ES3038879T3

ES3038879T3 - Partial curing of thermoset composites

Info

Publication number: ES3038879T3
Application number: ES18193550T
Authority: ES
Inventors: Amol Ogale
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2017-09-24
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2025-10-15
Anticipated expiration: 2038-09-10
Also published as: RU2768684C2; RU2018122069A3; KR102535014B1; PT3466632T; RU2018122069A; US10549489B2; US20190091947A1; EP3466632B1; CN109551777A; KR20190035482A; CN109551777B; US20200156330A1; US11220069B2; EP3466632A1

Abstract

Las estructuras laminadas compuestas se producen con piezas parcialmente curadas. Este curado parcial se logra aplicando un catalizador a las zonas que se van a curar completamente. Estas zonas curan a una temperatura inferior a la normal, mientras que las restantes permanecen sin curar, lo que permite su coencolado o cocurado con otras estructuras. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Curado parcial de materiales compuestos termoestables

INFORMACIÓN DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

1. Campo:

La reivindicación 1 de la presente solicitud se refiere, en general, a un procedimiento para fabricar una estructura de material compuesto. La reivindicación 12 de la presente solicitud se refiere, en general, a un laminado de piezas laminadas de material compuesto. La solicitud también trata de la utilización de piezas laminares de material compuesto parcialmente curadas.

2. Antecedentes:

El término "material compuesto", tal como se utiliza aquí, puede referirse a una estructura de material compuesto que comprende fibras tales como fibras de carbono dispuestas en una matriz tal como una resina termoestable. Las piezas laminadas de material compuesto pueden unirse entre sí mediante unión adhesiva, co-unión o co-curado. En el caso de unión adhesiva y co-unión, por lo menos una de las piezas requiere una preparación de la superficie adecuada y una selección de adhesivo apropiada para lograr la calidad de unión deseada. La necesidad de la preparación de la superficie y la eliminación de contaminantes de la superficie aumenta los costes de fabricación, y el uso de adhesivos de unión añade peso no deseado a los conjuntos de piezas. Los costes de fabricación también aumentan por la necesidad de proporcionar herramientas para soportar las piezas no curadas durante el proceso de unión. Estos problemas reducen las opciones disponibles para un escalonado eficiente de los procesos de fabricación. Sería deseable, por lo tanto, disponer de más alternativas para el montaje, unión y/o curado, y secuenciación de procesos.

Sería deseable, por lo tanto, disponer de un procedimiento y un aparato que tengan en cuenta por lo menos algunos de los problemas indicados anteriormente, así como otros posibles problemas.

US5176949 A, de acuerdo con su resumen, establece que se aplica entre 3 y 25 g/m2, en particular, entre 5 y 10 g/m2 de una composición termofusible reactiva pulverulenta que comprende un prepolímero y un endurecedor para este último sobre una o dos caras de refuerzo textil. El endurecedor se vuelve activo solamente a una temperatura por encima de la que el polvo se reblandece para hacerse pegajoso. US5176949 A indica también, de acuerdo con su descripción, que"El refuerzo a tratar... se alimenta en forma de tira ... Discurre por debajo de un rodillo aplicador... El polvo ... arrastrado así por el rodillo ... se aplica sobre toda la anchura del refuerzo... El refuerzo recubierto de polvo de este modo pasa entonces por debajo de una rejilla de infrarrojos ... que reblandece el polvo y lo fija a la superficie ... del refuerzo en forma de puntos ... constituyendo el sistema endurecedor de prepolímero".

US2010/124659 A1, de acuerdo con su resumen, indica que una estructura de material compuesto se fabrica escalonando por lo menos una parte de un primer componente de material compuesto no curado. El primer componente de material compuesto se monta con un segundo componente de material compuesto, y la parte escalonada del primer componente de material compuesto es co-curada con el segundo componente de material compuesto.

DESCRIPCIÓN

Se describe aquí un procedimiento para fabricar una estructura de material compuesto, comprendiendo el procedimiento: aplicar un acelerador de curado de resina a regiones seleccionadas de capas de resina termoestable reforzada con fibra; montar un laminado que incluye las capas de resina termoestable a las que se ha aplicado el acelerador de curado de resina; disponer las capas del laminado de manera que otras regiones del laminado que se dejan sin curar queden situadas a lo largo de una región interfacial entre la pieza parcialmente curada y una estructura a la cual se va a unir la pieza parcialmente curada; formar el laminado en una forma deseada; producir una pieza parcialmente curada curando las regiones seleccionadas de las capas termoestables que tienen el acelerador de curado de resina aplicado a las mismas, mientras se dejan las otras regiones de las capas termoestables sin curar; colocar la pieza parcialmente curada contra la estructura; y unir la pieza parcialmente curada a la estructura mediante co-unión o co-curado.

Se describe también aquí un laminado de piezas de laminadas de material compuesto, que comprende: una pluralidad de capas de resina termoestable reforzada con fibra, en la que por lo menos algunas de las capas de resina termoestable tienen un acelerador de curado de resina aplicado a por lo menos una región de las mismas; en el que el laminado incluye una región interfacial configurada para unirse a una estructura, y en la que las capas termoestables del laminado a lo largo de la región interfacial carecen del acelerador de curado de resina.

La descripción se refiere, en general, a la fabricación de piezas de material compuesto y, más concretamente, a la unión de piezas termoestables laminadas de material compuesto que están parcialmente curadas. Se aplica un acelerador de curado de resina en forma de catalizador a partes de laminados de piezas que van a curarse previamente. El catalizador acelera el curado de estas piezas a bajas temperaturas de curado, mientras que otras partes de las piezas se dejan sin curar y, por lo tanto, químicamente reactivas. Las partes no curadas de las piezas pueden ponerse en contacto entre sí y co-curarse, mientras que las partes curadas de las piezas proporcionan estabilidad a las piezas. El catalizador puede aplicarse estratégicamente a ciertas regiones de una o más capas antes de colocarse, dando como resultado una pieza que tiene curado a medida.

De acuerdo con un ejemplo, se presenta un procedimiento para fabricar una estructura de material compuesto. El procedimiento comprende montar un laminado, que incluye disponer una pluralidad de capas de resina termoestable reforzada con fibra, y aplicar un acelerador de reacción de curado de resina a una primera parte del laminado. El procedimiento comprende, además, curar la primera parte del laminado utilizando un programa de curado que es suficiente para curar la primera parte del laminado mientras se mantiene sin curar una segunda parte no curada del laminado.

De acuerdo con otro ejemplo, se presenta un procedimiento para fabricar una estructura de material compuesto. El procedimiento comprende aplicar un acelerador del curado de resina a regiones seleccionadas de capas de resina termoestable reforzada con fibra, y montar un laminado que incluye las capas de resina termoestable a las que se ha aplicado el acelerador del curado de resina. El procedimiento incluye, además, formar el laminado en una forma deseada, y producir una pieza parcialmente curada curando las regiones seleccionadas de las capas termoestables que tienen el acelerador de curado de resina aplicado a las mismas, mientras que se dejan sin curar otras regiones del laminado. El procedimiento también incluye colocar el laminado parcialmente curado contra una estructura, y unir la pieza parcialmente curada a la estructura.

De acuerdo con todavía otro ejemplo, se dispone un laminado de piezas laminadas de material compuesto, que comprende una pluralidad de capas de resina termoestable reforzada con fibra, en el que por lo menos algunas de las capas de resina termoestable tienen un acelerador de curado de resina aplicado a por lo menos una región de las mismas.

Una de las ventajas de los ejemplos descritos es que puede eliminarse la necesidad de una extensa preparación de la superficie y adhesivos de unión de las piezas que se van a unir. Otra ventaja es que los costes de mecanización requeridos para mantener las formas de las piezas pueden reducirse o eliminarse sustancialmente. Otra ventaja es que no se requiere un equipo especializado para lograr el calentamiento/enfriamiento diferencial de distintas partes de las piezas. El curado parcial de las piezas puede realizarse utilizando equipo convencional. Todavía otra ventaja es que pueden producirse piezas laminadas de material compuesto parcialmente curadas en las que las partes curadas de las piezas soportan y mantienen la forma de las partes no curadas sin necesidad de herramientas o elementos de sujeción subyacentes.

Las características, funciones, y ventajas pueden lograrse independientemente en varios ejemplos de la presente descripción o pueden combinarse en otros ejemplos en los que pueden apreciarse otros detalles con referencia a la siguiente descripción y dibujos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

En las reivindicaciones adjuntas se indican los aspectos novedosos que se creen característicos de los ejemplos ilustrativos. Los ejemplos ilustrativos, sin embargo, así como un modo de uso preferido, otros objetivos y ventajas de los mismos, se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción detallada de un ejemplo ilustrativo de la presente descripción al considerarse junto con los dibujos adjuntos, en los cuales:

La figura 1 es una ilustración de una vista esquemática de un aparato y un procedimiento para producir capas de material compuesto que tienen un catalizador de aceleración aplicado estratégicamente a regiones seleccionadas de las mismas.

La figura 2 es una ilustración de una vista en planta de varias capas de material compuesto que muestran las regiones a las que se ha aplicado el catalizador utilizando el aparato y el procedimiento mostrados en la figura 1. La figura 3 es una ilustración de una vista esquemática que muestra cómo se procesan capas con un catalizador estratégicamente aplicado para formar una pieza laminada de material compuesto parcialmente curada.

La figura 4 es una ilustración de una vista lateral de una estructura laminada de material compuesto formada por dos piezas unidas entre sí a lo largo de una región interfacial, en el que las piezas tienen capas que previamente se han curado parcialmente utilizando un acelerador de curado.

La figura 5 es una ilustración similar a la figura 4, antes del curado completo, en el que cada una de las piezas tiene una parte curada y una parte no curada.

La figura 6 es una ilustración similar a la figura 5 pero en la que solamente ciertas capas de las piezas cerca de la región interfacial están sin curar.

La figura 7 es una ilustración similar a la figura 6, pero en la que solamente las capas de una de las piezas cerca de la región interfacial están sin curar, y las piezas se unen entre sí a lo largo de una línea de unión adhesiva.

La figura 8 es una ilustración de la zona designada como "figura 8" en la figura 7.

La figura 9 es una ilustración de una vista en sección transversal de un larguerillo de sombrero unido a un revestimiento compuesto.

La figura 10 es una ilustración de la zona designada como "figura 10" en la figura 9.

La figura 11 es una ilustración que muestra cómo se utilizan las capas que tienen el catalizador estratégicamente aplicado a ciertas regiones de las mismas para formar un larguerillo de sombrero que tiene partes no curadas que pueden co-curarse o co-unirse al revestimiento de material compuesto mostrado en la figura 9.

La figura 12 es una ilustración de una vista en sección transversal de un larguero de una pala parcialmente curado listo para unirse a un revestimiento de material compuesto.

La figura 13 ilustra la zona designada como "figura 13" en la figura 12.

La figura 14 es una ilustración del área designada como "figura 14" en la figura 12.

La figura 15 es una ilustración de una vista en planta de un revestimiento de un avión que tiene una zona escarpada que requiere reprocesado.

La figura 16 es una ilustración de una vista en sección de la zona escarpada mostrada en la figura 15, que muestra también un parche de reprocesado parcialmente curado a punto de aplicarse al mismo.

La figura 17 es una ilustración de una vista en sección transversal de un revestimiento de avión que tiene un parche de reprocesado parcialmente curado colocado para aplicarse al mismo, estando las capas del parche en despiece para mostrar mejor las partes curadas y no curadas del mismo.

La figura 18 es una ilustración de un diagrama de flujo de un procedimiento para unir piezas de material compuesto. La figura 19 es una ilustración de un diagrama de flujo de metodología de producción y servicio de aviones.

La figura 20 es una ilustración de un diagrama de bloques de un avión.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Se hace referencia ahora a las figuras 1 y 2 que ilustran esquemáticamente un aparato y un procedimiento para aplicar estratégicamente un acelerador de curado de resina 91 a regiones seleccionadas de las capas 44 que permite producir piezas parcialmente curadas 32, 34 que presentan partes curadas y no curadas 40, 42 (figura 3) respectivamente. El acelerador de curado de resina 91 comprende un catalizador de reacción 92 que hace que la resina a la que se aplica cure a una temperatura inferior a la temperatura de curado normal y/o más rápidamente, en comparación con regiones de las capas 44 a las que no se ha aplicado el catalizador 92. En otras palabras, la aplicación estratégica del catalizador 92 a las regiones 94 de las capas 44 permite un curado diferencial de las piezas 32, 34.

Un material laminar 74, que puede comprender un material preimpregnado o fibras secas, se extrae de una bobina de suministro en bruto 76 y se guía a través de uno o más rodillos 80 más allá de un aplicador de catalizador 82. El aplicador de catalizador 82 que, en el ejemplo ilustrado, es un aplicador automatizado operado de acuerdo con un conjunto de instrucciones programadas a las que accede un controlador programado 88, aplica un catalizador de reacción adecuado 92 a regiones preseleccionadas 94 del material laminar 74, ya sea por pulverización, impresión o utilizando otras técnicas. El catalizador 92 se aplica estratégicamente a regiones preseleccionadas de las capas 44 que están destinadas a ser previamente curadas. Opcionalmente, después de la aplicación del catalizador 92, puede aplicarse un estabilizador de catalizador 84 al catalizador 92 mediante un aplicador de estabilizador 85 para estabilizar el catalizador 92. El estabilizador de catalizador 84 funciona para evitar una degradación potencial del catalizador 92. El material laminar 74 se corta entonces a las longitudes de capa deseadas mediante un cortador de capas 65 antes de suministrarse sobre una mesa 90 u otro soporte donde pueden recogerse manualmente o mediante una máquina de recogida y colocación (no mostrada) para formar un laminado en capas.

Aunque se ha descrito un proceso en gran parte automatizado para la aplicación estratégica del catalizador 92 a regiones seleccionadas de capas 44, es posible un proceso principalmente manual. Por ejemplo, pueden cortarse capas 44 a partir de material en bruto preimpregnado, y puede aplicarse después el catalizador 92 manualmente a las regiones deseadas de las capas 44 mediante pulverización, cepillado u otras técnicas manuales, tras lo cual las capas 44 pueden apilarse manualmente de acuerdo con una disposición de capas deseada. Alternativamente, las capas 44 pueden transportarse y depositarse manualmente sobre una herramienta de laminado (no mostrada) que se utiliza para conformar las capas 44 antes del curado previo en el que las regiones de las capas 44 que tienen el catalizador 92 aplicado a las mismas curan a una temperatura inferior a la temperatura de curado normal.

Alternativamente, el catalizador 92 puede aplicarse, bien manualmente o bien bajo control automático, a las capas individuales 44 después de que la capa 44 se haya colocado en la herramienta de laminado 100 (figura 11).

La figura 2 ilustra cuatro capas típicas 44 mostrando el catalizador 92 que se ha aplicado estratégicamente solamente a ciertas regiones 94 de las capas 44 que están destinadas a ser previamente curadas, mientras que el resto de las regiones 96 destinadas a permanecer sin curar se dejan carentes del catalizador 92.

Se hace referencia ahora a la figura 3 que ilustra cómo el catalizador de aceleración 92 puede aplicarse estratégicamente a las capas 44 de material preimpregnado termoestable o bien fibra seca que se impregna posteriormente con una resina termoestable para formar una pieza diferencialmente curada 32, 34 que tiene partes curadas y no curadas 40, 42, respectivamente. La resina termoestable puede comprender, por ejemplo y sin limitación, resinas epoxi, resinas de éster de cianato, resinas de poliuretano, o resinas fenólicas. El catalizador 92 debe ser adecuado para la resina termoestable seleccionada. Por ejemplo, puede utilizarse 4, 4, 0-metilen-bis 3 cloro-2,6-dietilanilina como catalizador para resinas de éster de cianato. En este ejemplo, el catalizador 92 se aplica en la mitad izquierda de las capas 44, después de lo cual las capas 44 se apilan para formar un laminado en capas 102. En 103, el laminado 102 se calienta de acuerdo con un programa de curado que es suficiente para curar sustancialmente las regiones 94 que se van a curar previamente, pero es insuficiente para curar el resto de las regiones 96 que van a permanecer sin curar y, por lo tanto, químicamente activas. En el caso de capas de fibras secas 44, las capas 44 se infunden con una resina termoestable, y después se calientan a una temperatura que es suficiente para curar aquellas regiones 94 de las capas 44 a las que se ha aplicado el catalizador 92.

De lo anterior, puede apreciarse que puede lograrse un curado diferencial de las piezas 32, 34 utilizando diferentes programas de curado. Por ejemplo, el primer programa de curado utilizado para lograr el curado parcial de la pieza 32, 34 puede realizarse a una temperatura más baja y/o a una menor duración, en comparación con un segundo programa de curado que se utiliza para curar completamente la pieza 32, 34, durante el co-curado o la co-unión con otra estructura. En el caso de resina epoxi, por ejemplo y sin limitación, el primer programa de curado puede incluir calentar el laminado de piezas 32, 34 a una temperatura de aproximadamente 140 °C, mientras que el segundo programa de curado puede calentar las piezas 32, 34 a una temperatura superior a 140 °C. Una vez que la pieza 32, 34 se pone en contacto con otra pieza 32, 34, las dos piezas 32, 34 pueden co-curarse o co-unirse de acuerdo con un programa de curado, tal como se ha descrito anteriormente, que es diferente del programa de curado utilizado para curar parcialmente la pieza 32, 34.

Haciendo referencia primero a la figura 4, una estructura de material compuesto 30 comprende dos piezas laminadas de material compuesto 32, 34 unidas entre sí a lo largo de una zona de superposición 36 en una región interfacial 38 que forma una unión solapada. Las piezas 32, 34 mostradas en la figura 1 se unen entre sí a lo largo de una región interfacial 38 mediante co-unión o co-curado. Tal como se describirá con más detalle más adelante, antes de curarse completamente tal como se muestra en la figura 1, por lo menos una de las piezas 32, 34 se encuentra en un estado parcialmente curado, e incluye una parte no curada 42 (figura 2) a lo largo de la región interfacial 38 que se obtiene por curado diferencial de la pieza 32, 34, utilizando la aplicación estratégica de un acelerador de curado de resina 91 (figura 2) a las capas de la pieza 32, 34 en forma de catalizador de reacción 92 (figura 11).

La figura 5 ilustra un ejemplo de la estructura de material compuesto 30 mostrada en la figura 4 en la que las dos piezas 32, 34 se unen entre sí en la zona de superposición 36 para formar una unión solapada 45, mediante el co curado las dos piezas 32, 34. En este ejemplo, cada una de las piezas 32, 34 incluye una parte curada 40 y una parte no curada 42. Tal como se utiliza aquí, "parte curada" significa que la parte curada se ha curado hasta un punto en que se mantiene la forma y la estabilidad de la pieza 32, 34. En algunas aplicaciones, la parte curada 40 puede estar completamente curada, mientras que en otras aplicaciones, la parte curada 40 puede estar curada en un mayor grado que la parte no curada 42 pero, sin embargo, estar curada hasta un punto que se mantiene la forma y la estabilidad global de la pieza 32, 34. Además, tal como se utiliza aquí, "parte sin curar" significa que la parte sin curar permanece químicamente reactiva y capaz de ser co-curada con otra pieza sin curar o adhesivo de unión. Aunque en los ejemplos ilustrados, las piezas 32, 34 son sustancialmente planas, en otros ejemplos, las piezas 32, 34 pueden tener curvas tridimensionales o contornos complejos resultantes del curado por lo menos parcial de las piezas 32, 34 en herramientas conformadas (no mostradas) adecuadas para la aplicación. Tal como se describirá más adelante, el curado previo de las regiones de las piezas 32, 34 que tienen el acelerador de curado de resina 91 aplicado a las mismas da como resultado una pieza parcialmente curada 32, 34 que mantiene la forma aplicada a la misma por la herramienta, a pesar del hecho de que otras regiones de la pieza 32, 34 permanecen sin curar. La capacidad de la pieza parcialmente curada para mantener su forma permite que la pieza sea manipulada, transportada y/o unida a una estructura mediante co-unión o co-curado, sin necesidad de herramientas o elementos de sujeción subyacentes.

En el ejemplo mostrado en la figura 5, las capas 44 de las piezas 32, 34 a lo largo de sus grosores 46, 48 dentro de la zona de superposición 36 están sin curar antes de unirse entre sí y co-curarse. Las partes 40 de las capas 44 fuera de la zona de solapamiento 36 se curan previamente antes del proceso de unión como resultado de que a las mismas se les ha aplicado un acelerador de curado 91 (véase la figura 1) que permite que estas partes 40 se curen previamente a una temperatura inferior a la temperatura de curado normal, mientras otras partes 42 se mantienen sin curar. Las partes no curadas 42 de las piezas 32, 34 que se solapan entre sí se han puesto en contacto entre sí a lo largo de una región interfacial 38. Cuando se someten a un proceso de curado completo, el cual se explica más adelante, las partes no curadas 42 de las dos piezas 32, 34 se co-curan, uniéndose entre sí a lo largo de la región interfacial 38.

Haciendo referencia ahora a la figura 6, en este ejemplo, solamente están sin curar unas pocas de las capas 44a dentro de los grosores 46, 48 inmediatamente adyacentes a la región interfacial 38 dentro de la zona de superposición 36. Las partes curadas 40 pueden curarse a una temperatura de curado inferior a la normal debido a que a las mismas se les ha aplicado el acelerador de curado de resina 91, mientras que aquellas capas 44a a lo largo de la región interfacial 38 que no tienen una aplicación del acelerador de curado de resina 91 permanecen sin curar. De lo anterior, puede apreciarse que la aplicación estratégica del acelerador de curado de resina 91 permite el curado previo de cualquier región seleccionada, por ejemplo, la zona de solapamiento 36 de cualquier capa 44 dentro del grosor 46, 48 de la pieza 32, 34, mientras que el resto de las capas 44a dentro de la misma región permanecen sin curar. Es evidente, por lo tanto, que las dos piezas 32, 34 pueden unirse entre sí co-curando sólo unas pocas de las capas no curadas 44a a lo largo de la región interfacial 38, mientras que las partes curadas 40 que se han curado previamente utilizando el acelerador de curado de resina 91 mantienen las formas de las piezas 32, 34 a lo largo de sus longitudes. Las partes curadas 40, que están alineadas con las partes no curadas 40 y situadas por encima de las mismas, proporcionan, por lo tanto, estabilidad y soporte para las partes no curadas 40, sin necesidad de herramientas de soporte.

Las figuras 7 y 8 ilustran otro ejemplo en el que las dos piezas 32, 34 se unen entre sí a lo largo de una línea de unión adhesiva 50 mediante co-unión. En este ejemplo, una parte no curada 42 de la pieza 32 que comprende varias capas no curadas 44a a lo largo de la región interfacial 38 se unen a la pieza 34 de la cual se han curado previamente todas las capas 44. Las regiones de las capas 44 que se apilan por encima de las capas no curadas 44a han tenido aplicado a las mismas el acelerador de curado de resina 91, permitiendo que se curen previamente a una temperatura que es inferior a la temperatura de curado normal de la resina termoestable. Una vez que el adhesivo de unión se aplica a una o ambas piezas 32, 34, las dos piezas 32, 34 pueden montarse y someterse a un programa de curado completo, co-curándose, de ese modo, las capas no curadas de la pieza 32 con el adhesivo a lo largo de la línea de unión adhesiva 50.

Se hace referencia ahora a las figuras 9 y 10 que ilustran un larguerillo de sombrero laminado de material compuesto 54 que se une a un revestimiento laminado de material compuesto 56. El larguerillo de sombrero 54 comprende una parte superior 58, unas almas 60 y unos salientes que se extienden hacia fuera 62. El larguerillo de sombrero 54 incluye una parte curada 40, y una parte no curada 42 que comprende capas no curadas 44a en las partes inferiores 62a de los salientes 62. Tal como mejor se aprecia en la figura 7, aquellas capas 44 cerca de la parte superior de los salientes 62 han curado previamente a una temperatura de curado inferior a la normal de acuerdo con un primer programa de curado como resultado de tener el acelerador de curado de resina 91 aplicado a las mismas, mientras que las capas 44 cerca de la región interfacial 38 en la parte inferior 62a que no tienen un acelerador de curado de resina 91 aplicado, permanecen sin curar y curan posteriormente a la temperatura de curado normal superior de la resina de acuerdo con un segundo programa de curado. El revestimiento de material compuesto 56 es también una estructura parcialmente curada que tiene partes curadas y 40 partes no curadas 42. Las partes no curadas 42 del revestimiento 56 están situadas a lo largo de la región interfacial 38, frente a las partes no curadas 42 de los salientes 62. En este ejemplo, las partes inferiores 62a de los salientes 62 co-curan en la parte no curada 42 del revestimiento 56. En otros ejemplos, el revestimiento 56 puede curar completamente, en cuyo caso las capas no curadas 44a en las partes inferiores 62a de los salientes 62 pueden co-unirse al revestimiento 56.

Se hace referencia ahora a la figura 11 que ilustra cómo puede producirse el larguerillo de sombrero parcialmente curado 54 de la figura 9 utilizando el proceso mostrado en la figura 1 para aplicar estratégicamente el catalizador 92 a las regiones 94 de las capas 44 que van a curarse previamente, mientras que deja otras regiones 96 sin curar. Una vista en planta superior en el lado izquierdo de la figura 11 ilustra tres capas 44a, 44b, 44c a las que se ha aplicado estratégicamente el catalizador 92. Solamente se muestran tres capas por simplicidad de la descripción, si bien, en aplicaciones prácticas, un larguerillo 54 de sombrero típico puede comprender un mayor número de capas 44. En este ejemplo, la capa 44a es una capa inferior, 44c es una capa superior y la capa 44b es una capa intermedia colocada entre las capas 44a y 44c. El catalizador 92 se aplica solamente a la región central 94 de las capas 44a y 44b que corresponden a la parte superior 58 y a las almas 60 del larguerillo 54. El catalizador 92 se aplica también solamente a las regiones 94 en el borde izquierdo y derecho de la capa 44c que corresponden a los salientes 62.

Las capas 44a, 44b y 44c se disponen sobre una herramienta adecuada 100 que tiene una forma en sección transversal correspondiente a un larguerillo completado 54. En un ejemplo, las capas 44a, 44b, 44c se disponen planas como una pila, y la pila se transfiere a la herramienta 100 donde se forma, se calienta y se consolida utilizando autoclave o fuera del procesamiento del autoclave. En otro ejemplo, las capas 44a, 44b, 44c se disponen y se forman individualmente en la herramienta 100. El laminado en capas en la herramienta 100 se calienta y se consolida después en un autoclave, o en un horno, de acuerdo con un primer programa de curado que es suficiente para curar aquellas regiones 94 que se van a curar previamente, es decir, aquellas partes de las capas 44a, 44b, 44c que se van a curar previamente. Después de este proceso de curado inicial, la forma formada y rigidizada del larguerillo de sombrero parcialmente curado 54 se mantiene como resultado de la rigidez de las regiones curadas previamente 94, mientras que las regiones no curadas 96 de la capa inferior e intermedia 44a, 44b permanecen sin curar y, por lo tanto, químicamente reactivas.

Después del proceso de formación y pre-curado descrito anteriormente, el larguerillo 54 se retira de la herramienta 100 y se transfiere al revestimiento 56 (figura 9) donde las partes inferiores 62a de los revestimientos 62 se ponen en contacto y se colocan contra el revestimiento 56. Las partes inferiores 62a de los revestimientos 62 pueden co curarse o co-unirse con el revestimiento de material compuesto 56 u otra estructura de material compuesto, utilizando un segundo programa de curado. El curado de acuerdo con el segundo programa de curado da como resultado el curado completo de las partes inferiores 62a de los revestimientos 62, así como adhesivo que puede utilizarse para unir conjuntamente el larguerillo 54 y el revestimiento 56. Aunque no se muestra en las figuras, puede ser posible pegar algunas de las capas 44 entre sí aplicando el catalizador 92 a regiones de las capas 44 que se van a pegar entre sí. Utilizando esta técnica, algunas de las capas 44 pueden pegarse entre sí, mientras que otras capas no curadas 44 pueden deslizar respecto a las otras capas 44 durante la formación.

Haciendo referencia ahora a las figuras 12, 13 y 14, un larguerillo de pala 64 comprende una pala 68 y un par de salientes 69 unidos a un revestimiento de material compuesto 56. El larguerillo de pala 64 incluye un par de elementos en forma de L 66 unidos entre sí para formar una parte premontada antes de unirse al revestimiento 56. Cada uno de los elementos en forma de L 66 incluye una sección de saliente 70 y una sección de pala 72. Cada una de las secciones de pala 72 incluye partes no curadas 42 a lo largo de una región interfacial 38 entre las dos secciones de pala 72. Más concretamente, las partes no curadas 42 de las dos secciones de pala 72 se unen entre sí por co-curado. Haciendo referencia en particular a las figuras 8 y 10, las partes no curadas 42a de las secciones de revestimiento 70 comprenden capas no curadas 42 a lo largo de la región interfacial 38 que están co-unidas a las capas totalmente curadas 44 del revestimiento 56 a lo largo de una línea de unión adhesiva 50.

Por lo tanto, a partir de lo anterior, puede apreciarse que cada uno de los elementos en forma de L 66 comprende partes curadas y no curadas 40, 42 y se unen entre sí por co-curado, mientras que las secciones de saliente 70 se unen al revestimiento 56 por co-unión. Al igual que en los ejemplos anteriores analizados anteriormente, las partes curadas y no curadas 40, 42 se obtienen mediante la aplicación estratégica de un acelerador de curado de resina 91 solamente a regiones seleccionadas de capas seleccionadas 44 que van a curarse previamente. Se utiliza entonces un proceso de curado en dos etapas en el que las regiones de las capas 44 que tienen el acelerador de curado de resina 91 curan a una temperatura de curado inferior a la normal, y el resto de las regiones sin curar de las capas 44 sin el acelerador de curado 91 curan posteriormente a la temperatura de curado completo normal.

Las capas 44a, 44b y 44c se disponen sobre una herramienta adecuada 100 que tiene una forma de sección transversal correspondiente a un larguerillo completado 54. El laminado se calienta entonces a una temperatura que es suficiente para curar aquellas regiones 94 que van a curarse previamente, es decir, aquellas partes de las capas 44a, 44b, 44c que van a curarse previamente. Después de este proceso de curado inicial, la forma del larguerillo de sombrero parcialmente curado 54 que se ha formado se mantiene como resultado de la rigidez y la dureza de las regiones curadas previamente 94, mientras que las regiones no curadas 96 de la capa inferior e intermedia 44a, 44b permanecen sin curar y químicamente reactivas. En consecuencia, las partes inferiores 62a de los salientes 62 pueden co-curarse o co-unirse con una pieza de material compuesto subyacente, tal como un revestimiento de material compuesto 56 (no mostrado en la figura 14).

Las figuras 15 y 16 ilustran el uso del catalizador de aceleración 92 para producir un parche laminado de material compuesto parcialmente curado 110 que puede utilizarse en el sector para reprocesar un revestimiento de material compuesto 56 de un avión. El revestimiento de material compuesto 56 tiene una depresión escarpada dentro de la zona que requiere reprocesado. El parche 110 comprende una pluralidad de capas de material compuesto 44, por lo menos algunas de las cuales están parcialmente curadas previamente. En el ejemplo ilustrado, los extremos exteriores de una serie de capas 44 comprenden partes no curadas 42 mientras que el resto de esas capas comprenden partes curadas 40. La capa inferior 44a del parche 110 permanece completamente sin curar. En este ejemplo, puede apreciarse que toda la zona del parche 110 que se va a unir al revestimiento 56 no está curada. Las partes no curadas 42 del parche 110 se co-unen al revestimiento curado 56 utilizando un adhesivo de unión adecuado. Después de la colocación del parche 110 sobre el revestimiento 56, el parche 110 se calienta a una temperatura suficiente para curar completamente las partes no curadas 42. Las partes no curadas 42 están soportadas por las partes rígidas curadas 40.

La figura 17 ilustra un parche de reprocesado parcialmente curado 110 que puede aplicarse a la superficie del revestimiento 56 que no está escarpada. En este ejemplo, el parche parcialmente curado 110 incluye dos capas inferiores 44a que están completamente sin curar, dos capas intermedias 44b que están parcialmente curadas, y una capa superior 44c que está completamente curada. Las capas totalmente curadas y parcialmente curadas 44a, 44b mantienen respectivamente la forma y la estabilidad del parche de reprocesado 110 incluso si el parche 110 incluye partes no curadas 40.

Se hace referencia ahora a la figura 18 que, en líneas generales, ilustra las etapas de un procedimiento de fabricación de una estructura de material compuesto utilizando piezas parcialmente curadas. En 112, se monta un laminado de capas de material compuesto que comprende capas de fibra seca que después se infunden con una resina termoestable, o depositando una pluralidad de capas preimpregnadas. El procedimiento incluye ordenar las capas 44 de manera que las regiones de las capas 44 que permanecen sin curar queden situadas a lo largo de una región interfacial 38. En 114, a una primera parte del laminado se le aplica un catalizador 92 que actúa de acelerador de curado de resina 91. En 116, opcionalmente, el laminado se forma con una forma deseada. En 118, la primera parte del laminado se cura utilizando un programa de curado que es suficiente para curar la primera parte del laminado mientras se mantiene una segunda parte del laminado sin curar, es decir, en un estado sustancialmente activo en la reacción. Las partes curadas del laminado mantienen la forma del laminado sin necesidad de herramientas. En aquellas aplicaciones en las que el laminado se ha formado contra herramientas durante el curado previo, la pieza curada previamente se retira de la herramienta y se transporta a una estructura a la cual se va a unir. En 120, el laminado se pone en contacto con una estructura a la cual se va a unir, en la que las segundas partes no curadas del laminado se colocan en contacto cara con cara con una estructura que puede estar curada o no curada. En 122, el laminado se une a la estructura curando la segunda parte del laminado.

Ejemplos de la descripción pueden encontrar uso en una variedad de aplicaciones potenciales, particularmente en la industria del transporte, incluyendo, por ejemplo, aplicaciones aeroespaciales, marinas, de automoción y otras aplicaciones en las que puedan utilizarse tubos de fluido a presión, tales como sistemas de combustible y sistemas hidráulicos en aviones. Así, haciendo referencia ahora a las figuras 19 y 20, ejemplos de la descripción pueden utilizarse en el contexto de un procedimiento de fabricación y servicio de aviones 124 tal como se muestra en la figura 19, y un avión 126 tal como se muestra en la figura 20. Las aplicaciones de aviones de los ejemplos descritos pueden incluir, por ejemplo, sin limitación, una amplia gama de piezas laminadas de material compuesto que se unen entre sí para formar una estructura. Durante la preproducción, el procedimiento de ejemplo 124 puede incluir la especificación y el diseño 128 del avión 126 y la adquisición de material 130. Durante la producción, tiene lugar la fabricación de componentes y subconjuntos 132 y la integración de sistemas 134 del avión 126. A continuación, el avión 126 puede pasar por certificación y entrega 136 para ponerse en servicio 138. Mientras está en servicio por un cliente, el avión 126 se planifica para mantenimiento y servicio rutinario 140, que también puede incluir modificación, reconfiguración, restauración, etc. Los ejemplos descritos pueden utilizarse en una cualquiera o más de las etapas 132, 134, 140, 142 y 146.

Cada uno de los procesos del procedimiento 124 lo puede realizar o llevar a cabo un integrador de sistemas, un tercero y/o un operador (por ejemplo, un cliente). Para los fines de esta descripción, un integrador de sistemas puede incluir, sin limitación, cualquier número de fabricantes de aviones y subcontratistas de sistemas principales; y un tercero puede incluir, sin limitación, cualquier número de distribuidores, subcontratistas, y proveedores; y un operador puede ser una compañía aérea, una empresa de arrendamiento, una entidad militar, una organización de servicios, etc.

Tal como se muestra en la figura 19, el avión 126 producido con el procedimiento de ejemplo 124 puede incluir un fuselaje 142 con una pluralidad de sistemas 144 y un interior 146. Ejemplos de sistemas de alto nivel 144 incluyen uno o más de un sistema de propulsión 148, un sistema eléctrico 150, un sistema hidráulico 152 y un sistema ambiental 154. Puede incluirse cualquier número de otros sistemas. Aunque se muestra un ejemplo aeroespacial, los principios de la descripción pueden aplicarse a otras industrias, tales como la industria marina y de automoción.

Los sistemas y procedimientos indicados aquí pueden emplearse durante una cualquiera o más de las etapas del procedimiento de producción y servicio 124. Por ejemplo, pueden fabricarse o manufacturarse componentes o subconjuntos correspondientes al proceso de producción 132 de una manera similar a los componentes o subconjuntos producidos mientras el avión 126 está en servicio. Además, puede utilizarse uno o más ejemplos de aparatos, ejemplos de procedimientos, o una combinación de los mismos durante las etapas de producción 132 y 134, por ejemplo, facilitando sustancialmente el montaje de un avión 116 o reduciendo el coste del mismo. De manera similar, puede utilizarse uno o más de los ejemplos de aparatos, ejemplos de procedimientos o una combinación de los mismos mientras el avión 126 está en servicio, por ejemplo y sin limitación, para mantenimiento y servicio 140.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de fabricación de una estructura de material compuesto (30), comprendiendo el procedimiento: aplicar un acelerador de curado de resina (91, 92) a regiones seleccionadas (94) de capas de resina termoestable reforzada con fibra (44);

montar un laminado (102) que incluye las capas de resina termoestable (44) a las que se ha aplicado el acelerador de curado de resina (91, 92);

disponer las capas (44) del laminado (102) de manera que otras regiones (96) del laminado (102) que se dejan sin curar queden situadas a lo largo de una región interfacial (30) entre la pieza parcialmente curada (32, 34) y una estructura (32, 34) a la cual se va a unir la pieza parcialmente curada (32, 34);

formar el laminado (102) en una forma deseada;

producir una pieza parcialmente curada (32, 34) curando las zonas seleccionadas (94) de las capas termoestables (44) a las que se ha aplicado el acelerador de curado de resina (91, 92), mientras se dejan las otras regiones (96) de las capas termoestables (44) sin curar;

colocar la pieza parcialmente curada (32, 34) contra la estructura (32, 34); y

unir la pieza parcialmente curada (32, 34) a la estructura (32, 34) mediante co-unión o co-curado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que:

montar el laminado (102) incluye disponer las capas de resina termoestable (44) en una herramienta de formación (100), y

formar el laminado (102) en la forma deseada incluye formar las capas de resina termoestable (44) en la herramienta de formación (100).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que la aplicación del acelerador de curado de resina (91, 92) se realiza mediante un aplicador automatizado (82) de acuerdo con instrucciones programadas.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además:

reducir la degradación potencial del acelerador de curado de resina (91, 92) aplicando un estabilizador (84) al acelerador de curado de resina (91, 92).

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la aplicación del acelerador de curado de resina (91, 92) incluye seleccionar regiones (94) de las capas termoestables (44) que, cuando están completamente curadas, mantienen la forma deseada de la pieza parcialmente curada (32, 34).

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, cortar las capas termoestables (44) a partir de un material laminar (74).

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el material laminar comprende material preimpregnado en bruto.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que montar el laminado (102) incluye disponer las capas (44) de manera que las regiones seleccionadas (94) a las que se aplica el acelerador de curado de resina (91, 92) estén alineadas dentro del laminado (102) con otras regiones (96) del laminado (102) que no tienen el acelerador de curado de resina (91, 92) aplicado a las mismas.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que curar las regiones seleccionadas (94) de las capas termoestables (44) comprende calentar las capas termoestables a una temperatura inferior a una temperatura de curado normal a la que las capas termoestables serían curadas en ausencia del acelerador de curado de resina.

10. Procedimiento de según reivindicación 9 cuando depende de la reivindicación 5, en el que el co-curado se produce a la temperatura de curado normal.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que curar las regiones seleccionadas (94) de las capas termoestables (44) comprende calentar las capas termoestables durante una duración menor que una duración de curado normal durante la cual las capas termoestables se curarían en ausencia del acelerador de curado de resina.

12. Laminado de piezas laminadas de material compuesto (102), que comprende:

una pluralidad de capas de resina termoestable reforzada con fibras (44),

en la que por lo menos algunas de las capas de resina termoestable tienen un acelerador de curado de resina (91, 92) aplicado a por lo menos una región (94) de las mismas;

en el que el laminado (102) incluye una región interfacial (38) configurada para unirse a una estructura (32, 34), y en el que las capas termoestables (44) del laminado (102) a lo largo de la región interfacial (38) carecen del acelerador de curado de resina (91, 92).

13. Laminado de piezas laminadas de material compuesto (102) según la reivindicación 12, en el que:

el acelerador de curado de resina (91, 92) se aplica completamente sobre algunas de las capas de resina termoestable (44).

14. Laminado de piezas laminadas de material compuesto (102) según la reivindicación 12, en el que todas las capas (44) de resina termoestable tienen el acelerador de curado de resina (91, 92) aplicado a una región (94) de las mismas.

15. Laminado de piezas laminadas de material compuesto (102) según cualquiera de las reivindicaciones 12-14, en el que la resina termoestable es resina epoxi, resina de éster de cianato, resina de poliuretano, o resina fenólica.