MX2008006454A - Puntales tejidos/laminados tridimensionales hibridos para aplicaciones estructurales compuestas - Google Patents

Abstract

Una preforma tejida utilizada para reforzar una estructura compuesta que incluye una porción central que tiene una pluralidad de capas entrelazadas. La preforma también incluye porciones de extremo primera y segunda que tienen una pluralidad de capas tejidas independientes que se tejen integralmente con la pluralidad de capas entrelazadas en la porción central y que se extienden a lo largo de la longitud completa de la preforma. Dispersos entre la pluralidad de capas tejidas independientes en las porciones de extremo primera y segunda se encuentran pliegues diagonales.

Description

PUNTALES TEJIDOS/LAMINADOS TRIDIMENSIONALES HÍBRIDOS PARA APLICACIONES ESTRUCTURALES COMPUESTAS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención La presente invención se refiere a la configuración geométrica de preformas tejidas tridimensionales para estructuras compuestas reforzadas que tienen refuerzo cuasi-isotrópico o multi-direccional en uno o dos extremos de la estructura y un refuerzo aproximadamente unidireccional en todas las otras áreas. Antecedentes de la Invención El uso de materiales compuestos reforzados para producir componentes estructurales se encuentra ahora ampliamente difundido, particularmente en aplicaciones en donde se buscan sus características deseables para ser de peso ligero, fuertes, duros, térmicamente resistentes, autoestables, y con adaptabilidad para formarse y configurarse. Tales componentes se utilizan, por ejemplo, en la industria aeronáutica, aeroespacial, satelital y de baterías, así como para usos recreativos tales como en barcos y carros de carreras, y en otras aplicaciones innumerables. Una tela tridimensional generalmente consiste de fibras orientadas en tres direcciones extendiéndose cada fibra a lo largo de una dirección perpendicular a las otras fibras, es decir a lo largo de las direcciones axiales X, Y y Z. Típicamente, los componentes formados de tales telas consisten de materiales de refuerzo incorporados en materiales de matriz. El componente de refuerzo puede hacerse de materiales tales como vidrio, carbón, cerámica, aramida (e.g., "KEVLAR®"), polietileno, y/u otros materiales que exhiben propiedades físicas, térmicas, químicas y/u otras deseadas, la principal entre las cuales es mayor resistencia contra falla por tensión. A través del uso de tales materiales de refuerzo, que finalmente se vuelven un elemento constituyente del componente completado, las características deseadas de los materiales de refuerzo tales como resistencia muy elevada, se imparten al componente compuesto completado. Los materiales de refuerzo constituyentes típicamente pueden tejerse, reticularse o de otra manera orientarse en configuraciones y formas deseadas para preformas de refuerzo. Comúnmente, se pone particular atención para asegurar el uso óptimo de las propiedades para las cuales se han seleccionado estos materiales de refuerzo constituyentes. Generalmente, tales preformas de refuerzo se combinan con material matriz para formar componentes terminados deseados o producir un material de explotación para la producción final de componentes terminados. Después de que se ha construido una preforma de refuerzo deseada, puede introducirse el material matriz y combinarse con la preforma, de manera que la preforma de refuerzo se encierra en el material matriz de tal manera que el material matriz llena las áreas intersticiales entre los elementos constituyentes de la preforma de refuerzo. El material matriz puede ser cualquiera de una amplia variedad de materiales, tales como epoxia, poliéster, vinil-éster, cerámica, carbón y/u otros materiales, los cuales también exhiben propiedades físicas, térmicas, químicas y/u otras deseadas. Los materiales elegidos para utilizarse como la matriz pueden o no ser los mismos que los de la preforma de refuerzo y pueden o no tener propiedades físicas, químicas térmicas u otras comparables. Sin embargo, típicamente, no serán de los mismos materiales o tendrán propiedades físicas, químicas, térmicas u otras comparables, que la preforma de refuerzo, ya que un objetivo usual buscado en el uso de compuestos en primer lugar es lograr una combinación de características en el producto terminado que no se logra a través del uso de un material constituyente solo. Cuando se combinan, la preforma de refuerzo y el material matriz pueden entonces curarse y estabilizarse en la misma operación por termofraguado u otros métodos conocidos, y después someterse a otras operaciones para producir el componente deseado. Es significativo notar que después de curarse de esta manera, las masas entonces solidificadas del material matriz normalmente se adhieren muy fuertemente al material de refuerzo (e.g., la preforma de refuerzo). Como resultado, la tensión en el componente terminado, particularmente a través de su material matriz que actúa como un adhesivo entre fibras, puede transferirse y contenerse de manera efectiva por el material constituyente de la preforma de refuerzo. Típicamente, las telas tejidas simples, bidimensionales o fibras unidireccionales se producen por un proveedor de material y se envían a un cliente quien corta patrones y coloca a un lado la parte final capa por capa. Los materiales tejidos más simples son estructuras substancialmente bidimensionales, planas con fibras en solamente dos direcciones. Se forman al entrelazar dos conjuntos de hilos perpendiculares entre sí. En tejido bidimensional, los hilos a 0o se llaman fibras o hilos de urdimbre y los hilos a 90° se llaman fibras o hilos de trama o transversales. Para moldeo por transferencia de resina, puede combinarse una serie de telas tejidas para formar un material de reserva seco, que se coloca en un molde e inyecta con resina. Estas telas pueden pre-formarse utilizando ya sea una técnica de "cortar y coser" o formarse térmicamente y "pegarse" utilizando un aglutinante de resina. Sin embargo, las estructuras tejidas bidimensionales, tienen limitaciones. La etapa de pre-formado requiere bastante labor manual en el material de reserva. Las estructuras tejidas bidimensionales no son tan fuertes o resistentes al estiramiento a lo largo a diferencia de los ejes a 0o y 90°, particularmente a ángulos más alejados de los ejes de fibra. Un método para reducir esta posible limitación es agregar fibras diagonales al tejido, fibras tejidas en corte a través de la tela a un ángulo intermedio, preferentemente a ±45° al eje de las fibras transversales . Las preformas tejidas simples también son de capa única. Esto limita la posible resistencia del material. Una posible solución es incrementar el tamaño de la fibra. Otra es utilizar múltiples capas, o pliegues. Una ventaja adicional de utilizar múltiples capas es que algunas de las capas pueden orientarse de manera que los ejes de urdimbre y de trama de diferentes capas se encuentran en diferentes direcciones, actuando así como las fibras diagonales previamente tratadas. Sin embargo, si estas capas son un apilamiento de capas únicas laminadas junto con la resina, entonces surge el problema de delaminación. Si las capas se cosen juntas, entonces muchas de las fibras tejidas pueden dañarse durante el proceso de cosido y puede sufrir la resistencia a la tracción total. Además, tanto para laminación como para cosido de múltiples capas, comúnmente es necesaria una operación de colocación manual para alinear las capas. Alternativamente, las capas pueden entretejerse como parte del proceso de tejido. La creación de múltiples capas entretejidas de tela, particularmente con fibras diagonales integrales, ha sido un problema difícil. Un ejemplo de en donde se utilizan materiales compuestos para producir componentes estructurales es en la producción de puntales y ataduras. Los puntales y abrazaderas típicamente comprenden una columna central que tiene proyecciones en cada extremo de la estructura. Estas proyecciones pueden tener ya sea configuraciones macho o hembra (horquilla) y se utilizan para unir el puntal o abrazadera a la estructura que refuerza o ata. Como se trata previamente, para lograr la resistencia incrementada de la estructura compuesta, se utilizan múltiples capas o pliegues para las porciones de proyección y columna de los puntales y abrazaderas. Aunque el uso de múltiples capas es ventajoso ya que las capas individuales pueden orientarse para proporcionar refuerzo en las direcciones 0o y 90° así como pueden orientarse en la diagonal para proporcionar refuerzo en direcciones adicionales, tales como las direcciones ±45°, si se laminan juntas con resina, la delaminación de las capas puede ser problemática. Alternativamente, si las capas se cosen juntas, entonces como se trata previamente, muchas de las fibras tejidas pueden dañarse durante el proceso de cosido, lo que reduce la resistencia a tracción total de la estructura final.

Existen muchos ejemplos de proyecciones laminadas, algunos utilizan materiales híbridos (i.e. capas de carbón y titanio alternas), pero las proyecciones laminadas no se han combinado con una columna tejida tridimensional. La viabilidad de proyecciones compuestas laminadas para estructuras muy elevadamente cargadas se ha demostrado en varios programas patrocinados por el gobierno. Sin embargo, por el conocimiento del Solicitante, ninguno de estos programas consideraron el uso de preformas tejidas tridimensionales. De esta manera, son deseables las preformas tridimensionales para utilizarse en puntales y abrazaderas, que tienen extremos o porciones de proyección laminadas y una columna central tejida tridimensional monolítica. Las ventajas de utilizar una construcción tridimensional en la porción central de la preforma son que reduce la labor requerida para cortar y pegar todas las capas requeridas para un compuesto grueso, y proporciona mejor tolerancia al daño que los compuestos laminados convencionales. La ventaja de las capas independientes en los extremos es que el laminado puede adaptarse para tener propiedades específicas. De acuerdo con lo anterior, existe una necesidad de una preforma tejida que tiene una porción central tridimensional integralmente tejida con extremos de proyección laminados comprendidos de capas tejidas, independientes . SUMARIO DE LA INVENCIÓN Es por lo tanto un objeto principal de la invención proporcionar una preforma tejida tridimensional que tiene una porción de columna entrelazada y un apilamiento de telas individualmente tejidas en los extremos de proyección para utilizarse en una estructura compuesta. Es un objeto adicional de la invención proporcionar una preforma tejida para una estructura compuesta gruesa que tiene refuerzo cuasi-isotrópico o multi-direccional en uno o dos extremos y refuerzo casi unidireccional en todas las áreas . Todavía otro objeto de la invención es proporcionar una estructura compuesta que puede utilizarse para llevar cargas concentradas grandes. Estos y otros objetos y ventajas se proporcionan por la presente invención. En este aspecto, la presente invención se dirige a una preforma tejida que se utiliza para reforzar una estructura compuesta y un método para fabricar tal preforma. La preforma tejida comprende una porción central con una pluralidad de capas tejidas juntas. La preforma incluye una primera porción de extremo que tiene una pluralidad de capas independientemente tejidas que se tejen integralmente con la pluralidad de capas entretejidas en la porción central y que se extienden a lo largo de la longitud completa de la preforma. La preforma también incluye una segunda porción de extremo que tiene una pluralidad de capas independientemente tejidas que se tejen integralmente con la pluralidad de capas entretejidas en la porción central y que se extienden a lo largo de la longitud completa de la preforma. Dispersos entre la pluralidad de capas independientemente tejidas en las porciones de extremo primera y segunda se encuentran capas diagonales. Para proporcionar espacios entre las capas independientemente tejidas en las porciones de extremo primera y segunda para las capas diagonales, capas de fibras o hilos de urdimbre se tejen fuera de la preforma. Además, una preforma tejida que tiene un extremo de proyección único y un extremo de porción de columna puede construirse de acuerdo con cualquiera de las modalidades descritas. Otro aspecto de la presente invención se dirige a una estructura compuesta reforzada tridimensional construida que utiliza una preforma tejida descrita en la presente. La estructura compuesta reforzada comprende una porción central que tiene refuerzo unidireccional y porciones de extremo primera y segunda que se refuerzan cuasi-isotrópica o multi-direccionalmente. La estructura compuesta reforzada también puede construirse para tener una porción de columna en un extremo y una porción de proyección en el otro extremo. Las diversas características de novedad que caracterizan la invención se señalan en particularidad en las reivindicaciones anexas a y que forman parte de esta descripción. Para un mejor entendimiento de la invención, sus ventajas de operación y objetos específicos logrados por sus usos, se hace referencia a la materia descriptiva acompañante en la cual se ilustran las modalidades preferidas de la invención en los dibujos acompañantes en los cuales los componentes correspondientes se identifican por las mismas referencias numéricas. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La siguiente descripción detallada, dada a manera de ejemplo y no propuesta para limitar la presente invención solamente a la misma, se apreciará mejor junto con los dibujos acompañantes, en donde los números de referencia similares denotan elementos y partes similares, en los cuales: La Figura 1 es una vista en planta de una estructura compuesta que tiene una porción de columna con extremos de proyección que tienen una configuración macho; La Figura 2 es una vista en planta de una estructura compuesta que tiene una porción de columna con extremos de proyección que tienen una configuración hembra o de horquilla; La Figura 3 es una vista en planta de una preforma construida de acuerdo a una modalidad de la presente invención; La Figura 4A es una vista en planta de una preforma que tiene extremos de proyección con una configuración simétrica construida de acuerdo a una modalidad de la presente invención; La Figura 4B es una vista en planta de una preforma que tiene extremos de proyección con una configuración simétrica construida de acuerdo a una modalidad de la presente invención; La Figura 4C es una vista en planta de una preforma que tiene extremos de proyección con una configuración asimétrica construida de acuerdo a una modalidad de la presente invención; La Figura 4D es una vista en planta de una preforma que tiene extremos de proyección con una configuración asimétrica construida de acuerdo a una modalidad de la presente invención; y La Figura 5 es una vista en planta de una preforma construida de acuerdo a una modalidad de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención se describirá ahora de manera más completa a continuación con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales se muestran las modalidades preferidas de la invención. Esta invención, sin embargo, puede presentarse en muchas formas diferentes y no debe construirse como limitada a las modalidades ilustradas establecidas en la presente. Preferentemente, estas modalidades ilustradas se proporcionan de manera que esta descripción será directa y completa, y transmitirá completamente el alcance de la invención para aquellos expertos en la materia. En la siguiente descripción, los caracteres de referencia similares designan partes correspondientes o similares por todas las figuras. Adicionalmente, en la siguiente descripción, se entiende que tales términos como "superior," "inferior," "parte superior" y "parte inferior" y lo similar son palabras de conveniencia y no se construyen como términos limitantes. La presente invención es un concepto de preforma para una estructura compuesta o enjullo que tiene refuerzo cuasi-isotrópico o multi-direccional en uno o dos extremos y refuerzo casi unidireccional en todas las otras áreas. Esta configuración es deseable para estructuras que tienen que llevar cargas concentradas grandes, tales como puntales y abrazaderas. Los extremos cuasi-isotrópicos o multi-direccionalmente reforzados proporcionan buenas propiedades de producción y tensión más equilibrada, compresión, y resistencia a la cizalla, haciéndolos buenas elecciones para los extremos de proyección de la estructura. Estos extremos de proyección pueden tener ya sea configuraciones macho o hembra (horquilla) . La porción unidireccional proporciona alta inflexibilidad axial, que es buena para prevenir la deformación o inestabilidad de la columna, haciéndola una buena elección para la columna principal de un puntal o abrazadera. En la Figura 1 se representa un puntal o abrazadera 2 que tiene extremos de proyección 4 y una porción de columna principal tridimensional 6. Los extremos de proyección 4 en la Figura 1 tienen una configuración macho. La Figura 2 representa un puntal o abrazadera 8 con una porción de columna principal tridimensional 10 y extremos de proyección 12 que tienen una configuración hembra o de horquilla. Las ventajas de utilizar una construcción tridimensional en la porción central de la preforma son que reduce la labor requerida para cortar y pegar todas las capas requeridos para un compuesto grueso y proporciona mejor tolerancia al daño que los compuestos laminados convencionales. La ventaja de las capas independientes en los extremos de la estructura es que el laminado puede adaptarse para tener propiedades específicas. Como se describe, se considera que los extremos de proyección se refuercen cuasi-isotrópica o multi-direccionalmente, pero podrían ser prácticamente cualquier configuración laminada. La presente preforma se comprende de una porción tejida tridimensional que consiste de un número de capas y un número similar de capas diagonales independientes. En la porción central o columna de la pieza tejida tridimensional, todas las capas se entrelazan o tejen integralmente juntas formando un bloque monolítico de material tejido. La arquitectura de fibra utilizada en esta porción puede ser cualquier patrón convencional para una preforma gruesa, que incluye, pero no se limita a la arquitecturas de capa a capa, espesor continuo, interbloqueo angular, u ortogonal. En los extremos de la estructura, las capas individuales se entrelazan independientes una de otra para formar un apilamiento de telas con refuerzo en las direcciones 0o y 90°, en donde 0 o es a lo largo de la longitud de la estructura. Las capas o pliegues diagonales, que se construyen por separado proporcionan refuerzo en direcciones adicionales a la dirección 0°/90° tales como en la dirección ±45°, se dispersan entre las capas de 0°/90° telas para formar un laminado más convencional. Las capas o pliegues diagonales pueden ser tejidos utilizando fibras o hilos de urdimbre y de trama o pueden no ser no tejidos, entretejidos o un conjunto de fibras o hilos MD o CD. En las siguientes fibras, la dirección de urdimbre es a lo largo de la dirección 0o o a lo largo de la longitud de la estructura y se indica por la flecha 100. Todas las capas que comprenden la preforma, incluyendo la porción central o columna, se tejen con fibras o hilos de urdimbre y fibras o hilos de trama o transversales utilizando un telar Jacquard y lanzadera capturada, sin embargo, cualquier técnica de tejido convencional puede utilizarse para entrelazar las capas. Las fibras o hilos pueden ser ya sea materiales sintéticos o naturales tales como, pero no limitándose a carbón, nylon, rayón, poliéster, fibra de vidrio, algodón, vidrio, cerámica, aramida ("KEVLAR®") y polietileno. La preforma tejida completada se procesa entonces en una estructura compuesta tejida/laminada con la introducción de un material matriz tal como, pero no limitado a, epoxia, poliéster, vinil-éster, cerámica, carbón y/u otros materiales, los cuales también exhiben propiedades físicas, térmicas, químicas y/u otras deseadas, utilizando técnicas convencionales tales como, pero no limitándose a, moldeo por transferencia de resina o infiltración química de vapor. De acuerdo a una modalidad de la presente invención, la Figura 3 representa un segmento de una estructura 14 que tiene una porción central gruesa 16 que es integral con dos extremos de proyección macho más delgados 18 que se colocan en cada lado de la porción central 16. Como puede observarse en la Figura 3, la porción central gruesa 16 es una columna tejida tridimensional, monolítica comprendida de una pluralidad de capas tejidas 20 que se entrelazan o tejen juntas. Para formar los extremos de proyección macho más delgados 18, las capas de fibras de urdimbre de la columna central gruesa 16 se tejen fuera de la preforma para proporcionar una superficie de transición cónica 22 de la columna 16 a los extremos de proyección más delgados 18. Una vez que el número deseado de capas de fibra de urdimbre se tejen fuera de la preforma para hacer cónica la columna hacia abajo para el espesor de proyección deseado, las capas de fibras de urdimbre se tejen fuera de la preforma en los extremos de proyección más delgados 18 para proporcionar un espacio o hueco para las capas de tela diagonales. Las fibras de urdimbre restantes en los extremos de proyección más delgados 18, que se tejen integralmente con la pluralidad de capas 20 en la columna o porción central 16 y son continúas a lo largo de la longitud de la estructura, forman capas individuales de pliegues 24 que se tejen independientemente entre sí. Este apilamiento de capas o telas proporcionan refuerzo en los extremos de proyección más delgados 18 en las direcciones 0o y 90°. Ya que las capas 0°/90° 24 no se entrelazan entre sí, las capas diagonales 26 que proporcionan refuerzo en direcciones adicionales, tales como la dirección ±45°, pueden dispersarse en los espacios entre las capas 0°/90° 24, formando un apilamiento de telas que, cuando se aplica un material matriz, forma una estructura laminada que proporciona refuerzo cuasi-isotrópico o multi-direccional en los extremos de proyección más delgados 18. Además, como se representa en la Figura 3, la estructura tiene una fibra de superficie continua 28 que es el resultado de las fibras de urdimbre más externas de la columna gruesa 16. Si así se desea, a pesar de la estructura previamente descrita para esta modalidad que tiene una porción central 16 con dos extremos de proyección más delgados 18 en cada lado de ' la porción central 16, puede construirse una estructura que tiene solamente un extremo de proyección más delgado 18 de acuerdo a la modalidad descrita. En tal caso, la estructura comprenderá un extremo similar a la porción central tejida tridimensional, monolítica 16 y un extremo de proyección más delgado 18 como se describe arriba. Una estructura construida en esta manera, se parecerá más a la Figura 3. Otra modalidad de la presente invención se representa en las Figuras 4A-4D, que muestran un segmento de una estructura 30 que comprende dos extremos de proyección 32 que son más grueso que la porción de columna central tejida tridimensional monolítica 34 de la estructura 30. Como es el caso en la modalidad previa, la porción de columna central 34 se comprende de una pluralidad de capas tejidas 35 que se entrelazan o tejen juntas. En esta configuración, sin embargo, no hay necesidad de entrelazar por fuera las fibras - lí de urdimbre 36 de la porción de columna 34 para formar los extremos de proyección más gruesos 32. En su lugar, todas las fibras de urdimbre 36 utilizadas para construir la porción de columna 34 se utilizan para construir los extremos de proyección más gruesos 32. Las fibras de urdimbre 36 de la porción de columna 24, sin embargo, no se entrelazan entre sí en los extremos de proyección más gruesos 32. Esto permite que las capas diagonales 38 se dispersen entre las fibras de urdimbre 40 en los extremos de proyección más gruesos 32, que son las capas que proporcionan refuerzo en la dirección 0°/90°. Por lo tanto, los extremos de proyección más gruesos 32 tienen un apilamiento de telas que consiste de capas o telas orientados 0°/90° y capas construidas por separado orientadas en direcciones diferentes a la dirección 0°/90°, por ejemplo capas o telas orientadas ±45° que, cuando se aplica un material matriz, resulta en una proyección laminada que tiene refuerzo cuasi-isotrópico o multidirectional . Además, como puede observarse en las Figuras 4A-4D, las estructuras construidas de acuerdo a esta modalidad tendrán una superficie de transición escalonada 42 del extremo de proyección más grueso laminado 32 a la porción de columna monolítica 34, mejorando así la transferencia de carga de una porción a la otra. Como puede observarse en las Figuras 4A-4D, la longitud y posicionamiento de las capas diagonales 38 varía de figura a figura. Las Figuras 4A y 4B representan un extremo de proyección 32 que tiene una configuración simétrica. Es decir, la longitud y posicionamiento de las capas diagonales 38 en el extremo de proyección 32 son simétricos alrededor de la línea central o eje longitudinal A-A. La Figura 4A representa una configuración simétrica en donde la longitud de capas diagonales sucesivas 38 incrementa en la mitad superior 39 y la mitad inferior 41 del extremo de proyección 32 a medida que uno se mueve de la línea central A-A hacia la superficie superior 43 y la superficie inferior 45 del extremo de proyección 32. La Figura 4B representa una configuración simétrica en donde la longitud de capas diagonales sucesivas 38 disminuye en ambas mitades, 39 y 41, del extremo de proyección 32 a medida que uno se mueve de la línea central A-A hacia la superficie superior 43 y la superficie inferior 45 del extremo de proyección 32. Las Figuras 4C y 4D representan un extremo de proyección 32 que tiene una configuración asimétrica. Es decir, la longitud de las capas diagonales sucesivas 38 en el extremo de proyección 32 solamente incrementa o disminuye a medida que uno se mueve de la superficie inferior 45 a la superficie superior 43 del extremo de proyección 32. La Figura 4C muestra una configuración asimétrica en donde la longitud de capas diagonales sucesivas 38 en el extremo de proyección 32 incrementa a medida que uno se mueve de la superficie inferior 45 a la parte superior 43 del extremo de proyección 32. Como se muestra en la Figura 4D, un extremo de proyección asimétrico 32 también puede construirse en donde la longitud de capas diagonales sucesivas 38 disminuye a medida que uno se mueve de la superficie inferior 45 a la parte superior 43 del extremo de proyección 32. Si así se desea, a pesar de las estructuras previamente descritas para esta modalidad que tienen una porción central 34 con dos extremos de proyección más gruesos 32 en cada lado de la porción central 34, puede construirse una estructura que tiene solamente un extremo de proyección más grueso 32 de acuerdo a la modalidad descrita. En tal caso, la estructura comprenderá un extremo similar a la porción central tejida tridimensional, monolítica 34 y un extremo de proyección más grueso 32 como se describe arriba. Una estructura construida de esta manera, se parecerá más a la estructura como se representa en las Figuras 4A-4D. En otra modalidad de la presente invención, la Figura 5 representa un segmento de una estructura 44 que tiene una porción de columna central tejida tridimensional monolítica 46 con dos proyecciones ,u horquillas hembra 48. Como puede observarse en la Figura 5, los extremos de proyección hembra 48 se doblan en ángulo relativos a la porción de columna central 46, de manera que los extremos de proyección hembra 48 no están en línea o colineal con porción de columna central 46. De manera similar a las modalidades previas, la porción de columna central 46 se comprende de una pluralidad de capas tejidas 50 que se entrelazan o tejen juntas. Para formar los extremos de proyección hembra u horquillas 48, la porción de columna monolítica 46 se teje de manera que se bifurca 52 para formar ambas mitades de las horquillas. Las capas 0°/90° 54 en la primer o porción en ángulo 56 de cada mitad de las horquillas continúan entrelazándose juntas. Para proporcionar un espacio entre las capas de refuerzo 0°/90° 58 para las capas de tela diagonales 60 en las porciones de extremo o paralelas 62 de la horquilla, las fibras de urdimbre se tejen fuera de las porciones en ángulo 56 de la preforma. Las fibras de urdimbre restantes en los extremos de proyección 48, que se tejen integralmente con la pluralidad de capas tejidas 50 en la porción de columna central 46 y porciones en ángulo 54, forman capas individuales que se tejen independientemente una de la otra y proporcionan refuerzo en la horquilla 48 en las direcciones 0o y 90°. Ya que las capas 0°/90° 58 no se entrelazan una con otra, el refuerzo en direcciones diferentes a la dirección 0°/90°, por ejemplo se proporciona la dirección ±45° por las capas diagonales 60 que se dispersan entre las capas 0°/90° 58, formando apilamientos de tela en las horquillas que proporcionan refuerzo cuasi-isotrópico o multi-direccional cuando un material matriz se agrega a la preforma . Si así se desea, diferente a la estructura previamente descrita para esta modalidad que tiene una porción central 46 con dos extremos de proyección hembra u horquillas 48 en cada lado de la porción central 46, una estructura que tiene solamente un extremo de proyección hembra 48 puede construirse de acuerdo a la modalidad descrita. En tal caso, la estructura comprenderá un extremo similar a la porción central tejida tridimensional, monolítica 46 y un extremo de proyección hembra u horquilla 48 como se describe arriba. Una estructura construida de esta manera, se parecerá más a la estructura representada en la Figura 5. En todas las modalidades descritas, después de que las capas diagonales se insertan en los extremos de proyección, la preforma tejida puede sobretrenzarse con una capa de material de vidrio para mejorar la resistencia a la abrasión de la preforma. Como es aparente para aquellos expertos en la materia, las estructuras descritas arriba pueden tener muchas formas además de aquellas descritas en la presente. Por ejemplo, las estructuras pueden tener una columna tejida tridimensional monolítica gruesa con configuraciones hembras de proyección u horquilla. La estructura también puede tener una columna tejida tridimensional monolítica gruesa con una proyección macho en un extremo y una proyección hembra en el otro extremo. Además, la estructura puede tener una columna tejida tridimensional monolítica delgada con proyecciones hembras en cada extremo o una proyección macho en un extremo y una proyección hembra en el otro extremo. Por último, todas las configuraciones pueden tener: ambas proyecciones en línea con o colineales con la porción de columna principal; ambas proyecciones dobladas en ángulo relativas a la porción de columna principal; o una proyección puede ser colineal con la porción principal y una proyección puede doblarse en ángulo relativa a la porción principal. Aunque como se describe arriba, los extremos de proyección se consideran para reforzarse cuasi-isotrópica o multi-direccionalmente, los extremos de proyección pueden ser prácticamente de cualquier configuración laminada. Por lo tanto, las presentes estructuras, por ejemplo un puntal o abrazadera, pueden diseñarse para tener diferentes configuraciones para proporcionar varios tipos de refuerzo o abrazadera en base a la necesidad específica de la estructura o uso deseado. Aunque una modalidad preferida de la presente invención y modificaciones de la misma se ha descrito en detalle en la presente, debe entenderse que esta invención no se limita a esta modalidad precisa y modificaciones, y que otras modificaciones y variaciones pueden efectuarse por un experto en la materia sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se define por las reivindicaciones anexas.

Claims (61)

1. REIVINDICACIONES 1. Una preforma tejida utilizada para reforzar una estructura compuesta que comprende: una porción central que tiene una pluralidad de capas entretejidas; una primera porción de extremo que tiene una pluralidad de capas tejidas independientes, en donde dicha pluralidad de capas tejidas independientes se tejen integralmente con dicha pluralidad de capas entretejidas en dicha porción central y se extienden a lo largo de la longitud completa de dicha preforma; y una segunda porción de extremo que tiene una pluralidad de capas tejidas independientes, en donde dicha pluralidad de capas tejidas independientes se tejen integralmente con dicha pluralidad de capas entretejidas en dicha porción central y se extienden a lo largo de la longitud completa de dicha preforma; en donde las capas diagonales se dispersan entre dicha pluralidad de capas tejidas independientes en dichas porciones de extremo primera y segunda.
2. 2. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 1, en donde dicha porción central comprende una pluralidad de capas que se extienden a lo largo de la longitud completa de dicha preforma tejida y una pluralidad de capas que se extienden parcialmente a lo largo de la longitud de dicha preforma tejida.
3. 3. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 2, en donde dichas capas que se extienden parcialmente se forman por fibras o hilos de urdimbre que se tejen fuera de dicha preforma tejida y proporcionan una superficie de transición de dicha porción central a dichas porciones de extremo primera y segunda.
4. 4. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 2, en donde los espacios para dichas capas diagonales entre dichas capas tejidas independientes en dichas porciones de extremo primera y segunda son el resultado de fibras o hilos de urdimbre que se tejen fuera de dicha preforma tejida.
5. 5. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 1, en donde dicha primera porción de extremo es una proyección que tiene una configuración macho o hembra.
6. 6. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 1, en donde dicha segunda porción de extremo es una proyección que tiene una configuración macho o hembra.
7. 7. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 1, en donde dicha primera porción de extremo es colineal o en ángulo con relación a dicha porción central.
8. 8. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 1, en donde dicha segunda porción de extremo es colineal o en ángulo con relación a dicha porción central.
9. 9. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 3, en donde dicha superficie de transición entre dicha porción de columna y dichas porciones de extremo primera y segunda es una superficie de transición cónica uniforme o una superficie de transición escalonada.
10. 10. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 1, en donde dicha porción central se bifurca en un extremo de dicha porción central.
11. 11. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 10, en donde dicho extremo bifurcado forma dos mitades de una proyección u horquilla hembra.
12. 12. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 1, en donde dicha porción central es más gruesa que dichas porciones de extremo primera y segunda.
13. 13. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 1, en donde dicha porción central es más delgada que dichas porciones de extremo primera y segunda.
14. 14. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 1, en donde dicha primera porción de extremo y dicha segunda porción de extremo se tejen con fibras o hilos de urdimbre y de trama.
15. 15. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 1, en donde dichas capas en dicha porción central son capas entretejidas tejidas con fibras o hilos de urdimbre y de trama.
16. 16. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 1, en donde dicha porción central tiene una arquitectura de fibra seleccionada del grupo que consiste de capa a capa, espesor continuo, ortogonal, e interbloqueo angular.
17. 17. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 14 o 15, en donde dichas fibras o hilos de urdimbre y de trama se seleccionan del grupo de materiales sintéticos o naturales que consisten de carbón, nylon, rayón, poliéster, fibra de vidrio, algodón, vidrio, cerámica, aramida, y polietileno.
18. 18. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 1, en donde dicha preforma tejida se sobretrenza con una capa de vidrio.
19. 19. Un método para fabricar una preforma tejida utilizada para reforzar una estructura compuesta que comprende las etapas de: tejer una pluralidad de capas entre si para formar una porción central monolítica; tejer una pluralidad de capas independientes para formar una primera porción de extremo, en donde dicha pluralidad de capas independientes se tejen integralmente con dicha pluralidad de capas en dicha porción central; tejer una pluralidad de capas independientes para formar una segunda porción de extremo, en donde dicha pluralidad de capas independientes se tejen integralmente con dicha pluralidad de capas en dicha porción central; y dispersar capas diagonales entre dicha pluralidad de capas tejidas independientes en dicha primera y dicha segunda porciones de extremo.
20. 20. El método como se reivindica en la reivindicación 19, que comprende además la etapa de tejer fibras o hilos de urdimbre fuera de dicha preforma tejida para proporcionar una superficie de transición de dicha porción central a dichas porciones de extremo primera y segunda.
21. 21. El método como se reivindica en la reivindicación 19, que comprende además la etapa de tejer fibras o hilos de urdimbre fuera de dicha preforma tejida para formar capas tejidas independientes en dichas porciones de extremo primera y segunda proporcionando así un espacio entre dichas capas tejidas independientes para dichas capas diagonales .
22. 22. El método como se reivindica en la reivindicación 19, en donde dicha primera porción de extremo es una proyección que tiene una configuración macho o hembra.
23. 23. El método como se reivindica en la reivindicación 19, en donde dicha segunda porción de extremo es una proyección que tiene una configuración macho o hembra.
24. 24. El método como se reivindica en la reivindicación 19, en donde dicha primera porción de extremo es colineal o en ángulo con relación a dicha porción central.
25. 25. El método como se reivindica en la reivindicación 19, en donde dicha segunda porción de extremo es colineal o en ángulo con relación a dicha porción central.
26. 26. El método como se reivindica en la reivindicación 20, en donde dicha superficie de transición entre dicha porción de columna y dichas porciones de extremo primera y segunda es una superficie de transición cónica uniforme o una superficie de transición escalonada.
27. 27. El método como se reivindica en la reivindicación 19, en donde dicha porción central se teje para tener una bifurcación en un extremo de dicha porción central .
28. 28. El método como se reivindica en la reivindicación 27, en donde dicho extremo bifucardo forma dos mitades de una proyección u horquilla hembra.
29. 29. El método como se reivindica en la reivindicación 19, en donde dicha porción central es más gruesa que dichas porciones de extremo primera y segunda.
30. 30. El método como se reivindica en la reivindicación 19, en donde dicha porción central es más delgada que dichas porciones de extremo primera y segunda.
31. 31. El método como se reivindica en la reivindicación 19, en donde dicha porción central, dicha primera porción de extremo y dicha segunda porción de extremo se tejen con fibras o hilos de urdimbre y de trama.
32. 32. El método como se reivindica en la reivindicación 19, en donde dicha porción central se teje con una arquitectura de fibra seleccionada del grupo que consiste de capa a capa, espesor continuo, ortogonal, e interbloqueo angular.
33. 33. El método como se reivindica en la reivindicación 19, en donde dichas fibras o hilos de urdimbre y de trama se seleccionan del grupo de materiales sintéticos o naturales que consisten de carbón, nylon, rayón, poliéster, fibra de vidrio, algodón, vidrio, cerámica, aramida, y polietileno.
34. 34. El método como se reivindica en la reivindicación 19, en donde dicha preforma tejida se sobretrenza con una capa de vidrio.
35. 35. Una estructura compuesta tridimensional reforzada con una preforma tejida que comprende: una porción central que tiene una pluralidad de capas entretejidas; una primera porción de extremo que tiene una pluralidad de capas tejidas independientes, en donde dicha pluralidad de capas tejidas independientes se tejen integralmente con dicha pluralidad de capas entretejidas en dicha porción central y se extienden a lo largo de la longitud completa de dicha preforma tejida; y una segunda porción de extremo que tiene una pluralidad de capas tejidas independientes, en donde dicha pluralidad de capas tejidas independientes se tejen integralmente con dicha pluralidad de capas entretejidas en dicha porción central y se extienden a lo largo de la longitud completa de dicha preforma tejida; en donde las capas diagonales se dispersan entre dicha pluralidad de capas tejidas independientes en dichas porciones de extremo primera y segunda; y un material matriz.
36. 36. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 35, en donde dicha porción central comprende una pluralidad de capas que se extienden a lo largo de la longitud completa de dicha preforma tejida y una pluralidad de capas que se extienden parcialmente a lo largo de la longitud de dicha preforma tejida.
37. 37. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 36, en donde dichas capas que se extienden parcialmente se forman por fibras o hilos de urdimbre que se tejen fuera de dicha preforma tejida y proporcionan una superficie de transición de dicha porción central a dichas porciones de extremo primera y segunda.
38. 38. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 36, en donde los espacios para dichas capas diagonales entre dichas capas tejidas independientes en dichas porciones de extremo primera y segunda son el resultado de fibras o hilos de urdimbre que se tejen fuera de dicha preforma tejida.
39. 39. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 35, en donde dicha primera porción de extremo es una proyección que tiene una configuración macho o hembra .
40. 40. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 35, en donde dicha segunda porción de extremo es una proyección que tiene una configuración macho o hembra .
41. 41. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 35, en donde dicha primera porción de extremo es colineal o en ángulo con relación a dicha porción central .
42. 42. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 35, en donde dicha segunda porción de extremo es colineal o en ángulo con relación a dicha porción central.
43. 43. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 37, en donde dicha superficie de transición entre dicha porción de columna y dichas porciones de extremo primera y segunda es una superficie de transición cónica uniforme o una superficie de transición escalonada.
44. 44. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 35, en donde dicha porción central se bifurca en un extremo de dicha porción central.
45. 45. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 44, en donde dicho extremo bifucardo forma dos mitades de una proyección u horquilla hembra.
46. 46. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 35, en donde dicha porción central es más gruesa que dichas porciones de extremo primera y segunda.
47. 47. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 35, en donde dicha porción central es más delgada que dichas porciones de extremo primera y segunda.
48. 48. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 35, en donde dicha porción central se refuerza unidireccionalmente.
49. 49. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 35, en donde dicha primera y dicha segunda porciones de extremo se refuerzan cuasi-isotrópica o multi-direccionalmente .
50. 50. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 35, en donde dicha primera porción de extremo y dicha segunda porción de extremo se tejen con fibras o hilos de urdimbre y de trama.
51. 51. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 35, en donde dichas capas en dicha porción central son capas entretejidas tejidas con fibras o hilos de urdimbre y de trama.
52. 52. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 35, en donde dicha porción central tejida tiene una arquitectura de fibra seleccionada del grupo que consiste de capa a capa, espesor continuo, ortogonal, e interbloqueo angular.
53. 53. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 50 o 51, en donde dichas fibras o hilos de urdimbre y de trama se seleccionan del grupo de materiales sintéticos o naturales que consisten de carbón, nylon, rayón, poliéster, fibra de vidrio, algodón, vidrio, cerámica, aramida, y polietileno.
54. 54. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 36, en donde dicha estructura compuesta se forma de un proceso seleccionada del grupo que consiste de moldeo por transferencia de resina y filtración química de vapor.
55. 55. La estructura compuesta como se reivindica en la reivindicación 54, en donde dicho material matriz se selecciona del grupo que consiste de epoxia, poliéster, vinil-éster, cerámica, y carbón.
56. 56. Una preforma tejida utilizada para reforzar una estructura compuesta que comprende: una porción de columna que tiene una pluralidad de capas entretejidas; y una porción de extremo de proyección que tiene una pluralidad de capas tejidas independientes, en donde dicha pluralidad de capas tejidas independientes se tejen integralmente con dicha pluralidad de capas entretejidas en dicha porción de columna y se extienden a lo largo de la longitud completa de dicha preforma; y en donde las capas diagonales se dispersan entre dicha pluralidad de capas tejidas independientes en dicha porción de extremo de proyección.
57. 57. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 56, en donde dicha porción de extremo de proyección tiene una configuración macho o hembra.
58. 58. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 56, en donde dicha porción de extremo de proyección es colineal o en ángulo con relación a dicha porción de columna.
59. 59. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 56, en donde dicha porción de columna es más gruesa que dicha porción de extremo de proyección.
60. 60. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 56, en donde dicha porción de columna es más delgada que dicha porción de extremo de proyección.
61. 61. La preforma tejida como se reivindica en la reivindicación 56, que comprende además un material matriz.