Molde calentado y uso de dicho molde para formar materiales compuestos reforzados con fibra.

Un molde para formar materiales compuestos reforzados con fibra,

que comprende una superficie activa destinada a estar en contacto con el material compuesto y

un miembro de núcleo que comprende una estructura de celda,

caracterizado porque comprende además uno o más conductos embebidos en el miembro de núcleo a una distancia de la superficie activa y formando una trayectoria a través de la estructura de celda, y uno o más cables de calentamiento dispuestos en dicho conducto o conductos.

Molde calentado y uso de dicho molde para formar materiales compuestos reforzados con fibra La presente invención se refiere a un molde y a un procedimiento de formación de materiales compuestos reforzados con fibra, que tiene que ser calentado como parte del procedimiento de formación. Tales moldes y procedimientos se usan, por ejemplo, para la formación de palas de rotor para turbinas eólicas y subcomponentes de las mismas, pero pueden usarse también para formar cascos de barco, carrocerías de vehículo, diversas clases de tanques y recipientes, etc.

El tipo de molde usado previamente por el solicitante para este fin se fabrica como una estructura estratificada con un núcleo de una estructura de panal de aluminio entre carcasas de fibra de vidrio. La estructura de panal está dispuesta con sus celdas alargadas extendiéndose sustancialmente de forma perpendicular respecto a la superficie activa del molde, que está en contacto con el material compuesto, y las paredes de la celda están provistas de aberturas que permiten que los fluidos de calentamiento y enfriamiento pasen entre las celdas. Durante el procedimiento de formación, cuando hay que calentar el molde, se hace que un fluido caliente pase a través del núcleo sustancialmente en plano con la superficie activa del molde. La conductividad térmica del material de la estructura de panal contribuye a una temperatura relativamente uniforme en la superficie del molde. Análogamente, cuando hay que enfriar el molde, se hace pasar un fluido frío a través de la estructura de celda.

Este procedimiento proporciona un calentamiento muy eficaz, pero el equipo necesario para calentar y distribuir el fluido es bastante complejo. Además, la necesidad de calentamiento no siempre es la misma en todas las localizaciones del molde y se gasta mucha energía calentando áreas del molde donde esto no es bueno.

Otros ejemplos de los moldes de la técnica anterior se conocen a partir de los documentos WO00/38905 y WO2005/095091. Estos moldes se calientan mediante cables de calentamiento embebidos en el molde directamente por debajo de la superficie activa del molde.

El uso de cables de calentamiento proporciona un calentamiento muy energéticamente eficaz del molde, pero plantea otros problemas. Cuando los cables están dispuestos como se muestra en el documento WO2005/095091, el calor se aplicará irregularmente, con una temperatura máxima directamente por encima de cada cable, causando potencialmente imperfecciones en el material compuesto. Por otro lado, cuando los cables de calentamiento están dispuestos relativamente cerca entre sí, como se muestra en el documento WO00/38905, el molde resulta relativamente complejo y de esta manera tanto caro como delicado.

El documento JP 59 064218 U desvela un molde para formar materiales compuestos reforzados con fibra, que comprenden una superficie activa destinada a estar en contacto con el material compuesto y un miembro de núcleo que comprende una estructura de celda, caracterizado porque comprende además uno o más conductos embebidos en el miembro de núcleo que forma una trayectoria a través de la estructura de celda.

Por lo tanto, un objeto de la invención es proporcionar un molde, que puede calentarse de una manera eficaz respecto a energía y coste, proporcionando al mismo tiempo una distribución de temperatura uniforme sobre la superficie activa del molde.

Este objeto se consigue con un molde, que comprende una superficie activa destinada a entrar en contacto con el material compuesto, un miembro de núcleo que comprende una estructura de celda, uno o más de conductos en el miembro de núcleo que forman una trayectoria a través de la estructura de celda y uno o más cables de calentamiento dispuestos en dicho conducto o conductos.

El conducto o conductos sirven como soporte para los cables de calentamiento relativamente frágiles y, de esta manera, permiten que se dispongan dentro de la estructura de la celda. Esto conduce a un calentamiento más directo, en comparación con el sistema basado en fluido usado previamente en los moldes de estructura de celda. Al mismo tiempo, la estructura de celda, así como el conducto o conductos, contribuyen a la transmisión y distribución del calor generado por los cables de calentamiento, manteniendo de esta manera las ventajas de la distribución de temperatura uniforme conocidas de los sistemas basados en fluido.

En la realización preferida el conducto o conductos comprenden tuberías de revestimiento fabricadas a partir de tubos y/o conducciones que tienen la ventaja muy importante de que los cables de calentamiento pueden reemplazarse fácilmente si se rompen o desgastan, o si se necesitan diferentes características, simplemente tirando del cable a través de la tubería de revestimiento. Esto conduce a un tiempo de vida útil considerablemente mayor del molde, minimiza el tiempo muerto cuando son necesarias reparaciones y permite la reutilización de moldes para nuevos fines.

Sin embargo, debe entenderse que pueden conseguirse ventajas similares usando un cable con una funda, que después servirá como el conducto. Tal funda, que puede estar fabricada por ejemplo de metal trenzado, debe proporcionar al cable con una resistencia a la abrasión suficiente para permitir que se tire del mismo a través de un paso en la estructura de celda y, al mismo tiempo, evitar fracturas por cizalla, que de lo contrario ocurrirían como consecuencia de que el cable se soporte de forma discontinua sobre paredes de celdas separadas entre sí.

La estructura de celda preferentemente es una estructura de panal, que combina una excelente capacidad de soporte de carga con un bajo peso propio, aunque pueden emplearse también otras estructuras tales como redes o espumas de celda abierta, y la expresión "estructura de celda" debe entenderse en su sentido más amplio. Además, la estructura de celda debe poder formarse, preferentemente, para permitir la formación de moldes que tengan superficies curvas.

Se prefiere que la estructura de celda esté fabricada de un material con una conductividad térmica de al menos 10 W/ (K·m) , preferentemente al menos 100 W/ (K·m) . Actualmente, se prefiere el aluminio, pero pueden usarse también otros materiales tales como acero, polímeros, cerámicos o materiales compuestos siempre y cuando sean suficientemente fuertes y resistentes a la temperatura y tengan una conductividad térmica que permita una distribución de calor eficaz.

Como en los procedimientos de la técnica anterior, puede dejarse que el molde y el material compuesto formado se enfríen de forma natural una vez que se ha completado la etapa de calentamiento, pero en algunos casos es necesario un calentamiento activo. Para este fin, el molde preferentemente está provisto de una entrada de fluido, una salida de fluido y un paso para fluido entre ellas, comprendiendo el paso para fluido aberturas en al menos algunas de las paredes de la celda de la estructura de celda. El fluido se fuerza a través de la estructura de celda usando un ventilador o bomba, o aplicando un fluido presurizado, dependiendo del fluido y de la estructura de celda usados. De esta manera, el término "abertura" debe entenderse en su sentido más amplio, incluyendo también los pasos entre las celdas en una espuma de celdas abiertas y los espacios entre barras en una red.

Por supuesto, también es posible proporcionar un calentamiento combinado, donde un fluido caliente se hace pasar a través de la estructura de la celda, como se ha descrito para el fluido de enfriamiento anterior, simultáneamente con el uso de cables de calentamiento. Esto dará una distribución de temperatura aún más uniforme y el fluido que pasa por los conductos que contiene los cables de calentamiento puede contribuir a la transmisión de calor a la superficie del molde.

Puesto que el conducto o conductos y, por tanto, también los cables de calentamiento pueden disponerse casi libremente dentro del molde, puede conseguirse una aplicación más dirigida del calor en comparación con lo que se conoce a partir de los sistemas basados en fluido. De esta manera, el molde puede dividirse en dos o más zonas de calentamiento con diferente configuración de los cables de calentamiento y/o controlando por separado los cables de calentamiento. Las diferentes configuraciones de los cables de calentamiento incluyen el uso de diferentes tipos de cable, diferente densidad de cable y diferentes patrones de trayectoria de cable.

Además, el molde puede estar provisto de cables de calentamiento solo en algunas zonas, mientras que todo el molde se calienta mediante un fluido de calentamiento, sirviendo por tanto los cables de calentamiento para proporcionar calor extra en las zonas donde sea necesario. Este puede... [Seguir leyendo]

1. Un molde para formar materiales compuestos reforzados con fibra, que comprende una superficie activa destinada a estar en contacto con el material compuesto y un miembro de núcleo que comprende una estructura de celda, caracterizado porque comprende además uno o más conductos embebidos en el miembro de núcleo a una distancia de la superficie activa y formando una trayectoria a través de la estructura de celda, y uno o más cables de calentamiento dispuestos en dicho conducto o conductos.

2. Un molde de acuerdo con la reivindicación 1, donde el conducto o conductos comprenden tuberías de revestimiento fabricadas a partir de tubos y/o conducciones.

3. Un molde de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, donde la estructura de celda está fabricada a partir de un material con una conductividad térmica de al menos 10 W/ (K·m) , preferentemente al menos 100 W/ (K·m) .

4. Un molde de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una entrada de fluido, una salida de fluido y un paso para fluido entre ellas, comprendiendo el paso para fluido aberturas en al menos algunas de las paredes de la celda de la estructura de celda.

5. Un molde de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende dos o más zonas de calentamiento.

6. Un molde de acuerdo con la reivindicación 5, donde las diferentes zonas de calentamiento tienen diferente configuración del cable o cables de calentamiento y/o un control diferente del cable o cables de calentamiento.

7. Un molde de acuerdo con la reivindicación 4 en combinación con la reivindicación 5 o 6, donde las diferentes zonas de calentamiento tienen diferente suministro de fluido de calentamiento.

8. Un molde de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el conducto o conductos están dispuestos en el centro del miembro de núcleo, sustancialmente a medio camino entre la superficie activa y la superficie opuesta del molde.

9. Un molde de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el conducto o conductos están dispuestos en los pasos perforados, recortados o fresados en una estructura de celda prefabricada.

10. Un molde de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una o más válvulas de vacío y un conector para la fuente de vacío.

11. Un procedimiento de formación de materiales compuestos reforzados con fibra, donde los materiales para la formación del material compuesto, incluyen una resina y un material fibroso, se tienden sobre una superficie activa de un molde, y donde un miembro de núcleo del molde se calienta hasta que los materiales han alcanzado su estado pretendido, donde el material compuesto ha asumido su forma pretendida y el material fibroso se ha impregnado con resina, caracterizado porque el molde se calienta aplicando una corriente eléctrica en los cables de calentamiento localizados en uno o más conductos embebidos en el miembro de núcleo a una distancia de dicha superficie activa.

12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, donde la resina es una resina termoestable y donde el molde se calienta hasta que la resina se ha endurecido.

13. Uso de un molde de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-10 para formar palas de rotor para turbinas eólicas.

14. Uso de un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11-12 para formar palas de rotor para turbinas eólicas.