ES2961745T3 - Conformado al vacío con cizallamiento controlado para moldear preformas - Google Patents

Abstract

Un método de conformado por vacío de cizallamiento controlado que incluye formar una estructura tridimensional (3D) a partir de un material de preforma en una herramienta de moldeo usando restricciones durante el aspirado para evitar arrugas. Las restricciones se retiran durante la aspiración para permitir que el material de preforma entre en contacto con las paredes laterales de la herramienta de moldeo de manera gradual. Tal método de conformación es particularmente adecuado para formar largueros de alas con secciones dobladas y/o contornos curvos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Conformado al vacío con cizallamiento controlado para moldear preformas

La presente descripción hace referencia en general a la fabricación de piezas de material compuesto reforzadas con fibra.

El documento DE102017113505A1 describe un dispositivo que tiene un núcleo de molde y una placa de soporte dispuestos entre sí. Se forma un espacio evacuable entre una primera membrana elástica y la placa de soporte. La primera membrana elástica se dispone entre el núcleo del molde y una pila de capas de fibra. Una segunda membrana elástica se dispone entre la pila de capas de fibras y el núcleo del molde, de tal forma que la pila de capas de fibras se dispone entre la primera membrana elástica y la segunda membrana elástica. La placa de soporte se forma con material transparente, como por ejemplo vidrio o policarbonato.

Breve descripción de las figuras

La FIG. 1 muestra una herramienta de moldeo que tiene una superficie curva para conformar una sección de larguero de ala.

La FIG. 2 muestra una vista lateral de una sección del larguero.

La FIG. 3 muestra una vista en sección transversal de la sección del larguero mostrada en la FIG. 2.

La Fig. 4 muestra la vista en sección transversal de una disposición inicial para un método de conformado al vacío con cizallamiento controlado de acuerdo con una forma de realización de la presente descripción.

La FIG. 5 muestra el perfil en vista lateral de una herramienta de moldeo para conformar una sección de larguero.

La FIG. 6 muestra la vista transversal de la disposición para el conformado al vacío con cizallamiento controlado utilizando globos tubulares como retenes.

La FIG. 7 muestra la vista superior de la disposición mostrada en la FIG. 6.

La FIG. 8-10 muestran el proceso de conformado al vacío con cizallamiento controlado en varias fases.

La FIG. 11 muestra una preforma moldeada conformada a la superficie de la herramienta como resultado del proceso de conformado al vacío por cizallamiento.

La FIG. 12 muestra una forma de realización alternativa para el conformado al vacío con cizallamiento controlado utilizando globos tubulares como retenes.

La FIG. 13 muestra una forma de realización alternativa para el conformado al vacío con cizallamiento controlado utilizando orugas.

Descripción detallada

Los materiales compuestos reforzados con fibras se han utilizado para fabricar piezas estructurales en las industrias aeroespacial y automovilística. Estos materiales compuestos contienen fibras de refuerzo integradas en una matriz polimérica. Su propiedad de ligereza resulta especialmente ventajosa en comparación con piezas similares fabricadas con metales. Las piezas de material compuesto tridimensionales (3D) se pueden fabricar dando forma a una pieza en bruto de preforma plana bidimensional (2D) en una herramienta de conformado. La pieza en bruto de preforma puede estar compuesta por múltiples capas preimpregnadas en una disposición apiladas. Cada capa preimpregnada se compone de fibras de refuerzo continúas impregnadas con una resina matriz curable, como por ejemplo una resina de base epoxídica o un polímero termoplástico. Múltiples capas preimpregnadas se pueden cortar a medida para su colocación y, posteriormente, ensamblarse y moldearse en una herramienta de moldeo. Opcionalmente, se puede aplicar calor a la preimpregnación con el fin de deformarla gradualmente a la forma de la superficie de moldeo. Alternativamente, la pieza en bruto de preforma 2D puede estar compuesta por múltiples capas de fibra seca o capas de tejido, que no han sido totalmente impregnadas con una matriz de resina o polímero. Dicha pieza en bruto de preforma fibrosa se puede moldear en una herramienta de moldeo utilizando calor y presión, seguido de la infusión de la preforma moldeada con una resina líquida en un proceso de infusión de resina como por ejemplo el Moldeo por Transferencia de Resina (RTM) o el Moldeo por Transferencia de Resina Asistido por Vacío (VARTM).

Para formar la preforma moldeada para ciertas piezas de aeronaves, como los largueros de las alas, conformar un material 2D o "pieza en bruto" contra una superficie de herramienta como por ejemplo la que se muestra en la FIG. 1 puede dar lugar a que el material se presente en la preforma en el lugar equivocado. En la FIG. 1, hay dos líneas tangenciales a lo largo de la superficie curva superior S (o "superficie de la banda") de la herramienta que se intersecan para formar un ángulo a. La superficie curva superior S forma otro ángulo p con la superficie lateral W de la herramienta. a no tiene que ser grande para que haya suficiente exceso de material en la superficie lateral W para crear arrugas. Cuando un material 2D se presiona contra la superficie de la banda S y las superficies laterales W de la herramienta para formar rebordes laterales, la presencia del ángulo a y el ángulo p dan lugar a que el exceso de material se presente en los rebordes laterales, dando lugar a arrugas en los mismos.

Como el refuerzo de fibra de un material compuesto suele elegirse por su capacidad para resistir la deformación plástica de cambio de longitud, el material sobrante tiene que desplazarse por cizallamiento dentro de una capa o entre capas. Hasta que las fibras no están soportadas por una matriz sólida no son muy resistentes al pandeo. Una preforma compuesta de capas de tejido se puede moldear encerrando la preforma con un diafragma flexible y aplicando vacío. Durante la conformación del diafragma al vacío, el punto en el que algunas de las capas de tejido dentro de la preforma pandearán se alcanza a menudo antes que el punto en el que otras capas de tejido se cizallarán. Este problema es especialmente probable cuando se fabrica una preforma para largueros de ala con secciones transversales en L o en U y secciones dobladas a lo largo de la longitud del larguero. La dificultad aumenta con estas piezas largas, ya que la cantidad de material que tiene que cizallar simultáneamente aumenta con la longitud y el espesor, mientras que la resistencia al pandeo sólo aumenta con el espesor.

En la presente memoria se describe un método de conformado al vacío con cizallamiento controlado que incluye la conformado de una estructura tridimensional (3D) a partir de un material de preforma en una herramienta de moldeo utilizando retenes durante la formación de vacío para evitar las arrugas. El material de la preforma puede ser capas de tejido apiladas sin apretar a la que se aplica un aglutinante antes o durante el apilamiento. El material de la preforma también puede ser una pila de capas de fibra que se han adherido previamente mediante un aglutinante. Dichas capas de tejido y capas de fibras son porosas y permeables a los líquidos. El material de la preforma también puede ser una capa de capas preimpregnadas, conteniendo cada capa preimpregnada un refuerzo de fibra integrado en una matriz de polímero o resina. Dicho método de conformación es especialmente adecuado para conformar largueros de ala con secciones dobladas y/o contornos curvos.

La invención se define mediante la reivindicación 1.

El método de conformado al vacío con cizallamiento controlado de la presente descripción incluye

(a) proporcionar una herramienta de moldeo que tenga una longitud, una superficie de banda a lo largo de la dimensión de longitud con una sección doblada convexa, y dos paredes laterales contiguas que se extiendan desde la superficie de la banda para conformar rebordes;

(b) colocación de un material de preforma (denominado en la presente memoria "pieza en bruto") sobre un diafragma flexible;

(c) colocar la herramienta de moldeo sobre la pieza en bruto intermedia de tal forma que la superficie de la banda de la herramienta de moldeo esté en contacto con la pieza en bruto;

(d) colocar al menos dos retenes interiores móviles junto a cada pared lateral de la herramienta de moldeo, de tal forma que un extremo de cada retén interior sea adyacente a la sección doblada de la superficie de la banda;

(f) conformar una cámara sellada al vacío definida por el diafragma flexible y la herramienta de moldeo, encerrando dicha cámara sellada los retenes interiores y la pieza en bruto intermedia;

(g) evacuar el aire de la cámara sellada hasta alcanzar un vacío parcial de tal forma que el diafragma flexible sea atraído hacia la herramienta de moldeo; y

(h) retirar cada retén interior a lo largo de la pared lateral de la herramienta de moldeo en dirección opuesta a la sección doblada durante la evacuación de la cámara sellada, de tal forma que haya al menos dos retenes interiores desplazándose en dirección opuesta a lo largo de cada pared lateral de la herramienta de moldeo, permitiendo de este modo que la pieza en bruto entre en contacto con las paredes laterales de la herramienta de moldeo de manera gradual; y

(g) aumentar la presión de vacío una vez que se hayan retirado los retenes y toda la pieza en bruto se haya conformado a la herramienta de moldeo, conformando de este modo una preforma moldeada, siendo la presión de vacío suficiente para consolidar la preforma moldeada.

El método de conformado al vacío con cizallamiento se describirá ahora con respecto al conformado de una sección de larguero 10 con la configuración de vista lateral mostrada en la FIG. 2, a modo de ejemplo. Se debe entender que el método de conformado al vacío con cizallamiento aquí descrito en la presente memoria se puede aplicar a estructuras que tengan otras geometrías. La sección de larguero 10 tiene una sección doblada convexa 11 a lo largo de su longitud según se muestra en la FIG. 2 y una sección transversal en forma de U según se muestra en la FIG. 3. Según se muestra en la FIG. 3, la sección de larguero tiene secciones de reborde 12 y 12' que se extienden ortogonalmente desde una sección de banda 13.

La FIG. 4 muestra una disposición inicial de ejemplo del método de conformado al vacío con cizallamiento. Esta disposición incluye un material de preforma o pieza en bruto 30 colocado sobre un diafragma flexible 31, una herramienta de moldeo 32 colocada sobre la pieza en bruto de preforma 30, y una tapa rígida 33 que se acopla con el diafragma flexible 31. La herramienta de moldeo 32 tiene una superficie de banda que está en contacto con la pieza en bruto 30 y dos paredes laterales. Durante la formación de vacío, el diafragma 31 y la herramienta de moldeo 32 definen una cámara de vacío sellada. La FIG. 5 muestra el perfil de la vista lateral de la herramienta 32, que tiene una sección doblada.

El diafragma 31 puede ser una lámina deformable o flexible de material como por ejemplo caucho, silicona, poliamida (nailon) o un material similar que tenga un alargamiento hasta el fallo superior al 100% según lo determinado por la ASTM D882.

Antes de aplicar la presión de vacío, se introducen en la cámara de vacío unos retenes inflados en forma de globos tubulares (1,2), que llenan los espacios adyacentes a cada pared lateral de la herramienta de moldeo, según se ilustra en la FIG. 6. De esta manera, los globos interiores (1) se colocan como separadores entre las paredes laterales de la herramienta y las partes de la pieza en bruto que no están en contacto con la herramienta. Desde la vista superior, según se ilustra en la FIG. 7, hay cuatro agrupaciones de globos tubulares, cuatro globos interiores (1) y cuatro globos exteriores (2). Los globos tubulares se pueden extraer de la cámara de vacío durante la formación de vacío en la dirección opuesta a la sección doblada de la herramienta (mostrado por las flechas en la FIG. 7). Cada globo tubular se configura de modo que su superficie exterior se pueda plegar hacia el centro tubular interior del globo. Cuando el globo se aleja de la sección doblada de la herramienta a lo largo de la longitud de la misma, el globo no crea fricción entre sí mismo y el diafragma. Dichos globos tubulares son similares en configuración a los conocidos juguetes de globo serpiente de agua o juguetes wiggler de agua.

A continuación, se aplica un vacío parcial a la cámara de vacío ilustrada en la FIG. 8. Dependiendo del espesor del diafragma 31, el vacío parcial podría ser de 50-90 mbar como ejemplo. Durante la formación de vacío parcial, los globos interiores y exteriores (1, 2) se retiran de la cámara de vacío en dirección opuesta a la sección doblada de la herramienta, pero los globos interiores (1) comienzan a retroceder primero como se ilustra en la FIG. 9. Los globos interiores (1) mantienen contacto con las paredes laterales de la herramienta mientras se retiran. Se mantiene una distancia predeterminada entre el extremo en retirada del globo interior (1) y el extremo en retirada del globo exterior (2). Los globos se desplazan en tándem de tal forma que los globos exteriores (2) evitan que el diafragma 31 sea empujado hacia la conformación con las paredes laterales de la herramienta demasiado rápido. Con referencia a la FIG. 10, a medida que los globos exteriores son retirados, partes de la pieza en bruto 31 que no están bloqueadas por los globos interiores son llevadas a un contacto de conformación con las paredes laterales de la herramienta por las secciones sin obstáculos del diafragma 31. Por lo tanto, la presencia de los globos impide que toda la pieza en bruto 31 se conforme a las paredes laterales de la herramienta al mismo tiempo. Al igual que ocurre con piezas similares de doble curvatura, existe un exceso de material en el reborde en la sección doblada o doblez. La fuerza necesaria para cizallar todo el material del reborde a ambos lados de la curva puede ser mayor que la fuerza para hacer pandear el material en la curva, sin embargo, como el reborde en la curva se forma primero y la distancia entre el borde del reborde formado y el borde del reborde sin formar es mayor que la longitud entre las posiciones correspondientes donde el reborde se une a la sección de la banda, el exceso de material se cizalla progresivamente lejos de la curva.

Una vez retirados todos los globos de la cámara de vacío, se aumenta el vacío (por ejemplo, hasta el vacío total o hasta 1 atm de vacío) para reducir el volumen de la preforma moldeada resultante, es decir, para consolidar las capas de fibras de la preforma. Para algunos materiales de preformas que contienen un aglutinante y son flexibles a temperatura ambiente, se aplica calor después del vacío total para fijar el aglutinante en la preforma. En el caso de otros materiales de preformas, como por ejemplo las preimpregnadas termoendurecibles, se aplica calor antes del vacío parcial para ablandar la matriz de resina en las preimpregnadas. Si el material de la preforma está compuesto por preimpregnados termoendurecibles, la temperatura de ablandamiento es superior a la temperatura ambiente (20 °C-25 °C) pero inferior a la temperatura de curado de la matriz de resina de los preimpregnados, por ejemplo, hasta 60 °C. Si el material de la preforma está compuesto por preimpregnados termoplásticos, el material de la preforma se calienta a una temperatura superior a la temperatura de transición vítrea de la matriz polimérica, si se utiliza polímero termoplástico amorfo, y superior a la temperatura de fusión, si se utiliza polímero termoplástico semicristalino.

El calentamiento durante la conformado al vacío con cizallamiento se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante lámparas de infrarrojos colocadas debajo del diafragma flexible y encima de la herramienta, o calentadores eléctricos integrados en la herramienta, o tubos de calentamiento llenos de líquido integrados en la herramienta.

Tras la consolidación al vacío total y el calentamiento (antes o después del vacío total), la preforma moldeada se enfría. Es preferible mantener la presión de vacío hasta que el material aglutinante o matriz de la preforma se haya enfriado y solidificado lo suficiente como para mantener la forma de la preforma. Una vez enfriada la preforma moldeada, se alivia la presión de vacío en la cámara de vacío mediante venteo a la atmósfera y se levanta la tapa. La FIG. 11 muestra una vista lateral de la herramienta de moldeo 32 con la preforma moldeada 30 sobre la misma, sin el diafragma 31.

Si la preforma moldeada está compuesta por capas de fibras porosas y permeables a los líquidos, entonces la preforma moldeada se separa de la herramienta y posteriormente se infunde con resina líquida en un proceso de infusión de resina como por ejemplo el proceso RTM asistido por vacío. Posteriormente, la preforma infundida con resina se cura para conformar una estructura de material compuesto endurecido.

Si la preforma moldeada está compuesta de preimpregnados termoendurecibles, se puede curar completamente en la herramienta de conformado o transferirse a una herramienta de curado, como por ejemplo un horno. Opcionalmente, la preforma moldeada se combina con preforma moldeadas adicionales para formar una preforma más gruesa antes del curado.

Durante el método de conformado al vacío con cizallamiento descrito en la presente memoria, el número de globos en cada lado de la herramienta puede variar. Por ejemplo, se pueden insertar grupos de tres globos (1, 2, 3) en los espacios adyacentes a las paredes laterales de la herramienta según se muestra en la FIG. 12. La disposición de la FIG. 12 es, en esencia, la misma que la de la FIG. 11 excepto por el número de globos.

En lugar de los globos tubulares, según se muestra en las FIG. 6-12, se pueden utilizar orugas como retenes durante la formación de vacío parcial. Las orugas que se pliegan sobre sí mismas funcionarían de manera similar a los globos tubulares para evitar que se arruguen. La FIG. 13 es una vista lateral que ilustra como se pueden utilizar las orugas 51,52 en lugar de los globos tubulares. Las orugas 51,52 se alejan de la sección doblada de la herramienta durante la formación de vacío de la preforma de la misma manera que se describe para los globos tubulares. Cada oruga incluye una cadena de eslabones interconectados por elementos de bisagra. Fijado a cada eslabón, ya sea mecánicamente o integralmente al eslabón, hay una zapata de oruga que generalmente tiene forma de placa y se fabrica de un material elástico como por ejemplo el caucho. Las zapatas de oruga, generalmente en forma de placa, están conectadas para formar una banda sin fin. Las zapatas de oruga tienen superficies exteriores planas para repartir el peso de la oruga e impedir que se dañen los diafragmas utilizados durante el conformado al vacío.

Material de la preforma

Las capas de tejido o las múltiples capas de fibras que componen el material de la preforma pueden incluir esteras no tejidas, telas tejidas, telas de punto y telas no rizadas. Dicha pieza en bruto de preforma es porosa y permeable a los líquidos. Una "estera" es un tejido textil no tejido hecho de fibras dispuestas de forma aleatoria, como por ejemplo filamentos de fibra cortados (para producir esteras de hebras cortadas) o filamentos arremolinados (para producir esteras de hebras continuas) con un aglutinante aplicado para mantener su forma. Entre los tejidos adecuados se incluyen los que tienen fibras direccionales o no direccionales alineadas en forma de malla, cabos, cintas, gasa, trenzas y similares.

Para el material de la preforma compuesto de capas preimpregnadas termoendurecibles, cada capa preimpregnada se compone de fibras de refuerzo integradas en una matriz de resina termoendurecible, que se endurecerá al curarse. La matriz de resina termoendurecible puede contener una o más resinas termoendurecibles y un agente de curado. Preferiblemente, la matriz de resina termoendurecible contiene al menos una resina epoxídica, preferiblemente, una mezcla de diferentes resinas epoxídicas, y al menos un agente de curado. La resina epoxídica y el agente de curado, combinados, constituyen más del 50 % en peso, por ejemplo, 60 %-100 % en peso, de la matriz de resina termoendurecible.

Las resinas epoxídicas adecuadas incluyen derivados poliglicidílicos de diaminas aromáticas, aminas aromáticas mono primarias, aminofenoles, fenoles polihídricos, alcoholes polihídricos y ácidos policarboxílicos. Ejemplos de resinas epoxídicas adecuadas son los poliglicidiléteres de bisfenoles como por ejemplo el bisfenol A, el bisfenol F, el bisfenol C, el bisfenol S y el bisfenol K; y los poliglicidiléteres de cresol y novolacas a base de fenol.

El agente de curado se selecciona adecuadamente entre agentes de curado conocidos, por ejemplo, aminas aromáticas o alifáticas o derivados de guanidina.

Según se utiliza en la presente descripción, el término "integrado" significa fijado firme y profundamente en una masa circundante, y el término "matriz" significa una masa de material, por ejemplo polímero, en la que algo está encerrado o integrado.

Para el material de la preforma compuesto de capas preimpregnadas termoplástico, cada capa preimpregnada se compone de fibras de refuerzo integradas en una matriz de polímero termoplástico. La matriz de polímero termoplástico incluye uno o más polímeros termoplásticos, que pueden ser amorfos o semicristalinos. El polímero o polímeros termoplásticos, en total, constituyen un componente mayoritario de la matriz polimérica, es decir, más del 50 % en peso, por ejemplo, 80-100 % en peso, de la matriz polimérica se compone de polímero o polímeros termoplásticos. Los polímeros termoplásticos adecuados incluyen, entre otros: poli(éter sulfona de arilo) (PAES), en particular, polietersulfona (PES), polieteretersulfona (PEES), poli(éter sulfona de bifenilo) (PPSU); poliamida (PA); poliimida (PI); polieterimida (PEI); polímeros de poli(aril éter cetona) (PAEK), como por ejemplo polietercetona (PEKK), polieteretercetona (PEEK), polietercetona (PEKK); poliftalamida (PPA); poliuretano termoplástico; poli(metacrilato de metilo) (PMMA); sulfuro de polifenileno (PPS); óxido de polifenileno (PPO); y copolímeros de los mismos.

Las fibras de refuerzo en las capas de fibras o preimpregnados pueden ser fibras orgánicas o inorgánicas, o mezclas de las mismas. Las fibras orgánicas se seleccionan a partir de polímeros resistentes o rígidos como por ejemplo las aramidas (incluido el Kevlar), el polietileno (PE) de alto módulo, el poliéster, el poli-p-fenileno-benzobisoxazol (PBO) y combinaciones híbridas de los mismos. Las fibras inorgánicas incluyen fibras de carbono (incluido el grafito), vidrio (incluidas las fibras de vidrio E o vidrio S), cuarzo, alúmina, circonio, carburo de silicio y otras cerámicas. Para fabricar estructuras de material compuesto de alta resistencia, como por ejemplo las partes primarias de un avión, las fibras de refuerzo tienen preferiblemente una resistencia a la tracción de > 3500 MPa (o > 500 ksi) de acuerdo con el método de ensayo ASTM D4018.

Se puede utilizar un método de colocación automatizada, como por ejemplo la colocación automatizada de cintas (ATL) o la colocación automatizada de fibras (AFP), para crear, capa por capa, una pieza en bruto de preforma intermedia del espesor deseado. El proceso ATL/AFP consiste en dispensar automáticamente varias tiras estrechas de material fibroso ("cintas de fibra") o cintas preimpregnadas, una al lado de la otra, sobre la superficie de una herramienta para crear una capa de grandes dimensiones, denominada "capa". Las capas adicionales se construyen de forma secuencial sobre la capa dispuesta previamente para producir una capa con el espesor deseado. Las cintas de fibra son porosas y están compuestas principalmente de fibras, mientras que las cintas preimpregnadas no son porosas y están impregnadas con una gran cantidad de resina.

Las cintas de fibra o cintas preimpregnadas para su utilización en el método de colocación automatizada descrito anteriormente tienen una longitud continua y una anchura estrecha, por ejemplo, la anchura puede ser de 1/8 a 1,5 pulgadas (o 3,17 mm - 38,1 mm), en particular, de % a / pulgada (o 6,35 mm -12,77 mm), que es típica para AFP. Las cintas de fibra pueden tener una anchura mayor, por ejemplo, de 6 a 12 pulgadas (o 152 mm - 305 mm), lo que es típica para ATL.

A diferencia de la cinta preimpregnada convencional (o cinta preimpregnada), la cinta de fibra para formar el material de la preforma está, en esencia, libre de resina, excepto por una pequeña cantidad de aglutinante, que es suficiente para mantener unidas las fibras. El contenido total de aglutinante en la cinta de fibra puede ser de aproximadamente el 15 % o menos en peso, por ejemplo, entre el 0,1 y el 15 % en peso, basado en el peso total de la cinta de fibra. Las fibras constituyen el componente principal de la cinta de fibra, por ejemplo, más del 80 % en peso basado en el peso total de la cinta de fibra.

En una forma de realización, la cinta de fibras está compuesta por una capa de fibras unidireccionales laminadas a un velo no tejido al menos por un lado. "Fibras unidireccionales" hace referencia a fibras alineadas en paralelo en la misma dirección. Las fibras unidireccionales son fibras de refuerzo de alta resistencia, como por ejemplo fibras de carbono, fibras de grafito, fibras de vidrio, fibras cerámicas y fibras de aramida. El velo no tejido puede comprender fibras termoplásticas, fibras de carbono o una combinación de las mismas. Las fibras del velo se pueden disponer de forma aleatoria u se pueden orientar de forma aleatoria, dependiendo de las condiciones del proceso de fabricación del velo. Alternativamente, el velo no tejido puede tener la forma de una rejilla termoplástica o de una membrana termoplástica porosa con un patrón controlado de aberturas. La apertura del velo no tejido (ya sea en forma de fibras aleatorias, rejilla o membrana porosa) es importante para facilitar la eliminación del aire y el flujo de resina durante el proceso de infusión de resina. Cuando se utiliza el velo termoplástico, también funciona como aglutinante para mantener las fibras unidireccionales en su lugar y se ablandará por calentamiento durante el método de colocación automatizada descrito en la presente memoria. En algunas formas de realización, el peso areal del velo no tejido es de 10 g/m2 o menos, por ejemplo, 1 -10 g/m2.

En una forma de realización, la cinta de fibra se compone de un velo de carbono no tejido laminado a un lado de una capa de fibras de carbono unidireccionales, y contiene una composición aglutinante en una cantidad suficiente para mantener el velo y las fibras unidireccionales en su lugar.

Aglutinante

El aglutinante para aglutinar las capas de tejido apiladas sin apretar o las capas de fibra en la pieza en bruto de preforma puede presentarse en diversas formas que incluyen polvo, pulverización, líquido, pasta, película, fibras y velos no tejidos. El material aglutinante se puede seleccionar entre polímeros termoplásticos, resinas termoendurecibles y combinaciones de los mismos. En algunas formas de realización, el aglutinante puede adoptar la forma de fibras poliméricas formadas a partir de material termoplástico o termoendurecible, o una mezcla de materiales termoplásticos y termoendurecibles. En otras formas de realización, el aglutinante es una mezcla de fibras termoplásticas (es decir, fibras formadas a partir de material termoplástico) y fibras termoendurecibles (es decir, fibras formadas a partir de material termoendurecible). Dichas fibras poliméricas se pueden incorporar a la pieza en bruto de preforma como un velo no tejido compuesto de fibras poliméricas dispuestas de forma aleatoria que se insertarán entre las capas fibrosas de la preforma.

A modo de ejemplo, el material aglutinante puede ser una resina epoxídica en polvo. Como otro ejemplo, el material aglutinante puede ser una mezcla de uno o más polímeros termoplásticos y una o más resinas termoendurecibles en forma de polvo. Como otro ejemplo, el material aglutinante es un velo no tejido compuesto de fibras termoplásticas.

Si se aplica en forma de aerosol, el material aglutinante se puede disolver adecuadamente en un disolvente como por ejemplo el diclorometano. Cuando se utiliza disolvente, es necesario eliminar posteriormente el disolvente. En forma de película, se puede depositar una composición de resina aglutinante (por ejemplo, por colada) sobre un papel antiadherente para formar una película, que luego se transfiere a la capa fibrosa de la preforma. En forma de polvo, el aglutinante se puede esparcir sobre la capa fibrosa. Cuando se utiliza velo no tejido de fibras poliméricas como material aglutinante, cada velo se inserta entre las capas fibrosas adyacentes durante la colocación de la preforma.

Preferiblemente, la cantidad de aglutinante en la preforma es igual o inferior a aproximadamente el 20 % en peso basado en el peso total de la preforma, preferiblemente, 0,5 % -10 % en peso, más preferiblemente, 0,5 % - 6 % en peso.

El aglutinante de la preforma es adecuado para su utilización con una amplia variedad de resinas de matriz que se inyectarán en la preforma mediante técnicas de infusión de resina líquida, como por ejemplo RTM. Por otra parte, el aglutinante se selecciona para que sea química y físicamente compatible con la resina matriz que se va a inyectar en la preforma.

Cuando la preforma seca se utiliza en un proceso de inyección de resina como por ejemplo el RTM, es deseable que el aglutinante no forme una película impermeable en la superficie de las capas fibrosas, lo que puede impedir que la resina matriz penetre satisfactoriamente a través del espesor del material de la preforma durante el ciclo de inyección de resina.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Método de conformado al vacío con cizallamiento para producir una preforma tridimensional (30), que comprende: (a) proporcionar una herramienta de moldeo (32) que tenga una longitud, una superficie de la banda con una sección curvada convexa a lo largo de la longitud, y dos paredes laterales contiguas que se extienden desde dicha superficie de alma para conformar rebordes;

(b) colocar un material de preforma sobre un diafragma flexible (31);

(c) colocar la herramienta de moldeo sobre el material de la preforma (30) de tal forma que la superficie de la banda de la herramienta de moldeo esté en contacto con una parte del material de la preforma;

(d) colocar al menos dos retenes interiores móviles junto a cada pared lateral de la herramienta de moldeo, de tal forma que un extremo de cada retén interior sea adyacente a la sección doblada de la superficie de la banda;

(f) conformar una cámara sellada al vacío definida por el diafragma flexible y la herramienta de moldeo, encerrando dicha cámara sellada al vacío los retenes internos y el material de la preforma;

(g) evacuar el aire de la cámara sellada al vacío hasta alcanzar un vacío parcial de tal forma que el diafragma flexible sea atraído hacia la herramienta de moldeo;

(h) retirar cada retén interior a lo largo de la pared lateral de la herramienta de moldeo en dirección opuesta a la sección doblada durante la evacuación de la cámara sellada al vacío, de tal forma que haya al menos dos retenes interiores desplazándose en dirección opuesta a lo largo de cada pared lateral de la herramienta de moldeo, permitiendo de este modo que el material de la preforma entre en contacto con las paredes laterales de la herramienta de moldeo de manera gradual; y

(i) aumentar la presión de vacío después de que se hayan retirado los retenes y el material de la preforma se haya ajustado a la herramienta de moldeo, conformando de este modo una preforma moldeada, siendo dicha presión de vacío suficiente para consolidar la preforma moldeada,

en donde el calentamiento se aplica para calentar el material de la preforma antes de evacuar el aire en (g) o después de que se forme la preforma moldeada en (i).

2. El método de la reivindicación 1, en donde los retenes interiores son globos tubulares (1,2) y donde, preferiblemente, cada globo tubular está configurado de modo que tiene una superficie exterior que se puede plegar hacia el centro del globo.

3. El método de la reivindicación 1, que comprende además colocar retenes exteriores adyacentes a los retenes interiores en (d) de tal forma que cada retén exterior sea adyacente a un retén interior pero no esté en contacto con la herramienta, y en (h) retirar los retenes exteriores en tándem con los retenes interiores de tal forma que cada retén exterior se desplace en la misma dirección que el retén interior adyacente pero sólo después de que dicho retén interior adyacente haya empezado a desplazarse durante un período de tiempo inicial, y

en donde los retenes interior y exterior tienen la forma de globos tubulares, preferiblemente, estando cada globo tubular configurado de modo que tenga una superficie exterior que se pueda plegar hacia el centro del globo.

4. El método de la reivindicación 1, en donde los retenes interiores son orugas (51, 52), comprendiendo cada oruga eslabones interconectados y zapatas en forma de placa que forman una banda sin fin.

5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el diafragma flexible se fabrica de un material elástico, preferiblemente, caucho, silicona o nailon.

6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material de la preforma comprende fibras inorgánicas u orgánicas, preferiblemente, fibras seleccionadas entre fibras de carbono, fibras de vidrio y fibras poliméricas.

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el material de la preforma comprende fibras de refuerzo en forma de fibras unidireccionales o tela(s) tejida(s).

8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde

el material de la preforma comprende un conjunto de capas de tejido permeable a los líquidos que han sido tratadas con un aglutinante, y

el calentamiento del material de la preforma se lleva a cabo después de que la preforma moldeada se haya formado en (i) para ablandar el aglutinante y fijar la forma de la preforma.

9. El método de la reivindicación 8, que comprende además enfriar la preforma moldeada después de calentarla.

10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde

el material de la preforma comprende una capa de varias capas preimpregnadas en una disposición de apilamiento, comprendiendo cada capa preimpregnada fibras de refuerzo integradas en una matriz de resina termoendurecible o una matriz termoplástica.

11. El método de la reivindicación 10, en donde cada capa preimpregnada comprende fibras de refuerzo integradas en una matriz de resina termoendurecible curable, comprendiendo dicha matriz una o más resinas epoxídicas y un agente de curado, y

calentar el material de la preforma se lleva a cabo antes de evacuar el aire en g) a una temperatura inferior a la temperatura de curado de la matriz de resina termoendurecible.

12. El método de la reivindicación 11, que comprende además enfriar la preforma moldeada después de la etapa (i).

13. El método de la reivindicación 10, en donde

cada capa preimpregnada comprende fibras de refuerzo integradas en una matriz de polímero termoplástico, el calentamiento del material de la preforma se lleva a cabo una vez formada la preforma moldeada en (i) para ablandar la matriz de polímero termoplástico y fijar la forma de la preforma, y

la preforma moldeada se enfría después del calentamiento.

14. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde

en donde el material de la preforma comprende dos o más capas de fibras permeables a los líquidos en una disposición de apilamiento,

cada capa de fibras se forma depositando varias cintas alargadas o continuas de material fibroso una al lado de la otra en un proceso de colocación automatizado,

cada cinta alargada o continua de material fibroso comprende un velo no tejido laminado a al menos un lado de una capa de fibras unidireccionales y un aglutinante en cantidad suficiente para mantener unidos el velo no tejido y las fibras unidireccionales, preferiblemente, la cantidad de aglutinante no es superior al 15 % en peso basado en el peso total de la cinta.

15. El método de acuerdo con la reivindicación 14, en donde el velo no tejido de cada cinta alargada o continua de material fibroso comprende fibras de carbono o fibras termoplásticas dispuestas de forma aleatoria.