ES2914089A1 - Laminado en sándwich con tensión residual - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un proceso de fabricación para producir todo tipo de tablas de deslizamiento, que consta de un laminado en sándwich al vacío en 2 etapas independientes, y que genera de manera intencionada una fuerza de tensión residual en una de sus pieles o estratos, concretamente en la piel de la carena, y que contrarresta los esfuerzos primarios de la estructura provocados por el usuario durante el uso del dispositivo. Es un principio físico similar al del hormigón pretensado, y que tiene como ventajas contrarrestar la dirección primaria del vector de fuerza, otorgar mayor durabilidad a la tabla, ofrecer mayor transmisión mecánica de esfuerzos, generar mayor rigidez y conferirle mejores propiedades mecánicas del conjunto sándwich con el consecuente ahorro del peso.

Description

DESCRIPCIÓN

Laminado en sándwich con tensión residual

Sector de la técnica

La presente invención, se refiere a un proceso de fabricación de un laminado en sándwich al vacío con tensión residual producida de manera intencionada en una de sus pieles o estratos, para todo tipo de tablas de deslizamiento o de surf.

Este proceso es aplicable en la fabricación de tablas de todas las modalidades náuticas de deslizamiento a tabla, bien sean tablas de surf, de windsurf, de kitesurf, de paddle surf o similares.

Antecedentes de la invención

En la actualidad son conocidos los procesos de fabricación de todo tipo de tablas deslizadoras, como el recogido en el documento ES2484070 T3, el cual muestra la manera de estratificar o laminar una tabla de surf con un núcleo de espuma recubierto de varias capas de fibra de vidrio sobre la carena y sobre la cubierta de la misma, solapadas en los cantos.

La fabricación de cualquier tipo de tabla constituye en sí misma una construcción en sándwich ya que se compone de un núcleo recubierto por dos o más pieles externas, y en este caso solapadas en los cantos de la tabla una a una.

El problema de este proceso constructivo reside en que las pieles laminadas sobre el núcleo tienen una tensión inicial neutra entre ellas, hasta el momento en que con el uso del dispositivo deslizador, se fuerzan las pieles a trabajar en sentido longitudinal al objeto y en la misma dirección entre sí mismas.

En este caso, por la naturaleza del objeto y sus características de uso, la piel de la cubierta trabaja a contracción y la piel de la carena a tracción, debido al peso del usuario.

Esto define un vector de fuerza muy marcado en una dirección, que se da desde la cubierta de la tabla hacia la carena de la misma durante su uso.

Es por esto que el laminado standard de las pieles sobre una tabla de surf no ofrece una ventaja mecánica extra para el uso al que va dirigido el objeto, más allá de la prestación que ofrece una estructura en sándwich básica. La invención busca contrarrestar ese esfuerzo del usuario con una fuerza opuesta, producida por el laminado inferior de la zona de la carena. El principio físico buscado sería similar al que recoge la patente del hormigón pretensado recogido en el documento ES0303595 que ofrece un tipo de construcción de viga en el que se contrarrestan los esfuerzos de tracción con fuerzas de compresión inducidas de manera intencionada sobre unas varillas tensadas previamente y unos dispositivos retenedores albergados en el interior del hormigón.

Explicación de la invención

Con el fin de añadir una mejora estructural a la construcción en sándwich de cualquier tipo de tabla deslizadora y una mejora en sus propiedades mecánicas, la invención propone laminar la carena en la dirección contraria a los esfuerzos que va a soportar el conjunto de la tabla.

Para ello se fuerza la curvatura de la tabla en la dirección opuesta a su flexión natural por el uso y se lamina, en primer lugar, la carena con ayuda de un sistema de laminado al vacío.

Una vez curado el laminado de la carena y en estado rígido se lamina la cubierta con un sistema de laminado al vacío sobre una mesa de curvado, llevando la curvatura de la tabla a su perfil correcto o forma final.

Esto producirá una tensión residual en el laminado de la carena en la dirección opuesta al vector de los esfuerzos predominantes a su uso y le otorgará al conjunto del sándwich que compone la tabla, mayor rigidez y resistencia estructural, y por tanto, mejores propiedades mecánicas.

La forma resultante del objeto es estable pese a los esfuerzos de tensión residual ya que el estratificado de la cubierta, por sus propias características constructivas, suele llevar el doble de estratos completos que el de la carena, lo que mantendrá la forma deseada de la tabla pero retendrá a su vez una fuerza opuesta en forma de tensión residual provocada inicialmente por la deformación del laminado de la carena.

El principio físico somete al material compuesto a entrar en su fase elástica, recogiendo los esfuerzos de la tensión del laminado de la carena y manteniendo toda la estructura sándwich en tensión, lo que produce numerosos beneficios y ventajas mecánicas, de la misma manera que sucede con el hormigón pretensado.

Las ventajas principales de esta invención se resumen como sigue:

• Contrarresta la dirección primaria del vector de fuerza provocada por el uso del dispositivo.

• Mayor durabilidad de la tabla.

• Ofrece mayor transmisión mecánica de esfuerzos, ya que la estructura se encuentra en tensión.

• Mayor rigidez y propiedades mecánicas del conjunto sándwich.

• Evidente ahorro del peso al no tener que usar tantos estratos para obtener el mismo resultado mecánico.

• Mejor reactividad y respuesta a los estímulos físicos del deportista.

Breve descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de las fases del proceso de fabricación, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de fases con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra una vista figurada de la primera fase de la estratificación de las capas de la carena sobre del núcleo de EPS de 35 kg/m3 o PVC espumado de alta densidad en cualquiera de sus durezas y modelado previamente, o bien a mano, o a máquina.

La figura 2 muestra de manera figurada la dirección hacia la que se curva la tabla con ayuda de unos pesos hasta encontrar la forma deseada, o bien usando discos de pesas o algo similar, como bolsas de arena, y cada unidad de no más de 1 kg de peso. El estratificado se realiza con una bolsa de vacío, sobre una mesa con un perfil casi plano que ayuda a deformar la curvatura de la tabla en la dirección deseada por medio de gravedad.

La figura 3 muestra de manera figurada la fase del estratificado de la cubierta, con la tabla prácticamente sin curvatura en su perfil.

La figura 4 muestra de manera figurada la fase del estratificado al vacío de la cubierta y su curvado en la mesa de curvar, aplicando varios pesos repartidos en el centro de la misma que llevarán el seno de la tabla a adoptar la forma de la mesa de curvado.

La figura 5 muestra de manera figurada la dirección del vector de fuerza a modo de tensión residual retenida por la deformación del estratificado de la carena una vez curado el laminado de la cubierta.

La figura 6 muestra de manera gráfica sobre una escala temporal en milisegundos la respuesta acústica de un cuerpo, en este caso, de una tabla de producción en serie sin ningún tipo de tensión residual, a un golpe en seco con un objeto duro de un peso conocido y a una distancia conocida. La vibración se recoge mediante un transductor adherido a la carena de la tabla, conectado a un pequeño amplificador analógico y este a su vez a una tarjeta de sonido digital, que va conectada a un ordenador desde el que se ha recogido, mediante un software, la imagen de la propagación de la onda. Al comienzo de la gráfica se observa una longitud de onda más ancha que corresponde a una frecuencia más baja o a un sonido más grave, propio de una estructura sin tensión o con una tensión despreciable, y que finaliza rápidamente sin ningún tipo de resonancia.

La figura 7 es el resultado de la misma prueba que en la figura 6, pero en este caso el cuerpo golpeado es una tabla estratificada al vacío con tensión residual. Al comienzo de la gráfica se observa una propagación de onda más rápida y más corta, que corresponde a una frecuencia más alta, propia de una estructura en tensión, y en la que se puede observar que dicha frecuencia va precedida de dos senos resonantes y una onda con mayor prolongación en el tiempo, casi con el doble de cola que la gráfica de la figura 6. Esta sería la principal evidencia de que el cuerpo se encuentra en tensión.

Realización preferente de la invención

Fabricación de una tabla deslizadora con tensión residual:

1. En primer lugar se moldea un cuerpo de poliestireno expandido o EPS (1) de una densidad de 35 kg/m3, bien sea a mano o a máquina con ayuda de una CNC. La densidad del EPS no es opcional ya que debe soportar al menos una presión negativa de vacío de -180 milibares para compactar el laminado posterior y podría colapsar deformando la tabla. Es posible utilizar como núcleo una espuma de PVC de alta densidad, en cualquiera de sus presentaciones y durezas.

Se introducen todos los insertos y cajeras que van a albergar los diferentes elementos del dispositivo deslizador, como puedan ser las quillas, el pie de mástil, asideros varios y demás elementos opcionales.

A continuación se prepara la superficie limpiándola de partículas de EPS o polvo de PVC con la ayuda de una pistola de aire a presión y se aplica en la carena una resina epoxídica espesada con algún tipo de aglutinante como pueda ser el polvo de sílice. La aplicación de esta resina generará una superficie húmeda y adherente, y actuará de interfase o elemento de unión entre el núcleo y la primera capa del estratificado (2).

Se procede al laminado de la carena (1), impregnando una a una cada capa del estratificado con una resina epoxídica resistente a los rayos ultravioletas. Para ello se comienza laminando una piel de tejido de fibra de vidrio de trama plana de 200 gr/m2 (6) sobre el EPS o PVC espumado modelado, a continuación se coloca una banda de fibra de carbono multiaxial de 300 gr/m2 de 6 cm (5) en su eje longitudinal a modo de “stringer” o tirante, seguido de otra piel de fibra de carbono multiaxial de 300 gr/m2 (4) a modo de refuerzo para la zona de la popa que alberga las cajeras de las quillas, seguida de otra capa completa de fibra de carbono multiaxial de 300 gr/m2 (3) que cubra desde la proa hasta la popa, para finalizar recubriendo con otra piel de tejido de fibra de vidrio de trama plana de 200 gr/m2 (2) todo el conjunto. Los diferentes materiales de los estratos del laminado son opcionales pero no el número de capas, podiendo usar fibras de aramidas, de polipropileno, de carbono o de vidrio en su lugar según se busquen diferentes características y resultados mecánicos del conjunto del laminado.

Se embolsa todo el conjunto (3) y se recubre con una serie de tejidos pelables (peelply) y sangradores, y con ayuda de una bomba de vacío y un vacuostato se programa una ventana de trabajo de entre -150 milibares a -180 milibares de presión negativa para el EPS de 35 kg/m3 y de entre -700 milibares a -800 milibares para el PVC espumado. No conviene usar más presión por el riesgo que supone el secado de los tejidos a causa de la migración de la resina hacia las capas absorbentes, a través de los tejidos sangradores.

El siguiente paso es colocar la tabla embolsada al vacío (7) sobre una mesa de curvado casi plana (8), colocando pesos de no más de 1 kg (9), bien sean bolsa de arena o bien sean discos de pesas o similar, en la zona de la proa y en la popa hasta conseguir que todo el seno de la tabla quede completamente apoyado sobre la mesa (5), para así deformar su curvatura en la dirección opuesta a la que trabajará la estructura. No serán necesarios muchos pesos para este procedimiento.

Una vez curada la resina, se desembolsará todo el conjunto, se retirará el tejido pelable y se limpiará la superficie del conjunto para prepararla para la siguiente etapa de vacío. El tejido pelable deja una superficie con una textura muy adherente a nivel mecánico, por lo que no será necesario preparar la superficie con ningún elemento abrasivo para generar adherencia mecánica.

El siguiente paso es opcional y permite añadir una plancha de PVC espumado de alta densidad de dureza mínimo H-70 de no más de 5 mm de espesor, en el caso de haber optado por un núcleo de EPS, sobre las zonas que mayor presión y estrés vayan a soportar como puedan ser las zonas de los pisantes de las tablas. La plancha de pvc espumado de alta densidad siempre irá embebida en la superficie de la cubierta, de manera que quede enrasada con el resto de la superficie, habiendo rebajado previamente la superficie con la ayuda de una fresadora de mano o una tupi. Para el pegado del pvc usaremos una capa de fibra de vidrio de trama plana de 200 gr/m2 impregnada en resina epoxídica y el área de pegado llevará una resina epoxídica espesada a modo de interfase sobre el núcleo de EPS en el que apoyará la fibra, y sobre la cara de pvc que entra en contacto la fibra de vidrio. Para el pegado de esta plancha se pueden usar pesos ligeros o cinta de carrocero para sujetar el conjunto. Se pegará sobre la mesa de curvado final.

9. En el siguiente paso se procede con el estratificado de la cubierta (10) de manera análoga al de la carena, con la salvedad de que la cubierta lleva dos capas completas de fibra de carbono multiaxial de 300 gr/m2 (11) (12) que recubren toda la cubierta desde la proa hasta la popa.

10. Para el embolsado de la tabla al vacío se procede de manea análoga al de la carena (13).

11. El siguiente paso es colocar el conjunto embolsado al vacío (13) sobre una mesa de curvado con la forma definitiva del perfil de la tabla (14). Esta vez será necesario algo más de peso (15) repartido sobre el centro de la tabla, y es preferible colocar en primer lugar pesos con bolsas de arena sobre los que colocaremos diferentes discos de pesas para no marcar el estratificado, aproximadamente unos 20 kg a 25 kg para poder curvar el estrato de la carena ya curado y en estado rígido.

12. Una vez curada la resina, se desembolsará todo el conjunto, se retirará el tejido pelable y se limpiará la superficie del conjunto para preparar la tabla para la fase del acabado superficial. En esta fase la estructura ya es estable y mantiene una tensión residual en su conjunto, que trata de aplanar la forma de la curvatura de la tabla pero que se mantiene estable por el estratificado de la cubierta (16). Se procede a reabrir los huecos de los insertos que hubiesen albergados en el interior la tabla. Se puede apreciar la respuesta acústica con un peso conocido a una distancia conocida sobre el objeto FIG.

7 en comparación a la respuesta de una tabla con un laminado standard FIG. 6 y sin tensión residual, como se muestra en las dos gráficas.

13. El acabado superficial es opcional, y bien se puede aplicar algún tipo de masilla de poliéster, o se puede aplicar varias manos de resina epoxídica resistente a los rayos ultravioletas (top coat) para finalizar en ambos casos con la abrasión de la superficie con granos de lija de entre 80 a 2000, según qué acabado se busque.

En todo caso, los pasos 8 y 13 han de entenderse como pasos opcionales para el perfeccionamiento del producto.

El proceso es fácilmente industrializable, usando dos matrices que consten de dos particiones o divisiones cada una, divididas por su mitad longitudinal sobre el plano horizontal de la tabla, la primera matriz con un perfil de tabla más recto que servirá para estratificar mediante compactación el laminado de las capas de la carena, y la otra matriz con el perfil definitivo de la tabla que servirá para laminar las capas de la cubierta mediante compactación y que forzará el laminado de la carena para generar la tensión residual en la estructura sándwich.

Claims (30)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para la práctica el surf o similar, con un cuerpo a modo de tabla que comprende un núcleo de espuma recubierto de un laminado así como una cara superior y una cara inferior, presentando al menos un mínimo de tres capas de laminado de tejido por cara de las que al menos dos se desarrollan completamente desde la zona de la proa hasta la popa, o viceversa, alrededor del perfil del extremo correspondiente, caracterizado porque las, como mínimo, dos capas de laminado de tejido de la cara inferior retienen un esfuerzo de tensión residual generada por la curvatura del dispositivo.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque las capas de laminado de tejido de la cara superior y de la cara inferior se disponen directamente una encima de la otra en la zona del borde del extremo longitudinal anterior y/o posterior y/o del extremo lateral izquierdo y/o derecho.

3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque al menos una parte de las capas de tejido de las caras superior e inferior se disponen de forma alternativa en la zona del borde de al menos uno de los extremos anterior y/o posterior y/o de los extremos laterales izquierdo y/o derecho.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque todas las capas de tejido de las caras superior e inferior se disponen de forma alternativa en la zona del borde de al menos uno de los extremos anterior y/o posterior y/o de los extremos laterales izquierdo y/o derecho.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los tejidos son de fibra de vidrio y/o de carbono y/o de aramida y/o de polipropileno.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el peso superficial del tejido es en el caso de las fibras de vidrio, de aramida y de polipropileno de 80 g/m2 a 400 g/m2 y en el caso del carbono de 100 g/m2 a 600 g/m2.

7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los tejidos corresponden, como mínimo a un tipo de tejido del grupo plano, sarga 1/1, sarga 2/2 y/o multiaxial.

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el núcleo de espuma es de poliestireno expandido o PVC espumado.

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado porque la primera capas de tejido del aminado apoya sobre una resina epoxídica espesada a modo de interfase sobre el núcleo.

10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizado porque las capas de tejido del laminado se impregnan con resina epoxídica.

11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque lleva un stringer de tejido.

12. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la superficie del núcleo de espuma está fundamentalmente libre de polvo y/o partículas.

13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el solapamiento de las capas del tejido laminado se extiende en la zona del borde del cuerpo a modo de tabla en dirección del perímetro a través de una parte importante de la longitud del cuerpo, preferiblemente por toda la longitud del cuerpo en dicha dirección.

14. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque en la zona de su superficie, en especial en su superficie, el cuerpo a modo de tabla está dotado de un material resistente a los rayos ultravioletas.

15. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el material resistente a los rayos ultravioletas está incluido en el laminado o forma un recubrimiento del cuerpo a modo de tabla.

16. Procedimiento para la fabricación de un dispositivo para la práctica el surf o similar, con un cuerpo a modo de tabla que comprende un núcleo de espuma recubierto de un laminado así como una cara superior y una cara inferior, presentando al menos un mínimo de tres capas de laminado de tejido por cara de las que al menos dos se desarrollan completamente desde la zona de la proa hasta la popa, o viceversa, alrededor del perfil del extremo correspondiente, caracterizado porque las, como mínimo, dos capas de laminado de tejido de la cara inferior retienen un esfuerzo de tensión residual generada por la curvatura del dispositivo.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 16, caracterizado porque las capas de laminado de tejido de la cara superior y de la cara inferior se disponen directamente una encima de la otra en la zona del borde del extremo longitudinal anterior y/o posterior y/o del extremo lateral izquierdo y/o derecho.

18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, caracterizado porque al menos una parte de las capas de tejido de las caras superior e inferior se disponen de forma alternativa en la zona del borde de al menos uno de los extremos anterior y/o posterior y/o de los extremos laterales izquierdo y/o derecho.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado porque todas las capas de tejido de las caras superior e inferior se disponen de forma alternativa en la zona del borde de al menos uno de los extremos anterior y/o posterior y/o de los extremos laterales izquierdo y/o derecho.

20. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado porque los tejidos son de fibra de vidrio y/o de carbono y/o de aramida y/o de polipropileno.

21. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 20, caracterizado porque el peso superficial del tejido es en el caso de las fibras de vidrio, de aramida y de polipropileno de 80 g/m2 a 400 g/m2 y en el caso del carbono de 100 g/m2 a 600 g/m2.

22. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 21, caracterizado porque los tejidos corresponden, como mínimo a un tipo de tejido del grupo plano, sarga 1/1, sarga 2/2 y/o multiaxial.

23. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 22, caracterizado porque el núcleo de espuma es de poliestireno expandido o PVC espumado.

24. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 23 caracterizado porque la primera capas de tejido del aminado apoya sobre una resina epoxídica espesada a modo de interfase sobre el núcleo.

25. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 24 caracterizado porque las capas de tejido del laminado se impregnan con resina epoxídica.

26. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 25, caracterizado porque lleva un stringer de tejido.

27. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 26, caracterizado porque la superficie del núcleo de espuma está fundamentalmente libre de polvo y/o partículas.

28. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 27, caracterizado porque el solapamiento de las capas del tejido laminado se extiende en la zona del borde del cuerpo a modo de tabla en dirección del perímetro a través de una parte importante de la longitud del cuerpo, preferiblemente por toda la longitud del cuerpo en dicha dirección.

29. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 28, caracterizado porque en la zona de su superficie, en especial en su superficie, el cuerpo a modo de tabla está dotado de un material resistente a los rayos ultravioletas.

30. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 29, caracterizado porque el material resistente a los rayos ultravioletas está incluido en el laminado o forma un recubrimiento del cuerpo a modo de tabla.