ES2243040T3 - Estructura de nido de abeja y metodo para su preparacion. - Google Patents
Estructura de nido de abeja y metodo para su preparacion.Info
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Abstract
Una estructura de nido de abeja que comprende una base de sostén de fibras de vidrio impregnada con un prepolímero de resina de poliamida-imida, en la que la base de sostén de fibras de vidrio tiene una resistencia a la tracción en la dirección transversal (es decir, la dirección paralela a la dirección de corte de la estructura de nido de abeja) que es 105 a 150% de la resistencia a la tracción observada en la dirección longitudinal.
Description
Estructura de nido de abeja y método para su
preparación.
La presente invención se refiere a una estructura
de nido de abeja y a un método para la preparación de la misma.
La estructura de nido de abeja comprende
materiales planos a granel de celdas prismáticas huecas. La
estructura de nido de abeja termorresistente se utiliza, por
ejemplo, en maquinarias periféricas y herramientas de motores para
aeroplanos, paneles intercalados usados en aquellas porciones que
están expuestas a una temperatura elevada y piezas estructurales
utilizadas, por ejemplo, en aeroplanos y maquinaria y herramientas
espaciales que están expuestas a temperaturas y presión elevadas y
que tienen una gran resistencia al calor durante un período
prolongado en un ambiente o a una temperatura de servicio normal de
260ºC aproximadamente. Como materiales de base para las estructuras
de nido de abeja que tienen poco peso y alta resistencia mecánica y
que son excelentes en cuanto a la resistencia específica con
respecto al peso, se han utilizado convencionalmente, por ejemplo,
láminas de papel aluminio y papel kraft. Como materiales de base de
este tipo, que son excelentes en cuanto a su termorresistencia,
también se han desarrollado por ejemplo: aquéllos producidos
utilizando láminas metálicas -tales como las láminas metálicas de
acero inoxidable y de titanio- para formar estructuras del tipo nido
de abeja de abejas y sometiendo luego dichas estructuras de nido de
abeja a un procedimiento de cobresoldeo; los que se preparan
adhiriendo resinas termorresistentes, tales como resinas de
resol-fenol, a las fibras de vidrio y fibras de
carbono que sirven como materiales de base (estructura de nido de
abeja de resina con refuerzo de fibras); y aquéllos preparados
adhiriendo resinas termorresistentes, tales como resinas de
resol-fenol, a papeles de poliamida aromática
sintética termorresistente, que sirven como materiales de base.
Entre ellos, la estructura de nido de abeja de
resina con refuerzo de fibras tiene una buena resistencia específica
y rigidez específica y, por lo tanto, se ha utilizado en las partes
de las aeronaves. Si se usa como partes del motor de una aeronave,
se exige que tenga una excelente resistencia mecánica en la región
de las altas temperaturas (120 a 150ºC) y termoformabilidad en una
superficie bidimensional y tridimensional. Para cumplir los
requisitos de resistencia mecánica en la región de las altas
temperaturas y termoformabilidad, convencionalmente se ha usado una
resina termoplástica que tiene una temperatura de transición del
vidrio de 250ºC o mayor (es decir, la resina se ablanda a una
temperatura superior a los 250ºC, lo cual facilita el moldeo de la
misma) y que no muestra deterioro de la propiedad mecánica por el
calor, a una temperatura 100ºC menor que la temperatura de
transición del vidrio. Sin embargo, esta resina termoplástica es
sólida a una temperatura ordinaria y no se disuelve en un disolvente
adecuado. Consecuentemente, es necesario calentar la resina a 350ºC
o a una temperatura mayor para convertirla al estado líquido antes
de utilizarla para fabricar una estructura de nido de abeja. Con
este propósito, se necesita un aparato especial para la fabricación
de una estructura de nido de abeja, lo cual conlleva a una baja
eficiencia y a un alto costo. Por otra parte, la resina
termoplástica en sí es costosa.
Además, una estructura de nido de abeja que
comprende una fibra de carbono como material de base adolece del
problema de obstrucción radial y por ende, su uso es limitado.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar una estructura de nido de abeja que esté libre del
problema de obstrucción radial y por lo cual se evite una reducción
en el esfuerzo de corte. Otro objeto consiste en proporcionar un
método para preparar dicha estructura de nido de abeja con bajo
costo.
La presente invención provee una estructura de
nido de abeja, tal como se define en las reivindicaciones
adjuntas.
La presente invención también provee un método
para preparar una estructura de nido de abeja, tal como se define en
las reivindicaciones adjuntas.
En adelante la presente invención se explicará en
forma más detallada.
Las bases de sostén de fibras de vidrio
utilizadas en la estructura de nido de abeja de la presente
invención, en la dirección transversal tienen una resistencia a la
tracción que es del 105 al 150% de la resistencia a la tracción
observada en la dirección longitudinal. El tamaño de las fibras de
vidrio que constituyen las bases de sostén de fibras de vidrio es
preferiblemente de 30 a 210 tex, más preferiblemente de 60 a 150
tex. Las bases de sostén de fibras de vidrio utilizadas en la
presente invención pueden ser, por ejemplo, telas tejidas, telas
tricotadas y telas no tejidas, más específicamente, telas tejidas de
fibra de vidrio de 120 a 380 g/m^{2}, preferiblemente de 145 a 220
g/m^{2}, tales como las telas de ligamento tafetán o telas de
ligamento de lizo largo. La base de sostén tiene convenientemente un
espesor que por lo general varía entre aproximadamente 0,15 y 0,25
mm y un ancho que varía entre aproximadamente 250 y 350 mm. Para
preparar bases de sostén de fibras de vidrio que en la dirección
transversal (es decir, la dirección paralela a la dirección de corte
de la estructura de nido de abeja) tengan una resistencia a la
tracción ubicada entre el 105 y el 150% de la resistencia a la
tracción observada en la dirección longitudinal, el tamaño (sección
transversal) de las fibras en la dirección transversal puede
aumentarse del 5 al 50%, preferiblemente del 10 al 30%, en
comparación con el tamaño de las fibras de la dirección
longitudinal; la cantidad de fibras en la dirección transversal
puede aumentarse del 5 al 50%, preferiblemente del 10 a 30%, en
comparación con la cantidad de fibras observadas en la dirección
longitudinal; o pueden usarse combinaciones de los mismos.
La base de sostén de fibras de vidrio se impregna
con un prepolímero de resina de poliamida-imida. La
cantidad del mismo a impregnarse en la base de sostén varía
convenientemente entre 20 y 80% en peso, preferiblemente 50% en
peso, según se expresa en términos de su contenido de sólidos. Los
ejemplos preferidos de dicho prepolímero de resina de
poliamida-imida son los representados mediante la
siguiente fórmula general (1):
donde n es un valor numérico que
varía entre 10 y
100.
El prepolímero de resina de
poliamida-imida de la fórmula (1) se cura por calor
para formar una resina de poliamida-imida de la
siguiente fórmula (2).
El prepolímero de resina de
poliamida-imida de la fórmula (1) está
comercialmente disponible y puede prepararse fácilmente mediante el
método que se describe en Die Angewandte Makromolekulare Chemie
40/41 (1974) 139-158.
La base de sostén de fibras de vidrio impregnada
con el prepolímero de resina de poliamida-imida se
somete a corrugado, usando cilindros estriados de acuerdo con el
método usual. La altura y el ancho de cada ondulación de la lámina
corrugada resultante varían preferiblemente de 2 a 3 mm y la
separación entre las mismas varía convenientemente de 8 a 9 mm.
La base de sostén de fibras de vidrio (lámina
plana) impregnada con la resina de poliamida-imida
luego se adhiere a un rejilla corrugada mientras se aplica una
presión de 0,1 a 10 kgf/cm^{2}, preferiblemente de 5,0
kgf/cm^{2} usando la adhesividad de la resina. Luego, el mismo
tipo de rejilla se coloca sobre la superficie superior de la base de
sostén y se calienta a una temperatura de 150 a 450ºC,
preferiblemente de 250 a 300ºC, a una presión de 0,1 a 20
kgf/cm^{2}, preferiblemente de 6,0 kgf/cm^{2}, durante 0,5 a 24
horas, preferiblemente durante 6 horas para entrecruzar y curar la
resina, con el propósito de preparar una lámina corrugada a partir
de la misma.
Una pluralidad (por ejemplo, aproximadamente 150
a 400 láminas cada una) de las láminas corrugadas que se recubren
con un pegamento termoendurecible de una resina de
poliamida-imida sobre las porciones de las crestas
de las ondulaciones, en una cantidad que varía desde aproximadamente
10 hasta 300 g/m^{2} y las láminas planas (sin ondulaciones) de la
base de sostén fibra de vidrio impregnada con la resina de
poliamida-imida se apilan alternadas y luego las
láminas apiladas resultantes se calientan a una temperatura que
varía desde aproximadamente 150 hasta 450ºC, preferiblemente 250ºC,
a una presión de 0,1 a 10 kgf/cm^{2}, preferiblemente de 1,0
kgf/cm^{2}, durante 0,5 a 24 horas, preferiblemente durante 6
horas, para entrecruzar y curar la resina, con el propósito de
preparar una estructura de nido de abeja a partir de la misma.
Opcionalmente, la estructura de nido de abeja preparada de esta
manera se impregna nuevamente con el prepolímero de resina de
poliamida-imida y luego se calienta a presión, bajo
las mismas condiciones para entrecruzar la resina, a fin de reforzar
de esta manera la estructura de nido de abeja.
El prepolímero de resina de
poliamida-imida puede usarse solo o en forma de una
solución en un disolvente adecuado, tales como
N-metil pirrolidona, dimetilformamida y similares,
en una concentración de sólidos del 5 al 25% en peso. En particular,
cuando una estructura de nido de abeja se impregna con el
prepolímero para reforzarla, es preferible usar una solución del
prepolímero. Estos procedimientos de impregnación, evaporación y
curado del prepolímero se repiten hasta que la cantidad del
prepolímero impregnado alcanza aproximadamente 1 a 100 kg/m^{3},
preferiblemente 50 kg/m^{3} aproximadamente, según se expresa en
términos del contenido de sólidos de los mismos.
Posteriormente, la estructura de nido de abeja
resultante preparada de esta manera se corta a un espesor deseado,
por ejemplo, de 0,3 a 3 pulgadas (7,6 a 76 mm) para proporcionar la
estructura de nido de abeja de la presente invención.
Dado que la presente invención utiliza el
prepolímero de resina de poliamida-imida, es posible
entrecruzar la resina a una temperatura relativamente baja. También
es posible preparar una estructura de nido de abeja usando un método
convencional de cremallera y piñón debido a la excelente adhesividad
del prepolímero.
Puesto que la estructura de nido de abeja de la
presente invención emplea una base de sostén de fibras de vidrio, es
excelente en radiopermeabilidad y no causa problemas de obstrucción
radial. Como la resistencia a la tracción en la dirección
transversal es mayor que la observada en la dirección longitudinal,
es posible prevenir una reducción de un esfuerzo de corte.
La presente invención se describirá en adelante
en forma más detallada con referencia al siguiente Ejemplo de
trabajo no limitativo y también se analizarán en forma pormenorizada
los efectos prácticamente alcanzados por la invención en comparación
con el Ejemplo Comparativo.
Una base de sostén de tela tejida de vidrio
(ligamento tafetán de 135 tex; densidad (conteo de hilos): 20/25 mm
para la dirección de la urdimbre y 18/25 mm para la dirección de la
trama; espesor: 0,21 mm), que tenía un ancho de 1 m y una longitud
de 100 m se impregnó con un prepolímero de resina de
poliamida-imida (líquida) representado por la
fórmula (1), en una cantidad tal que el contenido del prepolímero
presente en la base fuera del 40% en peso. La base de sostén de la
tela tejida de vidrio impregnada con el prepolímero de resina de
poliamida-imida se sometió a un tratamiento de
corrugado, usando un cilindro estriado. La altura y en ancho de las
ondulaciones de la lámina corrugada resultante se estableció en 2,7
mm y la separación entre las mismas se estableció en 8,3 mm.
La base de sostén de la tela tejida de vidrio
(lámina plana) impregnada con el prepolímero de resina de
poliamida-imida luego se adhirió a una rejilla
corrugada mientras se aplicaba una presión de 5,0 kgf/cm^{2}
usando la adhesividad de la resina. Luego, se colocó el mismo tipo
de rejilla sobre la superficie superior de la base de sostén y se
calentó a una temperatura de 250ºC, a una presión de 6,0
kgf/cm^{2}, durante 6 horas, para entrecruzar y curar la resina,
con el propósito de preparar una lámina corrugada a partir de
allí.
Una pluralidad (300 láminas cada una) de las
láminas corrugadas que se recubrieron con un pegamento
termoendurecible de un prepolímero de resina de
poliamida-imida sobre las porciones de las crestas
de las ondulaciones, en una cantidad de 50 g/m^{2} y las láminas
planas (libres de ondulaciones) de base de sostén de tela tejida de
vidrio impregnada con el prepolímero de resina de
poliamida-imida se apilaron en forma alternada a
través del adhesivo y luego, las láminas apiladas resultantes se
calentaron a una temperatura de 250ºC, a una presión de 1,0
kgf/cm^{2}, durante 6 horas para entrecruzar y curar la resina,
con el propósito de preparar una estructura de nido de abeja a
partir de allí.
La estructura de nido de abeja preparada de esta
manera se volvió a impregnar con el prepolímero de resina de
poliamida-imida disuelto en N-metil
pirrolidona, en una concentración de 10% en peso. El disolvente se
evaporó a 205ºC durante una hora y se calentó a presión, en las
mismas condiciones para entrecruzar la resina a fin de reforzar de
esta manera la estructura de nido de abeja.
Estos procedimientos de impregnación, evaporación
y curado del prepolímero se repitieron cuatro veces, hasta que la
cantidad del prepolímero impregnado alcanzó 32 kg/m^{3}, según se
expresa en términos de su contenidos de sólidos.
Posteriormente, la estructura de nido de abeja
resultante preparada de esta manera se cortó a un espesor de 12,7 mm
para proporcionar la estructura de nido de abeja de la presente
invención.
Ejemplo comparativo
1
Se repitieron los mismos procedimientos
utilizados en el Ejemplo 1 con la excepción de que la base de sostén
de tela tejida de vidrio (ligamento tafetán de 135 tex; densidad
(conteo de hilos): 19/25 mm para la dirección de la urdimbre y 19/25
mm para la dirección de la trama; espesor: 0,21 mm), que tenía un
ancho de 1 m y, una longitud de 100 m se reemplazó por la base de
sostén de tela tejida de vidrio (ligamento tafetán de 135 tex;
densidad (conteo de hilos): 20/25 para la dirección de la urdimbre y
18/25 mm para la dirección de la trama; espesor: 0,21 mm) que tenía
un ancho de 1 m y una longitud de 100 m, para obtener una estructura
de nido de abeja que tuviera la misma densidad que en el Ejemplo
1.
Se midieron una resistencia a la compresión y un
esfuerzo de corte en las direcciones transversal y longitudinal para
las estructuras de nido de abeja, del Ejemplo 1 y del Ejemplo
Comparativo 1. En la siguiente tabla se muestra una relación de la
resistencia de la estructura de nido de abeja del Ejemplo 1 a la del
Ejemplo Comparativo 1.
\newpage
| Relación de resistencia a la compresión | Relación de esfuerzo de corte | ||
| Transversal | Longitudinal | ||
| Ejemplo 1 | 0,94 | 1,07 | 1,02 |
| Ejemplo Comparativo 1 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
La tabla muestra claramente que el esfuerzo de
corte de la estructura de nido de abeja aumenta usando una base de
sostén de fibras de vidrio que tenga una resistencia a la tracción
en la dirección transversal que sea superior a la observada en la
dirección longitudinal.
Claims (6)
1. Una estructura de nido de abeja que comprende
una base de sostén de fibras de vidrio impregnada con un prepolímero
de resina de poliamida-imida, en la que la base de
sostén de fibras de vidrio tiene una resistencia a la tracción en la
dirección transversal (es decir, la dirección paralela a la
dirección de corte de la estructura de nido de abeja) que es 105 a
150% de la resistencia a la tracción observada en la dirección
longitudinal.
2. La estructura de nido de abeja de acuerdo con
la reivindicación 1, en la que la base de sostén de fibras de vidrio
es tela tejida.
3. La estructura de nido de abeja de acuerdo con
la reivindicación 1 ó 2, en la que el prepolímero de resina de
poliamida-imida está representado por la siguiente
fórmula general (1):
donde n es un valor numérico que
varía entre 10 y
100.
4. Un método para preparar una estructura de nido
de abeja que comprende las etapas de apilar en forma alternada una
pluralidad de láminas corrugadas, cada una de las cuales se produce
corrugando una base de sostén de fibras de vidrio impregnada con un
prepolímero de resina de poliamida-imida, y curando
el prepolímero durante o después de la etapa de corrugado, y una
pluralidad de láminas planas, cada una de las cuales se prepara
impregnando una base de sostén de fibras de vidrio con un
prepolímero de resina de poliamida-imida y luego
curando el prepolímero, a través de un pegamento termoendurecible;
calentando la resina a presión para formar una estructura
entrecruzada y laminada curada; impregnando la estructura laminada
con un prepolímero de resina de poliamida-imida; y
curando y entrecruzando el prepolímero para obtener una estructura
de nido de abeja, en la que la base de sostén de fibras de vidrio
tenga una resistencia a la tracción en la dirección transversal que
sea del 105 al 150% de la resistencia a la tracción observada en la
dirección longitudinal.
5. El método de acuerdo con la reivindicación 4,
en el que la base de sostén de fibras de vidrio es tela tejida.
6. El método de acuerdo con la reivindicación 4 ó
5, en el que el prepolímero de resina de
poliamida-imida está representado por la siguiente
fórmula general (1):
donde n es un valor numérico que
varía entre 10 y
100.
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