Procedimiento para fabricar preformas fibrosas.

Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa por deposición de haces de fibras de refuerzo sobre una superficie y/o sobre haces de fibras de refuerzo depositados sobre la superficie,

que comprende los pasos de:

- alimentación de al menos una cuerda continua de forma de cintita de fibras de refuerzo provistas de un aglutinante desde un soporte hasta una cabeza de deposición, presentando la al menos una cuerda una anchura de al menos 5 mm y una concentración del aglutinante en el intervalo de 2 a 70% en peso, referido al peso de la cuerda de forma de cintita,

- tendido a lo ancho de la al menos una cuerda continua de forma de cintita en una unidad de tendido a lo ancho dispuesta sobre la cabeza de deposición y transporte de la al menos una cuerda en la dirección de transporte por medio de un primer equipo de transporte dispuesto sobre la cabeza de deposición hasta un dispositivo de seccionamiento longitudinal dispuesto sobre la cabeza de deposición,

- estabilización simultánea de la al menos una cuerda en la dirección transversal a la dirección de transporte,

- corte de la al menos una cuerda en el dispositivo de seccionamiento longitudinal, a lo largo de su extensión longitudinal, por medio de al menos un elemento seccionador, para dividirla en dos o más cuerdas parciales,

- transporte de las cuerdas parciales en la dirección de transporte por medio de un segundo equipo de transporte dispuesto sobre la cabeza de deposición hasta una unidad de tronzado dispuesta sobre la cabeza de deposición,

- corte de las cuerdas parciales por medio de la unidad de tronzado en haces de fibras de refuerzo de longitud definida y

- deposición de los haces de fibras de refuerzo sobre una superficie y/o sobre haces de fibras de refuerzo depositados sobre la superficie y fijación de los haces de fibras de refuerzo sobre la superficie y/o sobre los haces de fibras de refuerzo depositados sobre la superficie para obtener la preforma, ajustándose entre la cabeza de deposición y la superficie un movimiento relativo para depositar con una acción de carga correcta los haces de fibras de refuerzo sobre la superficie.

Procedimiento para fabricar preformas fibrosas

La presente invención concierne a un procedimiento para fabricar una preforma fibrosa depositando haces de fibras de refuerzo sobre una superficie y/o sobre haces de fibras de refuerzo depositados sobre la superficie. La invención concierne también a un procedimiento para fabricar un componente de material compuesto fibroso empleando una preforma fibrosa fabricada de esta manera.

Especialmente en el sector de la industria aeronáutica y espacial, pero también, por ejemplo, en el sector de la construcción de maquinaria o en la industria del automóvil, se utilizan en medida creciente componentes de materiales compuestos fibrosos. Los materiales compuestos fibrosos ofrecen a menudo frente al metal la ventaja de un menor peso y/o unas mayores resistencias. La proporción en volumen de las fibras de refuerzo y especialmente también la orientación de las fibras de refuerzo tienen una influencia decisiva sobre la capacidad de carga de los componentes, sobre todo en lo que respecta a su rigidez y su resistencia. No obstante, tales materiales y componente aptos para altas cargas tienen que fabricarse a bajo coste para que sean económicamente atractivos.

Para fabricar tales componentes de material compuesto se fabrican primero en un paso intermedio unas llamadas preformas ("preforms") fibrosas a partir de fibras de refuerzo. Se trata aquí de semiproductos textiles en forma de estructuras ¡dimensionales o tridimensionales de fibras de refuerzo, pudiendo ya casi corresponder la forma a la forma del componente definitivo. En modos de realización de tales preformas fibrosas que consisten sustancialmente tan solo en las fibras de refuerzo y en las que falta aún al menos en amplio grado la porción de matriz necesaria para la fabricación del componente se introduce en otros pasos un material de matriz adecuado por infusión o inyección, también empleando vacío, en la preforma fibrosa. Finalmente, se efectúa un endurecimiento del material de matriz a temperaturas y presiones generalmente elevadas hasta obtener el componente terminado. Procedimientos conocidos de infusión o inyección del material de matriz son aquí el llamado procedimiento de moldeo líquido (procedimiento LM) o los procedimientos emparentados con éste, como, por ejemplo, moldeo de transferencia de resina (RTM), moldeo de transferencia de resina asistido por vacío (VARTM), infusión de película de resina (RFI), Infusión de resina líquida (LRI) o utillaje flexible de infusión de resina (RIFT). El material fibroso empleado para la fabricación de las preformas fibrosas puede estar ya preimpregnado también, por ejemplo, con pequeñas cantidades de un material plástico, es decir, un material aglutinante, para mejorar la fijación de las fibras de refuerzo en la preforma fibrosa. Tales hilados preimpregnados se describen, por ejemplo, en el documento WO 2005/095080.

Se conocen también procedimientos en los que se fabrican componentes de material compuesto a base de preformas fibrosas que presentan ya un contenido de material de matriz suficiente para el componente de material compuesto. En estos casos, estas preformas fibrosas pueden ser prensadas directamente para obtener el componente, por ejemplo, en un molde aplicando una elevada presión y/o una elevada temperatura. Como alternativa, en lugar del empleo de un moldeo es posible también el empleo de una bolsa de vacío en la que se introduce la preforma fibrosa y se prensa ésta para obtener el componente después de la aplicación de un vacío y en general a elevada temperatura. El contenido de material de matriz suficiente para el componente puede lograrse, por ejemplo, fabricando la preforma fibrosa a base de haces de fibras de refuerzo que se han fabricado a partir de preimpregnados con un contenido de matriz correspondiente. Como alternativa, al depositar, por ejemplo, haces de fibras de refuerzo para obtener la preforma fibrosa se puede proyectar un rociado de material de matriz adicional, por ejemplo durante la deposición.

Para fabricar preformas fibrosas constituidas por haces de fibras de refuerzo se utilizan a menudo procesos automatizados en los que se depositan los haces de fibras por medio de cabezas de deposición controladas o bien dispositivos de deposición de fibras sobre o en moldes correspondientes, pudiendo efectuarse la deposición también por proyección de los haces de fibras sobre o en los moldes. En general, se alimenta en este caso a las cabezas de deposición un hilado continuo de las fibras de refuerzo que se tronza después a la longitud deseada del haz en la cabeza de deposición o en el dispositivo de deposición de fibras por medio de equipos de corte adecuados. Tales cabezas de deposición con un dispositivo para tronzar cuerdas de fibras se revelan, por ejemplo, en los documentos WO 2011/045171 o US-A 3 011 257.

Se pueden fabricar preformas fibrosas, por ejemplo, proyectando y dispersando fibras de refuerzo cortadas de pequeña longitud junto con un material aglutinante sobre una pantalla permeable al aire adaptada a la configuración de la preforma fibrosa deseada y manteniéndolas sobre la pantalla bajo aplicación de vacío hasta que, después del enfriamiento del material aglutinante, se haya alcanzado una estabilidad suficiente de la preforma. Un procedimiento de esta clase se describe, por ejemplo, en el documento WO 98/22644. En el procedimiento del documento WO 98/22644 se disponen las fibras de refuerzo, preferiblemente como fibras cortadas de pequeña longitud, con una disposición y orientación isótropas aleatorias. Según los ejemplos del documento WO 98/22644, se consiguen solamente proporciones en volumen de fibras en el rango de hasta aproximadamente 15% en volumen y, por tanto, a causa de las bajas proporciones en volumen de fibras se alcanzan solamente resistencias del componente relativamente pequeñas, referido al espesor del mismo.

Para lograr mayores proporciones en volumen de fibras en preformas y componentes fabricados con éstas es ventajoso, según las explicaciones del documento WO 2012/072405, depositar las fibras cortadas de pequeña longitud en forma de haces de fibras de refuerzo, presentando los haces de fibras preferiblemente una longitud en el intervalo de 10 a 50 mm. Además, con miras a unas proporciones en volumen de fibras lo más altas posible y, por tanto, a las propiedades mecánicas obtenibles es ventajoso que los haces presenten un número lo más pequeño posible de filamentos de fibras de refuerzo, siendo especialmente preferido un número de 1000 a 3000 filamentos. De esta manera, se obtiene un material casi isótropo con propiedades mecánicas casi isótropas en las direcciones de su extensión. Al mismo tiempo, a causa de las dimensiones relativamente pequeñas de los haces este material no presenta zonas - o presenta tan solo pocas zonas - con una elevada proporción de resina y, por tanto, con una proporción reducida de fibras de refuerzo, que puedan a conducir a puntos débiles en el componente. Es fácilmente comprensible que el empleo de haces de fibras de refuerzo con títulos tan pequeños, es decir, con números de filamentos tan pequeños, conduce a costes incrementados, especialmente también a causa de la utilización de materiales de partida de precio relativamente alto. Sin embargo, por otro lado, el empleo de haces de fibras de título grueso, es decir, haces de fibras con un número alto de filamentos de fibras de refuerzo, es ciertamente más barato, pero, como se ha explicado, no se pueden materializar así altas proporciones en volumen de fibras o solo se las puede materializar con dificultad.

Por tanto, existe la necesidad de un procedimiento automatizable para fabricar preformas fibrosas por medio del cual sea posible una fabricación barata de preformas fibrosas, logrando a la vez altas proporciones en volumen de fibras en las preformas fibrosas o en los componentes de material compuesto fabricados con ellas.

El documento JP2008254191 revela el tendido a lo ancho y el corte de la cuerda en haces de fibras de refuerzo de longitud definida.

El documento US3,810,805 revela el corte de un tejido en un dispositivo de seccionamiento longitudinal a lo largo de su extensión longitudinal.

Por tanto, el cometido de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento de esta clase para fabricar una preforma fibrosa.

El problema de la invención se resuelve por medio de un procedimiento para fabricar una preforma fibrosa depositando haces de fibras de refuerzo sobre una superficie y/o sobre haces de fibras de refuerzo depositados sobre la superficie, en donde el procedimiento comprende los pasos siguientes:

- alimentación de al menos una cuerda continua de forma de cintita de fibras de refuerzo provistas de un aglutinante desde un soporte... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa por deposición de haces de fibras de refuerzo sobre una superficie y/o sobre haces de fibras de refuerzo depositados sobre la superficie, que comprende los pasos de:

- alimentación de al menos una cuerda continua de forma de cintita de fibras de refuerzo provistas de un aglutinante desde un soporte hasta una cabeza de deposición, presentando la al menos una cuerda una anchura de al menos 5 mm y una concentración del aglutinante en el intervalo de 2 a 70% en peso, referido al peso de la cuerda de forma

de cintita,

- tendido a lo ancho de la al menos una cuerda continua de forma de cintita en una unidad de tendido a lo ancho dispuesta sobre la cabeza de deposición y transporte de la al menos una cuerda en la dirección de transporte por medio de un primer equipo de transporte dispuesto sobre la cabeza de deposición hasta un dispositivo de seccionamiento longitudinal dispuesto sobre la cabeza de deposición,

- estabilización simultánea de la al menos una cuerda en la dirección transversal a la dirección de transporte,

- corte de la al menos una cuerda en el dispositivo de seccionamiento longitudinal, a lo largo de su extensión longitudinal, por medio de al menos un elemento seccionador, para dividirla en dos o más cuerdas parciales,

- transporte de las cuerdas parciales en la dirección de transporte por medio de un segundo equipo de transporte dispuesto sobre la cabeza de deposición hasta una unidad de tronzado dispuesta sobre la cabeza de deposición,

- corte de las cuerdas parciales por medio de la unidad de tronzado en haces de fibras de refuerzo de longitud definida y

- deposición de los haces de fibras de refuerzo sobre una superficie y/o sobre haces de fibras de refuerzo depositados sobre la superficie y fijación de los haces de fibras de refuerzo sobre la superficie y/o sobre los haces de fibras de refuerzo depositados sobre la superficie para obtener la preforma, ajustándose entre la cabeza de deposición y la superficie un movimiento relativo para depositar con una acción de carga correcta los haces de fibras de refuerzo sobre la superficie.

2. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según la reivindicación 1, caracterizado por que la al menos una cuerda es un hilado filamentario con un número de filamentos de al menos 12000 filamentos.

3. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que la al menos una cuerda es un hilado filamentario preimpregnado y el aglutinante consiste en una primera composición de resina y una segunda composición de resina, estando impregnado los filamentos del hilado filamentario con una primera composición de resina y estando dichos filamentos unidos al menos parcialmente a través de la primera composición de resina, conteniendo la primera composición de resina al menos dos resinas de bisfenol A-epiclorhidrina H1 y H2 en una relación en peso H1:H2 de 1,1 a 1,4, presentando H1 un valor de epóxido de 1850 a 2400 mmol/kg y un peso molecular medio MN de 800 a 1000 g/mol, y siendo sólida a temperatura ambiente, y presentando H2 un valor de epóxido de 5000 a 5600 mmol/kg y un peso molecular medio MN de <700 g/mol, y siendo líquida a temperatura ambiente, y conteniendo, además, un polihidroxiéter aromático P1 que presenta un índice de acidez de 40 a 55 mg de KOH/g y un peso molecular medio MN de 4000 a 5000 g/mol, y presentando el hilado filamentario preimpregnado en su lado exterior una segunda composición de resina en forma de partículas o gotas adheridas a los filamentos, siendo la segunda composición de resina sólida a temperatura ambiente, presentando una temperatura de fusión en el intervalo de 80 a 150°C y estando presente en el lado exterior del hilado en una concentración de 0,5 a 10% en peso, referido al peso total del hilado filamentario preimpregnado, y estando al menos un 50% de la superficie del lado exterior del hilado libre de la segunda composición de resina y estando el interior del hilado libre de la segunda composición de resina.

4. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado por que el aglutinante está presente en una concentración en el intervalo de 2 a 14% en peso, referido al peso total del hilado filamentario provisto de aglutinante.

5. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según la reivindicación 1, caracterizado por que la al menos una cuerda es un preimpregnado con fibras de refuerzo dispuestas unidireccionalmente en la dirección de extensión de la cuerda.

6. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según la reivindicación 5, caracterizado por que el aglutinante está presente en una concentración en el intervalo de 15 a 70% en peso, referido al peso por unidad de superficie del preimpregnado.

7. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según una o más de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la al menos una cuerda se corta en más de dos cuerdas parciales en el dispositivo de seccionamiento longitudinal.

8. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según una o más de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la al menos una cuerda presenta una relación de su anchura a su espesor de al menos 20.

9. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según una o más de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que la anchura de los haces pardales está comprendida en el intervalo de 0,5 a 5 mm.

10. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según una o más de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que los haces de fibras cortados por medio de la unidad de tronzado presentan una longitud en el intervalo de 10 a 100 mm.

11. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según una o más de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que se alimentan a la cabeza de deposición varias cuerdas de fibras de refuerzo provistas de un aglutinante, pudiendo ser las varias cuerdas ¡guales o diferentes.

12. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según una o más de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que la cabeza de deposición está unida con una unidad de posicionamiento controlable por medio de la cual se mueve la cabeza de deposición con relación a la superficie.

13. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según una o más de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que los haces de fibras se calientan después de la unidad de tronzado y antes de la deposición sobre la superficie y/o sobre los haces de fibras depositados sobre la superficie.

14. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según una o más de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que se evacúan los haces de fibras de la unidad de tronzado a través del canal de tobera de una cabeza de tobera solicitada con aire comprimido.

15. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según una o más de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que, juntamente con los haces de fibras, se proyecta un material de matriz de forma de partículas o de gotitas sobre la superficie y/o sobre los haces de fibras depositados sobre la superficie.

16. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según la reivindicación 15, caracterizado por que se aporta al canal de tobera un material de matriz de forma de partículas que se proyecta juntamente con los haces de fibras sobre la superficie y/o sobre los haces de fibras depositados sobre la superficie.

17. Procedimiento para fabricar una preforma fibrosa según una o más de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado por que sigue al paso de deposición de los haces de fibras de refuerzo un paso de compactaclón en el que se compactan los haces de fibras de refuerzo depositados para lograr una mayor proporción en volumen de fibras.

18. Procedimiento para fabricar un componente de material compuesto fibroso empleando una preforma fibrosa fabricada según una o más de las reivindicaciones 1 a 17, que comprende los pasos de:

- Introducción de la preforma fibrosa en un dispositivo de conformación,

- solicitación de la preforma fibrosa con presión o vacío y/o temperatura elevada para obtener el componente de material compuesto fibroso,

- enfriamiento del componente de material compuesto fibroso,

- retirada del componente de material compuesto fibroso sacándolo del dispositivo de conformación.