MÉTODO PARA ENTRETEJER SUSTRATOS CON PAREDES LATERALES INTEGRALES
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas Esta solicitud se relaciona con solicitud de patente norteamericana número de serie 11/007,600 presentada el 08 de diciembre 2004, que se incorpora como referencia en este documento. Todas las patentes y solicitudes de patentes, documentos y/o referencias mencionadas en este documento se incorporan como referencia, y puede ser empleadas en la práctica de la invención. Campo de la Invención La presente invención se refiere a las preformas tejidas integralmente para estructuras de materiales compuestos reforzadas, que pueden tejerse planas y dobladas en su forma final tridimensional, la forma final tiene paredes laterales integrales en al menos una dirección. Antecedentes de la Invención El uso de materiales compuestos reforzados para producir componentes estructurales se ha extendido, sobre todo en aplicaciones en las que se buscan sus características deseables por ser livianos, fuertes, duros, resistentes térmicamente, económicamente independientes y su adaptabilidad a s|er formadas y conformadas. Tales componentes se utilizan, p<or
ejemplo, err las industrias aeronáuticas, aeroespaciales y satelitales, así como para usos recreativos como en las carreras de barcos y¡ un sinfín de otras aplicaciones. Típicamente los componentes están constituidos por materiales de refuerzo incrustados en materiales de matriz. El componente de refuerzo debe estar fabricado con materiales c'omo vidrio, carbono, cerámica, arámida, polietileno y/u otros materiales, que presentan las propiedades físicas, térmicas, químicas; y/o otras propiedades deseadas, entre las cuales una elevada fúerza contra las fallas por tensión. 'A través de la utilización de esos materiales de refuerzo, que últimamente se han vuelto uri elemento constitutivo del componente terminado, las características deseadas de los materiales de refuerzo como muy alta resistencia, se imparten a los componentes compuestos complejos. Los materiales constitutivos de refuerzo típicamente puede ser tejidos, de punto u orientados de otra forma en configuraciones deseadas y formas para las preformas de refuerzo. Por lo general, se presta especial atención a garantizar la utilización óptima de las propiedades para las que se han seleccionado tales Rateriales de refuerzo constituyentes. En general, las preformas como refuerzo se combinan con1 el material de matriz para formar los componentes terminados o producir material de trabajo para la producción final de los componentes terminados. Después, de una preforma de refuerzo deseada se ha construido, el material de matriz puede ser introducido y se
combinan con la preforma, de modo que lai preforma se convierte en refuerzo encajado en el material de matriz tal que el material i de matriz llena las áreas intersticiales entre los elementos constitutivos del refuerzo de preformas. :EI material de matriz puede ser cualquiera de una amplia variedad de materiales, tales como resinas epoxi, poliéster, éster de vipilo, cerámica, carbón y/u otros materiales, que también prese'ntan las propiedades físicas, térmicas, químicas y/u otras. Los materiales seleccionados para su uso como la matriz !puede ser o no ser. el mismo que el refuerzo de la preforma ,¡y puede o no tener comparables propiedades físicas, químicas térmicas o de otro tipo. Típicamente, sin embargo, no serán de los mismos materiales o ni tendrán comparables i propiedades físicas, químicas, térmicas o de otro tipo, como la ipreforma de refuerzo, ya que un objetivo habitual buscado en el uso de materiales compuestos, en primer lugar es lograr : una combinación de características en el producto terminado que no se puede alcanzar mediante el uso de un único material constitutivo. Cuando se combinan, la preforma y el refuerzo de material de matriz a continuación, se puede curar y se estabilizar en la misma operación por termoendurecimiento u otros métodos conocidos, y luego sometido a otras operaciones a producir el componente deseado. Es importante señalar que después de ser curado de esa forma, las masas de material de matriz solidificadas de esa forma típicamente están fuertemente adheridas al material de
refuerzo (por ejemplo, la preforma de refuerzo). Como resultado, la tensión en la pieza acabada, en particular a través de su material de matriz que actúa como pegamento entre las fibras, puede ser trasladada de manera efectiva y ser absorbida por el material constitutivo de la preforma refuerzo de refuerzo. Frecuentemente, es conveniente producir componentes en configuraciones distintas de las formas geométricas simples, tales como placas, laminas, rectangulares; o cuadradas sólidas, etc. De particular interés es la configuración que consiste en un sustrato plano con paredes lateralesi integrales en dos direcciones. Las paredes laterales integrales pueden ser utilizadas como refuerzos en las aplicaciones convencionales de la cobertura reforzadas, donde el sustrato actúa como la cobertura. En cada una de estas aplicaciones, es importante hacer que cada unión entre los elementos que lo constituyen, es decir, el refuerzo y la plataforma de base ó parte del panel, sea lo más fuerte, posible. Dada la muy alta resistencia deseada de los componentes de refuerzo de preformas de por sí, la debilidad de la unión se convierte, efectivamente, en un "eslabón débil" en la "cadena" estructural. Varios métodos han sido utilizados en el pasado para unir componentes de refuerzo compuesto o preformas para producir una estructura reforzada compleja o paneles de cobertura reforzada. Se ha propuesto utilizar capas individuales de tela adherente o pre-impregnada para formar la estructura del sustrato
con paredes laterales. Cuando se usa tejido con adhesivo, la preforma laminada resultante a partir de entonces se puede laminar por transferencia de resina, si se utiliza material pre-impregnado para formar la forma final, la preforma resultante puede ser embolsada al vacío y curada. Sin embargo, la i aplicación de cargas, en particular a través de cargas de espesor, ? para la preforma laminada puede resultar én un desprendimiento de la preforma o separación de las paredes laterales del sustrato plano. El uso de tornillos o remaches de m¡etal en la interfaz de esos componentes también se ha utilizado1, pero es inaceptable porque esas adiciones al menos parcialmente, destruyen y debilitan la integridad de las propias estructuras de materiales compuestos, agregar peso, e introducir diferencias en el coeficiente de expansión térmica entre tales elementos y el material circundante. Otros enfoques a la solución de este problema se han basado en el concepto de la introducción de fibras de alta resistencia en1 toda la zona de la articulación a través del uso de métodos tales como costura de uno de I os componentes a los demás y confiar en que el hilo de cosido introduzca estas fibras en el fortalecimiento y en el sitio de unión. Uno de ellos se muestra en la patente norteamericana no. 4,331,495 y su contraparte divisional del método, patente norteamericana no. 4,256,790. Estas patentes describen uniones que tienen sido
hechas entre un primero y un segundo panel compuesto hecho de capas de fibras pegadas. El primer panel se bifurca en un extremo para formar dos superficies divergentes, el panel coplanar de contacto en la forma de la técnica anterior, que se han unido al segundo panel por puntos de costura de hilo curado compuesto flexible a través de dos paneles. Los paneles y el hilo son entonces "co- curados", es decir, curados en forma simultánea. Sin embargo, este proceso requiere que la preforma se construya en varios pasos, y requiere la introducción de un tercer hilo o fibra en la preforma. Un ejemplo de una configuración de intersección se describe en la patente norteamericana no. 6,103,33.7, cuya descripción s se incorpora al presente por referencia. Esta referencia describe medio para unir una preforma de refuerzo con un panel de preformas para formar una preforma de refuerzo tridimensional. Las dos preformas individuales se unen entre sí en la unión por medio de fibras de refuerzo en forma de hilos o filamentos. Una vez que las dos preformas se unen o cosen entre sí, el material de matriz se introduce en el preformas. Sin embargo, este proceso requiere que las preformas sean tejidas o construidas individualmente y, posteriormente, sean cosidas entre sí en una etapa distinta. Las preformas no se tejen integralmente de forma continua o integral. Por otra parte, un hilo o fibra adicional es necesaria para conectar las preformas. Otro método para mejorar la fuerza de unión se describe en
la patente norteamericana no. 5,429,853. Sin embargo, este método es si!milar a los métodos descritos anteriormente porque los diferentes elementos construidos por separado son unidos por la costura de un tercer hilo o fibra entre los I dos. Si bien el estado de la técnica ha Itratado de mejorar la integridad estructural del compuesto reforzado y ha logrado cierto i éxito, existe ! un deseo de mejorar el mismo y hacer frente al problema a través de un enfoque diferente de la utilización de adhesivos o mecánicos de acoplamiento dé la caja separada y los elementos de refuerzo. En este sentido, un enfoque podría ser mediante la creación de una estructura tejida tridimensional en ¡ las máquinas especializadas. Un tejido tridimensional generalmente consta de fibras que se extienden a lo largo d¡e una dirección perpendicular a las otras fibras, qiue es a lo largo de las direcciones axiales X, Y y Z. Sin ernbargo, el gasto es considerable, y rara vez es deseable disponer de una máquina de tejer dirigida a la creación de un solo tipo de estructura. Otro enfoque consiste en tejer unja estructura de dos dimensiones y doblar a su forma para' que el panel esté I íntegramente reforzadas, es decir, los hilos están continuamente entretejidos entre la base plana o en el panel de la porción y el refuerzo. Sin embargo, esto usualmente res.ulta en una distorsión I ; de la preforma cuando la preforma se dobla. La distorsión se I produce porque las longitudes de fibra tejida son diferentes dé lo que debe ser cuando se dobla la preforma. Esto provoca las
ondas y rizos en las áreas en las que las longitudes de fibras son demasiado cortas, y depresiones en las zonas en las longitudes de fibra son ; demasiado largas. Estas distorsiones no deseadas ¡ causan anomalías en la superficie y reducen la resistencia y la rigidez del componente. Si bien esto puede ser resuelto mediante cortes y perforaciones, tales procedimientos no son deseables, ya que requieren mano de obra intensiva o de otro modo, pueden comprometer la integridad de la preforma. La patente norteamericana no. 6,446|675, cuya descripción se incorpora al presente por referencia, soluciona el problema con la distorsión que se produce al doblar una preforma tejida de dos dimensiones mediante el ajuste de la ; longitud de las fibras durante el tejido de tal manera que algunas fibras son demasiado cortas en algunas áreas y otras demasiado largas en otras áreas. Al doblar la preforma, la longitud de las fibras se iguala, lo que prevé una transición suave en el pliegué. Sin embargo, esta preforma sólo es capaz de proporcionar refuerzo o endurecimiento i en una dirección, que es paralela a la dirección de las fibras de urdimbre. Otro enfoque para la construcción d'e paneles rígidos se describe en la patente norteamericana no. 6,019,138, que describe un método para la fabricación dé paneles rígidos con armazones de refuerzo tanto en las direcciones de urdimbre y de relleno. Como se indica, este método logra el refuerzo en dos direcciones a través de más tejido, o simplemente al tejer los
i
puntos altos en la porción del panel de la preforma. Con este método se limita la altura del refuerzo ique se puede lograr. Además, este método requiere que la preforma se teja con tres hilos. El tercer hilo, que se une el refuerzo de la porción del panel de la preforma, es sólo periódicamente tejido entre los otros dos hilos. Por lo tanto, el refuerzo no es tejido
1 i completamente integral con la porción del panel que da por resultado un conjunto que es más débil que un tejido totalmente integral conjunto. En consecuencia, existe la necesidad de una preforma tejida integralmente que presenta paredes laterales, en dos o más direcciones que pueden ser tejidas en un proceso que utiliza un telar convencional sin ninguna modificación¡especial. La cita o la identificación de un documento de esta solicitud no es una admisión de que dicho documento está disponible como estado de la técnica con la presente invención. Breve Descripción de la Invención De conformidad con la presente invención, se provee una preforma tridimensional tejida integralmente con paredes laterales, o por lo menos uno de las paredes laterales, por lo ¦ i menos en una dirección. La preforma puede, comprender al menos dos capas de tejido, en donde cada capa está compuesta de fibras en las trama y la urdimbre direcciones. Las fibras de una capa puede estar entretejida con fibras de otra capa para formar una región entretejida.
Las paredes laterales se forman al cortar una porción de la capa superior y luego doblar la porción de 'arriba de tal forma que es perpendicular o transversal, a la preforma, creando así una pared. Cuando el pliegue se produce en una región entretejida en donde la capa superior se entreteje cor) otra capa, la pared lateral se considera como una pared lateral integral, ya que está i integrada con una capa inferior de la preforma, es decir, las fibras se tejen en la capa inferior de jas paredes laterales. Cuando el pliegue no se produce en un sitio donde las capas' se entretejen, entonces la pared lateral "no integral" no está integrada en la preforma y se puede mover a otros lugares, si lo desea. La pared lateral puede comprender una o varias capas de tela. Las fibras en una dirección, por ejemplo, la trama, las fibras pueden entretejerse entre las diferentes capas de fibras en la otra dirección, por ejemplo, la urdimbre. '! Por ejemplo, en una preforma de tres capas, las fibras de la trama en la dirección de la primera capa se entretejen con las fibras en la dirección de la urdimbre de la tercera capa, mientras que las fibras en la dirección de la urdimbre de la segunda capa puede ser ? entretejidas con fibras en la dirección de trama de la tercera capa. Esto pérmite que se formen paredes ' laterales integral que son perpendiculares entre sí. En una realización, las paredes I laterales integrales en una dirección, por ejemplo, urdimbre, serán continuas, mientras que las paredes ¡laterales en dirección
u
perpendicular, por ejemplo, la trama, serán discontinuas. Las paredes laterales pueden ser orientados de tal manera que encierren o rodeen, pequeñas áreas de la prefarma denominadas celdas. Estas celdas pueden variar en forma y tamaño, que son determinados por donde; las paredes laterales integrante de la preforma se forman, y/o donde las paredes laterales no , integrales, están orientadas. Ejemplos de formas celulares incluyen polígonos como cuadrados, rectángulos, hexágonos, etc. Además, las celdas en una preforma puede tener más de una forma celular, como una combinación de cuadrados y rectángulos. En una modalidad preferida, la preforma puede comprericler celdas que tienen forma rectangular. Este tipo de preformas puede comprénder al menos tres capas de tejido, en donde cada capa está compuesta de fibras en las direcciones de trama y de urdimbre. En la dirección de la trama, las fibras de la primera capa se entretejen con las fibras de la tercera capa, mientras que en la dirección de la urdimbre, las fibras de la segunda hoja pueden ser tejidas con fibras de la tercera capa en sitios i seleccionados. Alternativamente, el entretejimiento de fibras entre las capas de la trama y la urdimbre sé pueden intercambiar, para lo cual las fibras de la dirección de la urdimbre se entretej.en entre las capas primera y tercera, y las fibras en la dirección de trama se entretejen entre la segunda y tercera capa. Las regiones entretejidas marcan regiones donde las capas se puede plegar
para formar las paredes laterales integrales. Las capas primera y tercera y la segunda y tercera capa se püede entretejer en más i de una región entretejida, es decir, más dé un sitio a lo largo de la dirección de urdimbre o de trama de la preforma. Las paredes laterales integrales formadas por las capas primera y tercera y las paredes laterales formadas por la segunda y tercera capas son preferentemente perpendiculares entre! si. En una realización particular, las paredes laterales integrales en una de las direcciones, por ejemplo, la trama, son continuas, mientras que las paredes laterales integral en la otra dirección, por ejemplo, urdimbre, son discontinuas. En otra realización, la preforma p,uede comprender las celdas con forma hexagonal. Este tipo I de preformas puede comprender al menos dos capas de tejido! en donde cada capa está compuesta de fibras en las direcciones de trama y de urdimbre. En · la dirección de la trama, las fibras de la primera capa puedeN ser tejida con fibras de la segunda capa para formar regiones entrétejidas en sitios seleccionados, mientras que en la dirección de la urdimbre, las fibras de las capas primera y segunda no se entrecruzan. El entretejimiehto entre las capas, o falta del mismo, para la trama y la urdimbre de fibras se pueden intercambiar, con lo cual las fibras en la dirección de la urdimbre se entretejen entre las capas primera y segunda, y las fibras en la dirección de trama no se entretejen entre las capas. En las regiones entrétejidas, paredes laterales intégrales se forman en
la dirección de la urdimbre y se convierten en un par de paredes laterales opuestas que forman la celda h'exagonal . Las paredes laterales no integrante de la primera capa 'se forman también, las cuales se insertan en las paredes laterales con un ángulo integral, preferiblemente de 60°. Los sitios seleccionados para entretejer la marca de capas en las que jas laminas se pueden plegar para formar las paredes laterales integrales. Además, las paredes laterales no integrales de la prirnera capa se pueden formar, las cuales se convierten en las paredes que no se extienden en las direcciones de trama y de urdimbre. Otro aspecto de la presente invención es un método para la formación dé una preforma tejida tridimensional con paredes laterales. El método consiste en proporcionar dos o más capas de tejido en las1 que una pluralidad de fibras de una capa de tela están entretejidas con una pluralidad de fibras de otra capa de I tela. El entretejido puede ocurrir por las fibras en las direcciones de trama y de urdimbre, y entre varios pares de capas. Una vez que las capas se forman, la capa superior se corta para formar las porciones separadas que se puede plegar hacia arriba para formar las paredes laterales. Opcionalmente, la segunda capa, ahora considerada como superior, se corta para formar las paredes laterales adicionales. Esto se repit'e hasta que el número y la orientación de las paredes laterales se forman. En una realización particular, la presente invención es un método de formación de (una preforma tridimensional con una o más paredes
laterales integrales, en donde las paredes laterales forman celdas que tienen forma rectangular. En otra realización, la invención es un método de formación de una preforma tridimensional con paredes laterales, donde las paredes laterales e forman celdas que se forma ( hexagonal. Las diversas características de novedad que caracterizan la invención sé señalan particularmente en las reivindicaciones anexas y que forman parte de esta descripción. Para una mejor comprensión de la invención, sus ventajas de funcionamiento y objetos específicos alcanzados por su ; aplicación, se hace referencia al material descriptivo anéxo en el que las realizaciones preferidas de la invención se ilustran en los dibujos anexos en la que los componentes correspondientes se identifican con los mismos números de referencia. Por lo tanto, es un objeto de la invención no incluir en la invención en cualquier producto previamente conocido, el proceso de elaboración del producto, o el método de usar el producto de tal manera que los solicitantes se reserva el derecho y presentan una renuncia de cualquier producto, proceso o método previamente conocidos. Además, se hace notar que la invención no tiene intención de incluir en el ámbito de la invención cualquier producto, proceso o realización del producto o método de usar el producto, si no responde a la descripción escrita y los requisitos de , autorización de la USPTO (35 USC 112, primer párrafo) o la OEP (artículo 83 de la CPEj, de manera que los
solicitantes se reservan el derecho y por la presente manifiestan una renuncia de cualquier producto descrito anteriormente, el proceso de elaboración del producto, o el método de utilizar el producto. Cabe señalar que en esta descripción y, en particular en las reivindicaciones y/o párrafos, términos tales como "comprende", "compuesto", "comprendiendo" y similares pueden tener el significado que se le atribuyen en las leyes de patentes norteamericanas, por ejemplo, pueden significar "incluye", "incluido", "incluso", y similares, y que términos como "y que consiste esencialmente de" consiste fundamentalmente en el concepto que se les atribuyen en la ley de patentes norteamericana, por ejemplo, permiten elementos no explícitamente descritos, pero excluyen! elementos que se encuentran en el estado de la técnica ó que afectan a una característica1 de la invención base o novedosa.. Estas y otras modalidades se describen o son obvias de y son abarcadas en la descripción detallada siguiente. Breve Descripción de las Figuras La descripción detallada que sigue, lomada únicamente a i modo de ejemplo, pero que no pretende limitar la invención a las realizaciones específicas descritas, puede sler mejor entendida en relación con los dibujos adjuntos, en los cuajes: Las figuras 1 a 1C muestran diferentes; patrones de tejido de la preforma. La figura 1A muestra la arquitectura del ángulo de
entretejido a través del espesor La figura 1B muestra la arquitectura ortogonal a través del espesor La figura 1C muestra i i la arquitectura de acoplamiento entre capas; i Las figuras. 2A-2B muestran preformas de base con paredes laterales integrales. La figura 2A muestra una preforma básica con paredes laterales longitudinales continuas y paredes laterales integrales transversales discontinuas para formar las celdas
! i rectangulares, de acuerdo con una realización de la invención. La figura 2B muestra una preforma básica 'con paredes laterales longitudinales continuas y paredes ¡ laterales integrales transversales; discontinuas para formar las( celdas rectangulares, de acuerdo con una realización alternativa de la invención; ? La figura 3 muestra una preforma básica con paredes I laterales transversales discontinuas integrales y paredes laterales discontinuas no integrales, que se utilizan para formar las celdas héxagonales, de acuerdo con 'una realización de la invención; Las figuras. 4A 4D muestran la formación de las paredes integrales. La figura 4A muestra una vista lateral de una preforma base que consta de 4 capas de tejido. La figura 4B. muestra cómo las fibras de la capa superior se entrecruzan con las fibras de la tercera capa ,para formar una región entretejida. La figura 4C muestra como se hacen cortes en la capa superior de tal manera que las porciones separadas de la capa superior se crean. La figura 4D muestra cómo la porciones separadas de la capa
superior pueden ser dobladas en la región entretejida para formar las paredes laterales integrales; Las figuras. 5A 5C muestran la forma'ción de las paredes no integrales. La figura 5 A muestra una vista lateral de una preforma de base que consta de 4 capas de tejido. La figura 5B. muestra cóm;o se hacen los cortes en la capa superior de tal manera que se crean porciones separadas de la capa superior. La figura 5C muestra cómo las partes separadas de la capa superior se puede plegar para formar las paredes laterales no integrales; Las figuras 6A-6C muestran la formación de una preforma básica con p'aredes laterales longitudinal ejs continuas y paredes laterales integrales transversales discontinuas para formar las celdas rectangulares, de acuerdo con una realización de' la invención. La figura 6A muestra una viista superior de una preforma base que tiene regiones entretejidas entre las fibras en las direcciones de trama y de urdimbre, y como la capa superior se corta para formar las porciones separadas. La figura 6B. muestra cómo las partes separadas se doblan para formar las paredes laterales longitudinales integrales, y la forma en la segunda capá se corta para formar las porciones separadas. La figura 6C muestra cómo las partes separadas de la capa superior se puede plegar para formar las paredejs laterales integrales transversal; , Las figuras. 7A 7C muestran la formación de una preforma básica con paredes laterales longitudinales i continuas y y paredes
laterales intégrales transversales discontinuas para formar las celdas rectangulares, de acuerdo con una realización alternativa de la invención. La figura 7A muestra una vista superior de una preforma base que tiene regiones entretejida entre las fibras en las direcciones de trama y de urdimbre, y la forma en la capa superior se corta a la forma de porciones s!eparadas. La figura 7B muestra cómo las partes separadas se doblan para formar las paredes laterales longitudinales integrales!, y la forma en la que la segunda capa se corta para formar las porciones separadas. La figura 7C muestra cómo las partes separadlas de la capa superior se pueden plegar para formar las paredes laterales integrales transversales; Las figuras. 8A-8C muestran la formación de una preforma básica con paredes laterales transversales discontinuas integrales y paredes laterales discontinuas1 no integrales, que se utilizan para formar las celdas hexagonales, de acuerdo con una
1 i realización de la invención. La figura 8A muestra una vista superior de una preforma base que tiene entretejido regiones entre las fibras en la dirección de la urdimbre, y la forma en la capa superior se corta para formar las porciones separadas. La figura 8B muestra cómo las partes separadas se doblan para formar las paredes laterales i transversales integrales y no integrales. La figura 8C muestra cómo las paredes laterales no integrales, s'e mueven y se unen a las paredes laterales integrales con el fin de formar la cejda
hexagonal. Descripción Detallada de la Invención En la siguiente descripción, números de referencia iguales designan partes correspondientes a través de las figuras. Además, en la siguiente descripción, se entiende que los términos tales como "frente", "atrás", "izquierda", "derecha", "transversal", "longitudinal", y demás son palabras de conveniencia y no deben interpretarse como términos limitantes. Además, los términos "fibras" y "hilos" se utilizan indistintamente en todas partes y tienen un significado equivalente. Asimismo, los términos "transversal" y "perpendicular" se utilizán indistintamente en todas partes y tienen un significado equivalente. La présente invención se refiere a una preforma tridimensional con paredes laterales, o po¡r lo menos una pared lateral, siempre por lo menos en una dirección. Las paredes laterales pueden ser una parte integral de la preforma, de tal manera que las fibras se entretejen entre l;a base de la preforma o sustrato, y las paredes laterales para ¡fijar los componentes entre sí. Esta ventaja produce una fuerza mucho mayor que los métodos anteriores conjuntos porque ya 'no hay una linea de unión débil entre los componentes, lo que'elimina la posibilidad de delaminación y mejora la tolerancia al daño. La preforma se construye a partir de una sola pieza de material, eliminando así todo el tiempo asociado a cortar capas de capas laminadas y paredes laterales. Además, no hay necesidad de un fijador, que
también ahorra tiempo y costos, y elimina la posibilidad de problemas de compatibilidad con la resina primaria. Primero se teje la preforma plana como una preformal en forma de un tejido I de base. Él tejido de base se dobla en una preforma tridimensional con una porción de sustratoj con paredes laterales en al menos una dirección, por ejemplo, transversal o longitudinal, pero, alternativamente, en más de una dirección, por ejemplo, paredes transversales y longitudinales. La preforma tejida resultante puede ser procesado! en un componente compuesto con la introducción de un material de matriz mediante técnicas con encionales como el moldeado por transferencia de resina o infiltración de vapor químico. Las preformas se pueden utilizar en varias aplicaciones que se conocen en la técnica, como para los componentes estructurales que requieren un material !que es ligero, fuerte, duro, resistente térmicamente, autosuf iciente y con una capacidad de adaptación a ser formado y conformado. Del mismo modo, la preforma se puede utilizar en las aplicaciones y las paredes laterales se puede utilizar como refuerzos en las aplicaciones convencionales de cobertura de refuerzo, con la porción de sustrato actuando como cobertura. La preforma puede ser tejida con fibrjas o hilos de urdimbre y trama o relleno de fibras o hilados con un telar de Jacqua d o un telar de arnés o de lanzadera y captura, sin embargo, cualquier técnica convencional de tejido; conocida puede ser
utilizada para tejer la preforma. La preforma puede abarcar cualquier fibra que puede ser tejida a máquina y pueden ser sintética o natural, tales como materiales de carbono, nylon, rayón, poliéster, fibra de vidrio, algodón, vidrio, cerámica, aramida y polietileno. Las fibras pueden ¡ser tejidas en capas, donde cada una de las capas de la preforma puede tener un patrón como el tejido llano, tela cruzada, s!atin, y entre las capas laminares, ortogonal, o entretejido ángulo.; Por ejemplo, en una arquitectura de de entretejido de ángulo como se muestra en la figura. IA, las fibras de la urdimbre 1 pasan a través de todo el espesor de la; preforma en un ángulo que se define por los picos o la separación de las fibras de la trama 2. En una arquitectura i ortogonal a través de espesores, como se¡ muestra en la figura. 1B, las fibrasi de la urdimbre 1 pasan a través de todo el espesor de la preforma entre los picos o columnas adyacentes de fibras de la trama 2,' por lo que el componente de 'espesor medio es más ; i o menos ortogonal a las caras de la tela. Este tipo de arquitectura por lo general incluye "rellenos" de urdimbre que simplemente pasan entre dos capas de picos sin tejer. E ni una arquitectura de entretejido entre capas, como se muestra en la figura 1C, l;as fibras de la urdimbre 1 sólo pasan una parte de todo el espesor I de la preforma, uniendo dos o más capas entre sí. Las urdimbres l suelen tener un ángulo de entretejido similar a las arquitecturas de ángulo de ; entretejido, pero también puede ser ortogonales. Por ejemplo, la capa 1 en la preforma se puede fijar a la capa 2,
la capa 2 a la capa 3, y así sucesivamente. De acuerdo con una realización de la ¡invención, la invención
! i comprende u;na preforma tridimensional con una o más paredes laterales integrales en el sentido longitudinal y transversal, en el cual se forman celdas laterales rectangulares como se muestra en la figura 2A. Esta preforma originalmente j estaba compuesta por seis capas de tejido, en donde la capa supjerior forma dos hileras de paredes continuas integrales 12 en laj dirección longitudinal (urdimbre) y la segunda capa forma cuatjro hileras de paredes laterales intégrales discontinua 13 en la ! dirección transversal (trama), por ¡lo que las preformas 11 como| se muestra consta de las paredes- laterales continuas integrales 12, las paredes laterales discontinuas integrales 13, y el sustrato compuesto por las otros cuatro capas. En una modalidad alternativa mostrada en la figura. 2B, la i preforma originalmente estaba compuesta p¡or seis capas de tejido en la que forma una capa de tres hileras de paredes continuas I integrales 16i en la dirección longitudinal (urdimbre) y la segunda capa forma cinco filas de paredes laterale¡s integral discontinuas 17 en sentido transversal. Como resultado, lias preformas 15 cómo ? ! se muestra comprenden las paredes laterales discontinuas 16, las paredes laterales integrante discontinua 17, y el sustrato compuesto por las otras cuatro capas. ¡ Por lo! tanto, las variaciones ¡de las modalidades representadas en las figuras 2A y 2B pueden incluir:
• el número de capas que forman la preforma, que es preferiblemente tres o más • el número de paredes continuas o discontinuas el sentido de las paredes laterales continuas y discontinuas, es decir, longitudinal o transversal • las capas que se entretejen • la continua presencia de paredes laterales no integrales, la presencia de paredes laterales discontinuas no integrales, · la presencia de paredes laterales continuas y discontinuas no integrales • la ubicación de las paredes laterales longitudinales y transversales De acu'erdo con otra realización, la invención comprende una preforma tridimensional con paredes laterales integrales en el sentido longitudinal, y paredes laterales no integrales, en las direcciones diagonales, en donde las paredes laterales forman una celda hexagonal como se muestra en la figura. 3. Esta preforma 21 originalmente está compuerta por dos capas de tejido, en donde la capa superior forma cinco filas discontinuas laterales integrales 22 en la dirección longitudinal (urdimbre) dirección y cuatro filas discontinuas laterales no integrales 23 en la dirección diagonal entre la dirección longitudinal y transversal.
Por lo tanto, ,el sustrato de preformas 21 cjomprende una capa de tela. Las paredes laterales diagonales se mueven y se fijan con
las paredes laterales longitudinales para crear la celda hexagonal. Las paredes laterales se extienden en las direcciones 0o, +60 ° y -:60o, lo cual es ventajoso en aplicaciones donde las paredes laterales se utilizan como refuerzos. Este diseño se considera como una configuración casi-isotrópica, ya que la rigidez en elj plano sería igual sin importar en que dirección se aplica la fuerza. Variaciones de la realización mostrada en la figura. 3 pueden incluir: 1 · el número de capas que forman la preforma, que es preferible que sean dos o más • la forma de la celda, que puede incluir cualquier forma poligonal • el número de paredes laterales discontinuas integrales · la dirección de las paredes laterales discontinuas integrales, es decir, urdimbre o trama • la presencia de paredes laterales integrales continuas • el número de paredes laterales discontinuas no integrales,
• la presencia de paredes laterales no; integrales continuas, · la orientación de las paredes laterales no integrales, Por supuesto, la invención también puede comprender una combinación de las preformas representadas en las figuras 1A- IC, 2A-2B y 3, por ejemplo, y podrá incluir paredes laterales integral continuas y discontinuas, combinadas con paredes laterales no integrales para crear formas diferentes como
rectángulos y cuadrados y hexágonos de diferentes tamaños. Como se describió anteriormente, el pliegue se encuentra en los sitios donde los hilos se entretejen entre las capas para formar regiones entretejidas. Las paredes laterales en la dirección de trama se forman a partir de fibras en la dirección de urdimbre entretejiendo entre las capas, mientras que las paredes laterales en la dirección de la urdimbre se forman a partir de fibras en la dirección de la trama. Por ejemplo, la figura 4A muestra una sección transversal de una preforma 31 que consta de cuatro capas de tela (32, 33, 34 y 35). Los círculos representan las fibras en la dirección de la urdimbre 36 (hacia el observador), mientras que las líneas representan las fibras estriadas en la dirección de trama 37. La¡ figura 4B muestra las fibras de la trama de la capa superior que ise entrecruzan con las fibras en la tercera capa. El sitio de entretejido forma la región entretejida 38, que marca donde la capa superior será doblada j para formar la pared lateral integral. La figura 4C muestra que la capa superior tiene que ser cortada 39 para formar porciones separadas 40 de la capa que se pueden plegar hacia arriba para formar la pared lateral. La figura 4D muestra el plegado de la porción separada de la capa superior y la! formación integral de las paredes 41. Las paredes laterales están integradas con al menos una de las otras capas de la preforma, es decir, la tercera capa 34. , También se pueden formar paredes laterales que no estén
integrados con la preforma. La figura 5A muestra una sección transversal de una preforma 51 que consta de cuatro capas de tela (52, 53, 54 y 55). Los círculos representan las fibras en la dirección de la urdimbre 56 (hacia el observador), mientras que las lineas representan las fibras estriadas en la dirección de trama 57. Como se muestra en la figura. 5B, los cortes 58 se hacen en la capa superior para formar porciones separadas 59 de la capa que se puede plegar hacia arriba. La figura 5C muestra el plegado de la porción separada de la capa !superior y la formación de las paredes laterales 60 que no están integradas en la preforma y por lo tanto se pueden mover. En diversas realizaciones, la preforma puede consistir en paredes laterales integrales, que compr nden dos piezas de material que se encuentran estrechamente tejidas con el sustrato. El material adicional se puede colocar entre las dos piezas de tejido para aumentar el grosor de la pared o, para incluir el refuerzo en direcciones distintas de las previstas por el proceso de tejido. Por ejemplo, la tela se puede cortar al sesgo y podría ser colocada entre las partes tejidas de | la pared lateral para producir una pared lateral que tenga 0° y 90° de refuerzo (de las porciones tejidas integralmente) y ± 45 ° de( refuerzo (de la tela al sesgo). La teila de capas al sesgo puede sér tejida usando fibras i o hilos de urdimbre y trama que pueden ser, de punto o de una j matriz no tejida de fibras o hilos. Los hilos de la matriz son ! I paralelos entre sí. La matriz puede se pueide orientar a de 0 0 a
90° con respecto a la orientación de la pared lateral. Al igual que la preforma, el tejido al sesgo puede abarcar cualquier fibra que puede ser te'jida a máquina y pueden ser sintéticos o naturales, tales como materiales de carbono, nylon, rayón, poliéster, fibra de vidrio, algodón, vidrio, cerámica, aramida y polietileno. Las fibras de la tela pueden seguir cualquier patrón de tejido como de fricción, tela cruzada, satín, y entre las capas de láminas, ortogonales, o entretejido de ángulo. Técnicas conocidas en la técnica pueden ser aplicadas p>ara mantener junta la pared lateral laminada. Estas técnicas incluyen costura, formación de T (por ejemplo, ver patente norteamericana no. 6,103,337, que se incorpora al presénte como referencia), etc. ¡ La presente invención se refiere también a un método de formación dé una preforma tejida tridimensional con paredes laterales. El método consiste en proporcionar dos o más capas de tejido en el que una pluralidad de fibras1 de una capa de tela están entretejidas con una pluralidad de fibras de otra capa de tela. Puede 'haber múltiples pares de capas entretejidas. Las paredes laterales son entonces formadas ál corta y luego plegar porciones de las capas de la preforma, empezando por la capa superior. El corte y plegado a continuación, se puede repetir para i las capas adicionales. Las paredes laterales pueden consistir en una o más capas de tela. Las capas laterales consisten d'e una capa de tej'ido
pueden formarse por partes de corte y plegado de la capa superior hacia arriba (por ejemplo, ver las figuras 7B y 7C). Si el pliegue se produce en una región entretejida, y luego la pared
¡ ? lateral que resulta de una sola capa es una pared lateral integral,
; ! de lo contrario, la capa lateral no es integral. Las paredes laterales formadas por dos capas de tela se pueden formar por corte y plegado de dos tramos adyacentes de la capa más superior. Una vez más, si el pliegue se produce en una región entretejida, las paredes laterales resultantes de doble capa están integrados en el sustrato de la preformá, si no, las paredes laterales no; están integrados en el sustrato. Las paredes laterales de más de dos capas pueden estar formadas por paredes móviles no integrales. El sustrato suele ser de construcción de múltiples capas. Por otra parte, la preforma puede ser1 de una construcción híbrida, y consistir de más de un material tal como una mezcla de vidrio y las paredes laterales de hilo dejCarbono. Como ejemplo, la figura 6A-6C muestra cómo la preforma se entreteje y cómo se forman las paredes laterales para la realización mostrada en la figura. 2A. La figura 6A muestra una vista aérea de la preforma tejida antes de que se formen las paredes laterales. Las fibras se entret'ejen entre las capas primera y tercera en la dirección de trama (indicado por "x") en la región entretejida 71 y en la dirección de la urdimbre entre la segunda y tercera capa (marcado por " + ") en la región entretejida
72. Para formar la preforma 11, 73 cortes longitudinales se realizan en la capa superior (indicado por líneas de puntos) para formar porciones separadas 74 que pueden ser levantadas y dobladas. La figura 6B muestra que los cortes longitudinales permiten separar las porciones de la capa a ser doblado de manera que las paredes laterales longitudinales 12 se forman. Estas paredes laterales están integradas con la preforma, ya que el pliegue se produce en la misma región 'de entretejido 71 en la que las capas se entretejen. Los cortes transversales 75 se hacen ahora en la capa más alta para formar porciones separadas 76 de modo que esta capa puede ser levantada y doblada. La figura 6C muestra que los cortes transversales permiten que la sección separada de 'la capa superior se puede doblar de manera que las paredes laterales transversales 13 se , pueden formar. Las preformas resultantes 11 son las mismas que en la realización mostrada en la figura. 2A. Es importante déstacar que la preforma que se muestra en las figuras 6A-6C Puede incluir sólo una pequeña parte de una preforma más grande, en donde el patrón de entrecruzamiento entre las capas que forman las paredes laterales y se repite en las direcciones de urdimbre y trama. Las figuras 7A-7C muestra n cómo se entreteje la preforma y cómo se ;forman las paredes lateraléis para la realización mostrada en la figura 2B. La figura 7A muestra una vista aérea de i i ! la preforma 15 antes de que las paredes laterales se formen. Las i fibras se entretejen entre las capas primera y tercera en la
dirección de trama (marcada por "x") en la región entretejida 81 y en la dirección de la urdimbre (marcada con " + ") entre la segunda y tercera capas entretejidas en la región 82. Los cortes longitudinales 83 se hacen en la capa superior para formar porciones separadas 84 que puede plegarse. La figura 7B muestra que las partes separadas de la capa sujperior se doblan para formar las paredes laterales longitudinales 16, que se integran con la preforma. Los cortes transversales 8,5 se hacen ahora en la capa más alta para formar porciones separadas 86 que puede ser levantadas y dobladas. La figura 7C muestra que los cortes transversales permiten que la capa superijor se pueda doblar de manera que las paredes laterales transversales 17 se pueden formar. La preforma 15 resultante es la misma que en la realización mostrada en la figura 2B. En particular, la preforma se muestra en las figuras 7A-7C sólo podrá representar a una pequeña porción de una preforma más grande, en donde el patrón de entrecruzamiento entre las capas forma las paredes laterales y se repite en las direcciones de urdimbre y trama. Como otro ejemplo, las figuras 8A-8C muestran cómo la preforma se entreteje para la realización mostrada en la figura. 3. La figura 8A muestra una vista aérea de la preforma 21 antes de que las paredes laterales se forman. Las fibras se entretejen en ! la dirección de urdimbre (marcada con !" + ") entre las capas primera y la segunda en los sitios 91. Los cortes longitudinal 92 y transversal 93, marcados por las líneas de puntos, se realizan en
la capa superior para formar porciones separadas 94 en los emplazamientos indicados en la figura 8Ai La figura 8B muestra que la capa superior se pliega para formar las paredes laterales transversales. Las paredes laterales formadas en los lugares en las capas superiores y las segundas ¡capas se entretejen, formarán paredes laterales integrales 22 (¡también se caracteriza I por líneas rrías gruesas), mientras que las paredes laterales se forman en los lugares donde las capas ; no están entretejidas i serán paredes laterales no integrales 23. : Es importante señalar que las figuras 8A-8C representan sólo una pequeña región de la preforma entera, y que el patrón de entretejer las capas se repite en la urdimbre y la trama. Por lo tanto, la. figura 8B muestra que las paredes laterales en las esquinas son partes integrales. La figura 8C muestra cómo las paredes laterales no integrales, se pueden mover para unirse a las paredes laterales y forman integrales dé la celda hexagonal. Las í paredes laterales no integrales, pueden ser articuladas a las paredes laterales integrales pqr métodos conocidos en la técnica como formación en T, acolchonado, y costura. Después de que el tejido de base dobla en una preforma í tridimensional tejida integralmente con paredes laterales, el panel o componente compuesto rígido se pueda formar con la introducción de un material de matriz como epoxido, poliéster, éster de vinilo, cerámica, carbono y/u ;otros materiales, que también exhiben propiedades deseadas físicas, térmicas,
químicas y/ó otras, utilizando técnicas ¡ convectivas como el moldeado por transferencia de resina o infiltración de vapor químico. En consecuencia, se ha demostrado jque un tejido base se pueden diseñar y formar en una preform'a tridimensional tejido ; i con paredes laterales integrales en al menos una dirección. A pesar de una realización preferida de la presente invención y sus modificaciones se han descrito en detalle en éste I documento, se ha de entender que esta invención no se limita a esta realización precisa y sus modificaciones, y que otras modificaciones y variaciones pueden ser efectuadas por un experto en la' técnica sin apartarse del espjíritu y el alcance de la invención tal'como se define en las reivindijcaciones anexas. i
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