ES2423186T3 - Estructura de plástico reforzado con fibra y método para producir la estructura de plástico reforzado con fibra - Google Patents

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Abstract

Estructura de plástico reforzado con fibra, - en la que la estructura comprende al menos dos elementos individuales, que se usan para constituir laforma de la estructura, - en el que los dos elementos adyacentes se conectan por medio de sus superficies de contacto medianteun pegamento o resina aplicado, caracterizada porque - un fieltro se ubicado entre las superficies de contacto antes de usar el pegamento o resina para conectarlos elementos, y - el fieltro comprende fibras cortadas, que se orientan de manera aleatoria.

Description

Estructura de plástico reforzado con fibra y método para producir la estructura de plástico reforzado con fibra.
La invención se refiere a una estructura de plástico reforzado con fibra y a un método para producir la estructura de plástico reforzado con fibra, usándose al menos dos elementos para constituir la forma de la estructura de plástico reforzado con fibra.
Se conoce constituir una pala de turbina eólica por ejemplo mediante el uso de materiales laminados reforzados con fibra. Los materiales laminados reforzados con fibra pueden consistir en fieltros de hebras cortadas (CSM) o en fieltros de material textil tejido (como mallas intercaladas multiaxiales), en preformas unidireccionales reforzadas con hilos de urdimbre, en haces de mechas individuales o unidas y en cualquier material de fibra conocido como vidrio, Kevlar, carbono o cáñamo.
El refuerzo con fibra puede complementarse con componentes prefabricados. Por ejemplo inserciones de fibra de vidrio, varillas realizadas por pultrusión, etc.
El refuerzo con fibra puede combinarse incluso con materiales de núcleo de sándwich como madera de balsa, espuma o estructura de nido de abeja.
Una pala de turbina eólica está constituida por varias capas en una denominada pila de material laminado. La estructura comprende materiales laminados de plástico apilados, componentes o elementos premoldeados u otras estructuras de plástico reforzado con fibra.
Se usa un molde inferior para portar la estructura de pala principal, mientras que se usa un molde superior para encerrar la estructura tridimensional de la pala, junto con el molde inferior. Los moldes conectados se evacuan mediante aire mientras que un material de matriz líquido (como la resina) se infunde posteriormente en el molde.
La resina se cura, mientras que este proceso se consigue aplicando presión y temperatura a la estructura encerrada. Esta clase de proceso se denomina “método de transferencia de resina asistido por vacío, VARTM”.
Una estructura de plástico reforzado con fibra comprende elementos individuales. Estos elementos individuales pueden comprender materiales laminados reforzados con fibra, trozos de madera de balsa y/u otros elementos premoldeados. Los elementos individuales tienen que conectarse.
Para la conexión los elementos individuales se disponen de una forma deseada y se conectan mediante la ayuda de pegamento, que se aplica a las superficies de contacto de elementos adyacentes.
Es posible conectar los elementos individuales usando el VARTM, mientras que se usa resina como material de matriz.
También es posible usar pegamento para conectar los elementos individuales.
Si los elementos se conectan por resina o pegamento una conexión de unión resultante muestra sólo un denominado “valor de resistencia al cizallamiento interlaminar, valor ILSS” bajo.
Este es el caso especialmente cuando las superficies de contacto de los elementos son lisas.
A menudo se produce una denominada “rotura por cizallamiento” entre las superficies lisas, propagándose de este modo una rotura a lo largo de una línea de pegamento resultante. Esto debilita la estructura resultante.
Para reducir este efecto se conoce usar un pegamento, que contiene una carga. Por ejemplo se usa una denominada “carga de mineral” o una “carga en forma de aguja”.
Esta clase de pegamento se basa en una resina epoxídica de dos componentes o se basa en un sistema de poliuretano. También es posible que se base en poliéster insaturado, al que se añade un agente de curado.
Una desventaja de este pegamento basado en una carga es que su aplicación se produce en forma de engrudo de pegamento. Esto a menudo crea vacíos y burbujas de aire a lo largo de la línea de pegamento, conduciendo a una formación de grietas.
A menudo un engrudo de pegamento dará como resultado una línea de pegamento frágil y una línea de pegamento, que muestra grietas.
El documento KR 10-0759595B1 da a conocer un método para fabricar un material compuesto híbrido de fibra de carbono y de vidrio para una pala de turbina eólica. El método se proporciona para aumentar la rigidez y resistencia alineando fibras de carbono en el centro del material compuesto híbrido de fibra de carbono y de vidrio y para disminuir la densidad un 10%. El método comprende las etapas de: tratar la fibra de vidrio y fibra de carbono con un agente de desmoldeo mediante el VARTM (moldeo por transferencia de resina asistido por vacío) y conformar el material compuesto colocando la fibra de carbono en una capa intermedia y apilando la fibra de vidrio en capas superiores e inferiores con el mismo grosor en un molde seco.
El objetivo de la invención es proporcionar una estructura de plástico reforzado con fibra mejorada y un método para producirla.
Este objetivo se resuelve mediante las características de la reivindicación 1 y la reivindicación 9. Otras realizaciones de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.
Según la invención la estructura de plástico reforzado con fibra comprende al menos dos elementos individuales. Los elementos se usan para constituir la forma de la estructura. Los dos elementos adyacentes se conectan por medio de sus superficies de contacto mediante un pegamento o resina aplicado. Un fieltro se ubica entre las superficies de contacto antes de usar el pegamento o resina para conectar los elementos. El fieltro comprende fibras cortadas, que se orientan de manera aleatoria.
De este modo el fieltro usado es un denominado “fieltro de hebras cortadas, CSM”.
La orientación aleatoria de las fibras en el fieltro impide la formación y propagación de grietas en una trayectoria no interrumpida en la zona de conexión. De este modo se consigue una conexión fuerte y robusta de los elementos, que es una gran ventaja en comparación con la técnica anterior, en la que dos superficies se conectan mediante el uso de engrudo de pegamento o similar y en la que es probable que se formen y desarrollen grietas en una trayectoria no interrumpida.
En una realización preferida se usa la estructura de plástico reforzado con fibra para constituir una pala de una turbina eólica preferiblemente.
El pegamento o resina se aplica mediante la ayuda del método VART conocido en una realización preferida.
Es posible aplicar el método VART a los elementos de la estructura de plástico reforzado con fibra para crear una única estructura de plástico reforzado con fibra reforzada.
También es posible disponer los elementos de la estructura de plástico reforzado con fibra junto con otros componentes de una pala de turbina eólica por ejemplo en moldes y aplicar el método VART a toda la estructura de pala. De este modo los elementos de la estructura de plástico reforzado con fibra se integran en la estructura de sándwich de pala. Los elementos se conectan entre sí y también se conectan con los otros componentes usados de la pala aplicando un único proceso de VARTM a toda la pala.
En una realización preferida el fieltro comprende fibras que están realizadas de un material laminado preimpregnado, un denominado “prepreg”. Con este fin se impregnan fibras de vidrio, fibras de carbono u otras posibles fibras con una resina epoxídica, mientras que la resina está destinada a curarse a una temperatura predeterminada.
Debido a la invención se obtiene una unión por pegamento con una calidad alta. La unión por pegamento muestra una “resistencia al cizallamiento interlaminar, ILSS” muy alta.
Según la invención el fieltro usado comprende fibras cortadas con una orientación aleatoria. El fieltro se impregna con resina epoxídica y se sitúa en una zona de unión entre dos elementos o partes. De este modo se consigue una buena zona de unión con un valor ILSS mejorado.
En una realización preferida las fibras orientadas de manera aleatoria muestran una longitud de 5 mm a 50 mm, mientras que se impregnan con una resina epoxídica termocurable.
Debido a la invención también es posible controlar el grosor y la calidad de la zona de unión de manera muy sencilla. Como el material de CSM preimpregnado se usa como un fieltro, se reducen las burbujas de aire y los vacíos a lo largo de la línea de unión o dentro de la zona de unión.
La invención se describirá en más detalle mediante la ayuda de algunos dibujos.
La figura 1 muestra diferentes tipos de disposiciones de fibras que se usan para constituir una estructura de plástico reforzado con fibra,
la figura 2 muestra una posibilidad de producir un fieltro que se usa según la invención,
la figura 3 muestra una sección transversal de una pala, que comprende varios elementos, que están conectados según la invención,
la figura 4 muestra un método para usar el fieltro según la invención durante un proceso de producción de palas. La figura 1A muestra un material 1 laminado unidireccional, que comprende varias fibras, que están alineadas en una dirección paralela. El material laminado muestra por tanto una rigidez específica alta a lo largo de su longitud.
El material 1 laminado muestra una superficie muy lisa, que podría conducir a un valor de resistencia al cizallamiento
interlaminar alterado para una conexión por pegamento al material 1 laminado final. La figura 1B muestra un material 2 laminado multidireccional, que comprende un primer número de fibras, que están alineadas en una dirección de 0º. Un segundo número de fibras se controlan alineadas en una dirección de +45º mientras que un tercer número de fibras se controlan alineadas en una dirección de -45º.
El material 2 laminado resultante muestra una rigidez específica mejorada en las direcciones relevantes 0º, +45º y
45º. El material 2 laminado muestra una superficie muy lisa, que podría conducir a un valor de resistencia al cizallamiento interlaminar alterado para una conexión por pegamento al material 2 laminado final.
La figura 1C muestra un material 3 laminado, que comprende fibras cortadas orientadas de manera aleatoria. Estas
fibras forman un fieltro. Según la invención el fieltro se ubicará especialmente entre superficies lisas de dos elementos adyacentes y en algunos casos prefabricados.
Este fieltro se denomina “fieltro de hebras cortadas, CSM”. La figura 2 muestra una posibilidad de producir un fieltro que se usa según la invención. Las fibras 4 cortadas cortas se ponen sobre un soporte, mientras que las fibras 4 muestran una orientación aleatoria. Las fibras 4 se combinan con una resina 5 termocurable. Las fibras 4 y la resina se guían entre dos elementos 6 rotativos, que se usan para crear el fieltro, que se usa para la
invención. Por ejemplo se aplica presión a las fibras y la resina combinadas. En una realización preferida se aplica también un forro protector de plástico en cada lado del fieltro (no mostrado en
detalle). Este producto se conoce como “prepreg”.
El forro de plástico se usa para proteger el fieltro, mientras esté almacenado. Los forros se retiran más tarde, cuando va a usarse el fieltro. Debido a esto se crea un fieltro L o material laminado preimpregnado, que comprende fibras 4 cortadas de manera
corta y orientadas de manera aleatoria y la resina 5, mientras que el fieltro L se sella mediante forros de plástico de protección. La figura 3 muestra una sección transversal de una pala BL, que comprende varios elementos, que se conectan según la invención.
Por ejemplo una viga 7 premoldeada se ubica en el medio de la pala BL, mientras que dos carcasas 8a, 8b de pala
premoldeadas forman una forma externa de la pala BL. Una carcasa 8a de pala inferior tiene que conectarse con una carcasa 8b de pala superior. Según la invención unos fieltros 9 preimpregnados se ubican entre las dos carcasas 8a, 8b.
Por consiguiente la viga 7 premoldeada tiene que conectarse con la carcasa 8a de pala inferior y la carcasa 8b de pala superior. Según la invención los fieltros 9 preimpregnados se ubican entre las dos carcasas 8a, 8b y la viga 7 premoldeada.
En una realización preferida los fieltros de prepreg de CSM usados se sitúan mediante un dispositivo de robot o a mano en las posiciones dedicadas. Todas las partes de la pala BL se presionan conjuntamente y puede aplicarse un vacío para efectuar la conexión.
A continuación se aplica calor a la estructura, de este modo se permite que la resina aplicada del fieltro se cure. De este modo los fieltros de prepreg de CSM aplicados conectan las partes descritas de la pala BL, tal como se muestra como la pala 10 completada en el lado derecho de la figura 3.
La figura 4 muestra un método para usar el fieltro según la invención durante un proceso de producción de palas. La pala se muestra en una vista en sección transversal.
Varios materiales laminados de fibra secos se sitúan en un molde 12 inferior, formando una estructura principal seca de la pala.
Adicionalmente pueden colocarse otros componentes sobre el molde 12 inferior para formar una forma tridimensional de la pala. Estos componentes pueden comprender por ejemplo materiales laminados o fieltros secos, componentes prefabricados o capas de madera de balsa, etc.
La vista en sección transversal de la pala en la figura 4 muestra a modo de ejemplo una red como componente adicional, ubicándose la red en una sección intermedia de la pala en una posición vertical.
Según la invención los fieltros de CSM se ubican entre las superficies relevantes de los componentes adyacentes.
Otro número de materiales 13 laminados de fibra secos, que sujetan el resto del material laminado de pala seco, tienen que situarse encima de de la estructura de pala principal.
Para esto se usa un molde 11 superior. Mientras que el molde 11 superior se sitúa en el suelo con su concavidad en el sentido hacia arriba, un forro 14 de vacío que comprende un capa de prepreg de CSM se sitúa para cubrir los materiales 13 laminados de fibra secos.
Se aplica un vacío bajo el forro 14 y así es posible levantar el molde 11 superior con la pila de material 13 laminado de refuerzo y hacerlo rotar alrededor de su eje longitudinal, permitiéndole situarse de manera precisa sobre el molde 12 inferior.
El molde 11 superior y el molde 12 inferior se conectan.
Todas las partes o componentes dentro de los moldes encerrados se presionan entre sí, puede aplicarse un vacío para obtener la estructura.
Se aplica un vacío para el proceso de VARTM y se infunde resina en la estructura de pala. Posteriormente se aplica calor a los moldes para curar la resina y para curar el fieltro de prepreg de CSM para acabar la pala.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Estructura de plástico reforzado con fibra,
    -
    en la que la estructura comprende al menos dos elementos individuales, que se usan para constituir la forma de la estructura,
    -
    en el que los dos elementos adyacentes se conectan por medio de sus superficies de contacto mediante un pegamento o resina aplicado,
    caracterizada porque
    -
    un fieltro se ubicado entre las superficies de contacto antes de usar el pegamento o resina para conectar los elementos, y
    -
    el fieltro comprende fibras cortadas, que se orientan de manera aleatoria.
  2. 2.
    Estructura de plástico reforzado con fibra según la reivindicación 1, en la que la resina se aplica como pegamento al fieltro mediante la ayuda de un método de transferencia de resina asistido por vacío.
  3. 3.
    Estructura de plástico reforzado con fibra según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que las fibras del fieltro están realizadas de un material laminado, que está impregnado con una resina epoxídica termocurable, estando la resina destinada a curarse a una temperatura predeterminada.
  4. 4.
    Estructura de plástico reforzado con fibra según la reivindicación 1, en la que las fibras del fieltro están realizadas de vidrio o carbono.
  5. 5.
    Estructura de plástico reforzado con fibra según la reivindicación 1, en la que las fibras muestran una longitud individual de 5 mm a 50 m.
  6. 6.
    Método para constituir una estructura de plástico reforzado con fibra,
    -
    en el que al menos se utilizan dos elementos para constituir la estructura de plástico reforzado con fibra,
    -
    se conectan dos elementos adyacentes por medio de sus superficies de contacto mediante un pegamento
    o resina aplicado, caracterizado porque
    -
    se usa un fieltro para conectar los elementos mediante la ayuda de una resina o pegamento, estando ubicado el fieltro entre las superficies de contacto antes de usar el pegamento o resina, y
    -
    comprendiendo el fieltro fibras cortadas, que se orientan de manera aleatoria.
  7. 7.
    Método según la reivindicación 6, en el que se usa un método de transferencia de resina asistido por vacío para aplicar resina como pegamento al fieltro.
  8. 8.
    Método según la reivindicación 6, en el que las fibras del fieltro se realizan de un material laminado, que se impregna con una resina epoxídica termocurable, estando la resina destinada a curar a una temperatura predeterminada.
  9. 9.
    Método según la reivindicación 6, en el que las fibras del fieltro se realizan de vidrio o carbono.
  10. 10.
    Método según la reivindicación 6, en el que las fibras muestran una longitud individual de 5 mm a 50 m.
  11. 11.
    Método según una de las reivindicaciones 6 a 10,
    -
    en el que se usa la estructura de plástico reforzado con fibra para constituir una estructura de una pala de una turbina eólica,
    -
    comprendiendo la estructura de plástico reforzado con fibra una viga premoldeada y al menos dos carcasas de pala premoldeadas,
    -
    ubicándose los fieltros entre las carcasas de pala y entre la viga y las carcasas de pala,
    -
    en el que se aplica el método de transferencia de resina asistido por vacío a la estructura de plástico
    reforzado con fibra.
  12. 12.
    Método según una de las reivindicaciones 6 a 10,
    5
    - en el que los elementos de la estructura de plástico reforzado con fibra, los fieltros para su conexión y
    otros componentes de una pala de turbina eólica se disponen en una cavidad, que encierra la estructura de
    pala,
    - aplicándose la resina a la cavidad encerrada mediante la ayuda de un método de transferencia de resina
    10
    asistido por vacío,
    - de este modo los elementos, los fieltros y los componentes de la pala se conectan en una única etapa
    mediante el método de transferencia de resina asistido por vacío aplicado.
ES09010467T 2009-08-20 2009-08-20 Estructura de plástico reforzado con fibra y método para producir la estructura de plástico reforzado con fibra Active ES2423186T3 (es)

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