ES2866952T3 - Laminado de capas adhesivas unidas entre sí y láminas metálicas empalmadas - Google Patents

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Abstract

Un laminado que comprende: - una pila de capas adhesivas y capas metálicas unidas entre sí, en donde una capa metálica exterior que define una superficie exterior de la pila comprende láminas metálicas que tienen partes extremas superpuestas y/o bordes de láminas metálicas colindantes que se extienden en una primera y una segunda dirección plana diferente del laminado y que define una primera y una segunda línea de empalme que se intersecan entre sí bajo un ángulo en una región de empalme común; y - una primera correa de empalme conectada a la superficie exterior y que cubre la primera línea de empalme sobre un ancho lateral de la primera correa de empalme; una segunda correa de empalme conectada a la superficie exterior y que cubre la segunda línea de empalme sobre un ancho lateral de la segunda correa de empalme; - en donde la primera y la segunda correas de empalme comprenden una pila de al menos una capa metálica unida a al menos una capa adhesiva para la conexión a la superficie exterior de la pila, y/o al menos una capa adhesiva reforzada con fibra, - en donde la rigidez a la flexión E*t3 en la dirección del ancho lateral de una parte del borde lateral de cada correa de empalme es menor que la rigidez a la flexión de las láminas de la capa metálica exterior, que definen la parte del borde como que se extiende desde un borde lateral exterior de una correa de empalme sobre una distancia lateral de al menos 5 veces el grosor medio de la parte del borde.

Description

DESCRIPCIÓN
Laminado de capas adhesivas unidas entre sí y láminas metálicas empalmadas
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un laminado que comprende una pila de capas adhesivas y capas metálicas unidas entre sí, en donde una capa metálica exterior que define una superficie exterior de la pila comprende láminas metálicas que tienen partes extremas superpuestas y/o bordes de láminas metálicas colindantes. La invención se refiere además a un componente estructural para un vehículo, nave espacial o avión, que comprende un laminado según la presente invención. La invención se refiere además a un avión que comprende un laminado de acuerdo con la presente invención.
Antecedentes
Los laminados de capas adhesivas unidas entre sí y láminas metálicas se usan con fines estructurales, por ejemplo, en la industria aeronáutica. Debido a que las láminas metálicas están disponibles solo en anchos limitados, por ejemplo hasta 1,5 m, y para obtener paneles grandes de tales laminados, los laminados típicos comprenden capas de láminas metálicas empalmadas, que tienen bordes de láminas metálicas colindantes y/o superpuestas, que se extienden paralelos entre sí a lo largo de una dirección longitudinal del laminado. Esto permite obtener paneles laminados que tienen un ancho mayor que el ancho de producción de las láminas metálicas. El uso de laminados que tienen láminas metálicas empalmadas en una dirección longitudinal de las láminas puede ocurrir, por ejemplo, en las alas o el fuselaje de un avión, donde la dirección longitudinal (envergadura) del ala o la dirección longitudinal (vuelo) del fuselaje corresponde a la dirección de la longitud. El uso de empalmes en un laminado ya no restringe el ancho máximo de un laminado a un ancho de lámina metálica que está limitado por la tecnología actual de fabricación de láminas metálicas.
Dado que los empalmes en las capas metálicas se extienden paralelos entre sí, su influencia sobre las propiedades mecánicas del laminado es relativamente modesta. En algunos laminados, la región de empalme del laminado se cubre con una correa de empalme o un doblador para evitar la exposición de los empalmes a las condiciones ambientales y/o para fortalecer opcionalmente el laminado en una dirección transversal a la dirección de la longitud del laminado, es decir, en la dirección del ancho de las láminas metálicas.
Dado que un laminado comprende una pila de capas adhesivas y capas metálicas unidas entre sí, las láminas metálicas que constituyen las capas metálicas necesitan ser tratadas previamente (anodizadas y/o imprimadas) antes de unirlas a otras capas del laminado. Esto plantea otra limitación al tamaño de producción de una lámina metálica, ya que los tanques de pretratamiento tienen una longitud limitada. Incluso cuando se usan capas metálicas que comprenden láminas metálicas que se colocan una contra la otra (o se superponen entre sí) en una dirección del ancho de las láminas metálicas, otras dimensiones pueden estar limitadas. Sin embargo, existe la necesidad de fabricar paneles de tamaño creciente en todas las direcciones. Por ejemplo, sería conveniente poder hacer paneles de fuselaje muy anchos y largos para aviones de tamaño cada vez mayor. El documento WO2005032805 describe una estructura de unión en un laminado.
Es un objetivo de la presente invención proporcionar un laminado que permita fabricar productos de un tamaño mayor al conocido hoy en día. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un laminado que permita fabricar paneles para aviones, tales como paneles de fuselaje, de un tamaño mayor que el conocido hoy en día. Otro objetivo más de la invención es proporcionar un laminado que permita fabricar productos más grandes con una resistencia y/o rigidez adecuadas y un comportamiento de fatiga mejorado.
Resumen
Este y otros objetivos se logran al proporcionar un laminado de acuerdo con la reivindicación 1.
El laminado comprende una pila de capas adhesivas y capas metálicas unidas entre sí, en donde una capa metálica exterior que define una superficie exterior de la pila comprende láminas metálicas que tienen partes extremas superpuestas y/o bordes de láminas metálicas colindantes que se extienden en un primer plano y en una segunda dirección diferente del laminado y que define una primera y una segunda línea de empalme que se intersecan entre sí bajo un ángulo en una región de empalme común; y una primera correa de empalme conectada a la superficie exterior y que cubre la primera línea de empalme sobre un ancho lateral de la primera correa de empalme; una segunda correa de empalme conectada a la superficie exterior y que cubre la segunda línea de empalme sobre un ancho lateral de la segunda correa de empalme; en donde la primera y segunda correas de empalme comprenden una pila de al menos una capa metálica unida a al menos una capa adhesiva para la conexión a la superficie exterior de la pila, y/o al menos una capa adhesiva reforzada con fibra, y en donde la rigidez a la flexión E*t3 en la dirección del ancho lateral de una parte del borde lateral de cada correa de empalme es menor que la rigidez a la flexión de las láminas de la capa metálica exterior, lo que define la parte del borde como que se extiende desde un borde lateral exterior de una correa de empalme sobre una distancia lateral de al menos 5 veces el grosor medio de la parte del borde.
La rigidez a la flexión de una pieza de acuerdo con la invención se define como el producto del módulo de elasticidad 'E' en flexión y la tercera potencia del grosor medio 't' de la pieza. Tenga en cuenta que la rigidez a la flexión tiene las dimensiones de N*m, mientras que un módulo de elasticidad tiene las dimensiones de N/m2. Para determinar las constantes elásticas de un material compuesto reforzado con fibra, se usa comúnmente ASTM 3039. Para determinar las constantes elásticas de un metal, se usa comúnmente ASTM E111.
El laminado inventado tiene al menos una primera y una segunda línea de empalme que se intersecan entre sí en una región de empalme común bajo un ángulo distinto de cero. Esto permite realizar paneles de mayores dimensiones en cualquier dirección, en particular en direcciones que se extienden perpendicularmente a las direcciones de las líneas de empalme.
En las regiones de empalme comunes donde se intersecan las líneas de empalme, se debe esperar un debilitamiento del laminado. De hecho, en estos lugares se producen discontinuidades en las láminas metálicas y se esperan concentraciones de tensión. Las concentraciones de tensión pueden afectar negativamente la resistencia y la vida a fatiga del laminado, cuya resistencia y vida a fatiga son un parámetro de diseño importante, en particular para las estructuras de aviones. Se espera que los efectos negativos sobre la resistencia y la vida a fatiga sean peores en laminados que tienen capas metálicas relativamente gruesas y/o rígidas, en particular superiores a 0,3 mm para las capas de aluminio, y/o a temperaturas relativamente bajas, por ejemplo, por debajo de 0°C. Un laminado de acuerdo con la invención tiene sorprendentemente al menos una resistencia a la fatiga similar a un laminado con dimensiones más pequeñas y libre de cualquier línea de empalme. La vida a fatiga, en el contexto de la presente solicitud, se puede medir mediante el control de la tasa de crecimiento de grietas y/o el número de ciclos de carga hasta la falla a una determinada carga.
Una capa empalmada en la pila del laminado puede comprender dos láminas metálicas colindantes y/o dos láminas metálicas con partes de borde superpuestas. Una línea de empalme en el caso de dos láminas metálicas colindantes se define como la línea que se extiende entre las láminas metálicas colindantes. En el caso de partes extremas superpuestas de dos láminas metálicas, los bordes superpuestos de las dos láminas metálicas forman dos líneas de empalme a una distancia entre sí igual al ancho de la superposición. Una región de empalme común del laminado se define como la región del laminado en donde se intersecan las líneas de empalme entre las láminas metálicas colindantes y/o un par de líneas de empalme definidas por los bordes de la lámina metálica superpuestos. La(s) capa(s) de adhesivo en la pila entre láminas metálicas es preferentemente continua a través de cualquier región de empalme y por lo tanto une las líneas de empalme. Las direcciones primera y segunda son planas en el sentido de que están definidas en el plano de la pila de laminado que se extiende perpendicular a la dirección del grosor de la pila de laminado.
Las capas adhesivas en la pila del laminado y/o en las correas de empalme para algunas modalidades pueden usarse como tales. Sin embargo, las modalidades preferidas de la invención proporcionan una pila de laminado y/o una correa de empalme en donde las capas adhesivas comprenden fibras de refuerzo para formar un laminado de fibra-metal y/o una correa de empalme reforzada con fibra.
La primera y la segunda correas de empalme se extienden cada una a través de una región de empalme, lo que significa que cada correa de empalme cubre una línea de empalme a lo largo de su extensión, y además tiene un cierto ancho lateral que define el ancho de las regiones de empalme. La expresión "sustancialmente" en el contexto de la presente invención significa al menos el 90% de la variable o tema indicado.
La conexión de las correas de empalme a la pila se puede lograr por cualquier medio, pero se prefiere la unión adhesiva. Puede usarse cualquier adhesivo, incluido el mismo adhesivo que el usado en las capas adhesivas de la pila del laminado. El adhesivo se puede aplicar como una capa separada o puede ser parte de una capa adhesiva reforzada con fibras. En este caso, se proporciona una capa adhesiva de unión de correas con fibras de refuerzo. También es posible que otras capas de correa comprendan una capa adhesiva reforzada con fibra, por ejemplo en forma de un producto intermedio preimpregnado o "material preimpregnado". Tal correa de empalme se puede unir al laminado como tal, y el adhesivo dentro de la correa de empalme formará parcialmente la capa adhesiva que conecta la correa de empalme a la pila del laminado.
Una correa de empalme en modalidades útiles comprende una lámina o correa metálica, por ejemplo hecha del mismo metal que las láminas metálicas de la pila de laminado. De acuerdo con otra modalidad de la invención, se proporciona un laminado en donde la primera y/o segunda correa de empalme comprende capas de correa de empalme apiladas, preferentemente de adhesivo reforzado con fibra, en otra modalidad de láminas metálicas y en otra realización más de una combinación de láminas metálicas unidas entre sí y capas adhesivas reforzadas con fibra. La secuencia de apilamiento de la primera y la segunda correa de empalme se puede proporcionar de afuera hacia adentro o, preferentemente, de adentro hacia afuera; lo que significa, respectivamente, que una capa más pequeña está adyacente a la pila de laminado, o una capa de correa más ancha está adyacente a la pila de laminado. También es posible que todas las capas de una correa de empalme tengan el mismo ancho.
De acuerdo con la invención, la rigidez a la flexión E*t3 en la dirección del ancho lateral de una parte del borde lateral de cada correa de empalme es menor que la rigidez a la flexión de las láminas de capa metálica exterior. Las láminas metálicas de la capa metálica exterior pueden tener un grosor diferente o pueden tener el mismo grosor, y la rigidez a la flexión de la parte del borde lateral de cada correa de empalme debe ser menor que la rigidez a la flexión más pequeña de las láminas metálicas que definen la línea de empalme que está cubierta por la correa de empalme, al menos cuando estas rigideces a la flexión son diferentes. En una modalidad de la invención, la rigidez a la flexión de la parte del borde es menos del 80% de la rigidez a la flexión de las láminas de la capa metálica exterior, y preferentemente menos del 60% de la rigidez a la flexión de las láminas de la capa metálica exterior.
En una modalidad adicional de la invención, una de la primera o la segunda correa de empalme cubre la región de empalme común y la otra se interrumpe en la región de empalme común. Esta modalidad tiene la ventaja de que se acumula menos grosor en la región de empalme común. En algunos casos, también puede ser ventajoso proporcionar un laminado en el que la primera y la segunda correas de empalme se solapen en la región de empalme común para cubrir ambas la región de empalme común. La primera y la segunda correas de empalme pueden tener la forma de una correa oblonga de material que se extiende en la primera y segunda dirección plana del laminado. En otras modalidades, la primera y la segunda correa de empalme se pueden fabricar en una sola pieza, por ejemplo para formar una cruz en la región de empalme común.
El ángulo agudo distinto de cero entre la primera y la segunda direcciones planas de las líneas de empalme se puede elegir a voluntad y puede variar desde cerca de 0° hasta 90° inclusive, en dependencia de las dimensiones del producto que debe extenderse. Una modalidad preferida proporciona un laminado en donde el ángulo entre la primera y la segunda direcciones planas varía de 45° a 90° inclusive, más preferiblemente de 50° a 90° inclusive, y lo más preferentemente de 55° a 90° inclusive. Por ejemplo, se prefiere un rango de este tipo para alas en flecha en aviones.
En una modalidad adicional de la invención, la capa metálica exterior comprende láminas metálicas que tienen bordes colindantes, que se extienden preferentemente a lo largo de la primera y segunda dirección plana. En la última modalidad, el grosor acumulado en el laminado en la región de empalme común es mínimo. En otra modalidad, la capa exterior metálica comprende láminas metálicas que tienen partes extremas superpuestas, que se extienden preferentemente a lo largo de la primera y la segunda dirección plana. Tales modalidades pueden ser beneficiosas desde el punto de vista de la resistencia.
En otra modalidad más, se proporciona un laminado en donde la capa metálica exterior comprende al menos tres láminas metálicas, en donde al menos dos de las láminas metálicas tienen partes extremas superpuestas que se extienden a lo largo de la primera dirección plana y al menos dos de las láminas metálicas tienen bordes colindantes que se extienden a lo largo de la segunda dirección plana.
Las láminas metálicas de la capa metálica exterior en la región de empalme común se pueden colocar una con respecto a la otra en cualquier orden concebible. Una modalidad preferida proporciona un laminado en donde una primera lámina metálica y una segunda lámina metálica tienen partes extremas colindantes dentro de una primera región de empalme, una tercera lámina metálica y una cuarta lámina metálica tienen bordes de lámina metálica dentro de una segunda región de empalme dispuestos sustancialmente coincidentes entre sí a lo largo de la segunda dirección plana en el plano de la pila, y donde la tercera lámina metálica y la cuarta lámina metálica tienen partes extremas superpuestas dentro de la primera región de empalme y la segunda región de empalme con la primera y la segunda lámina metálica, respectivamente.
En otra realización más del laminado, en donde la tercera lámina metálica y una cuarta lámina metálica tienen partes extremas a tope dentro de la segunda región de empalme. En tal lámina, las partes extremas superpuestas de la tercera chapa metálica y la cuarta chapa metálica están dispuestas en el mismo lado de la pila con respecto a las partes extremas superpuestas de la primera chapa metálica y la segunda chapa metálica. Otra modalidad proporciona un laminado en donde las partes extremas superpuestas de la tercera lámina metálica están dispuestas en un lado de la primera lámina metálica opuesto a las partes extremas superpuestas de la cuarta lámina metálica dispuestas en otro lado de la primera lámina metálica.
En otro aspecto de la invención, se proporciona un laminado que comprende dos de dichas capas metálicas exteriores, una capa metálica exterior que está situada en un lado de la pila y otra capa metálica exterior que está situada en otro lado de la pila opuesto al primer lado, en donde al menos una de las dos capas metálicas exteriores está provista de dichas primera y segunda correas de empalme. Una modalidad en la que una de las dos capas metálicas exteriores está provista de dichas primera y segunda correas de empalme solamente es apropiada, por ejemplo, en el caso de una sección de ala o fuselaje, donde un lado interior de la sección de ala o fuselaje no necesita estar provisto de correas de empalme, en particular cuando dicha capa metálica exterior de la pila en el lado interior de la sección de ala o fuselaje comprende láminas metálicas superpuestas. En una modalidad preferida, las dos capas metálicas exteriores están provistas cada una de dichas primera y segunda correas de empalme. La capa metálica exterior y la otra capa metálica exterior pueden comprender láminas metálicas colindantes y/o superpuestas. Una modalidad muy adecuada se refiere a un laminado en donde la capa metálica exterior tiene bordes de lámina metálica colindantes que se extienden a lo largo de su primera y segunda dirección plana, y la otra capa metálica exterior tiene bordes de lámina metálica colindantes a lo largo de su primera y segunda dirección plana. En una modalidad preferida adicional, la primera y segunda direcciones planas de la capa metálica exterior son sustancialmente paralelas a las direcciones planas primera y segunda de la otra capa metálica exterior.
Las líneas de empalme de la capa metálica exterior y las líneas de empalme de la otra capa metálica exterior pueden colocarse una encima de la otra, pero para mejorar las propiedades mecánicas del laminado, las líneas de empalme están preferentemente desplazadas entre sí sobre una distancia de desplazamiento. La dirección del desplazamiento puede elegirse a voluntad, pero una modalidad práctica proporciona un laminado, en donde la distancia de desplazamiento en la primera dirección plana es igual a la distancia de desplazamiento en la segunda dirección plana.
En las modalidades en donde las líneas de empalme de las capas metálicas exteriores están desplazadas entre sí, puede ser necesario elegir una distancia de desplazamiento adecuada. Las modalidades útiles proporcionan un laminado en donde la distancia de desplazamiento en la primera y/o segunda dirección plana es al menos igual a 5 veces, y más preferentemente al menos 10 veces el grosor de una capa metálica exterior o de la otra capa metálica exterior, lo que sea tiene el mayor grosor. Estas modalidades proporcionan un límite inferior a la distancia de desplazamiento preferida en la primera y/o en la segunda dirección plana.
Se puede proporcionar un límite superior a la distancia de desplazamiento preferida mediante una modalidad en la que la primera y la segunda correas de empalme de la capa metálica exterior y de la otra capa metálica exterior cubren cada una una distancia de desplazamiento de como máximo 100 veces, más preferentemente como máximo 50 veces, y lo más preferentemente como máximo 25 veces el grosor de una capa exterior metálica o de la otra capa exterior metálica, la que tenga el mayor grosor. El ancho de la primera y la segunda correa de empalme en esta modalidad es entonces suficiente para cubrir ambas líneas de empalme desplazadas en la dirección respectiva. Una modalidad preferida, el ancho de la primera y segunda correa de empalme es como máximo 100 veces, y más preferentemente como máximo 50 veces, y lo más preferentemente como máximo 25 veces el grosor de una capa metálica exterior o de la otra capa metálica exterior, el que tenga el mayor grosor. Una correa de empalme en una capa metálica exterior en esta modalidad puede cubrir ambas líneas de empalme desplazadas.
La pila también puede comprender líneas de empalme en una o más capas internas metálicas. Una distancia de desplazamiento preferida en tales modalidades puede ser mayor de 100 veces, más preferentemente mayor de 50 veces, y lo más preferentemente mayor de 25 veces el grosor de una capa exterior metálica o de la otra capa exterior metálica, en el que tenga el mayor grosor. El ancho de la primera y la segunda correa de empalme puede elegirse entonces de modo que no interfiera con las líneas de empalme internas, preferentemente cuando las líneas de empalme internas se solapan.
La pila del laminado puede comprender cualquier número de capas metálicas y capas adhesivas y, por ejemplo, comprende una pila que consta de una capa metálica y otra capa metálica con una capa adhesiva en medio. En una modalidad de la invención, al menos una de las capas adhesivas de la pila comprende fibras de refuerzo que forman una capa de pila de adhesivo reforzada con fibras. Las fibras refuerzan la pila al mejorar así la resistencia mecánica y/o el comportamiento de crecimiento de grietas. En otra modalidad de la invención, al menos una de las capas adhesivas de las correas de empalme comprende fibras de refuerzo que forman una capa de correa de adhesivo de empalme reforzada con fibras. Preferentemente, una capa exterior de al menos una de las primeras y segundas correas de empalme, y más preferentemente tanto de la primera como de la segunda correas de empalme, es una lámina metálica.
En una modalidad de la invención, al menos el 30 %, más preferido al menos el 50 %, aún más preferido al menos el 65 %, aún más preferido al menos el 75 % y lo más preferido al menos el 90 % de las fibras de refuerzo en la pila son orientado en un ángulo agudo con la primera o segunda dirección plana, el ángulo agudo que está dentro del rango de -45° y 45° con respecto a la primera o segunda dirección plana, más preferentemente dentro del rango de -30° y 30° con respecto a la primera o segunda dirección plana, y más preferentemente dentro del rango de -15° y 15° con respecto a la primera o segunda dirección plana.
El grosor de la(s) capa(s) metálica(s) empalmada(s) de la pila se puede elegir dentro del rango de grosor que se encuentra normalmente para las láminas metálicas, y normalmente se limita a 5-10 mm, de acuerdo con las definiciones generalmente aceptadas de lo que constituye una hoja, una lámina y una placa. Los grosores preferidos son al menos 0,3 mm, más preferentemente entre 0,3 mm y 1,3 mm, incluso más preferentemente entre 0,4 mm y 1,2 mm, y lo más preferentemente entre 0,6 mm y 1,0 mm.
En una modalidad, las láminas metálicas de al menos una de las capas metálicas exteriores de la pila comprenden la lámina metálica más gruesa de la pila.
En una modalidad, una capa de correa de empalme dispuesta más cerca de la superficie exterior de la pila se extiende sobre una distancia lateral total de al menos 25 veces la lámina metálica más gruesa en la pila, más preferentemente sobre una distancia lateral total de al menos 100 veces la lámina metálica más gruesa de la pila, en caso de que la correa de empalme solo cubra una línea de empalme. En una modalidad en la que una correa de empalme cubre más de una línea de empalme exterior sustancialmente paralela, el ancho de la correa de empalme y/o la distancia lateral de la capa de la correa de empalme es como máximo 2000 veces, más preferentemente como máximo 1500 veces y lo más preferentemente como máximo 1000 veces el grosor de una capa exterior metálica y/o de la lámina metálica más gruesa de la pila.
En una modalidad, se interrumpe al menos una capa metálica y/o al menos una capa adhesiva en una primera y/o una segunda correa de empalme. En otras modalidades útiles, el ancho de una primera correa de empalme puede ser la misma o puede diferir del ancho de una segunda correa de empalme. En una modalidad que tiene una capa metálica exterior y otra capa metálica exterior ambas provistas de una primera y una segunda correas de empalme, las correas de empalme provistas en una capa metálica externa pueden tener un ancho diferente que las correas de empalme provistas en la otra capa metálica externa.
La primera y la segunda correas pueden comprender cada una varias capas de correa de igual ancho o de ancho variable, en caso de que una capa represente la capa de correa de empalme más ancha. En una modalidad de este tipo, las capas de correa de menor ancho se pueden colocar más cerca de la superficie exterior de la pila que la capa de correa más ancha. Por tanto, la capa de correa más ancha se puede conectar al laminado en sus lados solamente, por ejemplo simétricamente con respecto a su extensión central. La capa de correa de empalme más ancha se conecta luego al laminado en una distancia lateral de al menos 5 veces el grosor de la capa de correa más ancha en ambos lados de la capa de correa de empalme.
Una modalidad preferida proporciona un laminado en donde la correa de empalme está unida a la superficie exterior de la pila mediante una capa adhesiva reforzada con fibra, de la cual una parte del borde está sustancialmente libre de fibras de refuerzo, la parte del borde se define como que se extiende desde un borde lateral exterior de la correa de empalme en una distancia lateral de al menos 5 veces el grosor medio de la capa exterior de la correa de empalme.
En caso de que la correa de empalme comprenda una sola capa, la capa de correa de empalme más ancha corresponde a esta capa de correa. La correa también puede comprender varias capas de correa de igual ancho. En este caso, todas las capas de correa se pueden considerar como la capa de correa más ancha.
De acuerdo con la invención, la correa de empalme o una capa de correa de empalme más ancha se conecta a la pila en una distancia lateral de al menos 10 veces el grosor de la capa de correa más ancha. En modalidades más preferidas, se conecta una capa de correa de empalme más ancha a la pila de laminado en una distancia lateral de al menos 25 veces el grosor de la capa de correa más ancho, incluso más preferido sobre al menos 50 veces el grosor de la capa de correa más ancho, incluso más preferido que en al menos 80 veces el grosor de la capa de correa más ancha, incluso más preferido sobre al menos 100 veces el grosor de la capa de correa más ancha, y más preferido sobre al menos 200 veces el grosor de la capa de correa más ancha. Otras modalidades preferidas se refieren a un laminado, en donde la capa de correa de empalme más ancha está conectada a la pila sobre una distancia lateral de como máximo 500 veces el grosor de la capa de correa más ancha, más preferentemente sobre como máximo 400 veces el grosor de la capa de correa más ancha, y lo más preferido más de 300 veces el grosor de la capa de correa más ancha. En modalidades en donde una correa de empalme cubre más de una línea de empalme exterior sustancialmente paralela, la correa de empalme y/o una capa de correa de empalme más ancha pueden conectarse a la pila en una distancia lateral de al menos 1000 veces, más preferentemente al menos 1500 veces, y lo más preferentemente al menos 2000 veces el grosor de la correa o de la capa de correa más ancha. Una modalidad particularmente útil ofrece un laminado en donde las capas de la primera y/o segunda correa de empalme tienen cada una un ancho en la dirección lateral de la correa a través de una región de empalme, y el ancho de las capas disminuye sobre el grosor de la correa de empalme hacia la pila de laminado para formar capas escalonadas. En otra modalidad, las capas de correa de empalme tienen cada una un ancho en la dirección lateral de la correa a través de una región de empalme y el ancho de las capas aumenta sobre el grosor de la correa de empalme hacia la pila para formar capas escalonadas.
Las capas de correa de empalme de la primera y/o la segunda correa de empalme pueden estar escalonadas en uno o ambos lados de la correa de empalme para proporcionar una correa de empalme con bordes escalonados. En una modalidad de la invención, el laminado se caracteriza porque las capas de la correa de empalme están escalonadas a cada lado de la correa de empalme en una longitud de al menos 5 veces el grosor de la capa de correa más ancha, y más preferentemente en una longitud de al menos 10 veces el grosor de la capa de correa más ancha.
De acuerdo con la invención, se puede proporcionar un laminado en donde una superficie exterior de la primera y/o segunda correa de empalme sobresalga de la superficie exterior de la pila en un grosor que no se nivela, por ejemplo que varía de 0% a más de 100% el grosor de la correa de empalme. En una modalidad preferida, el grosor de desplazamiento es 0 (cero), y la superficie exterior de la primera y/o segunda correa de empalme está nivelada con la superficie exterior del laminado. En tal modalidad, la correa de empalme está incrustada en la pila de laminado y se obtiene una superficie exterior sustancialmente lisa del laminado. En modalidades que tienen un grosor de desplazamiento distinto de cero, la correa de empalme sobresale de una superficie exterior de la pila de laminado en las regiones de empalme y una superficie externa discontinua del laminado sobreviene en las regiones de empalme.
Las láminas metálicas que tienen partes de borde superpuestas pueden deformarse localmente y pueden producir un laminado en donde, en una modalidad, la superficie exterior del laminado es sustancialmente lisa y una segunda superficie exterior opuesta a dicha superficie exterior está curvada. La superficie exterior se usa entonces típicamente como superficie de salida de un componente de avión, por ejemplo, mientras que la segunda superficie exterior curva se usa como superficie de entrada del componente de avión. La superficie de entrada puede cubrirse típicamente con un revestimiento interior.
El laminado de acuerdo con la invención también proporciona buenas propiedades estáticas, tales como resistencia a la muesca roma. En una modalidad, la resistencia a la muesca roma del laminado P bn lam es mayor del 75%, preferentemente mayor del 90%, y más preferentemente mayor que el 100% de la resistencia a la muesca roma de la pila Pbn stack, en donde la Pbn stack es la resistencia a la muesca roma de la pila del laminado sin ningún empalme.
La pila de laminado de acuerdo con la presente invención comprende preferentemente de 0 a 100 capas metálicas y aproximadamente de 1 a 99 capas adhesivas. Las capas metálicas pueden tener cualquier grosor, como las capas metálicas relativamente delgadas de los laminados empalmados de la técnica anterior. Se pueden usar grosores de lámina de entre 0,1 y 2 mm. Las láminas metálicas de la presente invención tienen preferentemente un grosor igual o superior a 0,2 mm, más preferentemente igual o superior a 0,3 mm y lo más preferentemente igual o superior a 0,6 mm.
La correa de empalme de acuerdo con la invención comprende preferentemente de 0 a 8 capas metálicas y/o de 0 a 8 capas adhesivas reforzado con fibras. Las capas pueden tener cualquier grosor siempre que se satisfagan los requisitos de la reivindicación 1.
Las láminas metálicas están hechas preferentemente de un metal que tiene una resistencia a la tensión de más de 200 MPa. Ejemplos de metales adecuados son aleaciones de aluminio, aleaciones de acero, aleaciones de titanio, aleaciones de cobre, aleaciones de magnesio y compuestos de matriz de aluminio. Se prefieren las aleaciones de aluminio y cobre de la serie AA2000, las aleaciones de aluminio y manganeso de la serie AA3000, las aleaciones de aluminio y magnesio de la serie AA5000, las aleaciones de aluminio y zinc de la serie AA7000 y las aleaciones de aluminio-magnesio-silicio de la serie AA6000. Algunas aleaciones particularmente preferidas son aluminio-cobre AA2024, aleación de aluminio AA5182, aluminio-zinc AA7075 y aluminio-magnesio-silicio AA6013. Cuando se desea mejorar la resistencia a la corrosión, se puede incluir en el laminado una lámina de aleación AA5052 o aleación AA5024, AA5083 o AA5182. Los laminados también pueden comprender láminas metálicas de una aleación diferente. Otras aleaciones útiles comprenden las aleaciones de aluminio-litio, tales como las aleaciones AA2090, AA2098 y AA2198.
Las capas adhesivas del laminado y/o la correa de empalme están provistas en modalidades preferidas con fibras de refuerzo, fibras que unen preferentemente las líneas de empalme y los solapamientos de los bordes de la lámina metálica y, por lo tanto, son continuas a través de la región de empalme. Las fibras de refuerzo pueden estar orientadas en una dirección o en varias direcciones diferentes, en dependencia de las condiciones de carga de la estructura laminada. Las fibras de refuerzo preferidas comprenden fibras continuas hechas de vidrio, poliamidas aromáticas ("aramidas"), carbono, basalto y/o fibras poliméricas tales como PBO, por ejemplo. Las fibras de vidrio preferidas incluyen fibras de vidrio S-2, S-3 y/o R, así como fibras de vidrio de silicato carbonizado, aunque las fibras de vidrio E también son adecuadas. Las fibras preferidas tienen un módulo de elasticidad de entre 60 y 650 GPa y un alargamiento a la rotura de entre 0,1 y 8 %, preferentemente por encima del 1,6 %, más preferentemente por encima del 2,0 % y lo más preferentemente por encima del 3,0 %.
Las capas adhesivas comprenden preferentemente polímeros sintéticos. Los ejemplos adecuados de polímeros termoendurecibles incluyen resinas epoxi, resinas de poliéster insaturado, resinas de éster de vinilo y resinas fenólicas. Los polímeros termoplásticos adecuados incluyen poliarilatos (PAR), polisulfonas (PSO), poliéter sulfonas (PES), poliéter imidas (PEI), polifenilen éteres (PEE), polifenilen sulfuro (PPS), poliamida-4,6, policetona sulfuro (PKS), poliéter cetonas (PEK), poliéter éter cetona (PEEK), poliéter cetona cetona (PEKK) y otros. El laminado y/o la correa de empalme pueden estar provistos de adhesivo adicional en ciertas áreas, además del adhesivo presente en las capas adhesivas. El grosor de las capas adhesivas puede ser similar al de las láminas metálicas, pero las capas adhesivas en el laminado y/o la correa de empalme son preferentemente más delgadas.
Las fibras de refuerzo en las capas laminadas y/o de correa de empalme pueden proporcionarse en forma de preimpregnados, un producto intermedio de fibras de refuerzo incrustadas en una resina termoendurecible parcialmente curada o en un polímero termoplástico. Normalmente, las fracciones de volumen de fibra oscilan entre el 15 y el 75 %, y más preferentemente entre el 20 y el 65 % del volumen total de adhesivo y fibra de refuerzo en las capas adhesivas. La fracción de volumen de fibra eficaz en una capa adhesiva se puede reducir al añadir capas adhesivas simples a capas adhesivas reforzadas.
El laminado de acuerdo con la invención puede fabricarse mediante un método que comprende las etapas de proporcionar un sustrato de formación con una superficie superior; proporcionar una primera correa de empalme de acuerdo con la reivindicación 1 en la superficie superior del sustrato de formación, la correa de empalme que se extiende sobre parte del sustrato de formación en una primera dirección a través de una primera región de empalme; proporcionar una segunda correa de empalme de acuerdo con la reivindicación 1 en la superficie superior del sustrato de formación, la segunda correa de empalme que se extiende sobre parte del sustrato de formación en una segunda dirección diferente de la primera dirección a través de una segunda región de empalme; proporcionar una pila de al menos una capa adhesiva y láminas metálicas, cuyos bordes se extienden a lo largo de la primera y la segunda dirección plana y se apoyan y/o se superponen dentro de las regiones de empalme, la pila que se extiende más allá de los límites de la primera y segunda correas de empalme; y aplicar calor y presión para formar el laminado.
Las láminas metálicas pueden deformarse a lo largo de la región de empalme durante la aplicación de calor y presión, y la forma deformada puede consolidarse. La forma se puede consolidar al curar la resina termoendurecible en las capas adhesivas o al bajar la temperatura por debajo de la temperatura de fusión de un polímero termoplástico en caso de que dicho polímero se use en las capas adhesivas. Las láminas metálicas se doblarán típicamente hacia cualquiera de las correas de empalme. Las láminas metálicas pueden deformarse elásticamente (por debajo del límite elástico) y/o pueden deformarse plásticamente (más allá del límite plástico). El tipo de deformación que prevalece depende del tipo de metal usado, de la forma y dimensiones y de las condiciones de fabricación.
Otro aspecto de la invención finalmente se refiere a un componente estructural para un vehículo, nave espacial o avión, que comprende un laminado de acuerdo con una de las modalidades descritas, y en particular a un ala o un fuselaje de un avión, en donde la primera dirección plana está dispuesta sustancialmente paralela a una dirección longitudinal del ala o del fuselaje.
Breve descripción de las figuras
La invención se aclarará ahora más sobre la base de los ejemplos de modalidad mostrados en las figuras, sin que por ello se limite a ellos. Los mismos o similares elementos en las figuras pueden estar indicados por los mismos o similares signos de referencia. En las figuras:
La Figura 1A muestra en una vista en planta una primera modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención;
la Figura 1B muestra la primera modalidad que incluye las correas de empalme;
la Figura 2A muestra en una vista en planta una segunda modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención;
la Figura 2B muestra en una vista en planta una tercera modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención;
la Figura 3 muestra en una vista en planta una cuarta modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención; la Figura 4A muestra en una vista en planta una quinta modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención;
la Figura 4B muestra una sección transversal de la capa metálica exterior del laminado mostrado en la Figura 4A a lo largo de la segunda línea de empalme;
la Figura 5A muestra en una vista en planta una sexta modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención;
la Figura 5B muestra una sección transversal de la capa metálica exterior del laminado que se muestra en la Figura 5A a lo largo de la segunda línea de empalme;
la Figura 6 muestra en una vista en planta una séptima modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención;
la Figura 7A muestra en una vista en planta una octava modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención;
la Figura 7B muestra en una vista en perspectiva la octava modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención que incluye un larguero;
la Figura 8 muestra en una vista en planta una novena modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención; y
la Figura 9 muestra en una vista en perspectiva un panel de fuselaje que incluye un laminado de acuerdo con la presente invención.
Descripción detallada de las modalidades ejemplares
La Figura 9 muestra un ejemplo de un panel de fuselaje que comprende un laminado de acuerdo con la presente invención. La Figura 9 muestra el panel de fuselaje que incluye el laminado en una vista en perspectiva a lo largo de una dirección longitudinal L y una dirección transversal T, que es una dirección curvada a lo largo de la curvatura del laminado. El laminado comprende una pila de capas adhesivas y capas metálicas unidas entre sí, en donde una capa metálica exterior 100 define una superficie exterior de la pila. La capa metálica exterior 100 comprende cuatro láminas metálicas 110, 120, 130 y 140. Las cuatro láminas metálicas 110 a 140 definen una primera línea de empalme 150 que se extiende a lo largo de la dirección longitudinal L y una segunda línea de empalme 160 que se extiende a lo largo de la dirección transversal T. La primera línea de empalme y la segunda línea de empalme 150, 160 se intersecan al formar un ángulo a en una región de empalme común 170. El laminado puede ser cualquiera de las modalidades de los laminados descritos en relación con las figuras 1A - 8 a continuación. El laminado de acuerdo con la invención proporciona una manera sencilla de proporcionar un laminado más grande basado en láminas metálicas que tienen líneas de empalme cruzadas en la capa metálica exterior.
Las Figuras 1A y 1B muestran una primera modalidad de una parte de un laminado de acuerdo con la presente invención. La Figura 1A muestra el laminado en una vista en planta a lo largo de una primera y segunda direcciones planas P1 y P2. El laminado 100 comprende una pila de capas adhesivas y capas metálicas unidas entre sí en donde una capa metálica exterior 100 define una superficie exterior de la pila. Solo se muestran partes de las capas externas. La capa metálica exterior 100 comprende cuatro láminas metálicas 110, 120, 130 y 140. Las láminas metálicas 110 -140 tienen bordes de lámina metálica colindantes que se extienden en la primera dirección plana P1 y la segunda dirección plana P2. En las figuras 1A y 1B solo se ha mostrado la capa metálica exterior 100 de la pila. Las cuatro láminas metálicas 110 a 140 definen una primera línea de empalme 150 que se extiende a lo largo de la primera dirección plana P1 y una segunda línea de empalme 160 que se extiende a lo largo de la segunda dirección plana P2. La primera línea de empalme y la segunda línea de empalme 150, 160 se intersecan bajo un ángulo a en una región de empalme común 170. El ángulo a mostrado en esta modalidad es sustancialmente de 90°. En modalidades alternativas, el ángulo a puede estar entre 45° y 95°.
Con referencia ahora a la figura 1B, el laminado comprende además una primera correa de empalme 180 que está conectada a la superficie exterior de la capa metálica exterior 100 y cubre la primera línea de empalme 150 sobre una primera correa de empalme lateral con 182a. Además, una segunda correa de empalme 190 está conectada a la misma superficie exterior de la capa metálica exterior 100 y cubre la segunda línea de empalme 160 sobre una segunda correa de empalme lateral con 192. Cada una de las primera y segunda correas de empalme 180 y 190 comprende una pila de al menos una capa metálica y/o una capa adhesiva que comprende fibras. La pila se une a al menos una capa adhesiva para la conexión a la capa metálica exterior 100 de la pila del laminado. La primera correa de empalme 180 tiene partes de borde laterales 184a y 184b que se extienden a lo largo de la primera dirección plana P1. La segunda correa de empalme 190 tiene partes de borde lateral 194a y 194b que se extienden a lo largo de la segunda dirección plana P2. Las partes del borde lateral 184a, 184b. 194a, 194b se definen como que se extienden desde el borde lateral exterior de una correa de empalme 190 y 180 sobre una distancia lateral de al menos cinco veces el grosor medio de la parte del borde. En la presente descripción, una distancia lateral se define como perpendicular a la primera y segunda direcciones planas P1, P2 de la primera y segunda línea de empalme 150, 160, respectivamente. La rigidez a la flexión en la dirección del ancho lateral de una parte del borde lateral 184a, 184b, 194, 194b de cada correa de empalme 180 y 190 es menor que la rigidez a la flexión de las láminas de la capa metálica exterior 110 -140 de la capa metálica exterior 100. En la modalidad mostrada, la primera correa de empalme 180 cubre la región de empalme común 170 y la segunda correa de empalme 190 está interrumpida en la región de empalme común 170. Alternativamente, la primera y la segunda correas de empalme 180 y 190 se superponen a la región de empalme común 170 para cubrir ambas la región de empalme común.
Las Figuras 2A y 2B muestran una segunda y una tercera modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención. La Figura 2A muestra la segunda modalidad en una vista plana a lo largo de una primera dirección plana P1 y una segunda dirección plana P2. El laminado comprende una pila de capas adhesivas y capas metálicas unidas entre sí en donde se muestra una capa metálica exterior 100. La capa metálica exterior 100 define una superficie exterior de la pila. La capa metálica exterior 100 comprende cuatro láminas metálicas 110, 120, 130 y 140. Las láminas metálicas 110 y 120 tienen partes extremas superpuestas 152a dentro de una región de empalme 154 entre un par de primeras líneas de empalme 150a, 150b, dispuestas paralelas entre sí en la primera dirección plana P1. Asimismo, las láminas metálicas 130 y 140 también tienen partes extremas superpuestas 152b dentro de la región de empalme 154 entre un par de primeras líneas de empalme paralelas 150a, 150b que están dispuestas paralelas entre sí en la primera dirección plana P1. Además, las láminas metálicas 110, 120 tienen bordes de lámina metálica colindantes en contacto o cerca de las láminas metálicas 130, 140, que definen así una segunda línea de empalme 160 que se extiende en la segunda dirección plana del laminado P2.
Con referencia ahora a la figura 2B, esta figura muestra la tercera modalidad que es una modalidad modificada con respecto a la modalidad mostrada en 2A. Las láminas metálicas 110, 130 tienen partes extremas superpuestas 162a dentro de una región de empalme 164 entre un par de segundas líneas de empalme 160a, 160b, dispuestas paralelas entre sí en la segunda dirección plana P2. Además, las láminas metálicas 120, 140 tienen partes extremas superpuestas 162b dentro de la región de empalme 164 entre el par de segundas líneas de empalme 160a, 160b. Las segundas líneas de empalme 160a, 160b se extienden a lo largo de la segunda dirección plana P2. Además, las láminas metálicas 110 y 130 tienen bordes de lámina colindantes a las láminas metálicas 120 y 140, respectivamente, que definen así la primera línea de empalme 150. La primera línea de empalme 150 se extiende a lo largo de la primera dirección plana P1. Las partes extremas superpuestas como se muestra en la figura 2A y la figura 2B se extienden sobre una primera y segunda región de empalme 154 y 164 respectivamente, en donde las líneas de empalme 150a, 150b, 160a, 160b coinciden sustancialmente con los bordes de las láminas metálicas 110 -140 en las partes extremas superpuestas. En las modalidades de la Figura 2A y la figura 2B, respectivamente, además, una primera correa de empalme y una segunda correa de empalme están conectadas a la superficie exterior de la capa metálica exterior 100. Estas primera y segunda correas de empalme no se muestran en estas figuras. La primera correa de empalme cubre la primera línea de empalme 150 sobre una primer ancho lateral de correa de empalme y la segunda correa de empalme cubre la segunda línea de empalme 160 sobre un segundo ancho lateral de correa de empalme. Tanto la primera como la segunda correa de empalme comprenden al menos una capa metálica y/o al menos una capa adhesiva que comprende fibras.
En la figura 2A y 2B, la primera línea de empalme 150 y la segunda línea de empalme 160 se intersecan entre sí bajo un ángulo a que es sustancialmente de 90° en estas modalidades. En modalidades alternativas, el ángulo a puede estar entre 45° y 95°.
La Figura 3 muestra una cuarta modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención. La cuarta modalidad de la figura 3 es una modalidad modificada de la segunda modalidad mostrada en la figura 2A. El laminado comprende la capa metálica exterior 100 que define una superficie exterior de la pila, que comprende cuatro láminas metálicas 110 - 140. Las láminas metálicas 110 y 120 tienen partes extremas superpuestas 152A dentro de una región de empalme entre un par de primeras líneas de empalme 150a, 150b. Las láminas metálicas 130 y 140 tienen partes extremas superpuestas 152B dentro de una región de empalme entre un par de otras primeras líneas de empalme 150c, 150d. Todas las primeras líneas de empalme 150a, 150b, 150c, 150d se extienden a lo largo de una primera dirección P1. La región de empalme de las láminas metálicas 110, 120 tiene un desplazamiento con la región de empalme de las láminas metálicas 130. 140 en la dirección lateral perpendicular a la primera dirección plana P1 como se muestra en la figura 3. Además, las láminas metálicas 110, 120 tienen partes extremas superpuestas a las láminas metálicas 130, 140, respectivamente, como se muestra en la figura 3 dentro de una región de empalme entre un par de segundas líneas de empalme 160a, 160b. Las segundas líneas de empalme 160a, 160b se extienden en una segunda dirección plana P2. Las segundas líneas de empalme 160a, 160b intersecan tanto la primera línea de empalme 150a, 150b como la otra primera línea de corte 150c, 150d en un ángulo a que en esta modalidad es sustancialmente de 90° para ambas intersecciones. Las partes extremas superpuestas 162A y 162B se extienden en una dirección lateral hasta la segunda dirección plana P2. Las partes extremas superpuestas 152A y 152B se extienden en una dirección lateral perpendicular a la primera dirección plana P1 y en combinación cubren un ancho lateral 154 como se muestra en esta configuración debido al desplazamiento entre sí en la dirección lateral. Las partes extremas superpuestas de las láminas metálicas 110, 120, 130 y 140 tienen una ubicación crítica en 163 y 165. En estas ubicaciones 163, 165, las partes extremas superpuestas forman una pila de tres capas una encima de la otra. En la ubicación 163, las partes extremas superpuestas están formadas por la lámina metálica 110, 130 y 140. En la ubicación crítica 165, las partes extremas superpuestas están formadas por la lámina metálica 110, la lámina metálica 120 y la lámina metálica 140. Entonces, en estas ubicaciones 163 y 165, el grosor total de la capa metálica es la suma de las tres láminas metálicas y el adhesivo en el medio. Por lo tanto, estas ubicaciones tienen el aumento de grosor máximo de tres láminas metálicas con la capa adhesiva asociada. Además, en la ubicación 163, la lámina metálica 110 tiene una fuerte flexión de doble curva que puede ocurrir en la operación de unión en autoclave. Además, una primera correa de empalme y una segunda correa de corte pueden unirse a la superficie exterior de la capa exterior 100 para cubrir tanto la primera línea de empalme 150A como la otra primera línea de empalme 150B y para cubrir la segunda línea de empalme 160. La primera correa de empalme se extiende a lo largo de una distancia lateral 154 y la segunda correa de empalme se extiende a lo largo de una distancia lateral 164. En la presente descripción, una distancia lateral 154, 164 se define como perpendicular a la primera y segunda dirección plana P1, P2 de la primera y segunda línea de empalme 150, 160, respectivamente. Las correas de empalme primera y segunda cubren una región de empalme común 170 que incluye la ubicación crítica 163 y 165. La primera correa de empalme puede cubrir la región de empalme común 170 y la segunda correa de empalme puede interrumpirse en la región de empalme común 170.
Ahora se hace referencia a las figuras 4A y 4B que muestran una quinta modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención. El laminado de la quinta modalidad mostrada tiene una pila de láminas metálicas y capas adhesivas unidas entre sí y comprende una capa metálica exterior 100 que se muestra en la figura 4A. La capa metálica exterior 100 define una superficie exterior y comprende cuatro láminas metálicas 110, 120, 130 y 140 que están dispuestas para tener partes extremas superpuestas entre sí. Las láminas metálicas 110 y 120 están dispuestas con bordes de lámina colindantes a lo largo de una segunda línea de empalme 160 que se extiende a lo largo de una segunda dirección plana P2. Las láminas metálicas 130 y 140 tienen bordes de lámina colindantes a lo largo de una primera línea de empalme 150 que se extiende a lo largo de una primera dirección plana P1. La primera dirección plana P1 y la segunda dirección plana P2 están dispuestas al formar un ángulo a entre sí. La primera línea de empalme 150 y la segunda línea de empalme 160 se intersecan entre sí dentro de una región de empalme común 170 y están dispuestas en un ángulo a entre sí. La lámina metálica 130 tiene partes extremas superpuestas 132 y 134 con la lámina metálica 110 y 120, respectivamente. La lámina metálica 140 tiene partes extremas superpuestas 142 y 144 con la lámina metálica 110 y la lámina metálica 120, respectivamente. De esta manera, se define una primera región de empalme 154 a lo largo de la primera línea de empalme 150. La primera región de empalme 154 se extiende en una dirección lateral sobre un primer ancho de empalme lateral 154. Además, de esta manera se define una segunda región de empalme 164 que se extiende a lo largo de la segunda línea de empalme 160. La segunda región de empalme 164 se extiende a lo largo de una dirección lateral sobre un segundo ancho de empalme 164. Esta combinación y disposición de cuatro láminas metálicas 110 - 140 se puede producir fácilmente al colocar las láminas metálicas 110 y 120 en una herramienta de unión y encima de estas colocar las láminas metálicas 130 y 140 que tienen bordes de láminas metálicas colindantes y adhesivo en las áreas 132, 134, 142 y 144. Además, una primera correa de empalme y una segunda correa de empalme están conectadas a la superficie exterior de la capa metálica exterior 100. La primera correa de empalme cubre la primera línea de empalme 150 sobre un ancho lateral de la primera correa de empalme. La segunda correa de empalme está conectada a la superficie exterior y cubre la segunda línea de empalme 160 sobre un ancho lateral de la segunda correa de empalme. El primer ancho lateral de la correa de empalme en una dirección perpendicular a la primera dirección plana P1 es al menos la misma que el primer ancho de empalme 154. Preferentemente, el ancho lateral de la primera correa de empalme es tal que la primera correa de empalme sobresale de la primera región de empalme 154 en una dirección perpendicular a la primera dirección plana P1 sobre una distancia lateral de al menos 5 veces el grosor de la capa metálica exterior 100 de las láminas metálicas 110 - 140. El ancho lateral de la segunda correa de empalme en una dirección perpendicular a la segunda dirección plana P2 es al menos igual que el segundo ancho de empalme 164. Preferentemente, el ancho lateral de la segunda correa de empalme es tal que la segunda correa de empalme sobresale de la primera región de empalme 154 en una dirección perpendicular a la segunda dirección plana P2 sobre una distancia lateral de al menos 5 veces el grosor de la capa metálica exterior 100 de las láminas metálicas 110 -140.
Con referencia ahora a la Figura 4B, que muestra una sección transversal de la capa metálica exterior 100 a lo largo de la segunda línea de empalme 160 según se ve en la dirección P1. Como se muestra en la Figura 4B, en la modalidad, las partes extremas superpuestas 134, 144 de la lámina metálica 130 y 140 están dispuestas en el mismo lado de la pila con respecto a las partes extremas superpuestas de las láminas metálicas 110 y 120. Debajo de la capa metálica exterior 100, con respecto a la dirección superior U, se disponen otras capas en la pila del laminado. Con fines indicativos, solo se muestra otra capa n de la pila en la sección transversal de la figura 4B. En la figura 4A, la primera línea de empalme 150 y la segunda línea de empalme 160 se intersecan bajo un ángulo a que es sustancialmente de 90° en estas modalidades. En modalidades alternativas, el ángulo a puede estar entre 45° y 95°.
La quinta modalidad mostrada en las Figuras 4A y 4B tiene la ventaja con respecto a la modalidad mostrada en la Figura 3, que las partes extremas superpuestas 132, 134, 142, 144 de la capa metálica exterior 100 solo tienen 2 láminas metálicas una encima de la otra, que incluye adhesivos en el medio, en lugar de 3 láminas metálicas una encima de la otra, que incluye adhesivos en el medio (ver áreas críticas 163 y 165 que se muestran en la figura 3).
Las figuras 5A y 5B muestran una sexta modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención. La sexta modalidad es una modalidad modificada de la quinta modalidad mostrada en las figuras 4A y 4B. La otra lámina metálica 140 se coloca primero. La lámina metálica 110 y la lámina metálica 120 se colocan al tener partes extremas superpuestas 112 y 124, respectivamente, con la lámina metálica 140. Además, la lámina metálica 130 se coloca con partes extremas superpuestas 132 y 134 con la lámina metálica 110 y la lámina metálica 120, respectivamente. Las partes extremas superpuestas 132 y 134 están dispuestas encima de las partes extremas superpuestas de las láminas metálicas 110 y 120, respectivamente. Las partes extremas superpuestas 112 y 124 de la lámina metálica 110 y la lámina metálica 120 están dispuestas encima de la lámina metálica 140. De esta manera, las láminas metálicas 130 y 140 tienen bordes de lámina dentro de la primera región de empalme, que están dispuestos sustancialmente que coinciden entre sí a lo largo de la primera dirección plana P1 en el plano de la pila 100.
Con referencia ahora a la Figura 5B, que muestra una sección transversal de la capa metálica exterior 100 a lo largo de la segunda línea de empalme 160 según se ve en la dirección P1. Como se muestra en la vista en sección transversal de la Figura 5B, la parte extrema superpuesta 134 de la lámina metálica 130 está dispuesta en un lado superior de la lámina metálica 120, en la dirección superior U. Además, la parte extrema superpuesta 124 de la lámina metálica 120 está dispuesta en un lado superior de la lámina metálica 140, en la dirección superior U. De esta manera, las partes extremas superpuestas 134, 144 de las láminas metálicas 130, 140 respectivamente están dispuestas opuestas entre sí con respecto a la lámina 120. Esta configuración es en gran medida la misma que la anterior. Tiene solo menos facilidad de fabricación y también es más complejo debido a la secuencia de colocación. Esta modalidad también tiene una primera correa de empalme y una segunda correa de empalme como se describe para la modalidad mostrada en la figura 4A y 4B.
La modalidad mostrada en las Figuras 5A y 5B tiene la ventaja con respecto a la modalidad mostrada en la Figura 3, que las partes extremas superpuestas 132, 134, 142, 144 de la capa metálica exterior 100 solo tienen 2 láminas metálicas una encima de la otra, que incluyen adhesivos en el medio, en lugar de 3 láminas metálicas una encima de la otra, incluidos los adhesivos en el medio (consultar áreas críticas 163 y 165 que se muestran en la figura 3).
Con referencia ahora a la figura 6, que muestra una séptima modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención. La séptima modalidad comprende dos de las capas metálicas exteriores 100 como se muestra en la primera realización mostrada en las figuras 1A y 1B. La capa metálica exterior 100 comprende cuatro láminas metálicas 110, 120, 130 y 140 que tienen bordes colindantes que definen una primera línea de empalme 150 y una segunda línea de empalme 160 que se intersecan entre sí bajo un ángulo a. La primera capa metálica 100 está ubicada en un lado de la pila y la segunda capa metálica 200 está ubicada en otro lado de la pila opuesto al primer lado. La segunda capa metálica 200 comprende cuatro láminas metálicas 210, 220, 230 y 240. Las láminas metálicas tienen bordes colindantes que definen así una primera línea de empalme 250 y una segunda línea de empalme 260. La primera línea de empalme 250 y la segunda línea de empalme 260 se intersecan entre sí dentro de una región de empalme común en un ángulo a, p. La primera capa metálica 100 y la segunda capa metálica exterior 200 están provistas cada una de una primera y una segunda correa de empalme, que se muestran en la figura 1B. La primera y segunda direcciones planas P1, P2 de la primera capa metálica exterior 100 y la segunda capa metálica exterior 200 son sustancialmente paralelas entre sí. Las líneas de empalme 150, 160 de la primera capa metálica 100 y las líneas de empalme 250, 260 de la segunda capa metálica 200 están desplazadas entre sí en una distancia de desplazamiento en el plano de la pila. La distancia de desplazamiento en la primera dirección plana O1 es sustancialmente igual a la distancia de desplazamiento O2 en la segunda dirección plana P2. La distancia de desplazamiento en la primera y/o segunda dirección plana P1, P2 es al menos igual a 5 veces el grosor de la primera capa metálica 100 o de la segunda capa metálica 200, cualquiera que tenga el mayor grosor.
Más preferentemente, la distancia de desplazamiento O1, O2 es al menos 10 veces el grosor de la primera capa metálica o de la segunda capa metálica 200, cualquiera que tenga el grosor mayor. La distancia de desplazamiento O1 y O2 y el ancho lateral de la correa de empalme de la primera y segunda correas de empalme tanto de la capa metálica exterior como de la otra capa metálica exterior se seleccionan de manera que la primera y la segunda correas de empalme no se cubran entre sí en el plano de la pila. Las correas inferiores pueden tener un ancho diferente en comparación con las correas superiores.
Con referencia ahora a las figuras 7A y 7B, que muestran una octava modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención. La modalidad mostrada en la figura 7A y 7B es una modalidad modificada en comparación con la séptima modalidad mostrada en la figura 6. La Figura 7A muestra el laminado en una vista en planta a lo largo de una primera y segunda direcciones planas P1 y P2. La Figura 7B muestra el laminado en una vista en perspectiva. En la figura 7a , la primera capa exterior 100 y la segunda capa exterior 200 tienen cuatro láminas metálicas que tienen bordes de lámina colindantes a lo largo de su primera y segunda dirección plana P1 y P2 que definen así una primera línea de empalme 150 y 250 y una segunda línea de empalme 160 y 260, respectivamente. Las líneas de empalme 160, 260 tienen un desplazamiento en la primera dirección plana sobre una distancia de desplazamiento O1 y las líneas de empalme 150, 250 tienen un desplazamiento en una segunda dirección plana sobre una distancia de desplazamiento O2. Además, una primera correa de empalme y una segunda correa de empalme 180 y 190 están conectadas a una superficie exterior de la primera capa metálica 100. La primera correa de empalme 180 tiene una primera correa de empalme de ancho lateral 182 que cubre tanto las líneas de empalme 150 como 250. Preferentemente, el ancho lateral 182 de la primera correa de empalme es tal que la primera correa de empalme sobresale de la región de empalme en una dirección perpendicular a la primera dirección plana P1 sobre una distancia lateral de al menos 5 veces el grosor de la capa metálica exterior 100 de las láminas metálicas 110 - 140. Además, la segunda correa de empalme 190 tiene una segunda correa de empalme de ancho lateral 192 y cubre tanto la segunda línea de empalme 160 como la otra segunda línea de empalme 260. Preferentemente, el ancho lateral 192 de la segunda correa de empalme es tal que la segunda correa de empalme sobresale de la región de empalme en una dirección perpendicular a la segunda dirección plana P2 en una distancia lateral de al menos 5 veces el grosor de la capa metálica exterior 100 de las láminas metálicas 110 -140.
De esta manera, la combinación de la primera correa de empalme 180 y la segunda correa de empalme 190 conectadas a la primera capa metálica exterior 100 proporciona sujeción para ambas capas metálicas exteriores 100 y 200. La primera correa de empalme 180 cubre la región de empalme común 196. La segunda correa de empalme 190 está interrumpida en la región de empalme común 196. Alternativamente, la segunda y la primera correas de empalme 180 y 190 se superponen en esta región de empalme común 196 para cubrir ambas la región de empalme común.
Refiriéndonos ahora a la Figura 7B, que muestra una vista en perspectiva del laminado mostrado en la Figura 7A. Por simplicidad, sólo se muestran la primera capa exterior 100 y la segunda capa exterior 200 de la pila que incluye una capa adhesiva 300, que está dispuesta en la pila. Para el experto en la materia está claro que cualquier número de capas de láminas metálicas y/o capas adhesivas, tales como capas adhesivas que comprenden fibras de refuerzo, pueden estar dispuestas en la pila entre la primera capa exterior 100 y la segunda capa exterior 200. Además, en la Figura 7B se muestra la primera correa de empalme 180 y la segunda correa de empalme 190 conectadas a la primera capa metálica exterior 100 por una capa adhesiva 310 y la otra primera correa de empalme 280 y la otra segunda correa de empalme 290, que están conectadas a la segunda capa metálica exterior 200 por una capa adhesiva 320. Además, un larguero 330 está conectado a la primera correa de empalme 180 y la segunda correa de empalme interrumpida 190 y se extiende a lo largo de la segunda línea de empalme 160 que cubre la región de empalme común 170. De esta manera, la segunda correa de empalme interrumpida 190, que está interrumpida en la región 170 de empalme común, se conecta de manera confiable a la primera correa de empalme 180 en la región de empalme común 170. El larguero está conectado a la primera y segunda correa de corte mediante una capa adhesiva con o sin fibras, que se extienden en una dirección longitudinal del larguero.
Con referencia ahora a la figura 8, que muestra una novena modalidad del laminado de acuerdo con la presente invención. La modalidad mostrada en la figura 8 es una modalidad modificada en comparación con la octava modalidad mostrada en la figura 7. En la figura 7, la primera capa exterior 100 y la segunda capa exterior 200 tienen cuatro láminas metálicas que tienen bordes de lámina adosados a lo largo de su primera y segunda dirección plana P1 y P2 que define así una primera línea de empalme 150 y 250 y una segunda línea de empalme 160 y 260, respectivamente. Las líneas de empalme 160, 260 tienen un desplazamiento entre sí en la primera dirección plana P1 sobre una distancia de desplazamiento O1 y las líneas de empalme 150, 150 tienen un desplazamiento entre sí en una segunda dirección plana P2 sobre una distancia de desplazamiento O2. Además, una primera correa de empalme y una segunda correa de empalme 180 y 190 están conectadas a una superficie exterior de la primera capa metálica 100. Otra primera correa de empalme y una segunda correa de empalme 280 y 290 están conectadas a una superficie exterior de la otra capa metálica exterior 200.
La distancia de desplazamiento O1, O2 en la primera y/o segunda dirección plana P1, P2 es al menos igual a 5 veces el grosor de la primera capa metálica 100 o de la segunda capa metálica 200, cualquiera que tenga el mayor grosor.
Más preferentemente, la distancia de desplazamiento O1, O2 es al menos 10 veces el grosor de la primera capa metálica o de la segunda capa metálica 200, cualquiera que tenga el grosor mayor. La distancia de desplazamiento O1 y O2 y el ancho lateral 182, 282, 192, 292 de la correa de empalme de la primera y la segunda correas de empalme tanto de la capa metálica exterior 100 como de la otra capa metálica exterior 200 se seleccionan de manera que las primeras correas de empalme 180, 280 no se cubren entre sí en el plano de la pila y las segundas correas de empalme 190, 290 no se cubren entre sí en el plano de la pila. Las correas inferiores 280, 290 pueden tener un ancho diferente en comparación con las correas superiores 180, 190.
En todas las modalidades mostradas en las Figuras 1A - 8B, las capas de cada correa de empalme 180, 280 y 190, 290 se seleccionan de tal manera que la rigidez a la flexión en la dirección del ancho lateral de una parte del borde lateral 184a, 184b, 194, 194b de cada correa de empalme 180, 280 y 190, 290 es menor que la rigidez a la flexión de las láminas de la capa metálica exterior 110 - 140 de la capa metálica exterior 100, 200. En la presente descripción, la parte del borde lateral se define como que se extiende desde un borde lateral exterior de una correa de empalme 180, 190, 280, 290 sobre una distancia lateral de al menos 5 veces el grosor medio de la parte del borde lateral. En la presente descripción, una distancia lateral se define como perpendicular a la primera y segunda direcciones planas P1, P2 de la primera y segunda línea de empalme 150, 160, 250, 260 respectivamente.
En todas las modalidades mostradas en las Figuras 1A - 8B, sólo se muestran partes de las capas exteriores 100, 200 de los laminados cerca de las líneas de empalme 150, 160, 250, 260. El experto en la técnica puede entender que cualquiera de las láminas metálicas 110 - 140, 210 - 240 de las capas exteriores 100, 200, respectivamente, puede extenderse más a lo largo de la primera y segunda dirección plana P1, P2 de la pila del laminado.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un laminado que comprende:
- una pila de capas adhesivas y capas metálicas unidas entre sí, en donde una capa metálica exterior que define una superficie exterior de la pila comprende láminas metálicas que tienen partes extremas superpuestas y/o bordes de láminas metálicas colindantes que se extienden en una primera y una segunda dirección plana diferente del laminado y que define una primera y una segunda línea de empalme que se intersecan entre sí bajo un ángulo en una región de empalme común; y
- una primera correa de empalme conectada a la superficie exterior y que cubre la primera línea de empalme sobre un ancho lateral de la primera correa de empalme; una segunda correa de empalme conectada a la superficie exterior y que cubre la segunda línea de empalme sobre un ancho lateral de la segunda correa de empalme;
- en donde la primera y la segunda correas de empalme comprenden una pila de al menos una capa metálica unida a al menos una capa adhesiva para la conexión a la superficie exterior de la pila, y/o al menos una capa adhesiva reforzada con fibra,
- en donde la rigidez a la flexión E*t3 en la dirección del ancho lateral de una parte del borde lateral de cada correa de empalme es menor que la rigidez a la flexión de las láminas de la capa metálica exterior, que definen la parte del borde como que se extiende desde un borde lateral exterior de una correa de empalme sobre una distancia lateral de al menos 5 veces el grosor medio de la parte del borde.
2. Un laminado de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la rigidez a la flexión de la parte del borde es menos del 80 % de la rigidez a la flexión de las láminas de la capa metálica exterior, y preferentemente menos del 60 % de la rigidez a la flexión de las láminas de la capa metálica exterior.
3. Un laminado de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde una de la primera o la segunda correa de empalme cubre la región de empalme común y la otra está interrumpida en la región de empalme común, o en donde la primera y la segunda correas de empalme se superponen en la región de empalme común para que ambas cubran la región de empalme común.
4. Un laminado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la capa metálica exterior comprende láminas metálicas que tienen bordes colindantes, que se extienden preferentemente a lo largo de la primera y segunda direcciones planas.
5. Un laminado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la capa exterior metálica comprende al menos tres láminas metálicas, en donde al menos dos de las láminas metálicas tienen partes extremas superpuestas que se extienden a lo largo de la primera dirección plana y al menos dos de las láminas metálicas tienen bordes colindantes que se extienden a lo largo de la segunda dirección plana.
6. Un laminado de acuerdo con la reivindicación 5, en donde una primera lámina metálica y una lámina metálica tienen partes extremas colindantes dentro de una primera región de empalme, una tercera lámina metálica y una cuarta lámina metálica tienen bordes de lámina metálica dentro de una segunda región de empalme dispuestas sustancialmente coincidentes entre sí a lo largo de la segunda dirección plana en el plano de la pila, y en donde la tercera lámina metálica y la cuarta lámina metálica tienen partes extremas superpuestas dentro de la primera región de empalme y la segunda región de empalme con la primera y la segunda lámina metálica, respectivamente.
7. Un laminado de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la tercera lámina metálica y una cuarta lámina metálica tienen partes extremas colindantes dentro de la segunda región de empalme.
8. Un laminado de acuerdo con la reivindicación 5, en donde las partes extremas superpuestas de la tercera lámina metálica están dispuestas en un lado de la primera lámina metálica opuesto a las partes extremas superpuestas de la cuarta lámina metálica dispuestas en otro lado de la primera lámina metálica.
9. Un laminado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende dos de dichas capas metálicas exteriores, una capa metálica exterior que está situada en un lado de la pila y otra capa metálica exterior situada en otro lado de la pila opuesto al primer lado, en donde al menos una de las dos capas metálicas exteriores está provista de dichas primera y segunda correas de empalme.
10. Un laminado de acuerdo con la reivindicación 9, en donde una capa metálica exterior tiene bordes de lámina metálica colindantes que se extienden a lo largo de su primera y segunda dirección plana, y la otra capa metálica exterior tiene bordes de lámina metálica colindantes a lo largo de su primera y segunda dirección plana.
11. Un laminado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10, en donde las líneas de empalme de una capa metálica exterior y las líneas de empalme de la otra capa metálica exterior están desplazadas entre sí en una distancia de desplazamiento.
12. Un laminado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pila que consta de una capa metálica y otra capa metálica con una capa adhesiva en el medio, en donde al menos una de las capas adhesivas de la pila y/o de una correa de empalme comprende un refuerzo fibras que forman una capa adhesiva reforzada con fibras.
13. Un laminado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la capa exterior de una correa de empalme es una lámina metálica, y la correa de empalme está unida a la superficie exterior de la pila mediante una capa adhesiva reforzada con fibra, de la cual una parte del borde está sustancialmente libre de fibras de refuerzo, la parte del borde se define como que se extiende desde un borde lateral exterior de la correa de empalme sobre una distancia lateral de al menos 5 veces el grosor medio de la capa exterior de la correa de empalme.
14. Componente estructural para un vehículo, nave espacial o avión, que comprende un laminado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
15. Componente estructural de acuerdo la reivindicación 14, que comprende un ala o un fuselaje de una avión, en donde la primera dirección plana está dispuesta sustancialmente paralela a una dirección longitudinal del ala o del fuselaje.
ES17817918T 2016-11-23 2017-11-23 Laminado de capas adhesivas unidas entre sí y láminas metálicas empalmadas Active ES2866952T3 (es)

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