ESTRATIFICADO DE LAMINAS METALICAS Y POLIMERO.

Un estratificado (1) que comprende:

al menos una primera capa metálica (2) que tiene un espesor constante de al menos 1,

5 mm; y

al menos una segunda capa metálica (3) que tiene un espesor constante de al menos 1,5 mm,

en donde la primera capa metálica (2) y la segunda capa metálica (3) están conectadas una a otra por una capa de polímero reforzada con fibras (4, 5) que tiene un contenido en volumen de fibras que no excede de 45%

Estratificado de láminas metálicas y polímero.

La invención se refiere a un estratificado de láminas metálicas y capas de polímero reforzadas con fibras conectadas a ellas. La invención comprende también la aplicación de un estratificado de este tipo como lámina de refuerzo para componentes de una aeronave o nave espacial.

Las piezas moldeadas fabricadas de un estratificado que comprende al menos una lámina metálica y una capa de polímero reforzada con fibras conectada a ella (a las que se hace referencia en lo sucesivo como estratificado metálico, estratificado de fibras metálicas o simplemente estratificado para abreviar) se utilizan cada vez más en industrias tales como la industria del transporte, por ejemplo en automóviles, trenes, aeronaves y naves espaciales. Tales estratificados pueden utilizarse por ejemplo en las alas, el fuselaje y los paneles de cola y/u otros paneles de revestimiento de aeronaves, y aseguran generalmente una resistencia mejorada a la fatiga del componente de la aeronave.

Los estratificados de fibras metálicas conocidos se desarrollaron en el periodo comprendido entre 1978 y 1990, y fueron vendidos en el mercado bajo los nombres de marca Arall® y Glare®. El estratificado de fibras metálicas conocido está construido a base de un gran número de láminas de aluminio relativamente delgadas (típicamente de 0,2 mm a 0,4 mm de espesor) con capas adhesivas de polímero reforzadas con fibras de aramida (Arall®) o fibras de vidrio de alta resistencia (Glare®) intercaladas. Esto significa que el contenido en volumen de fibras en las capas adhesivas es relativamente alto, con valores típicos de aproximadamente 50% en volumen para Arall® y 60% en volumen para Glare®. Los estratificados de fibras metálicas exhiben generalmente una resistencia satisfactoria al crecimiento de grietas. Una grieta de fatiga que ha aparecido en una lámina metálica cuando se somete a carga alternante no continuará creciendo rápidamente, por tanto, sino que sufrirá desaceleración en el crecimiento de la grieta. De acuerdo con el conocimiento actual, esto está causado por las capas de polímero reforzadas con fibras - en particular las fibras de las mismas - que abarcan la grieta y absorben al menos parcialmente las fuerzas responsables del crecimiento de la grieta.

EP 0312150 y EP 0312151 describen estratificados compuestos de al menos dos láminas metálicas, entre las cuales está provista una capa sintética de termoplástico. Las láminas metálicas tienen un espesor inferior a 1,5 mm.

Aunque el estratificado de fibras conocido demuestra propiedades satisfactorias de fatiga para revestimientos de fuselaje y alas, por ejemplo en una aeronave, ocurre que los costes de producción son relativamente altos. Esto es debido a diversos factores. Las piezas moldeadas, en particular los revestimientos de las alas de la aeronave, pueden tener un espesor total que asciende a varios centímetros. Estos significa que decenas - o incluso un centenar - de capas diferentes son necesarias generalmente para construir una pieza moldeada a partir de un estratificado de fibras. Adicionalmente, las láminas metálicas delgadas aplicadas en el estratificado de fibras tienen que laminarse en un grado extremo, a fin de conseguir el bajo espesor requerido para propiedades de fatiga satisfactorias. Las láminas metálicas y las capas de polímero reforzadas con fibras tienen que cumplir también tolerancias estrictas con respecto a su composición y espesor. Adicionalmente, en el laminado de fibras conocido, todas las láminas metálicas tienen que tratarse de tal manera que las mismas se unan eficazmente a las capas de polímero reforzadas con fibras. Para ello, cada lámina metálica tiene que anodizarse e imprimarse, por ejemplo. Finalmente, para producir una pieza moldeada del estratificado de fibras conocido, todas las capas se introducen en un molde. Cuanto mayor sea el número de capas que requiera la estructura, tanto mayor es el tiempo consumido y por consiguiente el coste de producción de la pieza moldeada.

Un gran número de los problemas anteriores podrían resolverse por aplicación de láminas metálicas más gruesas en el estratificado metálico de fibras conocido. No obstante, si aparecen grietas en estas láminas metálicas, se transferirá inevitablemente una mayor carga a las capas de polímero reforzadas con fibras que abarcan las grietas. Aunque las capas de polímero reforzadas con fibras conocidas realizan su función de abarcadura de las grietas eficazmente en el estratificado de fibras conocido, las mismas causan áreas de desestratificación que son demasiado considerables entre la lámina metálica agrietada y la capa de polímero reforzado con fibras adyacente si las láminas metálicas son significativamente más gruesas.

El objeto de esta invención es proporcionar un estratificado del tipo a que se hace referencia en el preámbulo, que puede utilizarse para satisfacer más eficazmente los altos requerimientos fijados por las industrias de la aviación y la industria espacial, y que puede producirse también de manera eficaz en costes. El estratificado de acuerdo con la invención se caracteriza para ello como se indica en la reivindicación 1. Sorprendentemente, se ha encontrado que la resistencia a la desestratificación aumenta significativamente si el estratificado comprende al menos una lámina metálica gruesa con un espesor de al menos 1 mm y si esta lámina metálica gruesa está conectada con el resto del estratificado por medio de al menos una capa de polímero reforzada con fibras, cuyo contenido de fibras en volumen es como máximo 45% en volumen. El estratificado se vuelve de este modo más que suficientemente resistente a la fatiga y puede producirse además de manera más sencilla y económica que el estratificado conocido. Por las medidas descritas en la reivindicación principal, es posible utilizar láminas metálicas más gruesas en los estratificados metálicos de fibras que lo que ha ocurrido hasta ahora. Por aplicación de láminas metálicas más gruesas en el estratificado de acuerdo con la invención, existe una mayor probabilidad de imperfecciones en la impregnación de fibras. Esto es debido a la elevada rigidez a la flexión de dichas láminas, que hace que estas láminas creen una caída de presión en las capas de polímero reforzadas con fibras del estratificado cuando el estratificado se cura en un autoclave, por ejemplo, lo cual impide a su vez la impregnación de las fibras contenidas en él. Una ventaja adicional de la aplicación de al menos una capa de polímero reforzada con fibras que tienen un contenido en volumen de fibras reducido es que existe menos riesgo de fibras insuficientemente impregnadas en las capas de polímero reforzadas con fibras. A pesar del hecho de que el estratificado de acuerdo con la invención comprende una o más capas de polímero reforzadas con fibras que tienen un contenido en volumen de fibras reducido, el estratificado posee buenas propiedades mecánicas.

En una realización, un estratificado de acuerdo con la invención se caracteriza porque el contenido en volumen de fibras de la capa de polímero reforzada con fibras especificada es como máximo 39% en volumen, como máximo 34% en volumen, como máximo 30% en volumen. Dichos contenidos en volumen de fibras son menores que los contenidos aplicados usualmente en los polímeros reforzados con fibras. Cuando se hace referencia en esta solicitud a una capa de polímero reforzada con fibras que tiene un contenido en volumen de fibras reducido, se entiende que se trata de una capa que tiene un contenido en volumen de fibras de como máximo 45% en volumen, como máximo 39% en volumen, como máximo 34% en volumen, como máximo 30% en volumen. La capa de polímero reforzada con fibras que tiene un contenido en volumen de fibras reducido puede conseguirse por ejemplo utilizando un producto semiacabado en el cual las fibras en el contenido en volumen especificado están impregnadas con un polímero adecuado en un estado parcialmente curado (a las que se hace referencia como prepregs). Es asimismo posible combinar un prepreg que tiene un contenido en volumen de fibras usual de 60% en volumen por ejemplo, con una o más capas adhesivas de polímero, a fin de conseguir un contenido medio reducido en volumen de fibras. En tal caso, se aplica una capa adhesiva que está provista de un portador, por ejemplo en la forma de una red de fibras de polímero, por ejemplo fibras de poliamida. El portador asegura que la capa adhesiva retiene un espesor específico preajustado incluso después de la adhesión y el curado. Esto es también ventajoso para la resistencia a la desestratificación. Es asimismo posible de acuerdo con la invención combinar fibras...

1. Un estratificado (1) que comprende:

en donde la primera capa metálica (2) y la segunda capa metálica (3) están conectadas una a otra por una capa de polímero reforzada con fibras (4, 5) que tiene un contenido en volumen de fibras que no excede de 45%.

2. El estratificado (1) de la reivindicación 1 en el cual la capa de polímero reforzada con fibras (4, 5) incluye fibras reforzantes incrustadas en una matriz de polímero.

3. El estratificado (1) de la reivindicación 2 en el cual las fibras reforzantes se seleccionan del grupo constituido por fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras metálicas, fibras termoplásticas estiradas, fibras naturales y combinaciones de las mismas.

4. El estratificado (1) de la reivindicación 2 en el cual la matriz de polímero es una matriz de polímero termoplástica o una matriz de polímero termoendurecible.

5. El estratificado (1) de la reivindicación 1 en el cual el espesor de la primera capa metálica (2) y la segunda capa metálica (3) es 2,5 mm.

6. El estratificado (1) de la reivindicación 2 en el cual las fibras reforzantes se impregnan con la matriz de polímero en un estado parcialmente curado.

7. El estratificado (1) de la reivindicación 2 en el cual las fibras reforzantes son continuas y se extienden en una sola dirección.

8. El estratificado (1) de la reivindicación 2 en el cual las fibras reforzantes están presentes en dos grupos que son continuos y se extienden en paralelo, formando cada grupo un ángulo idéntico con una dirección intermedia.

9. El estratificado (1) de la reivindicación 1 en el cual la primera capa metálica (2) y la segunda capa metálica (3) incluyen una aleación de aluminio.

10. El estratificado (1) de la reivindicación 1 en el cual la primera capa metálica (2) y la segunda capa metálica (3) incluyen una aleación aluminio-litio.

11. El estratificado (1) de la reivindicación 1 en el cual la primera capa metálica (2) y la segunda capa metálica (3) incluyen una aleación aluminio-magnesio-escandio.

12. Un estratificado (1) que comprende:

un subestratificado (10) que incluye al menos una primera capa metálica (12) que tiene un espesor de como máximo 0,8 mm, al menos una segunda capa metálica (12) que tiene un espesor de como máximo 0,8 mm, y una capa de polímero reforzada con fibras (11) que tiene un contenido en volumen de fibras de al menos 50% entre ellas;

al menos una capa metálica superior (2) conectada a una parte superior del subestratificado (10) y que tiene un espesor constante de al menos 1,0 mm; y

al menos una capa metálica inferior (3) conectada a una parte del fondo del subestratificado (10) y que tiene un espesor constante de al menos 1,0 mm,

en donde la al menos una capa metálica superior (2) y la al menos una capa metálica inferior (3) están conectadas al subestratificado (10) por una capa de polímero reforzada con fibras (4, 5) que tiene un contenido en volumen de fibras que no excede de 45%.

13. El estratificado (1) de la reivindicación 12 en donde la capa de polímero reforzada con fibras (4, 5) que tiene un contenido en volumen de fibras que no excede de 45% incluye fibras reforzantes incrustadas en una matriz de polímero.

14. El estratificado (1) de la reivindicación 13 en donde las fibras reforzantes se seleccionan del grupo constituido por fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras metálicas, fibras termoplásticas estiradas, fibras naturales y combinaciones de las mismas.

15. El estratificado (1) de la reivindicación 13 en donde la matriz de polímero es una matriz de polímero termoplástica o una matriz de polímero termoendurecible.

16. El estratificado (1) de la reivindicación 12 en donde la al menos una capa metálica superior (2) y la al menos una capa metálica inferior (3) incluyen una aleación de aluminio.

17. El estratificado (1) de la reivindicación 12 en donde el subestratificado (10) es un estratificado metálico de fibras pretensado que tiene una tensión de compresión media tanto en la al menos primera capa metálica (12) como en la al menos segunda capa metálica (12) y una tensión de tracción media en la capa de polímero reforzada con fibras (11) en estado sin carga.

18. El estratificado (1) de la reivindicación 12 en donde la al menos primera capa metálica (12) y la al menos segunda capa metálica (12) del subestratificado (10) tienen un límite elástico mayor que la al menos una capa metálica superior (2) y la al menos una capa metálica inferior (3).

19. El estratificado (1) de la reivindicación 13 en donde las fibras reforzantes están impregnadas con la matriz de polímero en un estado parcialmente curado.

20. El estratificado (1) de la reivindicación 12 para formar láminas de revestimiento (30) para un ala de una aeronave.