Pieza de material compuesto que incluye unos medios de protección contra el rayo.

Pieza (11) de material compuesto formado a base de resina termoendurecible,

que incluye unos medios deprotección contra el rayo, caracterizada por que los citados medios de protección contra el rayo comprenden, sobreuna superficie superior (12) de la citada pieza (11) susceptible de estar expuesta a los impactos de un rayo, unacapa continua de una hoja metálica (1) que presenta unas perforaciones (2) que presentan cada una de ellas unasuperficie inferior o igual a 20 mm2, y según una tasa de perforación comprendida entre 0,005 % y 20 %.

Pieza de material compuesto que incluye unos medios de protección contra el rayo El presente invento entra en el campo de las piezas de material compuesto, y más particularmente de tales piezas que incluyen unos medios de protección contra los efectos del rayo.

El invento de refiere más particularmente a las piezas realizadas en material compuesto formado a base de resina del tipo termoendurecible.

La utilización de materiales compuestos está ampliamente expandida en nuestros días en numerosos campos industriales, como por ejemplo el de la construcción de automóviles, el de la construcción aeronaútica o incluso en el de la construcción de edificios, por el hecho especialmente del ahorro de masa que estos materiales permiten obtener con respecto a los materiales convencionales, con propiedades mecánicas equivalentes.

Los materiales compuestos a los que se dirige el presente invento están constituidos por fibras bañadas en una resina polímera. Estas fibras son en general largas, y pueden estar tejidas o no, minerales u orgánicas, tales como por ejemplo las fibras de vidrio o de carbono. Están mantenidas por una matriz de resina polímera orgánica, que puede ser de tipo termoplástico o termoendurecible. Para este último tipo de resina, al que se aplica de una manera más específica el invento, el reticulado es iniciado por el calor, y es irreversible.

La fabricación de piezas de material compuesto formado a base de resina termoendurecible se efectúa de manera clásica mediante la utilización de un molde. Capas de fibras impregnadas de resina no endurecida son depositadas y apiladas plegadas un un molde abierto cuya superficie de moldeo presenta la forma de la pieza a realizar, de tal manera que forman un estratificado compuesto. Estas capas son recubiertas de eventuales productos envolventes, constituidos generalmente por un tejido de bombeo del excedente de resina y un tejido de drenaje que pueden estar separados por películas plásticas, y a continuación por una vejiga flexible que configura entre ella y el molde un volumen que permite la puesta bajo presión del plegado, bajo el efecto de la presión atmosférica, como consecuencia de un vacio parcial del citado volumen, de tal manera que se asegura el compactado de los diferentes pliegues entre sí. Durante la puesta bajo presión, el tejido de drenaje dispuesto entre la pieza y la vejiga asegura el drenaje del aire y de los vapores de disolventes que emanan de la resina fuera del estratificado compuesto. El conjunto es sometido inmediatamente a cocción, por ejemplo en una autoclave, manteniendo el vacio parcial de tal manera que se realiza la polimerización de la resina y la cohesión del plegado, confiriendo a la pieza su rigidez y sus ventajosas características mecánicas. Los vapores de los disolventes que se desgasifican durante esta cocción continúan siendo drenados a través del tejido de drenaje. La pieza es finalmente desmoldeada. Según las técnicas utilizadas, para la obtención de piezas delgadas que llevan al menos una curvatura, el molde puede ser macho, es decir con la superficie de moldeo de la pieza principalmente convexa, o hembra, con la superficie de moldeo de la pieza principalmente cóncava.

El campo preferido de aplicación del invento, si bien no es limitativo, es la fabricación de piezas de estructura de aeronaves, especialmente de paneles o de trozos del fuselaje. Tales piezas son en general delgadas y presentan una curvatura. Están particularmente expuestas, durante su uso, en particular durante el vuelo, a impactos de rayos. Se comprende fácilmente que es esencial que estén protegidas contra los nefastos efectos de estos impactos. Un problema ligado a la utilización de materiales compuestos es que estos últimos presentan intrínsecamente un mal comportamiento como respuesta a los impactos de rayos. En general son eléctricamente aislantes o poco conductores, si bien son incapaces de evacuar la corriente asociada a los rayos. Esto engendra un fuerte riesgo de daños en la estructura en el punto del impacto.

Para remediar este gran inconveniente, es habitual incluir en las piezas de materiales compuestos que forman paneles de fuselaje, en general en su superficie exterior, una capa eléctricamente conductora de protección contra los rayos, especialmente bajo la forma de un enrejado metálico. Tal característica tiene como efecto mejorar la conductividad de la pieza. La corriente del rayo se dispersa entonces por la superficie de la pieza, a lo largo de los hilos del enrejado, y se mejora la repuesta de la pieza a los rayos. Tal solución nos es sin embargo completamente satisfactoria, pues la conductividad de la pieza así constituida no es homogénea por razón de la anisotropía del enrejado. Además, las piezas así formadas están penalizadas por la masa necesaria de los enrejados realizados en bronce o en una aleación de cobre que alcanza generalmente entre 80 y 300 g/m2, y cuyas mallas están llenas de resina, lo que hace más pesado el conjunto y va en contra de las constantes exigencias de optimización de la masa de las piezas constitutivas de las aeronaves.

El presente invento trata de remediar los inconvenientes de las piezas de materiales compuestos existentes que incluyen una protección contra los efectos de los rayos, especialmente los expuestos anteriormente, proponiendo una pieza de este tipo que ofrezca un elevado grado de protección contra los efectos de los rayos y que además pueda ser fabricada, de una forma que incluya directamente los medios de protección contra los rayos, mediante las técnicas de moldeado empleadas de forma clásica para la fabricación de piezas compuestas a base de resinas termoendurecibles, incluyendo la utilización de un molde denominado macho. El invento trata igualmente de que esta pieza presente una masa lo más pequeña posible, para responder especialmente a las exigencias de optimización de la masa de los elementos utilizados para constituir aeronaves.

Por razones de comodidad, se utilizarán en toda la presente descripción los términos protección contra los rayos para designar la protección contra los efectos de los rayos, quedando bien entendido que no se trata aquí de evitar que los rayos toquen la pieza, sino más bien de conseguir que los efectos de los rayos sobre esta última sean gestionados de la manera más ventajosa para asegurar que no sean mortales para la pieza, y de una manera más general para el aparato en el cual está incluida.

Según el invento, una pieza de material compuesto formado a base de resina termoendurecible, que incluye unos medios de protección contra los rayos, se caracteriza por que los medios de protección contra los rayos están compuestos, en una superficie superior de la pieza susceptible de estar expuesta a los impactos de los rayos, por una capa continua de una hoja metálica que presenta unas perforaciones según una tasa de perforación superficial, que expresa la superficie ocupada por las perforaciones en la hoja con respecto a la superficie total de la hoja, que está comprendida entre 0, 005 % y 20 %.

De manera absolutamente ventajosa, la superficie de cada una de las perforaciones es además igual o inferior a 20 mm2.

Por capa continua de una hoja metálica se engloba también aquí tanto el caso en el que la capa está constituida por una sola hoja, que ocupa toda la superficie de la pieza susceptible de estar expuesta a los impactos de los rayos, como el caso en el que esta capa está constituida de una pluralidad de hojas metálicas yuxtapuestas, de preferencia sensiblemente idénticas las unas a las otras, que constituyen en conjunto la totalidad de la capa. Estas hojas entonces se recubren las unas a las otras al nivel de sus respectivos bordes, de tal manera que aseguran la continuidad de la capa de metalización en toda la superficie deseada de la pieza. Este último caso, utilizando una pluralidad de hojas, se consagra como el más frecuente en la práctica, en particular en el campo de las piezas de la estructura de las aeronaves, debido a las importantes dimensiones de estas piezas.

La superficie exterior de la pieza susceptible de estar expuesta a los impactos de los rayos corresponde en general de manera sensible a la superficie exterior total de la pieza. Por razones de comodidad práctica en el uso industrial, es particularmente ventajoso en todos los casos prever que la totalidad de la superficie superior de la pieza sea recubierta de la capa de metalización.

En el marco del campo de aplicación preferido del invento en el que la pieza es un panel o un trozo de fuselaje de una aeronave, en el aparato terminado, la superficie superior de la pieza es la que se encuentra expuesta hacia el exterior del aparato, y es sobre ella sobre la que es susceptible de golpear el rayo.... [Seguir leyendo]

1. Pieza (11) de material compuesto formado a base de resina termoendurecible, que incluye unos medios de protección contra el rayo, caracterizada por que los citados medios de protección contra el rayo comprenden, sobre una superficie superior (12) de la citada pieza (11) susceptible de estar expuesta a los impactos de un rayo, una capa continua de una hoja metálica (1) que presenta unas perforaciones (2) que presentan cada una de ellas una superficie inferior o igual a 20 mm2, y según una tasa de perforación comprendida entre 0, 005 % y 20 %.

2. Pieza según la reivindicación 1, caracterizada por que la tasa de perforación está comprendida entre 0, 005 % y 5 %.

3. Pieza según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por que el posicionamiento de las perforaciones (2) se realiza 10 según un motivo regular, especialmente un cuadrículado.

4. Pieza según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que la citada hoja metálica (1) es una fina lámina de aluminio.

5. Pieza según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que las perforaciones (2) están realizadas según un paso comprendido entre 0, 5 y 5 cm.

6. Pieza según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que las perforaciones (2) presentan cada una de ellas una forma circular.

7. Pieza según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que la hoja metálica (1) presente un espesor comprendido entre 5 y 50 μm.

8. Pieza según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que la hoja metálica (1) presenta en

una cara, o en las dos caras opuestas, al menos en una parte de su superficie, una capa soporte, especialmente constituida de fibras minerales tejidas o dispuestas como un fieltro.

9. Hoja metálica (1) para la fabricación de una pieza (11) de material compuesto formado a base de resina termoendurecible según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

10. Hoja según la reivindicación 9, caracterizada por que está recubierta de una fina capa de la citada resina 25 termoendurecible no polimerizada en una cara, o en las dos caras opuestas.

11. Procedimiento de fabricación de una pieza (11) de material compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que:

- unas capas de fibras impregnadas de resina termoendurecible son depositadas sobre un molde (3) , de tal manera que formen un estratificado compuesto (7) ,

- una hoja metálica (1) o varias hojas metálicas yuxtapuestas, preferentemente recubiertas de una capa de la citada resina termoendurecible en una cara, preferentemente en las dos caras, son aplicadas sobre un estratificado (7) de tal manera que forman una capa continua en una cara del citado estratificado,

- son depositados sucesivamente sobre la citada capa continua unos tejidos de bombeo y de drenaje (9) y una vejiga flexible (10) ,

- se realiza un vacio parcial entre la vejiga (10) y el molde (3) ,

- y el molde (3) es sometido a ciclos de temperatura y de presión de tal manera que se realicen la polimerización de la resina y la compactación de las capas de fibras.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por que el molde (3) presenta una superficie de moldeo (4) principalmente convexa.