MX2007005997A

MX2007005997A - Dispositivo y metodo para formar un objeto tejido con refuerzo fuera del eje.

Info

Publication number: MX2007005997A
Application number: MX2007005997A
Authority: MX
Inventors: Jonathan Goering; Donald Blackden; Kenneth Ouellette; Michael Commander
Original assignee: Albany Int Techniweave Inc
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2008-01-30
Also published as: BRPI0516813A; JP2008520847A; AU2005306860B2; WO2006055320A1; CN101068674B; CA2588378C; TWI397211B; CN101068674A; JP5042030B2; NO20073124L; AU2005306860A1; RU2395392C2; CA2588378A1; AU2005306860A2; EP1836043B1; EP1836043A1; TW200633304A; ZA200704841B; BRPI0516813B1; US20090325443A1

Abstract

Un dispositivo para obtener un refuerzo fuera del eje de un objeto tejido (10), componiendose el dispositivo de un mandril fijo (20) y un mandril giratorio (22). El mandril giratorio (22) se conecta al mandril fijo (20) mediante un eje que gira a traves de la parte media del mandril fijo (20). El eje permite la rotacion del mandril (22) para moverse hacia arriba y hacia abajo en relacion al mandril fijo (20). Una porcion del objeto tejido (10) puede sujetarse al mandril fijo (20) mientras una segunda porcion del objeto tejido (10) puede sujetarse al mandril giratorio (22). Cuando se gira, el mandril giratorio (22) ocasiona que las fibras de urdimbre (12) en el objeto tejido (10) tuerzan la direccion a 0?? mientras las fibras de relleno o circunferenciales (14) permanecen sustancialmente paralelas a la direccion de 90 degree.

Description

DISPOSITIVO Y MÉTODO PARA FORMAR UN OBJETO TEJIDO CON REFUERZO FUERA DEL EJE ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención La presente invención se refiere a formas simétricas y asimétricas con refuerzo fuera del eje y a métodos para formar formas simétricas y asimétricas con estructuras tejidas sin costura con refuerzo fuera del eje. Antecedentes de la Invención Los radomos son alojamientos utilizados en la industria aeroespacial, que pueden resguardar una antena, radar, o dispositivos similares del ambiente circundante. Por ejemplo, un rado o puede utilizarse para proteger una antena de vientos fuertes, congelación, y/o temperaturas extremas en un área circundante al dispositivo. Sin protección, estos dispositivos se vuelven vulnerables a los efectos adversos de la lluvia, temperatura, erosión, presión, y otras fuentes de deterioro, dependiendo del lugar en el que se utilice el dispositivo. Los radomos para aplicaciones aeroespaciales han sido tipicamente de formas axisimétricas o simétricas comúnmente en forma de un cono, hemisférico, parabolide de revolución, o semi-elipsoide de revolución. Sin embargo, los radomos de estas formas fallan en cumplir los requerimientos - de la sección transversal del radar (RCS) impuestos por algunas agencias gubernamentales. Es decir, aunque los radomos de la técnica anterior pueden resguardar adecuadamente la instalación del dispositivo, debido a su forma geométrica, tienen un alto RCS y por tanto pueden ser fácilmente detectados por radar. Desafortunadamente, los materiales absorbentes de radar generalmente no pueden utilizarse en conjunto con radomos debido a que estos materiales pueden interferir con la radiodifusión y recepción de señales por los componentes alojados dentro del rado o. Por ejemplo, en algunas aplicaciones aeroespaciales, un radomo protege los dispositivos encerrados de las fuerzas aerodinámicas y del deterioro meteorológico, mientras que al mismo tiempo permite la transmisión y recepción del radar, asi como impide que los dispositivos desajusten las caracteristicas aerodinámicas del vehículo suspendido en el aire sobre el cuál se instala. La interferencia con las señales transmitidas hacia o desde tales dispositivos haria inservibles los dispositivos. Otro problema de diseño que enfrenta la industria aeroespacial con respecto a los radomos, es que los materiales utilizados para construir un radomo deben tener propiedades dieléctricas suficientemente baja a fin de no interferir con las señales transmitidas. Además, las propiedades dieléctricas del material deben ser uniformes - - debido a que las propiedades dieléctricas no uniformes afectan adversamente las transmisiones que entran o salen del radomo. Por ejemplo, los radomos son estructuras tipicamente compuestas. Estas estructuras compuestas consisten comúnmente de preformas de fibra de vidrio o cuarzo con un material para matriz que es un polímero que tiene propiedades dieléctricas bajas. Los radomos de este tipo pueden construirse utilizando moldeo por transferencia de resina o mediante la colocación manual de prepregs de fibra de vidrio. El término "prepreg" se utiliza para describir una tela o cinta unidireccional que se pre-impregna con una resina polimérica. La construcción de preformas a partir de partes moldeadas por transferencia de resina puede hacerse, por ejemplo, a través de cortar y coser capas individuales de fibra de vidrio, tejido conformado, tejido polar y tejido Jacquard (telar de lanzadera) . Sin embargo, estas técnicas son tardadas y tienen una desventaja significativa en que el radomo producido mediante estos métodos dará como resultado al menos una costura que con frecuencia es la fuente de fallas de tales estructuras cuando se someten a condiciones extremas. Las costuras son también indeseables en los radomos debido a que las características dieléctricas se vuelen no uniformes en el área de la costura y por lo tanto pueden afectar adversamente la transmisión y recepción de señales.

- - Sin embargo, pueden utilizarse técnicas tridimensionales de tejido Jacquard en la construcción de radomos. Con estas técnicas, es posible construir una preforma en forma de manga a partir de una pieza de lienzo. Este tipo de preforma en forma de manga es ventajosa ya que es sin costuras, eliminando así los significativos problemas asociados con las costuras. En la configuración de tejido básico, las fibras de urdimbre y de relleno se encuentran en ángulos rectos entre si de tal forma que la fibra de relleno continuo se encuentra orientada (90°) en la dirección circunferencial y las fibras de urdimbre siguen los contornos axiales (en dirección 0°) sobre la estructura final. Por consiguiente, se prefiere una preforma en forma de manga sin costuras de tejido Jacquard tridimensional, sobre otras técnicas. Al incluir o excluir de manera selectiva parte de las fibras de urdimbre, estos calcetines pueden formar varias formas geométricas con o sin extremos cerrados. Estos pueden tejerse como una sola capa de tela, sin embargo, pueden formarse múltiples calcetines uno sobre otro para aumentar al grosor deseado. La preforma puede entonces procesarse en una estructura compuesta utilizando las técnicas de fabricación previamente descritas. Sin embargo, tejer formas tridimensionales complejas, tales como formas asimétricas, con las técnicas de tejido actuales es un reto.

- En un esfuerzo por mejorar las características antirradar de vehículos aeroespaciales, se ha demostrado que se prefieren los radomos conformados asimétricamente dado que mejoran las capacidades de anulación de radar del vehículo. Sin embargo, el advenimiento de radomos conformados asimétricamente presenta desafíos adicionales en la construcción de tales estructuras complejas conformadas tridimensionalmente. Una solución propuesta es el uso de técnicas automatizadas de colocación de cintas, mediante lo cual tiras de prepregs de vidrio (o cuarzo) se colocan sobre el mandril macho. El cabezal que coloca la cinta debe tener muchos grados de libertad, aplicar presión consistente y ser capaz de colocar cintas lado a lado de manera precisa. Aunque tales máquinas se encuentran disponibles, son extremadamente costosas. Además, puede ser que los radomos necesiten reforzarse en dirección fuera del eje. Por ejemplo, existen aplicaciones de radomos que requieren resistencia a la torsión o rigidez, preferentemente cerca de la dirección de ±45°. Además, otras aplicaciones que requieren resistencia de apoyo utilizan también refuerzo en las direcciones de ±45° conjuntamente con el refuerzo en las direcciones a 0° y 90°. El refuerzo fuera del eje no puede lograrse con las técnicas de tejido básicas actuales debido a que con las técnicas actuales, las fibras de urdimbre y de relleno se encuentran - en ángulos rectos entre sí de tal forma que la fibra de relleno continuo se orienta en la dirección circunferencial (90°) y las fibras de urdimbre siguen los contornos axiales (en dirección 0°) en la estructura final. Por lo tanto, no se logra el refuerzo a lo largo de las direcciones de ±45°. Existen dos procedimientos convencionales para agregar el refuerzo fuera del eje. ün procedimiento es cortar un lienzo bidimensional en una diagonal. Estas capas fuera del eje requieren significativo trabajo manual, e introducen costuras que no conservan la integridad en forma de tubo de la manga de 0°/90° y, como se estableció previamente, afectan adversamente la integridad estructural y las propiedades dieléctricas del radomo. Sin embargo, esas capas fuera del eje pueden utilizarse para preformas muy grandes. El segundo procedimiento es utilizar una manga trenzado. Este procedimiento conserva la naturaleza en forma de tubo de la preforma, pero existe un límite para el tamaño de la preforma. Además, este procedimiento no proporciona un verdadero refuerzo circunferencial (90°). Por lo tanto, existe una necesidad de un método rentable para formar objetos conformados simétricamente y asimétricamente con refuerzo fuera del eje. SUMARIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la presente invención, se proporciona un dispositivo para impartir un refuerzo fuera - del eje en un objeto tejido. El dispositivo comprende un mandril fijo y un mandril giratorio. El mandril giratorio gira en relación al mandril fijo. Una porción del objeto tejido puede sujetarse al mandril fijo mientras que una segunda porción del objeto tejido puede sujetarse al mandril giratorio. Cuando se gira, el mandril giratorio hace que las fibras de urdimbre en el objeto tejido se tuerzan en la dirección de 0° hasta un grado deseado mientras que las fibras de relleno o circunferenciales permanecen sustancialmente paralelas a la dirección de 90°. Otro aspecto de la presente invención es un método para formar un objeto tejido con refuerzo fuera del eje. El método incluye entretejer una preforma con fibras de urdimbre alineadas sustancialmente paralelas a la dirección de 0° y fibras de relleno o circunferenciales alineadas sustancialmente paralelas a la dirección (circunferencial) de 90°. Una ves completada, la preforma se tuerce al limitar una primera porción de la preforma en relación a una segunda porción de la preforma. Esta torsión permite que las fibras de urdimbre se tuerzan en la dirección 0° mientras que las fibras de relleno o urdimbre permanecen sustancialmente paralelas a la dirección de 90°. Un aspecto adicional de la presente invención es formar un objeto de tejido simétrico con una pluralidad de fibras de urdimbre y de relleno, el cuál se forma entonces en un objeto conformado asimétrico. Otras características y ventajas de acuerdo con la presente invención se volverán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada de las modalidades ilustradas cuando se lean en conjunto con los dibujos acompañantes en los cuales se identifican los componentes correspondientes por los mismos numerales de referencia. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para un entendimiento más completo de la invención, se hace referencia a la siguiente descripción y dibujos acompañantes, en los cuales: La Figura 1 es una vista en planta de una preforma simétrica; La Figura 2 es una vista en planta de la preforma simétrica colocada sobre un aparato giratorio antes de la torsión de acuerdo con un aspecto de la presente invención; La Figura 3 es una vista en planta de la preforma simétrica de la Figura 2 después de la torsión; La Figura 4a es una vista en planta del aparato giratorio de la Figura 2; La Figura 4b es una vista superior del aparato giratorio de la Figura 4a. La Figura 5 es una vista en sección transversal del aparato giratorio de la Figura 4b alrededor de la línea A-A; La Figura 6a es una preforma simétricamente conformada de acuerdo con un aspecto de la presente invención; La Figura 6b es una preforma asimétricamente conformada de acuerdo con otro aspecto de la presente invención; La Figura 7 representa círculos intersectantes utilizados para obtener una forma asimétrica como se muestra en la Figura 6b; La Figura 8 muestra una forma asimétrica resultante formada por los círculos intersectantes de la Figura 7; La Figura 9 muestra la circunferencia de la forma simétrica resultante que se utiliza para obtener la forma asimétrica; La Figura 10 es una vista en planta de una preforma simétricamente conformada de acuerdo con una modalidad de la presente invención; y La Figura 11 es una vista en planta de una preforma asimétricamente conformada de acuerdo con una modalidad de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS De acuerdo con un aspecto de la presente invención, como se representa en la Figura 1, una preforma 10 en forma de manga simétricamente conformada, que puede ser de terminación abierta o cerrada, incluye fibras de urdimbre 12 sustancialmente paralelas a la dirección 16 de 0° y fibras de - relleno o circunferenciales 14 sustancialmente paralelas a los 90° o dirección circunferencial 18. Como se utiliza, las fibras circunferenciales o de relleno y la dirección de 90° se refieren a las fibras y dirección que corren circunferencialmente alrededor de la preforma, mientras que las fibras de urdimbre y la dirección 0° corren perpendicularmente a las fibras circunferenciales de la preforma. La preforma 10 simétricamente conformada puede tejerse utilizando tejido Jacquard tridimensional convencional. Las fibras de urdimbre y de relleno pueden ser de cualquiera de los tipos de fibra utilizados para tejer preformas. Además, las fibras pueden pre-impregnarse con una resina polimérica. Refiriéndose a la Figura 2, se coloca una preforma 10 simétricamente conformada en un mandril fijo 20 con las fibras de urdimbre 12 orientadas sustancialmente perpendiculares a un mandril giratorio 22 y las fibras de relleno o circunferenciales 14 orientadas sustancialmente paralelas a un mandril giratorio 22. La Figura 4a muestra el aparato 25 especialmente diseñado, utilizado para lograr el refuerzo fuera del eje. Se muestra en la Figura 5, una sección transversal a través del aparato 25 alrededor de la línea A-A en la Figura 4b. El aparato 25 tiene dos partes principales, un mandril fijo 24 y un mandril giratorio 22. La preforma 10 simétricamente conformada se fija a la porción - superior 28 del mandril fijo 24 y a la porción inferior 30 del mandril giratorio 22. A fin de mejorar la rigidez estructural y la resistencia de la preforma, es deseable cortar o torcer las fibras de urdimbre 12 para lograr el refuerzo fuera del eje. El corte y forma requeridos se logran al torcer la preforma 10 simétricamente conformada sobre un aparato giratorio 25 cuya forma es la del objeto final requerido. En la Figura 3, después de girar el mandril giratorio 22, las fibras de urdimbre 12 se tuercen en la dirección 16 de 0° y ya no se encuentran sustancialmente perpendiculares a la base del mandril giratorio 22. Sin embargo, las fibras de relleno o circunferenciales 14 permanecen sustancialmente paralelas a la base del mandril giratorio 22 o a la dirección 18 de 90°. El concepto básico es cortar la manga a 0°/90° de tal forma que el refuerzo axial, los 0° o fibras de urdimbre 12, se tuerzan en el ángulo fuera del eje deseado mientras que las fibras de relleno o circunferenciales 14 permanecen sustancialmente en la dirección de 90°. Durante la torción, mientras las fibras de urdimbre se cortan en la dirección de 0°, la longitud de la preforma 10 se acortará. A fin de compensar el acortamiento de la preforma 10, el eje 32 del mandril giratorio 22 se encuentra libre para moverse hacia arriba o hacia abajo en un orificio 34 a través del centro del mandril fijo 24 como se muestra en - la Figura 4b. El acortamiento de la preforma 10 simétricamente conformada puede calcularse y compensarse durante el diseño y construcción de la preforma 10 simétrica. En telas con tejidos apretados, puede obtenerse el refuerzo fuera del eje para ángulos de hasta aproximadamente 20° antes de que la preforma o manga comience a curvarse. A fin de lograr mayores ángulos de refuerzo fuera del eje, es decir en el rango de aproximadamente 45°, puede utilizarse una tela con tejidos más abiertos, lo cual permitirá torción adicional de la manga antes de curvarse. Puede formarse una estructura compuesta que utiliza este tipo de preforma utilizando una técnica de construcción balanceada. Es decir, por cada capa +0° existe una capa -0°. Esto puede lograrse al hacer pares un manga que se 'ha torcido en una primera dirección o dirección negativa, con un manga que se ha torcido en una segunda dirección o dirección positiva. Las mangas torcidas pueden también combinarse con mangas no torcidas para proporcionar una preforma combinada que tiene refuerzo de 0°/90° así como refuerzo fuera del eje. Estas preformas en forma de manga pueden combinarse en cualquier combinación o número según sea necesario para lograr el refuerzo, grosor y resistencia requeridos del objeto final compuesto. El resultado es una preforma sin costuras que tiene propiedades mecánicas incrementadas debido - al refuerzo en todas direcciones en comparación con preformas no torcidas que no tienen refuerzo fuera del eje. La preforma puede procesarse en una estructura compuesta utilizando técnicas de fabricación conocidas tales como moldeo por transferencia de resina. Una técnica de tejido Jacquard tridimensional proporciona un medio rentable para elaborar preformas en forma de manga simétricamente conformadas. Sin embargo, pueden utilizarse también otras técnicas conocidas por aquellos expertos en la técnica sin apartarse del alcance de la presente invención. La Figura 6a muestra una preforma 36 simétricamente conformada. La Figura 6b demuestra que la preforma 36 simétricamente conformada puede transformarse en una preforma 38 asimétricamente conformada. La preforma 36 simétricamente conformada puede elaborarse para ajustarse a un mandril asimétricamente conformado, siempre que la longitud de la trayectoria circunferencial de la preforma de manga simétricamente conformada iguale la longitud de la trayectoria circunferencial del objeto asimétricamente conformado en ubicaciones longitudinales distintas. A manera de ejemplo, la Figura 7 demuestra que una preforma 46 asimétricamente conformada, también mostrada en la Figura 8, se construye a partir de elementos de dos círculos intersectantes 40. La Figura 7 y la Figura 9 demuestran que - - la suma de las dos longitudes de trayectorias intersectantes, 42 y 44 de los círculos intersectantes 40, equivale a la circunferencia 48 del círculo 50 que es una preforma asimétrica. La Figura 10 muestra una preforma simétricamente conformada o manga 50 recortada a la forma que se diseñó para adaptarse a un mandril asimétricamente conformado. La Figura 11 muestra que la preforma simétricamente conformada o manga 50 después de colocarse sobre un mandril asimétrico se ajustará a esa forma. Tal preforma asimétrica puede entonces torcerse para impartir el refuerzo fuera del eje. El resultado es un objeto asimétricamente conformado con refuerzo fuera del eje 52. La preforma resultante puede entonces procesarse adicionalmente en una estructura compuesta utilizando técnicas de fabricación conocidas tales como moldeo por transferencia de resina. Por consiguiente, se ha demostrado que ambos objetos simétricamente conformados y asimétricamente conformados con refuerzo fuera del eje pueden construirse a partir de preformas en forma de manga. Aunque se ha descrito en detalle en la presente una modalidad preferida de la presente invención y modificaciones de la misma, debe entenderse que esta invención no se limita a esta modalidad y modificaciones precisas, y que pueden efectuarse otras modificaciones y variaciones por alguien de - - experiencia en la técnica sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

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REIVINDICACIONES 1. Un método para formar un objeto tejido multicapa con refuerzo fuera del eje, comprendiendo el método las etapas de: entretejer una primera preforma con fibras de urdimbre alineadas sustancialmente paralelas con la dirección de 0° y fibras de relleno alineadas sustancialmente paralelas con la dirección (circunferencial) de 90°; torcer dicha primera preforma en una primera dirección al limitar una primera porción de dicha primera preforma en relación a una segunda porción de dicha primera preforma, en donde dicha torción permite que las fibras de urdimbre se tuerzan a la dirección de 0° mientras que las fibras de relleno o circunferenciales permanecen sustancialmente paralelas a la dirección de 90°; y estratificar una o más preformas adicionales que se tuercen en una segunda dirección opuesta a la primera dirección o no se tuercen, o una combinación de torcidas y no torcidas . 2. El método en la reivindicación 1, en donde dicha preforma se entreteje utilizando una técnica de Jacquard.
3. El método en la reivindicación 1, en donde dicha preforma es sin costuras.
4. El método en la reivindicación 1, en donde - dicho tejido es simétrico.
5. El método en la reivindicación 4, en donde dicha preforma simétrica se forma en una preforma asimétrica.
6. El método en la reivindicación 1, que comprende además la etapa de colocar la preforma sobre un aparato giratorio.
7. El método en la reivindicación 6, en donde el aparato giratorio comprende un mandril fijo y un mandril giratorio.
8. El método en la reivindicación 7, que comprende además una etapa de limitar una primera porción de dicha preforma sobre el mandril fijo en relación a una segunda porción de dicha preforma.
9. El método en la reivindicación 8, en donde dicha etapa de torción se realiza al girar dicho mandril giratorio.
10. El método en la reivindicación 9, en donde dicha etapa de torción ocasiona que dichas fibras de urdimbre se tuerzan en la dirección de 0° a un ángulo relacionado con el grado de rotación de dicho mandril giratorio.
11. El método en la reivindicación 9, en donde dichas fibras circunferenciales o de relleno permanecen sustancialmente paralelas a la dirección de 90° después de dicha etapa de torción.
12. El método en la reivindicación 7, en donde dicho mandril fijo se encuentra simétricamente conformado.
13. El método en la reivindicación 7, en donde dicho mandril se encuentra asimétricamente conformado.
14. El método en la reivindicación 9, en donde dicha rotación se encuentra en el rango de hasta aproximadamente 45°.
15. Un objeto tejido multi-estratificado que comprende : una preforma que tiene una pluralidad de fibras de urdimbre, torcidas en la dirección de 0° y una pluralidad de fibras de relleno o circunferenciales, alineadas sustancialmente paralelas a la dirección (circunferencial) de 90°, en donde la pluralidad de fibras de urdimbre torcidas en la dirección de 0° proporcionan el refuerzo fuera del eje del objeto tejido, y una capa adicional de una o más preformas que se tuercen en una dirección opuesta o se encuentran no torcidas o una combinación de torcidas y no torcidas.
16. El objeto tejido multi-estratificado de la reivindicación 15, formado utilizando una técnica de Jacquard.
17. El objeto tejido multi-estratificado de la reivindicación 15, en donde dicho objeto es sin costuras.
18. El objeto tejido de la reivindicación 15, en donde dicho objeto es simétrico. -
19. El objeto tejido de la reivindicación 15, en donde dicho objeto es asimétrico.
20. El objeto tejido de la reivindicación 15, en donde dicho objeto es una preforma para un radomo.
21. El objeto tejido de la reivindicación 15, en donde dicho objeto tiene terminaciones abiertas.
22. El objeto tejido de la reivindicación 15, en donde dicho objeto tiene terminaciones cerradas.
23. El objeto tejido de la reivindicación 15, en donde las fibras se impregnan con una resina polimérica.
24. El objeto tejido de la reivindicación 15, en donde dichas preformas se seleccionan del grupo que consiste de una o más preformas torcidas en la dirección positiva; preformas torcidas en la dirección negativa y preformas no torcidas.