Sistema para formar capas de refuerzo con fibras orientadas en dirección transversal.

Un aparato (10) para formar una capa fibrosa (17) de refuerzo,

que tiene fibras orientadas transversalmente,comprendiendo el aparato; un alimentador (18) para suministrar un conjunto de fibras continuas (16; 16a) en unaprimera orientación; y un dispensador (12) de fibras cortadas, que incluye una boquilla (30) para dispensar fibrascortadas (14) generalmente alineadas sobre el conjunto de fibras continuas, en al menos una segunda orientacióncon respecto a la primera orientación del conjunto de fibras continuas, para formar la capa fibrosa (17) de refuerzo,caracterizado porque:

dicho dispensador (12) de fibras cortadas puede moverse selectivamente con respecto a dicho conjuntode fibras continuas (16) para variar una relación de posición de dichas fibras cortadas colocadas sobredicho conjunto de fibras continuas, y

dicha boquilla (30) incluye un dispositivo (38) de direccionamiento de fluido para dirigir un fluido hacia elinterior de la boquilla para controlar un caudal, una cantidad, y/o una anchura de dispersión de las fibrascortadas que salen por la boquilla mediante el control del fluido que entra en la boquilla (30).

Sistema para formar capas de refuerzo con fibras orientadas en dirección transversal

Campo técnico y aplicabilidad industrial

La presente invención se refiere, en general, a un sistema para formar capas de refuerzo con fibras orientadas en dirección transversal y, en particular, a un sistema para dispensar tanto fibras continuas como fibras de refuerzo cortadas para formar las capas de refuerzo.

La presente invención tiene aplicabilidad industrial en la fabricación de artículos, mantas o preformas reforzados con fibras, que son adecuados para reforzar artículos moldeados, tales como materiales compuestos estructurales, tuberías y similares.

Antecedentes de la invención Los materiales compuestos estructurales y otros artículos moldeados reforzados comúnmente se fabrican utilizando procesos de fabricación tales como moldeado por transferencia de resina y moldeado estructural por inyección de resina. Estos procesos de moldeado se han hecho más eficientes mediante el uso de fibras de refuerzo que se utilizan para fabricar una capa o manta de refuerzo. Las capas preformadas reforzadas con fibra o “preformas” de manta o preimpregnados de filamentos bobinados tienen la forma y el tamaño aproximados del artículo moldeado.

El documento US 2005/008804 describe un procedimiento de fabricación de un material fibroso proporcionando una primera capa longitudinal de fibras de vidrio, aplicando una capa intermedia de fibras de refuerzo sobre la primera capa (de las cuales al menos algunas incluyen al menos porciones de las mismas que se extienden en la dirección transversal) , y cubriendo la capa intermedia con una segunda capa longitudinal de fibras de vidrio. El documento US 2002/124936 describe un procedimiento de fabricación de láminas de material compuesto utilizando dos haces de hebras de material compuesto paralelas y un recubrimiento de hebras de material compuesto depositadas transversalmente en la forma de una manta con hebras continuas. El documento WO 03/038331describe un revestimiento de refuerzo hecho de un material textil y procedimientos de fabricación del revestimiento y del material de tejido. El material de tejido se forma como una tira continua de materiales proporcionando una primera capa longitudinal de fibras de vidrio y aplicando una segunda capa que comprende fibras cortadas que se extienden en una dirección sustancialmente perpendicular a las fibras de la primera capa.

A medida que los requisitos técnicos para los productos de refuerzo aumentan, se requieren nuevos procedimientos para dispensar y colocar las fibras de refuerzo. Un requisito es que las fibras de refuerzo sean suministradas a velocidades mayores a las previamente utilizadas. Otro requisito es que las fibras de refuerzo se coloquen con diversos grados de grosor o de densidad para lograr el resultado de refuerzo deseado. Otro requisito es que las fibras de refuerzo se coloquen en una orientación predeterminada.

Cuando se hacen preformas con cantidades específicas y con orientaciones específicas de las fibras de refuerzo, las preformas proporcionan al producto moldeado una resistencia mejorada precisamente en las localizaciones más débiles o con mayor tensión. Debido a este nuevo requisito de diseño, a menudo existe un requerimiento para que las fibras sean dispensadas de manera muy controlada.

Los esfuerzos para controlar la orientación de las fibras no han resultado enteramente exitosos, especialmente a las altas velocidades necesarias para operaciónes comercialmente exitosas. Cuando los dispensadores de fibra normales se operan a una mayor velocidad, no pueden colocarse con éxito las fibras en un patrón tan controlado como es deseable.

Resulta obvio que serían deseables mejoras en la dispensación de las fibras orientadas con precisión de manera controlada, permitiendo una distribución de las fibras más precisa.

Sumario de la invención Se ha desarrollado ahora un sistema para dispensar fibras cortadas rápida y precisamente con una orientación transversal sobre un conjunto de fibras continuas.

El aparato incluye un alimentador que suministra un conjunto de fibras continuas en una primera orientación. Un dispensador de fibras cortadas distribuye las fibras cortadas sobre el conjunto de fibras continuas en una segunda orientación, transversal con respecto a la primera orientación del conjunto de fibras continuas.

En un aspecto, la segunda orientación está definida como un ángulo θ de entre 0º y 90º aproximadamente con respecto a la primera orientación del conjunto de fibras continuas; en donde el ángulo θ está definido como un

ángulo entre unos ejes x y z, en donde el eje x está definido por una superficie superior del conjunto de fibras continuas y el eje z está definido por una anchura del conjunto de fibras continuas.

También se ha desarrollado un proceso para fabricar una capa fibrosa de refuerzo que incluye dirigir un suministro de fibras continuas, y dispensar un suministro de material fibroso cortado sobre las fibras continuas. Las fibras continuas se dirigen en una primera orientación y los materiales fibrosos cortados se dispensan en una segunda orientación, de dirección transversal con respecto a la primera orientación de las fibras continuas.

Diversos objetos y ventajas de la presente invención resultarán aparentes para los expertos en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada de la forma de realización preferente, al leerse teniendo en cuenta los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos La FIG. 1 es una ilustración esquemática en perspectiva de un sistema para dispensar fibras cortadas sobre un conjunto de fibras continuas de tal modo que las fibras cortadas y las fibras continuas queden orientadas de manera transversal entre sí.

La FIG. 1A es una ilustración esquemática en perspectiva de una parte de un sistema para dispensar fibras cortadas sobre un conjunto de fibras continuas de tal modo que las fibras cortadas y las fibras continuas queden orientadas de manera transversal entre sí.

La FIG. 1B es una vista superior, o en planta, que muestra diferentes orientaciones transversales de fibras cortadas sobre el conjunto de fibras continuas.

La FIG. 2 es una ilustración esquemática en perspectiva de otro sistema para dispensar fibras cortadas sobre un conjunto de fibras continuas de tal modo que las fibras cortadas y el conjunto de fibras continuas están orientadas de manera transversal entre sí, mostrando dos capas de conjuntos de fibras continuas.

La FIG. 3 es una ilustración esquemática en perspectiva de un sistema (no de acuerdo con la presente invención) para dispensar fibras cortadas sobre un conjunto de fibras continuas de tal modo que las fibras cortadas y el conjunto de fibras continuas están orientadas de manera transversal entre sí, en el cual se aplica a las fibras un material aglutinante.

La FIG. 4 es una ilustración esquemática en perspectiva de un sistema para dispensar fibras cortadas sobre un conjunto de fibras continuas de tal modo que las fibras cortadas y el conjunto de fibras continuas están orientadas de manera transversal entre sí, en el cual se somete la capa fibrosa de refuerzo a un proceso de hilvanado.

La FIG. 5 es una ilustración esquemática en perspectiva de otro sistema para dispensar fibras cortadas sobre un conjunto de fibras continuas de tal modo que las fibras cortadas y el conjunto de fibras continuas están orientadas de manera transversal entre sí.

Descripción detallada y realizaciones preferidas A no ser que se defina de otra manera, todos los términos técnicos y científicos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado comúnmente entendido por los expertos en la técnica a la que pertenece la invención. Aunque en la práctica o la comprobación de la presente invención pueden utilizarse procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en el presente documento, en el presente documento se describen procedimientos y materiales preferidos. Debe observarse que los mismos números encontrados a lo largo de las figuras se refieren a los mismos elementos.

La FIG. 1 muestra un sistema 10 que tiene un dispensador 12 de fibras cortadas para dispensar fibras cortadas 14 sobre un conjunto de fibras continuas 16 para formar una capa fibrosa 17 de refuerzo. El dispensador 12 de fibras cortadas está posicionado adyacente al conjunto de las fibras continuas 16. El dispensador 12 de fibras cortadas distribuye las fibras cortadas 14 sobre las fibras continuas 16 en una o más orientaciones transversales deseadas con respecto a la orientación de las fibras continuas 16.

En las realizaciones mostradas en las FIGURAS, el... [Seguir leyendo]

1. Un aparato (10) para formar una capa fibrosa (17) de refuerzo, que tiene fibras orientadas transversalmente, comprendiendo el aparato; un alimentador (18) para suministrar un conjunto de fibras continuas (16; 16a) en una primera orientación; y un dispensador (12) de fibras cortadas, que incluye una boquilla (30) para dispensar fibras cortadas (14) generalmente alineadas sobre el conjunto de fibras continuas, en al menos una segunda orientación con respecto a la primera orientación del conjunto de fibras continuas, para formar la capa fibrosa (17) de refuerzo, caracterizado porque:

dicho dispensador (12) de fibras cortadas puede moverse selectivamente con respecto a dicho conjunto de fibras continuas (16) para variar una relación de posición de dichas fibras cortadas colocadas sobre dicho conjunto de fibras continuas, y

dicha boquilla (30) incluye un dispositivo (38) de direccionamiento de fluido para dirigir un fluido hacia el interior de la boquilla para controlar un caudal, una cantidad, y/o una anchura de dispersión de las fibras cortadas que salen por la boquilla mediante el control del fluido que entra en la boquilla (30) .

2. El aparato de la reivindicación 1, en el cual dicho dispensador de fibras cortadas es móvil con respecto a dicho conjunto de fibras continuas, que se mueve a lo largo de una dirección longitudinal para variar el patrón de colocación de dichas fibras cortadas sobre dicho conjunto de fibras continuas.

3. El aparato de la reivindicación 1, en el cual el dispensador de fibras cortadas está posicionado con un ángulo α respecto a la superficie superior (16t) del conjunto de fibras continuas. Estando definido dicho ángulo α entre un eje x definido por una longitud del conjunto de fibras continuas que se extiende longitudinalmente y un eje y, que está en relación vertical perpendicular al eje x, siendo móvil dicho dispensador de fibras cortadas para variar dicho ángulo α para controlar una cantidad y un patrón de colocación de dichas fibras cortadas sobre dicho conjunto de fibras continuas.

4. El aparato de la reivindicación 1, en el cual el alimentador está configurado para suministrar al menos un segundo suministro (16b) de fibras continuas sobre las fibras cortadas.

5. El aparato de la reivindicación 1, que incluye adicionalmente una superficie (20) de recogida para recibir la capa fibrosa (17) de refuerzo.

6. El aparato de la reivindicación 5, en el cual la superficie de recogida es un tambor rotativo, un mandril para formar tuberías, o una bobina para un material de tejido.

7. Un proceso para fabricar una capa fibrosa (17) de refuerzo que tiene unas fibras orientadas transversalmente, comprendiendo el proceso dirigir un suministro de un conjunto de fibras continuas (16; 16a) desde un alimentador

(18) en una primera orientación; y dispensar a través de una boquilla (30) de un dispensador (12) de fibras cortadas un suministro de fibras cortadas (14) , generalmente alineadas sobre el conjunto de fibras continuas, en al menos una segunda orientación con respecto a la primera orientación del conjunto de fibras continuas, para formar la capa fibrosa (17) de refuerzo, caracterizado porque:

dicho dispensador (12) de fibras cortadas puede moverse selectivamente con respecto a dicho conjunto de fibras continuas para variar una relación de posición de dichas fibras cortadas colocadas sobre dicho conjunto de fibras continuas, y

dicha boquilla (30) incluye un dispositivo (38) de direccionamiento de fluido para dirigir un fluido hacia el interior de la boquilla para controlar un caudal, una cantidad, y/o una anchura de dispersión de las fibras cortadas que salen por la boquilla mediante el control del fluido que entra en la boquilla (30) .

8. El proceso de la reivindicación 7, en el cual se cambian una tasa, una cantidad y/o una orientación de la deposición de fibras cortadas ajustando un ángulo según el cual son dispensadas las fibras cortadas desde el dispensador de fibras cortadas.

9. El proceso de la reivindicación 7, que incluye dirigir un segundo suministro de un conjunto de fibras continuas (16b) sobre las fibras cortadas.

10. El proceso de la reivindicación 7, que incluye seleccionar un patrón deseado de deposición para las fibras cortadas que están siendo dispensadas sobre el conjunto de fibras continuas.

11. El proceso de la reivindicación 7, que incluye recubrir al menos una, de entre las fibras continuas y las fibras cortadas, con un material aglutinante.

12. El proceso de la reivindicación 7, que incluye dirigir la capa fibrosa (17) de refuerzo sobre una superficie (20) de recogida.

13. El proceso de la reivindicación 12, en el cual la superficie de recogida es un tambor rotativo, un mandril para formar tuberías, un sistema de transporte, o una bobina para un material de tejido.

14. El proceso de la reivindicación 12, que incluye mover el alimentador (18) con respecto a la superficie de recogida.