Moldura de material compuesto reforzada con fibras y fabricación de la misma.

Un procedimiento de fabricación de una moldura de material compuesto reforzada con fibras,

comprendiendoel procedimiento las etapas de:

disponer una capa (12) de acabado sobre una porción de una superficie (10) de molde, comprendiendo lacapa (12) de acabado un primer material resinoso (14) y teniendo la forma de al menos una lámina sólida,estando soportado el primer material resinoso (14) de la capa (12) de acabado en un soporte de materiallaminar (16), comprendiendo la capa (12) de acabado una pluralidad de segmentos (106, 206, 306) de lacapa de acabado ensamblados entre sí para formar una capa continua (12) de acabado;

disponer al menos una capa (24, 26) de material fibroso de refuerzo sobre la superficie (12) de acabadopara proporcionar, en la porción de la superficie (10) del molde, un ensamblado de la capa (12) de acabadoy una capa estructura (22) que comprende la al menos una capa (24, 26) de material fibroso de refuerzo;aplicar el vacío al ensamblado;

en una etapa de moldeo por transferencia de resina asistido por vacío, infundir un segundo materialresinoso fluido, al vacío, en la al menos una capa de material fibroso (24, 26) de refuerzo; y

curar los materiales resinosos primero (24) y segundo para formar la moldura de material compuestoreforzada por fibras que comprende una porción de superficie formada desde la capa (12) de acabadolaminada en una porción estructural formada desde la al menos una capa de material fibroso (24, 26) derefuerzo y el segundo material resinoso.

Moldura de material compuesto reforzada con fibras y fabricación de la misma

La presente invención versa acerca de un procedimiento de fabricación de una moldura de material compuesto reforzada con fibras. En particular, la presente invención versa acerca de la fabricación de una moldura de material compuesto reforzada con fibras adecuada para grandes estructuras de material compuesto, tales como palas de turbina, puentes y cascos de buque.

La mayoría de los componentes de material compuesto reforzados con fibra para proporcionar un revestimiento de la superficie exterior para proporcionar un acabado estético y protector al componente. Tradicionalmente, tales componentes son pintados después del moldeo o se usa un revestimiento líquido (revestimiento de gel) dentro del molde con suficiente resistencia al entorno. En algunas aplicaciones se prefiere el pintado, especialmente cuando se precisa ensamblar entre sí múltiples piezas componentes y cualquier desalineación o cualquier línea de unión pueden ser ocultadas después mediante etapas de relleno y carenado para dar un acabado más uniforme. El pintado también puede resultar útil cuando no se ha definido el color final al comienzo de la construcción y las piezas pueden ser suministradas en un formato listo para ser pintado.

Un problema clave en el pintado de una pieza de material compuesto puede ser el de evitar que el patrón del refuerzo de fibras aparezca en la superficie final. Este problema es mayor cuando se usan fibras de refuerzo de mayor peso y menor costo para reducir el costo del material y el tiempo requerido para acumular el grosor del laminado. Es común usar una capa de fibra de vidrio más cara de menor peso o un tejido de acabado no estructural además de un revestimiento de gel para separar la pintura del refuerzo de fibra. Es práctica habitual aplicar en primer lugar una capa líquida de gel en el molde que, en este caso, está diseñado para que cualquier defecto sea fácil de lijar y de reparar antes de pintar. El revestimiento de gel proporciona una capa barrera resinosa entre la pintura y las primeras capas de fibras proporcionando un grosor suficiente para impedir que el patrón de fibras se vea en la superficie final. Si se aplica el laminado en el molde sin la capa barrera de gel, es común que la superficie final tenga defectos semejantes a hoyos. Los hoyos son un problema particular cuando se pinta, dado que pueden ser difíciles de encontrar en el moldeo inicial, pero, cuando se pinta la pieza, la pintura se reticula, formando un defecto mayor alrededor del agujero de alfiler que requiere repaso.

Incluso cuando se usa el revestimiento de gel, también ocurre a veces que algunos hoyos están presentes. Sería deseable contar con un procedimiento de fabricación que, de forma sustancial, eliminase por completo el problema de los hoyos.

Para aplicar una capa de gel a piezas mayores, tales como turbinas eólicas, embarcaciones marinas, molduras arquitectónicas y puentes, se precisan equipos adicionales, tales como máquinas de pulverización de una capa de gel y equipos de extracción o equipos de mezcla usados en combinación con aplicación con brocha o rodillo, para reducir defectos y lograr tasas razonables de deposición del revestimiento de gel. Después ocurre una demora temporal mientras se espera que el revestimiento de gel se endurezca parcialmente para que adquiera suficiente resistencia para que se añada al molde el laminado restante.

Los tres procedimientos principales de procesamiento de termoendurecimiento de material compuesto usados actualmente para la fabricación de palas de turbina son:

1. laminado en mojado (también denominado moldeo abierto) : en este procedimiento, la resina termoendurecible puede endurecerse en condiciones ambiente, pero los instrumentos se calientan habitualmente hasta una temperatura elevada, 50-90°C, para acelerar el proceso de endurecimiento de la resina;

2. el uso de materiales preimpregnados y el material compuesto preimpregnado seco al tacto, del propio solicitante, comercializado con el nombre de producto SPRINT®. Tales materiales se endurecen normalmente a una temperatura elevada entre 85°C y 120°C; y

3. moldeo de transferencia de resina asistido por vacío (también denominado VARTM, infusión de resina o infusión al vacío) : en este procedimiento se infunde resina líquida al vacío en un compuesto de fibras secas, y luego puede endurecer en condiciones ambiente, aunque los instrumentos (es decir, los moldes) se calientan habitualmente hasta una temperatura elevada entre 50 y 90°C para acelerar el proceso de endurecimiento.

El acabado superficial desempeña un papel importante en la eficiencia aerodinámica. Algunos fabricantes de palas aplican en el molde una capa de gel resistente a los fenómenos atmosféricos para que sea la capa final; otros fabricantes pintan las palas mediante pulverización con posterioridad. En cualquiera de los dos casos, es preciso que la superficie sea lisa y esté libre de defectos. En la actualidad, los fabricantes de palas pasan un tiempo considerable rellenado y arreglando las superficies de las palas y, con la demanda creciente de palas de turbina, una solución para disminuir la cantidad de tiempo que cada pala pasa en el área de producción de acabado ahorraría tiempo, reduciría costes y aumentaría la capacidad de producción.

El VARTM es un procedimiento atractivo para la fabricación de palas, debido al reducido coste extra inicial de configuración del equipo, la mayor calidad del laminado y la salud y la seguridad. La práctica habitual para preparar una pala por VARTM para el pintado es aplicar en primer lugar una capa de gel en el molde para producir una capa separadora entre la pintura y el laminado reforzado con fibras para evitar defectos cosméticos. A continuación, esta capa en el molde aumenta de viscosidad, formando una capa pegajosa, lo que es útil para fijar la primera capa de fibra de refuerzo seco, ya que es difícil fijar tejidos secos en la superficie desmoldeada del instrumento con los sistemas habituales de masilla adhesiva pulverizable o de cinta adhesiva usados en el resto del apilamiento de fibras. En piezas pequeñas que no requieren una adhesión significativa del tejido al instrumento, puede sustituirse el revestimiento de gel con tisús, que se impregnan de resina durante la infusión. Esto no resulta práctico para las piezas mayores que son propensas a defectos causados por fugas de aire, que tienden a acumularse en estas capas e incluso por fugas de aire menores que requieren un importante repaso para preparar el componente para el pintado.

Aunque los sistemas de laminado en mojado y de resina por VARTM endurecen, en efecto, a condiciones ambiente en procedimientos de producción, los instrumentos se calientan a menudo hasta 50-90°C para acelerar el proceso de endurecimiento y mejorar las propiedades mecánicas finales. En este caso, es posible combinar una película catalítica de resina termoendurecible de la superficie con un sistema de resina endurecible en el ambiente para lograr un laminado coendurecido con un acabado superficial de alta calidad.

El documento WO 02/094564 da a conocer un material preimpregnado de película superficial que está diseñado para proporcionar una capa de resina que es fácil de preparar para ser pintada. Sin embargo, tales piezas preimpregnadas no son adecuadas para su uso en procesos de infusión de resina, que son usados de forma generalizada para fabricar piezas de material compuesto.

El documento WO-A-2000/056524 da a conocer un material compuesto reforzado con fibras que comprende una capa de fibras de refuerzo que tiene una primera matriz situada separada de una primera superficie del refuerzo de fibras hasta una profundidad solo parcialmente a través del refuerzo de fibras; y da a conocer una matriz de resina termoendurecible situada separada de una segunda superficie del refuerzo de fibras solo parcialmente a través del refuerzo de fibras. El primer material matricial puede ser un termoplástico o un material termoendurecible. Las matrices primera y segunda pueden ser iguales. La capa de fibras de refuerzo puede estar completamente mojada. También se da a conocer un procedimiento de fabricación de un material compuesto reforzado con fibras por medio del cual la capa de fibras de refuerzo y la primera matriz están rodeadas en una envolvente y se inyecta un segundo material matricial en la envolvente, siendo el segundo material matricial una matriz de resina termoendurecible, por medio de lo... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de fabricación de una moldura de material compuesto reforzada con fibras, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

disponer una capa (12) de acabado sobre una porción de una superficie (10) de molde, comprendiendo la

capa (12) de acabado un primer material resinoso (14) y teniendo la forma de al menos una lámina sólida, estando soportado el primer material resinoso (14) de la capa (12) de acabado en un soporte de material laminar (16) , comprendiendo la capa (12) de acabado una pluralidad de segmentos (106, 206, 306) de la capa de acabado ensamblados entre sí para formar una capa continua (12) de acabado; disponer al menos una capa (24, 26) de material fibroso de refuerzo sobre la superficie (12) de acabado

para proporcionar, en la porción de la superficie (10) del molde, un ensamblado de la capa (12) de acabado y una capa estructura (22) que comprende la al menos una capa (24, 26) de material fibroso de refuerzo; aplicar el vacío al ensamblado; en una etapa de moldeo por transferencia de resina asistido por vacío, infundir un segundo material resinoso fluido, al vacío, en la al menos una capa de material fibroso (24, 26) de refuerzo; y

curar los materiales resinosos primero (24) y segundo para formar la moldura de material compuesto reforzada por fibras que comprende una porción de superficie formada desde la capa (12) de acabado laminada en una porción estructural formada desde la al menos una capa de material fibroso (24, 26) de refuerzo y el segundo material resinoso.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1 en el que cada segmento (106, 206, 306) de la capa de acabado

tiene al menos un borde (107, 207, 208, 307) del mismo que se solapa parcialmente sobre un segmento adyacente (106, 206, 306) de la capa de acabado, opcionalmente en el que el solapamiento entre los segmentos adyacentes (106, 206, 306) de la capa de acabado tiene una anchura entre 10 y 75 mm y/o en el que los segmentos (106, 206, 306) de la capa de acabado se superponen en los bordes opuestos.

3. Un procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2 en el que el primer material resinoso (14) de la capa (12) de

acabado tiene un grosor entre 100 y 300 micrómetros y/o el primer material resinoso (14) de la capa (12) de acabado tiene aplicado un gramaje entre 100 y 400 gramos por metro cuadrado (g/m2) .

4. Un procedimiento según cualquier reivindicación precedente en el que el material laminar (16) de la capa (12) de acabado tiene un peso entre 10 y 90 g/m2, opcionalmente entre 20 y 50 g/m2 y/o el material laminar (16) de la capa (12) de acabado comprende material polimérico o de malla de vidrio, opcionalmente material de malla

de poliéster, opcionalmente también un material de malla de poliéster de filamentos fusionados.

5. Un procedimiento según cualquier reivindicación precedente en el que el material laminar (16) de la capa (12) de acabado está situado en una primera cara, o próximo a la misma, de la capa (12) de acabado, opcionalmente en el que la primera cara de la capa (12) de acabado es remota a la superficie (10) del molde en la etapa (a) de disposición para que la mayoría del primer material resinoso esté entre el material laminar (16) y

la superficie (10) del molde.

6. Un procedimiento según cualquier reivindicación precedente en el que la al menos una capa (24, 26) de material fibroso de refuerzo comprende una pluralidad de segmentos (102, 103; 202, 203; 302, 303) de material fibroso de refuerzo ensamblados entre sí para formar una capa continua de material fibroso de refuerzo, opcionalmente en el que cada segmento (102, 103; 202, 203; 302, 303) de material fibroso de refuerzo tiene al

menos un borde del mismo que se solapa parcialmente sobre un segmento adyacente (102, 103; 202, 203; 302, 303) de material fibroso de refuerzo, opcionalmente también en el que el solapamiento entre los segmentos adyacentes (102, 103; 202, 203; 302, 303) de material fibroso de refuerzo tiene una anchura entre 10 y 75 mm y/o en el que los segmentos (102, 103; 202, 203; 302, 303) de la capa de acabado se superponen en los bordes opuestos.

45 7. Un procedimiento según cualquier reivindicación precedente en el que el primer material resinoso (14) y el segundo material resinoso se endurecen al menos parcialmente de forma simultánea en la etapa (e) de curado.

8. Un procedimiento según cualquier reivindicación precedente en el que el primer material resinoso (14) y el segundo material resinoso tienen viscosidades diferentes, opcionalmente en el que el primer material resinoso

(14) tiene una viscosidad mayor que la del segundo material resinoso a temperatura ambiente (20 grados

50 centígrados) , opcionalmente también en el que la proporción de la viscosidad, medida a una temperatura ambiente de 20°C, del primer material resinoso (14) y del segundo material resinoso es al menos 100/1, opcionalmente también de al menos 1000/1, y opcionalmente además de al menos 10.000/1.

9. Un procedimiento según la reivindicación 8 en el la etapa (e) de curado del segundo material resinoso está adaptada para iniciar su endurecimiento antes que el primer material resinoso (14) , opcionalmente en el que la

55 etapa (e) de curado se lleva a cabo a una temperatura elevada por encima de la temperatura ambiente, opcionalmente también en el que la etapa (e) de curado se lleva a cabo a una temperatura entre 40 y 90 grados centígrados y/o también opcionalmente en el que en la etapa (e) de curado la reacción de

endurecimiento del segundo material resinoso es exotérmica, lo que genera calor, lo que acelera el endurecimiento del primer material resinoso (14) .

10. Un procedimiento según cualquier reivindicación precedente en el que la capa (12) de acabado está

previamente fijada a una capa (24) del material fibroso de refuerzo, en el que la capa (12) de acabado y al 5 menos una capa (24, 26) de material fibroso de refuerzo están dispuestas sobre una porción de una superficie

(10) del molde en una etapa común, opcionalmente en el que la capa (12) de acabado está previamente fijada a una capa (24) del material fibroso de refuerzo por medio de un fijador.

11. Un procedimiento según cualquier reivindicación precedente en el que el primer material resinoso (24) de la capa de acabado tiene una viscosidad entre 0, 1×105 y 5×105 Pa·s medida a 20°C y opcionalmente en el que la

porción de la superficie (10) del molde en la que se dispone la capa (12) de acabado tiene una temperatura en la etapa (a) de aproximadamente la temperatura ambiente, y el primer material resinoso de la capa (12) de acabado se adhiere directamente a la porción de la superficie (10) del molde y/o en el que el segundo material resinoso tiene una viscosidad entre 0, 1 y 2 Pa·s medida a 20°C, opcionalmente entre 0, 1 y 0, 6 Pa·s medid a a 20°C.