WO2011135132A1 - Proceso de aplicación de resina sobre un útil base de moldeo para obtener cuerpos de material compuesto - Google Patents

Proceso de aplicación de resina sobre un útil base de moldeo para obtener cuerpos de material compuesto Download PDF

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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C37/00—Component parts, details, accessories or auxiliary operations, not covered by group B29C33/00 or B29C35/00
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C41/00—Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor
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    • B29C41/36—Feeding the material on to the mould, core or other substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B32B37/22—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating involving the assembly of both discrete and continuous layers
    • B32B37/223—One or more of the layers being plastic

Definitions

  • the present invention as expressed in the statement of this specification refers to a process of applying resin film on a surface treated with mold release substances of a useful molding base to obtain composite bodies, aimed at increasing the degree of adhesion on the treated surfaces in order to favor the positioning of layers of any prepreg, such as carbon fiber, glass, bronze mesh, expanded copper foiled, etc.
  • the object of the invention arises from the need to increase the adhesion between the surface on which it is taped and the prepreg that will be placed thereon.
  • Laminate of composite material (manual or automatic). Cutting of the composite material.
  • the materials used can be composed of different resins and different types of fibers, such as:
  • Thermoplastic resin is Thermoplastic resin.
  • thermostable resins are thermostable resins.
  • Another advantage of the use of composite materials is that due to their condition of independent layers that can be stacked in the desired shape and orientation, they offer the possibility of greater integration of the structure, which also often leads to cost savings , equally essential when competing in the market, having fewer individual parts to assemble.
  • the laminating process of these layers of composite material is usually carried out on a molding tool that must be treated with a mold release element (dissolution of silicone particles that once the solvent element evaporates leaves a thin film with highly non-stick properties) to Once the laminate has cured, allow its separation from the mentioned tool. If this were not treated, the laminate would be permanently attached to that said molding tool.
  • a mold release element dissolution of silicone particles that once the solvent element evaporates leaves a thin film with highly non-stick properties
  • the invention proposes a process of applying resin on a surface treated with mold release substances of a useful molding base to obtain composite bodies, characterized in that on the surface treated with mold release substances of a useful molding base a resin layer is applied in continuous and homogeneous film, said resin layer being able to be applied automatically by means of the machine itself used for wrapping and also manually with the help of a roller or any other element that allows pressure and slide at the same time.
  • the resin application process begins with a conventional prior surface cleaning steps to apply the resin and prior application of the corresponding mold release agent.
  • the resin is supplied in film of very low content in volatile elements with a laminar support of very high mold release capacity to facilitate the transfer of the resin to the surface treated with the mold release agent of the useful molding base.
  • any composite material may be taped onto the resin layer under optimum adhesion conditions.
  • the advantages of the resin application process on film are the following: Feasibility of taping on tools treated with water-based release agents regardless of the complexity of the geometry.
  • the process can be carried out in a clean room (space conditioned in temperature and humidity and free of contaminating particles), eliminating the risk of contamination of the useful molding base.
  • the useful molding base may preferably be made of pre-cured carbon fiber or glass fiber, as well as nylon or necuron plastics.
  • Figure 1. Shows a schematic exploded view of the resin application process on a surface treated with mold release substances of a useful molding base to obtain composite bodies.
  • the essentiality of the process of the invention comprises the application of a layer of resin in continuous and homogeneous film on the surface of the useful molding base previously treated with the corresponding release agents.
  • Figure 2. Represents a schematic view of a process that essentially shows a head of a conventional automatic wrapping machine used to also apply the resin layer in continuous and homogeneous film.
  • the resin application process on a surface treated with mold release substances of a useful molding base to obtain composite bodies comprises the following steps:
  • the material is wound around a suitable cylinder 5, with the format required by the machine to be used.
  • a fifth stage in which the head 7 of the machine 6 is moved over the entire surface of the useful to prepare, applying the appropriate parameters of pressure, feed rate and temperature to allow the transfer of the resin in film 4 from the support paper to the tool being conditioned.
  • a final stage in which, once the previous steps have been completed, you will be able to tape any composite material under optimum adhesion conditions.
  • the application of the resin layer on film 4 can also be applied manually with the help of a roller or any other element that allows pressure and sliding at the same time.
  • the resin application process of the invention increases the adhesion of the molding tool, which allows the pre-impregnated carbon fiber composite layers to be taped.
  • the process is extensible to any composite material pre-impregnated with any type of resin, highlighting also that it is applicable to any surface treated with mold release elements, both water based and solvent based.

Abstract

Comprende en principio una primera etapa de limpieza de la superficie a tratar y una segunda etapa en la que se aplican las necesarias capas de agente desmoldeante sobre esa superficie a tratar del útil base de moldeo. Partiendo de estas etapas previas el proceso se caracteriza porque en una etapa posterior se aplica, sobre la superficie (1) a tratar cubierta por el agente desmoldeante (3), una capa de resina en film (4) continua y homogénea, con un bajo contenido en elementos volátiles y con un soporte laminar de dicha capa de resina de muy alta capacidad desmoldeante que facilita la transferencia de resina a la superficie (1) a tratar del útil base de moldeo (2).

Description

PROCESO DE APLICACIÓN DE RESINA SOBRE UN ÚTIL BASE DE MOLDEO PARA OBTENER CUERPOS DE MATERIAL COMPUESTO
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un proceso de aplicación de film de resina sobre una superficie tratada con sustancias desmoldeantes de un útil base de moldeo para obtener cuerpos de material compuesto, encaminado a aumentar el grado de adherencia en las superficies tratadas para asi favorecer el posicionamiento de capas de cualquier material preimpregnado, como fibra de carbono, vidrio, malla de bronce, expanded copper foiled, etc.
Asi pues, el objeto de la invención surge de la necesidad de aumentar la adherencia entre la superficie sobre la que se encinta y el material preimpregnado que será colocado sobre la misma.
Es aplicable a la fabricación de piezas de material compuesto en las que uno de sus componentes está en estado curado (elementos básicos) y otro u otros en estado fresco (elementos rigidizadores) siempre que la unión se realice entre ambos. Estas piezas pueden ser cualesquiera de las pertenecientes a los siguientes elementos:
- Estructuras y mandos de aviones (tales como revestimientos de superficies sustentadoras, largueros, costillas, herrajes).
Naves espaciales.
Vehículos marinos y terrestres.
- Maquinaria y equipo de carácter industrial.
Los procesos de fabricación implicados son los siguientes :
Laminado de material compuesto (manual o automático) . Corte del material compuesto.
- Conformado en caliente del material compuesto. Manipulación y posicionado de piezas y utillaje.
Curado en autoclave.
Los materiales utilizados pueden estar integrados por diferentes resinas y diferentes tipos de fibras, tales como :
Fibra de vidrio.
Fibra de carbono .
Kevlar.
Fibra de boro.
- Resina epoxi .
Resina termoplástica .
Otras resinas termoestables .
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la industria aeronáutica está ampliamente consolidada la fabricación de estructuras de material compuesto, que presentan una óptima relación entre propiedades mecánicas (resistencia y rigidez) y peso.
Una consecuencia de este requisito es el uso cada vez más extendido de los materiales compuestos en estructuras primarias, ya que, aplicando convenientemente los citados materiales compuestos, se puede conseguir un importante ahorro de peso frente a un diseño de material metálico.
Otra ventaja del uso de los materiales compuestos es que por su condición de capas independientes que se pueden ir apilando en la forma y orientación deseadas, ofrecen la posibilidad de una mayor integración de la estructura, lo que además conlleva a menudo a un ahorro de costes, igualmente esencial a la hora de competir en el mercado, al tener menos piezas individuales que ensamblar.
El proceso de laminado de estas capas de material compuesto se realiza usualmente sobre un útil de moldeo que se debe de tratar con un elemento desmoldeante (disolución de partículas de silicona que una vez evaporado el elemento disolvente deja una fina película con propiedades altamente antiadherentes ) para, una vez curado el laminado, permitir su separación del útil citado. Si éste, no fuese tratado, el laminado quedaría permanentemente unido a ese útil de moldeo referido.
Debido a la necesidad de obtener una superficie adherente, para facilitar el posicionamiento de la primera capa de material compuesto a ser laminada sobre el útil, existe una solución clásica utilizada en al industria, que consiste en aplicar una disolución de resina, con un alto contenido en volátiles, tras la capa de agente desmoldeante. Sin embargo, con la irrupción en el mercado de agentes desmoldeantes en base agua, que mejoran las condiciones de trabajo en cuanto a lo relativo a la seguridad e higiene, cabe señalar que este método no es efectivo a la vez que resulta contraproducente. No es efectivo en cuanto a que la resina no queda homogéneamente distribuida al precipitar y formarse agrupaciones de material y contraproducente, pues no es justificable el uso de disolventes para la aplicación de la resina, cuando se están eliminando tales disolventes de la formulación del agente desmoldeante.
Por otro lado, hasta la fecha y debido a la utilización prioritaria de agentes desmoldeantes en base disolvente, el aumento de adherencias se consigue mediante la aplicación de una disolución de resina de forma manual.
Sin embargo, en la actualidad se comienzan a imponer desmoldeantes en base agua. Éstos tienen la ventaja de que al prescindir de los disolventes en su composición resultan mucho menos contaminantes para el medio ambiente; y ahí su rápida aplicación en una industria con una regulación más estricta.
Con los nuevos disolventes resulta imposible desde el punto de vista técnico la aplicación de resina en el formato y la forma tradicional, por lo que es necesario el desarrollo de nuevas técnicas y procesos, tales como el objeto de la presente invención, que permite la aplicación de un modo homogéneo de una capa de resina sin necesidad del uso de disolventes para su aplicación.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados en los apartados anteriores, la invención propone un proceso de aplicación de resina sobre una superficie tratada con sustancias desmoldeantes de un útil base de moldeo para obtener cuerpos de material compuesto, caracterizado porque sobre la superficie tratada con sustancias desmoldeantes de un útil base de moldeo se aplica una capa de resina en film continua y homogénea, pudiendo aplicarse preferentemente dicha capa de resina de forma automática mediante la propia máquina que se utiliza para el encintado y también de forma manual con el auxilio de un rodillo o cualquier otro elemento que permita ejercer presión y deslizar al mismo tiempo.
De esta manera se mejora la adherencia sobre el útil base de moldeo tratado previamente con un agente desmoldeante, esencialmente en base agua.
El proceso de aplicación de la resina comienza con unas etapas previas convencionales de limpieza de la superficie a aplicar la resina y la aplicación previa del agente desmoldeante correspondiente.
Después, en una etapa principal se aprovisiona la resina en film de muy bajo contenido en elementos volátiles con un soporte laminar de muy alta capacidad desmoldeante para facilitar la transferencia de la resina a la superficie tratada con el agente desmoldeante del útil base de moldeo.
Por último, una vez aplicada la capa de resina sobre toda la superficie cubierta por el agente desmoldeante del útil base de moldeo se podrá encintar sobre la capa de resina cualquier material compuesto en óptimas condiciones de adherencia.
Las ventajas del proceso de aplicación de la resina en film son las siguientes: Viabilidad de encintar sobre útiles tratados con agentes desmoldeantes en base agua independientemente de lo compleja que sea la geometría.
El proceso se puede realizar en sala limpia (espacio acondicionado en temperatura y humedad y libre de partículas contaminantes) con lo que se elimina el riesgo de contaminación del útil base de moldeo.
No es necesario un espacio especialmente habilitado, ni un dispositivo específico para la aplicación de la resina al hacerse en principio en la máquina de encintado automático, de manera que se elimina además el tiempo y los medios de transporte del útil entre la estación de aplicación de la resina y la del encintado automático .
- Calidad de la capa adherente aplicada que es homogénea y continua con un mantenimiento de su espesor.
Es un proceso limpio y fiable.
El útil base de moldeo puede estar fabricado preferentemente mediante fibra de carbono o fibra de vidrio precuradas, así como plásticos tipo nylon o necuron.
A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Figura 1.- Muestra una vista esquemática en explosión del proceso de aplicación de resina sobre una superficie tratada con sustancias desmoldeantes de un útil base de moldeo para obtener cuerpos de material compuesto. La esencialidad del proceso de la invención comprende la aplicación de una capa de resina en film continua y homogénea sobre la superficie del útil base de moldeo previamente tratada con las sustancias desmoldeantes correspondientes. Figura 2.- Representa una vista esquemática de un proceso donde se muestra esencialmente un cabezal de una máquina de encintado automático convencional utilizada para aplicar también la capa de resina en film continua y homogénea.
DESCRIPCIÓN DE LA FORMA. DE REALIZACIÓN PREFERIDA
Considerando la numeración adoptada en las figuras, el proceso de aplicación de resina sobre una superficie tratada con sustancias desmoldeantes de un útil base de moldeo para obtener cuerpos de material compuesto, comprende dicho proceso las siguientes etapas:
Una etapa en la que se comienza por la limpieza de una superficie 1 a tratar del útil base de moldeo 2 mediante lijado convencional o por limpieza láser u otros.
Una segunda etapa en la que se aplican las necesarias capas de agente desmoldeante 3 según procedimiento marcado por el fabricante en el producto dejándose curar el tiempo necesario.
- Una tercera etapa en la que se aprovisiona una capa de resina en film 4 continua y homogénea de muy bajo contenido en elementos volátiles (menos del 2%) y cuyo soporte será un papel de muy alta capacidad desmoldeante para facilitar la transferencia de la resina al útil base de moldeo 2. El material se presenta bobinado en torno, a un cilindro apropiado 5, con el formato requerido por la máquina a emplear.
Una cuarta etapa en la que se carga el material en un cabezal 7 de una máquina 6 de encintado automático convencional, que es la que se empleará para el encintado de los materiales impregnados, con lo que no requiere dispositivos adicionales al proceso de fabricación .
Una quinta etapa en la que se procede a desplazar el cabezal 7 de la máquina 6 sobre toda la superficie del útil a preparar, aplicando los adecuados parámetros de presión, velocidad de avance y temperatura para permitir la transferencia de la resina en film 4 desde el papel soporte al útil que se está acondicionando. Una última etapa en la que una vez realizados los pasos anteriores se estará en disposición de encintar cualquier material compuesto en unas óptimas condiciones de adherencia.
Por otro lado, la aplicación de la capa de resina en film 4 se puede aplicar igualmente de forma manual con el auxilio de un rodillo o cualquier otro elemento que permita ejercer presión y deslizar al mismo tiempo.
También cabe señalar que el proceso de aplicación de resina de la invención aumenta la adherencia del útil de moldeo, lo que permite el encintado de las capas de material compuesto de fibra de carbono preimpregnado . Además el proceso es extensible a cualquier material compuesto preimpregnado con cualquier tipo de resina, destacándose también que es aplicable a cualquier superficie tratada con elementos desmoldeantes, tanto en base agua como en base disolvente.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - PROCESO DE APLICACIÓN DE RESINA SOBRE UNA SUPERFICIE TRATADA CON SUSTANCIAS DESMOLDEANTES DE UN ÚTIL BASE DE MOLDEO PARA OBTENER CUERPOS DE MATERIAL COMPUESTO, que comprendiendo una primera etapa previa de limpieza de la superficie a tratar del útil base de moldeo, una segunda etapa previa en la que se aplican las necesarias capas de agente desmoldeante sobre esa superficie a tratar ya limpia previamente en la primera etapa, se caracteriza porque en una etapa posterior se aplica sobre la superficie (1) a tratar cubierta por el agente desmoldeante (3) , una capa de resina en film (4) continua y homogénea, con un bajo contenido en elementos volátiles y con un soporte laminar de dicha capa de resina de muy alta capacidad desmoldeante que facilita la transferencia de resina a la superficie (1) a tratar del útil base de moldeo (2), incluyéndose una etapa final en la que se está en disposición de encintar cualquier material compuesto preimpregnado con cualquier resina, sobre la capa de resina en film (4) en unas óptimas condiciones de adherencia.
2. - PROCESO DE APLICACIÓN DE RESINA SOBRE UNA SUPERFICIE TRATADA CON SUSTANCIAS DESMOLDEANTES DE UN ÚTIL BASE DE MOLDEO PARA OBTENER CUERPOS DE MATERIAL COMPUESTO, según la reivindicación 1, caracterizado porque la aplicación de la capa de resina en film (4) se realiza mediante una máquina (6) convencional de encintado automático, de manera que la capa de resina en film (4) se presenta bobinado alrededor de un cilindro (5) acoplado en un cabezal (7) de la máquina citada (6) .
3.- PROCESO DE APLICACIÓN DE RESINA SOBRE UNA
SUPERFICIE TRATADA CON SUSTANCIAS DESMOLDEANTES DE UN ÚTIL BASE DE MOLDEO PARA OBTENER CUERPOS DE MATERIAL COMPUESTO, según la reivindicación 1, caracterizado porque la aplicación de la capa de resina en film (4) se realiza de forma manual con el auxilio de un rodillo o cualquier otro elemento que permita ejercer presión y deslizar al mismo tiempo .
4.- PROCESO DE APLICACIÓN DE RESINA SOBRE UNA SUPERFICIE TRATADA CON SUSTANCIAS DESMOLDEANTES DE UN ÚTIL BASE DE MOLDEO PARA OBTENER CUERPOS DE MATERIAL COMPUESTO, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa de resina en film (4) comprende un bajo contenido en elementos volátiles por debajo del 2%.
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