ES2208535T3 - Procedimiento para la fabricacion de un panel de material compuesto con bandas de rigidizacion. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un panel (7) de material compuesto, con bandas de rigidización (3), en el que se recubre un molde (1) dotado de la forma y de las dimensiones del panel que se trata de realizar, al menos una primera capa (2) de fibras preimpregnadas de resina, se sitúa en posición sobre los puntos que se desee de dicha capa (2) al menos una banda de rigidización (3), se recubre la banda de rigidización (3) así como al menos una parte de la restante superficie de la primera capa (2), con al menos una segunda capa (4) de fibras preimpregnadas con resina, y después se coloca en posición una vejiga (5) que recubre los indicados elementos, se establece un vacío apropiado en el espacio comprendido entre el molde (1) y la vejiga (6), se dispone seguidamente el conjunto en un autoclave para ser sometido a un ciclo de polimerización de la resina preestablecido, a presiones y temperaturas apropiadas a dicha resina y, en fin, se desmoldea el panel, caracterizado porque previamentea la referida colocación de la banda de rigidización (3) y/o de la segunda capa (4), se interpone al menos una capa, película o elemento análogo (5) de un material no adherente entre al menos una parte de la banda de rigidización (3) y/o la restante de las referidas capas.

Description

Procedimiento para la fabricación de un panel de material compuesto con bandas de rigidización.

La presente invención hace referencia a la realización de paneles a base de material compuesto provistos de elementos locales de rigidización, por la técnica de drapaje/moldeo.

Esta técnica que consiste en disponer sobre un utillaje apropiado, denominado mol de, unas fibras preimpregnadas con resina, en aplicar sobre estas fibras una película o vejiga, en hacer el vacío entre estos dos elementos, y en situar después el conjunto obtenido de esta manera en un autoclave para someterlo a un ciclo de polimerización que determina la cocción de la resina, permite obtener unos paneles dotados de formas y dimensiones muy precisas aptos para diferentes usos.

La invención se refiere más exactamente a unos paneles conformados destinados a constituir el soporte de los motores de las aeronaves.

Estos elementos se hallan generalmente constituidos a base de varios paneles de material compuesto fabricados en dos partes y acoplados después formando un conjunto. La forma de estos paneles es calculada por los especialistas de la aerodinámica con objeto de limitar la resistencia aerodinámica en las proximidades del vehículo Por lo general, la forma es curvilínea y el conjunto presenta grandes dimensiones. En el proceso de fabricación de cada panel es importante respetar la indicada forma con objeto de conservarla, conservando asimismo las dimensiones.

Con la finalidad de aumentar el grado de rigidez de la forma y de garantizar el dimensionado de los expresados paneles, se utilizan unos elementos locales de rigidización.

En la actualidad, se aplican diferentes técnicas, por ejemplo, las que se describen en el documento EP-A-660 825 y en el preámbulo de la reivindicación 1.

La rigidez del panel puede asegurarse por medio de una estructura alveolar continua, depositada sobre el conjunto de la superficie del panel. Esta estructura alveolar queda interpuesta entre dos capas de fibras o de pliegues preimpregnados.

En el caso de una monococción, durante la fabricación de un panel de este tipo, al someter el conjunto al vacío, los pliegues de la capa de fibras preimpregnadas tienen tendencia a aplastarse contra las células abiertas de la estructura alveolar. En efecto, hasta que no se alcanza la temperatura de polimerización de la resina, la consistencia de estos tejidos es blanda. Al finalizar el ciclo de fabricación, el panel obtenido de esta manera presenta unas oquedades que modifican su forma aerodinámica.

Para resolver este problema, existen dos soluciones :

\bullet

utilizar una estructura alveolar con unas células de reducidas dimensiones con objeto de que los pliegues de la capa de fibras no puedan aplastarse contra las mismas. El mayor inconveniente estriba en el peso del panel realizado, dado que cuanto menores son las dimensiones de las células más importante resulta la densidad de la estructura,

\bullet

fabricar el panel en varias etapas. Se cuece en primer lugar la capa de fibras preimpregnadas, dado que una vez endurecidas las mismas no podrán ya hundirse en las células de la estructura alveolar. En una segunda cocción, se añaden la estructura alveolar y la última capa. Este procedimiento obliga a fabricar el panel en varias etapas, requiriendo un tiempo de realización relativamente elevado, así como un número importante de utillajes diferentes.

Además, esta técnica presenta el inconveniente de determinar que el panel pueda difícilmente ser reparado por el usuario si experimenta algún desperfecto. En caso de choque, existe el riesgo de qué la humedad se introduzca en la estructura alveolar, degradando las propiedades estructurales de la misma y obligando a la realización de una reparación muy precisa siguiendo unas reglas muy estrictas.

Otra técnica consiste en utilizar unos elementos locales de rigidización, bajo la forma de bandas de estructura alveolar o de bandas de espuma. La utilización de una estructura alveolar origina los mismos inconvenientes, aunque atenuados, que se han estudiado en relación con la técnica precedente, a saber hundimiento de los pliegues de fibras, peso del panel, dificultades de reparación, necesidad de varios ciclos de polimerización, riesgo de captaciones de humedad en caso de que se produzca un choque.

La espuma presenta la ventaja de evitar que los pliegues de fibras impregnadas se hundan en la misma, dado que no presenta células abiertas. Sin embargo, la espuma es causa de un inconveniente más importante los pliegues de fibras preimpregnadas se aplastan al producirse en enfriamiento del panel, a causa de las diferencias de coeficientes de dilatación entre dichas fibras y la espuma. Este problema, por otra parte, existe también con la estructura alveolar. En efecto, los materiales utilizados para realizar las bandas de rigidización (espuma, estructura alveolar...) presentan por lo general un coeficiente de dilatación más importante que los materiales preimpregnados. En el autoclave, a la temperatura de polimerización, los pliegues de materiales preimpregnados se solidifican, mientras que el material de la banda de rigidización se dilata. Cuando se produce el enfriamiento de la pieza, dicho material se contrae para recuperar su posición inicial (antes del calentamiento) y arrastra el material compuesto solidificado, determinando el hundimiento del mismo. Como consecuencia, aparecen unas ligeras oquedades en el panel lo que modifica el deslizamiento del fluido y genera una resistencia aerodinámica inaceptable. Además, estas oquedades aumentan la fragilidad del panel originando un inicio de flexión. En este caso, la banda de espuma o la estructura alveolar desarrollan necesariamente una función estructural para compensar el indicado esfuerzo. Esta circunstancia impone una reglas muy estrictas de reparación.

Resulta posible evitar la utilización de una estructura alveolar sustituyéndola por unos elementos locales conformados. Estos elementos locales de rigidización pueden adoptar diferentes formas (Z, U, I....) en función del punto en el que se hallan emplazados. Estos elementos se realizan previamente a base de un material compuesto, a través de la técnica de recubrimiento/moldeo sobre unos utillajes específicamente adaptados a su forma. Resulta, pues, necesario contar con tantos utillajes como sean las formas que se deban realizar. La fabricación del panel se lleva a cabo en dos etapas: cocción de la capa de fibras preimpregnadas y después adhesión sobre la misma de los elementos locales de rigidización.

Esta operación de adhesión requiere un utillaje muy preciso dado que existen problemas de adaptación entre los elementos de rigidización y el panel, concretamente problemas de esfuerzos a nivel de los puntos de contacto. Esta técnica adolece del riesgo de desprendimiento de los elementos de rigidización, además de las múltiples operaciones de polimerización.

Así, en el contexto económico actual, en el que se persigue la mejor cualidad al mejor precio, las técnicas a las que se ha hecho precedentemente referencia, a pesar de ser utilizadas en la industria, no pueden considerarse enteramente satisfactorias.

La presente invención se encamina a subsanar los inconvenientes de las técnicas conocidas, proponiendo un procedimiento para la fabricación de paneles de material compuesto con bandas de rigidización por la técnica de recubrimiento/moldeo/polimerización, que garantiza la forma y las dimensiones de los paneles después del desmoldeo, evitando en especial cualquier hundimiento de las fibras sobre las bandas de rigidización, y permitiendo al mismo tiempo unos periodos de fabricación que pueden ser muy reducidos, sin necesidad de acudir a ciclos de fabricación excesivamente complejos.

A este efecto, la invención tiene por objeto un procedimiento para la fabricación de un panel de material compuesto con bandas de rigidización, en el que se recubre un molde dotado de la forma y de las dimensiones del panel que se trata de realizar con al menos una primera capa de fibras preimpregnadas con resina, se sitúa en posición sobre los puntos que convenga de dicha capa al menos una banda de rigidización, se recubre esta banda así como al menos una parte de la restante superficie de dicha primera capa, y al menos una segunda capa de fibras preimpregnadas con resina, y después de coloca en posición una vejiga que recubre los indicados elementos, se establece un vacío apropiado en el espacio comprendido entre el molde y la vejiga, se dispone seguidamente el conjunto en un autoclave para someterlo a un ciclo de polimerización preestablecido de la resina, a una presión y a unas temperaturas apropiadas a dicha resina y, en fin, de desmoldea el panel, caracterizado porque previamente a la colocación en posición de las expresadas bandas de rigidización y/o de la segunda capa, se interpone al menos una capa, película o elemento análogo de un material no adherente, entre al menos una parte de la superficie de la banda de rigidización y/o la segunda de las referidas capas.

Con el indicado procedimiento, el material no adherente intercalado entre la capa de fibras preimpregnadas y una banda de rigidización del tipo de estructura alveolar, evita el hundimiento de la capa en las células de la estructura alveolar. El procedimiento evita, además, que la banda de rigidización, cuando se lleva a cabo la cocción, se solidariza a la capa de material compuesto. De esta manera, cuando se realiza el enfriamiento, el material utilizado para la banda de rigidización puede contraerse sin arrastrar la capa solidificada de material compuesto. Consecuentemente, no resulta modificada la superficie del panel, de manera que la misma conserva su forma aerodinámica.

Por otra parte, como sea que la o las bandas de rigidización pueden ser totalmente envueltas por el referido material no adherente, no puede ya producirse una solidarización entre dichas bandas y el material compuesto. De esta manera, el panel resulta indiferente a la dilatación de las bandas y, consecuentemente, a las deformaciones que esta dilatación es susceptible de engendrar.

Además, dado que las bandas ya no trabajan ni tienen que transmitir ningún tipo de esfuerzos, para realizar tales bandas resulta posible utilizar cualquier material de reducida densidad que, sin embargo, sea capaz de soportar las temperaturas y las presiones derivadas del ciclo de polimerización. De esta forma, dichas bandas pueden especialmente presentar una estructura alveolar o en forma de espuma.

Conviene igualmente hacer notar que, eventualmente, las bandas de rigidización pueden ser retiradas del panel después del desmoldeo dado que no se hallan adheridas al material compuesto.

El procedimiento que ha quedado descrito en el marco de una realización por monococción, se presta igualmente a una cocción en dos tiempos, a saber, una primera cocción de o de las capas superpuestas que constituyen el primer plano de material compuesto que debe situarse sobre el fondo del molde, con objeto de dotar de rigidez a este primer piso, y seguidamente una segunda cocción después de haber colocado en posición las bandas de rigidización, las capas no adherentes, y el según do piso de material compuesto, con objeto de dotar de rigidez al conjunto, realizándose cada cocción, corno se comprende, después de haber colocado en posición una vejiga, después de haberse producido el vacío, y después del tratamiento con el autoclave.

Una polimerización de este tipo, en dos tiempos, resulta posible dado que no existe ya ningún peligro de hundimiento de las capas a consecuencia de los diferentes coeficientes de dilatación de los materiales empleados.

El material no adherente puede, por ejemplo, elegirse dentro del grupo que comprende el Teflon^{R} y los compuestos a base de siliconas.

La invención tiene igualmente por objeto los paneles con bandas de rigidización obtenidos de acuerdo con el indicado procedimiento.

Otras características y ventajas se desprenderán de la descripción que sigue, relativa a unas formas de puesta en práctica de la invención que se dan exclusivamente a título de ejemplo y haciendo referencia al dibujo anexo, en el qué:

-

la figura 1 es un esquema ilustrando la colocación en un molde de los diferentes elementos constitutivos de un panel de acuerdo con la invención;

-

la figura 2 ilustra el panel procedente del ejemplo de la figura 1, después de la polimerización y el desmoldeo; y

-

las figuras 3qa a 3d ilustran esquemáticamente diferentes formas de emplazamiento de una capa o película de material no adherente alrededor de cada una de las bandas de rigidización.

En la figura 1 se ha representado muy esquemáticamente un molde 1 destinado a la fabricación de un panel de material compuesto con dos bandas de rigidización de forma plana y de dimensiones que se corresponden con las del molde 1, que puede verse en la sección de la figura 1, quedando dirigida hacia abajo su abertura.

En un primer tiempo, se sitúa sobre el fondo de la cavidad del molde 1 una o varias capas 2 de fibras preimpregnadas con resina, dotadas de las dimensiones apropiadas, correspondiendo la cara de apilamiento de capas que se halla dirigida hacia el fondo del molde a la cara exterior del panel que se trata de realizar.

Las fibras son fibras de carbono, kevlar, vidrio o cualquier otro material mineral u orgánico, natural o sintético, capaz de ser utilizado para las aplicaciones previstas, y se hallan impregnadas con una resina termoplástica o termoendurecible apropiada.

Seguidamente, se procede a la colocación de las dos bandas de rigidización 3 y de una capa 4 constituida por uno o varios pisos de fibras preimpregnadas con resina, por ejemplo, del mismo tipo que la que impregna las fibras integrantes de la capa 2, con interposición entre las bandas de rigidización 3 y la capa 2 de una capa, película, hoja o envolvente 5 de un material no adherente.

Las bandas de rigidización 3 pueden, por ejemplo, hallarse constituidas por unos elementos alargados de sección ligeramente trapezoidal, de una longitud que se corresponda con la del panel que se trate de realizar, constituidas según es en si ya conocido por una estructura alveolar, tal como en nido de abeja, tal como, por ejemplo, el material denominado
ROHACELL, o por una espuma, o por cualquier otro material apropiado, de reducida densidad y capaz de soportar las temperaturas y presiones de polimerización de las resinas integrantes de los materiales compuestos que en cada caso se utilicen.

El material no adherente puede, por ejemplo, hallarse constituido por una hoja o una película de Teflon o por un material de la familia de las siliconas, interpuesto, tal como se ha representado en la figura 1, entre la primera capa 2 y la cara de las bandas de rigidización 5 dirigida hacia la referida primera capa, correspondiendo las dimensiones de la hoja 5 a las de la referida cara de las bandas.

Más adelante se verán las modalidades de aplicación de las hojas 5, haciendo referencia a las figuras 3a a 3d.

Después de la colocación de los elementos 3 y 5 sobre la capa 2, se dispone, recubriendo totalmente las bandas 3, la capa interna del panel, constituida por dos distintas partes 4. Más exactamente, cada una de estas partes 4 se halla dimensionada de manera que pueda cubrir totalmente una de las bandas 3 desbordando ligeramente de la misma por ambos lados, es decir, recubriendo la zona vecina de la cara expuesta de la capa 2, alrededor de cada una de las referidas bandas de rigidización.

Como se comprende, las dos partes 4 podrían en realidad hallarse constituidas por una sola, recubriendo al mismo tiempo las bandas 3 y la totalidad de la restante cara expuesta de la capa 2.

Además, las partes 4 pueden hallarse constituidas por una o varias capas, por ejemplo, similares a las que integran la capa 2.

Seguidamente, se recubre totalmente el conjunto con una vejiga 6 y se realiza un predeterminado vacío en el espacio definido entre la vejiga 6 y el molde 1, en la forma ya conocida.

Seguidamente se sitúa el conjunto en un autoclave para someterlo a un ciclo de polimerización de la resina integrante de las capas 2 y 4 siguiendo un proceso que utiliza unas temperaturas y unas presiones adecuadas a la naturaleza de la resina, según es en si ya conocido.

Después de la polimerización, se desmoldea el panel 7, el cual presenta el aspecto que se ha representado en la figura 2, en la que el panel aparece visto de canto.

Las bandas de rigidización 3 permiten conferir una rigidez a la forma del panel 7, garantizando las dimensiones del mismo. Las bandas 3 garantizan la conformación de la capa final 4 de fibras preimpregnadas, definiendo unas canales o nervaduras cuya función estriba en asegurar la rigidez del panel 7. Debe hacerse notar que la sección ligeramente trapezoidal de las bandas 3 contribuye a distribuir en mejores condiciones la presión ejercida por la vejiga 6 que de esta manera se apoya de una forma homogénea sobre las bandas en su globalidad y, especialmente, sobre los flancos laterales inclinados.

Una vez conformada la capa 4, las bandas de rigidización 3 no tienen ya ninguna utilidad dado que no trabajan, no siendo ya solidarias de la capa principal 2 del panel 7 como consecuencia de la previsión de la pantalla de material no adherente 5.

De esta manera, cuando a continuación de su paso por el autoclave, se produce el enfriamiento, el material utilizado para la constitución de las bandas 3 puede contraerse sin arrastrar la capa solidificada de material compuesto 2. En consecuencia, la superficie del panel 7 no experimenta ninguna modificación, conservando su forma aerodinámica.

Otra característica del hecho de que las bandas 3 no desarrollen ningún trabajo, estriba en la posibilidad de utilizar un material muy ligero, en vistas a no aumentar excesivamente el peso del panel.

La presencia del material 5 evita igualmente el hundimiento de los estratos integrantes de la capa 2 en las células de dichas bandas 3, cuando las mismas presentan una estructura alveolar, evitándose de esta manera la aparición localizada de ligeras oquedades en la superficie exterior del panel 7.

En el ejemplo representado en las figuras 1 y 2, el material no adherente 5 se halla únicamente interpuesto entre la capa exterior 2 del panel y las bandas de rigidización.

La hoja de material 5 puede ser adhesiva por una sola cara o por ambas en vistas a un posicionamiento preciso de las bandas 3 sobre la capa 2.

El material no adherente 5 puede estar constituido por una capa pulverizada con pistola, por ejemplo, o colocada con un pincel como si se tratara de una pintura.

Tal como se ha representado en la figura 3a, el material no adherente 5, sea cual sea su naturaleza o su forma de aplicación, puede ser aplicada sobre todas las caras de la banda de rigidización 3 de manera que la envuelva totalmente.

Según la variante representada en la figura 3b, el material 5 se halla interpuesto entre la banda de rigidización 3 y la capa final 4 de recubrimiento de la banda.

En la figura 3c se ha representado el caso de aplicación de la capa 5 directamente sobre la capa de material compuesto 2, correspondiendo las dimensiones de la capa 5 precisamente a las de la cara enfrentada de la banda 3 con objeto de evitar los problemas de adherencia con la capa final 4.

En fin, la capa 5 puede ser directamente aplicada (figura 3d) sobre la capa de material compuesto 4, recubriendo la banda de rigidización 3.

Debe hacerse notar que las propiedades del material no adherente 5 permiten retirar las bandas de rigidización 3, después de haberse desmoleado el panel.

En efecto, intercalando entre las bandas de rigidización 3 y las capas de fibras impregnadas 2 y 4 dos capas, hojas o películas de material no adherente 5, una vez desmoldeado el panel, resulta posible empujar estas bandas de rigidización para hacerlas deslizar fuera del panel, permaneciendo solidarizado a cada una de las bandas de rigidización uno de los recubrimientos de material no adherente, mientras que el otro recubrimiento permanece situado en posición en el alojamiento de la banda.

La técnica del moldeo/recubrimiento permite utilizar un molde que defina una cavidad cuya forma y dimensiones correspondan a las del panel que se trate de fabricar.

Esta forma y estas dimensiones pueden variar ampliamente sin apartarse del marco de la invención. En particular, el procedimiento que constituye objeto de la invención permite fabricar tanto un panel plano como un panel que presente las más complejas formas.

Los pisos de fibras que constituyen las capas 2 y 4 pueden hallarse constituidos por tejidos o por n a p as de fibras.

Con objeto de mejorar el estado de la superficie del panel 7, es posible aplicar una película superficial, por ejemplo, una capa de resina, sobre la superficie externa del panel expuesta a la circulación aerodinámica, con objeto de nivel los micro defectos y de tapar las eventuales irregularidades que puedan aparecer durante la fabricación del panel, merced a la aportación suplementaria de resina que es consecuencia de la película superficial.

El procedimiento que se ha descrito permite realizar un panel 7 en una sola cocción, proporcionando de esta manera una apreciable mejora en los tiempos de fabricación.

La monococción permite asimismo evitar la aparición de esfuerzos a nivel de los puntos de contacto. En efecto, las diferentes capas se endurecen tan sólo cuando termina la cocción, lo que favorece el contacto entre los diferentes elementos, a saber las capas de material preimpregnado (2, 4), las bandas de rigidización (3) y las capas de material no adherente (5).

Sin embargo, el procedimiento que constituye objeto de la invención puede también ser llevado a la práctica realizando dos cocciones, efectuándose una de ellas en relación con la capa extrema 2 del panel, constituida por uno o varios pisos superpuestos, y llevando a cabo la segunda después de haber colocado en posición las bandas de rigidización 3, el material no adherente 5 y la o las capas de recubrimiento 4, con objeto de conferir la necesaria rigidez al conjunto.

Una cocción de este tipo, realizada en dos tiempos, resulta posible a causa de qué no existe ya ningún riesgo de hundimiento de las capas de material compuesto provocado por los diferentes coeficientes de dilatación de los materiales utilizados.

En fin, la invención no queda evidentemente limitada a las formas de puesta en práctica descritas y representadas sino que, por el contrato, cubre todas las posibles variantes, especialmente en lo que afecta a las formas y a las dimensiones del panel 7, de las bandas de rigidización 3, a la naturaleza y al número de pisos de las capas 2 y 4 y a la naturaleza y a la forma de aplicación del material no adherente que se interpone entre las bandas de rigidización 3 y el material compuesto (2,4).

Claims (7)

1. Procedimiento para la fabricación de un panel (7) de material compuesto, con bandas de 'rigidización (3), en el que se recubre un molde (1) dotado de la forma y de las dimensiones del panel que se trata de realizar, al menos una primera capa (2) de fibras preimpregnadas de resina, se sitúa en posición sobre los puntos que se desee de dicha capa (2) al menos una banda de rigidización (3), se recubre la banda de rigidización (3) así como al menos una parte de la restante superficie de la primera capa (2), con al menos una segunda capa (4) de fibras preimpregnadas con resina, y después se coloca en posición una vejiga (5) que recubre los indicados elementos, se establece un vacío apropiado en el espacio comprendido entre el molde (1) y la vejiga (6), se dispone seguidamente el conjunto en un autoclave para ser sometido a un ciclo de polimerización de la resina preestablecido, a presiones y temperaturas apropiadas a dicha resina y, en fin, se desmoldea el panel, caracterizado porque previamente a la referida colocación de la banda de rigidización (3) y/o de la segunda capa (4), se interpone al menos una capa, película o elemento análogo (5) de un material no adherente entre al menos una parte de la banda de rigidización (3) y/o la restante de las referidas capas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque cada una de las bandas de rigidización (3) se halla totalmente envuelta por al menos una capa, hoja o elemento análogo (5) de un material no adherente.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque cada una de las referidas bandas de rigidización (3) se halla totalmente envuelta por la indicada capa o elemento análogo (5) y es extraída del panel (7) después del desmoldeo.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la capa de material compuesto constituida por el referido o los referidos primeros pisos de fibras preimpregnadas es sometida a una cocción antes de colocar en posición las referidas bandas de rigidización (3), la capa o elemento análogo (5) de material no adherente y la segunda o las segundas capas.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el material no adherente (5) se elige entre el grupo que comprende el Teflon y los compuestos de la familia de las siliconas.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las bandas de rigidización (3) se realizan a base de un material elegido entre el grupo que comprende los nidos de abeja y las espumas.

7. Procedimiento según una de. las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque entre el molde (1) y la referida primera capa (2) se interpone una película superficial.