ES2927787A1 - Procedimiento de realización de piezas de fibra de carbono o similares y composites con capacidad de transmisión de la luz, así como pieza sándwich formada a través de dicho procedimiento - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de realización de piezas de fibra de carbono o similares y composites con capacidad de transmisión de la luz, así como pieza sándwich formada a través de dicho procedimiento. La invención comprende la preparación de la fibra óptica en forma de una o múltiples tiras, mediante el desarrollo de la o las mismas entre un primer punto de entrada y un punto de salida de la pieza, la inserción de la o las tiras de fibra óptica en un núcleo en el que se ha formado un cuerpo hueco con la forma y trazado de la o las fibras ópticas que se incorporarán en pieza de fibra de carbono o similar, donde la o las tiras de fibra óptica tienen definidas un primer punto de entrada y un segundo punto de salida de luz y el núcleo se recubre de al menos una capa de fibra de carbono o similar. Estas piezas así realizadas son muy apropiadas para constituirse en piezas estructurales de vehículos automóviles, aeronaves o cualquier otra aplicación permitiendo la transmisión de luz a través de los paneles e incluso la transmisión de señales digitales ópticas.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de realización de piezas de fibra de carbono o similares y composites con capacidad de transmisión de la luz, así como pieza sándwich formada a través de dicho procedimiento
CAMPO TECNICO DE LA INVENCIÓN
La presente descripción se refiere a un procedimiento de realización de piezas de fibra de carbono o similares y composites que añade una mejora sustancial sobre las piezas realizadas hasta el momento de estos materiales, al facilitar la transmisión de luz a través del interior del cuerpo laminar de la fibra de carbono curada o similar.
Para lograr esta finalidad, durante el proceso de realización de la pieza de fibra de carbono o similar, se realiza un núcleo en el que se insertan la o las tiras de fibra óptica, donde la o las tiras de fibra óptica tienen definidas un primer punto de entrada y un segundo punto de salida de luz, recubriendo ambos lados del núcleo formado por la fibra óptica y el material circundante sobre el que se ha realizado el hueco con la forma y desarrollo del o de los trazados de fibra óptica insertos en el mismo, mediante la deposición en ambas caras de al menos una capa de fibra de carbono o similar.
Una vez curado este material con los insertos de fibra óptica en su interior, la pieza acabada puede transmitir luz por el interior de la misma a través de los canales definidos por la fibra óptica
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La fibra de carbono es una fibra sintética constituida por finos filamentos de 5-10 ^m de diámetro y compuesto principalmente por carbono. Cada fibra de carbono es la unión de miles de filamentos de carbón y se trata de una fibra sintética porque se fabrica a partir del poliacrilonitrilo y tiene propiedades mecánicas similares al acero siendo tan ligera como la madera o el plástico, aunque por su dureza tiene mayor resistencia al impacto que el acero.
La principal aplicación es la fabricación de materiales compuestos, en la mayoría de los casos —aproximadamente un 75%— con polímeros termoestables, siendo este polímero
habitualmente resina epoxi, de tipo termoestable aunque también puede asociarse a otros polímeros, como el poliéster o el vinil éster.
Varios miles de fibras de carbono están trenzados para formar un hilo, que puede ser utilizado por si mismo o tejido en una tela.
La principal aplicación de la tela de fibra de carbono es la fabricación de piezas de bajo peso y alta resistencia, siendo cada vez mas utilizada en la industria aeronáutica o en la industria del automóvil, reduciendo de una manera muy considerable el peso de los aviones o automóviles con el consiguiente ahorro de energía.
La fibra de carbono se puede encontrar en capas de distintos grosores desde grosores de una centésima de milímetro hasta 0,8 mm, es decir en una amplia variedad de grosores, así como en múltiples gramajes y orientación de los hilos, pudiendo ser biaxiales, triaxiales, etc.
Las piezas de fibra de carbono se realizan superponiendo capas de fibra de carbono sobre un molde, impregnando estas sucesivas capas de fibra de carbono con resinas, envolviendo estas piezas en bolsa de plástico para realizar el vacío e introduciéndose en autoclaves u hornos donde se somete a presión y temperatura la pieza de fibra de carbono.
Una vez endurecida la pieza su resistencia es superior incluso a la del acero.
Una variación de este proceso se puede encontrar en la utilización de laminas de fibra de carbono preimpregnadas de resina, ya que vienen así preparadas con la dosificación adecuada de resina, por lo que pueden irse superponiendo así las capas de fibra de carbono hasta alcanzar su espesor adecuado.
Como puede ser observado, estas aplicaciones de la fibra de carbono se emplean para la fabricación de piezas estructurales con formas y tamaños adecuados para cumplir la función estética o funcional estructural y dotando a la aplicación donde se destinan, de una alta resistencia y bajo peso.
Los procedimientos para el curado de la fibra de carbono o similar y composites puede hacerse mediante autoclaves, donde se somete a vacío y temperatura la pieza hasta lograr el endurecimiento, aunque también puede realizarse el curado en hornos o bien puede curarse a temperatura ambiente.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El objeto de la presente invención consiste en un procedimiento de realización de piezas de fibra de carbono o similar y composites con capacidad de transmisión de la luz comprende:
- Preparación de la fibra óptica en forma de una o múltiples tiras, mediante el desarrollo de la o las mismas entre un primer punto de entrada y un punto de salida de la pieza, adaptando su forma al recorrido que se desea que tenga.
- Inserción de la o las tiras de fibra óptica en un núcleo en el que se ha formado un cuerpo hueco con la forma y trazado de la o las fibras ópticas que se incorporarán en pieza de fibra de carbono o similar, donde la o las tiras de fibra óptica tienen definidas un primer punto de entrada y un segundo punto de salida de luz.
- Recubrimiento a ambos lados del núcleo formado por la fibra óptica y el material circundante sobre el que se ha realizado el hueco con la forma y desarrollo del o de los trazados de fibra óptica insertos en el mismo, mediante la deposición en ambas caras de al menos una capa de fibra de carbono o similar.
El núcleo interior donde se ha formado el hueco por donde discurren la o las tiras de fibra óptica es un núcleo de fibra de carbono, de PVC, un panel en forma de nido de abeja o cualquier otro tipo de material apropiado resistente.
Este núcleo formara una capa de grosor uniforme formada por la fibra de carbono, PVC, panel de nido de abeja o material adecuado y las tiras de fibra óptica insertas en dicho material, de tal forma que ambas caras de este núcleo serán sustancialmente planas y después de recubrir ambas caras con laminas de fibra de carbono, vidrio o similares, formara una pieza estructural plana en la que solo destacará la fibra de vidrio con un primer extremo para entrada de luz y y un segundo extremo para salida de luz de cada fibra óptica insertada dentro de la pieza estructural realizada.
La fibra de carbono puede sustituirse por fibras de Kevlar, fibras de basalto, fibra de vidrio o similar, mientras que la fibra óptica transmisora de la luz puede tener el grosor que se desee
para la aplicación, variando por ejemplo entre una décima de milímetro hasta 10 milímetros, pudiendo tener cualquier dimensión longitudinal.
La elección de un grosor de la fibra óptica implicará que el grosor del núcleo central abarcará como mínimo el grosor de la fibra óptica para conseguir una superficie plana por ambas caras del núcleo central.
Las piezas así realizadas se someten a un proceso de curación en autoclave, horno o a temperatura ambiente, teniendo cuidado con la temperatura de curado en autoclave u horno que sea inferior a la temperatura de fusión de la fibra óptica, preferiblemente por debajo de los 100°C, pare evitar que la misma se deforme o pierda sus propiedades físicas.
Así las piezas realizadas constituirán piezas sándwich de fibra de carbono o similar y composites formados por múltiples capas y con sus 2 caras sustancialmente paralelas. Estas piezas sándwich consisten en un núcleo en el que se ha formado un cuerpo hueco que incorpora la o las fibras ópticas que definen un primer punto de entrada y un segundo punto de salida de luz y sendas capas de recubrimiento a ambos lados del núcleo que envuelven a la o las tiras de fibra óptica. Estas capas de recubrimiento a ambos lados del núcleo central pueden ser una o múltiples capas superpuestas de fibra de carbono, fibra de vidrio o similares.
Esta forma constructiva es adecuada para constituir piezas estructurales de vehículo o aeronaves, en las que se insertan tira o tiras de fibras ópticas, en las que están definidas un primer punto de entrada y un segundo punto de salida de luz.
La luz que se transmite a través de estas tiras de fibras ópticas puede venir de uno o mas puntos de luz y cuando la luz sale por el punto de salida se utiliza para múltiples señalizaciones, como puntos de iluminación, puntos de señalización, señales intermitentes, señales de posicionamiento, etc. siendo posible a estas luces variar su color e intensidad como se desee.
Con estas piezas en las que se integran la o las tiras de fibra óptica se evitan cableados exteriores, bombillas, led o cuerpos adosados a las piezas realizadas con el procedimiento de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención y para complementar esta descripción, se acompañan como parte integrante de la misma las siguientes figuras, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo:
La figura 1 muestra sendas tiras de fibra óptica que adoptan formas en "L” y recta, aptas para incorporarse en el núcleo de la pieza sándwich a ser formada de fibra de carbono, fibra de vidrio o similar.
La figura 2 muestra la inserción de tiras de fibra óptica en un núcleo, en este caso de PVC, mediante la realización de canales donde se integran tales tiras de fibra óptica.
La figura 3 muestra una vista en explosión de los elementos que constituyen la pieza de sándwich.
Las figuras 4 y 5 muestran el panel de fibra de carbono realizado con las inserciones de fibra óptica en su interior y como es capaz de transmitir la luz desde un punto de entrada hasta un punto de salida.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UN MODO PREFERIDO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
En la figura 1 se observan dos tiras de fibra óptica (1), que se conforman según formas caprichosas, así por ejemplo la superior tiene una forma de "L” mientras que la inferior es totalmente recta. Estas tiras se conforman de tal modo que tengan una entrada de luz (4) y una salida de luz (5), con un cuerpo que posee la continuidad necesaria para transmitir la luz entre el punto de entrada y el de salida.
En la figura 2 se muestra la inserción de estas tiras de fibra óptica en un núcleo (2), en este caso de PVC, aunque igualmente podría ser este núcleo de fibra de carbono, fibra de vidrio, panel de nido de abeja, etc. núcleo en el que se han realizado unos canales (6) donde se introduce la fibra óptica (1) y queda enrasado con la superficie de dicho núcleo (2).
El detalle constructivo de esta realización se observa con mas claridad en la figura 3, donde se puede observar una vista explosionada de los materiales constructivos de la pieza
sándwich, y donde se muestran los canales (6) donde se encuentran insertas y enrasadas con la superficie del núcleo (2), las tiras de fibra óptica (1), que serán las encargadas de transmitir la luz. Este núcleo (2) se recubre por ambas caras con una o múltiples capas (3) de fibra de carbono, fibra de vidrio o similar, para posteriormente ser curado y formar una pieza en sándwich.
En las figuras 4 y 5 se observa un panel (7) de fibras de carbono ya realizados y curados, en cuyo interior se disponen las tiras de fibra óptica (1) y como quedan embebidas dentro del panel (7), siendo las superficies en ambos lados de la pieza formada totalmente planas, no viéndose que en su interior exista el inserto o insertos de fibra óptica (1).
Al igual que se realizan estos paneles con fibra de carbono, la misma puede sustituirse por fibras de Kevlar, fibras de basalto, fibra de vidrio o similares y el proceso de curado se puede realizar en autoclave, horno o a temperatura ambiente, teniendo presente que la temperatura cuando el curado se hace en horno o autoclave no supere los 100°C para evitar el deterioro de la fibra óptica.
La fibra óptica que se emplea puede tener diferentes secciones, aunque en estos ejemplos, se ha empleado para mejor visión, una fibra óptica rectangular de bordes redondeados, de aproximadamente 1 mm de espesor, pero pueden usarse fibras ópticas desde una décima de milímetro hasta 10 mm, lo que influirá en el tamaño del canal (6) que hubiera que realizar en el núcleo (2). Evidentemente, al utilizar fibras ópticas de un diámetro muy pequeño, puede incluso no ser necesario la realización de tales canales (6), ya que la elasticidad del material de las capas absorbe la variación mínima del espesor de tales fibras ópticas.
Estas piezas sándwich realizadas y que llevan embebidas las tiras de fibra óptica, son muy apropiadas para constituirse en piezas estructurales de vehículos automóviles, aeronaves o cualquier otra aplicación y gracias a que las tiras de fibra óptica tienen definidos un primer punto de entrada y un punto de salida de luz, se facilita la transmisión de luz a través de ellos paneles e incluso la transmisión de señales digitales ópticas, disminuyendo el cableado y accesorios que se utilizan para tales fines.
A la vista de esta descripción y figuras, el experto en la materia podrá entender que la invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero que
múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes, sin exceder el objeto de la invención tal y como ha sido reivindicada.
Claims (10)
1.- Procedimiento de realización de piezas de fibra de carbono o similar y composites con capacidad de transmisión de la luz, caracterizado porque comprende:
- Preparación de la fibra óptica en forma de una o múltiples tiras, mediante el desarrollo de la o las mismas entre un primer punto de entrada y un punto de salida de la pieza, adaptándola en su forma al recorrido que se desea tenga.
- inserción de la o las tiras de fibra óptica en un núcleo en el que se ha formado un cuerpo hueco con la forma y trazado de la o las fibras ópticas que se incorporarán en pieza de fibra de carbono o similar, donde la o las tiras de fibra óptica tienen definidas un primer punto de entrada y un segundo punto de salida de luz.
- Recubrimiento a ambos lados del núcleo formado por la fibra óptica y el material circundante sobre el que se ha realizado el hueco con la forma y desarrollo del o de los trazados de fibra óptica insertos en el mismo, mediante la deposición en ambas caras de al menos una capa de fibra de carbono o similar.
2. - Procedimiento de realización de fibra de carbono y composites con capacidad de transmisión de la luz según la reivindicación 1, caracterizado por que el núcleo interior donde se ha formado el hueco por donde discurren la o las tiras de fibra óptica es un núcleo de fibra de carbono
3. - Procedimiento de realización de fibra de carbono y composites con capacidad de transmisión de la luz según la reivindicación 1, caracterizado por que el núcleo interior donde se ha formado el hueco por donde discurren la o las tiras de fibra óptica es un núcleo de PVC.
4. - Procedimiento de realización de fibra de carbono y composites con capacidad de transmisión de la luz según la reivindicación 1, caracterizado por que el núcleo interior donde se ha formado el hueco por donde discurren la o las tiras de fibra óptica es un núcleo de panel en forma de nido de abeja.
5. - Procedimiento de realización de fibra de carbono y composites con capacidad de transmisión de la luz según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la fibra de carbono puede sustituirse por fibras de Kevlar, fibras de basalto, fibra de vidrio o similar
6. - Procedimiento de realización de fibra de carbono y composites con capacidad de transmisión de la luz según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la pieza formada por el núcleo en el que se ha formado un cuerpo hueco con la forma y trazado de la o las fibras ópticas que se incorporarán en pieza de fibra de carbono o similar, donde la o las tiras de fibra óptica tienen definidas un primer punto de entrada y un segundo punto de salida de luz, y las capas de recubrimiento a ambos lados del núcleo que envuelven a la o las tiras de fibra óptica, se someten a un curado en autoclave, horno o a temperatura ambiente
7. - Procedimiento de realización de fibra de carbono y composites con capacidad de transmisión de la luz según la reivindicación 6, caracterizado porque la temperatura de curado en autoclave u horno es inferior a la temperatura de fusión de la fibra óptica, preferiblemente por debajo de los 100°C
8. - Pieza sándwich de fibra de carbono o similar y composites realizada mediante el procedimiento tal y como se define en las reivindicaciones 1 a 7
9. - Pieza sándwich de fibra de carbono o similar y composites, según la reivindicación 8, que consiste en un núcleo en el que se ha formado un cuerpo hueco que incorpora la o las fibras ópticas que definen un primer punto de entrada y un segundo punto de salida de luz y sendas capas de recubrimiento a ambos lados del núcleo que envuelven a la o las tiras de fibra óptica.
10. - Pieza sándwich de fibra de carbono o similar y composites, según las reivindicaciones 8 y 9 adecuada para constituir una pieza estructural de vehículo o aeronave.
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
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