Mecanismo y método de estabilización de capas de material compuesto.

Un mecanismo (72) de estabilización para resistir el movimiento relativo de estratos superior

(28) e inferior (30)de una estructura (10) de material compuesto que tiene un núcleo (20), comprendiendo el mecanismo (72) deestabilización:

una banda inferior (78) de sujeción montada en un útil y que tiene una superficie exterior que incluye almenos un elemento (76d, 78d) de enganche para enganchar al menos uno de los estratos superior (28) einferior (30); y caracterizado por

al menos una banda superior (76) de sujeción que tiene superficies exteriores opuestas, incluyendo cada unade las superficies exteriores al menos uno de los elementos (76d, 78d) de enganche para enganchar labanda inferior (78) de sujeción y al menos uno de los estratos superior (28) e inferior (30).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/056470.

Solicitante: THE BOEING COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 100 NORTH RIVERSIDE PLAZA CHICAGO, IL 60606-2016 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: PHAM,DOAN,D, TOLLAN,MARK,W, Harris,Christopher G, OUTZEN,RICHARD M, LOCKLEER,JOHN C.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/54 (Elementos constitutivos, detalles o accesorios; Operaciones auxiliares)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/44 (mediante presión isostática, p. ej. moldeo por diferencia de presión, con una bomba de vacío, en autoclave o con caucho expandible)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > FABRICACION DE OBJETOS PARTICULARES A PARTIR DE MATERIAS... > B29D24/00 (Fabricación de objetos con paredes huecas)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > FABRICACION DE OBJETOS PARTICULARES A PARTIR DE MATERIAS... > B29D99/00 (Materia no prevista en otros grupos de esta subclase)

PDF original: ES-2451524_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Mecanismo y método de estabilización de capas de material compuesto CAMPO La presente divulgación versa en general acerca de la construcción con materiales compuestos y, más en particular, acerca de un sistema y un método de estabilización de capas de material compuesto contra el movimiento relativo mutuo.

ANTECEDENTES Las estructuras estratificadas de material compuesto construidas de materiales de núcleo apanalado u otro núcleo ligero proporcionan varias ventajas con respecto a otras disposiciones estructurales de material compuesto. Las estructuras estratificadas normalmente incluyen la capa central acotada en las caras opuestas del núcleo por láminas exteriores o estratos compuestos de una o más capas de material compuesto. Debido al peso relativamente ligero del núcleo, la combinación del núcleo y los estratos en caras opuestas del núcleo da como resultado una proporción relativamente alta entre rigidez y peso en comparación con estructuras de material compuesto compuestas de capas laminadas. Además, las estructuras estratificadas de material compuesto tienen proporciones relativamente altas entre resistencia y peso debido a la densidad relativamente baja del material del núcleo. Ciertas estructuras como, sin limitación, las superficies hipersustentadoras de las alas y/o las puertas de un avión comercial de pasajeros pueden beneficiarse de una construcción estratificada de material compuesto debido a sus características favorables de rigidez y a su peso ligero.

Durante la fabricación de una estructura de material compuesto, normalmente se aplican presión y calor a un apilamiento de materiales compuestos que forman la estructura para curar y adherir los materiales compuestos. Puede emplearse un autoclave como medio para aplicar calor y presión al apilamiento de material compuesto, tal como un apilamiento de una estructura estratificada de material compuesto. Para el ejemplo hecho notar anteriormente de una superficie hipersustentadora de ala formada con material de núcleo ligero, la geometría y el tamaño de la superficie hipersustentadora pueden presentar retos en cuanto al curado y la adhesión de los materiales compuestos del núcleo.

Por ejemplo, la superficie hipersustentadora alar de un avión comercial de pasajeros puede tener un grosor de núcleo relativamente grande (por ejemplo, 15 cm o más) con una tendencia hacia el aumento del grosor del núcleo en respuesta a los esfuerzos en curso por minimizar el peso en las estructuras de material compuesto. La superficie hipersustentadora alar también puede incluir uno o más biseles para ahusar el grosor del núcleo, tal como a lo largo de una dirección hacia el perímetro de la superficie hipersustentadora. El ángulo del bisel puede superar los 10 grados y puede ser de hasta 20 grados o mayor, dependiendo de la geometría de la superficie hipersustentadora. Para tal configuración, la presión ejercida por el autoclave (por ejemplo, de aproximadamente 310, 26 kPa) puede dar como resultado la aplicación de una carga lateral relativamente grande (por ejemplo, de hasta 17.792, 89 N) en el bisel del núcleo. La carga lateral relativamente grande puede dar como resultado el movimiento o el desplazamiento mutuo de las capas de los estratos superior e inferior a lo largo de una dirección desde el perímetro de la superficie hipersustentadora hacia el bisel del núcleo. Además, el calentamiento de las capas entre las que está encajonado el núcleo puede reducir la viscosidad de la resina que está en contacto con el núcleo y que puede reducir la fricción y facilitar adicionalmente el desplazamiento de las capas. El desplazamiento mutuo de las capas puede dar como resultado el movimiento del núcleo, haciendo que el núcleo se compacte o se aplaste en respuesta al movimiento de las capas.

Los intentos de la técnica anterior por evitar el aplastamiento del núcleo incluyen la aplicación de una película adhesiva y una plancha de fibra de vidrio en torno al borde del panel de material compuesto en un esfuerzo por estabilizar el núcleo contra el movimiento durante la aplicación de presión de autoclave. Desgraciadamente, la plancha de fibra de vidrio se extiende por la superficie del núcleo, lo que da como resultado un peso adicional en la estructura. Otros intentos por impedir el aplastamiento del núcleo incluyen la aplicación de zunchos de inmovilización a lo largo del perímetro del apilamiento de material compuesto. Los zunchos de inmovilización pueden comprender zunchos de fibra de vidrio que pueden ser fijados al útil y extendidos sobre la capa superior del apilamiento de material compuesto y adheridos a la misma. Sin embargo, tales zunchos de inmovilización pueden ser poco efectivos contra las fuerzas laterales relativamente grandes ejercidos sobre los biseles de área superficial grande durante la aplicación de presión de autoclave.

Otro enfoque a la prevención del desplazamiento de capas en estructuras de material compuesto es crear un tabique o dividir el núcleo a lo largo de un plano horizontal aproximadamente a media altura del núcleo. Pueden instalarse capas de fibra de vidrio y adhesivos entre las porciones superior e inferior del núcleo dividido en un intento de estabilizar el núcleo contra el movimiento. Desgraciadamente, la adición de las capas de fibra de vidrio y adhesivo puede eliminar la capacidad de realizar una inspección no destructiva del panel de material compuesto usando técnicas de inspección ultrasónica debido al bloqueo de la señal ultrasónica por la capa de fibra de vidrio. Además, la adición de la plancha de fibra de vidrio y el adhesivo puede aumentar el peso de la estructura de material compuesto.

El documento WO 96/22878 A1 muestra un método de fabricación de un artículo de material compuesto de núcleo apanalado que incluye la formación de un núcleo apanalado y un recubrimiento precurado de material compuesto que tiene un borde del núcleo y un borde de sujeción, respectivamente. El recubrimiento precurado de material compuesto se coloca en combinación con un elemento de moldeo rígido que tiene una superficie de molde y el núcleo apanalado es unido con el recubrimiento precurado de material compuesto para formar un subconjunto unido. Se coloca un recubrimiento exterior no curado de material compuesto sobre el subconjunto unido de modo que una porción periférica del recubrimiento exterior no curado de material compuesto se extienda más allá del borde de sujeción una distancia X y de modo que la porción periférica esté colocado superpuesto colindantemente con la superficie de molde. El núcleo apanalado, el recubrimiento precurado de material compuesto y el recubrimiento no curado de material compuesto definen un apilamiento de material compuesto sobre el que se dispone una bolsa de vacío. Se evacua la cavidad de moldeo resultante para empujar la bolsa de vacío contra el recubrimiento exterior no curado de material compuesto, efectuando con ello el enganche de la porción periférica con el borde de sujeción y la superficie de molde. Acto seguido, se cura el apilamiento de material compuesto, formando el artículo terminado de material compuesto de núcleo apanalado. El método produce un artículo de material compuesto de núcleo apanalado cuyo núcleo apanalado está situado con precisión y está sustancialmente libre de distorsión.

Por último, existe la necesidad en la técnica de un sistema y un método de estabilización de las capas de una estructura de material compuesto contra el movimiento sin requerir la adición de materiales que puedan aumentar el peso de la estructura de material compuesto.

COMPENDIO Se da a conocer un mecanismo de estabilización para resistir el movimiento relativo de los estratos superior e inferior de una estructura de material... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un mecanismo (72) de estabilización para resistir el movimiento relativo de estratos superior (28) e inferior (30) de una estructura (10) de material compuesto que tiene un núcleo (20) , comprendiendo el mecanismo (72) de estabilización:

una banda inferior (78) de sujeción montada en un útil y que tiene una superficie exterior que incluye al menos un elemento (76d, 78d) de enganche para enganchar al menos uno de los estratos superior (28) e inferior (30) ; y caracterizado por al menos una banda superior (76) de sujeción que tiene superficies exteriores opuestas, incluyendo cada una de las superficies exteriores al menos uno de los elementos (76d, 78d) de enganche para enganchar la banda inferior (78) de sujeción y al menos uno de los estratos superior (28) e inferior (30) .

2. El mecanismo de estabilización de la reivindicación 1 en el que:

el elemento (76d, 78d) de enganche comprende una pluralidad de salientes (76e, 78e) .

3. El mecanismo de estabilización de la reivindicación 1 en el que:

la banda inferior (78) de sujeción comprende un elemento laminar que tiene unas superficies interior y exterior y los salientes (76e, 78e) que se extienden desde la superficie exterior.

4. El mecanismo de estabilización de la reivindicación 3 en el que:

la banda superior (76) de sujeción comprende un par de los elementos laminares conectados en una 25 disposición adosada en las superficies interiores, de modo que los salientes (76e, 78e) se extiendan hacia fuera desde las respectivas superficies exteriores.

5. El mecanismo de estabilización de la reivindicación 1 en el que:

la estructura (10) de material compuesto incluye un perímetro que tiene una línea de corte que define un margen de corte de la estructura (10) de material compuesto; y las bandas superior e inferior (76, 78) de sujeción están situadas dentro del margen de corte.

6. El mecanismo de estabilización de la reivindicación 1 que, además, comprende:

al menos un zuncho de unión montado en el útil y que se solapa a una porción de la banda superior (76) de sujeción.

7. Un sistema (70) para resistir el movimiento relativo de estratos superior (28) e inferior (30) montados sobre un núcleo biselado (20) de una estructura (10) de material compuesto para reducir el aplastamiento del núcleo biselado (20) , comprendiendo el sistema:

un útil (50) para recibir la estructura (10) de material compuesto; un mecanismo (72) de estabilización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6; y un mecanismo (116) de fuerza para aplicar una fuerza de compresión al estrato superior (28) para aumentar

el enganche de los estratos superior (28) e inferior (30) a las bandas superior (76) e inferior (78) de sujeción.

8. El sistema de la reivindicación 7 en el que el mecanismo (116) de fuerza comprende al menos una de las siguientes:

una película formadora de bolsa de vacío (56) para sellar la estructura (10) de material compuesto al útil (50) y crear un vacío sobre la misma; y una presión (110) de autoclave aplicada a la estructura de material compuesto.

9. El sistema de la reivindicación 7 en el que:

el elemento (76d, 78d) de enganche comprende una pluralidad de salientes (76e, 78e) ; y en el que:

la banda inferior (78) de sujeción comprende un elemento laminar que tiene superficies interior y exterior, extendiéndose los salientes (76e, 78e) desde la superficie exterior.

10. El sistema de la reivindicación 9 en el que:

la banda superior (76) de sujeción comprende un par de los elementos laminares conectados en disposición adosada en las superficies interiores de modo que los salientes (76e, 78e) se extiendan hacia fuera desde las 65 respectivas superficies exteriores.

11. Un método de resistir el movimiento relativo de estratos superior e inferior montados sobre un núcleo biselado de una estructura de material compuesto para reducir el aplastamiento en el núcleo biselado, que comprende las etapas de:

montar (200) una banda inferior de sujeción en un útil; estratificar (202) un estrato inferior sobre el útil, de modo que el estrato inferior enganche una porción de la banda inferior de sujeción; colocar (206) un núcleo sobre el estrato inferior;

colocar (208) una banda superior de sujeción de modo que una porción de la misma se puede enganchar a la banda inferior de sujeción; y estratificar (212) un estrato superior sobre el núcleo, de modo que una porción del estrato superior enganche la banda superior de sujeción.

12. El método de la reivindicación 11 en el que la etapa de estratificación del estrato superior sobre el núcleo comprende:

estratificar el estrato superior sobre el núcleo de modo que una porción del mismo se solape con el estrato inferior y enganche la banda superior de sujeción. 20

13. El método de la reivindicación 11 en el que el estrato superior comprende capas superiores, incluyendo la etapa de estratificación del estrato superior:

terminar (214) al menos dos de las capas superiores en una relación mutuamente escalonada. 25

14. El método de la reivindicación 11 en el que los estratos superior e inferior comprenden, respectivamente, capas superiores e inferiores, comprendiendo además el método la etapa de:

estratificar los estratos superior e inferior de modo que al menos una de las capas superiores e inferiores 30 enganche tanto la banda superior de sujeción como la inferior.