Método de fabricación de un elemento estructural alargado hecho de material compuesto por medio de formación y de curado en un autoclave usando una bolsa de vacío.

Método de fabricación de un elemento estructural largo (20') hecho de material compuesto, en el que se usa un molde

(40) que tiene una porción macho convexa (41) que se extiende a lo largo de dicho molde y que sobresale verticalmente de él, comprendiendo dicho método las siguientes etapas:

- depositar sucesivamente sobre una superficie (10) una pluralidad de capas de material preimpregnado (21) de manera que se obtenga un laminado en forma de banda (20),

- posicionar el laminado (20) sobre dicha porción macho convexa del molde (40) y preparar una bolsa de vacío asociada (50), y

- someter dicho laminado sobre el molde (12) a un ciclo de calor, vacío y presión programado para comprender una etapa de formación dispuesta para producir la adaptación de la forma del laminado (20) a la porción macho convexa (41) del molde (40), y una etapa de curado posterior dispuesta para producir la polimerización de la resina de material preimpregnado,

estando caracterizado dicho método porque una película separadora inferior (30) se coloca sobre el molde (40) antes de que el laminado (20) se coloque encima, de tal forma que dicha película separadora inferior se sitúa entre el laminado (20) y el molde (40), teniendo dicha película separadora inferior una baja fricción de deslizamiento con respecto a la resina de material preimpregnado y el molde; porque la bolsa de vacío (50) se prepara antes de someter el laminado (20) a dicha etapa de formación, comprendiendo la preparación de la bolsa de vacío (50) las siguientes etapas:

- cubrir el laminado (20) con una película separadora superior (51);

- cubrir la película separadora superior (51) con una capa de ventilación (52) que tiene un espesor fijo sustancialmente inafectado por las condiciones del ciclo de calor, vacío y presión, y

- aplicar herméticamente sobre el molde (40) una película de bolsa de vacío de alto estiramiento (53) de manera que dicha película de la bolsa de vacío esté sustancialmente tensa, encerrando dicho laminado en el modo de una tienda de campaña;

y porque dicho ciclo de calor, vacío y presión también está programado de manera que dicha etapa de formación se realice en autoclave secuencialmente con dicha etapa de curado, precediendo dicha etapa de formación inmediatamente a dicha etapa de curado.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2009/051242.

Solicitante: ALENIA AERMACCHI S.P.A.

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: PIAZZA MONTE GRAPPA 4 00195 ROMA ITALIA.

Inventor/es: DE VITA,Vincenzo, IAGULLI,Gianni, GROSSO,FELICE, DELLI CARRI,ALFONSO, PINO,AGOSTINO.

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,... > B29C70/44 (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... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/34 (conformación o impregnación por compresión)
  • 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-2528756_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método de fabricación de un elemento estructural alargado hecho de material compuesto por medio de formación y de curado en un autoclave usando una bolsa de vacío.

La presente invención se refiere a un método de fabricación de un elemento estructural alargado hecho de material compuesto, en el que se usa un molde que tiene una porción macho convexa que se extiende a lo largo de dicho molde y que sobresale verticalmente, comprendiendo dicho método las siguientes etapas:

- depositar sucesivamente sobre una superficie una pluralidad de capas de refuerzo de material preimpregnado de 10 manera que se obtenga un laminado similar a banda,

- posicionar el laminado sobre dicha porción macho convexa del molde y preparar una bolsa de vacío asociada, y

- someter dicho laminado sobre el molde a un ciclo de calor, vacío y presión programado para comprender una 15 etapa de formación dispuesta para producir la adaptación de la forma del laminado a la porción macho convexa del molde, y una etapa de curado posterior dispuesta para producir la polimerización de la resina de material preimpregnado.

Métodos de este tipo se conocen, por ejemplo, del documento WO 2008/007140 A2, y se tratan en “Ply collation: A 20 major cost driver” (F.C. Campbell, “Manufacturing processes for advanced composites” 2004, Elsevier, páginas 131-173) . Estos métodos se usan en la industria de la aviación para la producción, por ejemplo, de tensas u otros elementos de rigidización/refuerzo dispuestos para conectarse al entablado externo del fuselaje o a paneles de otras estructuras primarias tales como alas y empenaje de la cola.

En los métodos conocidos, antes del método de polimerización en autoclave, el laminado, formado por capas de material preimpregnado de resina termoendurecible, se somete primero a método de termoconformado de manera que se produzca la adaptación del mismo a la porción macho convexa del molde. Este método de formación se realiza normalmente calentando el laminado a una temperatura inferior a la temperatura de ignición de la etapa de polimerización, pero suficientemente alta para ablandar dicho laminado. Como el método de formación en caliente 30 prevé que el laminado se inserte en una bolsa de vacío o dispositivo de membrana similar, la acción del vacío producido dentro de la bolsa o dispositivo de membrana hace que la película de la bolsa de vacío o la membrana comprima el laminado ablandado contra la porción macho convexa del molde, causando la adaptación del perfil del laminado al de la porción macho del molde.

Los métodos conocidos se caracterizan por un alto gasto de recursos, ya que la etapa de formación en caliente y la etapa de polimerización en autoclave se realizan usando aparatos diferentes. La secuencia de operación asociada es, por tanto, bastante compleja, ya que requiere operaciones de manipulación especiales para transferir las partes de un aparato a otro, e implica descanso debido al hecho de que un aparato de formación normalmente no puede manipular más de algunas piezas de una vez y esto en cualquier caso requiere una etapa de ajuste inicial y un 40 calentamiento más o menos prolongado y enfriamiento de las mismas. Además, es necesario preparar dos bolsas a vacío separadas, una para el método de formación en caliente y otra para el ciclo en autoclave.

Por tanto, se desearía ser capaz de prescindir del aparato previsto para el método de formación en caliente. Por otra parte, estos aparatos permiten que el operario monitorice el desarrollo del método de formación y, si fuera necesario, 45 que intervenga en caso de que surjan problemas (tales como la formación de pliegues o bolsas de aire no deseables en la película de la bolsa de vacío durante la creación del vacío) , antes de que se produzca daño irreparable a la pieza que se fabrica. En su lugar, el método en autoclave, por su propia naturaleza, no permite que el operario tome acción correctora cuando está en progreso.

Considerando el problema del estado de la técnica anteriormente descrito, la invención se refiere a un método del tipo definido al principio,

en el que un película separadora inferior se coloca sobre el molde antes de que el laminado se coloque encima, de tal forma que dicha película separadora inferior se sitúa entre el laminado y el molde, teniendo dicha película 55 separadora inferior una fricción de deslizamiento baja con respecto a la resina de material preimpregnado y el molde;

en el que la bolsa de vacío se prepara antes de someter el laminado a dicha etapa de formación, comprendiendo la preparación de la bolsa de vacío las siguientes etapas: 60

- cubrir el laminado con una película separadora superior;

- cubrir la película separadora superior con una capa de ventilación que tiene un espesor fijo que está sustancialmente inafectado por las condiciones del ciclo de calor, vacío y presión, y 65

- aplicar herméticamente sobre el molde una película de bolsa de vacío de alto estiramiento de manera que dicha película de bolsa de vacío esté sustancialmente tensa, encerrando dicho laminado en el modo de una tienda de campaña;

y en el que dicho ciclo de calor, vacío y presión también está programado de manera que dicha etapa de formación 5 se realice en autoclave secuencialmente con dicha etapa de curado, precediendo dicha etapa de formación inmediatamente a dicha etapa de curado.

Dicho método según la invención permite evitar el uso de una máquina dedicada para el método de formación en caliente, ya que permite realizar dicha operación de formación dentro del autoclave normalmente usado para la 10 polimerización de la pieza. Esto es posible debido a la bolsa de vacío especial según la invención, que permite que se realice la formación en caliente sin la necesidad de supervisión por el operario cuando está en progreso.

Renunciando a la máquina de formación en caliente, se eliminan la máquina asociada y los costes de procesamiento. Además, la bolsa de vacío especial según la invención sustituye las dos bolsas de vacío separadas 15 usadas en los métodos convencionales y, por tanto, reduce la cantidad de material usado. Debe observarse que, a pesar de la innovadora configuración de la bolsa de vacío según la invención, los materiales individuales usados son aquellos normalmente disponibles en el sector.

Realizaciones preferidas de la invención se describen en las reivindicaciones dependientes. 20

Una realización preferida, pero no limitante, de la invención se describirá ahora con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

- la figura 1 es una vista en alzado lateral simplificada que ilustra una etapa del método en la que un laminado se 25 deposita sobre una superficie;

- la figura 2 es una vista en alzado lateral simplificada que ilustra una etapa del método en la que el laminado se coloca sobre un molde con una porción macho convexa;

- la figura 3 es una vista en perspectiva simplificada que ilustra una etapa del método en la que el laminado sobre el molde se somete a calentamiento y laminación;

- la figura 4 es una vista en alzado lateral simplificada que ilustra un diagrama de una bolsa de vacío para el laminado; 35

- la figura 5 ilustra la progresión de los parámetros de proceso durante una etapa de formación y de polimerización del método según la invención;

- la figura 6 es una vista en alzado lateral simplificada que ilustra un elemento estructural obtenido a partir del 40 laminado después de la etapa de formación y de polimerización;

- la figuras 7a y 7b son vistas en perspectiva de los ejemplos de elementos estructurales que tienen una sección transversal como aquella del... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método de fabricación de un elemento estructural largo (20') hecho de material compuesto, en el que se usa un molde (40) que tiene una porción macho convexa (41) que se extiende a lo largo de dicho molde y que sobresale verticalmente de él, comprendiendo dicho método las siguientes etapas:

- depositar sucesivamente sobre una superficie (10) una pluralidad de capas de material preimpregnado (21) de manera que se obtenga un laminado en forma de banda (20) ,

- posicionar el laminado (20) sobre dicha porción macho convexa del molde (40) y preparar una bolsa de vacío asociada (50) , y 10

- someter dicho laminado sobre el molde (12) a un ciclo de calor, vacío y presión programado para comprender una etapa de formación dispuesta para producir la adaptación de la forma del laminado (20) a la porción macho convexa (41) del molde (40) , y una etapa de curado posterior dispuesta para producir la polimerización de la resina de material preimpregnado, 15

estando caracterizado dicho método porque una película separadora inferior (30) se coloca sobre el molde (40) antes de que el laminado (20) se coloque encima, de tal forma que dicha película separadora inferior se sitúa entre el laminado (20) y el molde (40) , teniendo dicha película separadora inferior una baja fricción de deslizamiento con respecto a la resina de material preimpregnado y el molde; porque la bolsa de vacío (50) se prepara antes de 20 someter el laminado (20) a dicha etapa de formación, comprendiendo la preparación de la bolsa de vacío (50) las siguientes etapas:

- cubrir el laminado (20) con una película separadora superior (51) ;

- cubrir la película separadora superior (51) con una capa de ventilación (52) que tiene un espesor fijo sustancialmente inafectado por las condiciones del ciclo de calor, vacío y presión, y

- aplicar herméticamente sobre el molde (40) una película de bolsa de vacío de alto estiramiento (53) de manera que dicha película de la bolsa de vacío esté sustancialmente tensa, encerrando dicho laminado en el modo de una tienda 30 de campaña;

y porque dicho ciclo de calor, vacío y presión también está programado de manera que dicha etapa de formación se realice en autoclave secuencialmente con dicha etapa de curado, precediendo dicha etapa de formación inmediatamente a dicha etapa de curado. 35

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una capa de lámina de desprendimiento se usa como capa de ventilación (52) .

3. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que antes de la preparación de la bolsa de 40 vacío (50) , el laminado (20) se somete a una operación para la adaptación a la parte superior (43) de la porción macho convexa (41) del molde (40) .

4. Método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que durante la etapa de adaptación, una parte central del laminado (20) se comprime contra la porción macho (41) del molde (40) por medios de compresión (50) que se 45 deslizan a lo largo del laminado (20) mientras que los medios de calentamiento (60) actúan ablandando localmente la resina del material preimpregnado.

5. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que durante el ciclo de calor, vacío y presión, la máxima temperatura alcanzada al final de la etapa de formación se mantiene hasta el inicio de la rampa 50 de calentamiento para la etapa de polimerización.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que, durante el ciclo de calor, vacío y presión, la etapa de formación prevé una rampa de aumento del vacío controlada, al final de la cual el vacío se aumenta casi instantáneamente a un valor máximo para la completitud de la formación y posterior etapa de polimerización. 55

7. Método de acuerdo con las reivindicaciones 5 y 6, en el que, durante el ciclo de calor, vacío y presión, la presión se aumenta de un valor ambiente a un valor máximo para la etapa de polimerización una vez se ha completado la etapa de formación.

8. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que el espesor de la capa de ventilación (52) está en el intervalo 0, 12 mm - 0, 15 mm.

9. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la película de la bolsa de vacío (53) está hecha de nailon plástico con un espesor de 0, 05 mm y valor de alargamiento mínimo en el punto de rotura del 375%.