ES2301143T3 - Procedimiento y aparato para consistencia de la preforma. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para crear un material compuesto con un objeto que tiene un eje central, envolviendo tejido alrededor del objeto, e inyectando resina dentro del molde para formar el material compuesto, caracterizado por envolver una primera capa de tejido alrededor del objeto en sentido horario o antihorario alrededor del eje central; y envolver una segunda capa de tejido sobre la primera capa de tejido en el otro sentido horario o antihorario alrededor del eje central; y colocar el objeto en un molde.
Description
Procedimiento y aparato para consistencia de la
preforma.
La presente invención se refiere al campo de los
materiales compuesto y, más concretamente, a un procedimiento y
aparato para la consistencia de la preforma.
Una técnica usada en la fabricación de
materiales compuestos es el moldeo por transferencia de resina.
(RTM). El RTM implica generalmente la colocación de refuerzos de
fibra o preforma entre las piezas del molde, y a continuación
inyectar resina o molde entre las piezas del molde, según se
describe en el documento
FR-A-1330854, que también
representa el preámbulo de las reivindicaciones independientes 1, 9
y 15. Tanto la resina como el molde deben calentarse según
necesidad, dependiendo de la aplicación concreta. Una vez se ha
endurecido la resina o molde, se puede abrir el molde para retirar
el material compuesto generado, que comprende una combinación de
los refuerzos de fibra y el molde.
Según una forma de realización de la presente
invención, se proporciona un procedimiento para crear un material
compuesto con un objeto que tiene un eje central que comprende
envolver el objeto con una primera capa de tejido en una dirección
en sentido horario o antihorario alrededor del eje central del
objeto. Una segunda capa de tejido se envuelve sobre la primera
capa de tejido. La segunda capa de tejido se envuelve alrededor del
objeto en la otra dirección en sentido horario o antihorario
alrededor del eje central. El objeto se coloca en un molde y se
inyecta resina en el molde para formar el material compuesto. Otras
formas de realización se reivindican en las reivindicaciones 9 y 15
con las formas de realización preferidas en las reivindicaciones
dependientes.
Algunas formas de realización pueden
proporcionar numerosas ventajas técnicas. Por ejemplo, una ventaja
técnica de una forma de realización puede incluir la capacidad de
mantener el volumen de tejido radomo en el interior de un molde.
Otras ventajas técnicas de otras formas de realización pueden
incluir la capacidad de incrementar el espesor de los materiales
compuestos radomos para carcasas.
Aunque se han enumerado anteriormente las
ventajas específicas, varias formas de realización pueden incluir
todas, parte o ninguna de las ventajas enumeradas. Adicionalmente,
otras ventajas técnicas pueden resultar fácilmente evidentes para
una persona normalmente experta en la técnica, tras revisar las
siguientes figuras, descripción y reivindicaciones.
Para proporcionar una comprensión más completa
de la presente invención, y mostrar las características y ventajas
de la misma, se hace referencia a la siguiente descripción, tomada
junto con las figuras adjuntas, en la que las referencias numerales
análogas se refieren a partes análogas, en las que:
las figs. 1 y 2 ilustran un envoltorio en
sentido horario del tejido radomo alrededor de un objeto de moldeo,
según una forma de realización de la invención;
las figs. 3 y 4 ilustran un envoltorio en
sentido antihorario del tejido radomo alrededor de un objeto de
moldeo, según una forma de realización de la invención;
la fig. 5 es un diagrama de flujo del
procedimiento de una forma de realización de un procedimiento de
envoltura de un tejido alrededor de un objeto de moldeo.
Debe entenderse desde el principio que aunque se
ilustran a continuación implementaciones de ejemplo de las formas
de realización de la invención, la presente invención puede
implementarse usando cualquier técnica que se conozca o exista en
la actualidad. La presente invención no debería quedar limitada en
forma alguna a las implementaciones dibujos y técnicas de ejemplo
ilustradas a continuación. Adicionalmente, los dibujos no están
necesariamente dibujados a escala.
En el moldeo por transferencia de resina (RTM),
las resinas típicas incluyen, pero no se limitan a epoxi, éster de
vinilo, metacrilato de metilo, poliéster, fenólica, polímeros de las
anteriores, aramida, carbono, fibras sintéticas, otros materiales
de resina adecuados, y combinaciones de los anteriores. La resina o
molde puede incluir adicionalmente cargas tales como trihidrato de
aluminio, carbonato de calcio y otras cargas adecuadas. Los típicos
refuerzos de fibras incluyen, pero no se limitan a, vidrio, carbono,
aramida, otros materiales de fibra de refuerzo adecuados, o
combinaciones de los anteriores.
En entornos en los que se produce comunicación
electromagnética a través de los materiales compuestos, los
materiales compuestos pueden estar fabricados en material
"radomo". Los términos "radomo", "material radomo",
y variaciones de los mismos pueden hacer referencia por lo general a
cualquier material que sea al menos parcialmente transparente a las
ondas electromagnéticas (por ejemplo, ondas de radio, otras ondas de
comunicación, o similares). Dicho material radomo en algunas formas
de realización puede proteger un objeto concreto de los elementos
ambientales. Así, en algunas formas de realización, los materiales
radomo pueden facilitar la protección de un objeto a la vez que
permite el paso a su través de las ondas electromagnéticas, al menos
parcialmente.
En la creación de algunos materiales compuestos
radomos, los problemas generales pueden implicar el volumen de
fibra que ocupan los refuerzos de fibra entre las piezas del molde.
Por ejemplo, sería deseable en general (1) asegurar que los
refuerzos de fibra se pueden colocar dentro del molde final para la
transferencia de resina (por ejemplo, entre las piezas de moldeo),
y (2) asegurar que los refuerzos de fibra se colocan de forma que
mantenga consistentes las propiedades de radiofrecuencia (RF) en el
material compuesto en cúpula producido. Estos problemas son
importantes cuando el material compuesto radomo producido se utiliza
en un entorno de precesión en el que el rendimiento de RF debe ser
consistente a través de las diferentes porciones radomo. Como
ejemplo, algunos misiles con carcasas de material compuesto radomo
requieren consistencia de RF no sólo en el perímetro, sino también
a lo largo de la carcasa de material compuesto radomo.
Las técnicas usadas para establecer un volumen
de fibra incluyen una variedad de técnicas de envoltura (por
ejemplo, para carcasas de material compuesto radomo para misiles)
tales como la técnica de presión de viento en dirección única,
técnica de presión forzada en capas desenrolladas, y técnica de
capas no presurizadas. Cada una de estas técnicas, sin embargo,
puede dar como resultado volúmenes de fibras inconsistentes o
desiguales en todo el radomo. Por ejemplo, la técnica de presión de
viento en dirección única tiende a forzar la formación de manojos
de material, creando localizaciones con un elevado volumen de
fibras, dando como resultado malas propiedades de RF del radomo.
Las técnicas de capas normalizadas forzadas y no presurizadas llevan
a zonas de bajo volumen de fibras en la región de la punta del
radomo, y zonas con elevado volumen de fibra cerca de la base del
radomo, una vez se coloca la porción hembra del molde.
Teniendo en mente los problemas anteriores, las
enseñanzas de esta invención se dirigen a un procedimiento que
mantiene el tejido en su sitio asegurando que el volumen de fibra
permanece en una localización deseada a través del procesado RTM.
Con el volumen de fibra en la localización deseada, se puede
conseguir la consistencia RF tras la RTM.
Las figuras 1 y 2 ilustran generalmente una
envoltura en el sentido de las agujas del reloj (por ejemplo, en la
dirección de la flecha 60 alrededor del eje central 80) del tejido
50 radomo alrededor de un objeto 40 de moldeo, y las figuras 3 y 4
ilustran generalmente una envoltura en sentido antihorario (por
ejemplo, en la dirección de la flecha 70 alrededor del eje central
80) del tejido 50 alrededor del objeto 40 de moldeo. La figura 5 es
un diagrama de flujo del procedimiento de una forma de realización
del procedimiento 200 de envolver un tejido 50 alrededor de un
objeto 40 de moldeo. Con referencia a las figuras
1-5, sigue a continuación una ilustración de un
procedimiento 200 de envolver el tejido 50 radomo alrededor del
objeto 40 de moldeo de forma que permita que el volumen de fibras
permanezca en una localización deseada.
Haciendo referencia a la Figura 1, el objeto 40
puede ser generalmente cualquier objeto en el cual se pueda
envolver el tejido 50 radomo. En esta forma de realización concreta,
el objeto 40 es una pieza de moldeo macho, utilizado en la
producción de un material compuesto radomo para carcasa de un misil
de doble curvatura. La pieza de moldeo macho puede complementar una
pieza de moldeo hembra (no mostrada explícitamente. Una vez la
pieza de moldeo macho se ha envuelto completamente, se puede
insertar la pieza de moldeo macho en la pieza de moldeo y
procesarse usando técnicas RTM.
Haciendo referencia a la Fig. 1, el objeto 40
puede ser cualquier objeto alrededor del cual se puede envolver el
tejido 50 radomo. En esta forma de realización concreta, el objeto
40 es una pieza de moldeo macho, utilizada en la producción de un
material compuesto radomo para carcasa de misil de doble curvatura.
La pieza de moldeo macho puede complementar una pieza de moldeo
hembra (no mostrada explícitamente). Una vez que la pieza de moldeo
macho ha quedado completamente envuelta, la pieza de moldeo macho
puede insertarse dentro de la pieza de moldeo hembra y procesarse
mediante técnicas RTM.
El tejido 50 radomo puede estar fabricado de
cualquier material radomo adecuado para envolverse alrededor del
objeto 40. En esta forma de realización particular, el tejido 50
radomo es un tejido de vidrio-e. El tejido 50
radomo puede tener espesores y anchuras muy variables, dependiendo
de la aplicación concreta. En algunas formas de realización el
tejido 50 radomo puede tener un espesor entre 1-50
mm y anchuras entre ¼ de pulgada (0,64 cm) a ½ pulgada (1,27 cm).
En otras formas de realización, el espesor puede ser inferior a 1 mm
o superior a 50 mm y la anchura inferior a ¼ de pulgada (0,64 cm) o
superior a ½ pulgada (1,27 cm).
El tejido 50 radomo puede generalmente
envolverse alrededor del objeto 40 con tensión, compactando
cualesquiera capas inferiores de tejido 50 radomo y trapeando capas
de tejido que se puedan haber colocado en su lugar. Por ejemplo,
como descripción general de una forma de realización,
puede(n) colocarse capa(s) drapeada(s) de
tejido (no mostrada(s) explícitamente) sobre el molde macho
usando procedimientos convencionales de tendido. A continuación,
para asegurar que las capas drapeadas de tejido no se comban, el
tejido 50 radomo puede bobinarse con tensión, compactando las capas
inferiores drapeadas de tejido. A continuación, se puede(n)
tender más capas drapeadas de tejido seguido por otra capa de
tejido 50 radomo. Cada ovillo de tejido 50 radomo puede bobinarse
en la dirección contraria a la última capa de compresión por
bobinado, por ejemplo, en la dirección de las Figuras 1 y 2 y a
continuación en la dirección de las Figuras 3 a 4.
Haciendo referencia a la fig. 5, el
procedimiento 200 puede iniciarse generalmente inicializando un
contador, N, igual a 0 (por ejemplo, N = 0) en el paso 210. El
contador puede aumentarse a continuación en uno en el paso 220. El
contador, según se describe con más detalle a continuación, puede
utilizarse para determinar en qué dirección envolver una capa de
tejido 50 radomo.
El procedimiento 200 puede proseguir hasta el
paso 230 en el que se realiza una determinación acerca de si se
necesita o no una capa drapeada de tejido. En algunas formas de
realización, dicha capa drapeada de tejido puede no ser necesaria,
mientras que en otras formas de realización dicha capa drapeada de
tejido puede ser necesaria. Si se necesita una capa drapeada de
tejido, se pueden colocar una o más capas drapeadas de tejido (no
mostradas explícitamente) sobre el objeto 40 en el paso 240. Si no
se necesita una capa drapeada, el procedimiento 200 puede saltarse
el paso 240 y proseguir hasta el paso 250. La capa drapeada de
tejido puede ser sustancialmente similar al tejido 50 radomo,
aunque generalmente diseñada para drapearse sobre el objeto. Como
ejemplo de drapeado, se pueden colocar de tres a cinco capas
drapeadas de tejido sobre el objeto 40. Otras formas de realización
pueden incluir más o menos capas drapeadas de tejido.
El procedimiento 200 puede proseguir (bien
evitando el procedimiento 240 de drapeado o continuando el
procedimiento 240 de drapeado) hasta el paso 250 en el que se
realiza una determinación sobre el estado actual del contador, N
(por ejemplo, par o impar). Si el contador está en un número impar,
el procedimiento 200 puede proseguir hasta el paso 260 en el que el
tejido 50 radomo se envuelve en sentido antihorario alrededor del
objeto 40. Si el contador no está en un número impar (por ejemplo,
el contador es un número par) el procedimiento 200 puede proseguir
hasta el paso 260 en el que el tejido radomo se envuelve en sentido
horario alrededor del objeto 40.
A efectos de ilustración, la descripción del
procedimiento 200 procederá hasta el paso 260 (por ejemplo, el
contador, N, no es un número impar) volviendo al paso 270 en el
bucle siguiente. Las figuras 1 y 2 son una forma de realización del
paso 260. La fig. 2 es una vista tomada a lo largo de la línea
2-2 de la fig. 1. Las figuras 1 y 2 muestran una
envoltura en sentido horario del tejido 50 radomo alrededor del
objeto 40 -por ejemplo, en dirección de la flecha 60 alrededor de
un eje central 80 del objeto 40. La envoltura en sentido horario
alrededor el objeto 40 puede ser tanto desde la base 42 del objeto
40 hasta la punta 44 del objeto 40 o desde la punta 44 del objeto
40 hasta la base 42 del objeto 40. La envoltura alrededor el objeto
40 es preferiblemente una envoltura a presión o bobinado que
comprime las capas subyacentes, asegurando que el tejido 50 radomo
y cualesquiera capas subyacentes se mantendrán en la posición
deseada (por ejemplo, un volumen adecuado). Dicha compresión puede
realizarse aplicando tensión al tejido radomo durante la aplicación
del tejido 50 radomo sobre el objeto 40.
El procedimiento 200 puede proseguir hasta el
paso 280 en el que se realiza una determinación acerca si las capas
de tejido (por ejemplo, capas drapeadas de tejido y tejido 50 radomo
combinados) tienen o no el espesor deseado. Si es así, el
procedimiento 200 puede finalizar. Si no, el procedimiento 200 puede
regresar al paso 220, en el que el contador, N, aumenta en una
unidad.
El procedimiento 200 del bucle siguiente puede
determinar de nuevo si debe colocarse una capa drapeada en el paso
230. Si es así, se volverá a realizar el paso 240. si no, se saltará
el paso 240.
En el paso 250, el procedimiento de decisión de
este bucle posterior debería tomar la decisión opuesta a la
realizada en el bucle precedente, puesto que el contador se ha
incrementado en una unidad en el paso 220. De acuerdo con ello, el
número ahora debería ser par, y el procedimiento 200 puede proseguir
hasta el paso 270. Las figs. 3 y 4 son una forma de realización del
paso 270. La fig. 4 es una vista tomada a lo largo de la línea
4-4 de la fig. 3. Las figuras 3 y 4 muestran una
envoltura en sentido antihorario del tejido 50 radomo alrededor del
objeto 40 -por ejemplo, en dirección de la flecha 70 alrededor de un
eje central 80 del objeto 40. De forma similar a la descrita
anteriormente, la envoltura en sentido antihorario alrededor el
objeto 40 puede ser tanto desde la base 42 del objeto 40 hasta la
punta 44 del objeto 40 o desde la punta 44 del objeto 40 hasta la
base 42 del objeto 40. Adicionalmente, la envoltura alrededor del
objeto 40 es preferiblemente una envoltura a presión o bobinado que
comprime las capas subyacentes, asegurando que el tejido 50 radomo
y cualesquiera capas subyacentes se mantendrán en la posición
deseada (por ejemplo, un volumen adecuado). Dicha compresión puede
realizarse aplicando tensión al tejido 50 radomo durante la
aplicación del tejido 50 radomo sobre el objeto 40.
El procedimiento 200, de nuevo una vez más,
procede hasta el paso 280 en el que se realiza una determinación
acerca de si se alcanzado o no el espesor deseado. Si es así, el
procedimiento 200 finaliza. Como ejemplo de espesor, una forma de
realización puede usar treinta y tres (33) capas totales tendiéndose
el tejido 50 radomo bobinado a presión en sentidos horario y
antihorario alternados cada tres a cinco capas de tejido drapeado
colocado sobre el objeto.
Desde la finalización del procedimiento 200, el
objeto 40 (pieza molde macho) que tiene el tejido 50 radomo y capas
drapeadas, si tiene alguna, puede acoplarse a la pieza de moldeo
hembra (por ejemplo, colocada dentro de la pieza de moldeo hembra)
y puede comenzar el procedimiento RTM. El tendido de las capas en el
procedimiento 200 anteriormente descrito mantiene el volumen de
fibra en su sitio mientras se usa el procedimiento RTM. Con el
volumen de fibra en su sitio, se pueden conseguir propiedades
consistentes de RF en todo el material radomo compuesto -por
ejemplo, alrededor del perímetro y a lo largo del radomo (desde la
punta a la base).
Se puede usar una variedad de diferentes
procedimientos RTM incluyendo, pero sin limitarse a, moldeo por
transferencia de resina asistida por vacío (VARTM). El material de
molde puede fabricarse adicionalmente a partir de una variedad de
polímeros orgánicos e inorgánicos operativos para servir como
material radomo. En algunas formas de realización pueden usarse
procedimientos distintos al RTM.
Usando el procedimiento anterior se pueden crear
materiales compuestos radomo más gruesos que aquellos usando
técnicas convencionales (por ejemplo, técnicas producidas con
materiales cerámicos). Como ejemplo, usando esta técnica, se puede
producir un material compuesto radomo fabricado con polímeros
orgánicos puede producir una carcasa de misil de al menos 3/8 de
pulgada (0,95 cm) de espesor.
Aunque el procedimiento anterior se ha descrito
en general envolviendo en una dirección y después envolviendo en
otra dirección, en otras formas de realización de la invención, la
envoltura se puede realizar envolviendo dos veces en el sentido
horario y dos en el antihorario. Adicionalmente, el procedimiento
puede empezar envolviendo en cualquiera de las direcciones horaria
y antihoraria (por ejemplo, inicializar el incremento, N, en el
procedimiento 200 de la fig. 5 en 1). Además, aunque el objeto 40
que se muestra generalmente en las figs. 1-4 es un
objeto 40 en forma de domo/cono en esta forma de realización, en
otras formas de realización el objeto 40 puede tomar otras formas
diferentes, incluyendo, pero sin limitarse a columnar, cúbica y
similares.
Una persona experta en la técnica puede
verificar otros numerosos cambios, sustituciones, variaciones,
alteraciones y modificaciones, y se pretende que la presente
invención incluya todos estos cambios, sustituciones, variaciones,
alteraciones y modificaciones que quedan en el ámbito de las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (20)
1. Un procedimiento para crear un material
compuesto con un objeto que tiene un eje central, envolviendo
tejido alrededor del objeto, e inyectando resina dentro del molde
para formar el material compuesto, caracterizado por
envolver una primera capa de tejido alrededor
del objeto en sentido horario o antihorario alrededor del eje
central; y
envolver una segunda capa de tejido sobre la
primera capa de tejido en el otro sentido horario o antihorario
alrededor del eje central; y
colocar el objeto en un molde.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que la resina es un polímero orgánico.
3. El procedimiento de la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, en el que tanto la primera capa de tejido como la
segunda capa de tejido son de vidrio-e.
4. El procedimiento según cualquier
reivindicación precedente, que comprende además:
aplicar al menos una primera capa drapeada de
tejido sobre el objeto antes de envolver con la primera capa de
tejido; y
mantener en su sitio la al menos una capa
drapeada de tejido con la envoltura de la primera capa de
tejido.
5. El procedimiento según cualquier
reivindicación precedente, que comprende además:
aplicar al menos una segunda capa drapeada de
tejido sobre la primera capa de tejido radomo antes de envolver con
la segunda capa de tejido; y
mantener en su sitio la al menos segunda capa
drapeada de tejido con la envoltura de la segunda capa de
tejido.
6. El procedimiento según cualquier
reivindicación precedente, que comprende además:
repetir la envoltura con una primera capa de
tejido y envolver una segunda hasta obtener el espesor deseado de
tejido.
7. El procedimiento de la reivindicación 6, en
el que el espesor deseado de tejido es al menos de 6 mm (1/4 de
pulgada).
8. El procedimiento de la reivindicación 6 o la
reivindicación 7, que comprende además:
aplicar al menos una capa drapeada de tejido
antes de cada repetición de la envoltura de la primera capa de
tejido y de la envoltura de la segunda capa de tejido.
9. Un procedimiento para envolver un tejido
radomo sobre un objeto con un eje central, el procedimiento
caracterizado porque comprende:
envolver una primera capa de tejido radomo
alrededor del objeto en un sentido horario o antihorario alrededor
del eje central; y
envolver una segunda capa de tejido radomo sobre
la primera capa de tejido radomo en el otro sentido horario o
antihorario alrededor del eje central.
10. El procedimiento de la reivindicación 9, que
comprende además:
aplicar al menos una capa drapeada de tejido
sobre el objeto antes de envolver la primera capa de tejido radomo;
y
sujetar en su sitio la al menos una capa
drapeada de tejido cuando se envuelve la primera capa de tejido
radomo.
11. El procedimiento de la reivindicación 10,
que comprende además:
aplicar al menos una segunda capa drapeada de
tejido sobre la primera capa de tejido radomo antes de envolver la
segunda capa de tejido radomo; y
sujetar en su sitio la al menos una segunda capa
drapeada de tejido cuando se envuelve la segunda capa de tejido
radomo.
12. El procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 11, que comprende además:
repetir la envuelta de una primera capa de
tejido radomo y envolver una segunda hasta obtener el espesor de
tejido deseado.
13. El procedimiento de la reivindicación 12, en
el que el espesor de tejido deseado es de al menos 6 mm (1/4 de
pulgada).
14. El procedimiento de la reivindicación 12 o
la reivindicación 13, que comprende además:
aplicar al menos una capa drapeada de tejido
antes de cada repetición de envoltura de la primera capa de tejido
radomo y la envoltura de la segunda capa de tejido radomo.
15. Una carcasa radomo que tiene un eje central,
caracterizada porque comprende:
una primera capa de tejido radomo envuelta en un
sentido horario o antihorario alrededor del eje central en el
interior de la carcasa radomo; y una
segunda capa de tejido radomo envuelta sobre la
primera capa de tejido radomo en el otro sentido horario o
antihorario alrededor del eje central en el interior de la carcasa
radomo.
16. La carcasa radomo de la reivindicación 15,
que comprende además:
un polímero orgánico disperso alrededor de la
primera capa de tejido radomo y de la segunda capa de tejido
radomo.
17. La carcasa radomo de la reivindicación 15 o
la reivindicación 16, en la que ambas,la primera capa de tejido
radomo y la segunda capa de tejido radomo son de
e-vidrio.
18. La carcasa radomo según una cualquiera de
las reivindicación 15 a 17, que comprende además:
una pluralidad de capas alternante de la primera
capa de tejido radomo y la segunda capa de tejido radomo, en la
que
cada pluralidad de las primeras capas de tejido
radomo se envuelven en sentido horario alrededor el eje central en
el interior de la carcasa radomo, y
cada pluralidad de las segundas capas de tejido
radomo se envuelven en sentido antihorario alrededor del eje
central en el interior de la carcasa radomo.
19. La carcasa radomo de la reivindicación 10,
que comprende además:
Al menos una capa drapeada de tejido entre cada
una de la pluralidad de capas alternantes de la primera capa de
tejido radomo y la segunda capa de tejido radomo.
20. La carcasa radomo de la reivindicación 15,
en la que
la carcasa radomo es una carcasa radomo para
misil y,
la carcasa radomo para misil tiene un espesor de
al menos 6 mm (1/4 de pulgada).
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