ES2645447T3

ES2645447T3 - Empalme de esquina y método de formación de un empalme de esquina utilizando transferencia de fibra

Info

Publication number: ES2645447T3
Application number: ES06826114.8T
Authority: ES
Inventors: Jonathan Goering
Original assignee: Albany Engineered Composites Inc
Current assignee: Albany Engineered Composites Inc
Priority date: 2005-11-03
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2017-12-05
Anticipated expiration: 2026-10-16
Also published as: BRPI0618020A2; AU2006312199B2; ZA200803765B; CN101321903A; EP1943377A2; WO2007055877A3; TW200728535A; CA2627764A1; US20080009210A1; CN101321903B; JP2009515058A; NO20082523L; EP1943377B1; CA2627764C; WO2007055877A2; KR101320853B1; RU2008116872A; TWI367969B; JP5303277B2; KR20080083269A

Abstract

Una preforma (110) de empalme de esquina formada fuera de un tejido (20) tejido plano plegado, que comprende: una primera porción (A1, A2) tejida que tiene fibras (28, 26) tejidas de una primera y una segunda dirección; una segunda porción (B2) adyacente a la primera porción (A1, A2) que tiene fibras (28) de primera dirección y fibras (26) de segunda dirección de sacrificio; y una tercera porción (B1) semi-tejida que tiene fibras (28) de primera dirección acopladas de forma selectiva mediante las fibras (26) de segunda dirección de sacrificio, en donde tras la retirada de dichas fibras (26) de segunda dirección de sacrificio, dichas fibras (28) de primera dirección de dicha tercera porción (B1) semi-tejida reemplazan a las hebras (26) de segunda dirección de sacrificio de dicha segunda porción (B2) tejida y forman la preforma (110) de empalme de esquina que tiene fibras continuas que conectan todos los lados.

Description

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DESCRIPCION

Empalme de esquina y metodo de formacion de un empalme de esquina utilizando transferencia de fibra Antecedentes de la invencion Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un metodo de realizacion y de fabricacion para un empalme de esquina reforzado por fibra que tiene fibras continuas que conectan todos los lados.

Antecedentes de la invencion

El uso de materiales compuestos reforzados para producir componentes estructurales ahora esta ampliamente extendido, particularmente en aplicaciones donde son buscadas sus caracterlsticas deseables de ser ligeros, fuertes, resistentes, resistentes termicamente, autoportantes y con capacidad para adaptarse a ser formados y conformados. Dichos componentes son utilizados, por ejemplo, en las industrias aeronautica, aeroespacial, de satelites y baterlas as! como para usos recreativos tales como lanchas de carreras y autos, as! como otras innumerables aplicaciones. Un tejido tridimensional puede en general comprender fibras con cada tipo de fibras extendiendose a lo largo de una direccion perpendicular a las otras fibras, es decir a lo largo de las direcciones axiales X, Y y Z.

Tlpicamente los componentes formados a partir de dichos tejidos constan de materiales de refuerzo embebidos en materiales matriz. El componente de refuerzo puede estar hecho a partir de materiales tales como vidrio, carbono, ceramica, aramida (por ejemplo, Kevlar®), polietileno y/u otros materiales que muestran propiedades flsicas, termicas, qulmicas y otras deseadas, entre las cuales destaca la gran resistencia contra el fallo a estres. A traves del uso de dichos materiales reforzados, que ultimamente han llegado a ser un elemento constituyente del componente completo, las caracterlsticas deseadas de los materiales de refuerzo tales como una resistencia muy alta, son proporcionadas al componente compuesto completo. Los materiales de refuerzo constituyentes pueden estar tlpicamente tejidos, tejidos por punto o de otro modo orientados en configuraciones y formas deseadas para preformas de refuerzo. Normalmente, se presta una atencion particular a asegurar la utilization optima de las propiedades para las cuales estos materiales de refuerzo constituyentes han sido seleccionados. En general, dichas preformas de refuerzo son combinadas con material matriz para formar los componentes acabados deseados o producir un material de explotacion para la production final de los componentes acabados.

Despues de que se ha constituido la preforma de refuerzo, el material matriz puede ser introducido y combinado con la preforma, de manera que la preforma de refuerzo se llega a integrar en el material matriz de tal manera que el material matriz rellena las areas intersticiales entre los elementos constituyentes de la preforma de refuerzo. El material matriz puede ser cualquier de una amplia variedad de materiales tales como epoxi, poliester, vinilester, ceramica, carbono y/u otros materiales, que tambien muestran propiedades flsicas, termicas, qulmicas y/u otras adecuadas. Los materiales elegidos para utilizar como matriz puede que sean o no se han los mismos que los de la preforma de refuerzo y puede que tengan o no tengan capacidades flsicas, termicas, qulmicas u otras comparables. Tlpicamente, sin embargo, no seran del mismo material o tendran propiedades flsicas, termicas qulmicas u otras comparables a las de la preforma de refuerzo dado que un objetivo usual deseado cuando se utilizan materiales compuestos en primer lugar es lograr una combination de caracterlsticas en el producto acabado que no es alcanzable a traves del uso de un solo material constituyente. Cuando se combinan, la preforma de refuerzo y el material matriz pueden entonces ser curados y estabilizados en la misma operation mediante termoendurecido u otros metodos conocidos, y despues sujetos a otras operaciones que conducen al componente deseado. Es significativo tener en cuenta que despues de haber sido curado asl, las masas solidificadas despues del material matriz se adhieren normalmente de forma muy fuerte al material de refuerzo (por ejemplo, la preforma de refuerzo. Como resultado, el estres en el componente acabado, particularmente a traves de su material matriz que actua como un adhesivo entre las fibras, puede ser transferido de forma efectiva a y soportado por el material constituyente de la preforma de refuerzo.

De forma frecuente, es deseable producir componentes en configuraciones distintas que formas geometricas simples tales como placas, chapas, solidos rectangulares o cuadrados, etc. Por ejemplo, los componentes tridimensionales complejos requieren preformas tridimensionales complejas. Una manera de lograr un componente complejo es combinar formas geometricas basicas en formas mas complejas deseadas. Una combinacion tlpica tal es realizada uniendo componentes hechos tal y como se describe anteriormente formando un angulo (normalmente un angulo recto) unos con respecto a los otros para formar rigidizadores laterales y transversales. Propositos normales para dichas disposiciones angulares de componentes unidos son crear formas deseadas para formar estructuras reforzadas incluyen una o mas paredes finales o intersecciones en “T” por ejemplo. Otro proposito para unir componentes es rigidizar la combinacion resultante de preformas de refuerzo y de la estructura compuesta que se produce contra la desviacion o fallo cuando se expone a fuerzas exteriores tales como la presion o tension. Por lo tanto, es importante hacer cada union entre los componentes constituyentes, es decir, el registro y la portion de plataforma o panel base, tan fuertes como sea posible. Debido a la resistencia muy alta deseada de los constituyentes de la preforma de refuerzo por si mismos, la debilidad en las uniones llega a ser, de forma efectiva, un “enlace debil” en una “cadena” estructural sino se unen de forma apropiada.

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Varios metodos han sido utilizados en el pasado para unir componentes compuestos o preformas de refuerzo para producir una estructura compleja de refuerzo. Se ha propuesto formar y curar un elemento de panel y un elemento rigidizador angulado separados entre si, con el ultimo teniendo una superficie de contacto de panel unica o estando bifurcado en un extremo para formar dos superficies de contacto de panel coplanarias divergentes. Los dos componentes son entonces unidos mediante una union de forma adhesiva de la superficie(s) de contacto de panel del elemento rigidizador a una superficie de contacto del otro componente mediante termoendurecido o mediante un material adhesivo. Sin embargo, cuando se aplica tension al panel curado o el recubrimiento de la estructura compuesta, las cargas de valores inaceptablemente bajos a menudo resultan en fuerzas de “pelado” que separan el elemento rigidizador del panel en su interconexion.

El uso de pernos o remaches metalicos en la interconexion de dichos componentes tambien ha sido utilizado pero es inaceptable debido a que dichas adiciones destruyen y debilitan al menos parcialmente la integridad de las propias estructuras compuestas, anaden peso, aumentan el coste e introducen diferencias en el coeficiente de expansion termica entre dichos elementos y el material circundante.

Otros enfoques para resolver este problema se han basado en el concepto de introducir fibras de alta resistencia a traves del area de union mediante el uso de dichos metodos y cosiendo uno de los componentes al otro y basandose en el hilo de cosido para introducir dichas fibras de refuerzo en y a traves del lugar de union. Uno de dichos enfoques es mostrado en la patente US No. 4,331,495 y su patente US homologa divisional de metodo No. 4,256,790. Estas patentes dan a conocer uniones que han sido realizadas entre un primer y un segundo paneles compuestos hechos de pliegues de fibra unidos con adhesivo. El primer panel es bifurcado en un extremo para formar dos superficies de contacto de panel coplanarias divergentes al modo del estado de la tecnica anterior, que ha sido unido al segundo panel mediante puntadas de hilo de material compuesto flexible no curado a traves de ambos paneles. Los paneles y el hilo son despues “co-curados”: es decir, curados de forma simultanea. Sin embargo, este proceso requiere que la preforma sea constituida en etapas multiples asi como requiere la introduccion de una tercera hebra o fibra en la preforma.

Otro ejemplo de configuracion de interseccion se establece en la patente US No. 6,103,337. Esta referencia da a conocer medios para unir una preforma de refuerzo con un panel de preforma para formar una preforma de refuerzo tridimensional. Las dos preformas individuales estan unidas entre si en una union por medio de fibras de refuerzo en forma de hilos o hebras. Una vez que se han unido o cosido las dos preformas, se introduce el material matriz en las preformas. Sin embargo, aunque este proceso tiene muchas ventajas, requiere que la preforma sea tejida o constituida de forma individual y por consiguiente cosida entre si en una etapa separada. Ademas, una hebra o fibra adicional es necesaria para conectar las preformas.

Otro metodo para mejorar la resistencia de union es establecido en la patente US No. 5,429,853. Sin embargo, este metodo es similar a los metodos descritos anteriormente debido a que elementos distintos constituidos de forma separada son unidos entre si mediante cosido de una tercera hebra o fibra entre los dos.

Aunque el estado de la tecnica anterior se ha buscado para mejorar la integridad estructural del compuesto reforzado y se ha logrado algo de exito, existe un deseo de mejorar el mismo y abordar el problema a traves de un enfoque diferente del uso de adhesivos o acoplamiento mecanico de paneles separados y elementos rigidizadores. A este respecto, un enfoque podria ser creando una estructura tridimensional tejida en maquinas especializadas. Sin embargo, el gasto involucrado es considerable y raramente es deseable tener una maquina de tejido dirigida a crear una estructura simple.

Otro enfoque es tejer una estructura bidimensional y plegar la en su forma de manera que el panel es rigidizado de forma integral, es decir, son entretejidas hebras de forma continua entre la base plana o porcion de panel y el rigidizador. Sin embargo, esto tipicamente resulta en una distorsion de la preforma cuando la preforma es plegada. La distorsion sucede debido a que las longitudes de fibra cuando se tejen son diferentes que las que deberian ser cuando se realiza el plegado. Esto provoca depresiones y ondulaciones en areas en las que las longitudes de fibra tejida son demasiado cortas, y pliegues en las areas en los que las longitudes de fibra son demasiado largas. Estas distorsiones provocan anomalias superficiales no deseadas y reducen la resistencia y rigidez del componente. Aunque esto se puede mejorar cortando y pinchando, algunos procedimientos son indeseables dado que cuesta mucho trabajo o de otro modo pueden comprometer la integridad de la preforma.

La patente US No. 6,446,675 resuelve el problema con distorsion que sucede tras el plegado de una preforma tejida bidimensional ajustando las longitudes de las fibras durante el tejido de manera que algunas fibras son demasiado cortas en algunas areas y otras demasiado largas en otras areas. Tras plegar la preforma, las longitudes de las fibras son igualadas, proporcionando una transition suave en el pliegue. Sin embargo, esta preforma tejida es solo capaz de proporcionar un refuerzo o una rigidez en una direction, la cual es paralela a la direction de la fibra de urdimbre.

Otro enfoque para constituir paneles rigidos es establecido en la patente US No. 6,019,138, la cual da a conocer un metodo para fabricar paneles rigidos con rigidizadores de refuerzo tanto en las direcciones de urdimbre como de trama. Tal y como se ha divulgado, este metodo logra un refuerzo en dos direcciones mediante un sobre tejido, o simplemente tejiendo puntos altos en la porcion de panel de la preforma. Utilizando este metodo se limitara a la altura que se puede lograr del rigidizador. Ademas, este metodo requiere que la preforma sea tejida utilizando tres hebras.

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La tercera hebra, la cual se une al rigidizador a la porcion de panel de la preforma, solo tejida periodicamente entre los dos. Por lo tanto, el rigidizador no es tejido completamente de forma integral con la porcion de panel lo cual resulta en una union que es mas debil que una union tejida completamente de forma integral.

Un enfoque adicional puede encontrarse en la patente US No. 6,733,862. La patente '862 describe un tejido adecuado para el refuerzo de una estructura compuesta tridimensional. El refuerzo de fibra es uno que puede ser tejido en una maquina tejedora convencional. Se pone en marcha como una estructura tejida bidimensional que es despues formada en una estructura tridimensional, particularmente una que tiene un estampado profundo. Para proporcionar esto, el tejido de refuerzo es tejido en una manera en la que, en porciones del tejido, la urdimbre y la trama o las fibras de trama son dispuestas una sobre otra y no interbloqueadas. En esta porcion las fibras pueden moverse de forma independiente y deslizarse pasandose entre si cuando el tejido es estampado o plegado en su forma. Si la porcion es una forma rectangular o cuadrada, puede colapsarse de tal manera que tanto las fibras de urdimbre como de trama se pliegan sobre si mismas y entre si para alinearse de una manera unidireccional que crea una esquina que actua como una columna de compresion en la estructura final.

Por tanto, las preformas tridimensionales que pueden ser procesadas en componentes compuestos reforzados por fibra son deseables debido a que proporcionan una resistencia mejorada con respecto a los compuestos laminados bidimensionales. Estas preformas son particularmente utiles en aplicaciones que requieran que el compuesto soporte cargas fuera de plano. Sin embargo, incluso las estructuras conocidas hasta la fecha mas avanzadas, tales como las descritas en la patente '862, solo tiene fibras de refuerzo continuas en dos de los tres planos de cualquier caracterlstica de esquina.

Por consiguiente, existe una necesidad de un empalme o preforma de esquina tejida que proporcione un refuerzo en 3 direcciones que pueda ser tejido utilizando un telar convencional y que proporcione fibras de refuerzo en los tres planos del empalme de esquina. Ademas existe una necesidad para la integracion de dicho empalme de esquina en una preforma o estructura mas grande.

Resumen de la invencion

Es el objeto de la presente invencion mejorar las preformas del estado de la tecnica anterior discutidas anteriormente.

Es otro objeto de la presente invencion proporcionar una preforma de empalme de esquina y un metodo para formar una preforma de empalme de esquina que tenga fibras continuas que conectan todos los lados que este formada a partir de tejido tejido plano.

Los objetos mencionados anteriormente son logrados mediante una preforma de empalme de esquina de acuerdo con la reivindicacion 1 y mediante el metodo de formacion de una preforma de empalme de esquina de acuerdo con la reivindicacion 8.

Las diversas caracterlsticas de novedad que caracterizan a la invencion son marcadas en particular en las reivindicaciones adjuntas y forman una parte de esta divulgacion. Para una mejor comprension de la invencion, sus ventajas operativas y los objetos especlficos conseguidos mediante sus usos, se hace referencia a la materia descriptiva que acompana en la cual se ilustran modos de realizacion preferidos de la invencion en los dibujos que acompanan en los cuales componentes correspondientes son identificados mediante las mismas referencias numericas.

Breve descripcion de los dibujos

Para una comprension mas completa de la invencion, se hace referencia a la siguiente descripcion y a los dibujos que acompanan, en los cuales:

La figura 1 es una vista isometrica de un empalme de esquina de acuerdo con la presente invencion;

La figura 2 es una vista en planta de un empalme de esquina tejido plano de acuerdo con la presente invencion;

La figura 3 es una vista isometrica del empalme de esquina tejido plano de la figura 2;

La figura 4 representa el empalme de esquina tejido plano de la figura 2 despues de un primer plegado;

La figura 5 representa el empalme de esquina tejido plano de la figura 2 despues de un segundo plegado;

La figura 6 representa el empalme de esquina tejido plano de la figura 2, durante la transferencia de fibra;

La figura 7 representa el empalme de esquina plano de la figura 2, despues de que se ha completado la transferencia

de fibra;

La figura 8 representa la estructura final del empalme de esquina tejido plano de la figura 2;

La figura 9 representa un empalme de esquina tejido plano de prototipo actual del tipo mostrado en la figura 2;

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Las figuras 10-11 representan el proceso de plegado y tejido del empalme de esquina tejido plano de la figura 9;

La figura 12 representa la estructura final del empalme de esquina tejido plano de la figura 9;

La figura 13 representa la implementacion de un empalme de esquina como un miembro de refuerzo; y La figura 14 representa un empalme de esquina integrado como parte de una estructura o preforma mas grande. Descripcion detallada de modos de realizacion preferidos

La presente invencion es una preforma de empalme de esquina reforzada por fibra y un metodo para formar una preforma de empalme de esquina reforzada por fibra que tiene fibras continuas que se conectan en todos los lados. Un empalme 10 de esquina es mostrado en la figura 1. El empalme 10 de esquina consta de tres lados 12, 14 y 16 que son mutuamente perpendiculares. Dichos empalmes son a menudo utilizados en esquinas de refuerzo donde son unidas entre si varias piezas independientes. Son muy comunes en estructuras aeroespaciales, en intersecciones de costilla/larguero/recubrimiento en alas, en intersecciones de bastidor/tirante/recubrimiento en el fuselaje.

En estructuras compuestas, es beneficioso tener un empalme de esquina hecho a partir del mismo material que los otros componentes, debido a que todas las partes tendran coeficientes de expansion termica similares. Tambien es deseable que el empalme tenga fibras continuas que se conectan entre si. Esto se puede lograr solapando y uniendo tres componentes en forma de “L”, pero las llneas de union en el empalme resultante son areas debiles que tlpicamente seran puntos iniciales de fallo. Por consiguiente, el empalme de esquina reforzado por fibra de la presente solicitud esta dirigido a una preforma tejida de forma integral que tiene fibras continuas alrededor de las tres esquinas.

La fabricacion del empalme de esquina se realiza en 3 etapas. Primero, una preforma 20 plana, como la mostrada en la figura 2, es tejida utilizando un telar convencional. Despues, la preforma plana es cargada en una instalacion y la fibra de un area de la preforma es conducida a otra seccion tal y como se describira en detalle mas abajo. Finalmente, la fibra retirables o de sacrificio es recortada, dejando el empalme 110 de esquina final mostrado en la figura 8. La segunda etapa es referida como una etapa de “transferencia de fibra”, y es mostrada en detalle en las figuras 3-8.

La preforma 20 plana inicial es mostrada de forma esquematica en la figura 2. La preforma 20 plana puede ser descrita con referencia a fibras primarias tejidas en la preforma 20 plana que permaneceran en el empalme 110 de esquina, y fibras de sacrificio o secundarias que seran retiradas para formar el empalme 110 de esquina.

La figura 2 representa secciones A1 y A2. Las secciones A1 y A2 son tejidas con una fibra primaria en las direcciones de urdimbre y de trama. Estas secciones forman los lados 116 y 112 izquierdos superior e inferior del empalme 110 de esquina mostrado en la figura 8.

La seccion B1 tiene una fibra primaria en la direccion de urdimbre y una fibra de sacrificio en la direccion de trama. Las fibras de trama flotan sobre la mayorla de fibras de urdimbre, pero hacen un lazo alrededor de una (y solo una) fibra de urdimbre especlfica. Dado que las fibras de trama hacen lazos alrededor de solo una fibra de urdimbre, se referira como que estan siendo semi-tejidas. Esta fibra de urdimbre, de forma eventual, sera transferida a la posicion de la trama de sacrificio en la seccion B2 para formar el lado 114 derecho superior del empalme 110 de esquina mostrado en la figura 8. La seccion B2 tiene una fibra primaria en la direccion de urdimbre tejiendo con una fibra de sacrificio en la direccion de trama. La fibra de urdimbre en la seccion B1 reemplazara, de forma eventual, esta fibra de trama.

La seccion C1 contiene una fibra primaria no tejida en la direccion de urdimbre; no hay fibra de trama en esta seccion. Esta fibra de exceso sera, de forma eventual, recortada. La seccion C2 tiene una fibra de sacrificio en la direccion de urdimbre tejiendo con una fibra de sacrificio en la direccion de trama. Esta seccion estabiliza a la seccion B2 durante la transferencia de fibra y es recortada de forma eventual. Una vista isometrica de la preforma plana es mostrada en la figura 3.

Una nota en las secciones tejidas de la preforma inicial, no hay realmente restricciones al tipo de fibra que es utilizada o en el patron de tejido basico. La preforma inicial puede incluso ser un diseno de cajas multiples. Un diseno mas complicado pueda hacer que el proceso de transferencia de fibra sea mas diflcil, sin embargo, estos son considerados no obstante dentro del alcance de la presente invencion.

Tal y como se muestra en la progresion desde la figura 3 a la figura 5, la formation inicial del empalme 110 de esquina se logra plegando a lo largo de dos llneas de plegado identificadas en la figura 3, mostradas como 22 y 24 respectivamente. La finalization de los plegados a lo largo de las llneas 22 y 24 es ilustrada en las figuras 4 y 5 respectivamente.

Tal y como se muestra en la figura 5, el empalme esta en posicion de facilitar la etapa de transferencia de fibra. La transferencia de fibra es lograda tirando de cada una de las fibras 26 de trama de sacrificio en la seccion B2 fuera de la preforma 20. Cuando se hace esto, las figuras 28 de urdimbre en la seccion B1 seran tiradas dentro de posiciones que fueron ocupadas por las fibras 26 de trama de sacrificio. Una fibra 28 de urdimbre especlfica en la seccion B1

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ocupara la posicion en la seccion B2 que fue ocupada original mente por la fibra 26 de trama de sacrificio que fue enlazada alrededor de ella. Este proceso es mostrado en la progresion desde la figura 5 a la figura 7.

La etapa final en el proceso de formacion es recortar el exceso de fibra en 28a. Esta consta de las fibras de urdimbre de la seccion B1 que han sido tiradas completamente a traves de la seccion B2, y en toda la seccion C2 (etiquetada con 30), tal y como se muestra en la figura 7. El empalme 110 de esquina resultante es mostrado en la figura 8. Tal y como se puede ver en la figura, ahl fibras continuas alrededor de toda las esquinas. El empalme 110 de esquina puede entonces el mismo estar hecho de un material compuesto y ser utilizado como elemento rigidizador o incorporado en una preforma o estructura mas grande que esta hecha de un material compuesto o de otro modo utilizada como se desee.

Ejemplo

Una preforma prototipo ha sido tejida para validar este enfoque. Esta preforma fue tejida utilizando una con posicion de aramida, carbono y fibras de vidrio para demostrar la aplicabilidad del enfoque a una variedad de fibras, y para clarificar las trayectorias de fibra en la preforma resultante. Notar, aunque las figuras utilizadas fueron aquellas listadas o podrlan ser fibras de refuerzo tlpicas mencionadas anteriormente utilizadas en estructuras compuestas, esta invention es aplicable a fibras hechas de cualquier material adecuado para el proposito y por consiguiente no esta limitada al material mencionado en la misma. Esta preforma fue tejida en un telar de lanzadera convencional. La preforma tejida plana el mostrada en la figura 9. Se ha superpuesto una rejilla sobre la misma de manera que las regiones A1-C2 definidas en la figura 2 se pueden identificar de forma facil.

La preforma mostrada en la figura 9 fue tejida utilizando un patron tejido plano. Este patron fue elegido debido a que incluye mas ondulaciones que otros patrones comunes tales como sarga o saten, y presenta el reto mas diflcil para el proceso de transferencia de fibra en tejido de una sola capa. Tal y como se menciono previamente, cualquier patron tejido podrla ser utilizado. El unico patron que no puede cambiarse esta en la seccion B1 en la que cada fibra de trama debe hacer un lazo alrededor de una sola fibra de urdimbre. Adicionalmente, los lazos deben aumentar en longitud desde la esquina derecha inferior de la seccion B1 a la derecha superior.

La preforma mostrada en la figura 9 fue cargada en una instalacion de conformado/ayuda de transferencia de fibra, la cual la pliega en las secciones B1 y B2 conformadas y preparadas del proceso de transferencia de fibra. Una preforma de prototipo cargada en la instalacion es mostrada en las figuras 10 y 11.

La figura 10 muestra la preforma antes de la transferencia de fibra. La figura 11 muestra la preforma durante la transferencia de fibra. Las placas de carga ayudan a estabilizar varias porciones de la preforma durante la transferencia de fibra y ayudan a minimizar la distorsion. Despues de completar el proceso de transferencia de fibra, la fibra de sacrificio fue recortada, resultando en el empalme de esquina mostrado en la figura 12. Notar las fibras 120 de aramida continua, las fibras 122 de carbono y las fibras 124 de vidrio alrededor de las distintas esquinas.

El empalme de esquina mostrado en la figura 12 fue tejido en una maquina, pero la trasferencia de fibra fue realizada a mano. Las etapas individuales requeridas para plegar la preforma y extraer la trama de sacrificio son facilmente automatizadas. Por ejemplo, en un entorno de production, las preformas planas pueden ser tejidas de forma continua y tejidas en un rodillo. Este rodillo de preformas planas puede entonces ser cargado en una segunda maquina que realiza el plegado, la transferencia de fibra y el recortado final. Puede por lo tanto estar hecho de una estructura compuesta en si misma o incorporada en una estructura de preforma mas grande que es entonces formada en un material compuesto.

La presente invencion ha sido descrita principalmente en el presente documento con respecto a la formacion de un empalme de esquina. En una aplicacion dicho empalme de esquina se puede utilizar en situaciones en las que es deseable reforzar una union de dos o mas secciones de un aparato. Por ejemplo, en la industria aeroespacial se necesita menudo reforzar la union entre un material de recubrimiento y un ejemplo en el que tanto los rigidizadores longitudinales como transversales esten soportando el recubrimiento. Dicho ejemplo es mostrado en la figura 13, en donde un material 200 de recubrimiento incluye un rigidizador 202 integral. Para ayudar a soportar el recubrimiento 200 se fija un soporte 204 al recubrimiento 200. Un agujero 206 de espuma en el soporte permite al soporte ser colocado sobre el rigidizador 202 del recubrimiento 200. Para reforzar estas juntas se aplica un empalme 208 de esquina a uno o mas lados de la intersection del rigidizador 202 y el soporte 204.

Otro modo de realization de la presente invencion es mostrado en la figura 14, en la que el soporte 210 esta formado mediante el proceso descrito anteriormente y tiene integral dentro de su diseno una esquina 208 formada con fibras continuas a traves de las intersecciones de los tres planos de la esquina. Tal y como se puede apreciar facilmente la resistencia aumentada de este diseno permite una elimination en algunos casos de una esquina de refuerzo como la mostrada en la figura 13.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Una preforma (110) de empalme de esquina formada fuera de un tejido (20) tejido plano plegado, que comprende:

una primera porcion (A1, A2) tejida que tiene fibras (28, 26) tejidas de una primera y una segunda direccion;

una segunda porcion (B2) adyacente a la primera porcion (A1, A2) que tiene fibras (28) de primera direccion y fibras

(26) de segunda direccion de sacrificio;

y una tercera porcion (B1) semi-tejida que tiene fibras (28) de primera direccion acopladas de forma selectiva mediante las fibras (26) de segunda direccion de sacrificio, en donde tras la retirada de dichas fibras (26) de segunda direccion de sacrificio, dichas fibras (28) de primera direccion de dicha tercera porcion (B1) semi-tejida reemplazan a las hebras (26) de segunda direccion de sacrificio de dicha segunda porcion (B2) tejida y forman la preforma (110) de empalme de esquina que tiene fibras continuas que conectan todos los lados.
2. La preforma de empalme de esquina de la reivindicacion 1, en donde las fibras de primera direccion son fibras (28) de urdimbre, las fibras de segunda direccion son fibras (26) de trama y las fibras de segunda direccion de sacrificio son fibras (26) de trama.
3. La preforma de empalme de esquina de la reivindicacion 1, en donde el tejido (20) tejido plano es un tejido de multiples capas.
4. La preforma de empalme de esquina de la reivindicacion 1, en donde las fibras (28, 26) de primera y segunda direccion son seleccionadas del grupo que consiste en fibras de vidrio, carbono, ceramica, aramida y polietileno.
5. La preforma de empalme de esquina de la reivindicacion 1, en donde las fibras (28, 26) de primera y segunda direccion estan integradas en un material matriz que crea un material compuesto.
6. La preforma de empalme de esquina de la reivindicacion 1, que esta integrada en una preforma o estructura mas grande.
7. La preforma de empalme de esquina de la reivindicacion 6, en donde dicha estructura o preforma mas grande esta integrada en un material matriz que crea un material compuesto.
8. Un metodo para formar una preforma de empalme de esquina que comprende las etapas de:

proporcionar un tejido (20) tejido plano que incluye una primera porcion (A1, A2) tejida que tiene unas fibras (28, 26) tejidas de primera y segunda direccion,

una segunda porcion (B2) tejida adyacente a la primera porcion (A1, A2) tejida que tiene fibras (28) de primera direccion y fibras (26) de segunda direccion de sacrificio y una tercera porcion (B1) semi-tejida que tiene fibras (28) de primera direccion acopladas de forma selectiva mediante las fibras (26) de segunda direccion de sacrificio; plegar dicho tejido (20) tejido plano en al menos una direccion; y retirar dichas fibras (26) de segunda direccion de sacrificio,

en donde durante la retirada, dichas fibras (26) de segunda direccion de sacrificio son reemplazadas en dicha segunda porcion (B2) tejida por las fibras (28) de primera direccion de la tercera porcion (B1) semi-tejida y forman la preforma (110) de empalme de esquina que tiene fibras continuas que conectan todos los lados.
9. El metodo de la reivindicacion 8, que ademas comprende una etapa de integrar las fibras (28, 26) de primera y segunda direccion en un material matriz que crea un material compuesto.
10. El metodo de la reivindicacion 8 que ademas comprende la etapa de cortar porciones de las fibras (28) de primera direccion de la tercera porcion (116) semi-tejida que se extienden pasado un extremo de dicha porcion (114) tejida despues de la retirada de las fibras (26) de segunda direccion de sacrificio de dicha segunda porcion (114) tejida.
11. El metodo de la reivindicacion 10, que ademas comprende una etapa de recortar una porcion de dicha segunda porcion (114) tejida.
12. El metodo de la reivindicacion 8 en donde las fibras de primera direccion son fibras (28) de urdimbre, las fibras de segunda direccion son fibras (26) de trama y las fibras de segunda direccion de sacrificio son fibras (26) de trama.
13. El metodo de la reivindicacion 8, en donde el tejido (20) tejido plano es un tejido de multiples capas.
14. El metodo de la reivindicacion 8, que ademas comprende una etapa de seleccionar las fibras (28, 26) de primera y segunda direccion del grupo que consiste en fibras de vidrio, carbono, ceramica, aramida, y polietileno.
15. El metodo de la reivindicacion 8 en donde dicha preforma de empalme de esquina esta incluida en una preforma o superficie mas grande.
16. El metodo de la reivindicacion 15 en donde dicha preforma o estructura mas grande esta integrada en un material matriz que crea un material compuesto.