Método de moldeo por compresión.

Un método para fabricar una parte de material compuesto (20) comprendiendo:

producir una pluralidad de escamas

(24) comprendiendo cada una fibras (24);

formar una carga de moldeo (60), incluyendo introducir la pluralidad de escamas y una resina termoplástica en un molde (22a); y

comprimir y moldear la carga de moldeo en una parte, creando una parte moldeada,

caracterizado por que

el moldeo por compresión incluye comprimir la carga de moldeo a una velocidad que produce un flujo turbulento de la carga de moldeo a través del molde.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2010/048017.

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: GIDEON,DAVID E, FISHER,JUNIOR EDWARD M.

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,... > B29C70/46 (con moldeos enfrentados, p. ej. para deformar preimpregnados (SMC), "prepegs")
  • 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,... > B29C70/12 (utilizando fibras cortas, p. ej. en forma de mat)
  • 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,... > B29C70/86 (Incorporación en capas de refuerzo impregnadas coherentes)

PDF original: ES-2544883_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método de moldeo por compresión CAMPO TÉCNICO

Esta descripción se refiere en general a técnicas de moldeo por compresión, y trata más particularmente de un método para moldear por compresión partes termoplásticas reforzadas con fibra.

ANTECEDENTES

Se han hecho varios intentos para reemplazar partes de metal mecanizadas con materiales moldeados más ligeros de peso. Por ejemplo, en la industria aeronáutica, algunas partes de metal han sido reemplazadas por partes de plástico o de material compuesto que han sido formadas usando una cualquiera de una variedad de técnicas. Además del ahorro de peso, las partes hechas de materiales poliméricos pueden ser fabricadas más económicamente, debido en parte a la reducción del tiempo de mecanización y del material de desecho.

Intentos previos para fabricar partes de una resistencia relativamente alta usando materiales poliméricos han incluido compuestos de moldeo de láminas moldeados por compresión, y disponiendo varias formas de laminados de material compuesto usando materiales termoestables. Cada uno de estos intentos previos puede tener desventajas. Por ejemplo, los materiales termoestables de baja viscosidad tienen unas distancias de recorrido del flujo limitadas durante el moldeo, y por tanto pueden no ser capaces de producir partes de gran complejidad. El uso de formas de lámina puede no ser adecuado para hacer partes pequeñas, complejas o que tienen cambios en la geometría de las secciones transversales. Las técnicas de fabricación existentes pueden requerir también disposiciones relativamente complejas y/o moldes complicados que pueden no resultar económicos en algunas aplicaciones. Finalmente, las partes poliméricas hechas mediante procesos existentes pueden no tener propiedades mecánicas que sean sustancialmente iguales en todas las direcciones. Por ejemplo, las partes laminadas pueden no poseer la misma resistencia mecánica tanto en las direcciones superficiales como a través del espesor del laminado. De manera similar, las partes de fibra cortada de resina termoestable moldeada pueden sufrir una baja resistencia mecánica en la dirección a través del espesor.

Según lo anteriormente expuesto, existe una necesidad de un método para el moldeo por compresión de flujo largo de partes poliméricas complejas de alta resistencia que muestren propiedades mecánicas esencialmente isotrópicas o cuasi isotrópicas. Existe también una necesidad de reemplazar partes de metal mecanizadas con material compuesto para reducir tanto el peso de la parte como los costes de fabricación. El documento WO-A-9/9123 describe las características del preámbulo de la reivindicación 1.

COMPENDIO

Según las realizaciones descritas el moldeo por compresión de flujo de largo recorrido de resinas termoplásticas reforzadas con fibra reduce la separación de la resina de las fibras durante el proceso de moldeo, reduciendo de esta manera las zonas ricas en resina y las zonas pobres en resina que pueden ser indeseables. El método de moldeo produce partes y piezas de material compuesto de carbono con forma al menos casi perfecta de geometrías complejas y tolerancias dimensionales estrechas. El método descrito permite largas longitudes de recorrido del flujo de la mezcla de resina y fibra a través de pasos del molde relativamente complejos, dando lugar a disposiciones tridimensionales de fibras que tienen diferentes longitudes que promueven propiedades isotrópicas en la parte. El método descrito es relativamente simple y puede eliminar la necesidad de preformados mediante la optimización de la forma de las fibras. El método descrito en esta memoria es útil en el moldeo por compresión para moldear una variedad de configuraciones de las partes, incluyendo, pero no estando limitado a ángulos de despulla, nervaduras, recortes, radios, orificios, abrazaderas y orejetas, sólo para mencionar unas pocas. La alta resistencia y dureza relativa de las partes termoplásticas moldeadas por compresión permite que en la parte sean incorporadas piezas de inserción tales como orejetas y casquillos.

Según una realización descrita en esta memoria, se proporciona un método para fabricar una parte de material compuesto. El método incluye producir una pluralidad de escamas en las que cada una contiene fibras. Se forma una carga de moldeo introduciendo las escamas y una resina termoplástica en un molde. La carga es moldeada por compresión para formar una parte. La producción de escamas puede incluir cortar cada una de las escamas de un material preimpregnado (prepeg) reforzado con fibra. El método puede comprender además mezclar escamas de al menos dos formas diferentes, en donde la formación de la carga incluye introducir las escamas de dos formas diferentes en el molde. El método de compresión por moldeo puede incluir comprimir la carga de moldeo a una velocidad que da lugar a un flujo turbulento de la carga de moldeo a través del molde. El método puede comprender además formar un orificio en la parte de moldeada, e instalar una pieza de inserción de un elemento material de metal dentro del orificio.

Según otra realización descrita en esta memoria, se proporciona un método para moldear una parte de material compuesto reforzado con fibra. El método incluye cortar una pluralidad de escamas de un preformado de fibra unidireccional preimpregnado con una resina termoplástica, y formar una carga de moldeo introduciendo en el molde una cantidad preseleccionada de escamas. El método incluye moldear por compresión la carga de moldeo dentro de

una cavidad del molde a una velocidad de flujo relativamente elevada que distribuye la fibra de manera sustancialmente uniforme a través de la cavidad del molde con una orientación de la fibra sustancialmente aleatoria. Cortar las escamas puede incluir troquelar las escamas a partir de una banda de cinta preimpregnada unidireccional. Las escamas pueden tener una o más formas de cuadrados, rectángulos, círculos, elipses, trapezoides, triángulos, hexágonos o rombos.

Según una realización adicional, una parte de material compuesto reforzado comprende una resina termoplástica moldeada por compresión que tiene fibras de diferentes longitudes orientadas aleatoriamente que proporcionan un refuerzo multidireccional. En general, las fibras están orientadas aleatoriamente, sustancialmente a través de la parte. La parte puede comprender además al menos un orificio y una pieza de inserción de un elemento material de metal fijada dentro del orificio. En una realización, el orificio puede tener rosca y la pieza de inserción de un elemento material puede incluir un HeliCoil®. Las partes muestran propiedades sustancialmente cuasi isotrópicas.

Se define la invención en las reivindicaciones adjuntas.

El método de moldeo por compresión descrito y la parte termoplástica reforzada con fibra producida mediante dicho método satisface la necesidad de una técnica de fabricación de costo relativamente bajo para producir partes termoplásticas reforzadas de geometrías relativamente complejas que muestran propiedades sustancialmente isotrópicas o cuasi isotrópicas.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LAS ILUSTRACIONES

La Figura 1 es una ilustración de un diagrama de bloques de un proceso de moldeo por compresión, que incluye una vista en perspectiva de una parte termoplástica reforzada moldeada mediante dicho proceso.

La Figura 2 es una ilustración de un diagrama que muestra un método para cortar escamas de fibra usado para reforzar la parte termoplástica mostrada en la Figura 1.

La Figura 3 es una ilustración que muestra formas típicas de las escamas.

La Figura 3A es una ilustración de una escama de fibra que muestra la presencia de longitudes de fibra diferentes.

La Figura 4 es una ilustración de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para fabricar una parte de material compuesto (2) comprendiendo:

producir una pluralidad de escamas (24) comprendiendo cada una fibras (24);

formar una carga de moldeo (6), incluyendo introducir la pluralidad de escamas y una resina termoplástica en un molde (22a); y

comprimir y moldear la carga de moldeo en una parte, creando una parte moldeada, caracterizado por que

el moldeo por compresión incluye comprimir la carga de moldeo a una velocidad que produce un flujo turbulento de la carga de moldeo a través del molde.

2. El método de la reivindicación 1, en donde producir las escamas (24) incluye cortar cada una de las escamas de un material preimpregnado reforzado con fibra.

3. El método de la reivindicación 1, comprendiendo

mezclar escamas de al menos dos formas diferentes (24a - 24h) teniendo respectivamente fibras de diferentes longitudes en donde formar la carga incluye introducir las escamas de dos formas diferentes en el compuesto de moldeo.

4. El método de la reivindicación 1, en donde:

producir las escamas incluye cortar cada una de las escamas de un preformado de fibra seca, y la introducción de la resina termoplástica en el molde es realizada separadamente de la introducción de las escamas en el molde.

5. El método de la reivindicación 1, comprendiendo además:

formar un orificio en la parte moldeada (42),

instalar una pieza de inserción de un elemento material (44) en el orificio.

6. El método de la reivindicación 5, en donde:

el orificio es formado mediante taladro, e

insertar el elemento material Incluye estrechar los roscados en la parte de dentro del orificio y roscar una pieza de inserción dentro del orificio.

7. El método de la reivindicación 1, en donde las fibras están preimpregnadas con la resina termoplástica.

8. El método de la reivindicación 7, en donde el termoplástlco es uno de:

PEI, PPS, PES, PEEK, PKK y PEKKy PEKK-FC

9. El método de la reivindicación 1, en donde las fibras son fibras de carbono y están distribuidas de manera sustancialmente uniforme por toda la resina.

1. El método de la reivindicación 1, en donde las escamas tienen al menos una de las siguientes formas:

un cuadrado, un rectángulo, un círculo, una elipse, un trapezoide, un hexágono y un triángulo.