Procedimiento para producir un componente hueco compuesto de fibras.

Procedimiento para producir un componente compuesto de fibras (14) hueco,

con fibras de refuerzo (8) incrustadas en resina, con los pasos individuales:

a) un paso, en el que un molde de partida perdido (1) se rodea de al menos una capa formada por unas primeras fibras de refuerzo (2),

b) un paso, en el que las primeras fibras de refuerzo (2) se cubren de forma no desmontable con un medio de obturación elástico, para configurar un cuerpo de moldeo (4) reutilizable, de tipo manguera, de tal manera que el molde de partida (1) pueda encontrarse en una cámara de presión (13) del cuerpo de moldeo (4) que puede someterse a presión,

c) un paso, en el que se inserta con obturación un conducto de agente de presión (7) al menos en una abertura (6) remanente del cuerpo de moldeo (4),

d) un paso, en el que se extrae el molde de partida (1),

e) un paso, en el que el cuerpo de moldeo (4) se infla mediante la alimentación de un agente de presión a la cámara de presión (13), a través del conducto de agente de presión (7), hasta un primer valor de presión predeterminado,

f) un paso, en el que el cuerpo de moldeo (4) inflado se rodea de al menos una capa formada por unas segundas fibras de refuerzo (8),

g) un paso, en el que el cuerpo de moldeo (4) cubierto con las segundas fibras de refuerzo (8) se encaja en un molde (9) con varias partes, que determina el contorno exterior del componente compuesto de fibras (14),

h) un paso, en el que se introduce una resina en el molde (9) que abraza las segundas fibras de refuerzo (8) y la presión en la cámara de presión (13) del cuerpo de moldeo (4) es mayor, en el momento de la alimentación de resina, que el primer valor de presión,

i) un paso, en el que la temperatura se aumenta hasta que la resina está endurecida, y

j) un paso, en el que la presión se descarga del cuerpo de moldeo (4), se abre el molde, se extrae el componente compuesto de fibras (14) desde el molde (9) y el cuerpo de moldeo (4) se extrae desde el componente compuesto de fibras (14) que contiene las segundas fibras de refuerzo (8).

Procedimiento para producir un componente hueco compuesto de fibras

La invención se refiere entre otras cosas a un procedimiento para producir un componente compuesto de fibras hueco con fibras de refuerzo incrustadas en resina.

Los materiales compuestos de fibra ofrecen a causa de sus elevadas características específicas un gran potencial de construcción ligera. Sobre todo en la industria aeronáutica y espacial se usan desde hace decenios materiales reforzados con fibra de carbono. Conforme aumenta la demanda de mercado del último decenio se han vuelto económicamente interesantes las fibras de refuerzo también para la construcción de máquinas e instalaciones, así como para el campo automovilístico. Constituyen una motivación para el uso de este nuevo material sobretodo las elevadas características de resistencia mecánica de los materiales compuestos de fibras al mismo tiempo que una densidad reducida.

De esta manera pueden construirse estructuras más fácilmente y de este modo usarse de forma más eficiente. En la construcción ligera clásica se usan casi siempre perfiles huecos, a causa de los elevados momentos de inercia superficiales específicos. El número de perfiles huecos en el total de componentes compuestos de fibra producidas

es de aprox. un 50%.

Los componentes huecos moldeados de forma compleja se fabrican actualmente casi siempre en una forma constructiva con dos envolturas y posteriormente se pegan. Ejemplos de ello pueden encontrarse en gran número en el campo automovilístico o también en la fabricación de barcos o paletas de centrales eólicas. Sin embargo, con ello es problemático el seccionado o la incapacidad de paso de las fibras que soportan carga. De este modo las características positivas de las fibras no pueden aprovecharse completamente, lo que conduce a un mayor peso y a una menor resistencia duradera.

Si los componentes huecos se fabrican de forma integral, en una pieza, se plantea siempre la cuestión de un concepto de núcleo ajustado. En los componentes moldeados de forma sencilla se usan casi siempre núcleos fijados. Estos núcleos pueden separarse y desconectarse de la pieza constructiva mediante el uso de biseles de desmoldeado y contracción térmica. En las geometrías más complejas, en especial aquellas que presentan hendiduras y curvaturas, la desconexión del núcleo no es posible sin más. Debido a que en la industria de tratamiento de compuestos de fibras, sin embargo, se necesitan sobre todo piezas constructivas complejas, a la hora de fabricar piezas constructivas huecas se plantea siempre la cuestión de un concepto de núcleo ajustado. Este núcleo tiene que cumplir los requisitos de presentar una exactitud de medida en un margen de < 0,1%, una estabilidad suficiente, la posibilidad de un tratamiento automatizado, ser reutilizable, provocar costes reducidos, hacer posible la representación de geometrías complejas y tener la posibilidad de una compactación posterior. Básicamente se diferencian diferentes conceptos de núcleo según su capacidad de desconexión o su permanencia en las piezas compuestas de fibras. Los núcleos desconectables se diferencian asimismo en núcleos reutilizables, reutilizables después de un tratamiento y perdidos.

Como núcleos permanentes se utilizan con frecuencia espumas estructurales y no estructurales. Como núcleos directamente reutilizables y desconectables se usan núcleos fijados de metales ligeros o aleaciones que contengan hierro, tubos flexibles hinchables o materiales macizos. Dentro de los núcleos reutilizables, que sin embargo necesitan un tratamiento, se incluyen núcleos de arena, ceras, plásticos de bajo punto de fusión y aleaciones metálicas de bajo punto de fusión. Entre los núcleos desconectables pero perdidos se cuentan p.ej. el "Aquacore" y materiales hinchables o núcleos hinchables de PET.

En los núcleos permanentes se trata exclusivamente de núcleos de una vía. Es decir, para una pieza constructiva se necesita un núcleo, en donde no se obtiene ninguna posibilidad de una reutilización del núcleo y del material de núcleo. Las espumas estructurales tienen aquí la ventaja de que ayudan al producto final a conseguir más rigidez o resistencia, en donde tienen el inconveniente de tener que producirse con arranque de virutas. Las espumas no estructurales pueden por el contrario fundirse y endurecerse de forma bastante económica en moldes primarios. El peso aplicado adicionalmente reduce aquí con frecuencia las ventajas con respecto a materiales metálicas y la compleja y cara producción de los núcleos es inadecuada para grandes series o conduce a considerables aumentos de precio en el producto final.

Los núcleos perdidos se comportan de forma similar a los núcleos permanentes, ya que también son núcleos de una vía, evidentemente con la ventaja de que, después del endurecimiento de la pieza constructiva, ya no dejan atrás ningún residuo de núcleo. Los materiales lixiviables, como p.ej. el "Aquacore", imponen unas reivindicaciones especiales a la producción de núcleos y pueden provocar, con actualmente unos 20 euros por litro, unos costes adicionales considerables en una fabricación en serie. Los núcleos hinchables, p.ej. sobre base PET, son paredes de paredes finas que, de forma similar a una botella de bebida, son estables de forma en el caso de aplicarse una presión interior. Para grandes cantidades de piezas, estos núcleos son muy baratos, pero tienen el inconveniente

que son muy imprecisos y poseen una mala resistencia térmica. Los núcleos desconectables, cuyo material puede reutilizarse después de la extracción desde la pieza constructiva, se basan con frecuencia en los moldes de arena conocidos de la técnica de fundición, plásticos con bajo punto de fusión o metales. Aquí el material de núcleo se encuentra respectivamente en un circuito cerrado y se usa, después de la extracción, de nuevo como material de partida para nuevos núcleos.

Los núcleos reutilizables de materiales sólidos necesitan unos biseles de moldeo, de forma similar a la fundición. Sin embargo, con esta técnica no puede materializarse ninguna hendidura y sólo con materiales más blandos pueden obtenerse unas hendiduras mínimas.

De este modo el documento DE 19802855 hace patente un procedimiento y una herramienta de moldeo para producir piezas perfiladas de plástico. El procedimiento se refiere con ello a la producción de piezas perfiladas de plástico huecas, en forma de envoltura o planas con un reducido peso propio pero una elevada estabilidad. La pieza en bruto de producto insertada en la herramienta de moldeo se endurece mediante la acción del calor Como material de partida se utiliza un tejido de material compuesto termoplástico, eléctricamente conductor, que se calienta en la herramienta de moldeo conductiva o inductivamente y, después de una fase de enfriamiento/solidificación, puede extraerse de la herramienta de moldeo como producto endurecido. Una llamada estructura delantera de la herramienta de moldeo está fabricada con silicona. Para producir productos huecos se embute sobre una manguera de silicona una media de material compuesto y en la herramienta de moldeo se hincha el manguera con aire comprimido. Con piezas intercaladas o escotaduras en la herramienta de moldeo pueden obtenerse unas regiones flexibles integradas en el tejido de material compuesto.

Este procedimiento y la herramienta de moldeo correspondiente presentan evidentemente el inconveniente de que, en el caso de geometrías complejas, tiene lugar una deformación excesiva de la herramienta de moldeo y, de este modo, se producen imperfecciones de el componente compuesto de fibras.

Se conoce un estado de la técnica próximo a partir de los documentos DE 10 2008 023 629 A1, DE 10 2009 002 232 A1, DE 10 2008 016 616 A1, DE 10 2008 021 294 A1, EP 0 491 650 A2, US 5,259,901 A, US 4,684,423 A, FR 1418114 A, DE 21 24 789 A1 y EP 2 402 134 A2.

El documento EP 0 491 650 A2 hace patente un dispositivo de moldeo por transferencia duro para producir un objeto compuesto reforzado con fibras, con dos mitades de herramienta de moldeo que se adaptan la una a la otra a lo largo de una superficie de obturación, para de este modo formar una cavidad de herramienta de moldeo que determina las superficies de un objeto compuesto complejo, reforzado con fibras, en donde una de las mitades de herramienta de moldeo está prevista para colocar el refuerzo de fibras sobre la misma, en donde además la una de las mitades de herramienta de moldeo es un dispositivo flexible y rígido de forma variable, que presenta una capa elastomérica que está adaptada fundamentalmente a la forma deseada del objeto; y en donde está prevista una instalación para transmitir presión de fluido para apoyar la mitad de herramienta... [Seguir leyendo]

1.- Procedimiento para producir un componente compuesto de fibras (14) hueco, con fibras de refuerzo (8) incrustadas en resina, con los pasos individuales:

a) un paso, en el que un molde de partida perdido (1) se rodea de al menos una capa formada por unas primeras fibras de refuerzo (2),

b) un paso, en el que las primeras fibras de refuerzo (2) se cubren de forma no desmontable con un medio de obturación elástico, para configurar un cuerpo de moldeo (4) reutilizable, de tipo manguera, de tal manera que el molde de partida (1) pueda encontrarse en una cámara de presión (13) del cuerpo de moldeo (4) que puede someterse a presión,

c) un paso, en el que se inserta con obturación un conducto de agente de presión (7) al menos en una abertura (6) remanente del cuerpo de moldeo (4),

d) un paso, en el que se extrae el molde de partida (1),

e) un paso, en el que el cuerpo de moldeo (4) se infla mediante la alimentación de un agente de presión a la cámara de presión (13), a través del conducto de agente de presión (7), hasta un primer valor de presión predeterminado,

f) un paso, en el que el cuerpo de moldeo (4) inflado se rodea de al menos una capa formada por unas segundas fibras de refuerzo (8),

g) un paso, en el que el cuerpo de moldeo (4) cubierto con las segundas fibras de refuerzo (8) se encaja en un molde (9) con varias partes, que determina el contorno exterior del componente compuesto de fibras (14),

h) un paso, en el que se introduce una resina en el molde (9) que abraza las segundas fibras de refuerzo (8) y la presión en la cámara de presión (13) del cuerpo de moldeo (4) es mayor, en el momento de la alimentación de resina, que el primer valor de presión,

i) un paso, en el que la temperatura se aumenta hasta que la resina está endurecida, y

j) un paso, en el que la presión se descarga del cuerpo de moldeo (4), se abre el molde, se extrae el componente compuesto de fibras (14) desde el molde (9) y el cuerpo de moldeo (4) se extrae desde el componente compuesto de fibras (14) que contiene las segundas fibras de refuerzo (8).

2.- Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos algunos o todos los pasos desde a) hasta j) se llevan a cabo en esta secuencia, consecutivamente en el tiempo.

3.- Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque como medio de obturación elástico se utiliza un elastómero.

4.- Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque como medio de obturación elástico se utiliza silicona (3),

5.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las primeras y/o segundas fibras de refuerzo (2, 8) se disponen de tal modo, que forman respectivamente una capa de fibras a modo de un tejido o un trenzado,

6.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las primeras fibras de refuerzo (2) forman respectivamente una capa de fibras, que están estructuradas con al menos tres direcciones individuales de fibras de refuerzo (2).

7 - Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la resina se alimenta con una segunda presión, que es menor que la presión en la cámara de presión (13) del cuerpo de moldeo (4) en el momento de la alimentación de resina.

8.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el molde de partida (1), el cuerpo de moldeo (4) y el componente compuesto de fibras (14) se llevan a una geometría compleja que presenta una sección transversal variable en su extensión longitudinal y/o una o varias hendiduras.

9.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque las primeras y/o segundas fibras de refuerzo (2; 8) se toman del grupo de las fibras de carbono, fibras de aramida y fibras de vidrio

10.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la resina es una resina duroplástica o termoplástica.

11.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el primer valor de presión está situado entre 0,5 y 1,25 bares, de forma preferida aproximadamente es de 0,8 bares y/o la presión en la cámara de

presión (13) durante la alimentación de resina es aprox. de entre 6 y 100 bares, de forma preferida de 35 bares.

12.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque justo antes o durante el paso j) la cámara de presión (13) está conectada a una fuente de vacío.