ES2956676T3 - Conducto de resina con aberturas perimetrales - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a un tubo de resina que tiene aberturas periféricas. Para crear una línea de resina que pueda producirse de forma económica, que cumpla con los requisitos estáticos bajo la influencia del vacío y que permita una entrega más precisa del material de matriz independientemente de los radios de curvatura en los que se coloca la línea de resina, es Se propone que el conducto de resina esté formado por un tubo corrugado (2), cuya pared tiene aberturas de paso (4). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Conducto de resina con aberturas perimetrales
La presente invención también se refiere a un método para producir un elemento compuesto de fibras, en el que se inserta un conducto de resina en una herramienta para suministrar al vacío un material de matriz líquido a las fibras de refuerzo insertadas en la herramienta con el que se impregnan las fibras de refuerzo y en el que el material de matriz también llena el molde de la herramienta y el material de matriz se endurece después de que las fibras de refuerzo se hayan saturado completamente y la cámara del molde en la herramienta se haya llenado
Un conducto de resina se conoce por el documento DE 102014011 787 A1. En este documento se describe como conducto de resina un tubo en espiral flexible. Para producir un elemento compuesto de fibras, el conducto de resina se inserta en una herramienta para suministrar un material de matriz líquido bajo vacío a las fibras de refuerzo insertadas en la herramienta. Las fibras de refuerzo pueden estar en forma de productos de fibra semiacabados tales como mechas, esteras, mallas, telas, materiales multiaxiales, tejidos de punto y trenzas y pueden fabricarse a partir de una amplia variedad de materiales de fibra, tales como fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras de aramida, fibras de boro o materiales híbridos, incluso en cualquier combinación. Las fibras de refuerzo se impregnan con el material de matriz suministrado a través del conducto de resina. El material de la matriz también rellena el molde de la herramienta. Como materiales de matriz se pueden utilizar diversos sistemas de resina adecuados, que presenten una viscosidad adecuada en el intervalo de temperaturas de trabajo y se unan bien con las fibras de refuerzo. El material de la matriz se endurece después de que las fibras de refuerzo se hayan empapado completamente y se haya llenado la cámara del molde en la herramienta. Luego, el componente terminado se puede extraer de la herramienta. El proceso de infusión al vacío se describe, por ejemplo, en los documentos DE 102 39 325 B4 y JP4380974 B2.
Los tubos en espiral flexibles conocidos por el estado de la técnica son relativamente caros de fabricar. Deben tener paredes relativamente gruesas para no colapsar bajo el efecto del vacío. Dependiendo de los radios de curvatura en los que se colocan los tubos en espiral, las espirales se abren en diferentes grados, de modo que la liberación del material de matriz no es la misma en todas partes a lo largo del conducto de resina. Para adaptar su permeabilidad a las diferentes necesidades, se deben utilizar tubos diferentes en cada caso, cuya fabricación requiere herramientas diferentes. Por lo tanto, una adaptación variable a los diferentes requisitos de permeabilidad sólo es posible con diferentes tipos de tubos en existencias.
Los tubos corrugados se conocen por diversas aplicaciones, como por ejemplo por los documentos AT 12542 U1, DE 25 44 190 A1 o DE 29 15 691 A1. Sin embargo, los tubos corrugados todavía no se han utilizado como conductos de resina conductoras de material matriz porque, debido a su estructura de tubo corrugado, no parecían adecuados para esta aplicación.
El objeto de la presente invención es mejorar un método para producir un elemento compuesto de fibras.
El problema se resuelve para un conducto de resina genérica utilizando un tubo corrugado como conducto de resina, cuya pared tiene aberturas de paso.
El tubo corrugado propuesto es un tubo hecho de un material rígido que se puede colocar de manera flexible debido a su forma ondulada. El tubo corrugado está fabricado preferiblemente de un material termoplástico, tal como poliamida, polietileno, cloruro de polivinilo, politetrafluoroetileno o polipropileno. El material plástico utilizado debe tener todavía suficiente resistencia en el rango de temperatura de trabajo del material de matriz para no colapsar bajo el vacío en la herramienta y/o ablandarse o licuarse debido al calor del material de matriz o los disolventes contenidos en el mismo de manera que el material de matriz ya no se pueda distribuir de forma segura en la herramienta o el material de la matriz se contamine con el material del tubo corrugado.
La pared del tubo corrugado tiene un diámetro que cambia en forma de ondas a lo largo de su longitud. Dependiendo del material utilizado, el espesor de la pared del material se puede reducir entre 0,2 y 0,4 mm en comparación con los tubos en espiral. Las ondas del tubo corrugado pueden estar diseñadas en forma de anillo paralelo o en forma de espiral, lo que puede mejorar el comportamiento de flujo del material de matriz. Debido a la forma de onda de la pared, tiende a producirse turbulencia en el material de la matriz durante el flujo, lo que reduce la velocidad del flujo.
Sin embargo, a bajas velocidades de flujo del material de matriz, estos efectos son insignificantes.
Sin embargo, es ventajosa la distribución más homogénea de la temperatura del material de matriz a lo largo de la sección transversal del conducto de resina, especialmente al inicio de la infusión, que se produce debido a las turbulencias.
Las ondas del tubo corrugado crean una mayor rigidez y capacidad de carga en la dirección radial del tubo corrugado en comparación con una superficie de pared lisa. Sin embargo, en dirección longitudinal, debido a la forma ondulada de la pared, el tubo corrugado también se puede deformar fácilmente en radios de curvatura que el tubo corrugado debe aceptar para poder insertarse en una herramienta determinada.
Esto hace que un tubo corrugado sea un material ideal para satisfacer los requisitos de rigidez bajo la influencia del vacío, pero también los requisitos de flexibilidad para la instalación fácil de un conducto de resina en una herramienta.
El material del tubo corrugado se puede almacenar y transportar fácilmente como un material extruido sin fin enrollado sobre eje. El material de tubería corrugada necesario para un proceso de fabricación se puede cortar a partir de rollos sin fin de cualquier longitud. Esto reduce al mínimo los residuos de corte.
El tubo corrugado presenta aberturas de paso a través de las cuales puede salir el material de matriz desde el interior del tubo corrugado hacia el exterior. Las aberturas de paso están dimensionadas y conformadas de tal manera que, dependiendo de la viscosidad y el comportamiento del flujo del material de matriz utilizado y del recorrido deseado de los frentes de flujo dentro de la herramienta, emane una cantidad exactamente adecuada del material de matriz en el lugar deseado durante la fase de impregnación. Las aberturas de paso pueden estar formadas en la zona valle o en la zona superior de la onda o extenderse a lo largo de una o más ondas.
Según una forma de realización de la invención, el conducto de resina está cubierto con un medio auxiliar de flujo y/o con un vellón. Una ayuda de flujo consiste en un tejido similar a una malla que permite que el material de matriz fluya incluso bajo la presión de vacío de una película superpuesta. La ayuda al flujo también es ventajosa para distribuir lo más uniformemente posible el material de matriz que sale del tubo corrugado.
Dado que la herramienta en el proceso de infusión puede cubrirse con un material de matriz o una película impermeable a los gases, es posible que sin una capa de ayuda de flujo, la abertura de paso quede cerrada por la película, especialmente cuando se aplica el vacío, de modo que entonces ningún material de la matriz puede escapar a través de esta abertura de paso.
El medio auxiliar de flujo impide que la abertura de paso quede cerrada por una película. El vellón sirve especialmente para retener las burbujas de gas que se encuentran en el material de matriz. Cuando el material de matriz comienza a filtrarse a través del vellón, las burbujas de gas se desprenden de la primera espuma y el gas puede ser succionado. Si el conducto de resina está impregnado de material de matriz líquido, las burbujas de gas se adhieren a las fibras del vellón debido a su tensión superficial y no atraviesan el vellón. De este modo, el vellón retiene las burbujas de gas en el material de matriz.
El menor número de burbujas de gas en el elemento compuesto de fibra acabado aumenta su calidad. Para la invención es indiferente si el medio auxiliar de flujo o el vellón se encuentran en el exterior, si el tubo corrugado está cubierto con ambos medios.
Según una realización de la invención, la forma, el tamaño y/o la frecuencia de las aberturas de paso varían a lo largo de la longitud de una sección de tubo corrugado. Las aberturas de paso no tienen que ser uniformes a lo largo de la longitud del tubo corrugado; también es posible variar la forma, el tamaño y/o la frecuencia de las aberturas de paso a lo largo de una sección de tubo corrugado para influir específicamente en el comportamiento del flujo del material de matriz en una herramienta. Para ello, con una máquina se pueden perforar, trabajar con láser, fundir, cortar o introducir de otro modo aberturas de paso de diferentes formas, tamaños y/o frecuencias en la pared del tubo corrugado. Esto hace posible que fluya más material de matriz en una sección de herramienta en un intervalo de tiempo que en otra sección de herramienta, lo que puede ser ventajoso, por ejemplo, para elementos compuestos de fibras con diferentes espesores de material, para permitir un avance uniforme de un frente de flujo en la herramienta.
Según una forma de realización de la invención, el conducto de resina se compone de varios tramos de tubo corrugado, que están unidos entre sí mediante una pieza de acoplamiento. En particular, es posible colocar secciones de tubo corrugado con una forma, tamaño y/o frecuencia de aberturas de paso diferente junto con piezas de acoplamiento para obtener de este modo una cadena de tubo corrugado que permita que emane más o menos material de resina en ciertas secciones a lo largo de su longitud. Para hacer esto, un procesador tendría que proporcionar tubos corrugados con diferentes aberturas de paso para poder conectarlos opcionalmente en secciones para formar un conducto de resina. Alternativamente, es posible que un procesador tenga una máquina perforadora con la que pueda proporcionar un tipo de tubo corrugado con aberturas de paso de diferente forma, tamaño y/o frecuencia según los requisitos necesarios. Un procesador puede entonces producir secciones de tubos corrugados tal como se necesite en un momento dado.
Según una forma de realización de la invención, se conectan entre sí tramos de tubo corrugado de diferente diámetro mediante piezas de acoplamiento para formar un conducto de resina. Se pueden establecer diferentes relaciones de presión en las secciones correspondientes del conducto de resina utilizando diferentes diámetros. Si, por ejemplo, un conducto de resina se compone de varias secciones cuyo diámetro disminuye cuanto más alejada está la sección del punto en el que se introduce el material de matriz en el conducto de resina, la caída de presión que ocurre cuando el diámetro del conducto de resina permanece constante en toda su longitud se puede compensar al menos parcialmente.
También es posible dividir un conducto de resina más gruesa en la zona de un acoplamiento en dos hilos de conducto de resina más delgados, de modo que el material de matriz se puede alimentar a la herramienta en un área más grande sin pérdida de presión en el conducto de resina. Influyendo en la presión en el conducto de resina también se puede influir en la velocidad con la que el fluido de matriz sale de esta sección del conducto de resina. El uso de tramos de tubo corrugado con diferente diámetro también puede contribuir a una distribución más uniforme y selectiva del material de matriz en caso de un frente de flujo intencionadamente influido en una herramienta.
Se señala expresamente que las formas de realización de las invenciones descritas anteriormente pueden combinarse individualmente con el objeto de la reivindicación 1, pero también en cualquier combinación entre sí. Otras variaciones y formas de realización ventajosas de la invención se desprenden de la siguiente descripción y de los dibujos.
La invención se describirá con más detalle mediante un ejemplo de realización. Muestra:
Fig. 1: una vista de un tubo corrugado,
Fig. 2: una vista de un tubo corrugado con un auxiliar de flujo y
Fig. 3: una vista de un tubo corrugado con un vellón adicional.
En la figura 1 se muestra esquemáticamente el contorno de un tubo corrugado 2. También se indican esquemáticamente las aberturas de paso 4 que se encuentran en la pared del tubo corrugado 2. En la realización ilustrada, el tubo corrugado 2 consta de una secuencia de formaciones anulares paralelas. En el ejemplo de realización, los anillos se muestran con un contorno de sección transversal angular, pero los anillos también pueden tener una forma de sección transversal redondeada, como por ejemplo semicircular o semiovalada.
Cuando un material de matriz fluye en dirección longitudinal L a través del tubo corrugado 2, el material de matriz puede salir a través de las aberturas de paso 4 hacia el exterior.
Si el tubo corrugado 2 se inserta en una herramienta para producir un elemento compuesto de fibras, el material de matriz después de salir del tubo corrugado puede filtrarse a través de las aberturas de paso 4 hacia las fibras de refuerzo dispuestas en la herramienta y llenar la forma de la herramienta.
La figura 2 muestra una vista de un tubo corrugado que está al menos parcialmente cubierto con un medio auxiliar de flujo 6. Cuando el material de matriz sale del interior del tubo corrugado 2 a través de las aberturas de paso 4, el material de matriz pasa a la capa de fibras del medio auxiliar de flujo 6, se distribuye allí y desde allí puede penetrar más en la herramienta, arrastrado por el vacío.
El material de matriz se distribuye mejor en la herramienta sobre la superficie del auxiliar de flujo 6.
La figura 3 muestra una vista de un tubo corrugado 2, en el que el tubo corrugado 2 está cubierto con un vellón adicional. La finalidad del vellón es disolver y retener las burbujas de gas que se encuentran en el material de matriz que emerge del tubo corrugado 2 a través de las aberturas de paso 4.
El tubo corrugado según la invención se puede colocar particularmente en el borde de herramientas, donde no importa que el contorno exterior del tubo corrugado quede como impresión en el material de matriz que se endurece. Dado que las piezas de borde del elemento compuesto de fibras a menudo se separan y eliminan en tales herramientas, las impresiones del tubo corrugado en el material de matriz del elemento compuesto de fibras acabado no son visibles.
En tal aplicación, las ventajas del fácil manejo del conducto de resina, si consiste en un tubo corrugado, superan los bajos costes de adquisición de dicho conducto de resina. Lo que también es importante cuando se utiliza el tubo corrugado como conducto de resina es que el suministro del material de matriz a la herramienta se puede controlar mejor en determinados puntos mediante el uso de tubos corrugados con aberturas de paso adecuadamente diseñadas.
El ejemplo de realización descrito anteriormente sólo sirve para explicar la invención. La invención no se limita a la realización ilustrativa descrita anteriormente. No resulta difícil para un experto en la materia modificar el ejemplo de realización de la forma que considere adecuada para adaptarlo a una aplicación específica.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Método para producir un elemento compuesto de fibras, en el que se inserta un conducto de resina en una herramienta para suministrar un material de matriz líquido bajo vacío para reforzar las fibras insertadas en la herramienta, material con el que se impregnan las fibras de refuerzo, el material de matriz que también llena el molde de la herramienta y el material de matriz que se endurece después de la impregnación completa de las fibras de refuerzo y el llenado de la cámara del molde en la herramienta, caracterizado porque un tubo corrugado (2), cuya pared tiene aberturas pasantes (4), se utiliza como conducto de resina.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el conducto de resina se recubre con un medio auxiliar de flujo y/o con un vellón.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la forma, el tamaño y/o la frecuencia de las aberturas pasantes (4) varían a lo largo de la longitud de un tramo de tubo corrugado.
4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conducto de resina se compone de una pluralidad de porciones de tubo corrugado que están conectadas entre sí mediante una pieza de acoplamiento.
5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque porciones de tubo corrugado que tienen un diámetro diferente se conectan entre sí mediante piezas de acoplamiento para formar un conducto de resina.
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