Estructura de auto-reparación.

Estructura que comprende un cuerpo que está formado al menos parcialmente por fibras huecas que se ensamblan para formar una matriz rígida de material de resina curado,

comprendiendo las fibras una pluralidad de conjuntos de fibras dispuestas en grupos de series de fibras, cada uno de los cuales comprende fibras huecas que contienen cada una al menos parcialmente un primer componente de fluido presurizado, de una composición resinosa curable de dos componentes, proporcionándose un segundo componente de la composición resinosa de dos componentes alrededor de cada una de dichas fibras huecas que contienen dicho primer componente de fluido presurizado, mediante lo cual, en caso de que se produzca una fractura en una serie de fibras, pueden combinarse los dos componentes de la composición en la región de la fractura para curar la composición adhesiva y cerrar de ese modo la fractura.

Estructura de auto-reparación Esta invención se refiere a materiales de fibras y se refiere, específicamente, a estructuras en las cuales fibras huecas y/o macizas se combinan en un único cuerpo para formar un cuerpo de material compuesto que tiene capacidad de auto-reparación y/o tiene la capacidad de proporcionar una indicación tanto de cuándo es necesaria una reparación como de cuándo se he llevado a cabo una auto-reparación. Esto es especialmente aplicable, pero no está limitado a, lo que se denomina reparación de daños en combate, que se puede improvisar o llevar a cabo rápidamente en un entorno de combate para que el equipo dañado o deshabilitado vuelva a funcionar temporalmente.

En la patente estadounidense nº 6527849 de Dr y se dan a conocer de forma muy detallada muchas soluciones para la reparación de artículos que utilizan "recipientes" (incluyendo pipetas, tubos, fibras y similares) en matrices que comprenden, entre otras, medios de hormigón y otros materiales incluyendo aquellos que se pueden usar incorporados en aviación, ortopedia y diversas otras áreas. La memoria descriptiva de Dr y sugiere el uso de muchos materiales diferentes, enumerando casi cada material polimérico útil conocido en el momento de la solicitud básica como agentes termoplásticos o termoestables de unión, relleno y reparación.

La patente alemana nº DE4107618 da a conocer un material unido a fibras que comprende fibras huecas rellenas con una resina endurecida al aire o con resina a la que se ha añade agente endurecedor.

Se han llevado a cabo muchos experimentos para desarrollar la presente invención y se ha descubierto que la colocación de tales materiales como menciona Dr y en fibras huecas ha resultado en repetidos intentos fallidos de que cualquier fluido que se coloque en tales fibras salga espontáneamente de la fibra cuando se rompe una fibra. Esto se ha producido un número suficiente de veces durante el experimento como para que no se considere tan sólo debido al azar. En las figuras 1 a 8 de los dibujos adjuntos se muestran, como imágenes fotográficas, los resultados de dos de los experimentos que se han llevado a cabo como se ilustra. Como se puede observar en la figura 1, el objeto de los experimentos fue una estructura 10 de material compuesto tejido preformado que está formado por fibras 10A de urdimbre y fibras 10B de trama, extendiéndose las fibras de trama transversalmente de izquierda a derecha en la figura 1. En ambos casos el cuerpo se formó incluyendo el material textil de fibras huecas en una matriz de resina circundante para observar directamente el efecto de la fractura de las fibras como se produciría en una estructura rígida. El material textil estaba completamente formado por estratos de fibras de vidrio huecas tejidas con un diámetro externo de 10-12 micrómetros y un diámetro interno de 5-7 micrómetros, todas las cuales estaban rellenas de un material liquido coloreado en forma de agua pura que tenía un agente colorante proporcionado por un colorante alimentario comercial añadido a las mismas. El experimento en sí se realizó a temperatura ambiente.

Se usó un instrumento afilado proporcionado por la cabeza de un destornillador 12 para perforar la estructura de material compuesto y romper así algunas de las fibras de la misma. La rotura de las fibras se puede observar en la figura 2; la cabeza se insertó en la estructura y, a continuación, se retiró inmediatamente, habiendo fracturado las fibras de la estructura. Cuando la cabeza del destornillador se retiró de la estructura, la estructura se fotografió inmediatamente, como se muestra en la figura 3, y se mantuvo entonces en observación inicialmente durante varios minutos; se descubrió que en ningún momento emanó de las fibras el fluido coloreado dentro de las fibras de la estructura. La estructura se fotografió al final de un periodo adicional de aproximadamente diez minutos y el estado de la estructura al final de ese periodo se puede observar en la fotografía de la figura 4, en la que la ruptura de las fibras es visible con el número 14, siendo la ruptura claramente visible por la reflexión de la luz de las porciones rotas de las fibras. Se realizó una observación de la estructura después, durante un periodo adicional de una hora después de que la estructura se hubiera perforado, y en ningún momento se detectó ningún cambio en la figura 4 o se observó que saliera ningún fluido de los extremos rotos de las fibras. También se descubrió en experimentos posteriores que el cambio de longitud de fibra en una estructura de este tipo no tenia ningún efecto sobre el resultado final y que, cualquiera que fuese la longitud de fibra, no se observaba filtración o emanación de fluido de una fibra rota.

En las figuras 5, 6, 7 y 8 se muestran fotografías que ilustran similares resultados pero con fibras huecas "cerradas", lo que significa fibras huecas selladas en cada extremo. De nuevo, en la figura 5, como se puede observar, se usó un panel 10 de fibras huecas tejidas, comprendiendo estratos de fibras huecas entretejidas similares a las que forman la estructura mostrada en las figuras 1 a 4. En este caso, no obstante, se introdujo fluido en todas las fibras y los extremos abiertos de las fibras se sellaron. Se realizó entonces una operación similar a la descrita en referencia a las figuras 1 a 4 y se observaron los resultados. En la figura 6 se muestra el acto de cortar o dañar algunas de las fibras; la cabeza del destornillador se retiró inmediatamente y, en la figura 7, se puede observar de nuevo el resultado. No se observó que saliera fluido de las fibras en ningún momento. Al igual que en el ejemplo ilustrado en las figuras 1 a 4, el panel se dejó durante un periodo de aproximadamente 10 minutos y, a continuación, se sacó una fotografía, mostrada en la figura 8, que indica que no se produjeron cambios respecto a lo observado inmediatamente después de cortar las fibras.

Habiendo observado los resultados obtenidos, los experimentos se repitieron con ambos tipos de redes, pero con una composición de resina epoxídica y, después, con una composición de resina de cianoacrilato, rellenando las fibras huecas, coloreándose cada composición con un colorante adecuado. En ninguno de los casos se logró ningún resultado que fuese diferente a los mostrados en las figuras 1 a 8.

Por tanto, como medio de efectuar reparaciones en estructuras tales como cualquier pieza de un avión, en las que es crítica la reparación rápida de cualquier defecto, se debe considerar que la implementación de las soluciones sugeridas en la memoria descriptiva de Dr y no es fiable. Es esencial, cuando hay una gran posibilidad de fallo que pueda conducir a situaciones que pongan en peligro vidas, minimizar cualquiera de tales riesgos. Es esencial, al considerar sistemas de auto-reparación para aviación, por ejemplo, que no haya riesgo de fallo y que se garantice el 100% de fiabilidad.

Por consiguiente, aunque se puede considerar que el documento de Dr y da a conocer los principios generales de uso de recipientes para colocar agentes "modificadores" in situ, no contiene orientación alguna respecto al modo de tal uso o de los parámetros relacionados con tal uso, excepto que, respecto a una realización que sólo usa una fibra sellada, especifica diámetros externos de hasta 100 micrómetros. En todas las demás realizaciones, los recipientes son de tamaño no especificado y pueden incluir tanto tuberías como fibras, capilares, pipetas, tubos y similares. De forma similar, las proporciones y cantidades de los denominados agentes faltan completamente en la memoria descriptiva de Dr y , tales como información práctica tal como viscosidad, temperatura y otros parámetros, que puede ser crítica.

El trabajo de Dr y se ha mencionado mucho en "Alteration of matrix permeability, pore and crack structure by the time release of internal chemicals" - (publicado en Proc. Advances in Cementitious Materials, American Ceramic Society, Gaithersbur y , Mar y land, EE.UU., 1990, pág. 729-768) .

"Smart materials which sense, active and repair damage; hollow porous fibers in composites release chemicals from fibers for self-healing, damage prevention, and/or dynamic control" - (Articulo presentado en 1st European Conf. on smart structures and materials, Glasgow 1992, 367, Sesión 11) . El articulo hacia referencia al uso de fibras de fibra de vidrio y polipropileno porosas huecas revestidas y a la reparación de fibras que usan esas técnicas. La reparación implicaba:

1. Cierre por cambio de las dimensiones de las fibras cuando se alargan, forzando así la salida del relleno.

2. Separación del revestimiento... [Seguir leyendo]

1. Estructura que comprende un cuerpo que está formado al menos parcialmente por fibras huecas que se ensamblan para formar una matriz rígida de material de resina curado, comprendiendo las fibras una pluralidad de conjuntos de fibras dispuestas en grupos de series de fibras, cada uno de los cuales comprende fibras huecas que contienen cada una al menos parcialmente un primer componente de fluido presurizado, de una composición resinosa curable de dos componentes, proporcionándose un segundo componente de la composición resinosa de dos componentes alrededor de cada una de dichas fibras huecas que contienen dicho primer componente de fluido presurizado, mediante lo cual, en caso de que se produzca una fractura en una serie de fibras, pueden combinarse los dos componentes de la composición en la región de la fractura para curar la composición adhesiva y cerrar de ese modo la fractura.

2. Estructura según la reivindicación 1, en la que el segundo componente de la composición resinosa de dos componentes se incluye en la matriz adyacente a cada una de dichas fibras huecas.

3. Estructura según la reivindicación 2, en la que el segundo componente de la composición resinosa de dos componentes se proporciona en forma de un recubrimiento sobre las superficies exteriores de cada una de dichas fibras huecas.

4. Estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que, dentro de la estructura, fibras huecas contienen fluidos de códigos de colores bajo presión para indicar diferentes regiones de la estructura de forma que, en el caso de que se produzca una fractura en la misma, la ubicación de una fractura se pueda identificar visualmente.

5. Estructura según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la composición es una composición aeróbicamente curable.

6. Estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la composición es una composición anaeróbicamente curable.

7. Estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que al menos un componente de la composición adhesiva lo porta un vehículo volátil adaptado para evaporarse en un punto de fractura en una fibra.

8. Estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que cada una de las fibras huecas tiene un diámetro externo de hasta aproximadamente 100 micrómetros.

9. Estructura según la reivindicación 8, en la que cada una de las fibras huecas tiene un diámetro interno en el intervalo de hasta aproximadamente 70 micrómetros.

10. Estructura según la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en la que la viscosidad de la composición de fluidos es inferior a 1000 cP.

11. Estructura según la reivindicación 10, en la que la viscosidad de la composición de fluidos es inferior a 250 cP.

12. Estructura según la reivindicación 9, en la que cada una de las fibras huecas tiene un diámetro externo en el intervalo de aproximadamente 10 micrómetros a aproximadamente 12 micrómetros.

13. Estructura según la reivindicación 12, en la que cada una de las fibras huecas tiene un diámetro interno en el intervalo de aproximadamente 5 micrómetros a aproximadamente 7 micrómetros.

14. Estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en la que las fibras huecas están formadas por materiales seleccionados del grupo constituido por carbono, vidrio y material polimérico.

15. Estructura según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, y que comprende adicionalmente fibras macizas que están formadas por materiales seleccionados del grupo constituido por carbono, vidrio y material polimérico.

16. Estructura según la reivindicación 19, en la que la composición de dos componentes se selecciona de composiciones que experimentan un cambio de color cuando se curan.

17. Vehículo aéreo, terrestre o acuático que incluye una o más estructuras según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.