ES2216951T3 - Un metodo de producir una union. - Google Patents

Un metodo de producir una union.

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ES2216951T3 ES00958781T ES00958781T ES2216951T3 ES 2216951 T3 ES2216951 T3 ES 2216951T3 ES 00958781 T ES00958781 T ES 00958781T ES 00958781 T ES00958781 T ES 00958781T ES 2216951 T3 ES2216951 T3 ES 2216951T3
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Abstract

Un método para producir una unión entre dos componentes estructurales (10, 12), método que comprende posicionar los dos componentes (10, 12) uno junto al otro en una plantilla de construcción para, así, definir un espacio (14) entre ellos, puentear los bordes (16) del espacio (14) con un miembro sellante (18, 20) que no invada dicho espacio, llenar el espacio (14) por succión con un material capaz de fluir (30), tal como un adhesivo, y que se caracteriza por la operación de poner un tejido (50) en el espacio (14) antes de llenar el espacio con dicho material capaz de fluir (30).

Description

Un método de producir una unión.
La invención se refiere a un método para producir una unión por medio de la introducción de un material capaz de fluir, tal como un adhesivo de resina entre componentes, y en particular, pero no exclusivamente, se refiere a un método de producir una unión usando un adhesivo, un sellador, o un material de relleno entre componentes aeroespaciales.
La unión con adhesivos que utilizan aplicaciones estructurales típicamente son adhesivos en película o en pasta.
Los adhesivos en película generalmente se prefieren para aplicaciones de elevadas prestaciones, y son más fáciles de aplicar ya que son poco pegajosos a temperatura ambiente. Sin embargo, su tratamiento es más difícil ya que se requiere calentarlos bajo presión para conseguir una unión. Cuando se usan adhesivos en película, el grosor óptimo de la línea de pegamento es de, aproximadamente, 0.2 mm.
Los adhesivos en pasta se encuentran en una variedad de viscosidades para diferentes aplicaciones. Un proceso conocido que usa un adhesivo en pasta consiste en aplicar el adhesivo a las superficies de los componentes a unir y, después, usando una plantilla, juntarlos para formar un "sándwich", con el adhesivo entre ellos. Los componentes deben ser juntados con cuidado para evitar que quede aire atrapado en el adhesivo, entre los componentes. Además, una vez juntos, es difícil ajustar un componente con relación al otro, debido a la naturaleza pegajosa tixotrópica del adhesivo empleado, y los componentes se deben juntar con precisión. El proceso es lento y sucio, y poco económico ya que el adhesivo se sale de entre los componentes del "sándwich" cuando se les junta. Debido a la naturaleza del proceso, también requiere demasiado trabajo.
El documento DE-A-26 35 641 describe un método para producir una unión, método que comprende posicionar dos componentes uno junto al otro para así definir un espacio entre ellos, puentear los bordes del espacio con un miembro sellante y llenar el espacio, por succión, con un material capaz de fluir tal como un adhesivo.
Un objeto de la presente invención es proporcionar un método mejorado para unir componentes.
De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un método para producir una unión entre dos componentes estructurales, método que se describe en la reivindicación 1.
El método de la invención es particularmente directo y los conjuntos obtenidos se pueden fabricar ligeramente por debajo de la tolerancia del diseño, ya que la diferencia se compensa dentro del espacio llenado. Además, el método de la invención permite el uso de solamente una preparación, un ensamblaje, y un ciclo de curado.
El uso del miembro sellante no solo ayuda a mantener el material en su sitio, a los bordes del espacio, sino que también puede controlar el perfil del material en los bordes.
El miembro sellante puede comprender una banda, y se retiene en su posición de puenteo preferiblemente usando un medio de fijación tal como un recubrimiento adhesivo en el lado de la banda selladora. También se puede mantener la banda en su sitio tendiéndola contra los componentes y pintando sobre ella con un sellador, por ejemplo PR 1875^{TM}, un adhesivo o un barniz. En el presente ejemplo, la banda sellante se construye a partir de cinta textil, pero también se puede construir de otro material adecuado. La cinta textil se puede construir a partir de fibras de vidrio o de carbono.
Los componentes se pueden posicionar uno junto al otro usando una plantilla de construcción.
Es deseable tener entradas a bajo nivel y salidas en un nivel alto para evitar huecos y porosidad de la resina/adhesivo.
Los adhesivos en pasta se usan a menudo cuando las tolerancias de las partes a unir son bajas, pero, aún así, líneas de pegamento (es decir, el grosor del pegamento o de la capa de adhesivo entre los componentes) mayores de 0.5 mm no se han recomendado previamente usando este método.
Con el fin de enfocar los problemas que pueden surgir con componentes de baja tolerancia, un tejido del grosor conveniente se sitúa en el espacio entre los componentes antes de llenar el espacio con material capaz de fluir. Esta disposición ayuda considerablemente a proporcionar una línea de unión fuerte cuando la línea de pegamento es de grosor sustancial y evitará la necesidad de usar un elemento conocido como "calzo" entre los dos componentes. El material capaz de fluir que se introduce impregna el tejido. Con el uso del tejido, el componente final será análogo a un material compuesto continuo, pero curado en tiempos diferentes.
La fracción en volumen de fibras para la unión puede ser sustancialmente del 2-70%, aunque, a preferencia, será sustancialmente del 30-60%. El tejido puede comprender una acumulación de capas de fibras tal que las fibras de una capa sean transversales a las fibras de otra capa. Preferiblemente, el tejido tendrá una acumulación de capas de +/- 45 grados. Está orientación es mullida y la estructura del tejido permite una infusión fácil de la resina a través de ella.
Si es necesario separar los componentes de la unión después de su formación, puede aplicarse una sustancia de liberación a una superficie de uno de los componentes que definen el espacio. La sustancia puede comprender cualquier tipo conveniente de material sellador o capa de liberación. Esta técnica permite que áreas muy grandes sean "calzadas" efectivamente al mismo tiempo que se produce la unión, sin restricciones respecto al grosor máximo.
Se prefieren resinas con poco encogimiento, con un coeficiente de dilatación térmica (CET) bajo y tensiones altas, para minimizar los esfuerzos. Si se usa un tejido preferiblemente tendrá un CET similar al CET de los componentes y ayudará a controlar el CTE total, minimizando así las tensiones. Para plástico reforzado con fibra de carbono el tejido normalmente sería el mismo tipo de carbono, mientras que para híbridos o para construcción metálica puede que se prefiera el vidrio, especialmente para evitar problemas de corrosión galvánica.
En una realización adicional, por lo menos uno de los componentes tiene salientes en él, y el método comprende posicionar los componentes uno junto al otro para, así, definir un espacio entre ellos, extendiéndose los salientes en el espacio, rodeando el material capaz de fluir rodee los salientes al ser introducido en el espacio.
Según un aspecto adicional de la invención, se proporciona un método para producir una unión, método que comprende proporcionar un primero y u segundo componentes, al menos uno de los cuales tiene salientes en él, posicionar los componentes uno junto al otro para, así, definir un espacio entre ellos, espacio en el cual se extienden los salientes, e introducir un material capaz de fluir como adhesivo de resina en el espacio para rodear los salientes.
Uno de los componentes puede tener salientes en él, aunque ambos componentes pueden tener salientes. Cuando los dos componentes tienen salientes, es preferible que los de un componente se intercalen con los del otro componente.
A continuación se describirá en detalle un método según los anteriores aspectos de la invención, a modo de ejemplo, y con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
la Figura 1 es una sección diagramática de dos componentes aeroespaciales a ser unidos por un método según la invención,
la Figura 2 muestra los componentes de la Figura 1 durante el llenado del espacio por succión con adhesivo de resina,
la Figura 3 muestra los componentes de la Figura 1 tras el llenado del espacio por succión con adhesivo de resina,
la Figura 4 es una sección diagramática de dos componentes aeroespaciales alternativos a ser unidos por un método según la invención,
la Figura 5 muestra los componentes de la Figura 1 a ser unidos por un método según la invención, con un tejido en el espacio entre ellos,
la Figura 6 muestra los componentes de la Figura 4 a ser unidos por un método según la invención, con un tejido en el espacio entre ellos,
La Figura 7 es una sección diagramática de dos componentes, a ser unidos por un método según la invención, con salientes en ellos,
la Figura 8 es una sección diagramática de dos componentes, a ser unidos por un método según la invención, con salientes alternativos en ellos, y,
la Figura 9 muestra los componentes de la Figura 7, a ser unidos por un método según la invención, con un tejido en el espacio entre ellos.
Con referencia a la Figura 1, el primero y el segundo componentes aeroespaciales (10,12), respectivamente, se posicionan uno junto al otro para así definir un espacio (14) entre ellos. Preferiblemente, los dos componentes se mantienen en su sitio usando una plantilla de construcción (no mostrada). Los bordes (16) del espacio (14) se puentean por medio de bandas sellantes (18,20). Las bandas sellantes son preferiblemente autoadhesivas por un lado para adherirse a los bordes del primero y del segundo componente (10,12). La banda (18) tiene una salida (22) formada en ella, a través de la cual se puede aplicar succión al espacio (14), mientras que la banda (20) tiene una entrada (24) formada en ella, a través de la cual puede fluir un adhesivo.
Observando la Figura 2, una boquilla (26) conectada a una fuente de adhesivo de resina (no mostrada) se posiciona en relación de obstrucción en la entrada (24). Una boquilla (28) a la que se le puede aplicar succión se posiciona relación de obstrucción a la salida (22). La succión aplicada a la boquilla (28), aspira la resina (30) a través de la boquilla (26) y al interior del espacio (14), hasta que el espacio (14) se ha llenado con resina, como se muestra en la Figura 3.
Después de llegar a la etapa de la Figura 3, se deja que la resina (30) cure, o se la cura convenientemente. Las bandas (18,20) son construidas de cinta textil hecha, por ejemplo, de fibras de vidrio o de carbono.
Nótese que la introducción del adhesivo de resina por succión y el uso de las bandas (20,22) permite que se forme una unión de manera simple y efectiva, sin pérdida de la resina (30) en los bordes.
Durante el proceso es preferible que la entrada (24) esté a un nivel más bajo que la salida (22). Esta disposición ayudará a asegurar que la resina (30) entra en el espacio (14) a un régimen constante, y minimiza la probabilidad de que se formen huecos o porosidad dentro de la unión. Además, las bandas (18,20) controlan el perfil de la resina (30) en los bordes. En cualquier caso se consigue una unión efectiva y segura.
Observando a continuación la Figura 4, las partes correspondientes a las partes mostradas en las Figuras 1 a 3 llevan los mismos números de referencia. El componente (12) se extiende más allá de los bordes del componente (10), y el espacio (14) entre los componentes (10,12) se puentea uniendo bandas (40,42) a una superficie superior (44) y a los bordes (45) del componente (10) y a una superficie superior (46) del componente (12), como se ve en la Figura 4. Las bandas (40,42) se construyen de la misma forma que las bandas (18,20) anteriormente descritas.
Una vez que los componentes (10,12) y las bandas (40,42) se han posicionado como se muestra en la Figura 4, se sitúa una boquilla (26) en la entrada (24), se sitúa una boquilla (28) en la salida (28) y la resina (30) es arrastrada al espacio (14) como se muestra en las Figuras 2 y 3. Se observará que las bandas (40,42) controlan el perfil de la resina (30) en los bordes. Una vez más, como en las Figuras 1 a 3, los componentes (10,12) se pueden mantener en posición uno con relación al otro por medio de una plantilla de construcción. En este ejemplo una capa (47) de una sustancia de liberación se ha aplicado a la superficie superior (46) del componente (12). Esto permite la separación de los componentes (10,12) después de que se haya formado la unión. La capa de liberación (47) puede comprender un material sellador. Si se desea, los componentes (10,12) también se pueden atornillar o unir mecánicamente por otros medios.
Con referencia ahora a la Figura 5, las partes correspondientes mostradas en la Figuras 1 a 4 llevan los mismos números de referencia. El primeros y el segundo componentes aeroespaciales (10,12) respectivamente se posicionan uno junto al otro para, así, definir un espacio (14) entre ellos. El tejido (50) se sitúa entonces en el espacio (14) y los bordes (16) del espacio (14) se puentean por medio de bandas sellantes (18,20). Una vez más, las bandas sellantes (18,20) son autoadhesivas por un lado. La resina es arrastrada al espacio (14) para impregnar el tejido (50), de la manera descrita anteriormente. Una vez más, como en las Figuras 1 a 3, los componentes (10,12) se pueden mantener en posición uno respecto al otro por medio de una plantilla de construcción.
En el presente ejemplo, el tejido (50) comprende una acumulación de capas de fibras tal que las fibras de una capa son transversales a las fibras de otra capa. Por ejemplo, el tejido puede comprender una acumulación de capas de +/- 45 grados.
El uso del tejido (50) en el espacio (14) tiene como consecuencia varios beneficios. En primer lugar, la línea de pegamento ahora puede estar, fácilmente, en el rango de 0.2-3.0 mm, lo cual permite que se llenen espacios mucho más grandes que usando métodos actuales conocidos. Esto también permite que los componentes se construyen con tolerancias más bajas, lo cual a su vez resulta en ahorros de costo. En segundo lugar, los tejidos pueden proporcionar una separación de las partes de la superficie de componentes grandes que, de otra forma, estarían en contacto, así reduciendo la probabilidad de que esas partes de superficie no se vean mojadas por la resina (30). En tercer lugar, el tejido (50) ayuda a controlar el coeficiente de dilatación térmica (CET) a lo largo de la unión. Al hacer que el CET del conjunto de la resina (30) y del tejido (50) sea similar al CET de los componentes (10,12), se reduce la tensión térmica que experimenta la unión en su conjunto. Finalmente, el tejido (50) dentro de la unión aumenta la resistencia a la cizalladura y al desprendimiento. Para líneas de pegamento de más de a 1 mm de grosor, es posible una resistencia a la cizalladura de, aproximadamente, 25 Mpa.
Observando ahora la Figura 6, la disposición es similar a aquella mostrada en la Figura 4, excepto que en este caso, el tejido (50) se sitúa en el espacio (14), y una capa (51) de tejido (50) se repliega a través de cada borde del tejido (50). Si se desea, se pueden biselar los bordes del componente (10), como se muestra en línea discontinua en (10a). En ese caso, las capas (51) se pueden extender a los biseles (10a).
Al igual que en la Figura 4, la banda (42) tiene una salida (22) formada en ella y la banda (40) tiene una entrada (24) formada en ella y la resina (30) es arrastrada al espacio (14) como se describe con respecto a la Figura 4. Cuando se forman los biseles (10a), el adhesivo fluye al espacio (14), y dentro del espacio definido por los biseles. Una vez más, como en la Figura 4, los componentes (10,12) se pueden mantener en posición uno respecto al otro por medio de una plantilla de construcción. El plegado de la capa (51) proporciona un borde liso al espacio (14) lleno de adhesivo.
Si se desea, se puede usar una capa de liberación (47) en las realizaciones de las Figuras 5 y 6.
Observando a continuación la Figura 7, partes correspondientes a las partes mostradas en las Figuras 1 a 3 llevan los mismos números de referencia.
El primeros y el segundos componentes (10,12) respectivamente en la Figura 7 tienen salientes (60) en ellos. Los componentes (10,12) se posicionan uno junto al otro para así definir un espacio (14) entre ellos, espacio en el cual se extienden los salientes (60), de forma que los salientes del primer componente (10) se intercalan con los del segundo componente (12). A continuación los dos componentes (10,12) se unen usando el método descrito en las Figuras 1 a 3, durante cuya ejecución la resina (30) rodea los salientes (60). Aunque no se muestran en la Figura 7, se proporciona las bandas sellantes (18,20).
En el ejemplo actual, los salientes (60) son sustancialmente rectos, aunque los salientes (62) pueden ser inclinados, como muestra en la Figura 8.
Los salientes se usan preferiblemente cuando la línea de pegamento excede de 0.5 mm y, típicamente, tienen una longitud de 1-3mm. Los salientes proporcionan un aumento de la resistencia a la cizalladura de la unión.
Observando finalmente la Figura 9, el primero y el segundo componentes (10,12) con salientes (60) en ellos se posicionan uno junto al otro para, así, definir un espacio (14) entre ellos, espacio (14) en el cual se extienden los salientes (60) de tal forma que los salientes de intercalan. Se sitúa un tejido (50) en el espacio (14) y los dos componentes se unen según el método descrito en las Figuras 1 a 3.
La unión formada en la Figura 9 tiene una resistencia aumentada, al beneficiarse tanto de los salientes (60) como del tejido (50).
Las uniones formadas por el método de la presente invención pueden ser uniones de costilla-revestimiento, uniones de larguerillos, uniones revestimiento-larguero, uniones híbridas, y uniones que impliquen reglajes.
A pesar de que se ha hecho referencia explícita al uso de un adhesivo de resina (30), se puede usar un sellador o elemento de relleno cuando simplemente se necesite sellar o llenar el espacio (14). Cuando se use un sellador o elemento de relleno, puede ser deseable fijar los componentes de forma mecánica, por ejemplo por medio de tornillos, remaches u otros sujetadores.
El adhesivo o sellador usado se basará preferiblemente en una resina con una viscosidad de < 200 cPs durante varias horas a temperaturas de tratamiento que van de la temperatura ambiente a los 100ºC.
Se prefieren sistemas de resina que adopten forma de gel a temperaturas "bajas", típicamente 80ºC, para minimizar los requerimientos de la fabricación con plantillas. Se puede emplear, posiblemente una etapa posterior al curado, autoportante.

Claims (21)

1. Un método para producir una unión entre dos componentes estructurales (10, 12), método que comprende posicionar los dos componentes (10, 12) uno junto al otro en una plantilla de construcción para, así, definir un espacio (14) entre ellos, puentear los bordes (16) del espacio (14) con un miembro sellante (18, 20) que no invada dicho espacio, llenar el espacio (14) por succión con un material capaz de fluir (30), tal como un adhesivo, y que se caracteriza por la operación de poner un tejido (50) en el espacio (14) antes de llenar el espacio con dicho material capaz de fluir (30).
2. Un método según la reivindicación 1, en el cual el tejido (50) ocupa sustancialmente del 2 - 70% del espacio (14).
3. Un método según la reivindicación 2, en el cual el tejido (50) ocupa sustancialmente del 30 - 60% del espacio (14).
4. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual el tejido (50) comprende una acumulación de capas de fibras tal que las fibras de una capa sean transversales a las fibras de otra capa.
5. Un método según la reivindicación 4, en el cual el tejido (50) tiene una acumulación de capas de +/- 45 grados.
6. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el miembro sellante (18,20) tiene la forma de una banda.
7. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la banda está formada de un material flexible.
8. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la banda es autoadhesiva por un lado para fijarla en posición.
9. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la banda sellante está formada de cinta de tejido.
10. Un método según la reivindicación 9, en el cual la cinta de tejido está construida a partir de fibras de vidrio.
11. Un método según la reivindicación 9, en el cual la cinta de tejido está construida a partir de fibras de carbono.
12. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye tender el miembro sellante (18, 20) contra los componentes (10, 12) y pintar sobre él con un sellador, adhesivo o barniz para mantener el miembro sellante (18, 20) en posición.
13. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye puentear los bordes (16) del espacio (14) uniendo la banda a porciones (44) de la superficie de los componentes (10,12).
14. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye aplicar una capa de liberación (47) a un componente (10,12) de la unión para facilitar la separación de los componentes (10,12) de la unión.
15. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual al menos una de los componentes (10,12) tiene salientes (60) en él y el método comprende posicionar los componentes (10,12) uno junto al otro para, así, definir un espacio (14) entre ellos, espacio en el cual se extienden los salientes (60), rodeando el material capaz de fluir (30) los salientes (60) al ser introducido en el espacio (14).
16. Un método según la reivindicación 15, en el cual se proporcionan salientes (60) en ambos componentes (10,12).
17. Un método según la reivindicación 15 ó 16, en el cual los salientes (60) de un componente (10,12) se intercalan con los salientes (60) del otro componente (10,12).
18. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, en el cual los salientes (60) son elementos individuales llevados por los componentes (10,12).
19. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el material capaz de fluir (30) es un adhesivo pastoso, una resina, un sellador o un elemento de relleno.
20. Una unión que comprende componentes aeroespaciales u otros componentes (10,12), que se produce por un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
21. Una unión según la reivindicación 20, cuando se incorpora en un avión.
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