Sistema de producción que comprende medios de vibración y alimentación de gas a presión para la producción de un componente compuesto.

Un sistema de producción para fabricar un componente compuesto,

que incluye:

un conjunto de molde (1) que incluye:

una sección (3) rígida de molde hembra, que tiene una cavidad (7) de molde hembra;

medios (17) de alimentación de resina para suministrar resina (23);

una sección (5) de molde macho conformada con un material elásticamente deformable, teniendo la secciónde molde macho una cara (9) de molde macho externa, y un volumen (11) interno para albergar un líquido(12);

una cámara (8) de molde que queda definida entre la cavidad (7) de molde hembra y la cara (9) de moldemacho cuando las secciones (3, 5) de molde hembra y macho se acoplan entre sí;

un medio (27) de suministro de vacío para producir un vacío en el cámara (8) de molde, ymedios (53) de vibración para vibrar el conjunto de molde (1),

caracterizado porque,

una porción (33) periférica circunda la periferia de la cavidad de molde hembra, incluyendo la porciónperiférica una cámara en anillo (39) a cuyo interior puede ser alimentada la resina (23);

y porque se ha previsto una alimentación (40) de gas a presión para suministrar un pulso de gas a altapresión periódicamente hacia la cámara en anillo (39).

Sistema de producción que comprende medios de vibración y alimentación de gas a presión para la producción de un componente compuesto.

La presente invención está dirigida a la producción de componentes compuestos hechos de material compuesto reforzado con fibra, y en particular está dirigida a la producción de componentes compuestos usando densidad y presión de fluido, y con preferencia haciendo también uso de la temperatura. La presente invención va a ser descrita con respecto a su uso en la producción de cascos de embarcaciones. Sin embargo, debe apreciase que la presente invención no se limita a esta aplicación y que también han sido previstas otras aplicaciones.

Una práctica normal en estos momentos consiste en utilizar material compuesto reforzado con fibra para producir grandes cascos de embarcaciones debido a su relativa resistencia y a su ligereza de peso. Los métodos comúnmente utilizados para fijar el casco de embarcación incluyen métodos de unión entre chapas con espray y unión entre chapas manualmente. El método de unión entre chapas con espray usa un espray consistente en fibra de refuerzo picada y resina catalizada que se aplica a la superficie de un molde. En el método de unión manual, la fibra en forma de tejido de tela, de punto, cosida o adhesivada es extendida sobre la superficie del molde y a continuación se impregna de resina el depósito de fibra extendida, usando rodillos y cepillos accionados a mano. En ambos métodos, se deja que la resina cure bajo condiciones atmosféricas estándar.

Puesto que la resina está expuesta a la atmósfera en los dos métodos descritos con anterioridad, se emiten cantidades significativas de productos volátiles, y en particular de gas estireno, desde la resina, y las concentraciones volátiles suspendidas en el aire pueden ser suficientemente altas como alcanzar niveles peligrosos para la salud. Según introducen las autoridades gubernamentales legislación para controlar tales emisiones, los constructores de barcos necesitan adaptarse a otros métodos que minimicen tales emisiones.

Uno de esos métodos se conoce como embolsamiento de vacío, donde una película desprendible, una película de ventilación y finalmente una película de embolsamiento de vacío se dispone sobre un depósito extendido de material compuesto aplicado con la utilización del método de unión manual descrito con anterioridad. La película de embolsamiento de vacío se sella a continuación a lo largo de su borde y el aire que está bajo la película es evacuado con la utilización de una bomba de vacío. Este método de embolsamiento de vacío ayuda a consolidar mejor el depósito de material compuesto y asegura un mejor humedecimiento de la fibra, ayudando también a reducir la cantidad de sustancias volátiles emitidas durante el curado.

En un desarrollo adicional de este método de embolsamiento de vacío, la película de embolsamiento de vacío se extiende sobre un depósito de material compuesto seco, y la resina catalizada es arrastrada por el depósito usando un método de infusión mientras el aire que está bajo la película de la bolsa de vacío es evacuado por medio de la bomba de vacío. Tubos de distribución, de tejido no estructural de punto o de resina, pueden ser extendidos sobre el depósito de material compuesto para ayudar a la distribución de resina bajo la cubierta de embolsamiento de vacío a través del depósito. Un método de este tipo ha sido descrito por ejemplo en las Patentes US núms. 4.902.215 y

5.052.906.

Mientras que estos métodos basados en bolsa de vacío ayudan a reducir las emisiones de sustancias volátiles suspendidas en el aire, son métodos que consumen tiempo puesto que se debe tener un gran cuidado para aplicar las películas y asegurar que no existan fugas de aire a través de la película de embolsamiento de vacío. Si se tiene cuidado suficiente para asegurar que no existen fugas de aire y si la resina no está mezclada apropiadamente, esto podría conducir a una infusión incompleta de la resina, dejando áreas del depósito sin contacto con la resina. Las áreas secas resultantes harán que el casco de la embarcación sea inutilizable. Además, los costos pueden ser altos debido a que la película de embolsamiento de vacío, así como también las películas desprendibles y las películas de respiradero usadas en este método, pueden ser usadas normalmente una sola vez y deben ser con posterioridad eliminadas. Cualquier otro componente de distribución de resina necesita también ser desechado.

Todos los métodos anteriores son no obstante adecuados solamente para una pieza distinta cada vez o para una producción a pequeña escala de cascos de embarcaciones, y no son adecuados para una producción en serie de cascos de embarcación. Otro método de producción de material compuesto, que ha sido usado en particular para la producción de componentes compuestos de alta precisión para las industrias aeronáutica y automovilística, consiste en moldeo por transferencia de resina (RTM) . Este método de producción requiere el uso de matrices de molde sólidas macho y hembra, las cuales cuando se acoplan entre sí definen una cavidad de molde. La fibra de refuerzo y otros materiales, se extienden cuidadosamente por el interior de la cavidad de molde, y la resina se inyecta a alta presión en esa cavidad.

Existe un número de problemas asociados al uso de RTM en la producción de cascos de embarcaciones:

a) Es necesario fabricar matrices de molde macho y hembra complementarias que tengan altas tolerancias dimensionales.

b) Las reacciones exotérmicas durante el curado de la resina catalizada conducen a incrementos sustanciales de temperatura en el interior del depósito de material compuesto. Puede resultar difícil controlar tales incrementos de temperatura cuando se están usando las matrices de molde acopladas.

c) En RTM, una práctica común consiste en usar una preforma de laminado de refuerzo de fibra que tiene un núcleo central de espuma para facilitar la infusión de la resina a su través. Si el laminado de refuerzo está extendido de forma incorrecta en la cavidad del molde, éste puede actuar de modo que bloquea e impide el flujo de resina a través de la cavidad, dando como resultado áreas que permanecen pobremente, o nulamente, mojadas por la resina. Por lo tanto, se debe tener cuidado de extender apropiadamente la fibra de refuerzo para que dé como resultado tiempos de producción largos.

d) Los accesorios verticales, tal como los mamparos y los refuerzos de tabiques, deben ser fijados a la carcasa del casco después de que la carcasa del casco haya curado. También al extender el tiempo total de producción, la zona de unión entre el casco y los mamparos formará inherentemente un área de debilitamiento dentro del casco debido a la discontinuidad en las propiedades del material a lo largo de la unión entre la carcasa del casco y los mamparos.

En la Patente US 5.971.742, se describe un aparato que reemplaza cada una de las matrices sólidas de molde por un alojamiento rígido que soporta una membrana delgada, semirrígida, de fibra de vidrio que proporciona la superficie de molde. El alojamiento y la membrana definen en conjunto una cámara de fluido rellena de un fluido conductor del calor no comprimible. Serpentines de control de temperatura se extienden por cada cámara de fluido para controlar la temperatura del fluido del interior de la cámara. Aunque esta disposición ayuda a mitigar el primer problema, las altas temperaturas generadas por el curado de la resina requieren aún un período de enfriamiento en la planta de producción después de cada secuencia de producción. Además, el uso de paredes de molde semirrígidas que tienen una deflexión mínima, dejará aún la posibilidad de que la preforma de fibra que está atrapada en puntos entre las paredes opuestas del molde, indique contactos donde la resina es incapaz de fluir a través de los mismos. Los problemas prácticos asociados al intento de formar accesorios verticales integrales, con la dificultad de transferir resina hacia porciones verticales de una preforma de fibra, también se mantienen.

El documento WO 2005/000566 A1 describe un sistema de producción de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

El documento WO 02/058916 A1 divulga un sistema para producir componentes compuestos que incluyen una primera y una segunda cámaras de presión que tienen, cada una de ellas, una pared de cámara elásticamente deformable, y medios para el fluido circulante a una temperatura y presión elevadas a través de las cámaras de presión. Un conjunto de molde, que proporciona una cavidad de molde en cuyo interior se dispone un depósito de material compuesto, está alojado entre las paredes... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de producción para fabricar un componente compuesto, que incluye:

un conjunto de molde (1) que incluye:

una sección (3) rígida de molde hembra, que tiene una cavidad (7) de molde hembra;

medios (17) de alimentación de resina para suministrar resina (23) ;

una sección (5) de molde macho conformada con un material elásticamente deformable, teniendo la sección de molde macho una cara (9) de molde macho externa, y un volumen (11) interno para albergar un líquido (12) ;

una cámara (8) de molde que queda definida entre la cavidad (7) de molde hembra y la cara (9) de molde macho cuando las secciones (3, 5) de molde hembra y macho se acoplan entre sí;

un medio (27) de suministro de vacío para producir un vacío en el cámara (8) de molde, y

medios (53) de vibración para vibrar el conjunto de molde (1) ,

caracterizado porque,

una porción (33) periférica circunda la periferia de la cavidad de molde hembra, incluyendo la porción periférica una cámara en anillo (39) a cuyo interior puede ser alimentada la resina (23) ;

y porque se ha previsto una alimentación (40) de gas a presión para suministrar un pulso de gas a alta presión periódicamente hacia la cámara en anillo (39) .

2. Un sistema de producción de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la cámara en anillo (39) está definida por una pestaña (29) anular periférica rígida que circunda a, y que soporta, la sección (5) de molde macho, encajando la pestaña anular con la porción (33) periférica que circunda la cavidad (7) de molde hembra.

3. Un sistema de producción de acuerdo con la reivindicación 2, que incluye además un medio de cierre hermético, por ejemplo un (os) nervio (s) (31) elástico (s) de cierre hermético, proporcionado entre la pestaña (29) anular y la porción (33) periférica para la provisión de al menos un cierre sustancialmente hermético al aire para la cámara en anillo (39) .

4. Un sistema de producción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que una serie de conductos de resina suministran resina a la cámara en anillo (39) en puntos distribuidos a lo largo de la cámara.

5. Un sistema de producción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que un único conducto de alimentación de resina se extiende en paralelo con la cámara en anillo (39) , teniendo el conducto de alimentación una serie de líneas de sangrado separadas a lo largo del mismo, desde las que se puede descargar resina hacia la cámara en anillo.

6. Un sistema de producción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el medio (27) de suministro de vacío incluye una bomba (35) de vacío y al menos una línea (37) de vacío.

7. Un sistema de producción de acuerdo con la reivindicación 6, en el que una primera línea (37b) de vacío citada está en comunicación con la cámara (8) de molde, y una segunda línea (37a) de vacío citada está en comunicación con la cámara en anillo (39) , con una válvula (36a) controlando el vacío aplicado por ambas primera y segunda líneas de vacío.

8. Un sistema de producción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que incluye además sensores (41a, 41b) de resina superior e inferior, proporcionados en el interior de la cámara en anillo (39) para determinar respectivamente cuándo alcanza el nivel de resina un punto bajo donde se necesita que se alimente resina adicional, y un punto alto donde no se necesita que se suministre resina adicional.

9. Un sistema de producción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la sección (3) de molde hembra está soportada en una disposición flotante sobre un primer alojamiento (47) para formar una primera cámara (51) de presión, y la sección (5) de molde macho está soportada sobre un segundo alojamiento (49) para formar una segunda cámara (52) de presión.

10. Un sistema de producción de acuerdo con la reivindicación 9, que incluye medios de circulación de fluido para hacer circular el fluido a una temperatura elevada a través de cada cámara (51, 52) de presión.

11. Un sistema de producción de acuerdo con la reivindicación 10, en el que los medios de circulación de fluido

hacen además que el fluido circule a temperatura elevada o a temperatura relativamente más baja.

12. Un sistema de producción de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la sección (5)

de molde elásticamente deformable tiene una superficie (9) externa, y una serie de canales (6) proporcionados en el

interior de la superficie externa.

5 13. Un sistema de producción de acuerdo con la reivindicación 12, en el que los canales (6) han sido

proporcionados según un patrón de malla a través de al menos una porción sustancial de la superficie (9) externa.

14. Un sistema de producción de acuerdo con la reivindicación 12 ó 13, en el que los canales (6) se aplanan cuando

se aplica una presión de fluido suficientemente alta a la sección (9) de molde elásticamente deformable.

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