Estructura de material compuesto que tiene un núcleo reforzado y procedimiento de fabricación de la misma.

Un sándwich de material compuesto, que comprende:

láminas (34,

36) exteriores primera y segunda, de polímero reforzado con fibras; y

un núcleo (32) reforzado entre las láminas (34, 36) exteriores primera y segunda, en el que el núcleo (32)reforzado incluye

(i) una pluralidad de pasadores (40) dispuestos en grupos (42) que forman una celosía (33), en el quecada uno de los pasadores (40) incluye partes (40a) medias, que se extienden entre las láminas (34,36) exteriores primera y segunda, y partes (40b, c) distales, respectivamente, que se extiendengeneralmente paralelas con y unidas a las láminas (34, 36) exteriores primera y segunda, en el quelos pasadores (40) en cada grupo (42) se cruzan en un nodo (52) contiguo a una de la láminas (34,36) exteriores primera y segunda, y

(ii) un soporte que rodea los pasadores (40), caracterizado por que el soporte es una espuma (46) desoporte, que está dispuesta para soportar la celosía (33) y añadir resistencia estructural al núcleo(32).

Estructura de material compuesto que tiene un núcleo reforzado y procedimiento de fabricación de la misma Campo técnico La presente descripción se refiere, en general, a estructuras de material compuesto y se ocupa, más particularmente, de un sándwich de material compuesto que tiene un núcleo reforzado y un procedimiento de fabricación del sándwich de material compuesto.

Antecedentes Las construcciones de sándwich de materiales compuestos pueden ser fortalecidas mediante la colocación de un refuerzo estructural en el interior de un núcleo que está unido entre dos láminas exteriores. El refuerzo del núcleo puede incluir elementos estructurales que definen rutas de carga para transferir las cargas de tracción, de compresión y de cizallamiento entre las láminas exteriores. El rendimiento del sándwich de material compuesto depende en parte del tipo de refuerzo de núcleo y la calidad de los enlaces entre el núcleo y las láminas exteriores. Los materiales comunes usados en el núcleo pueden incluir espuma plástica rígida y de tipo panal de abeja. Aunque los núcleos de tipo panal de abeja exhiben una buena eficacia estructural, pueden ser sometidos a una mayor carga de núcleo-a-lámina exterior en algunas aplicaciones, tales como vuelos espaciales de larga duración, donde puede desarrollarse una presión diferencial entre el núcleo y el entorno circundante.

Los núcleos de espuma rígida de celdas cerradas, no reforzados, pueden exhibir una menor eficiencia estructural cuando son sometidos a humedad y altas temperaturas o temperaturas extremadamente bajas en el espacio.

Los problemas asociados con las construcciones de sándwich descritas anteriormente han sido resueltos parcialmente mediante la introducción de los llamados núcleos estructurales X-COR, que comprenden una espuma de polimetacrilimida (PMI) de celdas cerradas, de peso ligero, reforzada, con pasadores de fibra de carbono/epoxi pultrusionados, de pequeño diámetro, dispuestos en una red de celosía tetragonal. Los pasadores de X-COR se extienden más allá del núcleo de espuma y están incrustados en las láminas exteriores. Una variación de X-COR se describe en la patente US No. 6.291.049 emitida 18 de Septiembre de 2001, en la que los extremos de los pasadores se doblan para extenderse completamente planos contra las láminas exteriores a las que está unido el núcleo.

Las redes en celosía indicadas anteriormente, que emplean los pasadores de fibra de carbono/epoxi pueden no proporcionar un rendimiento adecuado en algunas aplicaciones aeroespaciales. En consecuencia, existe una necesidad de una estructura de material compuesto que tenga un núcleo reforzado que sea adecuada para aplicaciones aeroespaciales exigentes en las que se requiere una fuerza de unión superior entre las láminas exteriores y el núcleo. Las realizaciones de la descripción están destinadas a satisfacer esta necesidad.

SUMARIO Las realizaciones de la descripción proporcionan una construcción de sándwich de material compuesto en la que se consigue una fuerza de unión lámina exterior-a-núcleo mejorada asegurando al mismo tiempo el mantenimiento de la integridad estructural del núcleo. La construcción y la selección de los materiales usados en la construcción del sándwich hacen que sea adecuado para aplicaciones aeroespaciales, incluyendo misiones espaciales de larga duración en las que pueden surgir presiones diferenciales entre el núcleo y el entorno circundante. La fuerza de unión mejorada proporcionada por las realizaciones descritas puede ser mantenida en un amplio intervalo de condiciones de temperatura y de humedad.

Según una realización, un sándwich de material compuesto comprende láminas exteriores primera y segunda de polímero reforzado con fibra y un núcleo reforzado entre las láminas exteriores primera y segunda. El núcleo incluye una pluralidad de pasadores dispuestos en grupos formando una celosía, y una espuma de soporte que rodea los pasadores. Los pasadores están insertados en la espuma para soportar la celosía y ayudar a la resistencia estructural del núcleo. Cada uno de los pasadores incluye partes medias, que se extienden entre las láminas exteriores primera y segunda, y partes distales, que se extienden respectivamente generalmente paralelas con y unidas a las láminas exteriores. Los pasadores en cada grupo se cruzan en un nodo contiguo a una de las láminas exteriores. Los pasadores y las láminas exteriores pueden comprender resina reforzada con fibra de carbono, tal como epoxi, de manera que el coeficiente de expansión térmica de la celosía del núcleo sea sustancialmente igual al de las láminas exteriores. Las partes distales de los pasadores en cada grupo se extienden hacia fuera desde el nodo, y los nodos pueden estar separados de manera sustancialmente equidistante unos con respecto a los otros. Los grupos de pasadores incluyen al menos tres pasadores que están inclinados con relación a los planos de las láminas exteriores. El soporte puede incluir una espuma de celdas cerradas, de baja densidad, rígida, tal como una polimetacrilimida, que tiene un coeficiente de expansión térmica que coincide, generalmente, con el de las láminas exteriores. El núcleo reforzado que comprende la espuma de soporte y una estructura de celosía con barras 2

pultrusionadas de grafito/epoxi pueden tener una densidad de entre aproximadamente 110, 5 y 192, 2 kg/m3 (6, 9 y 12 libras por pie cúbico) , y el núcleo puede tener un espesor de entre 1, 27 cm y 2, 54 cm (media pulgada y una pulgada) , donde los nodos tienen una separación entre los mismos de entre 4, 27 y 4, 85 mm (0, 168 y 0, 191 pulgadas) .

Según otra realización, una estructura de material compuesto de polímero reforzado comprende: un par de láminas exteriores de polímero reforzado con fibra, y un núcleo reforzado entre las láminas exteriores. El núcleo reforzado puede incluir una pluralidad de pasadores estructurales dispuestos en grupos entre sí, en el que los pasadores en cada uno de los grupos hacen un contacto de intersección entre sí y están separados alrededor de un eje central

que se extiende en una dirección generalmente normal a las láminas exteriores. Los pasadores en cada uno de los grupos pueden estar dispuestos simétricamente alrededor del eje central y pueden incluir partes distales que se extienden sustancialmente en paralelo con y unidas a las láminas exteriores.

Según una realización del procedimiento, un sándwich de material compuesto reforzado puede ser fabricado mediante las etapas que comprenden: fabricar un núcleo mediante formando una capa de espuma de soporte y formando grupos de pasadores estructurales que se cruzan en la espuma de soporte insertando los pasadores en la espuma de soporte; doblar los extremos de los pasadores, y unir los extremos doblados de los pasadores a un par de láminas exteriores reforzadas con fibra. Los pasadores son insertados en la espuma para soportar la celosía y añadir resistencia estructural al núcleo. El grupo de pasadores puede ser formado mediante la inserción de los pasadores en la capa de espuma a lo largo de trayectorias que casi se cruzan. El procedimiento puede incluir además las etapas de: pultrusionar una longitud de material compuesto de epoxi de grafito; curar parcialmente la longitud del material epoxi de grafito; y formar los pasadores cortando la longitud del material de epoxi de grafito.

Según una realización adicional, se describe un sándwich de material compuesto que comprende:

láminas exteriores primera y segunda de polímero reforzado con fibra; y

un núcleo reforzado entre las láminas exteriores primera y segunda, en el que el núcleo reforzado incluye (i) una pluralidad de pasadores dispuestos en grupos formando una celosía, en el que cada uno de los pasadores incluye partes medias, que se extienden entre las láminas exteriores primera y segunda, y partes distales, respectivamente, que se extienden generalmente en paralelo con y unidas a las láminas exteriores primera y segunda, en el que los pasadores en cada grupo se cruzan en un nodo contiguo a una de las láminas exteriores primera y segunda, y

(ii) un soporte que rodea los pasadores.

Según una realización adicional, en el sándwich de material compuesto, los pasadores en cada uno de los grupos están inclinados aproximadamente 30 grados con respecto a los planos de las láminas exteriores.

Preferiblemente, la espuma rígida incluye una polimetacrilimida.

En el sándwich de material compuesto, el soporte puede tener una espuma de celdas cerradas, y el núcleo puede tener una densidad de entre aproximadamente 110, 5 y 192, 2 kg/m3 (6, 9 y 12 libras por pie cúbico) .

Además, en el sándwich de material compuesto, el núcleo tiene... [Seguir leyendo]

1. Un sándwich de material compuesto, que comprende:

láminas (34, 36) exteriores primera y segunda, de polímero reforzado con fibras; y un núcleo (32) reforzado entre las láminas (34, 36) exteriores primera y segunda, en el que el núcleo (32) reforzado incluye (i) una pluralidad de pasadores (40) dispuestos en grupos (42) que forman una celosía (33) , en el que cada uno de los pasadores (40) incluye partes (40a) medias, que se extienden entre las láminas (34, 36) exteriores primera y segunda, y partes (40b, c) distales, respectivamente, que se extienden generalmente paralelas con y unidas a las láminas (34, 36) exteriores primera y segunda, en el que los pasadores (40) en cada grupo (42) se cruzan en un nodo (52) contiguo a una de la láminas (34, 36) exteriores primera y segunda, y

(ii) un soporte que rodea los pasadores (40) , caracterizado por que el soporte es una espuma (46) de soporte, que está dispuesta para soportar la celosía (33) y añadir resistencia estructural al núcleo (32) .

2. Sándwich de material compuesto según la reivindicación 1, caracterizado por que cada uno de los pasadores (40) incluye resina reforzada con fibra de carbono, y cada una de las láminas (34, 36) exteriores primera y segunda incluye capas (38) laminadas de resina reforzada con fibra de carbono.

3. Sándwich de material compuesto según la reivindicación 1 o 2, en el que las partes (40b, c) distales de los pasadores (40) en cada uno de los grupos (42) se extienden hacia fuera desde el nodo (52) formado por los pasadores (40) en el conjunto.

4. Sándwich de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los nodos (52) están separados de manera sustancialmente equidistante, unos respecto a los otros. 30

5. Sándwich de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada uno de los grupos (42) incluye al menos tres de los pasadores (40) .

6. Sándwich de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el soporte incluye 35 espuma (46) rígida.

7. Sándwich de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los pasadores (40) en cada uno de los grupos (42) están separados radialmente de manera sustancialmente equidistante entre sí

alrededor del nodo (52) formado por el conjunto. 40

8. Sándwich de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el núcleo (32) tiene un coeficiente de expansión térmica que coincide generalmente con el coeficiente de expansión térmica de las láminas (34, 36) exteriores primera y segunda.

9. Un procedimiento de fabricación de un sándwich de material compuesto reforzado, que comprende las etapas de:

(A) fabricar un núcleo (32)

(i) formando una capa (46) de espuma, y

(ii) formando grupos (42) de pasadores (40) estructurales que se cruzan en la espuma (46) de soporte, insertando los pasadores (40) en la espuma (46) de soporte;

(B) doblar los extremos de los pasadores (40) ; y

(C) unir el núcleo (32) a un par de láminas (34, 36) exteriores reforzadas con fibras, uniendo los extremos 55 doblados de los pasadores (40) a las láminas (34, 36) exteriores.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que la etapa (A) (ii) incluye insertar los pasadores (40) en la capa (46) de espuma a lo largo de trayectorias de intersección.

11. Procedimiento según la reivindicación 9 o 10, que comprende además las etapas de:

(D) pultrusionar una longitud de material (38) compuesto de epoxi grafito; 10

(E) curar parcialmente la longitud del material (38) de epoxi grafito, y,

(F) formar los pasadores (40) cortando la longitud del material (38) de epoxi grafito.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que la etapa (A) (ii) incluye:

insertar los pasadores (40) en la capa (46) de espuma, pelar los extremos de los pasadores (40) .

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, que comprende además la etapa de: 10

(D) curar los pasadores (40) estructurales una vez completada la etapa (A) .

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, que incluye además la etapa de: 15 (D) compactar y curar las láminas (34, 36) exteriores y el núcleo (40) una vez completada la etapa (C) .

15. Un subconjunto de una aeronave fabricado mediante el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14.