ES2286695T3 - Hoja aireadora para el curado de materiales compuestos y metodo para su montaje. - Google Patents
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Abstract
Hoja (7) aireadora para su uso en el curado de una pieza de material compuesto caracterizada porque comprende dos capas (13, 15) externas distintas, adheridas a una capa (19) de malla interpuesta entre éstas, dotándose cada una de las capas externas con una pluralidad de orificios (17) antes del montaje de la hoja aireadora, configurándose los orificios y estando dispuestos de modo que cuando las dos capas externas se fijan entre sí para formar la hoja aireadora, se forman una pluralidad de pasos para que el aire y/o sustancias volátiles pasen libremente a través de la hoja aireadora, configurándose los pasos y estando dispuestos de modo que la interposición de la capa de malla en cualquier posición u orientación relativa a las capas externas no obstruye sustancialmente todos los pasos.
Description
Hoja aireadora para el curado de materiales
compuestos y método para su montaje.
Esta invención se refiere al campo del curado de
materiales compuestos, particularmente a una hoja aireadora para
su uso en el envasado en bolsas a vacío.
El curado en autoclave de materiales compuestos
se usa comúnmente para fabricar componentes de material laminado
aeroespaciales. Se emplea el envasado en bolsas a vacío para crear
una presión sobre un material laminado durante su ciclo de curado.
La presurización de un material laminado de material compuesto
consolida las láminas de material laminado, elimina el aire
atrapado entre capas y optimiza la relación fibra con respecto a
resina de la pieza de material compuesto. Antes del curado, los
materiales de procesamiento se aplican al moldeado de láminas de
materiales compuestos para controlar el contenido de resina de la
pieza curada y garantizar la aplicación apropiada de presión de
autoclave al moldeado. Se coloca una película desprendible contra
el material laminado sin curar y se usa como una barrera entre el
material laminado y las capas posteriores. Se usa una hoja
aireadora para mantener una trayectoria a lo largo de la bolsa
hasta la fuente de vacío, que permite que el aire y las sustancias
volátiles producidas a medida que se cura el material laminado
escapen mientras se aplica presión continua en el curado del
material laminado. La capa aireadora también absorbe cualquier
resina en exceso que sale del material laminado. Normalmente, se
usan materiales de fibras sintéticas tales como fieltro, y/o
material textil de fibra de vidrio como hojas aireadoras. Una
membrana impermeable rodea la hoja aireadora, para contener
cualquier presión de vacío aplicada al moldeado antes y durante el
curado y para transmitir presión externa al autoclave a la pieza.
También impide que cualquier medio de presurización gaseoso usado
en el autoclave penetre en la pieza y produzca una porosidad
indeseable debido a que afectaría de forma negativa a las
características de resistencia del componente de material compuesto
curado. Además, cualquier gas de presurización de este tipo podría
afectar al acabado superficial del componente. Una herramienta de
moldeo rodea a la matriz de capas (o "auxiliares"), para
aplicar presión al componente durante el
curado.
curado.
El documento
US-A-4 548 859 describe un aireador
que consiste en un material textil recubierto con varios orificios
según los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 7,
respectivamente.
La compresión de capas durante el curado en
autoclave provoca varios problemas, particularmente con la capa
aireadora. Los poros en el material aireador tienden a cerrarse, o
los poros pueden bloquearse por el exceso de resina, provocando el
"bloqueo" de la capa aireadora. Esto significa que la capa
aireadora ya no es lo suficientemente permeable para que el aire y
las sustancias volátiles escapen del moldeado de láminas, llevando
a la producción de una pieza de baja calidad, porosa y/o una con un
acabado superficial malo. El bloqueo también puede impedir la
aplicación de una presión uniforme al material laminado, llevando a
imperfecciones superficiales en y/o a la distorsión del componente
de material compuesto.
El material de la hoja aireadora puede arrugarse
durante la compresión. Esto es sumamente desfavorable debido a que
las arrugas producen pliegues inaceptables en el material laminado
y/o defectos en la superficie del componente. A medida que se
montan las capas auxiliares, particularmente sobre componentes
complejos o conformados de forma austera y/o los que tienen una
dimensión vertical significativa, existe una tendencia a que el
material de la capa aireadora, y las otras auxiliares, se comben,
produciendo otra vez pliegues en el material laminado y/o
imperfecciones en la superficie del componente.
La presente invención tiene como objetivo
superar o al menos reducir sustancialmente algunos de los problemas
mencionados anteriormente.
En consecuencia, la presente invención
proporciona una hoja aireadora para su uso en el curado de un
componente de material compuesto que comprende dos capas externas
distintas, adheridas a una capa de malla interpuesta entre éstas,
dotándose cada una de las capas externas con una pluralidad de
orificios antes del montaje de la hoja aireadora, configurándose
los orificios y estando dispuestos de modo que cuando las dos capas
externas se fijan entre sí para formar la hoja aireadora, se forman
una pluralidad de pasos para que el aire y/o sustancias volátiles
pasen libremente a través de la hoja aireadora, configurándose los
pasos y estando dispuestos de modo que la interposición de la capa
de malla en cualquier posición u orientación relativa a las capas
externas no obstruye sustancialmente todos los pasos.
La pluralidad de orificios en las capas externas
y la malla interpuesta garantiza la porosidad de la hoja aireadora,
evitando así el "bloqueo" de la hoja aireadora, de modo que el
aire y las sustancias volátiles pueden escapar y puede aplicarse
presión continua al material laminado. Esto permite producir un
componente de material compuesto no poroso de un acabado
superficial de buena calidad; además, la hoja aireadora puede
reutilizarse fácilmente. En procedimientos en los que se usa un
sistema de herramientas rígido o moldeo de caucho, la hoja
aireadora proporciona un aireador sin volumen que no se bloquea
durante su uso, y permite usar la mecanización segmentada.
Preferiblemente, se fabrican las capas externas
de material semirrígido. Una estructura semirrígida dota a la hoja
aireadora con una forma y tamaño bien definidos, y con espesor muy
uniforme, y se impide el combado de las capas hacia la parte
inferior de la estructura y la formación de arrugas en la
compresión de las capas de la matriz durante el proceso de curado,
mejorando la calidad superficial de la pieza. Además, puede
aceptarse cualquier deformidad ligera de la hoja aireadora porque
cuando el paquete se coloca dentro de la herramienta de moldeo y se
coloca bajo compresión, la estructura semirrígida puede flexionarse
para adoptar la forma correcta. Si las capas de material
semirrígido y la malla se unen entre sí con un adhesivo y se
requiere que la hoja aireadora resultante sea flexible, el adhesivo
usado es preferiblemente aquél que cuando está fijo es blando y
flexible (un adhesivo "de conformación") de modo que puede
flexionarse con la hoja aireadora, para impedir que la hoja se
deforme cuando se flexiona.
De forma ventajosa, la malla es incompresible a
lo largo do su plano. La malla incompresible mantiene las capas
externas de la hoja aireadora separadas, manteniendo los pasos a
través de la hoja aireadora, y también garantiza que la hoja
aireadora sea de espesor uniforme.
Opcionalmente, las capas de un material
semirrígido y la malla pueden unirse entre sí con adhesivo, y sin
bloqueo sustancial de los pasos proporcionados por los orificios.
El adhesivo mantiene las capas juntas en una unidad solidaria,
mejorando la facilidad de uso de la hoja aireadora. El uso de
puntos locales de adhesivo, en vez de extenderlo, garantiza que los
pasos a través de la hoja aireadora, proporcionados por los
orificios en las capas externas y la malla, no se bloqueen
sustancialmente. Si no se requiere que la hoja aireadora se
flexione durante su uso, el adhesivo puede ser uno que sea rígido
cuando se fije.
Opcionalmente, al menos una parte de la
circunferencia de la hoja aireadora se adapta para lindar con otra
hoja aireadora de tal manera que las hojas aireadoras adyacentes
pueden usarse para formar un paquete de aireadores de materiales
compuestos. La colocación de la hoja aireadora alrededor de
estructuras, particularmente estructuras grandes, puede ser
difícil, pero el tener un interbloqueo o secciones adyacentes de la
hoja aireadora facilita la colocación de un paquete de aireadores
de materiales compuestos alrededor de la estructura, colocándose
cada sección sobre la estructura, y bloqueándose en su lugar con
respecto a secciones adyacentes.
De forma ventajosa, se preforma la hoja
aireadora para dar la forma requerida para la pieza de material
compuesto. Esto facilita además el procedimiento de colocar la hoja
aireadora alrededor de una estructura.
Según otro aspecto de la invención, se
proporciona un método para montar una hoja aireadora que comprende
dos capas externas y una capa de malla de modo que la hoja
aireadora montada tiene una pluralidad de pasos a través de la
misma para el paso libre de fluido, comprendiendo el método
interponer una capa de malla entre dos capas externas, cada una de
las cuales se dota con una pluralidad de orificios, alinear las dos
capas externas y la capa de malla, y fijar las capas entre sí para
formar una hoja aireadora unitaria.
La invención se describirá ahora a modo de
ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista esquemática de una
matriz de capas antes del curado de un componente de material
laminado y que incorpora una hoja aireadora según la invención.
La figura 2 es una vista en despiece ordenado de
la hoja aireadora de la figura 1 antes de su montaje.
La figura 3 es una vista en sección transversal
de la hoja aireadora tras su montaje.
En la figura 1 una matriz de capas 1 en la
fabricación de un componente 3 de material laminado de material
compuesto. Los materiales preimpregnados individuales se apilan
para formar un material 3 laminado, que se recubre entonces con
capas sucesivas de material textil poroso y una bolsa de vacío en
la forma de una membrana 9 de nylon. Las resinas termoestables se
polimerizan aplicando temperaturas y presiones durante un tiempo
finito. Se aplica presión para exprimir el exceso de resina del
componente 3 de material compuesto y para consolidar las capas
individuales. Se coloca una película 5 desprendible contra el
material 3 laminado sin curar y se usa como una barrera entre el
material 3 laminado y las capas posteriores para facilitar el
desmontaje una vez que se ha curado el componente de material
compuesto. Se usa una hoja 7 aireadora para mantener una trayectoria
de flujo, para permitir que el aire y las sustancias volátiles
escapen desde el componente 3, y que se aplique presión uniforme al
material laminado. La membrana 9 de nylon impermeable rodea la hoja
7 aireadora, para contener cualquier presión de vacío aplicada al
componente 3 antes y durante el curado y para transmitir presión de
autoclave externa al componente 3. También impide que cualquier
medio de presurización gaseoso usado en el autoclave penetre en el
componente y produzca porosidad de la pieza. Una herramienta 11 de
molde rodea a la matriz
de capas.
de capas.
La hoja aireadora, mostrada en la figura 2,
comprende dos capas 13, 15 externas de material semirrígido, tales
como fibra de carbono o fibra de vidrio, dotadas cada una con una
disposición diferente de orificios 17 por sustancialmente toda su
superficie. Se proporcionan los orificios 17 en las capas 13, 15
externas distintas, antes del montaje de la hoja 7 aireadora. Se
proporciona una capa 19 de malla, normalmente de Kevlar recubierto
de PTFE o un material incompresible de forma similar, entre las dos
capas 13, 15 de material semirrígido. Se monta la hoja 7 aireadora
alineando las dos capas 13, 15 externas de modo que se superponen
los orificios 17 en las mismas para proporcionar pasos despejados a
través del montaje, y después interponiendo la capa 19 de malla
entre las dos capas 13, 15 externas de modo que no se obstruyen los
pasos. De forma ventajosa, se dimensionan los orificios 17 y se
disponen en cada capa externa de modo que la interposición de la
capa 19 de malla no puede obstruir sustancialmente los pasos, sin
embargo se coloca u orienta la capa 19 de malla con respecto a las
capas 13, 15 externas. Después las tres capas se unen junto con
puntos 21 locales de adhesivo. Tal como se ilustra en la vista en
sección transversal de la figura 3, el adhesivo une las dos capas
13, 15 entre sí, manteniendo la malla intercalada firmemente entre
ellas. Los puntos 21 locales de adhesivo no bloquean
sustancialmente los pasos proporcionados a través de la hoja
aireadora, siendo los orificios en las capas de material
semirrígido de un tamaño y configuración tal que se proporcionan
una pluralidad de pasos para permitir que el aire y las sustancias
volátiles fluyan a través de la hoja aireadora sin restricción. La
diferente disposición de orificios en cada capa de material
semirrígido lo apoya.
La estructura semirrígida de la hoja aireadora
ayuda a la facilitar el montaje de las capas de la matriz. Se
impide el combado de las capas hacia abajo por la gravedad, y se
hace más uniforme el espesor de la hoja aireadora. Cualquier
variación/reducción en el espesor de la hoja aireadora puede
reducir la calidad del componente debido a la incapacidad de la
hoja aireadora para absorber la cantidad necesaria de resina y
puede afectar de manera negativa la precisión dimensional del
componente. Si existe un exceso de resina en el material laminado,
las propiedades del material laminado se tratarán mediante las de
la resina. Si existe muy poca resina, se producirán puntos débiles
en el componente. La clave para obtener la ventaja de resistencia
con respecto a peso de los materiales compuestos es la optimización
de la relación fibra con respecto a resina. Por tanto, es
importante garantizar que el espesor de la hoja aireadora sea
uniforme alrededor del componente y esto se facilita porque la hoja
aireadora montada es incompresible y de espesor sustancialmente
uniforme. Esto se logra en virtud de que la capa de malla sea
incompresible eficazmente en una dirección perpendicular a su
plano. La estructura semirrígida también impide la formación de
arrugas en la compresión de las capas de la matriz, llevando a una
calidad superficial mejorada en el producto acabado.
Habiendo descrito las realizaciones de la
invención, se harán ahora evidentes numerosas modificaciones para
el experto en la técnica.
Aunque es ventajoso, no es necesario que cada
capa de material semirrígido esté dotada con una disposición de
orificios diferente a la proporcionada en capas adyacentes de
material semirrígido. Adicionalmente, se apreciará que el tamaño de
los orificios no es crítico, pero que la interconexión de éstos a
través de la hoja aireadora lo es; las interconexiones siempre
deben ser suficientes para mantener las trayectorias de flujo para
el aire y/o las sustancias volátiles a través de la hoja
aireadora.
La semirrigidez de la hoja aireadora permite que
se preforma para dar la forma requerida para el componente. Con
las capas aireadoras de la técnica anterior, es difícil garantizar
que haya suficiente material aireador en radios estancos del
componente de modo que no tenga lugar la conexión. El preformado de
una hoja aireadora semirrígida tal como se describe en el presente
documento evita este problema.
Claims (10)
1. Hoja (7) aireadora para su uso en el curado
de una pieza de material compuesto caracterizada porque
comprende dos capas (13, 15) externas distintas, adheridas a una
capa (19) de malla interpuesta entre éstas, dotándose cada una de
las capas externas con una pluralidad de orificios (17) antes del
montaje de la hoja aireadora, configurándose los orificios y
estando dispuestos de modo que cuando las dos capas externas se
fijan entre sí para formar la hoja aireadora, se forman una
pluralidad de pasos para que el aire y/o sustancias volátiles pasen
libremente a través de la hoja aireadora, configurándose los pasos
y estando dispuestos de modo que la interposición de la capa de
malla en cualquier posición u orientación relativa a las capas
externas no obstruye sustancialmente todos los pasos.
2. Hoja (7) aireadora según la reivindicación 1,
en la que las capas (13, 15) externas se fabrican de material
semirrígido.
3. Hoja aireadora según la reivindicación 1 ó 2,
en la que la capa (19) de malla es incompresible en un plano.
4. Hoja (7) aireadora según la reivindicación 1,
2 ó 3, en la que las capas (13, 15) externas y la capa (19) de
malla se unen entre sí con adhesivo.
5. Hoja (7) aireadora según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en la que al menos una parte de la
circunferencia de la hoja (7) aireadora se adapta para lindar con
otra hoja aireadora de tal manera que las hojas aireadoras
adyacentes pueden usarse para formar un paquete aireador de
materiales compuestos.
6. Hoja (7) aireadora según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, preformada para obtener la forma
requerida para el componente de material compuesto.
7. Método de montaje de una hoja (7) aireadora
que comprende dos capas (13, 15) externas y una capa (19) de malla
de modo que la hoja aireadora montada tiene una pluralidad de pasos
a través de la misma para el paso libre de aire y/o sustancias
volátiles, caracterizado porque el método comprende
interponer una capa (19) de malla entre dos capas (13, 15)
externas, cada una de las cuales está dotada con una pluralidad de
orificios (17) antes del montaje, alinear las dos capas externas y
la capa de malla, y fijar las capas entre sí para formar una hoja
aireadora unitaria.
8. Método según la reivindicación 7, que
comprende unir las dos capas (13, 15) externas junto con la malla
(19) intercalada entre las mismas.
9. Método según la reivindicación 7 u 8, que
comprende conformar las dos capas (13, 15) externas para formar una
hoja aireadora de una forma predeterminada.
10. Uso de una hoja (7) aireadora según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el curado de una pieza
de material compuesto.
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