ES2916073T3 - Laminado absorbente de radar multicapa para aeronaves fabricado de material compuesto de matriz polimérica con nanoplaquetas de grafeno, y procedimiento de fabricación del mismo - Google Patents

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Abstract

Un laminado absorbente de radar multicapa adecuado para su uso en aeronaves fabricado de material compuesto con una matriz polimérica que contiene nanoplaquetas de grafeno, donde el laminado comprende una pluralidad de bloques yuxtapuestos, con - un primer bloque eléctricamente conductor (15) que se va a poner en uso hacia el interior de la aeronave, que tiene un coeficiente de reflexión de radiación electromagnética mayor a -1 dB; - un segundo bloque absorbente electromagnético intermedio (11), que comprende un apilamiento de láminas de fibra eléctricamente no conductora (13), donde cada lámina de fibra está al menos parcialmente permeada con nanoplaquetas a base de grafeno (12), para lograr una capa periódica y electromagnéticamente subresonante en la que se alternan capas conductoras que contienen nanoplaquetas de grafeno con capas no conductoras; - un tercer bloque (14) de material eléctricamente no conductor que se va a disponer hacia el exterior en uso y que forma parte de la superficie exterior de la aeronave; donde el segundo bloque (11) es obtenible por un procedimiento que comprende las etapas de: a) proporcionar nanoplaquetas de grafeno con un espesor entre 2 nm y 100 nm y dimensiones laterales entre 100 nm y 10 μm; b) dispersión de nanoplaquetas de grafeno en una mezcla polimérica diluida que consiste en un disolvente y un polímero, para obtener una suspensión de nanoplaquetas de grafeno en una mezcla polimérica; c) depósito por pulverización con aire de dicha suspensión sobre uno o ambos lados opuestos de dichas láminas de fibra seca no conductora, con penetración controlada de las nanoplaquetas en las láminas de fibra respectivas; d) formación del segundo bloque (11) por superposición de una pluralidad de láminas de fibra seca pulverizada con la suspensión de nanoplaquetas de grafeno; y donde la etapa de formación del segundo bloque se sigue por las etapas de: e) ejecución de un laminado que incluye los primer, segundo y tercer bloques; f) infusión de resina sintética termoestable no polimerizada en el laminado así obtenido; g) aplicación de calor y, si es necesario, presión para provocar la polimerización de la resina termoestable y la distribución homogénea y uniforme de las nanoplaquetas dentro de una porción de espesor de las láminas de fibra que comprenden el segundo bloque intermedio.

Description

DESCRIPCIÓN
Laminado absorbente de radar multicapa para aeronaves fabricado de material compuesto de matriz polimérica con nanoplaquetas de grafeno, y procedimiento de fabricación del mismo
Sector técnico
La presente invención se enmarca en el campo de los materiales aeronáuticos absorbentes de radar, es decir, materiales con propiedades de absorción de radiación electromagnética de radiofrecuencia. En particular, la invención se refiere a laminados multicapa de banda ancha absorbentes de radar fabricados de material compuesto laminado a una matriz polimérica que contiene nanoplaquetas de grafeno. Como indicación, se pueden usar los laminados multicapa aquí descritos para fabricar componentes o piezas de la aeronave que típicamente están más expuestos a la radiación de radar en el sector frontal, tales como los bordes de ataque de las alas, las góndolas, los soportes, las entradas de aire o los denominados puntos calientes de RCS, así como los paneles curvos del fuselaje, los paneles de los cajones de las alas y los estabilizadores de cola.
Técnica anterior
Es conocido que las nanoplaquetas de grafito/grafeno (GNP) se usan como relleno, en concentraciones variables, en la producción de nanocompuestos de matriz polimérica que tienen propiedades controladas de permitividad dieléctrica compleja de radiofrecuencia. Los compuestos multifuncionales que se obtienen se usan en blindaje electromagnético, o como materiales absorbentes de radar (RAM).
A partir de la publicación de patente WO 2014/061048 A2, es conocido un procedimiento para fabricar nanocompuestos poliméricos basados en nanoplaquetas de grafito/grafeno para aplicaciones electromagnéticas, tales como blindaje y/o absorción de energía asociada con campos electromagnéticos. El procedimiento propone la producción controlada de nanoplaquetas para usarse como nanorellenos en una matriz polimérica.
En particular, los materiales absorbentes de radar pueden absorber la energía asociada a un campo electromagnético, teniendo un coeficiente de reflexión mínimo en bandas de frecuencia bien definidas.
En el diseño de componentes con baja observabilidad de radar, la concentración y las propiedades morfológicas y eléctricas del relleno se seleccionan de forma apropiada para optimizar las propiedades electromagnéticas del material compuesto. Más en particular, se intenta ampliar lo más posible la banda de frecuencias en la que el material puede absorber la energía asociada al campo electromagnético, es decir, ampliar el intervalo de frecuencias en las que un determinado componente es poco observable por radar.
Con este fin, también se ha propuesto la aplicación de pinturas que contienen nanoplaquetas de grafeno en las superficies exteriores de las aeronaves, y se han intentado incorporar nanoplaquetas de grafeno en el cuerpo del componente fabricado de material compuesto.
En el campo de la construcción aeronáutica, para la fabricación de elementos fabricados de material compuesto, se sigue un procedimiento de producción que comprende la laminación o depósito de láminas de fibra de carbono, vidrio o Kevlar, ya impregnadas previamente con resina (un material llamado preimpregnado) en una herramienta o molde de laminación.
Para introducir las nanoplaquetas de grafeno se ha propuesto la técnica denominada "infusión de resina líquida, LRI" o "moldeo por transferencia de resina, RTM". Esta técnica proporciona la infusión de resina epoxídica, que contiene grafeno, en una preforma. La preforma se prepara laminando una superposición de láminas de fibra seca (o "capas"), colocadas en un molde. Típicamente, los materiales usados para fabricar las láminas son fibras inorgánicas, normalmente fibras de vidrio o carbono. Se prepara por separado una resina líquida termoestable, que se calienta y se dopa con grafeno. A continuación, se cubre la preforma seca con una bolsa de vacío, que se sella alrededor del perímetro de la preforma (para el procedimiento LRI) o bien se coloca en un molde cerrado y sellado (para el procedimiento RTM). Se evacua el aire de la preforma porosa antes de que se introduzca la resina. A continuación, se introduce la resina en la preforma; se fuerza a la resina a penetrar en la preforma debido a la diferencia de presión entre la presión atmosférica, que actúa sobre la resina, y el vacío en la preforma (para el procedimiento LRI); de otro modo, se inyecta la resina a presión en el molde (para el procedimiento RTM). Finalmente, se aplica un ciclo de polimerización por calor y presión, que solidifica la resina.
Se ha observado que infundiendo la resina con inclusiones de nanoplaquetas de grafeno, estas últimas no se distribuyen de forma uniforme dentro del componente terminado. La técnica de "infusión de resina líquida" hasta ahora no ha dado resultados satisfactorios, porque la resina que contiene el grafeno, que penetra en la preforma seca, se filtra por las fibras de las láminas superiores. En consecuencia, una parte considerable del grafeno queda acumulado en la zona superior de la preforma, es decir, cerca de los puntos de entrada de la resina, no garantizando por tanto que el componente tenga propiedades electromagnéticas uniformes y controlables.
Durante la última década, el desarrollo de materiales absorbentes de radar (RAS) multifuncionales fabricados de compuestos de polímeros reforzados con fibra, que actúan como absorbentes electromagnéticos (EM) con propiedades estructurales, ha sido el centro de numerosos estudios. Véase, por ejemplo:
H. K. Jang, J. H. Shin, C. G. Kim, S. H. Shin y J. B. Kim, "Semi-cylindrical radar absorbing structures using fiber-reinforced composites and conducting polymers in the X-band", Adv. Compos. Mater., vol. 20, n.° 3, pp.
215-229, 2011;
K. Y. Park, S. E. Lee, C. G. Kim y J. H. Han, "Application of MWNT-added glass fabric/epoxy composites to electromagnetic wave shielding enclosures", Compos. Struct., vol. 81, n.° 3, pp. 401-406, 2007;
I. M. De Rosa, F. Sarasini, M. S. Sarto y A. Tamburrano, "EMC impact of advanced carbon fiber/carbon nanotube reinforced composites for next-generation aerospace applications", IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 50, n.° 3 PARTE 1, 2008;
I. M. De Rosa, R. Mancinelli, F. Sarasini, M. S. Sarto y A. Tamburrano, "Electromagnetic design and realization of innovative fiber-reinforced broad-band absorbing screens", IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 51, n.° 3 PARTE 2, 2009.
Se ha observado que el rendimiento de absorción de microondas de los RAS convencionales mejora con la dispersión de un alto porcentaje en peso (% en peso) de nanorrellenos a base de carbono en una matriz polimérica. Se pueden encontrar ejemplos en las siguientes publicaciones:
S. E. Lee, J. H. Kang y C. G. Kim, "Fabrication and design of multi-layered radar absorbing structures of MWNT-filled glass/epoxy plain-weave composites", Compos. Struct., vol. 76, n.° 4, pp. 397-405, 2006;
I. Choi, D. Lee y D. G. Lee, "Radar absorbing composite structures dispersed with nano-conductive particles", Compos. Struct., vol. 122, pp. 23-30, 2015;
W. K. Jung, B. Kim, M. S. Won y S. H. Ahn, "Fabrication of radar absorbing structure (RAS) using GFR-nano composite and spring-back compensation of hybrid composite RAS shells", Compos. Struct., vol. 75, n.° 1-4, pp. 571-576, 2006;
J. B. Kim, "Broadband radar absorbing structures of carbon nanocomposites", Adv. Compos. Mater., vol. 21, n.° 4, pp. 333-344, 2012;
J. H. Oh, K. S. Oh, C. G. Kim y C. S. Hong, "Design of radar absorbing structures using glass/epoxy composite containing carbon black in X-band frequency ranges", Compos. Part B Eng., vol. 35, n.° 1, pp. 49-56, 2004.
Sin embargo, los procedimientos implementados informados hasta ahora tienen varias desventajas y limitaciones en términos de fabricación, rendimiento y aplicabilidad práctica a escala industrial, debido a la alta viscosidad y las propiedades mecánicas y eléctricas no homogéneas que surgen principalmente de la formación de aglomeración de nanorrelleno y la distribución no uniforme.
En las siguientes publicaciones se informa de una revisión extensa sobre el uso de nanorrefuerzos a base de carbono para mejorar las propiedades de degradación de compuestos laminados de fibra continua/epoxídicos:
G. Lubineau y A. Rahaman, "A review of strategies for improving the degradation properties of laminated continuous-fiber/epoxy composites with carbon-based nanoreinforcements", Carbon, vol. 50, n.° 7. pp. 2377­ 2395, 2012;
A. Saib et al., "Carbon nanotube composites for broadband microwave absorbing materials", IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 54, n.° 6, pp. 2745-2754, 2006;
F. Meng et al., "Graphene-based microwave absorbing composites: A review and prospective," Composites Part B: Engineering, vol. 137, pp. 260-277, 2018.
Varios estudios han investigado el uso de nanoplaquetas de grafeno (GNP) u óxido de grafeno (GO) como nanorrelleno en compuestos de fibra de vidrio para mejorar las propiedades mecánicas, sin centrarse en los rendimiento eléctrico o electromagnético.
En R. Umer, Y. Li, Y. Dong, H. J. Haroosh y K. Liao, "The effect of graphene oxide (GO) nanoparticles on the processing of epoxy/glass fiber composites using resin infusion", Int. J. Adv. Manuf. Tecnol., vol. 81, n.° 9-12, pp.
2183-2192, 2015, se usó resina epoxídica rellena con GO al 0,25 % en peso de GO para producir el compuesto de fibra de vidrio a través de infusión de resina líquida.
La principal dificultad del procedimiento fue evitar la formación de aglomerados de nanorrelleno a lo largo de la textura de la fibra.
Se investigó un enfoque similar en N. T. Kamar, M. M. Hossain, A. Khomenko, M. Haq, L. T. Drzal y A. Loos, "Interlaminar reinforcement of glass fiber/epoxy composites with graphene nanoplatelets", Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., vol. 70, pp. 82-92, 2015, en el que se usó resina epoxídica rellena con GO para producir preimpregnado de fibra de vidrio.
Las GNP como refuerzo en compuestos de fibra de vidrio/epoxídicos se propusieron en R. K. Prusty, S. K. Ghosh, D. K. Rathore y B. C. Ray, "Reinforcement effect of graphene oxide in glass fiber/epoxy composites at in-situ elevated temperature environments: An emphasis on graphene oxide content", Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., vol. 95, pp. 40-53, 2017. Las GNP se dispersaron inicialmente en isopropanol y a continuación se aplicaron sobre el tejido de vidrio, que a continuación se usó para producir el compuesto laminado a través de moldeo por transferencia de resina asistido por vacío.
Las propiedades interfaciales y mecánicas de los compuestos reforzados con fibra se mejoraron a través del uso de GNP o GO como rellenos. Esto se divulga en A. K. Pathak, M. Borah, A. Gupta, T. Yokozeki y S. R. Dhakate, "Improved mechanical properties of carbon fiber/graphene oxide-epoxy hybrid composites", Compos. Sci. Technol., vol. 135, pp. 28-38, 2016; y W. Qin, F. Vautard, L. T. Drzal y J. Yu, "Mechanical and electrical properties of carbon fiber composites with incorporation of graphene nanoplatelets at the fiber-matrix interphase", Compos. Part B Eng., vol. 69, 2015.
Los estudios mencionados anteriormente se centran solo en la mejora de la propiedad mecánica del compuesto y no en las características de absorción EM, con el objetivo de desarrollar un rAs . En realidad, la producción de laminados compuestos reforzados con fibra estructural con propiedades absorbentes de radar es todavía un tema abierto porque, en general, solo se logran rendimientos estructurales satisfactorios con una concentración de nanorrelleno mucho menor que la correspondiente a una mejora de las propiedades de absorción EM.
En estudios previos, los autores desarrollaron un panel de absorción EM de banda ancha fabricado de compuesto de éster de vinilo o epoxídico relleno de grafeno, pero los prototipos producidos de material absorbente de radar (RAM) no funcionaron como RAS. Véase, en particular:
M. S. Sarto, A. G. D'Aloia, A. Tamburrano y G. De Bellis, "Synthesis, modeling, and experimental characterization of graphite nanoplatelet-based composites for EMC applications", IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 54, n.° 1, 2012;
A. G. D'Aloia, M. D Amore y M. S. Sarto, "Adaptive Broadband Radar Absorber Based on Tunable Graphene", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 64, n.° 6, 2016;
F. Marra et al., "Electromagnetic and dynamic mechanical properties of epoxy and vinylester-based composites filled with graphene nanoplatelets", Polymers (Basel)., vol. 8, n.° 8, 2016.
La literatura de patentes tiene muchas patentes o solicitudes de patentes relativas al desarrollo de componentes estructurales para aeronaves o aplicaciones aeronáuticas fabricados de laminados compuestos de carbono, Kevlar y/o fibras de vidrio, y con propiedades estructurales mejoradas debido al uso de nanomateriales y nanoestructuras a base de carbono. Sin embargo, ninguna de estas publicaciones de patentes se refiere a la fabricación de materiales absorbentes de radar estructurales, ya que típicamente la propiedad estructural se combina con la obtención de propiedades de blindaje electromagnético pero no con la absorción electromagnética.
Específicamente, la publicación de patente EP 3050916 A1 describe un procedimiento para la producción de una película de poliamida reforzada con fibra o con nanofibra. El procedimiento de producción no se ha diseñado para obtener un material con el control simultáneo de propiedades electromagnéticas y mecánicas, que es el propósito de la presente invención. Además, el procedimiento se limita a los compuestos con una matriz de poliamida, que es un polímero termoplástico. La presente invención, por otra parte, se centra en compuestos con una matriz epoxídica que, como se conoce bien, implica considerables problemas cuando se usa como matriz en compuestos que contienen nanoplaquetas de grafeno, debido a la formación de aglomerados, y por lo tanto es en particular crucial cuando se usa para obtener compuestos absorbentes de radar.
La publicación de patente EP 3235632 A1 se refiere a la producción de una lámina compuesta impregnada previamente para obtener laminados compuestos con propiedades estructurales mejoradas y, por tanto, no un compuesto laminado con propiedades de absorbencia de radar combinadas con las propiedades estructurales deseadas. Es bien conocido que las propiedades de permitividad dieléctrica de un compuesto sin curar y un compuesto curado son muy diferentes. Cabe señalar también que de acuerdo con la publicación de patente EP 3235632, la obtención de la lámina impregnada previamente para la fabricación de compuestos laminados estructurales se basa en la combinación de una lámina compuesta de nanomateriales, una lámina de fibras de refuerzo y un sistema de resina. La lámina compuesta de nanomateriales comprende: una lámina de soporte y una estructura de nanomaterial ligada a la misma. Esta estructura de nanomaterial puede ser una red de nanomateriales que comprende al menos un nanomaterial de carbono y un nanomaterial de boro. Esto permite obtener una lámina conductora impregnada previamente para aplicaciones de blindaje electromagnético. Es conocido, sin embargo, que los valores de resistencia laminar necesarios para obtener propiedades de blindaje electromagnético están muy por debajo de los valores de resistencia laminar necesarios para obtener propiedades de absorbencia de radar, que en efecto no se consideran en la patente.
La publicación de patente US 2004/0188890 A1 describe un procedimiento para la producción de un laminado compuesto que comprende el pretratamiento de fibras secas con un recubrimiento de partículas dispersas en un agente apropiado, la laminación de dichos tejidos de fibras tratadas, la introducción de la matriz polimérica (resina) y el curado. El compuesto resultante tiene propiedades estructurales y propiedades de blindaje electromagnético o de absorción electromagnética. Sin embargo, el procedimiento descrito no garantiza que el absorbedor logre un rendimiento de banda ancha. Además, el documento US 2004/0188890 A1 especifica que el espesor de las fibras no conductoras debe estar cerca de un cuarto de longitud de onda.
La publicación de patente US 2011/0281034 A1 presenta un procedimiento para reforzar compuestos de fibra estructural por la dispersión entre capas de nanomateriales a base de carbono. De acuerdo con dicha publicación, las nanoestructuras se pulverizan directamente sobre la fibra seca después de una dispersión apropiada solo en disolvente, sin agente aglutinante. Esto da como resultado un bajo rendimiento mecánico y electromagnético debido a la mala adhesión resultante de las nanoplaquetas a la fibra seca. La pulverización se lleva a cabo en vacío.
La publicación de patente US 2013/0034724 A1 se refiere a la fabricación de una capa intermedia que contiene nanoestructuras para el refuerzo mecánico/estructural de compuestos estructurales. Las propiedades de absorbencia de radar no se mencionan ni se tienen en cuenta, ya que no serían alcanzables aplicando el procedimiento descrito.
La publicación de patente US 2015/0166743 A1 propone, a través de la inserción de capas intermedias con nanopartículas conductoras entre una capa y otra de un laminado de fibra de carbono, obtener un compuesto final con propiedades estructurales y alta conductividad en el plano ortogonal a la superficie del panel. La consecución de dicho rendimiento es fundamental para producir compuestos con alta conductividad eléctrica, que por lo tanto soportan fuertes tensiones electromagnéticas, tales como en el caso de un rayo directo. Los compuestos que se pueden obtener no son adecuados para obtener propiedades de absorbencia de radar.
La publicación de patente KR 2013 0010285 A describe un procedimiento para reforzar mecánica y estructuralmente compuestos laminados con fibra de carbono u otras fibras para aplicaciones de blindaje electromagnético, y no para obtener compuestos absorbentes de radar. Además, los nanomateriales se usan para recubrir las fibras después de la dispersión en metanol sin el uso de elementos aglutinantes, posiblemente depositados por pulverización al vacío.
Sumario de la invención
Para aplicaciones aeronáuticas y aeroespaciales y en general para el control de interferencias electromagnéticas, son de particular interés los materiales compuestos absorbentes de radar de banda ancha con propiedades mecánicas mejoradas, en los que el espesor del componente activo electromagnético, es decir, el componente que confiere al material la propiedad de absorber radiación electromagnética, es delgado o menor que la longitud de onda asociada a la frecuencia central de la banda de interés.
La presente invención propone una metodología innovadora para el diseño y la fabricación de una estructura laminada en material compuesto de matriz polimérica que contiene nanoplaquetas de grafeno con propiedades de absorción de radiación de radar de banda ancha y las propiedades mecánicas o estructurales deseadas, que comprende al menos tres bloques básicos:
- un primer bloque "retrorreflector", que comprende un material de alta conductividad eléctrica, que tiene un coeficiente de reflexión de radiación electromagnética superior a -1 dB. Dicho bloque se puede fabricar a partir de una lámina metálica delgada o a partir de un laminado de fibra de carbono aeronáutico o a partir de un panel metálico estructural, y es la parte que le confiere al componente las propiedades mecánicas o estructurales mínimas deseadas.
- un segundo bloque "absorbedor electromagnético", que comprende una pluralidad de láminas de fibra no conductora recubiertas en una fracción de su espesor con nanomateriales a base de grafeno, de manera que se crea una estructura multicapa periódica que alterna entre capas conductoras y no conductoras.
- un tercer bloque "adaptador de impedancia", fabricado de material no conductor con un bajo factor de pérdida, con un espesor inferior a un cuarto de la longitud de onda asociada a la frecuencia central de la banda de interés, que tiene la función de minimizar el coeficiente de reflexión de todo el componente en la banda de absorción deseada adaptando la impedancia del componente a la impedancia de onda del campo electromagnético incidente. Este bloque puede consistir en un laminado de compuesto de fibra no conductor que no contiene grafeno.
Los segundo y tercer bloques forman la parte electromagnética activa del componente. El acoplamiento de los segundo y tercer bloques confiere al objeto componente de la invención la propiedad de absorbencia de radar de banda ancha y al mismo tiempo propiedades mecánicas o estructurales no inferiores a las propiedades mecánicas o estructurales del primer bloque.
La obtención de propiedades de absorción electromagnética de banda ancha sin alterar las propiedades mecánicas o estructurales de la estructura resultante se hace posible combinando el procedimiento de fabricación del segundo bloque, como se describe a continuación en el presente documento, con el procedimiento de producción de todo componente completo con los tres bloques, en base a procedimientos conocidos de por sí en la técnica para la fabricación de laminados compuestos aeronáuticos.
De acuerdo con un modo de realización preferente, el procedimiento de producción del segundo bloque "absorbedor electromagnético" comprende las siguientes etapas:
1) Selección del nanomaterial a base de grafeno. El nanomaterial usado está compuesto de nanoplaquetas de grafeno que tienen un espesor en el intervalo de 2 nm a 100 nm, sin embargo mucho menor que el diámetro de las fibras de tejido y la distancia entre los haces de fibras de trama y urdimbre, y dimensiones laterales entre 100 nm y 10 |jm, sin embargo tal como para permitir la penetración de las nanoplaquetas de grafeno entre los haces de fibras de trama y urdimbre del tejido de refuerzo para un espesor apropiado, que está ligado a la obtención de las propiedades electromagnéticas deseadas del segundo bloque y está entre 5 jm y 150 jm . Las nanoplaquetas de grafeno se pueden producir con las propiedades geométricas dimensionales deseadas aplicando el procedimiento descrito por ejemplo en el documento WO 2014/061048 A2, o pueden ser de tipo comercial.
2) Dispersión de las nanoplaquetas de grafeno en una mezcla polimérica diluida que consiste en disolvente y polímero en una concentración apropiada definida de manera que se obtengan las propiedades reológicas deseadas de la mezcla que garanticen la dispersión óptima de las nanoplaquetas de grafeno mientras se evita la formación de aglomerados. El polímero usado es preferentemente una resina epoxídica del mismo tipo que la usada para el posterior procedimiento de producción del componente final que consiste en los tres bloques. El disolvente debe ser compatible con la resina usada; en el caso de la resina epoxídica es, por ejemplo, acetona. La concentración volumen/volumen de líquido/disolvente de la solución de polímero debe estar preferentemente entre un 1 % y un 5 %. La dispersión de las nanoplaquetas de grafeno se produce por medio de ultrasonido con sonotrodo de ciclo pulsado.
3) Depósito por pulverización con aire de la suspensión sobre un lado o sobre ambos lados del tejido de fibra seca no conductora, típicamente con un espesor entre 150 jm y 300 jm . Preferentemente, los filamentos de las láminas de fibra tienen una resistencia eléctrica mayor a 10A4 ohm*cm. Por ejemplo, las fibras pueden ser, a modo de ejemplo no limitante, de vidrio, Kevlar, polietileno o poliéster. La presión de pulverización, la distancia de la boquilla al tejido y el ciclo de pulverización se fijan de manera que se obtenga:
a. la concentración deseada de nanoplaquetas de grafeno por metro cuadrado de tejido, con valores entre 0,5 g/m2 y 10 g/m2,
b. la profundidad de penetración deseada de las nanoestructuras entre las fibras de trama y urdimbre, con valores entre 5 y 150 jm y en cualquier caso con un espesor de penetración que no supere la mitad del espesor del tejido de fibra seca, típicamente entre 100 y 300 jm ,
c. el espesor deseado del recubrimiento de resina/compuesto de nanoplaquetas de grafeno que se forma sobre la superficie de las fibras del tejido durante la fase de pulverización. El espesor de este recubrimiento está entre 10 y 200 jm , en relación con los valores de permitividad dieléctrica eficaz del compuesto que se desea obtener.
Las nanoplaquetas de grafeno se pueden depositar uniformemente sobre la superficie del tejido de fibra seca, es decir, de acuerdo con patrones de pulverización predefinidos para lograr un comportamiento de frecuencia selectivo.
4) Fabricación de la disposición del segundo bloque superponiendo capas de fibra seca pulverizadas con la suspensión de nanoplaquetas de grafeno sobre uno o ambos lados, intercaladas con ninguno o con algunos tejidos de fibra seca sin tratar. El número de tejidos de fibra seca sin tratar que se van a insertar entre las capas de tejido tratado con nanoplaquetas de grafeno está directamente ligado a la banda de frecuencia dentro de la que se requiere el rendimiento de absorción de radar y es inversamente proporcional al valor de la frecuencia central de la banda de absorción de interés.
El tercer bloque, el adaptador de impedancia, se fabrica de una capa de material no dispersivo de espesor apropiado, determinada de manera que se ensanche la banda de absorción electromagnética de acuerdo con las especificaciones de diseño minimizando el coeficiente de reflexión de todo el componente.
El tercer bloque es el que, en el estado montado en una aeronave, está en la posición más externa o superficial y expuesto. El segundo bloque es intermedio. El primer bloque está ubicado en la posición más interna de la aeronave.
A continuación se realiza un laminado de los tres bloques, que se solidifican por medio de un procedimiento de infusión de resina, en el que se infunde resina sintética termoestable no polimerizada en el laminado así obtenido. Finalmente, se aplica calor y posiblemente presión para provocar la polimerización de la resina termoestable, obteniendo un componente de una sola pieza de una aeronave con propiedades de absorción de radar.
Debido al procedimiento desarrollado para la fabricación de la capa absorbente electromagnética, que usa cantidades limitadas de nanorrellenos, es posible obtener capas conductoras con propiedades de absorbencia de radar óptimas, y al mismo tiempo, no se degradan las propiedades estructurales o mecánicas del componente. El procedimiento de fabricación es sencillo y económico y se basa en procedimientos estándar para la producción de laminados compuestos aeronáuticos, precedidos de una fase de funcionalización de las fibras secas pulverizando con aire suspensiones poliméricas de nanoplaquetas de grafeno.
El segundo bloque crea una estratificación periódica en la que se alternan capas conductoras que contienen nanoplaquetas de grafeno con capas no conductoras subresonantes, puesto que la distancia entre las nanoplaquetas de grafeno de dos láminas de fibra consecutivas tiene una dimensión física inferior a un cuarto de la longitud de onda en relación con la frecuencia central de la banda de frecuencias en la que se concibe el funcionamiento electromagnético del laminado multicapa. El laminado multicapa también tiene propiedades mecánicas controladas adecuadas para su uso en aeronaves.
La estructura subresonante multicapa del bloque absorbente electromagnético permite combinar excelentes propiedades electromagnéticas con mecánicas o estructurales debido al bajo contenido en nanoplaquetas que está preferentemente entre un 0,5 % y un 2 % en peso.
Breve descripción de los dibujos
Ahora se describirá, a modo de ejemplo no limitante, un posible modo de realización del procedimiento de fabricación de acuerdo con la presente invención, y de componentes de aeronave obtenidos de acuerdo con la presente invención.
Se hace referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la FIG. 1 es una vista esquemática en sección transversal de un laminado generalizado de un componente fabricado de acuerdo con la presente invención;
la FIG. 2 ilustra en sección transversal el detalle relativo al depósito de la solución que contiene las nanoplaquetas de grafeno sobre una única lámina de fibra seca antes de la infusión de la resina en el laminado (primer modo de realización) o el procedimiento de impregnación previa de la lámina seca (tercer modo de realización);
la FIG. 3 proporciona una ilustración esquemática del procedimiento de infusión de resina;
la FIG. 4 ilustra esquemáticamente el detalle de una sección de un componente terminado, en relación con una única lámina de fibra;
la FIG. 5 muestra una serie de microfotografías con MEB a aumentos crecientes de la superficie del tejido de fibra de vidrio después de pulverizar las GNP, antes de la infusión con resina epoxídica;
la FIG. 6 muestra una serie de microfotografías con MEB a aumentos crecientes de la superficie del corte de un panel con detalles que indican la penetración de las GNP a través de la trama y la urdimbre de una misma capa de tejido;
la FIG. 7 muestra un diagrama relativo a la aplicación del ciclo de tratamiento en autoclave sobre el laminado preparado con depósitos de grafeno realizados directamente sobre las láminas preimpregnadas; la FIG. 8 muestra la medición del coeficiente de reflexión de un posible material realizada por un procedimiento de acuerdo con la presente invención.
Descripción detallada
Con referencia a los dibujos, ahora se describirán algunos modos de realización de procedimientos para la fabricación de un componente aeronáutico genérico con una estructura laminada en material compuesto de matriz polimérica que contiene nanoplaquetas de grafeno. La estructura comprende una pluralidad de bloques yuxtapuestos, con un primer bloque eléctricamente conductor 15, un segundo bloque absorbente electromagnético 11 y un tercer bloque 14 fabricado de material eléctricamente no conductor.
El primer bloque "retrorreflector" (indicado con 15 en la FIG. 1) tiene una alta conductividad eléctrica, que tiene un coeficiente de reflexión de radiación electromagnética mayor a -1 dB. El primer bloque se puede fabricar, por ejemplo, a partir de una lámina metálica delgada o a partir de un laminado de fibra de carbono aeronáutico o a partir de un panel metálico estructural y es la parte que le confiere al componente las propiedades mecánicas o estructurales mínimas deseadas. De forma alternativa, el primer bloque retrorreflector 15 se puede formar a partir de 1 a 24 láminas de fibra (16) que no tienen depósito de nanoplaquetas y con un tipo de fibra de alta conductividad eléctrica (por ejemplo, CFC).
Un procedimiento de producción del segundo bloque 11 "absorbedor electromagnético" (FIG. 1) consiste preferentemente en las siguientes etapas. De acuerdo con un primer modo de realización, se preparan una pluralidad de láminas de fibra seca sobre las que se depositan nanoplaquetas de grafeno. En la selección del nanomaterial a base de grafeno, el nanomaterial usado está compuesto preferentemente por nanoplaquetas de grafeno que tienen un espesor en el intervalo de 2 nm a 100 nm, pero menor que el diámetro de las fibras de tejido de las láminas de fibra y la distancia entre los haces de fibras de trama y urdimbre. Dicha distancia es en general entre 100 nm y 10 |jm, de modo que las nanoplaquetas de grafeno pueden penetrar entre los haces de fibra de trama y urdimbre del tejido de refuerzo para obtener el espesor deseado. El espesor penetrado por las nanoplaquetas de grafeno está ligado a la obtención de las propiedades electromagnéticas deseadas del segundo bloque, y está entre 5 y 150 jm . Las nanoplaquetas de grafeno se pueden producir con las propiedades geométricas dimensionales deseadas aplicando el procedimiento descrito por ejemplo en el documento WO 2014/061048 A2, o pueden ser de tipo comercial.
Las láminas de fibras de refuerzo, por ejemplo, se pueden fabricar de fibras de vidrio y/o Kevlar, polietileno o poliéster, en una matriz de resina termoestable artificial, por ejemplo, resina epoxídica.
Preferentemente, los filamentos de las láminas de fibra tienen una resistencia eléctrica mayor a 104 ohm*cm.
Para mejorar la adherencia de las nanoplaquetas de grafeno a las fibras, las nanoplaquetas se pueden dispersar en resina, preferentemente resina epoxídica del mismo tipo que la usada para la infusión posterior, diluida en disolvente, tal como acetona o MEK. Por ejemplo, se puede usar una resina epoxídica con un perfil optimizado de viscosidad/temperatura para permitir la inyección desde 70 °C (158 °F) y con una viscosidad que disminuye como resultado de la inyección por debajo de 20 cP (centipoise).
La dispersión de las nanoplaquetas de grafeno en una mezcla polimérica diluida que consiste en disolvente y polímero se lleva a cabo en una concentración definida de manera que se obtengan las propiedades reológicas deseadas de la mezcla que garanticen la dispersión óptima de las nanoplaquetas de grafeno mientras se evita la formación de aglomerados. El polímero usado es preferentemente una resina epoxídica del mismo tipo que la usada para el posterior procedimiento de producción del componente final que consiste en los tres bloques. El disolvente debe ser compatible con la resina usada; en el caso de la resina epoxídica es, por ejemplo, acetona. La concentración volumen/volumen de líquido/disolvente de la solución de polímero está preferentemente entre un 1 % y un 5 % de resina en relación con el volumen total de disolvente usado en una fase de pulverización posterior, en la que se deposita la mezcla polimérica que contiene las nanoplaquetas de grafeno sobre las láminas de fibra.
La dispersión de las nanoplaquetas de grafeno en la mezcla polimérica se puede producir preferentemente por ultrasonido con sonotrodo de ciclo pulsado.
Si se usa una resina compatible con un agente adherente, es preferente una proporción de mezcla de 1 a 3 en peso de agente adherente/disolvente. En caso de dispersión de las nanoplaquetas sobre la fibra de carbono, para mejorar la visibilidad de la aspersión, es posible añadir a la mezcla un tinte rojo compatible con la resina epoxídica en una proporción de 2 /- 0,5 g por litro de mezcla.
Las nanoplaquetas de grafeno individuales que se depositan pueden tener un espesor entre 30 nm y 70 nm y dimensiones laterales entre 5 jm y 20 jm .
Los depósitos de nanoplaquetas sobre láminas de fibra pueden tener valores de peso entre 0,5 g/m2 y 10 g/m2
Las láminas de fibra seca sobre las que se depositan las nanoplaquetas de grafeno tienen preferentemente un espesor de entre 150 jm y 300 jm .
Preferentemente, los filamentos de las láminas de fibra tienen una resistencia eléctrica mayor a 104 ohm*cm. Las fibras pueden comprender, a modo de ejemplo no limitante, fibra de vidrio, Kevlar, polietileno o poliéster.
El depósito de la solución que contiene las nanoplaquetas de grafeno se puede llevar a cabo por medio de un graficador XY equipado con un aerógrafo y accionado por un servomotor. Con este tipo de dispositivo es posible ajustar la velocidad del graficador y la presión de aire del aerógrafo para calibrar apropiadamente la cantidad de grafeno pulverizado (peso y/o espesor) por unidad de superficie de la lámina de fibra, y el grado de cobertura de superficie.
En algunos modos de realización, el depósito de nanoplaquetas de grafeno se puede producir de forma uniforme sobre la superficie del tejido de fibra seca. Más específicamente, en algunos modos de realización, se pueden extender las nanoplaquetas depositadas para formar capas continuas, por ejemplo, cuando se desea una capa superficial exclusivamente resistiva.
De acuerdo con otros modos de realización, el depósito de nanoplaquetas de grafeno sobre la superficie del tejido de fibra seca tiene lugar de acuerdo con patrones de pulverización predefinidos para obtener un comportamiento de frecuencia selectivo, dependiendo de la banda de frecuencia específica de la radiación sujeta a absorción y el rendimiento esperado del compuesto absorbente de radar.
En la preparación de laminado, para garantizar la isotropía espacial de las fibras y por tanto obtener un material compuesto con propiedades isotrópicas electromagnéticas y mecánicas, de acuerdo con un posible modo de realización del procedimiento, las láminas de fibra seca se pueden combinar apilándolas y disponiéndolas con orientaciones cruzadas [0°, 45°, 90°, -45°, 0°...]. Otros modos de realización posibles del procedimiento incluyen la orientación de las fibras del tipo cuasiisotrópico o no isotrópico. El segundo bloque "absorbedor electromagnético" indicado con 11 en la FIG. 1, se puede obtener produciendo de 1 a 24 depósitos de grafeno, indicados con 12 en la FIG. 1, con concentraciones pertenecientes a los intervalos definidos anteriormente, sobre láminas 13 de fibra seca con propiedades y espesores previamente especificados.
El depósito por pulverización con aire de la suspensión se puede producir en un lado o en ambos lados del tejido de fibra seca no conductora, típicamente con un espesor entre 150 |jm y 300 |jm.
La presión de pulverización, la distancia del tejido a la boquilla y el ciclo de pulverización se pueden ajustar de manera que se obtenga:
a. la concentración deseada de nanoplaquetas de grafeno por metro cuadrado de tejido, con valores entre 0,5 g/m2 y 10 g/m2,
b. la profundidad de penetración deseada de las nanoestructuras entre las fibras de trama y urdimbre, con valores entre 5 y 150 jm y en cualquier caso con un espesor de penetración que no supere la mitad del espesor del tejido de fibra seca, típicamente entre 100 y 300 jm ,
c. el espesor deseado del recubrimiento de resina/compuesto de nanoplaquetas de grafeno que se forma sobre la superficie de las fibras del tejido durante la fase de pulverización. El espesor de este recubrimiento está entre 10 y 200 jm en relación con los valores de permitividad dieléctrica eficaz del compuesto que se desea obtener.
En la fabricación del segundo bloque, que se produce superponiendo capas de fibra seca pulverizadas con la suspensión de nanoplaquetas de grafeno sobre uno o ambos lados, las láminas pulverizadas pueden estar intercaladas con uno o más tejidos de fibra seca sin tratar (no pulverizados). El número de tejidos de fibra seca sin tratar que se van a insertar entre las capas de tejido tratado con nanoplaquetas de grafeno está directamente ligado a la banda de frecuencia dentro de la que se requiere el rendimiento de absorción de radar y es inversamente proporcional al valor de la frecuencia central de la banda de absorción de interés.
El tercer bloque 14, el adaptador de impedancia, se fabrica de una capa de material no dispersivo de espesor apropiado, determinada de manera que se ensanche la banda de absorción electromagnética de acuerdo con las especificaciones de diseño minimizando el coeficiente de reflexión de todo el componente.
Los tres tipos de bloques fabricados se pueden combinar adecuadamente de acuerdo con el diagrama de laminado generalizado mostrado en la figura 1. En primer lugar, se puede colocar el número de láminas de fibra de alta conductividad (por ejemplo, CFC) necesarias para obtener las propiedades mecánicas y/o estructurales deseadas; a continuación, se puede colocar el número deseado de láminas de fibra absorbente de radar de baja conductividad con depósitos de grafeno del peso apropiado; finalmente, se puede colocar el número deseado de láminas de fibra de baja conductividad sin depósitos de grafeno.
Una vez que se ha preparado el laminado, de acuerdo con el diagrama generalizado descrito anteriormente, se puede aplicar una bolsa de vacío de acuerdo con procedimientos estándar de infusión de resina líquida y procedimientos para la infusión de la resina (FIG. 3) usando tecnologías que son conocidas de por sí.
Los valores estándar de presión de inyección/succión de la bomba usada en el procedimiento son preferentemente, a modo de ejemplo no limitante, entre 30 kPa (0,3 bar) y 90 kPa (0,9 bar), para valores de temperatura de infusión entre 80° y 120 °C.
La figura 4 muestra esquemáticamente en sección transversal la penetración del grafeno posterior a la infusión sobre una única lámina de fibra de vidrio seca con un espesor de 250 |jm. En el ejemplo específico de la figura 4, la capa superficial de fibra de vidrio impregnada con grafeno tiene un espesor de aproximadamente 75 jm , y la capa subyacente de fibra de vidrio impregnada solo con resina epoxídica tiene un espesor de aproximadamente 175 jm .
Las pruebas experimentales llevadas a cabo por el solicitante han demostrado, también por medio de análisis de microscopía electrónica de barrido, MEB, de los que se muestran algunas imágenes ilustrativas en las figuras 5 y 6, que después del procedimiento de infusión de resina, llevado a cabo con los parámetros detallados anteriormente, los depósitos de grafeno en la superficie, que tienen un espesor de superficie inicial entre 10 micrómetros y 100 micrómetros, en virtud del flujo transversal de la resina, penetran entre las fibras a una profundidad de entre 5 micrómetros y 150 micrómetros, como se indica esquemáticamente en las figuras 2, 3, 4 y se integran uniformemente, sin la formación de aglomerados de nanopartículas, asegurando por tanto propiedades electromagnéticas así como mecánicas controlables del producto.
El procedimiento inicialmente proporciona la preparación de una capa de fibra seca, por ejemplo, fibra de vidrio (indicada con 17 en la figura 2) con un espesor de 250 jm . A continuación, se puede depositar una capa superficial (12) de la solución que contiene nanoplaquetas de grafeno sobre la capa de fibra de vidrio (17).
Los depósitos pueden ser continuos o discontinuos, dependiendo del rendimiento requerido del material. Esto da como resultado una preforma seca. El procedimiento se repite N veces hasta obtener el laminado deseado, del que se muestra una versión generalizada en la figura 1, definido y optimizado preliminarmente por medio de un código de cálculo electromagnético que define el rendimiento y los espesores de los bloques individuales que componen el compuesto absorbente de radar.
La preforma seca se cubre con una bolsa de vacío, que se sella alrededor del perímetro de la preforma. Se evacua el aire de la preforma y a continuación se introduce la resina. Se fuerza a la resina a penetrar en la preforma debido a la diferencia de presión entre la presión atmosférica que actúa sobre la resina y el nivel de vacío en la preforma. Finalmente, se aplica un ciclo de polimerización por calor y presión, que provoca que se solidifique la resina.
Al final del ciclo de polimerización se obtiene un componente fabricado de material compuesto que tiene, por cada lámina de fibra que constituye el bloque absorbente de radar elemental, una capa superficial de entre 50 y 150 jm de fibra de vidrio impregnada con resina y grafeno. La capa subyacente se fabrica de fibra de vidrio impregnada de resina, sin dopar, es decir, sin grafeno.
Los experimentos han demostrado que variando apropiadamente los parámetros del procedimiento, tales como el peso y el tipo de fibra, la concentración de la suspensión, la tecnología de depósito, las condiciones de infusión y curado, es posible variar la profundidad de penetración del grafeno, variando por tanto las propiedades electromagnéticas equivalentes de las capas impregnadas de grafeno y, en consecuencia, el rendimiento global del coeficiente de reflexión del compuesto.
En un segundo modo de realización del procedimiento para la fabricación del segundo bloque, los depósitos de las nanoplaquetas, cuando se proporcionan, se realizan directamente sobre las láminas de fibra de baja conductividad eléctrica ya impregnadas previamente. En un modo de realización de este tipo, por lo tanto, después del procedimiento de tratamiento en autoclave del laminado preparado, las nanopartículas de grafeno permanecen confinadas en la matriz de resina dentro del espesor entre dos láminas de preimpregnados contiguos, con una integración limitada del grafeno con las fibras en relación con el primer modo de realización, como se muestra esquemáticamente en la figura 7.
En un tercer modo de realización del procedimiento para la fabricación del segundo bloque, las láminas preimpregnadas se fabrican corriente abajo de la dispersión de la solución que contiene las nanopartículas sobre la fibra seca con las mismas especificaciones y procedimientos descritos, asegurando el mismo intervalo de profundidad de penetración en las fibras como se detalla anteriormente.
Independientemente del modo de realización específico del procedimiento, desde el punto de vista electromagnético, a través del procedimiento de acuerdo con la presente invención y el diseño contextual del laminado, un "absorbedor de Jaumann" se fabrica esencialmente con un adaptador de impedancia en el que se alternan las capas conductoras (debido a la penetración e integración uniforme del grafeno en la fibra y la resina) y las capas no conductoras (fibra de vidrio impregnada). El diseño propuesto es diferente a la versión estándar del "absorbedor de Jaumann" conocido en la literatura, a través de la inserción, de acuerdo con un aspecto de la presente invención, de un adaptador de impedancia adecuadamente diseñado formado por una sucesión de capas de fibra no conductora y sin dopar, y por el hecho de que las capas que componen la estructura tienen espesores subresonantes, creando por tanto un metamaterial monodimensional.
Ejemplo de aplicación 1: obtención de un compuesto absorbente de radar por medio de "infusión de resina líquida"
En el presente ejemplo se detallan las especificaciones de un posible material compuesto, utilizable para la fabricación de un componente de aeronave, con inclusiones de nanoplaquetas de grafeno que tiene un espesor global de 5 mm y que garantiza, en relación con un equivalente del mismo sin inserciones de nanopartículas, un coeficiente de reflexión inferior a -15 dB en la banda de frecuencias entre 8 y 14 GHz.
Con este fin, se proporcionan los siguientes tipos de materiales constituyentes:
un bloque "absorbente de radar" de 1 mm de espesor compuesto de 4 láminas de fibra de vidrio E seca de un espesor promedio de 250 |jm con depósitos de grafeno en la superficie de 3 g/m2
un bloque "adaptador de impedancia" de 3 mm compuesto de 8 láminas de fibra seca de tipo vidrio eléctrico con un espesor promedio de 250 jm y 5 láminas de fibra seca de tipo vidrio dieléctrico con un espesor promedio de 200 jm .
un bloque "estándar" de 1 mm compuesto de 4 láminas de fibra CFC seca (compuesto de fibra de carbono) del tipo "tejido" con un espesor promedio de 250 jm .
Una vez que se había preparado el laminado y la bolsa de vacío, se usó el procedimiento de infusión de resina epoxídica proporcionado en el procedimiento de infusión de resina líquida y se modificó apropiadamente como se describe anteriormente.
La atenuación electromagnética del panel de producto se mide por el solicitante de acuerdo con la configuración de "arco NRL". El rendimiento de atenuación obtenido se muestra en la figura 8.
Naturaleza innovadora de la invención
La inserción de nanoplaquetas, de acuerdo con la presente invención, no implica un incremento apreciable de los costes de producción del componente y es de fácil implementación/integración en los procedimientos industriales usados actualmente. El resultado es un componente fabricado de compuesto multifuncional con un aumento de peso insignificante, que tiene sustancialmente las mismas propiedades mecánicas que un componente sin grafeno correspondiente.
En particular, la presente invención permite lograr una notable flexibilidad de aplicación, concentrando las nanoplaquetas de grafeno en las zonas del componente donde el efecto de la absorbencia de radar es eficazmente más necesario.
El procedimiento permite además que la dosificación de nanoplaquetas de grafeno varíe de una zona a otra, dependiendo del diseño electromagnético para obtener un componente que tenga rasgos característicos predeterminados de baja observabilidad. Por ejemplo, se pueden aplicar concentraciones o porcentajes de peso decreciente con la profundidad, es decir, progresivamente menores hacia el interior del componente. Existe la posibilidad de ajustar el espesor de la capa de grafeno, por ejemplo, entre 50 y 150 jm , entre dos capas de fibras consecutivas.
La mayor uniformidad de distribución del componente dopante (nanoplaquetas de grafeno), sin formación de agregados con respecto a otros nanomateriales (por ejemplo, nanotubos de carbono), tanto dentro de las fibras de refuerzo estructural como en la resina, asegura una adecuada homogeneidad de las propiedades electromagnéticas del material.
Se especifica que preferentemente, pero no exclusivamente, el material dopante se aplica sobre varias capas de fibras secas del material de refuerzo a través del uso de un sistema de pulverización automático realizado con un graficador XY y un aerógrafo accionado por un servomotor. A continuación, se apilan las capas "dopadas" de acuerdo con la secuencia y las directrices del proyecto y, posteriormente, después de la aplicación de la bolsa de vacío, se procede a la infusión de resina líquida y la polimerización de la misma con aplicación de calor y presión.
La principal ventaja del primer modo de realización en base al procedimiento de infusión de resina líquida está relacionada con la posibilidad de dopar apropiadamente las fibras de refuerzo "secas" antes de la posterior infusión de resina. Esto permite formar un laminado con una sucesión de fibras de refuerzo con diferentes pesos de dopante, es decir, con una concentración diferenciada de grafeno en el espesor, lo que permite optimizar la propiedad de absorbencia electromagnética del componente final.
Como alternativa a la técnica de "infusión de película de resina", que proporciona laminar una preforma con láminas o tejidos (capas) secos, es posible preparar el componente laminando láminas (llamadas "preimpregnados") ya impregnadas previamente con resina sintética termoestable sin polimerizar que sirve como matriz. En un modo de realización de este tipo, las nanoplaquetas de grafeno se pueden aplicar a láminas preimpregnadas individuales antes de laminación de las mismas. A continuación, se pueden recubrir las láminas laminadas y preimpregnadas con una bolsa de vacío para retirar el aire, y a continuación introducirse en una autoclave, aplicando calor y presión para provocar la polimerización de la matriz de resina termoestable y conferir a las capas laminadas la forma deseada.
Como se puede apreciar, los compuestos laminados multicapa con matriz polimérica de acuerdo con la presente invención adquieren propiedades absorbentes de radar mejoradas pero al mismo tiempo tienen propiedades mecánicas o estructurales que no cambian o mejoran en comparación con componentes similares fabricados con procedimientos de fabricación conocidos.
Se puede apreciar que el presente procedimiento permite fabricar componentes de aeronave con formas geométricas muy complejas, tales como los paneles de borde de ataque y curvos del fuselaje o de las góndolas, o los paneles de los cajones de las alas y los estabilizadores de cola.
Se han descrito diferentes aspectos y modos de realización de procedimientos para la fabricación de componentes absorbentes de radar para aeronaves. Además, la invención no se limita a los modos de realización descritos, sino que puede variar dentro del alcance definido por las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, la forma, el tamaño y el laminado específico de la pieza de fibra pueden variar. Asimismo, también puede variar el número de capas, su espesor, la distribución y las concentraciones locales de grafeno.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Un laminado absorbente de radar multicapa adecuado para su uso en aeronaves fabricado de material compuesto con una matriz polimérica que contiene nanoplaquetas de grafeno, donde el laminado comprende una pluralidad de bloques yuxtapuestos, con
- un primer bloque eléctricamente conductor (15) que se va a poner en uso hacia el interior de la aeronave, que tiene un coeficiente de reflexión de radiación electromagnética mayor a -1 dB;
- un segundo bloque absorbente electromagnético intermedio (11), que comprende un apilamiento de láminas de fibra eléctricamente no conductora (13), donde cada lámina de fibra está al menos parcialmente permeada con nanoplaquetas a base de grafeno (12), para lograr una capa periódica y electromagnéticamente subresonante en la que se alternan capas conductoras que contienen nanoplaquetas de grafeno con capas no conductoras;
- un tercer bloque (14) de material eléctricamente no conductor que se va a disponer hacia el exterior en uso y que forma parte de la superficie exterior de la aeronave;
donde el segundo bloque (11) es obtenible por un procedimiento que comprende las etapas de:
a) proporcionar nanoplaquetas de grafeno con un espesor entre 2 nm y 100 nm y dimensiones laterales entre 100 nm y 10 |jm;
b) dispersión de nanoplaquetas de grafeno en una mezcla polimérica diluida que consiste en un disolvente y un polímero, para obtener una suspensión de nanoplaquetas de grafeno en una mezcla polimérica;
c) depósito por pulverización con aire de dicha suspensión sobre uno o ambos lados opuestos de dichas láminas de fibra seca no conductora, con penetración controlada de las nanoplaquetas en las láminas de fibra respectivas;
d) formación del segundo bloque (11) por superposición de una pluralidad de láminas de fibra seca pulverizada con la suspensión de nanoplaquetas de grafeno;
y donde la etapa de formación del segundo bloque se sigue por las etapas de:
e) ejecución de un laminado que incluye los primer, segundo y tercer bloques;
f) infusión de resina sintética termoestable no polimerizada en el laminado así obtenido;
g) aplicación de calor y, si es necesario, presión para provocar la polimerización de la resina termoestable y la distribución homogénea y uniforme de las nanoplaquetas dentro de una porción de espesor de las láminas de fibra que comprenden el segundo bloque intermedio.
2. Un laminado multicapa de acuerdo con la reivindicación 1, en el que, durante la etapa de formación del segundo bloque, las láminas de fibra seca pulverizada con la suspensión de nanoplaquetas de grafeno se intercalan con una o más láminas de fibra seca eléctricamente no conductora no pulverizada con dicha suspensión.
3. Un laminado multicapa de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que las nanoplaquetas de grafeno se distribuyen sobre las láminas de fibra de acuerdo con valores entre 0,5 g/m2 y 10 g/m2, por metro cuadrado de lámina de fibra.
4. Un laminado multicapa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las nanoplaquetas de grafeno penetran de manera controlada y uniforme entre las fibras de cada lámina de fibra para un espesor de penetración entre 5 y 150 jm y que no superan la mitad del espesor de la lámina de fibra seca.
5. Un laminado multicapa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las láminas de fibra tienen cada una un espesor de entre 150 jm y 300 jm .
6. Un laminado multicapa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que durante dicha fase de pulverización, la suspensión del compuesto de resina/nanoplaquetas de grafeno forma un recubrimiento de un espesor entre 10 y 200 jm sobre la superficie de la lámina de fibra.
7. Un laminado multicapa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los filamentos de láminas de fibra seca no conductora tienen una resistencia eléctrica mayor a 104 ohms*cm.
8. Un laminado multicapa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las láminas de fibra seca se eligen del grupo que consiste en: fibras de vidrio, fibras Kevlar, fibras de poliéster, fibras de polietileno.
9. Un laminado multicapa de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la concentración volumen/volumen de líquido/disolvente de la solución de polímero está entre un 1 % y un 5 %.
10. Un laminado multicapa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la dispersión de las nanoplaquetas de grafeno en la mezcla polimérica se produce por ultrasonido con sonotrodo de ciclo pulsado.
11. Un laminado multicapa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se distribuyen de forma uniforme las nanoplaquetas de grafeno sobre al menos una de dichas láminas de fibra dentro de una porción del espesor de dicha lámina.
12. Un laminado multicapa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se distribuyen de forma desigual las nanoplaquetas de grafeno sobre al menos la misma lámina de al menos una de dicha pluralidad de láminas de fibra, de acuerdo con un patrón o gradiente predeterminado.
13. Un laminado multicapa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el polímero usado en la mezcla es resina epoxídica del mismo tipo que la usada para el posterior procedimiento de producción del componente final que consiste en los tres bloques.
14. Un laminado multicapa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde las nanoplaquetas de grafeno se aplican con mayores concentraciones sobre las láminas de fibra destinadas a estar más cerca de una superficie exterior del componente que de las láminas de fibra ubicadas más lejos de dicha superficie exterior.
15. Un laminado multicapa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer bloque (15) consiste en uno de los siguientes:
al menos una lámina metálica; un laminado de fibra de carbono; al menos un panel metálico estructural.
16. Un laminado multicapa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el tercer bloque (14) comprende un laminado de compuesto de fibra no conductora (13) que no contiene grafeno.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020150221A (ja) * 2019-03-15 2020-09-17 日東電工株式会社 電波吸収体及び電波吸収体用キット
CN110927843B (zh) * 2019-12-23 2021-11-26 中国人民解放军国防科技大学 基于石墨烯光子晶体结构的可调完美吸波体
CN111171352B (zh) * 2020-02-18 2022-11-08 佛山市盛创志远新材料有限公司 碳纳米管/石墨烯/聚偏氟乙烯多孔复合薄膜的制备方法
CN112265292B (zh) * 2020-08-21 2022-01-25 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种石墨烯吸波复合材料蒙皮成型方法
DE102020005695A1 (de) 2020-09-17 2022-03-17 Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch das Bundesministerium der Verteidigung, vertr. durch das Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr Radarabsorbierendes Verbundbauteil
CN112292014B (zh) * 2020-10-19 2022-07-12 哈尔滨工业大学 基于相变材料和石墨烯的微波透射通带可调高透光光窗
CN112723356B (zh) * 2020-12-31 2022-08-12 哈尔滨工业大学（威海） 一种层级结构SiOC透波材料、制备方法及其应用
WO2022235239A1 (en) 2021-05-04 2022-11-10 Tusas- Turk Havacilik Ve Uzay Sanayii Anonim Sirketi A radar absorbing structure
CN114024883B (zh) * 2021-11-05 2023-11-17 江西洪都航空工业集团有限责任公司 一种数据链多产品开环并行测试的方法、装置及系统
CN114083845B (zh) * 2021-11-18 2023-01-13 北京机电工程研究所 一种宽频隐身进气道及其制备方法
CN114059682B (zh) * 2021-11-19 2023-04-21 西南石油大学 一种水泥基泡沫吸波材料、吸波板及其制备方法
CN114646923A (zh) * 2022-01-04 2022-06-21 威海光威复合材料股份有限公司 一种内部外部结构导通的雷达部件
CN114506131B (zh) * 2022-03-10 2023-04-07 北京航空航天大学 一种三维石墨烯功能复合层压材料及其制备方法和应用
WO2023244575A1 (en) * 2022-06-14 2023-12-21 University of Central Oklahoma Metamaterial laminate based on polymer nanofibers and metallic nanofibers and metallic nanoparticles for sensor applications

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7208115B2 (en) * 2003-03-31 2007-04-24 Lockheed Martin Corporation Method of fabricating a polymer matrix composite electromagnetic shielding structure
US8574677B2 (en) * 2010-05-12 2013-11-05 James L. Lee Layer-by-layer fabrication method of sprayed nanopaper
KR20130010285A (ko) * 2011-07-18 2013-01-28 정호순 탄소나노소재가 코팅된 전자파차폐용 복합재 및 그 제조방법
US9358756B2 (en) * 2011-08-04 2016-06-07 Henry Sodano Interlaminer reinforced composite structures
US8772729B1 (en) * 2011-09-23 2014-07-08 Rockwell Collins, Inc. APDs using nano-plasmonic metamaterials
CN103317734B (zh) * 2012-03-20 2015-07-01 沈阳航空航天大学 一种基于碳纳米薄膜的雷达吸波复合材料制备方法
ITRM20120495A1 (it) 2012-10-16 2014-04-17 Univ Roma "nanocompositi polimerici a base di gnp per la riduzione di interferenze elettromagnetiche"
CN103724930A (zh) * 2013-05-28 2014-04-16 太仓派欧技术咨询服务有限公司 一种含镍涂层碳纤维复合材料及其制备方法
GB201322093D0 (en) * 2013-12-13 2014-01-29 Cytec Ind Inc Compositive materials with electrically conductive and delamination resistant properties
US20160221275A1 (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Rohr, Inc. Method of manufacturing a polyimide film
US11362431B1 (en) * 2015-06-16 2022-06-14 Oceanit Laboratories, Inc. Optically transparent radar absorbing material (RAM)
CN105040163B (zh) * 2015-08-19 2017-08-08 四川大学 以胶原纤维为模板制备雷达波吸收材料的方法
US10093041B2 (en) * 2016-04-11 2018-10-09 The Boeing Company Conductive pre-impregnated composite sheet and method for making the same
CN106207486A (zh) * 2016-07-13 2016-12-07 李寅辉 一种石墨烯打印吸波材料及其制备方法
CN107189354B (zh) * 2017-07-07 2019-08-16 齐鲁工业大学 一种石墨烯纳米片增强碳纤维复合材料的制备方法

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