Núcleos y paneles compuestos reforzados con fibras.

Un panel (290) de núcleo reforzado con fibras, adaptado para usar con una resina endurecible y para ser insertado en un aparato de moldeo para recibir revestimientos (291),

comprendiendo dicho panel (290) de núcleo una pluralidad de tiras paralelas alargadas (280), cada una de las cuales incluye una fila de bloques adyacentes (170), dispuestos longitudinalmente, de material celular de baja densidad;

caracterizado por una primera capa de mechas fibrosas continuas (176, 177) que se extienden helicoidalmente alrededor de cada uno de los citados bloques de cana una de dichas filas y al menos una segunda capa de mechas fibrosas continuas (281, 282) que se extienden helicoidalmente alrededor de la citada fila de bloques (170) en cada una de dichas tiras (280) y continuamente a lo largo de la longitud de la citada tira (280), y estando dicho panel (290) de núcleo adaptado para ser movido hacia el aparato de moldeo, en el que son añadidos los revestimientos (291) y es endurecida la resina.

Núcleos y paneles compuestos reforzados con fibras Campo de la invención Esta invención se refiere a estructuras compuestas de panel emparedado o sándwich que comprenden material celular de baja densidad reforzado con fibras, resina, refuerzos de revestimiento fibrosos y no fibrosos, y en particular a configuraciones estructurales mejoradas, métodos mejorados de impregnación de resina y métodos de producción.

Antecedentes de la invención Paneles estructurales emparedados que tienen núcleos compuestos de material de células cerradas de baja densidad, tales como material de espuma de plástico de células cerradas, y revestimientos opuestos compuestos de esterillas o tejidos de refuerzo fibrosos en una matriz de resina curada, han sido utilizados durante muchas décadas en la construcción de una amplia variedad de productos, por ejemplo cascos de barcos y remolques refrigerados. El núcleo de espuma sirve para separar y estabilizar los revestimientos estructurales, resistir cargas de cizallamiento y de compresión y proporcionar aislamiento térmico.

El comportamiento estructural de paneles de emparedamiento que tienen núcleos de espuma puede ser claramente mejorado proporcionando una estructura de miembros de refuerzo fibrosos dentro del núcleo de espuma tanto para reforzar el núcleo como mejorar la unión de núcleo a los revestimientos del panel, por ejemplo como se describe en la Patente U. S. No. 5.834.082 del solicitante. Cuando los refuerzos porosos y fibrosos se introducen dentro del núcleo de espuma de células cerradas y se aplica un tejido o esterilla de refuerzo de revestimiento poroso y fibroso a cada cara del núcleo, se puede hacer fluir resina adhesiva, tal como poliéster, éster de vinilo o resina epoxídica, a través de la totalidad del revestimiento poroso y de los refuerzos del núcleo por medio de presión diferencial, por ejemplo bajo una bolsa de vacío. Mientras se impregnan los refuerzos fibrosos, la resina no satura el núcleo de espuma de plástico debido a su composición de células cerradas. Entonces la resina se cura conjuntamente a través de toda la estructura reforzada para proporcionar un panel monolítico robusto.

Es deseable producir paneles emparedados de rendimiento o comportamiento estructural mejorado aumentando las conexiones estructurales y el soporte entre miembros de refuerzo dentro del núcleo de espuma y entre el núcleo y los revestimientos del panel. Esto es deseable con el fin de resistir las cargas de alabeo en los miembros de refuerzo, para evitar el desprendimiento prematuro de los miembros de refuerzo uno de otro y de los revestimientos bajo carga, y proporcionar múltiples trayectorias de carga para la distribución de las fueras aplicadas al panel. A este respecto, los productos existentes de núcleos reforzados con fibras ofrecen importantes mejoras sobre la espuma no reforzada, pero fracasan al pretender integrar completamente los elementos de refuerzo separados del núcleo en una estructura unificada e interiormente soportada. Por ejemplo, en una configuración a modo de parrilla de bandas del tipo de láminas de refuerzo fibrosas, en las cuales un conjunto de bandas continuas es intersectado por un segundo conjunto de bandas interrumpidas o discontinuas, las bandas se soportan entre sí contra el alabeo. Sin embargo, bajo severas condiciones de carga, las bandas discontinuas tienden a fallar en la unión de resina adhesiva a las bandas continuas a lo largo de su estrecha línea de intersección. Esta tendencia puede ser notablemente reducida disponiendo ranuras en chaflán llenas de resina, en la espuma, a lo largo de las líneas de intersección según se describe en la patente anteriormente mencionada. Además, puesto que las fibras de refuerzo de bandas interrumpidas terminan en cada intersección con una banda continua, la contribución estructural de esas fibras es esencialmente menor que la de las fibras de las bandas continuas.

En el caso de refuerzos de núcleo del tipo de puntal o barra que comprenden mechas de fibras de vidrio o de fibra de carbono que se extienden entre las caras del núcleo, los puntales individuales dentro de una fila dada de puntales pueden intersecarse entre sí en una configuración de red. Esto proporciona soporte para alabeo a cada puntal, pero sólo en el plano de la fila de puntales. Para conseguir soporte bidireccional, los puntales de una primera fila deben extenderse a través de los filamentos de puntales de una fila de intersección. Esto requiere dificultad y niveles costosos de exactitud y control en el tratamiento con máquina, ya que todos los puntales deben estar posicionados con precisión en tres dimensiones.

Como un documento más de la técnica anterior, US 2001/0031350 A1 se refiere a un núcleo reforzado con fibras que tiene bandas porosas y fibrosas alargadas y/o mechas que se extienden a través del interior de la espuma. En una realización, una tira de espuma de refuerzo comprende una pluralidad de bloques o piezas de plástico en espuma separadas por láminas de material de refuerzo fibroso a modo de banda, tal como tejido o esterilla de fibras de vidrio o fibras de carbono. Los trozos de espuma y bandas de refuerzo se conectan adhesivamente entre sí para facilitar el tratamiento y el manejo.

Sumario de la invención La presente invención proporciona un panel de núcleo reforzado con fibras de acuerdo con la reivindicación 1. Realizaciones preferidas adicionales se mencionan en las reivindicaciones dependientes.

Los paneles emparedados que comprenden mechas arrolladas helicoidalmente que se superponen y retienen mechas axiales que han sido sustituidas por refuerzos de tejido de revestimiento son efectivos y resisten la exfoliación del revestimiento, incluso si los revestimientos no están cosidos a través del núcleo. Esto es muy útil en zonas de espesores de núcleo no uniformes, por ejemplo en escalonamientos descendentes y estrechamientos de los bordes del panel, los cuales están expuestos a exfoliación debido a las cargas de pandeo o de tracción en los revestimientos.

La presente invención incluye varias variantes útiles del panel de núcleo reforzado que tienen resistencia de núcleo bidireccional y en el que todos los miembros de refuerzo del núcleo son proporcionados por medio de un proceso de arrollamiento helicoidal. En la mayoría de las realizaciones económicas, un panel de núcleo unidireccional compuesto de tiras de espuma arrolladas paralelas es cortado en una dirección perpendicular al eje de las tiras en segundas tiras uniformes, que son a continuación giradas 90 grados y consolidadas para formar un segundo panel de núcleo unificado. Las mechas originales arrolladas helicoidalmente se extienden a continuación entre las caras del panel de núcleo como segmentos de mecha separados a modo de puntales cuyas partes extremas terminan adyacentes a las caras del núcleo. Esta estructura de núcleo proporciona resistencia al cizallamiento bidireccional y elevada resistencia a la compresión, pero resistencia reducida a la unión del núcleo a los revestimientos del panel. La unión de los revestimientos puede ser mejorada arrollando helicoidalmente las segundas tiras antes de su consolidación, para proporcionar capas de refuerzos arrolladas que se extienden continuamente entre las tiras de espuma y a través de las caras del panel de núcleo adyacentes a los revestimientos. Dependiendo de las propiedades estructurales deseadas, las segundas tiras arrolladas pueden ser orientadas, antes de la consolidación, para proporcionar capas duplicadas de mechas ya sea entre, o adyacentes a, los revestimientos. Los paneles de núcleo bidireccionales pueden estar también provistos de filas paralelas de mechas continuas que estén insertadas en hendiduras en las caras de los paneles de núcleo para formar miembros de soporte entre las bandas de refuerzo del núcleo para revestimientos de panel delgados. El soporte de revestimiento entre bandas de refuerzo arrolladas puede ser dispuesto en núcleos unidireccionales arrollando pares de tiras de espuma que hayan sido provistos de bandas de refuerzo entre las tiras antes del arrollamiento.

Una importante ventaja de todos los núcleos bidireccionales descritos aquí es que las bandas de refuerzo que se intersecan se estabilizan entre sí contra pandeo bajo carga hacia tiras de espuma adyacentes de baja densidad y baja resistencia. Se puede mejorar la resistencia al pandeo de las bandas en núcleos unidireccionales aumentando la anchura efectiva de la banda disponiendo una tira espaciadora, por ejemplo plástico de espuma de elevada densidad, entre tiras de espuma adyacentes arrolladas. En una forma económica de panel de núcleo unidireccional, tiras de espuma arrollada con mechas alternan con tiras de espuma planas, permitiendo de ese modo duplicar la producción... [Seguir leyendo]

1. Un panel (290) de núcleo reforzado con fibras, adaptado para usar con una resina endurecible y para ser insertado en un aparato de moldeo para recibir revestimientos (291) , comprendiendo dicho panel (290) de núcleo una pluralidad de tiras paralelas alargadas (280) , cada una de las cuales incluye una fila de bloques adyacentes (170) , dispuestos longitudinalmente, de material celular de baja densidad;

caracterizado por una primera capa de mechas fibrosas continuas (176, 177) que se extienden helicoidalmente alrededor de cada uno de los citados bloques de cana una de dichas filas y al menos una segunda capa de mechas fibrosas continuas (281, 282) que se extienden helicoidalmente alrededor de la citada fila de bloques (170) en cada una de dichas tiras (280) y continuamente a lo largo de la longitud de la citada tira (280) , y estando dicho panel (290)

de núcleo adaptado para ser movido hacia el aparato de moldeo, en el que son añadidos los revestimientos (291) y es endurecida la resina.

2. Un panel de núcleo según se ha definido en la reivindicación 1, y que incluye mechas continuas fibrosas (301) , generalmente paralelas, que se extienden longitudinalmente a lo largo de la citada tira (280) adyacente a dicha capa de mechas fibrosas continuas (281, 282) .

3. Un panel de núcleo según se ha definido en la reivindicación 1, en el que dichos bloques de las citadas tiras paralelas están separados por bloques de separación planos (170) de material celular de baja densidad, estando dichos bloque de separación exentos de las citadas mechas (176, 177) .