MX2011006202A - Estructura de laminado compuesto. - Google Patents

Abstract

Se proporciona una estructura de laminado compuesto que incluye una primera película; una segunda película; un núcleo entre la primera película y la segunda película, el núcleo incluye secciones de núcleo adyacentes y una separación Z-Y que separa las secciones de núcleo adyacentes; y una pluralidad de agrupamientos diferentes de fibras en el eje Z que se extienden desde la primera película a la segunda película a través de secciones de núcleo adyacentes y la división Z-Y separa las secciones de núcleo adyacentes.

Description

ESTRUCTURA DE LAMINADO COMPUESTO CAMPO TECNICO La presente invención se relaciona ' con uná-^méjórá en el campo de estructuras de laminado compuesto conocidas como estructuras tipo emparedado o superpuestas que se forman con películas externas de un compuesto de matriz polimérica y un núcleo interno ya sea de espuma, madera de balsa de grano de extremo o panal de abeja, y de manera más específica con el campo de estas estructuras superpuestas las cuales adicionalmente tienen algún tipo de refuerzo de fibra en el eje Z a través del laminado compuesto y normal al plano de las películas compuestas de matriz polimérica.

ANTECEDENTE DE LA TECNICA La patente de E.U.A. No. 7,217,453 describe una estructura superpuesta laminada compuesta que incluye películas externas de un compuesto de matriz polimérica, un núcleo interno y un refuerzo de fibra en el eje Z a través del laminado compuesto y normal al plano de las películas compuestas de matriz polimérica. La estructura superpuesta de laminado compuesto descrita en la patente de E.U.A. No. 7,217,453 es excelente para muchas aplicaciones. Los inventores de la presente invención, algunos de los cuales son los mismos ' que los inventores de la patente de E.U.A. No. 7,217,453, han desarrollado una estructura superpuesta laminada compuesta nueva que es ideal para aplicaciones en donde se requiere un módulo de cizallamiento mayor, más rigidez, menos deflexión y una capacidad de soporte de carga mayor.

DESCRIPCION BREVE DE IA INVENCION En consecuencia, los aspectos de la invención involucran a un método y un aparato para conformar de manera continua y automática una estructura laminada compuesta reforzada en el eje Z, tridimensional que tenga un módulo de cizallamiento mayor, más rigidez, menos deflexión., y una mayor capacidad de soporte de carga en comparación con la estructura superpuesta laminada compuesta descrita en la patente de E.U.A. No. 7,217,453. La estructura laminada compuesta reforzada en el eje Z tridimensional incluye un panel superpuesto que combina divisiones Z-Y de alto cizallamiento e inserciones de fibra tridimensional .

En otro aspecto de la invención, la estructura de laminado compuesto incluye una primera película; una segunda película; un núcleo entre la primera película y la segunda película, el núcleo incluye secciones de núcleo adyacentes y una división Z-Y que' separa las secciones de núcleo adyacentes; y una pluralidad de agrupamientos distintos de fibras en el eje Z que se extienden desde la primera película a la segunda película a través de secciones de núcleo adyacentes y la división Z-Y que separa las secciones de núcleo adyacentes.

Otros objetivos, características, aspectos y ventajas adicionales de las presentes invenciones se comprenderá mejor con la siguiente descripción detallada de las figuras anexas.

DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1 es una ilustración esquemática de un método y .. aparato para conformar de manera continua y automática la estructura de laminado compuesto reforzado en el eje Z tridimensional objeto; la figura 2 es una vista en sección transversal vertical esquemática de un panel laminado compuesto extruido por estirado en una modalidad preferida, en la cual las fibras del eje Z tridimensionales remachadas se han curado durante el proceso, que muestran detalles laterales. El panel se puede utilizar como una superficie mate de peso ligera nueva para uso en el despegue de aeronaves militares temporal; la figura 3 es una vista ampliada tomada a lo largo de las lineas 3-3 de la figura 2; la figura 4 es una vista ampliada tomada a lo largo de las lineas 4-4 de la figura 3.

La figura 5 es una vista en sección transversal vertical esquemática del panel superpuesto extruido por estirado de la modalidad preferida, justo antes de entrar al troquel de extruido por estirado, en donde los agrupamientos en el eje Z tridimensionales de los filamentos de fibra se han depositado y se preparan para remachado y roblonado en el troquel; la figura 6 es una vista ampliada tomada a lo largo de las lineas 6-6 de la figura 5; .la figura 7_ es_.._una vista ampliada tomada a lo largo de las lineas 7-7 de la figura 6; la figura 8 es una vista ampliada tomada a lo largo de las lineas 8-8 de la figura 2; la figura 9 es una ilustración esquemática de un método y un aparato para conformar de manera continua y automática una modalidad de una estructura laminada compuesta reforzada en el eje Z tridimensional que incluye un panel superpuesto que combina divisiones Z-Y de alto cizallamiento e inserciones de fibras tridimensional; la figura 10 es una vista en sección transversal vertical de una modalidad de una estructura de laminado compuesto reforzado en el eje Z tridimensional que incluye un panel superpuesto que combina divisiones Z-Y de alto cizallamiento e inserciones de fibras tridimensionales; la figura 11 es una vista en sección transversal vertical de una modalidad de un miembro de espuma trapezoidal de la estructura laminada compuesta reforzada en el eje Z tridimensional de la figura 10; la figura 12 es una vista en sección transversal vertical de una modalidad de un miembro de espuma semi-trapezoidal de la estructura del laminado compuesto reforzado en el eje Z tridimensional de la figura 10; la figura 13 es una vista en sección transversal vertical de una modalidad de una división Z-Y de la estructura laminada compuesta reforzada en el eje Z tridimensional de la figura 10; y la figura 14 es una vista en sección transversal vertical de otra modalidad de una división Z-Y de la estructura laminada compuesta reforzada en el eje Z tridimensional de la figura 10.

DESCRIPCION DE LA MODALIDAD PREFERIDA Antes de describir modalidades de un método y un aparato para formar de manera continua y automática una modalidad de una estructura laminada compuesta reforzada en el eje Z tridimensional que incluya un panel superpuesto que combine divisiones Z-Y de alto cizallamiento e inserciones de fibras tridimensionales, se describirá primero un método y aparato para conformar una estructura laminada compuesta reforzada de fibra en el eje Z tridimensional extruida por estirado y remachada.

La figura 1. ilustra un método y aparato para conformar una estructura de laminado compuesta reforzada de fibra en el eje Z tridimensional extruido por estirado y remachado. La dirección de extruido por estirado es de izquierda a derecha en la figura 1, como se muestra por las flechas. Los componentes clave del aparato se volverán evidentes a través de la siguiente descripción.

En la figura 1 se muestran los sujetadores 34 y 35. Estos típicamente son dispositivos accionados hidráulicamente que pueden sujetar un panel 32 de laminado compuesto completamente curado conforme sale del troquel 26 de extruido por estirado. Estos sujetadores operan por el método de mano sobre mano. Cuando el sujetador 34 es fijado al panel 32, se mueve a una velocidad programada en la dirección del extruido por estirado, jalando el panel 32 curado desde el troquel 26. El sujetador 35 espera hasta que el sujetador 34 ha completado ¦ su desplazamiento completo y después regresa a su posición original .

Previamente a estos sujetadores, las materias primas son jaladas al interior del troquel de la siguiente manera. Debe reconocerse que la totalidad de las materias primas son materiales nuevos conforme llegan de los diversos fabricantes en la parte izquierda de la figura 1. La fibra 20 puede ser fibra de vidrio, ya sea en rodillos de hilos con una estera de hebra continua o puede ser tela tal como una tela tejida x-y o una mecha tejida. Además del vidrio, puede ser de carbono o aramida u otra fibra de refuerzo. Un material 22 de núcleo se suministra dentro de la conformación inicial de la preforma de superposición. Las películas de la superposición se pueden conformar a partir de las capas de fibra 20 tanto en la parte superior como en la inferior de la preforma 30 de superposición. El núcleo 22 será la sección central de la superposición. El núcleo se puede elaborar de uretano o espuma PVC, u otras espumas similares con densidades desde 0.032 g/cm3 (2 libras por pie cúbico) a densidades mayores que se aproximan a 0.19 g/cm3 (12 libras por pie cúbico). De manera alternativa, el núcleo 22 se puede elaborar de madera de balsa de grano de extremo que tiene las propiedades de 0.096 g/cm3 (6 libras por pie cúbico) hasta 0.256 g/cm3 (16 libras por pie cúbico).

Las materias primas son dirigidas, automáticamente, en el procedimiento a un sistema de guia en el cual la resina de una fuente 21 comercial se dirige a una estación de eliminación de humedad primaria dentro de un tanque 23 de resina. La preforma 30 secada sale del tanque de resina y su estación de eliminación de volumen en una condición sin volumen, de manera que el espesor de la sección 30 de panel está muy cercano al espesor final del laminado compuesto final. Estos paneles pueden tener un espesor desde 6.4 mm (0.25 pulgadas) a 10 cm (4 pulgadas) o mayores. Los paneles pueden tener cualquier anchura desde 10 cm (4 pulgadas), de ancho hasta 366 cm (144 pulgadas) de ancho o mayores. La preforma 30 después se puede dirigir a la máquina 24 de deposición de fibra del eje Z que proporciona la deposición de los agrupamientos en el eje Z tridimensionales de los filamentos de fibra. Los detalles de la manera en que la máquina 24 de deposición de filtro del eje Z funciona es el objeto de la patente de E.U.A. No. 6,645,333, la cual se incorpora como referencia en la presente en caso de que no se haya presentado por completo. Este sistema es controlado por computadora de manera que se pueden realizar una amplia variedad de inserciones. La máquina 24 puede operar mientras esta estacionaria o puede moverse de manera sincronizada a la velocidad del sujetador 34. Los agrupamientos de filamentos de fibra se instalan automáticamente por esta máquina en la preforma 31 que después es jalada desde la máquina 24 de deposición de fibra en el eje Z. La preforma 31 ha cambiado desde la preforma 30 en únicamente la deposición de los agrupamientos en el eje Z tridimensionales de los filamentos de fibra, la totalidad de los cuales son filamentos nuevos conforme llegan del fabricante, tal como Owens Corning.

La preforma 31 modificada de la figura 1 ahora automáticamente entra a una estación 39 de secado secundario. La estación 39 puede ser el secado primario, la estación 23 de eliminación, como un método alternativo. Esta estación ayuda a completar el secado de la resina completo de la estructura de laminado compuesto que incluye los agrupamientos en el eje Z tridimensionales de los filamentos. La preforma 31 después entra al troquel 26 de extruido por estirado mencionado antes y a través de la preforma 31 de calor se lleva a una temperatura suficiente para provocar catalizacion del panel laminado compuesto. El troquel 26 de salida es la sección 32 de panel curado final la cual es suficientemente fuerte estructuralmente para ser sujetada por los sujetadores 34 y 35.

La estructura superpuesta de la figura 1 después se puede elaborar en cualquier longitud practicable mediante requerimientos de manejo y transporte. Posterior a los sujetadores 34 y 35, la preforma 32 en realidad es "empujada" en el sistema de máquina de rectificado posterior, 36 y 37. Aquí, una máquina CNC (de control numérico de computadora) de ejes múltiples se mueve en un portal sincronizado con la velocidad de jalado del sujetador y puede maquinar detalles en la estructura/panel de laminado compuesto durante el proceso. Estos pueden ser orificios de pernos, enrutado de borde, rectificado o recorte. La máquina 36 es la cabeza de ejes múltiples controlada... por la computadora 37. Después del recorte, la parte 33 se retira para ensamblado o para entarimado y transporte .

La figura 2 ilustra una sección transversal vertical de una modalidad preferida. Es una sección transversal de un panel 40 que tiene un grosor de 38 mm (1.5 pulgadas) y una anchura de 122 cm (48 pulgadas) y se puede utilizar como una corredera/desplazamiento/rampa temporal para aeronaves militares. En lugares remotos, se deben construir pistas de aterrizaje rápidamente y puede ser de peso ligero para transporte por aire y manejo. El panel 40 de la figura 2 obtiene estos objetivos.

Debido a que ha sido reforzado con los agrupamientos en el eje Z de filamentos de fibra, el panel puede resistir el peso de neumáticos de aeronave asi como la maquinaria pesada. Dado que el panel 40 es de peso ligero, de aproximadamente 1.5 g/cm2 (3 libras por pie cuadrado) obtiene un objetivo para el ámbito militar, en términos de transporte y manejo. Debido a que 40 es extruido por estirado automáticamente por el procedimiento que se ilustra en la figura 1, se puede producir a un precio razonable para el ámbito militar. También se muestra en la figura 2 las conexiones de borde 41 y 42. Estas son idénticas pero están invertidas. Esto permite que los paneles 40... de pista también conocidos como esteras, se conecten y se inmovilicen en su lugar. Claramente, otras aplicaciones para estas estructuras compuestas existen más allá de esta modalidad.

La figura 3 es una vista ampliada tomada a lo largo de las lineas 3-3 de la figura 2. La figura 3 muestra la sección transversal de la estructura laminada compuesta, que incluye las depresiones superior e inferior 51a y 51b, respectivamente. El núcleo 52, el cual se muestra como espuma, claramente puede ser otro material de núcleo tal como madera de balsa de grano de extremo. También se muestran varios agrupamientos de eje Z tridimensionales de los filamentos 53 de fibra los cuales están separados, en esta modalidad, por una separación de cada 6 mm (0.25 pulgadas) y tienen un diámetro de aproximadamente 2 µp? (0.080 pulgadas). Se puede ver de la figura 3 que los agrupamientos de los filamentos 3 de fibra son remachados o roblonados al exterior de las películas 51a y 51b. La figura 4 es una vista ampliada tomada a lo largo de las líneas 4-4 de la figura 3. La figura 4 muestra el material 52 de núcleo y la sección 51a de película superior y la sección 51b de película inferior. Estas secciones de película tienen un espesor de aproximadamente 3 mm (0.125 pulgadas) en esta modalidad y consisten de 6 capas de material de vidrio cosido X-Y de un peso de 0.81 kg/m2 (24 onzas por yarda cuadrada) . Los agrupamientos en el eje Z de los filamentos 53 de fibra se pueden observar claramente en la figura 4. El remachado o roblonado de estos filamentos, los cuales fijan la película y el núcleo uniéndolos, se pueden ver claramente.

La figura 2, la figura 3 y la figura 4 muestran el material de estera de pista como se produciría en el método y aparato de la figura 1. La sección 40 esquemática en la figura 2 está completamente curada como abandonaría el troquel 26 de extruido por estirado. Dibujos similares a estas mismas secciones se muestran para la preforma en el material de estera de pista como se observaría justo antes de entrar al troquel 26 de extruido por estriado en la figura 5, la figura 6 y la figura 7. En la figura 5, en la figura 6 y en la figura 7 se correlacionan con la preforma 31 de la figura 1. La figura 2, la figura 3 y la figura 4 se correlacionan con la preforma 32 y la parte 33 de la figura 1.

La figura 5 ilustra esquemáticamente la totalidad del panel 61 de estera como una preforma. El extremo del panel 62 no muestra los detalles 42 de la figura 2 por claridad. Las líneas 6-6 indican una sección ampliada que se muestra en al figura 6.

.La figura. 6 muestra las películas 71a y 71b, el núcleo 72 y los agrupamientos tridimensionales de los filamentos 73 de fibra en el eje Z. Uno puede observar la salida de los filamentos de fibra por encima y por debajo de las películas 71a y 71b por una distancia Hl y H2, respectivamente. Las líneas 7-7 indican una ampliación adicional la cual se ilustra en la figura 7.

La figuras 7 muestra la preforma con el núcleo 72 y el material 71a de película superior y un grupo único de filamentos 73 de fibra de eje Z. Nótese que la posición saliente de los filamentos de fibra, la cual altera la entrada del troquel de extruido por estirado se doblarán sobre si mismos y se roblonarán o remacharán con la película compuesta. Debido a que las películas 71a y 71b se elaboran de material X-Y y el agrupamiento de los filamentos de fibra son en la dirección normal respecto a X-Y, o la dirección Z, la película compuesta en la región del agrupamiento tridimensional de filamentos de fibra se dice que es un compuesto tridimensional.

La figura 8 es una vista ampliada tomada a lo largo de las líneas 8-8 de la figura 2 y que muestra esquemáticamente un material 87 de núcleo, un material de película 88a y 88b y un material 89 compuesto interior. Como se ha establecido, este material 89 puede consistir de material de. fibra X-Y que es el mismo que el material de película 88a y 88b pero que es de anchura estrecha, por ejemplo, de 5.1 cm (2 pulgadas) a 7.6 cm (3 pulgadas) en su modalidad coincidente. Los agrupamientos tridimensionales de los filamentos 84 de fibra en el eje Z se depositan por la máquina 24 de deposición de eje Z recién desarrollada, que se muestra en la figura 1 y es operada independientemente de la densidad del material. Los agrupamientos tridimensionales de filamentos en el eje Z de fibras se pueden depositar fácilmente a través ya sea del material 87 de núcleo o un material 89 X-Y de densidad mayor. La junta 85 de conexión de entrelazamiento puede ser maquinada en la forma de 85 en la figura 8 o puede ser extruida por estirado y conformada por el troquel de extruido y estirado. En la figura 8, la junta 85 es maquinada. En caso de ser extruida por estirado, los agrupamientos tridimensionales de filamentos de fibras en el eje Z en 85 pueden mostrar extremos roblonados o ribeteados. Claramente, se pueden utilizar otras juntas o superposiciones de entrelazamiento para conectar paneles coincidentes .

La figura 9 ilustra modalidades de un método y un aparato para conformar de manera continua y automática una modalidad de una estructura laminada compuesta reforzada en el eje Z tridimensional que incluye un panel superpuesto que combina divisiones Z-Y de alto cizallamiento e inserciones de fibra tridimensional. La dirección de extruido por estirado es de izquierda a derecha (desde el extremo frontal de la linea al extremo trasero de la linea) en la figura 9, como se muestra por las flechas. Los componentes clave del aparato se volverán evidentes en la siguiente descripción en donde elementos similares tienen como referencia los números de referencia pero con el sufijo "b".

Los rodillos 6b de la tela 8b de material de división Z-Y se muestran en un extremo del aparato (por ejemplo extremo izquierdo/frontal del aparato/linea). La tela 8b de material de división Z-Y se muestra que proviene de los rodillos 6b como una tela 6b plana desenrollada. La tela 8b se desenrolla por el procedimiento automático de extruido por estirado, el cual incluye jalado de un panel 32b curado en los sujetadores 22b cerca de un extremo opuesto del aparato (por ejemplo, el extremo derecho/trasero del aparato/linea) . Los sujetadores 22b son sujetadores 22b mano- sobre mano que fijan secuencialmente el panel 32b curado y jalan el panel 32b desde un troquel 26b de curado. La materia prima desde la parte anterior es jalada a la misma velocidad que el panel 32b curado.

La. tela 8b de división Z-Y es jalada hacia una estación 37b de conformación. La estación 37b de conformación incluye herramientas que orientan la tela 8b de división Z-Y en una orientación generalmente Z-Y (aproximadamente 45 grados en relación a, y entre una dirección Z pura y una dirección Y pura; véase, por ejemplo, el elemento 60b, figura 13, el elemento 70b, figura 14) . La tela 8b de división Z-Y corre consistentemente en la dirección de extruido por estirado, en la dirección de las flechas mostradas. Secciones 15b de espuma anguladas se insertan y se alojan en lados opuestas de las divisiones Z-Y, ya sea por encima o por debajo de las divisiones 20b Z-Y conformadas que salen de la estación 37b de conformación. Estas secciones de espuma 15b pueden tener una longitud de 1.2 m (4 pies) o una longitud de 2.4 m (8 pies), por ejemplo y pueden tener una sección transversal trapezoidal tal como la sección 53b trapezoidal de espuma que se muestra en la figura 11. La sección 53b trapezoidal de espuma de la figura 11 está orientada correctamente para ser la sección 15b de espuma que está por encima de las divisiones 20b Z-Y (en la dirección +Z) . La sección 53b trapezoidal de espuma tiene su borde más grande directamente debajo de las películas 55b superiores de la superposición. Si la sección 53b trapezoidal de espuma se hace girar 180 grados a lo largo de su eje X, se vuelve la sección 54b trapezoidal de espuma de la figura 10 y por lo tanto la sección 15b de espuma inferior de la figura 9. Las secciones 15b de espuma de esta manera se insertan para llenar el espacio interior por encima y por debajo de la tela 8b de división Z-Y de manera que la suma total de la espuma 15b y la tela 8b de división Z-Y forma un espacio interior generalmente rectangular del panel 32b de superposición (véase, por ejemplo, la figura 10) . Las películas superior e inferior se conforman por material 12b de tela que se desenrolla por el procedimiento de extrusión por estirado desde los rodillos 10b. La combinación completa de materia prima (películas 12b superiores, sección de espuma 15b combinada con divisiones 20b Z-Y y películas 12b inferiores) es jalada en la formación de la herramienta/bandeja 38b y sale como un material 29b de preforma seca.

El material 29b de preforma seca después entra al procedimiento/ensamblado 9b de inserción tridimensional en donde conjuntos separados de fibra tridimensional se insertan a través del material 29b de preforma seca. Los conjuntos separados de fibra tridimensional se depositan a través de las películas 55b superiores (figura 10, la espuma combinada/divisiones Z-Y 60b y 70b y las películas inferiores^ 56b en una modalidad, terminando en un corte de los conjuntos que resulta en la deposición de conjuntos separados. El procedimiento de inserción i tridimensional/ensamblado 9b se sincroniza con la velocidad de extruído por estirado de los sujetadores 22b. El montaje 9b de inserción tridimensional preferiblemente es sobre un portal sincronizado de manera que no hay movimiento relativo entre la preforma seca 29b y el montaje 9b de inserción tridimensional; no obstante, en una modalidad alternativa, el movimiento relativo entre el montaje 9b de inserción tridimensional y la preforma 29b seca se permiten. Un ejemplo de procedimiento/ensamblado de inserción tridimensional utilizado como el procedimiento/ensamblado 9b de inserción tridimensional se muestra y se describe en la patente de E.U.A. 7,105,071, la cual se incorpora como referencia en la presente como se ha establecido de manera completa.

Saliendo del montaje 9b de inserción tridimensional existe un paquete después de las inserciones 30b, el cual después entra en la herramienta 23b de inyección de resina. El empaque de la preforma se humedece completamente en la herramienta 23b de inyección de resina y sale como un paquete 31b humedecido. La clave del desempeño de humedecimiento en la herramienta 23b de inyección, .de ..resina es el hecho de que los conjuntos separados de fibras tridimensionales actúan como pajas, o mecanismos de capilaridad, jalando resina al material de edición Z-Y interno y a los conjuntos de fibras tridimensionales internos. La totalidad del paquete 31b humedecido después entra al troquel 26b de extruido por estirado en donde el panel superpuesto se cura en un panel 32b curado saliente. Después de salir de los sujetadores 22b (se muestran dos sujetadores 22b, pero en modalidades alternativas pueden existir múltiples sujetadores 22b de hasta cuatro o más, en donde todos están programados para estar sincronizados, o para compartir la carga, según sea el caso) , un mecanismo de corte, el cual preferiblemente también está sincronizado, corta el panel 23b curado en longitudes predeterminadas de manera que un panel 33b terminado se apila y se entarima para su transporte .

Con referencia desde la figura 10 hasta la figura 14, se describirá una modalidad de una estructura laminada compuesta reforzada en el eje Z, tridimensional, que incluye un panel 40b superpuesto que combina divisiones Z-Y de alto cizallamiento e inserciones de fibra tridimensional (por ejemplo el panel 33b terminado, figura 9) .

La figura 10 muestra una modalidad del panel 40b superpuesto,, el cual .en una aplicación ejemplar tiene un espesor de aproximadamente 7.6 cm (3 pulgadas) y una anchura de 122 cm (48 pulgadas). Los circuios de burbuja 12, 13 y 11, 14 muestran dos características de la sección transversal del panel. En el círculo de burbuja mostrado 11, 14 se encuentran las secciones trapezoidales de espuma 53b y 54b. La sección 53b trapezoidal de espuma también se muestra en la figura 11. Nótese que la sección 53b trapezoidal de espuma y la sección 54b trapezoidal de espuma son secciones trapezoidales de espuma idénticas, en donde la sección 54b trapezoidal de espuma está invertida en relación a la sección 53b trapezoidal de espuma.

En la burbuja 12, 13 se muestra la mitad de una sección 83b trapezoidal de espuma la cual también se muestra en la figura 12. También se muestra la burbuja 12, 13 una división 60b Z-Y, la cual también se muestra en la figura 13. Las secciones trapezoidales de espuma 53b, 54b y 83b son miembros de espuma alargados longitudinalmente. Aunque se muestran secciones trapezoidales, en modalidades alternativas se utilizan una o más secciones en forma de polígono, rectilíneas y/o curvilíneas en el panel 40b superpuesto. Por ejemplo, pero no a modo de limitación, se pueden utilizar secciones triangulares (por ejemplo espuma sólida, hueca) , tal como se muestra y describe en la patente de.E.U.A. número 4,223,053.

La figura 10 también muestra una película 55b superior y una película 56b inferior que conforman las superficies externas del panel 40b superpuesto. Adicionalmente, los conjuntos de fibras tridimensionales/inserciones 58b se muestran uniendo a todos los materiales (películas, secciones de espuma y divisiones Z-Y) . Los conjuntos de fibra tridimensional/inserciones ejemplares utilizados como los conjuntos de fibra tridimensional/inserciones 58b se muestran y describen en la patente de E.LJ.A. número 7,105,071, la cual ' se incorpora como referencia en la presente como se describe de manera completa.

La figura 11 es una vista en sección transversal vertical de una modalidad de la sección transversal 53b de espuma trapezoidal la cual, por ejemplo, puede tener una longitud de 122 cm (48 pulgadas) o una longitud de 244 era (96 pulgadas), pero en cada caso con la sección transversal que se muestra en la figura 11.

La figura 12 es una vista en sección transversal vertical de una modalidad del miembro 83 de espuma semitrapezoidal el cual, como su nombre indica, es exactamente una sección 53b cortada a la mitad.

La figura 13 es una vista en sección transversal vertical de una modalidad de una división 60b Z-Y que está orientada en la dirección +Z y en la dirección -Y, a sustancialmente 45 grados en relación a la horizontal. Aunque las divisiones Z-Y se mostrarán y describirán en la presente como orientadas en la dirección Z y en la dirección Y sustancialmente a 45 grados en relación a la horizontal, en modalidades alternativas, las divisiones Z-Y están orientadas en la dirección Z y la dirección Y en un ángulo entre 0 grados y 90 grados en relación a la horizontal. La porción 61b coincidente superior es aquella porción de la división Z-Y que coincide con el interior de la película 55b superior. De igual manera, la porción 62b coincidente inferior es aquella porción de la división Z-Y que coincide con el interior de la película 56b inferior.

La figura 14 es una vista en sección transversal vertical de otra modalidad de una división 70b Z-Y. La división 60b Z-Y se repite nuevamente en la figura 14 y se muestra con la división 70b Z-Y, la cual está orientada en la dirección +Z y en la dirección +Y sustancialmente a 45 grados en relación a la horizontal. La porción 71b coincidente superior es aquella porción de la división Z-Y que coincide con el interior de la película 55b superior. De igual manera, la porción 72b coincidente inferior es aquella porción de la división Z-Y que coincide con el interior de la película 56b inferior.

En la figura 14, con fines de claridad, se muestra una ligera separación entre la porción de extremo 71b, 72b de la división 70b Z-Y y una porción de extremo 61b, 62b de la división 60b Z-Y. En realidad, las porciones de extremo 71b, 72b y 61b, 60b de las dos divisiones Z-Y 70b y 60b pueden estar unidas a tope, superpuestas o unidas/coincidentes de alguna otra manera para formar una mejor conexión con las películas 55b, 56b y las inserciones 58b de fibra tridimensional. En la figura 10 se muestra una configuración de junta a tope como la junta 80b a tope. En una modalidad alternativa, las porciones de extremo 71b, 72b y 61b, 60b de las dos divisiones Z-Y 70b y 60b se superponen adyacentes a la primera/superior película 55b y la segunda/inferior película 56b para formar una película más gruesa localizada. Esta película más gruesa localizada puede tener un efecto estructural positivo dado que las concentraciones de tensión de un panel bajo carga pueden encontrar una del primer modo de fallas que son en conexión, o nodo, de las divisiones Z-Y y las películas. Al superponer estas divisiones, se proporciona un incremento localizado en el área en sección transversal con lo que se minimiza el efecto de la concentración de tensión mencionada, antes. Además, la inserción de fibras en el eje Z en esta ubicación, o nodo, ayuda a unir la totalidad de la región localizada junta, lo que retarda aún más cualquier separación bajo carga.

Por lo tanto, el panel 40b superpuesto combina una serie de divisiones Z-Y y un procedimiento de deposición de fibra tridimensional para crear una estructura laminada compuesta reforzada en el eje Z tridimensional. Las divisiones Z-Y, junto con los materiales de película y la espuma interior, sin alimentados continuamente en el extremo frontal de una linea de extruido por estirado, vía el uso de una herramienta de suministro única. Estas preformas después se someten a deposición computarizada de conjuntos separados de fibras tridimensionales, los conjuntos se depositan a través de las películas superiores, espumas combinadas/divisiones Z-Y y películas inferiores en un movimiento, terminando en un corte de los conjuntos lo que resulta en la deposición de conjuntos separados.

La preforma nueva después se somete a impregnación de resinas (en una modalidad alternativa, la resina puede de antemano estar "unida" o "preimpregnada" a los conjuntos de fibras) y después se cura en un sistema de troquel. El procedimiento completo es automatizado y requiere muy poca supervisión por operadores de la maquinaria .

Las inserciones de fibra tridimensional proporciona beneficios significativos a las divisiones Z-Y en que ambas tienen propiedades estructurales mejoradas debido a la presencia de la otra. La técnica anterior en extruido por estirado tiene ejemplos incluidos de formas de divisiones Z-Y, extruídas por estirado ya sea con espuma o mandriles (lo que resulta en secciones interiores huecas en donde la espuma de otra manera estaría localizada) . La totalidad de estos paneles de extruido por estirado, cuando se someten a cargas, fallan ya sea en la compresión de expresor pasante, en la separación de las divisiones Z-Y en sus intersecciones o ya sea en las películas superior o inferir o en el doblado por compresión de las divisiones Z-Y mismas. Las deposiciones de fibras tridimensionales retardan, retrasan o eliminan estos puntos de falla. En primer lugar, en la compresión de espesor pasante, cada conjunto de fibras tridimensional puede presentar una resistencia a una fuerza de compresión de 72 kg (160 libras) antes del doblado. Con cuatro conjuntos por pulgada cuadrada (0.62 conjuntos/cm2 (o 576 conjuntos por pie cuadrado (6200 conjuntos por metro cuadrado)), esto representa 44,996 g/cm2 (92,160 libras por pie cuadrado) de resistencia de pandeo o alabeno del panel, en donde las divisiones Z-Y y la espuma no necesitan ser los únicos elementos internos que resistan el pandeo de espesor pasante. En segundo lugar, la falla-separación en la intersección de las divisiones Z-Y y las películas se elimina virtualmente . Las conexiones de conjunto tridimensional, las cuales son extremadamente eficaces para eliminar deslaminación de las películas desde la espuma, ahora proporcionan resistencia a la deslaminación entre los puntos de conexión de las divisiones Z-Y y las películas. En tercer lugar, durante ciertas aplicaciones de doblado, la división Z-Y puede buscar pandearse debido a fenómeno de "pandeo de columna larga", como se describe por las fórmulas de pandeo de Euler. El pandeo critico de una sección es inversamente proporcional al cuadrado de su longitud y esta longitud se ve reducida eficazmente en muchos lugares debido a la conexión con conjuntos de fibras tridimensionales estabilizantes.

No solo las divisiones Z-Y mejoradas por la fibra tridimensional sino la fibra tridimensional también se mejora por las divisiones Z-Y. En primer lugar, el pandeo de columna larga de la fibra tridimensional (aunque tradicionalmente estabilizado por espuma) mejora conforme la longitud efectiva de las fibras tridimensionales disminuye jdebido a la conexión con las divisiones Z-Y. En segundo lugar, el módulo de cizallamiento de núcleo de los conjuntos de fibras tridimensionales, en combinación con la espuma y las películas, tradicionalmente es bajo. Muchas aplicaciones requieren que el panel sea significativamente más rígido (más resistente al doblado y las deflexiones) y la adición de las divisiones Z-Y incrementa de manera significativa los paneles. Por ejemplo, el panel de fibra tridimensional tradicional desarrollado por Ebert Composites Corporation, el mismo beneficiario de la presente solicitud cuando se presentó, conocido y comercializado como Transonite , tiene un módulo de cizallamiento de entre 13.8 MPa (2000 psi) y 55.2 MPa (8000 psi), dependiendo de los patrones de inserción tridimensionales y la densidad. Al agregar las divisiones Z-Y, el módulo de cizallamiento del panel aumenta a 241 MPa (35,000 psi) y 345 MPa (50,000 psi) dependiendo del espesor y procedimiento de laminado de las divisiones Z-Y mismas.

Una ventaja de la presente estructura laminada compuesta reforzada en el eje Z tridimensional incluye un panel superpuesto que combina divisiones Z-Y de alto cizallamiento e inserciones de fibra tridimensional que incluye, pero no a modo de limitación, un módulo de cizallamiento grande y un panel más rígido con menos capacidad ..de deflexión y mayor soporte de carga. Esto es importante cuando el panel superpuesto se utiliza como un sustituto para otros materiales de alta rigidez (que son mucho más pesados) tales como acero y concreto. Las aplicaciones para el panel superpuesto incluyen, pero no a modo de limitación, plataformas de puentes (para peatones o vehículos) , esteras para lodo (utilizadas como esteras de aterrizaje temporales en campos, carreteras para aeronaves temporales, caminos temporales para transportes de petróleo y gas que se desplazan sobre áreas irregulares, tundra y similares) , pozos que requieren pocas deflexiones y pisos para camiones/trailérs y similares, sustituciones en donde los paneles superpuestos utilizan balsa como un núcleo o un panal de abeja de alto cizallamiento, tarimas para aeronaves y contenedores.

Otra ventaja del panel superpuesto es que el uso de la división Z-Y no agrega significativamente al peso de un panel tradicional ni la capacidad de producción automatizada (ya sea complejidad o velocidad del procedimiento de extruido por estirado) . El panel superpuesto también tiene una duración de fatiga más prolongada en comparación con un panel tradicional.

Una ventaja adicional del panel superpuesto es el incremento de las divisiones Z-Y y las inserciones de fibra tridimensional,, por encima del desempeño de cualquiera de las mismas, como se ha explicado en lo anterior.

Una ventaja adicional del panel superpuesto es que el cizallamiento se pueda adecuar por procedimientos de laminado de las divisiones Z-Y. En modalidades alternativas, cada división Z-Y tiene una o más capas/pliegos (por ejemplo 2 capas, 3 capas) . La división Z-Y se elabora de un material de tela de fibra cuadriaxial, que tiene orientación de fibra en las direcciones de 0 grados/90 grados +/- 45 grados, cuando el material de fibra se tiende plano sobre una superficie horizontal. Cuando el mismo material se coloca en la dirección Z-Y descrita, existen elementos de fibra en la dirección X, la dirección Z-Y y la dirección Z-Y-X. Al variar la cantidad y dirección de esta tela de fibra cuadriaxial, los valores de cizallamiento y otras características de desempeño se pueden adecuar en una variedad/familia de valores, infinitos .

Las figuras anteriores pueden mostrar configuraciones ejemplares de la invención, las cuales se realizan para ayudar en la comprensión de las características y funcionalmente que se pueden incluir en la invención. La invención no se limita a las arquitecturas o configuraciones ilustradas sino que se puede implementar utilizando. una diversidad de arquitecturas y configuraciones alternativas. De manera adicional, aunque la invención se describe en lo anterior en términos de modalidades ejemplares e implementaciones , debe entenderse que las diversas características y funcionalidades descritas en una o más de las modalidades individuales con las cuales se les describe, pero en vez de esto se pueden aplicar solas o en alguna combinación a una o más modalidades de la invención adicionales, modalidades que se describen o no o rasgos que se presentan o no como parte de una modalidad descrita. De esta manera, el ámbito y alcance de la presente invención, especialmente en las siguientes reivindicaciones, no debe limitarse a cualquiera de las modalidades ejemplares descritas en lo anterior.

Los términos y frases utilizados en este documento y variaciones de los mismos, a menos que se establezcan de manera expresa en otro sentido, deben considerarse como abiertos en oposición a limitantes. Como ejemplos de lo anterior: el término "incluye" debe leerse que significa "que incluye, sin limitación" o similar; el término "ejemplo" se utiliza para proporcionar instancias ejemplares del tema a discusión, y no una lista exhaustiva o limitante de la misma; y los adjetivos tales como "convencional", "tradicional", "estándar", "conocido" y términos con significado similar debe considerarse como limitantes del tema descrito en un periodo de tiempo dado o en un tema disponible de un tiempo dado, pero en vez de esto deben leerse que abarcan tecnologías convencionales, tradicionales, normales y estándar que pueden estar disponibles o conocidas ahora o en cualquier momento en el futuro. De igual manera, un grupo de temas relacionados con la conjunción "y" no deben leerse que se requiere que todos y cada uno de estos temas esté presente en el agrupamiento, más bien, debe entenderse que indica "y/o" a menos que se establezca de manera expresa en otro sentido. Similarmente, un grupo de temas relacionados con la conjunción "o" no debe considerarse que requiere exclusión mutua entre ese grupo, más bien, debe leerse que significa "y/o" a menos que se establezca de manera expresa en otro sentido. Además, aunque el tema, los elementos o componentes de la descripción se pueden describir o reivindicar en forma singular, se contempla la forma plural dentro del alcance de la misma a menos que se establezca explícitamente una limitación a la forma singular. La presencia de palabras y frases que amplían el concepto tales como "uno o más", "por lo menos", "pero no limitado a" u otras frases similares en algunos casos no debe leerse que significa que se busca o que se requiere un caso más estrecho, en..casos en donde pueden estar ausentes frases que amplían el concepto.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Una estructura laminada compuesta, caracterizada porque comprende: una primera película; una segunda película; un núcleo entre la primera y segunda película, el núcleo incluye secciones de núcleo adyacentes y una división Z-Y que separa las secciones de núcleo adyacentes; y una pluralidad de agrupamientos distintos de fibras en el eje Z que se extienden desde la primera película a la segunda película a través de secciones de núcleo adyacentes y la división Z-Y que separa las secciones de núcleo adyacentes.

2. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 1, en donde los agrupamientos de fibras en el eje Z generalmente son perpendiculares a la primera película y a la segunda película.

3. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 1, en donde los extremos de las fibras en el eje Z se extienden en la primera película y la segunda película.

4. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 1, en donde la primera película y la segunda película comprenden un material X-Y.

5. La estructura laminada compuesta como se describe en la ' reivindicación 1, en donde las secciones de núcleo adyacentes se elaboran de espuma.

6. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 1, en donde la división Z-Y se extiende sustancialmente a 45 grados en relación a la horizontal .

7. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 1, en donde las secciones de núcleo adyacentes incluyen porciones respectivas colocadas verticalmente una en relación a la otra y separadas por la división Z-Y y la pluralidad de agrupamientos distintos de fibras en el eje Z se extienden desde la primera película a la segunda película a través de secciones colocadas verticalmente . respectivas y la división Z-Y separa las secciones colocadas verticalmente.

8. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 1, en donde la primera película y la segunda película comprenden fibras de vidrio.

9. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 1, en donde la división Z-Y comprende fibras de vidrio.

10. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 1, en donde las secciones de núcleo están alargadas longitudinalmente y tienen una sección transversal en forma de polígono.

11. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 10, en donde las secciones de núcleo incluyen una combinación de secciones de núcleo de polígono y semipolígono gue se combinan para formar un núcleo sustancialmente plano.

12. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 1, en donde la estructura laminada compuesta incluye un módulo de cizallamiento de por lo menos 241 MPa (35,000 psi).

13. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 1, en donde la estructura laminada compuesta incluye una pluralidad de divisiones Z-Y separadas respectivas entre secciones de núcleo adyacentes respectivas .

14. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 1, en donde la división Z-Y se extiende en una dirección Z + y una dirección Y +.

15. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 1, en donde la división Z-Y se extiende en una dirección Z+ y una dirección Y -.

16. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 1, en donde las fibras en el eje Z transfieren por capilaridad resina líquida cuando la estructura laminada compuesta se somete a resina líquida, lo que agrega integridad de curado a la totalidad de la estructura laminada compuesta.

17. La estructura laminada compuesta como se describe en la reivindicación 1, en donde la división Z-Y incluye una o más divisiones Z-Y, una o más divisiones Z-Y incluyen porciones de extremo que se superponen adyacentes a la primera película y la segunda película para formar una película más gruesa localizada.