MX2007010181A

MX2007010181A - Reparacion de panel de materiales compuestos para quitar volumen por vacio sencillo.

Info

Publication number: MX2007010181A
Application number: MX2007010181A
Authority: MX
Inventors: Denver Whitworth; Anthony Bergerson; Michael Marvin
Original assignee: Bell Helicopter Textron Inc
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2008-02-12
Also published as: CA2600006A1; WO2006093788A1; CA2600006C; US20140299255A1; EP1851039B1; DE602006004308D1; JP2008531337A; RU2007135351A; BRPI0607644A2; CN101128310A; US9108395B2; US8790485B2; US20060191624A1; KR20080007432A; AU2006218870A1; EP1851039A1

Abstract

La presente invencion se refiere a un metodo para unir un miembro compuesto a una estructura. El metodo incluye formar un laminado de tela impregnada con resina; aplicar calor a una primera temperatura al laminado impregnado; aplicar vacio a una primera presion al laminado impregnado para desgasificar la resina y formar un laminado impregnado, desgasificado; colocar el laminado impregnado, desgasificado sobre una estructura; y curar el laminado impregnado, desgasificado sobre el sustrato al aplicar calor a una segunda temperatura y al aplicar vacio a una segunda presion.

Description

REPARACIÓN DE PANEL DE MATERIALES COMPUESTOS PARA QUITAR VOLUMEN POR VACIO SENCILLO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a la unión de un laminado de tela a una estructura. En particular, las modalidades ilustradas de la presente invención se refieren a proporcionar parches de tela a estructuras de materiales compuestos, tales como vehículos incluyendo helicópteros.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las Patentes de E.U.A. Nos. 5,442,156 para ester an et al.; 5,595,692 para Folsom et al.; y 4,659,624 para Yeager et al., son ejemplos de estructuras de materiales compuestos o reparaciones y cada una se incorpora en la presente para referencia en esto en su totalidad, respectivamente .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un aspecto de una modalidad de la invención es un método para unir un miembro de materiales compuestos a una estructura, que comprende: formar un laminado de tela impregnado con resina; aplicar calor a una primera temperatura al laminado impregnado; aplicar vacío a una primera presión al laminado impregnado para desgasificar la REF.8185317 resina y formar un laminado impregnado, desgasificado; posicionar el laminado impregnado, desgasificado en una estructura; y curar el laminado impregnado, desgasificado en el substrato al aplicar calor a una segunda temperatura y al aplicar vacío a una segunda presión. Otro aspecto de una modalidad de la invención incluye un método para posicionar un parche de materiales compuestos a una estructura para reparar la estructura, que comprende: formar un laminado de tela impregnada con resina; formar el laminado para corresponder a un área de una estructura que necesita repararse; aplicar calor a una primera temperatura a un laminado impregnado; aplicar vacío a una primera presión al laminado impregnado para desgasificar la resina y formar un laminado impregnado, desgasificado; posicionar el laminado impregnado, desgasificado al área de la estructura que necesita reparación; y curar el laminado impregnado, desgasificado en el área que necesita reparación al aplicar calor a una segunda temperatura y al aplicar vacío a una segunda presión. Otro aspecto de una modalidad de la invención incluye un método para posicionar un parche de materiales compuestos a una estructura para reparar la estructura, que comprende: formar un laminado de tela impregnado con resina; formar el laminado para corresponder a un área de una estructura que necesita reparación; aplicar el laminado al área de la estructura que necesita reparación; aplicar calor a una primera temperatura al laminado impregnado; aplicar vacío a una primera presión al laminado impregnado para desgasificar la resina y formar un laminado impregnado, desgasificado; y curar el laminado impregnado, desgasificado en el área que necesita repararse al aplicar calor a una segunda temepratura y al aplicar vacío a una segunda presión. Aspectos, características, y ventajas de esta invención serán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada cuando se toma en conjunto con las figuras acompañantes, que son parte de esta descripción y que ilustran, a modo de ejemplo, los principios de esta invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Los dibujos acompañantes facilitan el entendimiento de las diversas modalidades de esta invención. En tales figuras : La Figura 1 ilustra un método de conformidad con una modalidad de la invención objete- La Figura 2 ilustra un método de conformidad con otra modalidad de la invención objeto; La Figura 3 ilustra un método de conformidad con aún otra modalidad de la invención objeto; La Figura 4 ilustra una vista esquemática de una curación esquemática con una modalidad adicional de la invención objeto; La Figura 5 ilustra una curación esquemática de conformidad con una modalidad de la invención objeto; y Las Figuras 6a-6f ilustran una modalidad de un proceso de reparación de conformidad con una modalidad de la invención objeto.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Figura 1 ilustra una modalidad de la presente invención. En particular, la Figura 1 ilustra un método 10 para posicionar un miembro de materiales compuestos a una estructura, que incluye: formar un laminado de tela impregnada con resina 12; aplicar calor a una primera temperatura al laminado impregnado 14; aplicar vacío a una primera presión al laminado impregnado para desgasificar la resina y formar un laminado impregnado, desgasificado 16; posicionar el laminado impregnado, desgasificado en la estructura 18; y curar el laminado impregnado, desgasificado en el substrato al aplicar calor a una segunda temperatura y al aplicar vacío a una segunda presión 20. La Figura 2 ilustra otra modalidad de la presente invención. En particular, la Figura 2 ilustra un método 30 para posicionar un parche de materiales compuestos a una estructura para reparar la estructura, que comprende: formar un laminado de tela impregnada con resina 32; formar el laminado para corresponder a un área de una estructura que necesita repararse 34; aplicar calor a una primera temperatura al laminado impregnado 36; aplicar vacío a una primera presión al laminado impregnado para desgasificar la resina y formar un laminado impregnado, desgasificado 38; posicionar el laminado impregnado, desgasificado en el área de la estructura que necesita repararse 40, y curar el laminado impregnado, desgasificado en el área que necesita repararse al aplicar calor a una segunda temperatura y al aplicar vacío a una segunda presión 42. La Figura 3 ilustra una modalidad adicional de la presente invención. En particular, la Figura 3 ilustra un método 50 para posicionar un parche de materiales compuestos a una estructura para reparar la estructura, que comprende: formar un laminado de tela impregnada con resina 52; formar el laminado para corresponder a un área de una estructura que necesita repararse 54; aplicar el laminado al área de la estructura que necesita repararse 56; aplicar calor a una primera temperatura al laminado impregnado 58; aplicar vacío a una primera presión al laminado impregnado para desgasificar la resina y formar un laminado impregnado, desgasificado 60; y curar el laminado impregnado, desgasificado en el área que necesita repararse al aplicar calor a una segunda temperatura al aplicar vacío a una segunda presión 62. Las Figuras 4 y 5 ilustran modalidades de herramientas y materiales que pueden emplearse para llevar a cabo una modalidad particular de la invención, tal como, por ejemplo, los métodos ilustrados en las Figuras 1-3 y la modalidad particular de formar un parche de reparación como se establece en las Figuras 6a-6f. El ensamble 70 en la Figura 4 y el ensamble 72 en la Figura 5 se refieren a métodos de reparación o fabricación para un panel en materiales compuestos 74. En particular, el ensamble 70 incluye proporcionar un dispositivo de vacío tal como una bolsa de vacío 76 y un dispositivo de calentamiento tal como una manta de calentamiento 78 para una reparación en sitio en donde el ciclo para quitar volumen o desgasificante 16, 38, 60 se realiza a un área reparada 80 de material en materiales compuestos utilizando vacío y aplicando calor antes de la etapa de curado 20, 42, 62, que incluye la aplicación de vacío y calor, pero a niveles incrementado con relación a los niveles usados durante los ciclos de desgasificación 16, 38, 60. Un aspecto para alcanzar la alta calidad de reparación en las modalidades es el uso de un ciclo para quitar volumen 16, 38, 60 antes de la fase de curado 20, 42, 62 de la reparación. Esto permite que cualesquiera de los volátiles generados por la resina para desgasificar del parche 82 antes de que la resina y la tela se consoliden para curar. El resultado es un laminado reproducible, casi libre de huecos 82 sin requerimientos o restricciones de habitación limpia. Las modalidades descritas en la presente emplean una etapa de curado que quita volumen (desgasifica) al sistema de resina bajo un bajo vacío antes de aplicar la presión de compactación completa (vacío) . De esta manera, el nivel de vacío de etapas múltiples combinado con un perfil de temperatura de etapas múltiples es un aspecto novedoso de este proceso nuevo. Las modalidades de las Figuras 4 y 5 producen una reparación de materiales compuestos de calidad autoclave capaz de instalarse en el sitio, esto es, en el vehículo a ser reparado, usando solamente una bolsa de vacío 76 y una manta de calentamiento 78. Otros métodos previos emplean autoclaves o equipo dedicado que hacen difícil que la reparación se haga en el sitio, tal como, por ejemplo, una herramienta dedicada a la reparación para quitar volumen de doble vacío tal como una caja de vacío rígida. Los ensambles 70 y 72 de la presente invención, por otro lado, únicamente usan una bolsa de vacío colapsable 76 y un dispositivo de calentamiento tal como una manta 78. Anteriormente, la parte 80 tendría que rascarse o removerse y mandarse a una instalación de reparación para procesamiento en autoclave.

Las modalidades de la invención son capaces de producir una reparación de materiales compuestos de calidad autoclave usando únicamente una bolsa de vacío 76 y una manta de calentamiento 78. El método de las modalidades de la presente invención permite que las herramientas y materiales estén rápidamente disponibles y se transporten fácilmente y los métodos de reparación puedan ralizarse justo en la estructura a repararse, tal como en una aeronave en el campo mientra se usa materiales que se almacenan a temperatura ambiente (resina y tela) . El método de la modalidad de la invención permite que la reparación se de en vehículos tales como aeronaves, en la ubicación de las aeronaves. Adicionalmente, son posibles reparaciones de partes estructurales y por lo tanto los laminados 82 de las modalidades son de calidad autoclave, el espesor y peso requerido para cualquier reparación puede reducirse. Además, las modalidades proporcionan propiedades del laminado predecibles que pueden calcularse con un proceso reproducible y las modalidades son especialmente útiles con laminados gruesos. Las modalidades ilustradas de las Figuras 4 y 5 pueden referirse a la reparación de partes de materiales compuestos para un vehículo, tal como un helicóptero u otras estructuras que utilizan composiciones de alta calidad (por ejemplo, fibras de vidrio y grafito) . En particular, los métodos de reparación descritos en la presente se pretenden para reparación de composiciones que requieren restauración de propiedades que portan carga. Las figuras 6a-6f ilustran en detalle un proceso de reparación propuesto 84 de acuerdo con una modalidad de la invención. Se entenderá que el proceso de las figuras 6a-6f es meramente una modalidad de las diversas modalidades que pueden formular una modalidad de un proceso de reparación de acuerdo con la invención. Con referencia a las Figuras 4, 5 y 6a-6f, se ilustra un método y ensamble en particular para la aplicación a un helicóptero y además para la reparación de una parte compuesta estructural de un helicóptero. En el proceso de reparación, se forma un parche sencillo 82 para reparar la estructura 74, la cual puede ser una parte de un helicóptero. Como se establece en el proceso de reparación 84, se usan plantillas para cortar tela, tal como fibra de vidrio o fibra de carbono, en las formas deseadas para atender el área 80 de la estructura 74 que necesita reparación (Etapas 7.1.1, 7.1.2). La tela se impregna con una resina apropiada y en conjunto las diversas capas de tela impregnada se configuran y apilan para formar el laminado apropiado, el cual formará el parche 82 (etapa 7.3). El número de capas de tela que forman el laminado del parche 82 puede variar dependiendo de los requerimientos estructurales específicos para cada aplicación del parche 82 en particular. Por ejemplo, los laminados que tienen de 4 a 24 capas de tela se pueden usar en algunas aplicaciones. El laminado impregnado 82 se posiciona entre las capas de material poroso 86, tal como Teflón poroso y se posiciona en una capa no porosa 88, la cual se posiciona en sí misma en una pila de artículos incluyendo una manta de calentamiento 78 que se aisla por el aislamiento 90 desde la placa base 92. Una hoja de horma 94 se posiciona entre la manta de calentamiento 78 y la capa no porosa 88 (etapas 7.2) . Se asegura una capa no porosa perforada 96 por la cinta 98 a la hoja de horma 94 (etapa 7.4.1) . Se posiciona una capa de respirador 100 sobre la capa no porosa 96 y se sella la bolsa de vacío 76 sobre el parche 82 que rodea el ensamble apilado completo y se asegura en una forma sustancialmente hermética al aire a la placa base 92 por un elemento de sello, tal como la cinta para sellar 102 (etapa 7.4.6). La manta de calentamiento 78 se activa al parche de calor 82 a una primera temperatura que es típicamente inferior a la temperatura final de curado. Como se menciona en la etapa 7.4.9 de la Fig. 6e, un ejemplo de una primera temperatura es aproximadamente 125 2F (52°C) a una relación de aproximadamente 3 aF (1.67°C) por minuto mientras se mantiene por aproximadamente 90 minutos si el parche es más grueso que 16 capas, mientras que un parche con menos de 16 capas mantendría la temperatura por aproximadamente 60 minutos mientras mantiene aproximadamente 2 pulgadas de Hg (51 mm Hg) . Por otro lado, un ejemplo de una temperatura de curado puede ser de aproximadamente 200-250 aF (93-121°C) a una relación de calentamiento de aproximadamente 2-8 aF (1.1-4.4°C) por minuto. Al mismo tiempo, cuando la primera temperatura de desgasificación se aplica al parche 82, se retira un vacío hasta una presión de vacío deseada, que típicamente no es mayor que la presión de vacío retirada del curado final del parche 82. Como se menciona en la etapa 7.4.8 de la Fig. 6e, la bolsa de vacío 76 se configura para tirar, a través del uso de un aparato convencional formador de vacío, por ejemplo, aproximadamente 2 pulgadas de Hg (51 mm Hg) para un parche 82 que es de 6 capas o más grande. Luego durante el curado, típicamente una presión de vacío mayor que aquella que se usa durante el desgasificado se empleará para curar el parche 82. Así, se usa una mayor fuerza de vacío para curar finalmente el parche 82 sobre la estructura 74 que se usa inicialmente durante la desgasificación del parche 82. El uso de un vacío y la aplicación de calor sobre el parche 82 actúa para desgasificar o quitar volumen al parche y retirar el aire, incluyendo los compuestos volátiles del parche 82. Esta desgasificación, la cual resulta en la remoción de los compuestos volátiles del parche 82, ayuda a formar una cura con calidad de autoclave para el parche 82. Una vez que el parche 82 se ha calentado y desgasificado lo suficiente para remover el aire y otros compuestos volátiles del parche 82, el parche se puede remover de la hoja de horma 94 mientras permanece unido a las capas porosas (etapa 7.4.11, Fig. 6f ) . Luego se aplica el parche 82 a la estructura 74 como se observa en la Fig. 5 y se aplica de nuevo la presión de vacío y el calor al parche 82 para curar el parche 82. Como se mencionó anteriormente, se aplicará una mayor cantidad de vacío al parche 82 así como un mayor grado de calor para el curado final del parche 82 como se observa en la Fig. 5. Se puede suministrar el vacío para el curado final por un dispositivo apropiado formador de vacío tal como la bolsa de vacío 76 unida a un vacío y se puede suministrar el calor por un dispositivo de calentamiento conocido 104. La combinación de la desgasificación del parche 82 como se describe arriba con el vacío y el calor y luego el curado del parche con el vacío y el calor proporciona un parche que se une con seguridad a la estructura 74 al grado de que el parche 82 es de la calidad de los parches que se proporcionan a las estructuras por medio de una autoclave. Se debe entender que las cantidades específicas de vacío y calor aplicadas variará dependiendo de diversos factores, incluyendo el número y tipo de capas de tela, el tipo y la cantidad de resina usada en la formación del parche 82, y los otros elementos del parche 82 y su aplicación a la estructura 74. Aunque la figura 4 ilustra una situación en donde el parche está preformado y desgasificado sobre una placa base 92, por ejemplo, para aplicaciones en donde se necesita un parche plano 82, la placa base 92 se puede contornear para coincidir con cualquier forma deseada. También, el parche 82 se puede desgasificar mientras está en la estructura 74, por ejemplo, en situaciones en donde el parche 82 se puede necesitar para tomar una configuración única en contorno consistente con un contorno de la estructura 74. También, aunque las modalidades más específicas han descrito un parche compuesto 82 que se une a la estructura compuesta 74, tal como una porción de un helicóptero, la desgasificación de una estructura compuesta, tal como un parche 82, para mejorar la calidad del parche 82 como se describe en la presente, se puede aplicar a cualquiera de diversas situaciones fuera de los helicópteros que requieren tal unión de las estructuras compuestas. Por ejemplo, los métodos en la presente son igualmente aplicables para vehículos de tierra o de mar, especialmente aquellos que requieren de reparaciones a los miembros estructurales y aquellos formados de materiales compuestos. Se han proporcionado las modalidades anteriores para ilustrar los principios estructurales y funcionales de la presente invención, y no se pretende que sean limitantes. Al contrario, la presente invención se pretende que abarque todas las modificaciones, alteraciones, y sustituciones dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones anexas. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Método para enlazar un miembro compuesto a una estructura, caracterizado porque comprende: formar un laminado de tela impregnada con resina; aplicar calor a una primera temperatura al laminado impregnado; aplicar un vacío parcial a una primera presión al laminado impregnado para desgasificar la resina y formar un laminado impregnado, desgasificado; posicionar el laminado impregnado, desgasificado sobre una estructura; y curar el laminado impregnado, desgasificado sobre el sustrato al aplicar calor a una segunda temperatura y al aplicar vacío a una segunda presión, la segunda presión es mayor que la primera presión.
2. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el calor aplicado a una segunda temperatura incluye aplicar calor a la segunda temperatura, la cual es mayor que la primera temperatura.
3. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el vacío a la segunda presión es un vacío completo.
4. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además: posicionar el laminado impregnado sobre un dispositivo de calentamiento.
5. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además: posicionar una bolsa de vacío alrededor del laminado impregnado .
6. Método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque comprende además: posicionar una bolsa de vacío alrededor del laminado impregnado .
7. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el vacío de aplicación se aplica por una envolvente de vacío sencillo.
8. Método de conformidad con la reivindicación 7 , caracterizado porque el vacío de aplicación se aplica por una bolsa de vacío.
9. Método para posicionar un parche compuesto a una estructura para reparar la estructura, caracterizado porque comprende : formar un laminado de tela impregnada con resina; formar el laminado para corresponder a un área de una estructura que necesita de reparación; aplicar calor a una primera temperatura al laminado impregnado ; aplicar un vacío parcial a una primera presión al laminado impregnado para desgasificar la resina y formar un laminado impregnado, desgasificado; posicionar el laminado impregnado, desgasificado sobre el área de la estructura que necesita reparación; y curar el laminado impregnado, desgasificado sobre el área que necesita reparación, al aplicar calor a una segunda temperatura y al aplicar vacío a una segunda presión, la segunda presión es mayor que la primera presión.
10. Método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el calor aplicado a una segunda temperatura incluye aplicar calor a la segunda temperatura, la cual es mayor que la primera temperatura.
11. Método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el vacío a la segunda presión es un vacío completo.
12. Método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende además: posicionar el laminado impregnado sobre un dispositivo de calentamiento.
13. Método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende además: posicionar una bolsa de vacío alrededor del laminado impregnado.
14. Método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque comprende además: posicionar una bolsa de vacío alrededor del laminado impregnado .
15. Método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el vacío de aplicación se aplica por una envolvente de vacío sencillo.
16. Método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el vacío de aplicación se aplica por una bolsa de vacío.
17. Método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la estructura es un vehículo y el curado sucede con el laminado impregnado, desgasificado posicionado sobre el vehículo.
18. Método para posicionar un parche compuesto a una estructura para reparar la estructura, caracterizado porque comprende: formar un laminado de tela impregnada con resina; formar el laminado para corresponder con un área de una estructura que necesita reparación; aplicar el laminado al área de la estructura que necesita reparación; aplicar calor a una primera temperatura al laminado impregnado; aplicar un vacío parcial a una primera presión al laminado impregnado para desgasificar la resina y formar un laminado impregnado, desgasificado; y curar el laminado impregnado, desgasificado sobre el área que necesita reparación al aplicar calor a una segunda temperatura y al aplicar vacío a una segunda presión, la segunda presión es mayor que la primera presión.
19. Método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el calor aplicado a una segunda temperatura incluye aplicar calor a la segunda temperatura, la cual es mayor que la primera temperatura.
20. Método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el vacío a la segunda presión es un vacío completo.
21. Método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque comprende además: posicionar un dispositivo de calentamiento adyacente al laminado impregnado .
22. Método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque comprende además: posicionar una bolsa de vacío alrededor del laminado impregnado .
23. Método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque comprende además: posicionar una bolsa de vacío alrededor del laminado impregnado.
24. Método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el vacío de aplicación se aplica por una envolvente de vacío sencillo.
25. Método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el vacío de aplicación se aplica por una bolsa de vacío.
26. Método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la estructura es un vehículo y el curado sucede con el laminado posicionado sobre el vehículo.