ES2199280T3

ES2199280T3 - Indicador humedecido para compuestos.

Info

Publication number: ES2199280T3
Application number: ES96903315T
Authority: ES
Inventors: Anders Lonno
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 2004-02-16
Anticipated expiration: 2016-02-13
Also published as: EP0809795B9; FI115855B; SE9500513D0; EP0809795A1; EP0809795B1; DE69627829D1; SE9500513L; AU702872B2; AU4736196A; SE504006C2; KR100398476B1; WO1996025655A1; US6079351A; BR9607040A; NO973672L; FI973291A7; JPH11500075A; ATE239218T1; CA2212864A1; CN1103917C

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO PARA OBTENER, DURANTE LA FABRICACION DE UN COMPOSITE DE ELEVADA RESISTENCIA, UNA INDICACION DE QUE EL REFUERZO (1) DEL COMPOSITE HA SIDO HUMEDECIDO COMPLETAMENTE POR SU MATRIZ. EL REFUERZO EMPLEADO ES DEL TIPO QUE CONSTA PRINCIPALMENTE DE HILOS O PAQUETES DE FIBRAS QUE NO SE VUELVEN TRANSLUCIDOS O TRANSPARENTES CUANDO SON HUMEDECIDOS POR LA MATRIZ, POR EJEMPLO, PAQUETES DE FIBRAS DE CARBONO O ARAMIDA. LA MATRIZ ES DE UN PLASTICO TERMOENDURECIBLE QUE SE APLICA EN ESTADO LIQUIDO DURANTE LA FABRICACION MEDIANTE, POR EJEMPLO, LA TECNICA DE SUPERPOSICION MANUAL DE CAPAS. DICHO REFUERZO INCLUYE HILOS O PAQUETES DE FIBRAS INDICADORES (4) QUE SE VUELVEN TRANSLUCIDOS O TRANSPARENTES CUANDO SON HUMEDECIDOS POR LA MATRIZ. SE OBTIENE UNA BUENA INDICACION SI DICHAS FIBRAS O PAQUETES INDICADORES TIENEN LA PROPIEDAD DE VOLVERSE TRASLUCIDAS SOLO CUANDO EL MATERIAL DE REFUERZO ADYACENTE SE HA HUMEDECIDO COMPLETAMENTE. PREFERIBLEMENTE, DICHOS HILOS O PAQUETES INDICADORES ESTAN DISTRIBUIDOS UNIFORMEMENTE POR TODO EL REFUERZO Y EN UNA CANTIDAD QUE NO AFECTE A LAS PROPIEDADES DEL COMPOSITE DE MANERA INACEPTABLE.

Description

Indicador humedecido para compuestos.

Campo técnico

Esta invención se refiere a un material compuesto que comprende medios indicativos según el preámbulo de la reivindicación 1 para indicar que un material de refuerzo que se compone de fibras y está incluido en un material compuesto y que no se hace translúcido o transparente al ser humedecido, ha llegado a humedecerse a través de la matriz del material compuesto mientras se fabrica el material compuesto. Los medios indicativos pueden indicar, por ejemplo, que el refuerzo de fibra de carbono para el material de un casco o similar ha sido completamente humedecido todo él por un plástico termoendurecible líquido en la fabricación del casco.

Descripción de la técnica anterior

Un objeto de un material compuesto puede ser fabricado mediante el material, que contiene un refuerzo y una matriz que es líquida en ciertas etapas de la fabricación, que es suministrada en un molde en el que el objeto obtiene su forma cuando fragua la matriz. Dependiendo de sí el molde es del tipo que tiene una cavidad o solamente una superficie que determina la forma del objeto, la forma será determinada sustancialmente por todas sus porciones superficiales o solamente el interior o el exterior del objeto. Cuando se fabrican por ejemplo cascos de embarcaciones de plástico termoendurecible reforzado, se usan moldes que determinan solamente la superficie exterior del casco, denominados moldes hembra, en la mayoría de los casos.

Una técnica para la fabricación de cascos es la estratificación de capas a mano. El refuerzo de fibras consistente en partes recortadas de una tela o esterilla se dispone sobre una capa de plástico líquida que ha sido estratificada con un rodillo sobre la superficie del molde. El refuerzo se trabaja entonces con un rodillo o cepillo blando de modo que sea impregnado y humedecido por el plástico. Finalmente, el aire y el exceso de plástico son comprimidos y expulsados por medio de un rodillo de metal de la capa y del espacio comprendido entre la capa y la superficie subyacente. Además, se eliminan pequeñas inclusiones de aire que están ligadas a las superficies de las fibras de refuerzo. A causa de ese trabajo el humedecimiento es todavía mejorado. La superficie completa de cada fibra del refuerzo estará entonces revestida de modo sustancialmente completo con material de la matriz.

A esta primera capa, se aplican capas adicionales, como se ha descrito anteriormente para la primera capa. Para grandes objetos pueden efectuarse curados intermedios cuando se realiza el estratificado. Por otra parte, todas las capas pueden ser aplicadas sucesivamente, teniendo lugar el curado después de la aplicación de la última capa.

Después de la aplicación de cada capa, es necesario asegurarse de que el refuerzo de la capa ha sido humedecido correctamente en su totalidad. Si el material compuesto contiene todavía inclusiones de aire o huecos, el casco tendrá una calidad inferior con un riesgo de menor resistencia puesto que el material compuesto puede exfoliarse en zonas adyacentes a las inclusiones de aire y el agua puede difundirse en las inclusiones y originar la degradación química del material y grietas debidas a heladas. Un humedecimiento insuficiente reduce también la resistencia a la compresión del material compuesto, que puede originar la rotura del casco.

Para obtener materiales compuesto de alta resistencia, recientemente, se utiliza un refuerzo que se compone en la práctica de simplemente de fibras de carbono o fibras de aramida o una mezcla de ambas. El inconveniente de estos materiales radica en que es difícil visualmente formarse una opinión sobre si han llegado a humedecerse completamente. Para asegurarse de que el humedecimiento ha sido suficiente han sido aplicados el ensayo ultrasónico y otras técnicas de ensayo, que han contribuido mucho a que estos materiales compuestos sean muy caros. El hecho de que la fabricación deba ser particularmente precisa y la falta de una fácil comprobación han contribuido también al incremento del coste.

El documento US 4 291 079 muestra un método de fabricación de una estructura de atenuación de ruidos. En una operación durante el procedimiento de fabricación una hoja perforada es tratada con una solución antihumidificadora que contiene un indicador, tal como un pigmento coloreado visible con la luz natural o un pigmento solamente visible con luz ultravioleta. La hoja perforada es entonces inspeccionada visualmente en busca de trazas de la indicación de que pueda haber sangrado a través de la perforación. Si se hallan trazas han de efectuarse operaciones necesarias. El método descrito en el documento se usa con hojas perforadas y no es adecuado para ser usado durante la fabricación de un material compuesto que comprenda un material de matriz de plástico termoendurecible y un refuerzo.

Descripción de la invención Problema técnico

El objeto de la invención es proporcionar un material compuesto que comprende medios indicativos como los mencionados en la introducción y que tenga las siguientes propiedades:

- Cuando se fabrican materiales compuestos, debe ser fácil asegurarse de sí el material de refuerzo ha sido bien humedecido. Esto se aplica a las fibras de refuerzo, por ejemplo, en materiales compuestos de alta resistencia, cuyo humedecimiento ha sido anteriormente difícil de estimar.

- Ha de ser posible efectuar la inspección en un corto periodo de tiempo y sin un equipo caro y complicado.

La solución

El objeto se logra mediante el material compuesto que tiene las características que se definen en las reivindicaciones adjuntas.

Según la invención, se sugiere que, entremezclados con el material de refuerzo, sean añadidos elementos que tengan las mimas propiedades de humedecimiento que el material de refuerzo, preferiblemente como fibras en la forma de hilos, mazos, copos, borra o similares de un material que se haga translúcido o transparente para un tono de color que depende de la naturaleza del material cuando su superficie ha sido humedecida por el material de la matriz. Este material indicativo, que preferiblemente debe servir también como refuerzo, ha de ser añadido en una cantidad que sea relativamente pequeña, de modo que las propiedades del material compuesto no cambien de un modo inaceptable, pero que sin embargo sea suficiente para que se obtenga una buena indicación. La cantidad, que en la realización preferida se selecciona de un 4%, deberá ser en aplicaciones normales inferior al 5%. Los elementos añadidos deberán extenderse con uniformidad en el material de refuerzo de tal manera que si llegan todos a ser humedecidos completamente, pueda suponerse que el material de refuerzo en las áreas alrededor de los elementos ha llegado a ser también completamente humedecido. Las distancias entre los elementos no deben escogerse de modo que sean tan grandes que originen que estas áreas que los rodean cubran juntas la totalidad del material de refuerzo. Se dispone ya de refuerzos mezclados que contienen, por ejemplo, materiales de fibra de carbono y fibra de vidrio, pero el propósito de estos refuerzos es obtener otras propiedades o un refuerzo menos caro. La adición de fibras de vidrio es por lo tanto mucho mayor, del orden del 50%, en comparación con los refuerzos según la presente invención.

La fiabilidad de la indicación será mejorada si los elementos tienen tales propiedades que serán translúcidos o transparentes solamente cuando el material de refuerzo contiguo haya sido completamente humedecido todo él. Estas propiedades pueden ser afectadas por la elección del material de los elementos y el tratamiento de la superficie.

Cuando el material compuesto es un plástico termoendurecible reforzado destinado a cascos, se usan a menudo plásticos estéricos o plásticos epoxídicos como material de matriz. En su estado líquido, estos materiales son transparentes a la luz ordinaria. Los elementos indicativos pueden entonces consistir en ciertos materiales polímeros o de fibra de vidrio que pasan, por ejemplo, de ser blancos en estado seco a ser transparentes o translúcidos cuando están humedecidos. Entonces dejarán ver el color de la base, que puede ser el color del revestimiento del gel o el color negro del refuerzo de fibra de carbono subyacente. Por supuesto, ha de seleccionarse un color de los elementos que sea diferente del de la base para obtener un cambio de color apreciable. Para otra matriz y otros materiales indicativos, puede ser necesario usar una luz de una longitud de onda diferente, por ejemplo, la fluorescencia de los elementos que han sido humedecidos puede ser usada con propósitos indicativos.

Los materiales de refuerzo de fibras de carbono son a menudo en forma de tela o hilera denominada esterilla multiaxial. Los hilos de urdimbre y trama de la tela se componen de un gran número de fibras o fibrillas de carbono. La esterilla, que se usa si se desea un material compuesto más rígido que tenga un mayor contenido de fibra, puede estar compuesta de dos capas, comprendiendo cada una hilos paralelos del mismo tipo que los usados en la tela. Los hilos de las diversas capas pueden estar orientados en diferentes direcciones. Cuando se usan dos capas, los hilos de la segunda capa están dirigidos a menudo perpendicularmente a los hilos de la primera capa. Para fijar los hilos se hacen costuras a través de las capas. Un refuerzo de fibras de aramida se efectúa de la misma manera.

Según la invención, se sugiere además que una tela o esterilla comprenda, como elementos, hilos o mazos del material mencionado anteriormente que sea adecuado como indicador. Usando tales hilos de un color que contraste con el del material de refuerzo, tal como un color brillante en el material de fibra de carbono negro, serán fáciles de observar en la inspección. Los hilos, que pueden tener el mismo espesor que los hilos del material de refuerzo se insertan preferiblemente a la misma distancia entre sí en la urdimbre y en la trama así como en ambas capas o en todas las capas. Esta distancia deberá dar a los elementos una dispersión en el material de refuerzo que, como se ha expuesto anteriormente, está determinada por los materiales utilizados, el tipo de material compuesto, la técnica de fabricación, etc.

Cuando los hilos indicativos, que se hacen translúcidos o transparentes cuando están humedecidos, son insertados en la urdimbre y la trama en las dos capas de la esterilla, aparecen manchas en las intersecciones de hilos, es decir partes de la capa desarrollada, que cuando se humedecen se hacen translúcidas o transparentes a través de la capa. Si se usan más de dos capas en una esterilla, los hilos indicativos se disponen en las capas adicionales, de modo que se extiendan en las manchas anteriormente mencionadas o partes restringidas. De esta manera, se obtiene la indicación a través de toda la capa. Como resultado, es posible asegurarse de que la capa ha sido humedecida través de todo su espesor, no solamente en su parte más alta.

Si las capas incluyen una tela o esterilla de refuerzo que tenga hilos o mazos solamente en una capa, el refuerzo se extiende usualmente con los hilos orientados en diferentes direcciones en las capas. En la interacción de los hilos indicativos, se obtendrán manchas indicativas en las dos capas. La invención no está limitada a fabricar mediante la simple extensión a mano. Puede usarse también en la infusión al vacío usando una lámina de revestimiento transparente y para materiales de refuerzo preimpregnados, siendo comprobado el humedecimiento antes de la fabricación del objeto compuesto.

Ventajas

Según la invención, es posible lograr un control de calidad de por ejemplo materiales compuestos de alta resistencia con el refuerzo de fibras de carbono y aramidas. La apariencia de estos materiales no cambia cuando son humedecidos, y por lo tanto ha sido previamente necesario usar técnicas caras y laboriosas.

El material compuesto según la invención origina una indicación en profundidad a través de la totalidad de la última capa aplicada, en algunos casos a través de todo el espesor de la totalidad de material aplicado.

La inspección puede ser efectuada más sistemáticamente puesto que se dispone de un modelo o similar comprobado para ayuda.

Es posible evitar la cara preparación del material de fibra de carbono que es considerada a menudo necesaria para el completo humedecimiento, tal como la impregnación previa y el posterior almacenaje en frío para impedir el curado de la impregnación.

Descripción de la figura

Una realización preferida se describirá además con referencia al dibujo que se acompaña, que muestra un material de refuerzo en forma de tela que contiene elementos según la invención.

La realización preferida

La figura ilustra una porción de una tela 1 tejida plana destinada a ser usada como refuerzo en un material compuesto. La tela, que es de tipo estándar con la excepción de los elementos indicativos insertados que se describirán más adelante, comprende mazos del mismo tipo para la urdimbre 2 y la trama 3 de la tela. Los mazos son de una clase ordinaria y son alargados en sección transversal que tiene una altura que es pequeña en relación con la longitud y se compone de un gran número de fibras o fibrillas longitudinales paralelas de fibra de carbono. Cada veinticinco mazos de fibra de carbono en la urdimbre así como en la trama, están insertados elementos indicativos 4 en la forma de mazos de fibras de vidrio. En la realización preferida, estos mazos son de sección transversal correspondiente a la de los mazos de fibra de carbono para impedir así que el espesor de la tela sea irregular. La relación del 4% de la cantidad de material indicativo, fibras de vidrio, a la cantidad de material de refuerzo, fibras de carbono y fibras de vidrio, ha sido seleccionada empíricamente, en otros tipos de tela pueden seleccionarse otras relaciones. Si se usan mazos más estrechos de fibras de vidrio, la relación puede, por supuesto ser reducida a, por ejemplo, el 2,5%, que en relación con la resistencia es más favorable, o la distancia entre los mazos de fibras de vidrio puede ser reducida en la misma proporción. Esta proporción no debe ser tan grande que el refuerzo sea perjudicado de una manera no permisible. Asimismo, la técnica de fabricación es importante. Si por ejemplo, durante la aplicación, las capas se trabajan más entre los mazos que sobre los mazos, la relación puede ser disminuida sin que sea inaceptable el riesgo de error en la indicación.

La fabricación del material compuesto se efectúa de la misma manera tanto si el material de refuerzo comprende elementos según la invención como sino. No obstante, la inspección después de la aplicación de cada capa se efectúa más sistemáticamente asegurándose de que los hilos de fibra de vidrio y especialmente sus intersecciones han cambiado del color original a un color que depende, entre otras cosas, de la base de la capa aplicada previamente.

Claims

1. Un material compuesto que comprende un material de matriz de plástico termoendurecible; un refuerzo (1), que comprende una tela o esterilla que comprende una urdimbre y una trama y una capa, respectivamente, las cuales comprenden cada uno hilos o mazos de fibra paralelos entre sí, que tienen orientaciones diferentes en urdimbre y trama y, donde es apropiado, dos capas de esterilla contiguas, respectivamente, y las cuales no se hacen translúcidos o transparentes cuando son humedecidas por la matriz, por ejemplo, mazos de fibra de fibras de carbono o aramida, y medios indicativos, que indican que el refuerzo ha sido humedecido por el material de la matriz, caracterizado porque los medios indicativos consisten en hilos/mazos (4) indicativos que se hacen translúcidos/transparentes cuando son humedecidos por la matriz,

porque dichos hilos/mazos indicativos están insertados en al menos la urdimbre o la trama de la tela o en una de las capas de la esterilla, en paralelo con los hilos/mazos de refuerzo asociados, y porque el volumen de los hilos/mazos indicativos es tan pequeño en relación con el volumen de los hilos/mazos de refuerzo que las propiedades del material compuesto no son afectadas en un grado inaceptable.

2. El material compuesto según la reivindicación 1, caracterizado porque los hilos/mazos indicativos (4) están destinados a ser translúcidos/transparentes solamente cuando los hilos/mazos de refuerzo contiguos han sido completamente humedecidos.

3. El material compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los hilos/mazos indicativos (4) están distribuidos uniformemente a través del refuerzo.

4. El material compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los hilos/mazos indicativos (4) son de un material que sirve también como refuerzo, por ejemplo fibras de vidrio o polímero.

5. El material compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el volumen de los hilos/mazos indicativos asciende a un máximo de alrededor del 5% del volumen total del refuerzo, preferiblemente el 4%.

6. El material compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los hilos/mazos indicativos están incluidos en la urdimbre y la trama de la tela, y

porque la tela está dispuesta de modo que los hilos/mazos indicativos forman intersecciones que, cuando están humedecidas, se hacen translúcidas/transparentes a través de la tela.

7. El material compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la esterilla comprende dos capas, y los hilos/mazos indicativos están insertados en cada capa y porque la esterilla está dispuesta de modo que los hilos/mazos indicativos forman intersecciones que, cuando están humedecidas, se hacen translúcidas/transparentes a través de la esterilla.

8. El material compuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el refuerzo comprende dos esterillas de capa única contiguas, cada una orientada de modo diferente y teniendo hilos/mazos indicativos, y porque las esterillas están dispuestas de modo que los hilos/mazos indicativos forman intersecciones que, cuando están humedecidas se hacen translúcidas/transparentes a través de las esterillas.