MXPA04000950A

MXPA04000950A - Metodo para entrelazar los extremos superior y del fondo de las fibras del eje z en las respectivas superficies superior y del fondo de un producto laminado compuesto.

Info

Publication number: MXPA04000950A
Application number: MXPA04000950A
Authority: MX
Inventors: M Hook James
Original assignee: Ebert Composites Corp
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2005-02-17
Also published as: CA2456017A1; EP1412164A1; JP2006192904A; JP4266990B2; JP2004536726A; ATE509755T1; CA2456017C; EP1412164B1; WO2003011577A1; EP1642702A3; AU2002319748B2; EP1642702A2; JP4510446B2; EP1642702B1

Abstract

Un metodo y aparato para formar una estructura (33) laminada, compuesta, reforzada con fibras, del eje Z, Las extruida con estirado y entrelazada, mejorada. Las cubiertas superior e inferior (51a, 51b) y el nucleo (22) se jala de forma automatica a traves del herramental (23) donde el material de cubierta se humecta con resina y el producto laminado (33) compuesto, completo se preforma a su espesor casi final. El producto laminado compuesto preformado continua siendo jalado en una maquina (24) de deposito de fibras del eje Z 3-dimensional automatica que deposita "agrupaciones de filamentos de fibra" en multiples ubicaciones normales al plano de la estructura laminada completa y corta cada agrupacion individual tal que una extension de cada "agrupacion de filamentos de fibra" permanece por arriba de la cubierta superior y por debajo de la cubierta inferior. El producto laminado compuesto preformado entonces continua siendo jalado en una estacion (39) secundaria de humectacion. Luego, el producto laminado compuesto, preformado viaja a un dado (26) de extrusion por estirado donde las "agrupaciones extendidas de filamentos de fibra" se doblan por arriba de la cubierta superior y por abajo de la cubierta del fondo produciendo un refuerzo de fibras del eje Z. entrelazado, superior conforme el producto laminado compuesto continua siendo jalado, catalizado y curado en la seccion posterior del dado de extrusion por estirado. El producto laminado compuesto continua siendo jalado por sujetadores que entonces lo alimentan en una maquina CNC de caballete (36, 37) que esta sincronica con la velocidad de tiro de los sujetadores (34, 35) y donde toman lugar las operaciones computarizadas de maquinado, perforacion y corte. Este metodo completo se logra automaticamente sin la necesidad de operadores humanos.

Description

WO 03/011577 Al I M [ f II I I I! ] J 11 i [ 11 : 1M 11 G ; ! ! 1 11111! II [ II Published: For two-ieller codes and other abbrevialions. refer lo the "Guid- — wilh internacional search report ance Notes on Codes and Abbrevialions" appearing at the begin- ning of each regular issue of ihe PCTGazelte. 1 MÉTODO PARA ENTRELAZAR LOS EXTREMOS SUPERIOR Y DEL FONDO DE LAS FIBRAS DEL EJE Z EN LAS RESPECTIVAS SUPERFICIES SUPERIOR Y DEL FONDO DE UN PRODUCTO LAMINADO COMPUESTO ' Referencia a la Solicitud Relacionada Esta solicitud reclama la prioridad de la solicitud de patente provisional No. 60/281838 presentada el 6 de abril del 2001 y la solicitud provisional de patente No. 60/293939 presentada el 29 de mayo del 2001. Esta solicitud también reclama la prioridad de la solicitud de patente de los Estados Unidos No. 09/922,053 presentada el 2 de agosto del 2001.

Campo Técnico La presente invención se refiere a una mejora en el campo de estructuras laminadas compuestas conocidas como estructuras de intercalación formadas con cubiertas exteriores de un producto compuesto de matriz de polímero y un núcleo interno ya sea de espuma, madera de balsa de grano terminal, o panal, y de manera más específica, al campo de estas estructuras de intercalación que tienen adicionalmente algún tipo de refuerzo de fibras del eje Z a través del producto laminado compuesto y normales al plano de las cubiertas de producto compuesto de matriz de polímero.

Técnica Antecedente Existe un uso extensivo en la industria del transporte de estructuras laminadas compuestas debido a su peso ligero y atractivo desempeño. Estas industrias incluyen aeroespacial , marina, ferrocarrilera y vehículos de base en tierra. Las estructuras laminadas compuestas se elaboran principalmente de cubiertas de un producto compuesto de fibras de matriz de polímero, donde la matriz es ya sea una resina termoendurecible o termoplástica y la fibra se forma de agrupamientos de filamentos de fibra de vidrio, carbono, poliamida aromática o similares. El núcleo se forma de madera de balsa de grano terminal, panal de hoja metálica o papel de poliamida aromática, o de una amplia variedad de espumas de uretano, PVC, o espumas fenólicas, o similares. Las fallas típicas en la estructura laminada pueden re'sultar de la falla del núcleo bajo fuerzas compresivas o en el corte o, más comúnmente, de una falla de la unión o capacidad adhesiva entre el núcleo y las cubiertas compuestas (también conocidas como hojas de superficie) . Otras fallas, dependiendo de la carga, pueden incluir rizado de una o más cubiertas, fallas de flexión de la estructura laminada, o falla del medio de unión de bordes desde el cual se transfieren ciertas cargas a la estructura laminada. Se han otorgado ciertas patentes para una técnica 3 para introducir refuerzos que están normales a los planos de las cubiertas, o en ?? 1?3 a la dirección normal (perpendicular) . Esto algunas veces se llama la dirección "Z" puesto que es común referirse a ' las coordenadas de las cubiertas laminadas como caen en un plano que incluye las coordenadas X e Y. De esta manera, las coordenadas X e Y se refieren algunas veces como un producto compuesto bi-dimensional o producto compuesto 2-D. Esto es especialmente apropiado puesto que las cubiertas sé elaboran muchas veces de tejidos de fibra que se cosen o tejen y cada uno se coloca en la parte superior del otro formando pliegues o capas de un producto compuesto de una forma en 2-D. Una vez curadas estas capas 2-D son productos laminados 2-D y cuando se presenta la falla en este producto compuesto curado, las capas fallan típicamente y esto se conoce como falla Ínterlamina . Las patentes que se han otorgado que introducen refuerzos que están normales al plano X e Y, o en general en la dirección Z, se dice que van a introducir refuerzos en la tercera dimensión o son refuerzos 3-D. El propósito del refuerzo 3-D es mejorar el desempeño físico de la estructura de intercalación mediante su presencia, mejorando en general todos los mecanismos de falla resumidos anteriormente, y algunos por un -amplio margen. Por ejemplo, se ha mostrado que la resistencia compresiva de una estructura laminada con núcleo de espuma con cubiertas curadas de vidrio y éster vinílico puede ser tan baja como 30 libras/pulgada2. Al adicionar 16 refuerzos 3-D por pulgada cuadrada, la resistencia compresiva puede exceder 2500 libras/pulgada2. Esto es una mejora de 83 veces. Childress en la patente de los Estados Unidos Número 5,935,680, Boyce et al., en la patente de los Estados Unidos No. 5,741,574 así como Boyce et al, en la patente de los Estados Unidos No. 5,624,622 describen refuerzos Z-direccionales que se depositan en la espuma por un proceso inicial y entonces se colocan de forma secundaria entre pliegues de tejido de fibra y a través de calor y presión, la espuma aplasta o aplasta parcialmente forzando los refuerzos en la cubierta. De forma práctica, estos refuerzos son espigas o varillas y requieren una cierta rigidez para ser forzadas en la cubierta o capas de superficie. Aunque Boyce et al . , describe "miembros de haz de filamentos" como el refuerzo Z-direccional , prácticamente, estos son miembros de filamentos curados, o miembros de filamentos parcialmente curados que tienen rigidez . Como Boyce describe en la patente, de los Estados Unidos No. 5,624,622, la compresión del núcleo de espuma "impulsará" los miembros de filamentos a las hojas de superficie. Esto no puede ser posible a menos que los refuerzos Z-direccionales o 3-D sean un producto compuesto curado o espigas metálicas . 5 Un rollo estándar de hilado de fibra de vidrio de Owens Corning, viene típicamente en varios rendimientos (de yardas por peso) y un rendimiento de 113 contendrá en un rollo o peso de 40 libras de 113 hilados de rendimiento. En el estado no curado, estos hilados son múltiples . filamentos de fibra de vidrio, cada uno con un diámetro de menos de 0.0005 pulgadas. El hilado, no curado como viene de Owens Corning, algunas veces llamado un "haz de filamento" , contiene cientos de estos filamentos de diámetro extremadamente pequeño. Estos cientos de filamentos se deben referir como una "agrupación de filamentos de fibra" . Estas agrupaciones de filamento de fibra se refieren algunas veces, por aquellos expertos en la técnica como haces de filamentos. Es imposible impulsar un haz virgen de filamentos de fibra de vidrio, o agrupación de filamentos de fibra, como se envía de un fabricante de fibra de vidrio tal como Owens Corning, a través de una hoja superficial de superficie. El agrupamiento de los filamentos de fibra se doblará y retorcerá y no se impulsará desde el portador de espuma en la cubierta u hojas de superficie como se describe por Boyce et al. Por lo tanto, el "haz de filamento" descrito por Boyce et al, debe ser una espiga o varilla rígida a fin de trabajar para el proceso como se describe. Se mostrará que la presente invención permite fácilmente el depósito de estas agrupaciones de filamentos de fibra, una forma completa a través de la estructura laminada de cubierta-núcleo-cubierta, una nueva mejora en este campo de estructuras laminadas reforzadas 3-D. Esta cuestión se verifica adicionalmente por una patente anterior de Boyce et al , patente de los Estados Unidos No. 4,808,461, en la cual se hace la siguiente declaración: "El material de los elementos de refuerzo tienen de manera preferente rigidez suficiente para penetrar la estructura compuesta sin doblarse y puede ser un material elemental tal como aluminio, boro, grafito, titanio, o tungsteno" . Esta patente referenciada, particular depende del núcleo que es un "material térmicamente descomponible" . Otras patentes de los Estados Unidos que se incluyen en la presente como referencia son: Boyce et al, No. 5,186,776; Boyce et al No. 5,667,859; Campbell et al No. 5,827,383; Campbell et al No 5,789,061, Fusco et al 5,589,051. Ninguna de las patentes referidas indica que los procesos referidos pueden ser automáticos y sincrónicos con la extrusión con estirado, ni ninguna de ellas señala que los procesos pueden ser sincrónicos y estar en línea con la extrusión con estirado. Day describe en las patentes de los Estados Unidos Números 5,589,243 y 5,834,082 un proceso para hacer una espuma de combinación y ' un núcleo no curado de tejido de fibra de vidrio que se moldea posteriormente. La fibra de vidrio en el núcleo nunca penetra las cubiertas del 7 producto laminado y en cambio se sugieren bandas en la entrecara del tejido interior de fibra y las cubiertas para crear una banda mayor de resina. Esta es una manera pobre de intentar unir el núcleo a las cubiertas puesto que la banda será significativamente más débil que si la fibra interior penetrara las cubiertas. Day tiene el mismo problema que Boyce et al que se ha analizado anteriormente. Es decir, el tejido interior no curado en la patente de Day está flojo y no se puede "impulsar" hacia las cubiertas u hojas de superficie sin que sea rígido. De esta manera, la única manera para tomar los refuerzos preinstalados en la espuma, y luego posteriormente moldear estas a las hojas de superficie bajo presión, y tener además la fibra interior formada en las cubiertas, se tienen refuerzos rígidos, tal como espigas o varillas rígidas o como en el caso de Day, hojas rígidas. Boyce et al, en la patente de los Estados Unidos Número 5,186,776 depende del ultrasonido para insertar una fibra a través de un producto laminado sólido que no es una estructura de intercalación. Esto sólo será posible con un producto compuesto termoplástico que esté ya curado y cierta debilidad se desarrollará de la re-fusión de una matriz termoplástica después de la primera solidificación. El ultrasonido no es un requisito de la presente invención puesto que se describen medios nuevos y mejorados para 8 depositar grupos de filamentos de fibras. La patente de los Estados Unidos Número 5,869,165 describe refuerzos 3-D de "púas" para ayudar a prevenir el deslizamiento. La presente invención tiene un desempeño superior ya que los grupos 3-D de filamentos de fibra se extienden más allá de las cubiertas en ambos lados del producto laminado compuesto, tal que un remachado o entrelazado, de los extremos de los filamentos se presenta cuando los extremos de los filamentos se introducen en el dado de extrusión con estirado y se curan "en línea" . 31 entralazado proporciona un desempeño mejorado al deslizamiento, mucho de la misma manera como el remache metálico en la hoja metálica, que se entrelaza o dobla sobre los extremos, mejora el "deslizamiento" de ese remache contra una espiga o una espiga unida en el metal laminado. Esto es diferente 'del estado actual de la técnica. La fibra a través del núcleo ya sea se termina en las cubiertas, incapaz de penetrar las cubiertas, o conforme varillas puras ' penetran parte o toda la cubierta, pero no se remacha o entralaza. Y muchas de las técnicas preferidas no trabajarán con núcleos que no se aplasten tipo espuma. Por ejemplo, la presente invención también trabajará con un núcleo tal como madera de balsa, que no se aplasta y de esta manera no puede "impulsar" varillas o espigas curadas en una cubierta u hoja de superficie. Adicionalmente, la dificultad, la transición desde una estructura laminada compuesta a un borde se puede ajustar fácilmente con la presente invención. Como se mostrará posteriormente, una estructura laminada compuesta se puede extruir con estirado con agrupaciones 3-D entrelazadas de filamentos de fibra y al mismo tiempo los bordes del producto laminado compuesto extruido con estirado pueden consistir del producto compuesto sólido con el mismo tipo y cantidad de agrupación 3-D de filamentos de fibra que penetran la entrecara completa cubierta-producto compuesto central-cubierta . Como se mostrará, las cubiertas pueden permanecer continuas y la espuma interior puede hacer una transición al producto laminado compuesto sólido sin interrumpir el proceso de extrusión con estirado. Es un objeto de esta invención proporcionar una alternativa de bajo costo a los planteamientos actuales tal que la estructura laminada compuesta pueda encontrar su uso en muchas aplicaciones de transporte que son sensibles al costo. Todos . los procesos de la técnica anterior referidos tienen un grado de labor manual comprendido y han sido sólo exitosos a la fecha donde el aeroespacio está deseoso de pagar los costos de esta labor manual . La presente invención es completamente automática y de esta manera tendrá precios de venta extremadamente bajos. Por ejemplo, anteriormente se mencionó que al adicionar un cierto número de grupos de filamentos de fibra a un producto laminado compuesto de 10 núcleo de espuma que la fuerza compresiva mejoró de 30 libras/pulgada2 a más de .2500 libras/pulgada2. Esto se puede lograr por solo $0.30 por pie cuadrado de costo. Ninguna de las técnicas de procesamiento existentes referida puede compararse a esta relación de desempeño-costo. Esto se puede lograr debido al método automatizado para formar la estructura laminada compuesta. Otras diferencias y mejoras llegarán a ser evidentes conforme se den descripciones adicionales de la presente invención.

Breve Descripción de la Invención El método y aparato para formar una estructura compuesta, reforzada con fibras en el eje Z, extruida con estirado y entrelazada, inicia con una pluralidad de carretes ' superiores e inferiores que suministran fibras de materia prima qué se forman respectivamente en cubiertas superiores e inferiores que se alimentan en una estación de humectación primaria dentro de un tanque de resina. Se alimenta un material de núcleo en la estación de humectación primaria entre las cubiertas superiores e inferiores respectivas para formar una preforma laminada compuesta. Las cubiertas superiores e inferiores del núcleo se jalan automáticamente a través del herramental donde el material de cubierta se humecta con la resina y se pre-forma el producto laminado compuesto completo a casi su espesor 11 final. La preforma laminada compuesta continúa jalándose en una máquina de depósito de fibras del eje Z 3-D dimensional que deposita "agrupaciones de filamentos de fibra" en múltiples ubicaciones normales al plano de la estructura laminada compuesta y corta grupos individuales tal que una extensión de cada "agrupación de filamentos de fibra" permanece por arriba de la cubierta superior y por debajo de la cubierta inferior. El producto laminado compuesto, preformado entonces continúa jalándose e una estación secundaria de humectación. Luego, el producto laminado compuesto preformado se jala a través de una boquilla de extrusión por estirado donde las "agrupaciones extendidas de filamentos de fibra" se doblan todas por arriba de la cubierta superior y por abajo de la cubierta inferior produciendo un refuerzo de fibra del eje Z, entrelazado, superior o forme el producto laminado compuesto continúa siendo jalado, v y curado en una sección posterior del dado de extrusión por estirado. El producto laminado compuesto continúa siendo jalado por sujetadores que entonces lo alimentan en una máquina CNC de caballete que está sincrónica con la velocidad de tiro de los sujetadores y donde toman lugar las operaciones computar!zadas de maquinado, perforación y corte. El proceso completo se logra automáticamente sin la necesidad de operadores humanos. 12 Es un objeto de la invención proporcionar una nueva estructura laminada, compuesta, mejorada que tiene agrupaciones 3-D remachadas o entralazadas de filamentos de fibra como parte de la estructura para proporcionar resistencia me orada a la deslaminación de las cubiertas o la deslaminación de las cubiertas a la estructura de núcleo. También es un objeto de la invención proporcionar un nuevo método para formar la estructura laminada compuesta en donde se utiliza un proceso sincrónico automático de extrusión por estirado, que tiene materia prima, por ejemplo, fibra de vidrio tal como hilado tejido o fibra de vidrio cosida junto con resina y material de núcleo jalado en el frente una línea de extrusión por estirado y luego una estación de depósito automática coloca agrupaciones del eje Z 3-D de filamentos de fibra a través de una preforma de intercalación, casi en forma de malla y deja intencionalmente estas agrupaciones más largas que el espesor de la estructura de intercalación, con una salida adicional . Esto entonces se sigue por una estación adicional de humectación para complementar una estación anterior de humectación. La preforma entonces se jala a un dado de extrusión por estirado y se cura en línea y las agrupaciones del eje Z 3-D de filamentos de fibra se remachan, o se entrelazan en el dado para proporcionar un refuerzo superior con respecto a la técnica anterior. La estructura laminada, 13 compuesta, curada entonces se alimenta en un centro de trabajo CMC de viaje donde se presentan las operaciones finales de maquinado de fabricación, perforación, taladrado y corte. La operación completa se logra sin intervención humana . Es otro objeto de la invención utilizar materiales de núcleo que no requieran disolución o triturado como lo requieren los métodos previos de la técnica anterior. Es un objeto adicional de la invención proporcionar un nuevo panel extruido por estirado que pueda ser de longitud continua, capaz de 100 pies de longitud o más y con anchos tan grandes como 12 pies o más. Es un objeto adicional de la invención producir una estructura laminada compuesta reforzada del eje Z, 3-D en donde los bordes son un producto compuesto 3-D sólido para permitir la formación de una forma de unión o el maquinado de una conexión. Es otro objeto de la invención proporcionar una modalidad preferida.de una pista de despegue temporal, pista de rodaje o rampa para aeronaves militares. Esta estructura laminada compuesta reemplazará la estructura de aluminio actual más pesada, (conocida como estera) y se puede desplegar y montar fácilmente. Los refuerzos del eje Z, 3-D, asegura que los paneles puedan resistir el peso completo de las cargas de neumáticos del aeronave, aun son 14 suficientemente ligeros para el fácil y manejo.

Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una descripción esquemática de un método y aparato para formar de forma ' continua y automática la estructura laminada compuesta, reforzada, del eje Z, 3-D. La Figura 2 es una vista en sección transversal, vertical, esquemática de un panel laminado compuesto extruido con estirado en una modalidad preferida, en el cual las fibras del eje Z, 3-D, entrelazadas se han curado en linea, que muestra detalles laterales. Este panel se usará como una nueva superficie de estera de peso ligero para uso en una pista de despegue temporal de aeronaves militares. La Figura 3 es una vista aumentada tomada a lo largo de las líneas 3-3 de la Figura 2. La Figura 4 es una vista aumentada tomada a lo largo de las líneas 4-4 de la Figura 3. La Figura 5 es una vista en sección transversal, vertical, esquemática -del panel de intercalación extruido con estirado de la modalidad preferida, justo antes de entrar al dado de extrusión por estirado, en donde se han depositado las agrupaciones del eje Z, 3-D, de filamentos de fibra, y se preparan para el entrelazado y remachado en el dado . La Figura 6 es una vista aumentada tomada a lo 15 largo de las líneas 6-6 de la Figura 5. La Figura 7 es una vista aumentada tomada a lo largo de las líneas 7-7 de la Figura 6; y La Figura 8 es una vista aumentada tomada a lo largo de' las líneas 8-8 de la Figura 2.

Descripción de la Modalidad Preferida La Figura 1 ilustra un método y aplicación para formar una estructura laminada compuesta reforzada con fibras del eje Z, 3-D extruida con estirada y entrelazada. La dirección de extrusión por estirado es de izquierda a derecha en la Figura 1 como se muestra por las flechas. Los componentes clave del aparato llegarán a ser evidentes a través de la siguiente descripción. Mostrados en la Figura 1 están los sujetadores 34 y 35. Estos son típicamente dispositivos hidráulicamente accionados que pueden sujetar un panel 32 laminado, compuesto, completamente curado conforme sale del dado 26 de extrusión por estirado. Estos sujetadores operan en un método de mano por mano. Cuando el sujetador 34 se sujeta al panel 32, se mueve a una velocidad programada en la dirección de la extrusión por estirado, jalando el panel 32 curado del dado 26. El sujetador 35 espera hasta que el sujetador 34 ha terminado su carrera completa y entonces toma el control . 16 Corriente arriba de estos sujetadores, las materias primas se jalan al dado de la siguiente manera. Se debe reconocer que toda la materia prima es materia virgen conforme arriba de los varios fabricantes a .la izquierda de la Figura 1. La fibra 20 puede ser fibra de vidrio, ya sea en rollos de hilado con estera de fibra de hebra continua o puede ser tejido tal como tejido cosido en x-y o hilado tejido. Además de la fibra de vidrio, puede ser fibra de carbono o- poliamida aromática u otra fibra de refuerzo. Se alimenta un material 22 de núcleo en la formación inicial de la preforma de intercalación. Las cubiertas de la intercalación se formarán de las ' capas de fibra 20 tanto en la parte superior como en el fondo de la preforma 30 de intercalación. El núcleo 22 será la sección central de la intercalación. El núcleo se puede hacer de espuma de uretano o PVC, u otras espumas similares en densidades de dos fibras por pie cúbico o densidades mayores que se aproximan a 12 libras por pie cúbico. De manera alternativa, el núcleo 22 se puede elaborar de madera de balsa de grano terminal que tiene las propiedades de densidad de 6 libras por pie cúbico a 16 libras por pie cúbico. Las materias primas se dirigen, automáticamente, en el proceso a un sistema guía. en el cual la resina de una fuente comercial 21 se dirige a una estación primaria de humectación dentro del tanque 23 de resina. La preforma 30 humectada sale del tanque de resina y su estación de reducción de volumen en una condición de volumen reducido, de modo que el espesor de la sección 30 de panel está muy cercano al espesor final del producto laminado compuesto final. Estos paneles pueden ser de cualquier espesor desde 0.25 pulgadas a 4 pulgadas, o más. Los paneles pueden ser de cualquier ancho desde 4 pulgadas de ancho a 144 pulgadas de ancho, o más. La preforma 30 entonces se dirige a la máquina 24 de depósito de fibras del eje Z que proporciona el depósito de las agrupaciones del e e Z 3-D de filamentos de fibra. Los detalles en cuanto a como funciona la máquina 24 de depósitos de fibras del eje Z es el sujeto de la Solicitud Provisional de patente referida número 60/293,939 y la solicitud de patente de los Estados Unidos No. 09/922,053 presentada el 02 de agosto del 2001 que se incorpora en esta solicitud de patente como referencia. Este sistema se controla por computadora de modo que se puede hacer una amplia variedad de inserciones. La máquina 24 puede operar ' en tanto que está- estacionaria o puede moverse de manera sincrónica con la velocidad del sujetador 34. Las agrupaciones de filamentos de fibra se instalan de forma automática por esta máquina en la preforma 31 que entonces se jala de la máquina 24 de depósito de fibras del eje Z. La preforma 31 se ha cambiado desde la preforma 30 por sólo el depósito de las agrupaciones del eje Z 3-D de filamentos de 18 fibra, todos los cuales són filamentos vírgenes como han arribado del fabricante, tal como Owens Corning. La preforma modificada 31 de la Figura 1 ahora entra automáticamente a una estación 39 secundaria de humectación. La estación 39 puede ser la estación 23 de eliminación, primaria, de humectación como un método alternativo. Esta estación ayuda al término de la humectación completa de resina de la estructura laminada compuesta, incluyendo las agrupaciones del eje Z 3-D de filamento de fibra. La preforma 31 entonces entra dado 26 de extrusión por estirado mencionado anteriormente y mediante el calor la preforma 31 se pone a una temperatura suficiente para provocar que se catalice el panel laminado compuesto. Saliendo del dado 26 está la sección 32 de panel, curada, final que ahora es estructuralmente fuerte de forma suficiente para ser sujetada por los sujetadores 34 y 35. La estructura de intercalación de la Figura 1 entonces se puede hacer de cualquier longitud practicable por los requerimientos de manejo y envío. Corriente abajo los sujetadores 34 y 35, la preforma 32 realmente se está "empujando" en el sistema 36 y 37 de máquina de perforación corriente abajo. Aquí, una máquina CNC (control numérico por computadora) de múltiples ejes se mueve en un caballete sincrónico con la velocidad de tiro del sujetador, y la máquina puede detallar la estructura/panel laminado 19 compuesto en línea. Estos pueden ser agujeros de perno, ruta de borde, perforación o corte. La máquina 36 es el cabezal de múltiples ejes controlado por la computadora 37. Después del corte, la parté 33 se remueve para el montaje o entarimado y envío . La Figura 2 ilustra una sección transversal vertical de una. modalidad preferida. Es una sección transversal del panel 40 que es de 1.5 pulgadas de grueso y 48 pulgadas de ancho y se usará como una pista de despegue temporal/pista de rodaje/o rampa para una aeronave militar. En ubicaciones remotas, se deben erigir rápidamente campos aéreos y ser de peso ligero para transportar por aire y para el manejo. El panel 40 de la Figura 2 logra estos objetivos. Debido a que se ha reforzado con los agrupamientos del eje Z de filamentos de 'fibra, el panel puede resistir el peso de los neumáticos de la aeronave, asi como maquinaria pesada. Puesto que el panel 40 es de peso ligero, a aproximadamente 3 libras por pie2, logra un objetivo para el ejército, en términos de transporte y manejo. Debido a que el 40 se extruye por estirado automáticamente por el proceso ilustrado en la Figura 1, se puede producir a un precio costeable para el ejercito. También mostradas en la Figura 2 están las conexiones de borde, 41 y 42. Son idénticas pero invertidas. Estas permiten que los paneles 40 de pista de despegue también conocidas como esteras, se conecten y 20 aseguren en su lugar. Claramente, existen más allá de esta modalidad otras aplicaciones para estas estructuras compuestas . La Figura 3 es- una vista aumentada tomada a lo largo de las líneas 3-3 de la Figura 2. La Figura 3 muestra la sección transversal de la estructura laminada compuesta, que incluye las cubiertas superior e inferior 51a y 51b, respectivamente. El núcleo 52, que se muestra como espuma, claramente puede ser otro material de núcleo tal como madera de balsa de grano terminal. También mostradas están las varias agrupaciones del eje Z 3-D de los filamentos 53 de fibra, que se separan en esta modalidad cada 0.25 pulgadas y son de aproximadamente 0.080 pulgadas de diámetro. Se puede ver de la Figura 3 que las agrupaciones de los filamentos 53 de fibra se entrelazan, o remachan al exterior de las cubiertas, 51a y 51b. La Figura 4 es una vista aumentada 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 cubierta superior y la sección 51b de cubierta inferior. Estas secciones de cubierta son de aproximadamente 0.125 pulgadas de grueso en esta modalidad y consisten de 6 capas de material de vidrio cosido X-Y a 24 onzas por yarda2 de peso. Las agrupaciones del eje Z de filamentos 53 de fibra se puede ver claramente en la Figura 4. El entrelazado o remachado de estos filamentos, que asegura la cubierta y el 21 núcleo conjuntamente, se puede ver claramente. Las figuras 2, 3 y 4 muestran el material de estera de pista- de despegue como se producirá en el método y aparato de la Figura 1. La sección esquemática 40 en la Figura 2 se cura completamente conforme deja el dado 26 de extrusión por estirado. Se muestran dibujos similares de estas mismas secciones para la preforma del material de estera de pista de despegue como se verá antes de entrar al dado 26 de extrusión por estirado por las Figuras 5, 6 y 7. Las figuras 5, 6 y 7 -correlacionan con la preforma 31 de la Figura 1. Las Figuras 2, 3 y 4 correlacionan con la preforma 32 y la parte 33 de la Figura 1. La Figura 5 ilustra esquemáticamente el panel 61 de estera completo 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 aumentada que se muestra en la Figura 6. La Figura 6 muestra las cubiertas 71a y 71b, el núcleo 72 y las agrupaciones 3-D de filamentos 73 de fibras del eje Z. Se puede ver la salida de los filamentos de fibra por arriba y por abajo de las , cubiertas 71a y 71b por una distancia Hl y H2 , respectivamente. Las ¦ líneas 7-7 indican un aumento adicional que se ilustra en la Figura 7.. La Figura 7 muestra la preforma con el núcleo 72 y el material 71a de cubierta superior y un grupo individual 22 de filamentos 73 de fibra del eje Z. Se señala la posición de salida de los filamentos de fibra, que después de entrar al dado de extrusión por estirado se doblarán y remacharán, o entrelazarán, a la cubierta compuesta. Puesto que las cubiertas 71a y 71b se elaboran de material X-Y y la agrupación de filamentos de fibra están en la dirección normal a X-Y, o la dirección Z, la cubierta compuesta en la región del agrupamiento 3-d de filamento de fibra se va a decir que es un producto compuesto tri -dimensional . La Figura 8 es una vista aumentada tomada a lo largo de las lineas 8-8 de la Figura 2 y representa esquemáticamente un material 87 de núcleo, un material 88a y 88b de cubierta y un nuevo material 89 compuesto interior. Como se señala, este material 89 consistirá de material de fibra X-Y que es el mismo como el material 88a y 88b de cubierta pero es de un ancho más estrecho, por decir 2 a 3 pulgadas de ancho en esta modalidad de estera. Las agrupaciones 3-D de filamentos 84 de fibra del eje Z se depositan por la recién desarrollada máquina 24 de depósito del eje Z en la Figura 1, y se operan independientes de la densidad del material. Las agrupaciones 3-D de los filamentos de fibra del eje Z se pueden depositar fácilmente a través de ya sea el material 87 de núcleo o el material 89 X~Y de mayor densidad. La unión 85 de conexión de interbloqueo se puede ya sea trabajar a máquina en la forma de 85 en la Figura 8 o se puede extruir por estirado y formar por el dado de extrusión por estirado. En la Figura 8 se trabaja a máquina la unión 85. Si se extruye por estirado, las agrupaciones 3-D de los filamentos de fibra del eje Z en 85 mostrarán extremos remachados o entrelazados. Claramente, se pueden usar otras uniones o traslapes de interbloqueo para conectar los paenels de estera.

Claims

24 REIVINDICACIONES 1. Un método para entrelazar los extremos superior y del fondo de las fibras de refuerzo del eje Z en las superficies respectivas de la parte superior y del fondo de un producto laminado compuesto, que comprende: proporcionar al menos dos rollos de material de fibra compuesto en al menos dos carretes y los rollos de material de fibra compuesto en cada uno de los carretes que tiene un extremo frontal; montar los rollos del material de fibra compuesto en una preforma laminada compuesta- que tiene una cubierta superior que tiene una superficie superior, una cubierta del fondo que tiene una superficie del fondo, un eje X y un eje Y; alimentar la preforma laminada compuesta en una máquina de depósito de fibras del eje Z por lo que se depositan fajos de fibras del eje Z en la preforma laminada compuesta en ubicaciones predeterminadas a lo largo del eje X y el eje Y; los fajos de fibras del eje Z que tiene cada uno un extremo superior que se extiende a una altura predeterminada Hl por arriba de la superficie superior de la cubierta superior y un extremo del fondo que se extiende a una H2 predeterminada por abajo de la superficie del fondo de la cubierta del fondo,- la preforma laminada compuesta sale de la máquina de depósito de fibras del eje Z como una preforma laminada, compuesta, modificada; y alimentar la preforma laminada, compuesta, modificada en un medio de sujeción donde los extremos respectivos de la parte superior y del fondo de los fajos de fibras del eje Z se entrelazan en la superficie superior respectiva de la cubierta superior y la superficie del fondo de la cubierta del fondo de la preforma laminada, compuesta, modificada; la preforma laminada, compuesta, modificada sale del medio de sujeción como un panel laminado, compuesto, montado.
2. Un método según la reivindicación 1, que comprende además alimentar los extremos frontales de los rodillos del material de fibra compuesto en un tanque de resina antes del montaje de los rodillos del material de fibra compuesto en la preforma laminada compuesta; los rodillos de material de fibra compuesto se revisten con una resina en el tanque de resina.
3. Un método según la reivindicación 2, que comprende además reducir el volumen de la preforma laminada compuesta antes de salir del tanque de resina.
4. Un método según la reivindicación 1, que comprende además alimentar la preforma laminada compuesta en un tanque de resina después de que la preforma laminada compuesta modificada sale de la máquina de depósito de fibra del eje Z; el producto laminado compuesto modificado se reviste con una resina en el tanque de resina.
5. Un método según la reivindicación 4, en donde al menos uno de los rodillos del material de fibra compuesto 26 está en la forma de un rollo de hilado de estera de hebra continua.
6. Un método según la reivindicación 4, en donde al menos uno de los rollos del material de fibra compuesto está en la forma de una tela cosida del eje X-Y.
7. Un método según la reivindicación 4, en donde al menos uno de los rollos del material de fibra compuesto está en la forma de una tela tejida de hilado.
8. Un método según la reivindicación 4, que comprende además montar un material de núcleo entre al menos dos de los rollos de material de fibra compuesto conforme se están montando en la preforma laminada compuesta.
9. Un método según la reivindicación 8, en donde el material de núcleo es uretano.
10. Un método según la reivindicación 8, en donde el material de núcleo es una espuma de PVC.
11.. Un método según la reivindicación 8, en donde el material de núcleo es una espuma que tiene la densidad en el intervalo de 2 libras por pie3 a 12 libras por pie cúbico.
12. Un método según la reivindicación 8, en donde el material de núcleo es madera de balsa.
13. Un método según la reivindicación 12, en donde la madera de balsa tiene una densidad en el intervalo de 4 libras por pie cúbico a 16 libras por pie3. . 27
14. Un método según la reivindicación 4, en donde el medio de suj eción comprende un dado de extrusión por estirado que presiona los extremos superiores de los fajos de fibras del eje Z en la superficie superior de la cubierta superior y también presiona los extremos del fondo de los fajos de fibras del eje Z en la superficie del fondo de la cubierta del fondo durante la operación de formación del panel laminado compuesto, montado.
15. Un método según la reivindicación 14, en donde el dado de extrusión por estirado tiene un medio para calentar la preforna laminada compuesta modificada a una temperatura suficiente para provocar la catálisis de la preforma laminada compuesta, modificada conforme llega a ser un panel laminado, compuesto, montado.
16. Un método según la reivindicación 4, que comprende además un medio de perforación localizado corriente abajo del medio de sujeción; el medio de perforación que es capaz de formar agujeros de perno, ruta de borde, perforación y corte.
17. Un método según la reivindicación 16, que comprende además un medio sujetador para transportar el panel laminado compuesto montado desde el medio de sujeción al medio de perforación.
18. Un método según la reivindicación 17, en donde el medio de perforación es una máquina de perforación CNC de 28 múltiples ejes.
19. Un método según la reivindicación 17, en donde la operación completa inicia con el montaje de los rodillos del material de fibra compuesto en la preforma laminada compuesta' y continua en el panel laminado compuesto montado que sale del medio de perforación que se automatiza de forma completa.
20. Un método para entrelazar los extremos superior y del fondo de fibras de refuerzo del eje Z en las superficies respectivas superior y del fondo de un producto laminado compuesto que comprende: proporcionar al menos dos rollos de material de fibra compuesto en al menos dos carretes y los rollos de material de fibra compuesto en cada uno de los carretes que tiene un extremo frontal; proporcionar un material de núcleo entre al menos dos de los rollos del material de fibra compuesto; montar los rollos del material de fibra compuesto y el material de núcleo en una preforma laminada compuesta que tiene un extremo frontal, una cubierta superior que tiene una superficie superior, un núcleo central, y una- cubierta del fondo que tiene una superficie del fondo, un eje X y un eje Y; alimentar el extremo frontal de la preforma laminada compuesta en una máquina por lo que se depositan fajos de fibras del eje Z en la preforma laminada compuesta en ubicaciones predeterminadas a lo largo del eje X y el eje Y; 29 los fajos de fibras del eje Z que tiene cada uno un extremo superior que se extiende a una altura predeterminada Hl por arriba de la superficie superior de la cubierta superior y un extremo del fondo que se extiende a una H2 predeterminada por abajo de la superficie del fondo de la cubierta del fondo; la preforma laminada compuesta que sale de la máquina de depósito de fibras del eje Z como una preforma laminada, compuesta, modificada que tiene un extremo frontal; adicionar resina a la preforma, si se requiere, después del depósito de los fajos de fibras del eje Z; sujetar el extremo frontal del producto laminado compuesto modificado por el medio de sujeción y alimentar la preforma laminada compuesta, modificada en el medio de sujeción donde los extremos respectivos superior y del fondo de los fajos de fibras del eje Z se entrelazan en la superficie superior respectiva de la cubierta superior y la superficie del fondo y la cubierta del fondo de la preforma laminada, compuesta, modificada; la preforma laminada, compuesta, modificada sale del medio de sujeción como un panel laminado, compuesto, montado; calentar la preforma modificada a una temperatura suficiente para provocar la catálisis de la preforma laminada, compuesta, modificada conforme llega a ser un panel laminado, compuesto, montado; transportar el panel laminado, compuesto, montado corriente abajo por el medio sujetador a un medio de perforación capaz de formar agujeros 30 de perno, ruta de borde, perforación y corte; perforar la estructura predeterminada en el panel laminado compuesto montado con una máquina de perforación CNC de múltiples ejes; y proporcionar automatización por lo que la operación completa que inicia con el montaje de los rodillos del material de fibra compuesto y el material de núcleo en la preforma laminada compuesta y que continúa en el panel laminado compuesto montado que sale del medio de perforación se automatiza de forma completa.
21. Un producto laminado compuesto como se produce por el método citado en la reivindicación 17.
22. Un producto laminado compuesto según la reivindicación 21, que tiene la forma de un panel de pista de despegue que se usará como una estera de pista de despegue temporal para aeronaves militares. 31 RESUMEN DE LA INVENCION Un método y aparato para formar una estructura (33·) laminada, compuesta, reforzada con fibras, del eje Z, extruida con estirado y entrelazada, mejorada. Las cubiertas superior e inferior (51a, 51b) y el núcleo (22) se jala de forma automática a través del herramental (23) donde el material de cubierta se humecta con resina y el producto laminado (33) compuesto, completo se preforma a su espesor casi final . El producto laminado compuesto preformado continúa siendo jalado en una máquina (24) de depósito de fibras del eje Z 3-dimensional automática que deposita "agrupaciones de filamentos de fibra" en múltiples ubicaciones normales al plano de la estructura laminada completa y corta cada agrupación individual tal que una extensión de cada "agrupación de filamentos de fibra" permanece por arriba de la cubierta superior y por abajo del a cubierta inferior. El producto laminado compuesto preformado entonces continúa siendo jalado en una estación (39) secundaria de humectación. Luego, el producto laminado compuesto, preformado viaja a un dado (26) de extrusión por estirado donde las "agrupaciones extendidas de filamentos de fibra" se doblan por arriba de la cubierta superior y por abajo de la cubierta del fondo produciendo un refuerzo de fibras del eje Z. entrelazado, superior conforme el producto laminado compuesto continúa siendo jalado, catalizado y 32 curado en la sección posterior del dado de extrusión por estirado. El producto laminado compuesto continúa siendo jalado por sujetadores que entonces lo alimentan en una máquina CNC de caballete (36, 37) que está sincrónica con la velocidad de tiro de los sujetadores (34, 35) y donde toman lugar las operaciones computarizadas de maquinado, perforación y corte. Este método completo se logra automáticamente sin la necesidad de operadores humanos.