ES2235005T3 - Procedimiento de inyeccion de resina en un molde que contiene una preforma fibrosa. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de inyección de resina en un molde (10) que contiene una preforma fibrosa (14), que se caracteriza porque se inyecta la resina en el molde (10) alternativamente a partir de un primer depósito (16a) y a partir de un segundo depósito (16b), para vaciarlos por turno, y se pone en su lugar el primer depósito (16a) lleno de resina mientras se está inyectando la resina desde el segundo depósito (16b), y a la inversa, con el fin de inyectar de manera continua en el molde (10) una cantidad de resina superior al contenido acumulado de los citados primer depósito (16a) y segundo depósito (16b).

Description

Procedimiento de inyección de resina en un molde que contiene una preforma fibrosa.

Campo técnico

La invención se refiere a un procedimiento de inyección de resina en un molde que contiene una preforma fibrosa, con el fin de fabricar una pieza de material compuesto con la utilización de la técnica de moldeo por transferencia de resina, conocida normalmente como "técnica RTM" (del inglés "Resin Transfer Molding").

El procedimiento según la invención está particularmente adaptado a la fabricación de piezas de grandes dimensiones con material compuesto.

La invención puede ser utilizada en todos los sectores industriales que utilizan piezas de material compuesto, formadas con fibras largas sumergidas en una matriz de resina. Entre estos sectores, se pueden citar, en particular, las industrias del automóvil y la aeroespacial.

Estado de la técnica

Según ha sido descrito con anterioridad en el documento FR-A-2 761 001, se ha previsto ya fabricar piezas de grandes dimensiones con material compuesto según la técnica RTM. A este efecto, la solución habitual consiste en colocar en una misma cuba estanca, un número de recipientes (denominados "vasijas"), llenos de resina suficiente como para fabricar la pieza considerada. Así, y únicamente a título de ejemplo, suponiendo que el volumen máximo de resina contenida en una vasija sea de alrededor de 10 kilogramos, la fabricación de una pieza que contenga alrededor de 60 litros necesita que se coloquen al menos seis vasijas de resina en la cuba estanca.

En una instalación tal como la que se encuentra descrita en el documento FR-A-2 761 001, se han colocado en la cuba estanca medios de calentamiento tales como resistencias eléctricas en el fondo de las mismas y alrededor de cada una de las vasijas, con el fin de licuar la resina en las vasijas para permitir su inyección en el molde.

Cuando se utiliza esta instalación conocida, la resina contenida en las vasijas es inyectada en el molde, bajo el efecto de la presión reinante en la cuba estanca. De manera más precisa, las señales emitidas por un caudalímetro o por medios de pesado asociados a las diferentes vasijas, son transmitidas a una unidad central. Como respuesta a estas señales, la unidad central comanda la apertura sucesiva de electroválvulas normalmente cerradas asociadas a cada una de las vasijas de resina. En consecuencia, el contenido de cada una de las vasijas es vaciado sucesivamente en el molde con vistas a realizar la pieza deseada.

La instalación descrita en el documento FR-A-2 761 001 presenta diferentes inconvenientes. Estos inconvenientes afectan principalmente a su utilización industrial.

Así, la fabricación de piezas con dimensiones muy grandes impone recurrir a un número importante de vasijas de resina contenidas en una misma cuba estanca. Esto conduce a la utilización de una instalación pesada y de grandes dimensiones, cuyo tamaño depende de las dimensiones de la pieza que se desea fabricar.

Otro inconveniente de la instalación descrita en el documento FR-A-2 761 001 se refiere al riesgo de reacción exotérmica desprendedora de calor en masa de la resina contenida en las diferentes vasijas que están situadas en la cuba estanca. La eventualidad de una reacción de este tipo es difícilmente aceptable en una instalación industrial.

Por otra parte, el documento FR-A-2 750 071 propone una instalación que utiliza la técnica RTM, en la que se transfiere a un husillo la resina contenida en una vasija, por medio de un pistón situado por encima de la resina, y sobre el que actúa el aire comprimido. En este documento, la técnica utilizada para llevar la resina al estado líquido, no ha sido precisada.

El documento US-A-5 545 029 enseña el hecho de mezclar dos componentes líquidos contenidos en recipientes separados, con anterioridad a inyectarlos en un molde.

Por último, el documento US-A-5 187 001 describe una instalación de fabricación de piezas de pequeño tamaño, que hace uso de la tecnología RTM. La instalación comprende dos depósitos que contienen resinas de naturaleza diferente, que se utilizan por turno dependiendo de la pieza que se ha de fabricar. Con cada conmutación de un recipiente al otro, se purga el circuito del depósito utilizado anteriormente.

Exposición de la invención

La invención tiene por objeto un procedimiento de inyección de resina en un molde de gran tamaño, que contiene una preforma fibrosa, que hace uso de una instalación cuyo tamaño y peso son independientes de las dimensiones de la pieza a fabricar, y son comparables con los de una instalación capacitada para fabricar piezas de pequeño tamaño.

De acuerdo con la invención, este resultado se obtiene por medio de un procedimiento de inyección de resina en un molde que contiene una preforma fibrosa, que se caracteriza porque se inyecta la resina en el molde alternativamente a partir de un primer depósito y a partir de un segundo depósito, para vaciarlos por turno, y se pone en su lugar el primer depósito lleno de resina, todo ello mientras se está inyectando la resina a partir del segundo depósito, y a la inversa, con el fin de inyectar continuadamente en el molde una cantidad de resina superior al contenido acumulado de dichos primer y segundo depósitos.

La utilización de este procedimiento permite, con la utilización de solamente dos depósitos de dimensiones normales (que contengan por ejemplo alrededor de 10 kilogramos de resina cada uno), realizar piezas cuyo tamaño no esté limitado prácticamente más que por la evolución de la viscosidad de la resina. Una misma instalación, de tamaño relativamente pequeño, puede ser así utilizada para fabricar piezas diferentes, que pueden ser muy grandes.

En un modo de realización preferido de la invención, se inyecta la resina alternativamente a partir del primer depósito y a partir del segundo depósito, calentando la superficie libre de la resina contenida en los citados depósitos, para provocar una fusión local de la citada resina, y bombeando hacia el molde la resina localmente fundida. El calentamiento de la resina limitado a su superficie libre, en el interior de cada uno de los depósitos, permite suprimir cualquier riesgo de reacción exotérmica. La utilización industrial de la instalación se ve así enormemente facilitada.

En el modo de realización preferida de la invención, se calienta la superficie libre de la resina en cada uno de dichos primer y segundo depósitos, por medio de una placa calefactora que descansa por gravedad sobre la citada superficie libre.

En este caso, se bombea ventajosamente la resina localmente fundida, en cada uno de los citados primer y segundo depósitos, por medio de una bomba solidarizada con la placa de calentamiento.

Con preferencia, antes de inyectar la resina en el molde, se purgan los circuitos que conectan el primer depósito y el segundo depósito con el citado molde.

El procedimiento según la invención está particularmente adaptado para ser puesto en práctica con la utilización de la resina desgasificada.

No obstante, como variante, se puede desgasificar también la resina entre el primero y el segundo depósitos, y el molde.

Breve descripción de los dibujos

Ahora se va a describir, a título de ejemplo no limitativo, un modo de realización preferida del procedimiento según la invención, con referencia a los dibujos anexos, en los que la figura única representa esquemáticamente una instalación de puesta en práctica del procedimiento de inyección según la invención.

Descripción detallada de un modo de realización preferida de la invención

En la figura única, se ha representado esquemáticamente un modo de realización preferida, en ningún caso limitativo, de una instalación que pone en práctica el procedimiento de inyección de resina conforme a la invención.

La instalación representada en la figura comprende un molde 10, en varias partes, que delimita interiormente una cavidad 12 cuya forma y dimensiones son las mismas que las de la pieza a fabricar. Con anterioridad al cierre del molde 10, se coloca una preforma fibrosa 14 en la cavidad 12.

La instalación comprende, además, un primer depósito 16a y un segundo depósito 16b, capacitados para contener, uno y otro, una cantidad determinada de una resina elegida en función de las características de la pieza que se va a fabricar. La capacidad de cada uno de los depósitos 16a y 16b es, por lo general, la misma. Esta capacidad puede ser, por ejemplo, de alrededor de 10 kilogramos. Sin embargo, este valor se da solamente a título ilustrativo y en ningún caso limitativo del alcance de la invención.

Los depósitos pueden ser, en particular, vasijas de resina con un contenido de 10 kilogramos, disponibles en el comercio. Cuando el primer depósito está vacío, el operario puede sustituirlo a continuación por un depósito lleno.

Cada uno de los depósitos 16a y 16b está abierto por la parte de arriba, de tal modo que la resina que contiene presenta una superficie libre sensiblemente horizontal. A la temperatura ambiente, la resina está en estado sólido o pastoso.

La placa de calentamiento 18a, 18b, descansa por gravedad sobre la superficie libre de la resina contenida respectivamente en el primer depósito 16a y en el segundo depósito 16b. De manera más precisa, la sección horizontal de cada una de las dos placas de calentamiento 18a y 18b es sensiblemente idéntica a la de los depósitos 16a y 16b, de tal modo que los depósitos están cerrados por arriba mediante las placas, pero de manera que estas últimas pueden desplazarse hacia abajo por el interior de los depósitos cuando la cantidad de resina que contienen disminuye.

Los medios de calentamiento contenidos en las placas 18a y 18b pueden ser de cualquier naturaleza, sin apartarse del marco de la invención. En particular, puede tratarse de resistencias eléctricas (no representadas). Cuando se utilizan, estos medios de calentamiento están capacitados para hacer que se funda superficialmente la resina únicamente en la proximidad inmediata de su superficie libre.

Como se comprenderá mejor por lo que sigue, esta disposición permite bombear progresivamente la resina contenida en uno u otro de los depósitos 16a y 16b, todo ello suprimiendo cualquier riesgo de reacción exotérmica que tenga como origen la fusión en masa de la resina.

Cada una de las placas de calentamiento 18a y 18b soporta una bomba, designadas respectivamente con las referencias 20a y 20b. Los motores 22a y 22b de las bombas 20a y 20b han sido asimismo ilustrados en la figura única.

Cada una de las bombas 20a y 20b ha sido dispuesta de modo que pueda aspirar la resina fundida en contacto con la cara inferior de la placa de calentamiento correspondiente 18a, 18b, por medio de uno o de varios pasos 24a, 24b que atraviesan esta placa y que desembocan en su cara inferior.

Un orificio de descarga de cada una de las bombas 20a y 20b, ha sido conectado con una canalización correspondiente 26a, 26b. Por su extremo opuesto, cada una de las canalizaciones 26a y 26b ha sido conectada a una canalización común 28, cuyo extremo opuesto está unido en sí mismo con el molde 10. El conjunto materializado por los pasos 24a, 24b y por las canalizaciones 26a, 26b y 28, constituye un circuito de alimentación del molde 10 con resina, alternativamente a partir del primer depósito 16a y a partir del segundo depósito 16b.

En las proximidades de su punto de conexión con la canalización común 28, cada una de las canalizaciones 26a y 26b comprende una electroválvula de inyección 30a, 30b. Cuando la instalación está en parada, las dos electroválvulas 30a y 30b están normalmente cerradas. Además, cuando la instalación está en funcionamiento, las electroválvulas 30a y 30b no están nunca abiertas simultáneamente.

Inmediatamente corriente arriba de las electroválvulas de inyección 30a y 30b, una canalización de purga 32a, 32b, dotada de una electroválvula de purga 34a, 34b, se bifurca en derivación sobre cada una de las canalizaciones 26a y 26b. Las electroválvulas de purga 34a y 34b están normalmente cerradas.

El circuito de alimentación del molde 10 con resina, comprende un cierto número de zonas calientes, que permiten mantener la resina inyectada en el molde a una temperatura apropiada para permitir el rellenado completo de éste, y la impregnación completa de la preforma fibrosa 14. De este modo, a título de ejemplo, las canalizaciones 26a y 26b comprenden zonas calientes 36a, 36b en sus partes situadas entre las bombas 20a y 20b y las canalizaciones de purga 32a y 32b. La parte de las canalizaciones 26a y 26b conectadas a la canalización 28, que integran las electroválvulas 30a, 30b, 34a y 34b, está asimismo situada en una zona caliente 38. Por último, se ha previsto igualmente otra zona caliente 40 en la canalización 28.

Para controlar mejor las condiciones en las que se efectúa la inyección de la resina en el molde, se dispone un determinado número de captadores en el circuito de inyección. A título de ejemplo, se han representado en la figura única tres captadores de presión Pa, Pb y Pi, situados respectivamente a la salida de las bombas 20a y 20b, y a la entrada del molde 10, y tres captadores de temperatura Ta, Tb y Ti situados en las proximidades de los captadores de presión Pa, Pb y Pi. Captadores de presión y de temperatura (no representados), han sido también previstos, con preferencia, en el molde 10.

La instalación comprende, además, una canalización 42 de puesta en depresión del molde 10 con anterioridad a la inyección de la resina. La canalización 42 conecta el molde 10 con una bomba de vacío 44. La misma se ha conectado al molde 10 en oposición a la canalización 28, e integra una electroválvula 46.

Por último, la instalación de inyección de resina que se ha ilustrado en la figura única, comprende una unidad central de comando 48. Esta unidad 48 pilota los elementos activos de la instalación, tales como las bombas 20a y 20b, la bomba de vacío 44, las electroválvulas 30a, 30b, 34a, 34b y 46, y los medios de calentamiento integrados en las placas 18a y 18b, y en las zonas 36a, 36b, 38 y 40, según un programa establecido, teniendo en cuenta las señales suministradas por los captadores de presión Pa, Pb y Pi y por los captadores de temperatura Ta, Tb y Ti. La unidad central de comando 48 comprende en general un ordenador y un autómata programable. La misma permite, en particular, inyectar la resina en el molde según un ciclo que se va a describir ahora.

Con anterioridad a la inyección propiamente dicha, se ponen en su lugar los depósitos 16a y 16b llenos de una misma resina, adaptada a la pieza que se desea fabricar. De manera más precisa, la resina dispuesta en los depósitos es por lo general resina desgasificada. En caso contrario, se dispone uno o varios dispositivos de desgasificado en el circuito de inyección.

Cuando los depósitos 16a y 16b llenos de resina, están en su lugar, las placas de calentamiento 18a y 18b que portan las bombas 20a y 20b, son apoyadas sobre la superficie libre de la resina, en cada uno de los depósitos, con el fin de cerrarlos de manera estanca.

Paralelamente, el módulo 10 que contiene la preforma fibrosa 14, se cierra y se conecta al circuito de inyección, y a la canalización de vacío 42. En esta fase, las electroválvulas 30a, 30b, 34a, 34b y 46, están todas cerradas.

Los medios de calentamiento integrados en las placas 18a y 18b, y en las zonas de calentamiento 36a, 36b, 38 y 40, son activados a continuación, en particular con el fin de hacer que se funda localmente la resina adyacente a las placas calientes, en cada uno de los depósitos 16a y 16b.

Cuando se ha alcanzado la temperatura deseada, los circuitos de inyección de resina materializados por las canalizaciones 26a y 26b, son purgados. A este efecto, las electroválvulas 34a y 34b son abiertas, y las bombas 20a y 20b son puestas en servicio. El aire contenido en los circuitos y entre las placas 18a y 18b y la superficie libre de la resina, es así evacuado y sustituido por la resina.

Con el tiempo, la bomba de vacío 44 es accionada, y la electroválvula 46 se abre, con el fin de efectuar el vacío en el interior del molde 10, así como en la parte del circuito de inyección situado a continuación de las electroválvulas 30a y 30b. El circuito de vacío 42 se mantiene en este estado hasta el final de la inyección.

Cuando la purga de los circuitos de inyección de resina ha terminado, las electroválvulas de purga 34a y 34b son cerradas, y la inyección de la resina en el molde puede comenzar.

La inyección comienza a partir de uno de los depósitos, tal como el primer depósito 16a en la figura única. Aquella se libera mediante la apertura de la electroválvula de inyección correspondiente 30a. A medida que se inyecta en el molde la resina fundida en la superficie libre del depósito 16a, bajo la acción conjunta de la bomba 20a y de la bomba de vacío 44, la placa 18a desciende por el depósito 16a, por gravedad y bajo el efecto de las fuerzas de capilaridad. La cara inferior de la placa de calentamiento se mantiene así en contacto con la superficie libre de la resina, la cual funde así progresivamente en un espesor que permite su bombeo, sin riesgo de reacción exotérmica.

El volumen de resina inyectada en el molde se controla, por ejemplo, midiendo el número de vueltas de la bomba 20a, en caso de que se utilice una bomba giratoria. Dado que el volumen de resina contenido en el depósito 16a es conocido, se detecta así el momento en que está casi vacío, es decir, el momento en que la inyección de la resina debe ser basculada desde el primer depósito 16a hasta el segundo depósito 16b.

Cuando se detecta el estado "casi vacío" del primer depósito 16a, la unidad central de comando 48 cierra la electroválvula de inyección 30a y abre simultáneamente la electroválvula de inyección 30b. Además, el operador es informado inmediatamente por los medios de aviso sonoros y/o visuales.

La inyección de la resina en el molde 10 prosigue así, sin discontinuidad, a partir del segundo depósito 16b. El proceso de inyección de la resina a partir del segundo depósito 16b es el mismo que se ha descrito en lo que antecede en relación con el primer depósito 16a. Por lo tanto, no se hará de nuevo una descripción detallada.

Al mismo tiempo, el operador que ha sido advertido del estado "casi vacío" del primer depósito, lo sustituye por un depósito lleno, después de haber extraído la placa caliente 18a que porta la bomba 20a. Se debe apreciar que éste dispone de tiempo ampliamente suficiente para hacerlo, puesto que el tiempo de inyección de alrededor de 10 kilogramos de resina contenidos, por ejemplo, en cada depósito, es de alrededor de 13 minutos, para un consumo medio de 700 gramos por minuto.

Cuando el operador ha cambiado el depósito 16a, vuelve a poner en su lugar la placa de calentamiento 18a que porta la bomba 20a. Los medios de calentamiento de la placa 18a son después puestos de nuevo en funcionamiento, y se efectúa una nueva purga del circuito de inyección correspondiente activando la bomba 20a y abriendo la electroválvula 30a. Cuando estas operaciones han terminado, la inyección de resina a partir del primer depósito 16a resulta de nuevo posible.

Por consiguiente, una vez que se detecta el estado de "casi vacío" del segundo depósito 16b, por ejemplo gracias al conteo del número de vueltas del motor 22b de la bomba 20b, la inyección de resina bascula desde el segundo depósito 16b hasta el primer depósito 16a. Esto se obtiene mediante el cierre de la electroválvula 30b y la apertura simultánea de la electroválvula 30a, comandadas por la unidad central de comando 48.

Del mismo modo que en lo que antecede, la unidad central de comando 48 advierte al operador del estado "casi vacío" del segundo depósito 16b. Éste debe ser de nuevo sustituido por un depósito lleno de resina por parte del operador. Esta operación se realiza de la misma manera que se ha descrito anteriormente para el primer depósito 16a, es decir, mediante un desmontaje de la placa 18b, una sustitución del depósito 16b, una nueva colocación de la placa 18b, y un vaciado del circuito correspondiente.

Las operaciones que se acaban de describir son repetidas tantas veces como sea necesario, hasta el rellenado completo de la cavidad 12 del molde 10 por parte de la resina. Aquellas permiten fabricar una pieza de grandes dimensiones, sin interrumpir la inyección de la resina, utilizando solamente dos depósitos 16a y 16b a la vez, que se conectan alternativamente al molde 10, y reemplazando uno de los depósitos mientras se está utilizando el otro para la inyección.

El procedimiento de inyección de resina según la invención permite así fabricar piezas de dimensiones variables, sin otras limitaciones de tamaño que las impuestas por la viscosidad de la resina, por medio de una instalación de volumen reducido, y cuya puesta en práctica es particularmente simple. Además, el calentamiento localizado de la resina en los depósitos permite suprimir los riesgos de reacción exotérmica que se derivan de un calentamiento en masa de la resina.

Claims (7)

1. Procedimiento de inyección de resina en un molde (10) que contiene una preforma fibrosa (14), que se caracteriza porque se inyecta la resina en el molde (10) alternativamente a partir de un primer depósito (16a) y a partir de un segundo depósito (16b), para vaciarlos por turno, y se pone en su lugar el primer depósito (16a) lleno de resina mientras se está inyectando la resina desde el segundo depósito (16b), y a la inversa, con el fin de inyectar de manera continua en el molde (10) una cantidad de resina superior al contenido acumulado de los citados primer depósito (16a) y segundo depósito (16b).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se inyecta la resina alternativamente a partir del primer depósito (16a) y a partir del segundo depósito (16b), calentando la superficie libre de la resina contenida en los citados depósitos, para provocar una fusión local de la citada resina, y bombeando hacia el molde (10) la resina localmente fundida.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que, en cada uno de dichos primer y segundo depósitos (16a, 1b), se calienta la superficie libre de la resina por medio de una placa de calentamiento (18a, 18b) que descansa, por gravedad, sobre la citada superficie libre.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que, en cada uno de dichos primer y segundo depósitos (16a, 16b), se bombea la resina localmente fundida por medio de una bomba (20a, 20b) solidaria con la placa de calentamiento (18a, 18b).

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, antes de inyectar la resina en el molde (10), se purgan los circuitos que conectan el primer depósito (16a) y el segundo depósito (16b) con el citado molde.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se utiliza resina desgasificada.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que se desgasifica la resina entre el primer y el segundo depósitos (16a, 16b) y el molde (10).