ITBR20130005A1

ITBR20130005A1 - AUTOCLAVE FOR COMPOSITE MATERIALS

Info

Publication number: ITBR20130005A1
Application number: IT000005A
Authority: IT
Inventors: Cosimo Epifani
Original assignee: Epi Srl
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-06-18

Description

Descrizione del Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo: “Autoclave per materiali compositi” Description of the Patent for Industrial Invention entitled: "Autoclave for composite materials"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Il presente trovato ha come oggetto un’autoclave appositamente ideata per la lavorazione di materiali compositi specialmente utilizzati in ambito aeronautico come ad esempio la fibra di carbonio. The present invention relates to an autoclave specially designed for processing composite materials especially used in the aeronautical field such as carbon fiber.

Lo stato della tecnica prevede l’utilizzo di autoclavi per vari scopi e vari settori dell'industria come il settore alimentare quello della gomma, del legno ecc.… The state of the art provides for the use of autoclaves for various purposes and various sectors of industry such as the food sector, rubber, wood, etc. ...

La tecnologia oggetto di richiesta di brevetto si applica allo stampaggio con sacco a vuoto in autoclave. Tale tecnologia è utilizzata da molti anni nel settore aeronautico. The patented technology applies to vacuum bag molding in an autoclave. This technology has been used for many years in the aeronautical sector.

Le autoclavi sono dei recipienti a pressione positiva che normalmente lavorano al di sotto dei 10 BAR. Autoclaves are positive pressure vessels that normally work below 10 BAR.

Nel mondo dei materiali compositi ogni tipologia di materiale, per garantire le caratteristiche per le quali è stato progettato, deve subire un trattamento specifico previsto dal costruttore del materiale stesso detto “ciclo di cura”. In the world of composite materials, each type of material, to ensure the characteristics for which it was designed, must undergo a specific treatment provided by the manufacturer of the material itself, known as the "care cycle".

Ad esempio per le fibre di carbonio, in ambito aeronautico si usa il cosiddetto pre-impregnato. Questo si sostanzia in fibre di carbonio immerse in un bagno di resina epossidica. For example, for carbon fibers, the so-called pre-impregnated is used in the aeronautical field. This consists of carbon fibers immersed in an epoxy resin bath.

Il pre-impregnato una volta sagomato viene laminato su degli stampi. Lo stampo così ottenuto viene sigillato applicando dei film in materiale plastico. Once shaped, the pre-impregnated is laminated on molds. The mold thus obtained is sealed by applying plastic films.

A questo punto il sacco così formato viene forato ed al foro applicata una manichetta per la presa del vuoto. Ciò al fine di creare all’interno del sacco l’effetto “sotto vuoto”. At this point the bag thus formed is pierced and a hose is applied to the hole for the intake of the vacuum. This is in order to create the "vacuum" effect inside the bag.

Questa operazione consente di eliminare eventuali bolle d’aria tra le varie lamine del pre-impregnato ovvero i potenziali punti di rottura sul pezzo finito. This operation eliminates any air bubbles between the various pre-impregnated sheets or the potential breaking points on the finished piece.

A questo punto gli stampi preparati come sopra, vengono “curati” in autoclave per ottenere il manufatto desiderato. At this point the molds prepared as above are “cured” in an autoclave to obtain the desired product.

Affinché il manufatto possa essere utilizzato in ambito aeronautico, o comunque per garantire le caratteristiche tecnico meccaniche per le quali è stato progettato, è necessario che l’autoclave utilizzata per curare i pezzi garantisca la possibilità di rispettare la “ricetta” o “cura” prevista dal produttore del pre-impregnato. In order for the product to be used in the aeronautical field, or in any case to guarantee the technical-mechanical characteristics for which it was designed, it is necessary that the autoclave used to cure the pieces guarantees the possibility of respecting the "recipe" or "care" provided. by the manufacturer of the prepreg.

Più precisamente, è molto importante che all’interno dell’autoclave, la combinazione delle seguenti tre variabili: Pressione (fino a 10 BAR), Temperatura (fino a 200 °C) e Vuoto (di solito -800 mBAR) siano opportunamente modulate nel corso del tempo di cura, consentendo così alla resina epossidica (termo indurente) del pre-impregnato di polimerizzare, conferendo al manufatto le caratteristiche desiderate. Molto importante nel processo di cura in autoclave è l’uniformità della temperatura all’interno della camera di cura. More precisely, it is very important that inside the autoclave, the combination of the following three variables: Pressure (up to 10 BAR), Temperature (up to 200 ° C) and Vacuum (usually -800 mBAR) are suitably modulated in the curing time, thus allowing the epoxy resin (thermo hardening) of the pre-impregnated product to polymerize, giving the product the desired characteristics. Very important in the autoclave curing process is the uniformity of the temperature inside the curing chamber.

Scopo del presente trovato quindi è la progettazione e costruzione di un'autoclave che minimizzi il rischio di una temperatura non costante all'interno della stessa e faciliti il monitoraggio delle tre variabili (pressione, temperatura e vuoto) che rendono possibile il procedimento di polimerizzazione descritto in precedenza. The purpose of the present invention is therefore the design and construction of an autoclave which minimizes the risk of a non-constant temperature inside it and facilitates the monitoring of the three variables (pressure, temperature and vacuum) which make the polymerization process described possible. previously.

Con particolare riferimento alla figura del disegno allegato con il quale viene illustrata l'autoclave in una sua realizzazione ideale si possono distinguere il gruppo vuoto (1) all'interno del quale si alloggiano i materiali da polimerizzare; le due valvole dell'aria compressa ossia una di carico (2) e una per lo scarico della stessa (3) alloggiate sull'area relativa al canale d'aria (4). All'estrema destra dell'autoclave vi è alloggiata una ventola (5) (gruppo girante) che mescola l'aria riscaldata dal radiatore interno. With particular reference to the figure of the attached drawing which illustrates the autoclave in its ideal embodiment, it is possible to distinguish the vacuum unit (1) inside which the materials to be polymerized are housed; the two compressed air valves, one for loading (2) and one for discharging the same (3) housed in the area relating to the air duct (4). At the extreme right of the autoclave there is a fan (5) (impeller group) which mixes the air heated by the internal radiator.

Nella parte inferiore della figura si possono distinguere l'alloggiamento per l'alimentazione delle batterie elettriche (6) nonché le due ulteriori valvole per l'ingresso (7) e l'uscita (8) del liquido di raffreddamento. In the lower part of the figure you can distinguish the housing for the power supply of the electric batteries (6) as well as the two further valves for the inlet (7) and outlet (8) of the coolant.

Sull'estrema sinistra è presente invece la campana di separazione (9) tra l'ambiente interno e quello esterno realizzata in una configurazione ideale in boro silicato. On the far left there is instead the separation bell (9) between the internal and external environment made in an ideal configuration in boron silicate.

Lo scopo della presente invenzione, ossia l'ottenimento di una temperatura costante all'interno dell'autoclave è raggiunto grazie ad una ventola (5) che mescola l'aria riscaldata dal radiatore interno. Altro scopo della presente invenzione, ossia la completa separazione tra ambiente esterno e interno all'autoclave è raggiunto dal complemento della ventola ossia dal giunto a magneti permanenti che permettendo la chiusura interna dell'autoclave, evita l'infiltrazione di aria esterna e tiene completamente separato l'ambiente esterno attraverso la campana in boro silicato in grado di contenere pressioni positive fino a 10 BAR. The object of the present invention, ie obtaining a constant temperature inside the autoclave, is achieved thanks to a fan (5) which mixes the air heated by the internal radiator. Another purpose of the present invention, i.e. the complete separation between the external and internal environment of the autoclave, is achieved by the complement of the fan, i.e. by the permanent magnet joint which, allowing the internal closure of the autoclave, avoids the infiltration of external air and keeps completely separate the external environment through the boron silicate bell capable of containing positive pressures up to 10 BAR.

In questo modo si è raggiunto il risultato di avere prodotti finiti dei quali se ne garantisce la perfetta polimerizzazione. In this way we have achieved the result of having finished products whose perfect polymerization is guaranteed.

Inoltre, l'utilizzo del giunto magnetico consente di ridurre la lunghezza dell'asse di rotazione e delle vibrazioni e consente di conseguenza di aumentare la vita utile dei cuscinetti montati sull'asse di rotazione consentendo quindi un miglioramento della tecnica nota applicata alle esistenti autoclavi. Furthermore, the use of the magnetic coupling allows to reduce the length of the rotation axis and the vibrations and consequently allows to increase the useful life of the bearings mounted on the rotation axis, thus allowing an improvement of the known technique applied to existing autoclaves.

Claims

Claims 1. Autoclave for the forming and polymerization of composite materials characterized by the fact that a constant temperature is reached thanks to the impeller group (5) on which a permanent magnet joint is mounted, capable of transmitting the torque thanks to the magnetic forces that are established between the internal and external motor, without the application of any direct mechanical force.

2. Autoclave according to the preceding claim characterized by the fact that the assembly of the permanent magnet allows to seal the side of use inside the autoclave, so as to completely separate it from the external environment with a special separation bell in boron silicate ( 9) (or other materials suitable for the purpose) capable of containing positive pressures up to 10 BAR.

3. Autoclave according to claim n. 1 characterized by the fact that the use of the magnetic coupling, in addition to guaranteeing the perfect tightness of the pressures inside the autoclave, allows to reduce the length of the rotation axis (depending on the axial and radial loads) and vibrations and allows consequently to extend the useful life of bearings mounted on the same axis.