Un método de fabricación de paneles rigidizados hechos a partir de material compuesto.

Un método de fabricación de panel rigidizados hechos a partir de material compuesto que comprende un panel de revestimiento y uno o más larguerillos aplicados rígidamente a la cara del panel,

comprendiendo el método las siguientes etapas:

a1) proporcionar al menos un larguerillo (16) de material compuesto termoendurecible polimerizable reforzado con vidrio, que tiene una sección transversal con forma de W con una parte de forma cerrada o cóncava, rectilínea o curvilínea, y dos cordones laterales opuestos (16a);

a2) proporcionar un panel o capa de revestimiento (14) de material compuesto termoendurecible polimerizado o polimerizable reforzado con vidrio;

b) situar un primer de dichos dos elementos de material compuesto (14 o 16) sobre una superficie de una herramienta de conformado rígida (15) congruente con una superficie de dicho primer elemento;

c) situar, sobre el primer elemento de material compuesto (14 o 16), un elemento de soporte alargado (10) que soporta una bolsa de película (11), y una capa de respiración (12) alrededor de la misma, todo sellado por una película de separación tubular (13);

d1) dejar el segundo elemento compuesto (16 o 14) sobre el soporte alargado (10) poniendo los cordones laterales (16a) del larguerillo en contacto con el panel de revestimiento, con el fin de definir una cavidad de sección transversal predeterminada entre estos dos elementos compuestos;

2) proporcionar una placa de prensado (17) que tiene un perfil congruente con el perfil externo del segundo elemento;

d3) dejar la placa de prensado (17) sobre el segundo elemento (16 o 14);

e) cubrir la placa de prensado (17) con una bolsa de película externa (18) sellándola tanto a la herramienta de conformado (15) como en los extremos opuestos abiertos de la bolsa interna (11), con el fin de formar una envoltura de película que rodea el exterior de la placa de prensado y que internamente está estrechamente envuelta alrededor del soporte interno (10);

f) aplicar vacío a dicha envoltura de película con el fin de aplicar una presión uniforme al material compuesto, del que la parte inferior descansa sobre la herramienta rígida (15), mientras que su parte superior está comprimida entre la bolsa externa (18) y la bolsa interna tubular (11) y está estabilizada a través de la placa de prensado (17), transmitiéndose la presión al material compuesto sin la interposición de mandriles intermedios; y

g) curar en una autoclave por medio de un ciclo de aplicación de temperatura y presión programado.

Un método de fabricación de paneles rigidizados hechos a partir de material compuesto La presente invención se refiere a un método de fabricación de estructuras monolíticas integrales hechas a partir de material compuesto. Más específicamente, la invención se refiere a la fabricación de los denominados paneles rigidizados hechos a partir de material compuesto que incluyen un revestimiento y una serie de larguerillos que tienen una sección transversal con forma cerrada (con forma de omega Ω o variantes de la misma) con dos cordones longitudinales opuestos, que están fijados sobre una cara de la revestimiento. La invención está destinada a aplicarse en el campo de la aeronáutica, en particular, pero no exclusivamente, para paneles de fuselaje pero también paneles de ala y cola y otras aplicaciones.

La patente de EE.UU. nº 5.454.895, para uno de los mismos inventores, describe un aparato y un método para fabricar una estructura compuesta con forma de caja con un revestimiento superior unido a un revestimiento inferior 15 a través de una serie de largueros longitudinales paralelos, cada uno fabricado uniendo dos elementos opuestos con una sección con forma de C. El método proporciona clavijas que se envuelven con una serie de capas: películas de separación, una bolsa cerrada y una o más capas de respiración. Se sitúa una capa de revestimiento inferior, fabricado de material termoendurecible polimerizable reforzado con fibras (o "material compuesto") , sobre una placa inferior de un molde de conformación; envueltos alrededor de las clavijas están los elementos con forma de C de los largueros preformados fabricados del mismo material compuesto, situándose a continuación todo el conjunto sobre el revestimiento inferior. A continuación, se aplica un revestimiento superior fabricado a partir del material compuesto por encima de los largueros preformados, y se sitúa la placa superior de la herramienta de conformación sobre la parte superior del revestimiento superior. Todo el conjunto se encierra en una bolsa de vacío. Durante la etapa de curado en una autoclave, se aplica presión a las superficies externas de los revestimientos (superior e interior) y a 25 los cordones de los largueros para compactarlos contra las placas relativas de la herramienta, mientras que las almas de los largueros se compactan por las bolsas internas contiguas. Por tanto, las clavijas dan forma a las bolsas tubulares internas de modo que están lo más cerca posible de la forma final de la cavidad que se pretende obtener. Esto es para evitar la formación de puentes que puedan dar lugar a la rotura de la bolsa durante la presurización y crear áreas con un incremento en su radio. En la disposición divulgada en la patente de EE.UU. nº 5.454.895, las clavijas también tienen la función de constituir una restricción a la deformación del montaje formado por cada uno de los pares de bolsas tubulares internas contiguas y por el núcleo de los largueros situados entre ellas. De hecho, cuando, por medio del efecto de la temperatura, se produce fluidización de la resina y el alma del larguero puede tomar cualquier forma, las paredes de las clavijas contiguas fuerzan que la membrana que consiste en las bolsas contiguas y el alma del larguero permanezcan planas. Este efecto de contención por las clavijas sólo es aplicable a configuraciones estructurales como la descrita por la patente citada donde una parte del elemento que se va a compactar está situada entre dos clavijas contiguas.

Las patentes de EE.UU. nº 6.458.309, 6.632.502 y 6.743.504 hacen uso de un mandril hueco que se extiende longitudinalmente y que está dispuesto entre la cavidad del elemento que se va a curar y la bolsa tubular interna. El mandril tiene una sección transversal con forma de trapecio que sirve para mantener la forma de la pared que se va a curar. En el producto final, se demuestra que las paredes que hacen contacto con el mandril son porosas y no están muy compactadas. El mismo mandril, fuertemente estresado por las presiones en la autoclave, no es muy duradero y se ha de reemplazar con frecuencia, motivo por el que se demuestra que el método no es muy rentable.

Un objetivo principal de la invención es el de lograr un resultado final excelente en términos de compactibilidad uniforme y calidad de terminado de las superficies del material compuesto curado, evitando las desventajas de la técnica anterior analizada anteriormente. Otro objetivo de la invención es el de proporcionar un método que también permita que se fabriquen estructuras compuestas con elementos rigidizadores circulares. Otro objetivo de la invención es el de reducir los costes de producción conectados con el desgaste de los materiales auxiliares o mandriles usados en la autoclave.

Estos y otros propósitos y ventajas, que se ampliarán a continuación en el presente documento, se logran, de acuerdo con la presente invención, por un método como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Ahora se describirán unos pocos modos de realización preferentes pero no limitantes de la invención, se hace referencia a los dibujos, en los que:

figura 1 es una vista en sección transversal de un aparato de estratificado para fabricar un panel rigidizado de acuerdo con un primer modo de realización de un método de acuerdo con la invención;

figura 2 es una vista en sección longitudinal tomada a lo largo de la línea II-II en la figura 1;

figura 3 es un diagrama de la presión en un aparato el tipo del de la figura 1;

figura 4 es una vista en sección transversal de un aparato de estratificado para fabricar un panel rigidizado de acuerdo con un segundo modo de realización de la invención;

figuras 5 y 6 son dos vistas esquemáticas que ilustran, en sección transversal, dos configuraciones respectivas adicionales de herramientas de estratificado para implementar el método de la invención; y figura 7 es un diagrama de las presiones en un aparato del tipo del de la figura 1.

Con referencia inicialmente a la figura 1, el número de referencia 10 indica un soporte interno, alargado en una dirección definida aquí como longitudinal, que tiene una sección transversal con forma de trapecio. El soporte interno se puede fabricar a partir de cualquier material resistente a la temperatura de polimerización y puede estar relleno 10 (por ejemplo, con caucho, espuma) o hueco con el requisito de que no se aplaste cuando se aplique el vacío durante la preparación del soporte. El soporte 10 se envuelve con una serie de capas, de las que la primera es una bolsa de película tubular impermeable 11, preferentemente fabricada a partir de nailon. La bolsa 11 se cierra perfectamente alrededor del soporte 10, plegándose la parte en exceso de la bolsa 11 longitudinalmente o a lo largo sobre una de las caras planas del soporte, lejos de las esquinas o zonas redondeadas del soporte. La solapa plegada se fija con 15 una cinta con el fin de mantener la bolsa 11 adherida al soporte 10. Una capa de respiración 12 en forma de bolsa tubular, preferentemente fabricada a partir de poliéster o fibra de vidrio, se envuelve alrededor de la bolsa 11. Sobre ésta está un separador tubular 13, preferentemente fabricado a partir de FEP. El separador tubular 13 se sella en sus dos extremos y se aplica el vacío al mismo de modo que el separador 13 se apriete contra el soporte longitudinal haciendo que el montaje de las capas 11, 12 bajo el mismo se adhieran al soporte alargado 10. De este modo se obtiene un soporte interno recubierto, que tiene una geometría bien definida correspondiente a la forma interna, cóncava o hueca del elemento rigidizador destinado a compactarse.

Una capa no curada o panel de revestimiento 14 de material termoendurecible polimerizable reforzado con vidrio ("material compuesto" o "prepreg (preimpregnado) ") se sitúa sobre una placa inferior 15 de un molde o aparato rígido 25 adecuado para darle a la parte su forma.

Un soporte interno recubierto o una serie de ellos dispuestos en paralelo, de acuerdo con los requisitos, se dispone a continuación sobre el panel de revestimiento 14, poniendo el soporte o serie de soportes sobre el revestimiento 14. La siguiente descripción se realiza exclusivamente con referencia a un único soporte recubierto, pero por supuesto se debe entender que el método se puede implementar igualmente con una pluralidad de soportes internos recubiertos idénticos o sustancialmente idénticos al descrito.

En el ejemplo de la figura 1, el molde de conformación 15 es plano. La elección para fabricar una herramienta plana, al igual que el uso de una sección con forma de trapecio constituyen elecciones que pueden ser preferentes en 35 algunas circunstancias pero que ciertamente no son esenciales para los propósitos de implementación... [Seguir leyendo]

1. Un método de fabricación de panel rigidizados hechos a partir de material compuesto que comprende un panel de revestimiento y uno o más larguerillos aplicados rígidamente a la cara del panel, comprendiendo el método las 5 siguientes etapas:

a1) proporcionar al menos un larguerillo (16) de material compuesto termoendurecible polimerizable reforzado con vidrio, que tiene una sección transversal con forma de Ω con una parte de forma cerrada o cóncava, rectilínea o curvilínea, y dos cordones laterales opuestos (16a) ;

a2) proporcionar un panel o capa de revestimiento (14) de material compuesto termoendurecible polimerizado o polimerizable reforzado con vidrio;

b) situar un primer de dichos dos elementos de material compuesto (14 o 16) sobre una superficie de una 15 herramienta de conformado rígida (15) congruente con una superficie de dicho primer elemento;

c) situar, sobre el primer elemento de material compuesto (14 o 16) , un elemento de soporte alargado (10) que soporta una bolsa de película (11) , y una capa de respiración (12) alrededor de la misma, todo sellado por una película de separación tubular (13) ;

d1) dejar el segundo elemento compuesto (16 o 14) sobre el soporte alargado (10) poniendo los cordones laterales (16a) del larguerillo en contacto con el panel de revestimiento, con el fin de definir una cavidad de sección transversal predeterminada entre estos dos elementos compuestos;

d2) proporcionar una placa de prensado (17) que tiene un perfil congruente con el perfil externo del segundo elemento;

d3) dejar la placa de prensado (17) sobre el segundo elemento (16 o 14) ;

e) cubrir la placa de prensado (17) con una bolsa de película externa (18) sellándola tanto a la herramienta de conformado (15) como en los extremos opuestos abiertos de la bolsa interna (11) , con el fin de formar una envoltura de película que rodea el exterior de la placa de prensado y que internamente está estrechamente envuelta alrededor del soporte interno (10) ;

f) aplicar vacío a dicha envoltura de película con el fin de aplicar una presión uniforme al material compuesto, del que la parte inferior descansa sobre la herramienta rígida (15) , mientras que su parte superior está comprimida entre la bolsa externa (18) y la bolsa interna tubular (11) y está estabilizada a través de la placa de prensado (17) , transmitiéndose la presión al material compuesto sin la interposición de mandriles intermedios; y g) curar en una autoclave por medio de un ciclo de aplicación de temperatura y presión programado.

2. El método de la reivindicación 1, en el que dicha cavidad tiene forma de â¡trapecio en la sección transversal, consistiendo la base mayor del trapecio en un panel de revestimiento.

3. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que el panel de revestimiento (14) se cura antes de unirse al larguerillo (16) .

4. El método de la reivindicación 1 o 2, en el que el panel de revestimiento (14) se cura al mismo tiempo que el larguerillo (16) . 50

5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la placa de prensado (17) se hace a partir de carborresina y tiene un grosor de aproximadamente 2 mm.

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la placa de prensado (17) se hace a partir de 55 Invar 36 y tiene un grosor de aproximadamente 1 mm.

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa d1) precede a la etapa d3) .

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la etapa d3) precede a la etapa d1) .