ES2236452T3 - Pieza mecanica en forma de hoja de elastomero reforzada, su procedimiento de fabricacion y molde para la indicada fabricacion. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de fabricación de una pieza mecánica flexible en forma de hoja de elastómero, reforzada por una estructura interna (20,30) en forma de fibras, comprendiendo este procedimiento las etapas siguientes: - se dispone la estructura de refuerzo (20,30) en el interior del volumen libre (12) de un molde (2), comprendiendo este molde (2) al menos dos partes (4,6) que definen, por su huella respectiva (8,10) el indicado volumen libre (12); - se utilizan medios para mantener la estructura de refuerzo (20,30) a una distancia dada de al menos una de las huellas (8,10); - se introduce el elastómero (26) en forma líquida en el interior del volumen libre (12); - se procede a la cocción del elastómero (26); - se extrae del molde (2) la pieza elastomérica reforzada así obtenida, caracterizado porque, las dos partes (4,6) del molde (2) están constituidas por una parte externa (6) y por un núcleo central (4) del cual la huella (8) comprende elementos de calado (16,18), se dispone la estructurade refuerzo (20,30) sobre los indicados elementos de calado (16,18), y se sujeta la estructura de refuerzo (20,30) poniéndola bajo tensión.

Description

Pieza mecánica en forma de hoja de elastómero reforzada, su procedimiento de fabricación y molde para la indicada fabricación.

La invención se refiere a un procedimiento de fabricación de piezas mecánicas flexibles en forma de lámina de elastómero, reforzada mediante una estructura interna en forma de fibras. La invención se refiere igualmente a un molde destinado para la realización de dicho procedimiento de fabricación así como a las piezas mecánicas tales como las obtenidas por el procedimiento.

En la descripción que sigue, se designa por "hoja", un elemento que no es necesariamente plano pero del cual una de las dimensiones, que se denomina espesor, es inferior a las otras dos dimensiones que son la anchura y la longitud, no siendo estas dos últimas dimensiones necesariamente idénticas ya que se adaptan a las aplicaciones consideradas para las piezas mecánicas.

Una hoja según la invención puede por ejemplo presentarse en forma de una cinta, de más o menos mayor anchura. Esta hoja puede igualmente tener intrínsecamente un espesor que varía en el sentido de su longitud y/o de su anchura.

Entre las aplicaciones que se pueden considerar para este tipo de hojas, se pueden citar la realización de faldones de juntas de tipo de almohadilla de aire.

Actualmente, tales piezas mecánicas en forma de hojas se fabrican por un procedimiento de depósito manual de capas sucesivas de caucho sintético, tal como policloropreno comercialmente conocido bajo la marca "Néoprène", que toma en forma de sándwich capas de fibras o de tejidos.

Así, para obtener piezas mecánicas en forma de hoja de poco espesor, se depositan sucesivamente, en un molde, una primera capa externa de caucho de espesor comprendido entre 0,5 y 1 mm, luego una o varias capas de fibras de espesor comprendido entre 1 y 1,2 mm, alternando con capas internas, o capas de unión, de caucho de espesor comprendido entre 0,3 y 0,5 mm, y por último una segunda y última capa externa de caucho de espesor comprendido entre 0,5 y 1mm. El conjunto se vulcaniza seguidamente.

Ahora bien, esta sucesión de depósitos de capas se realiza a mano. Además del hecho de que ello implica un precio de coste necesariamente elevado, este procedimiento no permite obtener una pieza con espesor final bajo por una parte, y controlado por otra parte.

En efecto, las tolerancias propias de cada una de las capas depositadas se suman; así, para un objetivo de espesor de hoja de 5 mm, el espesor final se encuentra comprendido entre 4 y 7 mm, o sea una tolerancia de más del 20% e incluso del 30%.

El procedimiento actual presenta otros inconvenientes mayores relacionados con el hecho de que las fibras de la estructura de refuerzo permanecen secas, es decir que no son mojadas por el caucho.

Se ha observado que bajo la acción de una tensión ejercida en el sentido de las fibras, la pieza puede desgarrarse, desolidarizándose entonces la estructura de refuerzo del caucho.

Por otro lado, cuando se hace un corte o en el caso en que se produzca un corte transversalmente en la pieza, las fibras se impregnan de cualquier fluido con el cual están o se pondrán en contacto; este fluido sube entonces por capilaridad a lo largo de las fibras, fragilizando así otro tanto más la pieza.

La naturaleza seca de las fibras plantea así problemas cuando se utiliza una pieza de este tipo en un medio gaseoso bajo presión; es el caso, por ejemplo, de ensayos dentro del marco de los cuales se prueba la pieza a presión, luego se la descomprime con un gradiente a menudo más rápido que para la puesta bajo presión: se crean entonces bolsas de retención de gas que, al dilatarse, deslaminan las capas.

Por otro lado, la técnica actual está igualmente limitada en el caso en que se deseen obtener piezas de poca dureza.

El documento US-A-4 435 349 se refiere a un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 1 para fabricar un elemento compuesto de elevada resistencia constituido por un trenzado de refuerzo impregnado con un elastómero poliuretano moldeado por inyección. El trenzado de refuerzo se coloca en un molde antes de la inyección de elastómero. Cuando solo está previsto un trenzado, unos topes de separación están previstos en el molde para sujetar el trenzado durante la inyección. Cuando se prevén dos o más trenzados ningún tope de separación es necesario. La sujeción en posición de la estructura de refuerzo propuesta por este documento no es suficiente para asegurar una buena precisión de fabricación, particularmente cuando la estructura de refuerzo está constituida por fibras que no están ensambladas o ligadas las unas con las otras.

El documento DE-U-86 21 129.3 se refiere a un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 7 para sujetar, en un molde de fabricación de calzado, una coquilla de protección de acero. Unos topes de separación están previstos contra los cuales se apoya la coquilla rígida. Una zona de la superficie interna de la coquilla está provista de un dentado para cooperar con un peón del molde y asegurar la sujeción de la coquilla rígida. Una solución de este tipo puede no ser adecuada para una estructura de refuerzo constituida por fibras, y por consiguiente relativamente flexible.

La invención trata de resolver el conjunto de inconvenientes anteriormente citados proponiendo un procedimiento de fabricación de piezas mecánicas flexibles en forma de hoja del tipo anteriormente citado, permitiendo este procedimiento, de realización más económica que el procedimiento actual, controlar mejor el espesor final de la pieza así como la disposición, en la pieza, de las fibras o del tejido de refuerzo dispuestos en este espesor, y permitiendo igualmente mejorar la cohesión entre la estructura de refuerzo y las capas por una parte, entre las capas propiamente dichas por otra parte, así como las características de resistencia a la tracción de la pieza en la dirección de estas fibras o tejido.

La pieza tal como se obtiene por el procedimiento de la invención presenta igualmente una gran flexibilidad en cualquier plano perpendicular a la dirección de estas fibras o tejido y cortar la pieza en el sentido de su espesor con el fin de poder doblar las indicadas fibras, así como obtener un espesor final totalmente controlado y más bajo que el espesor mínimo que se pueda obtener con el procedimiento actual.

Según la invención, el procedimiento de fabricación comprende las etapas siguientes:

\bullet se coloca la estructura de refuerzo en el interior del volumen libre de un molde, comprendiendo este molde al menos dos partes que definen, por su huella respectiva, el indicado volumen libre;

-

se utilizan medios para sujetar la estructura de refuerzo a una distancia dada de al menos una de las huellas;

-

se introduce el elastómero en forma líquida en el interior del volumen libre;

-

se procede a la cocción del elastómero;

-

se extrae del molde la pieza elastomérica reforzada así obtenida.

El posicionamiento y la sujeción de la estructura de refuerzo previa a la introducción del elastómero permiten definir con precisión la disposición buscada para esta estructura en la pieza, cuyo espesor estará paralelamente determinado por el volumen libre definido por las huellas de las dos partes constitutivas del molde.

Las variaciones de espesor observadas en las hojas que constituyen las piezas actuales así como los fenómenos de desplazamiento de las fibras, que son inherentes a los procedimientos actuales de depósitos, a mano, de capas sucesivas son evidentemente suprimidos.

La presente invención se refiere igualmente a toda pieza mecánica flexible en forma de hoja de elastómero tal como la obtenida por el procedimiento de la invención y en la cual la estructura de refuerzo es bañada y mojada por un material elastómero monobloque cuyas dimensiones exteriores determinan las de la pieza, y colocada a unas distancias predeterminadas de las indicadas dimensiones exteriores, siendo las indicadas distancias obtenidas con una tolerancia del 10% de máximo; el espesor de la pieza es obtenido de preferencia por si mismo con una tolerancia del 15% de máximo.

La pieza según la invención se presenta como un verdadero elemento compuesto cuyas características son superiores a las de cada uno de estos componentes. En particular, presenta una resistencia a los esfuerzos muy buena que pueden ejercerse sobre la misma.

La invención se refiere igualmente a un molde tal como se ha definido en la reivindicación 7, para la fabricación de dicha pieza en forma de hoja.

Otras ventajas y particularidades de la invención se desprenderán de la descripción que sigue, dada a título de ejemplos no limitativos y realizada con referencia a las figuras adjuntas en las cuales:

- la figura 1 es una vista esquemática en sección de un molde para la realización del procedimiento según la invención para obtener una pieza de sección en forma de "U" y que puede ser cerrada de nuevo sobre si misma para constituir un toro, realizando así un faldón de juntas de tipo de almohadilla de aire;

- la figura 2 es una vista esquemática en sección de una variante de un molde para la realización del procedimiento según la invención para obtener una pieza de sección en forma de "U", como para la figura 1, pero en disposición invertida y en curso de moldeo.

Los elementos que tienen una función idéntica se indican, en las figuras 1 y 2, mediante referencias numéricas idénticas.

En la figura 1, se puede visualizar un molde 2, formado por dos partes, un núcleo central 4 y una parte externa 6.

Las huellas respectivas 8, 10 del núcleo central 4 por una parte y de la parte externa 6 por otra parte definen un volumen libre 12 en forma de "U" como en la figura 1, o de "U" invertida como en la figura 2.

Tales huellas pueden ser de cualquier forma correspondiente a la de la pieza mecánica deseada.

La parte externa 6 del molde 2 está por si misma constituida por dos elementos 6a y 6b.

Entre estos dos elementos 6a y 6b se encuentra, en el ejemplo de la figura 1, un respiradero 14 que permite conectar el volumen libre 12 con el exterior del molde 2 y, e el ejemplo de la figura 2, un canal 42 de introducción del elastómero 26.

La huella 8 del núcleo central 4 comprende elementos de calado 16, 18 que se extienden en saliente a partir de la indicada huella 8.

En un modo preferencial, estos elementos de calado mecánico 16, 18 están regularmente espaciados los unos de los otros a nivel de la huella 8.

La altura de los elementos de calado 16, 18 medida en sección transversal a partir de la huella 8 del núcleo central 4 depende de la necesidad de inercia buscada para la pieza mecánica final, del tipo de fibras 20 utilizadas, de la naturaleza del elastómero (se busca en efecto de preferencia una disposición según el eje neutro de inercia de la pieza cuando el elastómero es rígido) y de la necesidad de recubrimiento de la estructura de refuerzo 20 para proteger esta última. De preferencia, esta altura está comprendida entre la mitad y la tercera parte del espesor del volumen libre del molde.

La estructura de refuerzo 20 está dispuesta sobre los elementos de calado 16, 18, y está sujeta, como lo indica el esquema de la figura 1, por sus extremos 22 y 24, por un dispositivo (no representado) que permite su puesta bajo tensión representada por las dos flechas F_{1}.

Se puede considerar igualmente enrollar uno de los extremos de la estructura de refuerzo 20 alrededor de una pieza de fijación solidaria del molde 2.

La altura de los elementos de calado 16, 18 combinada con el dispositivo de puesta bajo tensión permite definir con precisión el posicionamiento de la estructura de refuerzo 20 en el volumen libre 12.

La estructura de refuerzo 20 se obtiene a partir de fibras secas, tejidas o no, comprendiendo las indicadas fibras secas al menos un elemento seleccionado entre el grupo siguiente: fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras aramidas conocidas entre otras bajo la denominación comercial "Kevlar", siendo estas últimas fibras 20 seleccionadas de preferencia con un elastómero 26 de tipo poliuretano.

La elección del tipo de fibras 20 se hace en función de la resistencia a la tracción buscada, de su comportamiento a la temperatura durante el moldeo si se desea realizar éste bajo tensión, y de la inercia que se desea dar a la pieza mecánica final.

Además, más allá de la elección de la naturaleza de las fibras que constituyen la estructura de refuerzo 20, la densidad y la disposición de las fibras 20 deben ser estudiadas y definidas en función de la dirección y de la importancia de la tracción a la cual se someterá la pieza mecánica.

Así, para una tracción según una sola dirección, se podrán disponer solo capas de fibras 20 unidireccionales; en el caso en que se utilicen al menos dos capas, estas pueden formar un ángulo de 2º a un lado y otro de la dirección de tracción con el fin de obtener un tejido ligeramente cruzado.

En la configuración particular representada en la figura 2, la estructura de refuerzo 30 está dispuesta en forma de dos capas 32 y 34 por medio de un enrollamiento de la misma capa de fibras por uno de los extremos 40 de la estructura de refuerzo 30 alrededor de una pieza de fijación 36, que puede ser solidaria del molde 2.

En una configuración de este tipo, la puesta bajo tensión está asegurada a nivel del otro extremo 38 de la estructura de refuerzo 30, mediante el ejercicio de una fuerza representada por la flecha F_{2}, sujetándose el otro extremo 40 de la estructura de refuerzo 30, gracias al enrollamiento, a nivel de la pieza de fijación 36.

Después de haber dispuesto la estructura de refuerzo 20, 30 sobre los elementos de calado 16, 18, se puede proceder a la introducción del elastómero 26 en forma líquida en el interior del volumen libre 12.

De preferencia, el elastómero 26 comprende al menos una resina termoendurecible, que puede ser una resina de poliuretano.

La introducción del elastómero 26 se realiza por la base del molde 2, bien sea a nivel de la entrada 28 del volumen libre 12 para la configuración del molde 2 representado en la figura 1, o a nivel del canal 42 de introducción para una configuración tal como la representada en la figura 2.

En la configuración de la figura 2, el ejercicio de una tracción a nivel del extremo 38 de la estructura de refuerzo 20 permite igualmente drenar el elastómero 26, lo cual asegura la función del respiradero 14.

Esta introducción se realiza por inyección según un caudal regulado a baja presión, siendo esta última solamente necesaria para compensar las pérdidas de carga que frenan la introducción del elastómero 26.

Se utilizan de hecho bombas volumétricas para permitir empujar el elastómero 26 con el fin de llenar todo el volumen libre 12 en un tiempo dado.

A medida que se va produciendo la introducción del elastómero 26 en el volumen libre 12, el aire inicialmente presente en el volumen libre 12 es expulsado por el respiradero 14.

El hecho de proceder a una inyección bajo baja presión permite, con el dispositivo de puesta bajo tensión de la estructura de refuerzo 20, 30, evitar todo desplazamiento de las fibras que forman esta estructura 20.

La regulación del caudal de inyección va en función de la velocidad de llenado deseado y necesaria del volumen libre 12 del molde 2 en función de diferentes parámetros tales como las dimensiones del volumen libre 12, la forma del molde 21, las características tales como la viscosidad, la masa, la velocidad o el tiempo de polimerización del elastómero 26 introducido.

El núcleo central 4 y la parte externa 6 del molde 2 se calientan para permitir la polimerización del elastómero 26.

Un precalentamiento puede ser necesario antes de la introducción del elastómero 26 para controlar y retrasar la polimerización de este y asegurar la homogeneidad de esta polimerización.

La temperatura así como la duración del calentamiento son igualmente parámetros que están adaptados en función de las características del elastómero 26 introducido.

En el caso en que se introduzca una resina de poliuretano el molde 2 es llevado a una temperatura entre 60 y 100ºC, lo cual permite disponer de 3 a 4 minutos para el llenado del molde 2 después de la mezcla de las composiciones de base que forman el elastómero 26.

Después del desmoldeo, se obtiene una pieza de elastómero en la cual la estructura de refuerzo 20, 30 está dispuesta a una distancia dada de las superficies de la hoja que constituye la pieza, siendo la indicada distancia conferida por la altura de los elementos de calado 16, 18 sobre los cuales se ha colocado la estructura de refuerzo 20, 30.

En el caso en que el elastómero 26 utilizado sea poliuretano, se ha observado que las fibras inicialmente secas eran mojadas e impregnadas por esta resina, mientras que tales fibras utilizadas por los procedimientos actuales permanecen secas, lo que explica que se encuentren problemas en los cortes del material o cuando se utiliza dicho material con un gas.

La pieza obtenida por el procedimiento de la invención se presenta en forma de una hoja de material compuesto monobloque, cuya forma general se parece a la del volumen libre 12 del molde 2, pero que conserva la flexibilidad que le confiere el elastómero 26 y presenta una resistencia mejorada por la presencia de la estructura de refuerzo 20, 30 bañada según parámetros previamente determinados y esto, para un espesor final más bajo que el espesor mínimo obtenido con el procedimiento actual para una misma resistencia a la tracción.

El espesor final que se puede alcanzar puede estar comprendido entre 2 y 5 mm, con un escasa tolerancia con relación al espesor deseado, cuando los procedimientos actuales no permiten obtener espesores inferiores a 3 mm.

A título de ejemplo, el espesor final de una pieza en forma de hoja de poliuretano según la invención, que comprende dos capas de tejido que totalizan un espesor comprendido entre 1, 2 y 1,4 mm, se encuentra comprendido entre 3 y 3,5 mm, lo cual representa una ganancia del 30 al 50% con relación a las piezas obtenidas por el procedimiento actual para la misma resistencia.

El procedimiento según la invención permite obtener en consecuencia piezas compuestas más ligeras y de densidad menor, del orden de 1 en lugar de
1,3.

Resulta igualmente importante apreciar que los tiempos de fabricación pueden, en función de la naturaleza de las piezas compuestas fabricadas, dividirse en dos con relación al procedimiento manual actual, lo cual presenta una ventaja económica innegable que se combina con la de las economías realizadas en el coste de mano de obra y de materia prima.

Bien entendido, la invención no se limita a los ejemplos descritos anteriormente y se puede aportar a la misma muy fácilmente variantes de realización en función de las piezas mecánicas que se desean realizar.

Se pueden por ejemplo considerar formas de molde numerosas y variadas, para imprimir las formas correspondientes a las piezas de elastómero reforzadas deseadas.

Así es posible fabricar piezas cuyo espesor puede variar en el seno de una misma pieza, utilizando huellas, que definen el volumen libre del molde, adaptadas para ello.

Resulta igualmente posible considerar disponer la estructura de refuerzo por toda o parte de las dos huellas que definen el volumen libre del molde.

De la misma manera, es posible conformar la estructura de refuerzo, y en particular de sus extremos, de tal forma que se confiera a la pieza un acabado adaptado para la utilización ulterior; es así posible dotar a cada uno de los extremos de la indicada estructura de refuerzo de un talón susceptible de recibir un elemento de fijación por ejemplo.

Claims (11)

1. Procedimiento de fabricación de una pieza mecánica flexible en forma de hoja de elastómero, reforzada por una estructura interna (20, 30) en forma de fibras, comprendiendo este procedimiento las etapas siguientes:

- se dispone la estructura de refuerzo (20, 30) en el interior del volumen libre (12) de un molde (2), comprendiendo este molde (2) al menos dos partes (4,6) que definen, por su huella respectiva (8, 10) el indicado volumen libre (12);

- se utilizan medios para mantener la estructura de refuerzo (20, 30) a una distancia dada de al menos una de las huellas (8, 10);

- se introduce el elastómero (26) en forma líquida en el interior del volumen libre (12);

- se procede a la cocción del elastómero (26);

- se extrae del molde (2) la pieza elastomérica reforzada así obtenida,

caracterizado porque, las dos partes (4, 6) del molde (2) están constituidas por una parte externa (6) y por un núcleo central (4) del cual la huella (8) comprende elementos de calado (16, 18), se dispone la estructura de refuerzo (20, 30) sobre los indicados elementos de calado (16, 18),

y se sujeta la estructura de refuerzo (20, 30) poniéndola bajo tensión.

2. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 1, caracterizado porque se enrolla uno de los extremos (42) de la estructura de refuerzo (30) alrededor de una pieza de fijación (36).

3. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se introduce el elastómero (26) por inyección a baja presión.

4. Procedimiento de fabricación según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se utiliza un elastómero (26) que comprende al menos una resina termoendurecible.

5. Procedimiento de fabricación según la reivindicación 4, caracterizado porque se utiliza una resina de poliuretano.

6. Procedimiento de fabricación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se utiliza, como estructura de refuerzo (20, 30), fibras secas de aramidas.

7. Molde para la fabricación de una pieza flexible en forma de hoja de elastómero reforzada, comprendiendo este molde (2) un núcleo central (4) y una parte externa (6) que definen, por su huella respectiva (8), (10), un volumen libre (12) en el interior del cual la estructura de refuerzo (20, 30) está destinada para ser colocada y el elastómero (26) está destinado para ser introducido en forma líquida, comprendiendo la huella (8) del núcleo central (4) elementos de calado (16, 18) que se extienden en saliente a partir de la indicada huella (8), caracterizado porque comprende un dispositivo que permite la puesta bajo tensión de la estructura de refuerzo.

8. Molde según la reivindicación 7, caracterizado porque la altura de los elementos de calado (16, 18) medida en sección transversal a partir de la huella (8, 10) está comprendida entre la mitad y la tercera parte del espesor del volumen libre (12) del molde (2).

9. Pieza mecánica flexible en forma de hoja de elastómero tal como la obtenida por el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, reforzada por una estructura interna (20, 30) en forma de fibras, siendo la estructura de refuerzo (20, 30) bañada y mojada por un material elastomérico (26) monobloque cuyas dimensiones exteriores determinan las de la pieza, y dispuesta a unas distancias predeterminadas de las indicadas dimensiones exteriores, siendo las indicadas distancias obtenidas con una tolerancia del 10% de máximo.

10. Pieza mecánica según la reivindicación 9, caracterizada porque su espesor está comprendido entre 3 y 3,5 mm.

11. Pieza mecánica según la reivindicación 9 ó 10, caracterizada porque el elastómero (26) es una resina de poliuretano.