ES2967523T3

ES2967523T3 - Método de fabricación de estructuras termoplásticas compuestas y cinta preimpregnada utilizada en ellas

Info

Publication number: ES2967523T3
Application number: ES17206535T
Authority: ES
Inventors: Amol Ogale
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2024-04-30
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: EP3360666B1; US11642860B2; RU2759921C2; CN108422682A; US20180229452A1; JP2018130952A; RU2017140876A; CN108422682B; EP3360666A1; KR20180093811A; KR102452272B1; RU2017140876A3

Abstract

Se produce una estructura compuesta termoplástica consolidando y formando una preforma compuesta 88 a una forma deseada. La preforma comprende capas 46 de un preimpregnado termoplástico de alta temperatura de fusión que están unidas mediante un termoplástico 54 de baja temperatura de fusión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método de fabricación de estructuras termoplásticas compuestas y cinta preimpregnada utilizada en ellas

Información sobre los antecedentes

1. Campo de la invención:

La presente divulgación generalmente se refiere a las estructuras compuestas, y trata más particularmente de un método de preparar una estructura de laminado compuesto usando una preforma preimpregnada termoplástica de alta temperatura.

2. Antecedentes:

Las estructuras laminadas compuestas que emplean polímeros termoplásticos de alta temperatura se consolidan típicamente a temperaturas superiores a 300 °C, y en algunos casos a 400 °C o más. En una aplicación, se coloca una preforma preimpregnada de múltiples capas y luego se forma a una forma deseada utilizando la formación de sellos u otras técnicas. La preforma se calienta a una temperatura de consolidación antes o durante el proceso de formación. Las capas se colocan utilizando, por ejemplo, máquinas de colocación automática de cinta (ATL, por sus siglas en inglés) que acoplan y compactan tiras de preimpregnado termoplástico.

Las capas de la preforma a menudo tienen diferentes formaciones de cinta, tales como capas de refuerzo y descensos de capas que crean características estructurales cuando se apilan. En consecuencia, es importante mantener el registro de las capas relativas entre sí a medida que se van colocando, y posteriormente mientras se almacenan, transportan, consolidan y/o dan forma. Una técnica para mantener el registro de capas necesario consiste en adherir las capas mediante la fusión de la cinta preimpregnada a medida que se coloca y compacta por el equipo de colocación de cinta. En el caso de un preimpregnado termoplástico de alta temperatura, se utiliza un dispositivo de alta energía, como un láser, para calentar el termoplástico a su temperatura de fusión que, como se señaló anteriormente, suele estar entre 300 °C y 400 °C o más. Este método de adherencia tiene varias desventajas. Calentar el termoplástico de alta temperatura a su temperatura de fusión puede dar como resultado una recristalización desigual del polímero durante el enfriamiento, causando variaciones no deseadas en las características del material de la estructura compuesta. Además, la velocidad con la que se puede colocar la cinta está limitada por el tiempo necesario para calentar el termoplástico de alta temperatura a su temperatura de fusión. Además, la fusión de las capas para unirlas reduce su capacidad de cizallamiento (deslizamiento entre sí) cuando se les da forma, lo que puede provocar que se arruguen o se doblen.

EP 2 894 025 A1 se titula sistema y método de unión de componentes. CAMPBELL F C ED - CAMPBELL FLAKE C: "Manufacturing processes for advanced composites, Capítulo 10 (Thermoplastic Composites: An Unfulfilled Promise)", 1 de enero de 2004 (2004-01-01), MANUFACTURING PROCESSES FOR ADVANCED COMPOSITES, ELSEVIER ADVANCED TECHNOLOGY,<o>X<f>ORD, GB, Página(s) 1 -41 se titula compuestos termoplásticos: una promesa incumplida. US 3.578.543 A se titula sello para láminas de plástico. US 3.578.543 A se titula colocación asistida por láser de material compuesto velado.

US 5087311 A, de acuerdo con su resumen, establece que una pieza de tela, preferiblemente de espuma, está laminada a un sustrato cóncavo y rígido, tal como una cubierta de fibra de vidrio para un techo de automóvil, mediante: a) recubrimiento del reverso del tejido con un adhesivo activable por calor, por ejemplo, una poliamida en polvo; b) colocación de la cara adhesiva del tejido contra la cara cóncava del sustrato; c) precalentado de un troquel macho perforado que tenga una forma complementaria a la del sustrato; d) presión de la matriz contra el tejido; e) expulsión de un chorro de vapor sobrecalentado, preferiblemente vapor, a través del tejido, activando así el adhesivo; f) enfriamiento del adhesivo hasta que endurezca; y g) liberación del artículo laminado de la matriz. El tratamiento con el vapor sobrecalentado estira permanentemente la tela en las concavidades, evitando la delaminación después de la liberación del artículo del troquel.

Breve descripción de la invención

La divulgación se refiere en general a las estructuras compuestas, y más específicamente a las láminas compuestas que emplean polímeros termoplásticos de alta temperatura.

De acuerdo con una realización, se proporciona un método para preparar una preforma compuesta termoplástica. El método incluye ensamblar una pila de capas compuestas termoplásticas de alta temperatura de fusión, e introducir un termoplástico de baja temperatura de fusión entre las capas compuestas. El método también incluye adherir las capas compuestas termoplásticas de alta temperatura de fusión juntas mediante la fusión del termoplástico de baja temperatura de fusión. La introducción del termoplástico de baja temperatura de fusión incluye la aplicación de partículas del termoplástico de baja temperatura de fusión en una superficie de cada una de las capas.

De acuerdo con un ejemplo, se puede proporcionar un método para preparar una estructura compuesta termoplástica. El método consiste en producir una preforma compuesta con capas termoplásticas reforzadas con fibra, en donde las capas incluyen un termoplástico de alta temperatura de fusión y un termoplástico de baja temperatura de fusión. El método también incluye adherir las capas mediante la fusión del termoplástico de baja temperatura de fusión, y la consolidación de la preforma compuesta.

De acuerdo con otro ejemplo, puede proporcionarse un método para preparar una tira de material compuesto para su uso en la fabricación de una estructura compuesta. El método consiste en proporcionar una tira de preimpregnado termoplástico de alta temperatura de fusión y aplicar un termoplástico de baja temperatura de fusión en la superficie de la tira de preimpregnado termoplástico de alta temperatura de fusión.

De acuerdo con otra realización, se proporciona una cinta compuesta termoplástica que comprende una tira de preimpregnado termoplástico de alta temperatura de fusión, y un termoplástico de baja temperatura de fusión adherido a una superficie de la tira de preimpregnado termoplástico de alta temperatura de fusión. El termoplástico de baja temperatura de fusión tiene una temperatura de fusión que está por debajo de la temperatura de fusión de la tira de preimpregnado termoplástico de alta temperatura de fusión. Las partículas del polímero termoplástico de baja fusión se aplican en la superficie de la tira.

De acuerdo con otra realización, una preforma compuesta termoplástica comprende una pila de capas de preimpregnado termoplástica que tiene una temperatura de fusión a la que las capas se pueden consolidar, y un polímero termoplástico que une las capas. El polímero termoplástico tiene una temperatura de fusión por debajo de la temperatura de fusión del preimpregnado termoplástico. Las partículas del polímero termoplástico se aplican sobre una superficie de cada una de las capas.

Una de las ventajas de las realizaciones divulgadas es que las capas de un laminado termoplástico de alta temperatura se pueden unir y mantener en registro sin la necesidad de fundir el polímero de alta temperatura. Por lo tanto, las estructuras laminadas compuestas se pueden producir con características de material más uniformes. Otra ventaja es que se puede aumentar la velocidad de la capa de la cinta, y se pueden utilizar fuentes de energía térmica de menor potencia para lograr el pegado de la capa. Otra ventaja es que las capas tienen una mayor capacidad de cizallamiento ya que se están formando hasta la forma final, reduciendo así la posibilidad de arrugarse o doblarse.

Las características, funciones y ventajas se pueden lograr independientemente en varias realizaciones de la presente divulgación o pueden combinarse en otras realizaciones en las que se pueden ver más detalles con referencia a la siguiente descripción y dibujos.

Breve descripción de las figuras

Los rasgos novedosos que se consideran característicos de las realizaciones ilustrativas se exponen en las reivindicaciones adjuntas. Sin embargo, las realizaciones ilustrativas, así como el modo preferido de uso, los objetivos adicionales y las ventajas de las mismas, se entenderán mejor haciendo referencia a la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa de la presente divulgación cuando se lea junto con los dibujos adjuntos, en donde:

La Figura 1 es una ilustración de una vista en perspectiva de una estructura de laminado compuesto termoplástico de alta temperatura.

La Figura 2 es una ilustración de la vista de perspectiva de una pila de capas utilizada para producir la estructura mostrada en la Figura 1, ligeramente explotada para mostrar mejor las capas individuales.

La Figura 3 es una ilustración de una vista de perspectiva del equipo de colocación de cinta automática que coloca una capa, en donde una fuente de energía térmica funde las partículas termoplásticas de baja temperatura en la superficie de la capa.

La Figura 4 es una ilustración de una vista transversal tomada a lo largo de la línea 4-4 en la Figura 3, en donde el espaciamiento entre las capas se exagera para revelar la adherencia termoplástica a baja temperatura.

La Figura 5 es una ilustración similar a la Figura 4, pero muestra las capas que se han consolidado.

La Figura 6 es una ilustración de una vista en planta de una sección de cinta preimpregnada termoplástica de alta temperatura de fusión que tiene partículas de termoplástico de baja temperatura que se han aplicado a una superficie de la misma.

La Figura 7 es una ilustración de una vista posterior de la cinta preimpregnada que se muestra en la Figura 6.

La Figura 8 es una ilustración de una vista en planta de una sección de cinta preimpregnada en la que se ha aplicado termoplástico de baja temperatura fundido en un patrón continuo pero aleatorio.

La Figura 9 es una ilustración similar a la Figura 8, pero en donde el patrón se repite.

La Figura 10 es una ilustración de una vista diagramática de un aparato para aplicar un polímero termoplástico de baja temperatura en la superficie de una cinta de preimpregnada termoplástica de alta temperatura.

La Figura 11 es una ilustración de una vista diagramática de un método de hacer piezas laminadas termoplásticas de alta temperatura usando una preforma producida de acuerdo con las realizaciones divulgadas.

La Figura 12 es una ilustración de un diagrama de flujo de un método para preparar partes laminadas termoplásticas de alta temperatura.

La Figura 13 es una ilustración de un diagrama de flujo de la producción de aeronaves y la metodología de servicio. La Figura 14 es una ilustración de un diagrama de bloques de una aeronave.

Descripción detallada

Refiriéndose primero a la Figura 1, las realizaciones divulgadas se refieren a un método de preparar una estructura laminada compuesta 20. En este ejemplo, la estructura laminada compuesta 20 es un endurecedor de canal 22 que tiene una base 24 y un par de patas 26 que forman una sección transversal en forma de U. Aunque el endurecedor de canal ilustrado 22 es recto, en otros ejemplos puede tener uno o más contornos, giros, curvaturas y/o enchufes, u otras características, y puede tener cualquiera de una variedad de formas de sección transversal, incluyendo, pero sin limitarse a, formas en "I", "J", "Z", "T", "C". El endurecedor de canal 22 es meramente ilustrativo de una amplia gama de partes y estructuras que pueden ser producidas utilizando los principios de las realizaciones divulgadas.

Refiriéndose ahora a la Figura 2, la estructura laminada compuesta 20 puede ser producida ensamblando una pila 28 de capas compuestas 30 que se adhieren juntas para formar una preforma compuesta plana 88, a veces referida como un blanco. En el ejemplo ilustrado, cada una de las capas de compuesto 30 comprende tiras 32 de cinta preimpregnada 38 colocadas lado a lado, en las que se sostiene un refuerzo de fibra 40 en una resina termoplástica de alta temperatura de fusión 46. En otros ejemplos, sin embargo, las capas compuestas 30 pueden colocarse utilizando cualquiera de diversas otras técnicas, incluyendo la colocación automática de fibra (AFP, por sus siglas en inglés), estratificación a mano, trenzado y tejido, y pueden comprender láminas (no mostradas) de preimpregnado, en lugar de tiras de preimpregnado compuesto termoplástico de alta temperatura de fusión 32. Las capas compuestas 30 pueden tener diferentes orientaciones de fibra, dependiendo de los requisitos de rendimiento para el endurecedor de canal 22. Aunque no se muestra en los dibujos, la pila 28 puede incluir una o más capas, refuerzos y/u otras características, dependiendo del programa de capas particular requerido para la aplicación.

Refiriéndose a la Figura 3, en el ejemplo ilustrado, cada una de las capas compuestas 30 se coloca usando el equipo de colocación automática de cinta (ATL) 82. El equipo ATL 82 podrá incluir un efector de extremo en forma de cabezal de colocación de cinta 36 para colocar la cinta preimpregnada compuesta 38 sobre un sustrato 48 que puede ser una herramienta (no mostrada) o una de las capas compuestas 30. La cinta preimpregnada compuesta 38 comprende un refuerzo de fibra 40 en forma de fibras de refuerzo unidireccionales sostenidas en una resina termoplástica de alta temperatura de fusión 46. En el ejemplo ilustrado, la cinta preimpregnada compuesta 38 tiene partículas de un termoplástico de baja temperatura de fusión 54 en la superficie 34 de la misma, sin embargo, como se discutirá a continuación, el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 puede estar en otras formas en la superficie 34 de la cinta 38.

Como se usa en la presente, "termoplástico de alta temperatura de fusión" 46 es un termoplástico que normalmente se funde y permite la consolidación del laminado a temperaturas superiores a aproximadamente 300 °C. Los ejemplos de un termoplástico de alta temperatura de fusión 46 incluyen, pero no se limitan a, PSU (polisulfona), PEI (polietilenimina), PEKK (polietercetonetona) y PEEK (polietertertercetona). Como se utiliza en la presente, el "termoplástico de baja temperatura de fusión" 54 es un termoplástico que se funde a temperaturas por debajo de la temperatura de fusión del termoplástico de alta temperatura de fusión 46. Ejemplos de polímeros termoplásticos de baja temperatura de fusión incluyen, pero no se limitan a, polietileno y polipropileno.

Cuando una preforma 88 que contiene termoplásticos de alta y baja temperatura de fusión se calienta a la temperatura de fusión del termoplástico de baja temperatura de fusión, el termoplástico de baja temperatura se funde, pero el termoplástico de alta temperatura no se funde. En algunos ejemplos, el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 puede tener una temperatura de fusión por debajo de aproximadamente 300 °C, sin embargo, en otros ejemplos, el termoplástico de baja temperatura de fusión puede tener una temperatura de fusión superior a 300 °C, siempre que la temperatura de fusión del termoplástico de alta temperatura de fusión esté por encima de la del termoplástico de baja temperatura de fusión. Por ejemplo, y sin limitación, en donde la temperatura de fusión del termoplástico de alta temperatura de fusión es de 340 °C, el termoplástico de baja temperatura de fusión puede tener una temperatura de fusión de 310 °C. Por lo tanto, puede ser posible utilizar un termoplástico, tal como PEEK, que tiene una temperatura de fusión de 343 °C, para unir capas de prepreimpregnado PEKK que tiene una temperatura de fusión de aproximadamente 360 °C.

Continuando refiriéndose a la Figura 3, la cinta 38 tiene un ancho "W " que dependerá de la aplicación, y en algunas aplicaciones, puede comprender cinta de corte, es decir, cortes de una cinta de un ancho más ancho. La cinta compuesta 38 se extrae de un carrete de suministro (no se muestra) en el cabezal de colocación 36 y se alimenta a un rodillo de compactación 44 que compacta la cinta 38 sobre la superficie de una capa subyacente 30 (o una herramienta) a medida que el cabezal de colocación 36 se mueve sobre el sustrato 48. El cabezal de colocación 36 se gira y desplaza automáticamente para dirigir la cinta 38 sobre el sustrato 48 en cualquier orientación de fibra deseada. A medida que el cabezal de colocación 36 se mueve sobre el sustrato 48, una fuente de calor 50 dirige la energía térmica 52 sobre un área de una capa subyacente 30 inmediatamente delante del rodillo de compactación 44.

La fuente de calor 50 puede comprender un dispositivo que genera energía térmica 52 a un nivel relativamente bajo, tal como, sin limitación, un calentador infrarrojo. Sin embargo, se pueden emplear fuentes de energía térmica más altas, tal como un láser o un haz de electrones. La fuente de calor 50 genera suficiente energía térmica 52 para fundir las partículas 62 del termoplástico de baja temperatura de fusión 54 presentes en la superficie 34 de la cinta 38. Sin embargo, la energía térmica aplicada 52 no es lo suficientemente grande como para fundir la cinta termoplástica de alta temperatura de fusión 38. En otras palabras, la fuente de calor 50 calienta la superficie 34 de la cinta 38 a una temperatura que es suficiente para fundir el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 sin fundir el termoplástico de alta temperatura de fusión 46 de la cinta preimpregnada 38. Como se señaló anteriormente, los principios de las realizaciones divulgadas son aplicables a las preformas 88 que tienen capas compuestas 30 que se colocan utilizando cualquiera de una variedad de técnicas de estratificación.

La Figura 4 es una vista transversal que muestra las partículas 62 después de haber sido fundidas por la fuente de calor 50 y posteriormente enfriadas. A medida que las partículas fundidas 62 se enfrían, se adhieren y unen las capas 30, y evitan que las capas 30 se desplacen entre sí dentro de la pila 28. En consecuencia, el registro de las capas 30 se mantiene durante todo el proceso de diseño y, posteriormente, cuando la preforma 88 se transfiere al almacenamiento o a otra estación de procesamiento para la formación y/o consolidación de formas. La Figura 5 es una vista similar a la Figura 4, pero muestra las capas 30 consolidadas como resultado de haber sido calentadas a la temperatura de fusión del termoplástico de alta temperatura de fusión 46, y compactadas.

Refiriéndose a las Figuras 6-9, el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 se puede aplicar a la superficie 34 de la cinta preimpregnada 38 en cualquiera de las diversas maneras. En las Figuras 6 y 7, el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 en forma de partículas 62 se deposita en forma seca, o alternativamente, de otras maneras que no forman parte de la invención reivindicada, el termoplástico de baja temperatura de fusión licuado 54 puede rociarse sobre la superficie 34 de la cinta 38 ya sea en un patrón aleatorio 58 (Figuras 6-8) o un patrón regular/repetitivo 60 (Figura 9). Durante el enfriamiento, las partículas secas fundidas 62 se solidifican y se adhieren a la superficie 34 de la cinta 38. En otro ejemplo, no parte de la invención reivindicada, que se muestra en la Figura 8, el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 se aplica a la cinta 38 mediante la transmisión de termoplástico de baja temperatura de fusión 54 fundido sobre la superficie 34 en un patrón continuo pero aleatorio 58. En otro ejemplo que no forma parte de la invención reivindicada, que se muestra en la Figura 9, el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 fundido se puede aplicar a la cinta 38 mediante la transmisión continua sobre la superficie 34 en un patrón repetitivo 60.

En otro ejemplo, que no forma parte de la invención reivindicada y no se muestra en las Figuras, el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 se puede aplicar a la cinta 38 pulverizando un termoplástico de baja temperatura de fusión licuado sobre toda la superficie 34 de la cinta 38. Otros patrones de aplicación son posibles, incluyendo por ejemplo y sin limitación, la aplicación de la temperatura de fusión baja termoplástico 54 en un patrón (no mostrado) tener una forma que facilita la adherencia entre las capas 30 y/o minimiza la cantidad de termoplástico de baja temperatura de fusión 54 necesario para lograr un grado deseado de adherencia entre las capas 30. Diversas otras técnicas para aplicar el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 son posibles. En el ejemplo en donde toda la superficie 34 de la cinta 38 está cubierta con termoplástico de baja temperatura de fusión 54, la energía térmica 52 puede dirigirse a la superficie de la cinta 34 de tal manera que se derrita toda o sólo una parte del termoplástico de baja temperatura de fusión 54. Por ejemplo, y sin limitación, el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 podría aplicarse en un patrón, y luego calentarse a su temperatura de fusión, para lograr la adherenica sólo en áreas específicamente seleccionadas de las capas 30 con el fin de facilitar la formación de la preforma a una forma particular. Además, el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 podría aplicarse en un patrón que facilite la creación de una preforma 88 que tenga una forma particular y/o que facilite la formación de la preforma 88 en una forma particular.

La Figura 10 ilustra diagramáticamente un sistema 72 para producir la cinta preimpregnada termoplástica de alta temperatura de fusión 38 que tiene el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 aplicado a ella como se describió anteriormente. La cinta preimpregnada termoplástica de alta temperatura de fusión 64, que puede comprender cinta de corte, se extrae de un carrete de suministro 66 más allá de un aplicador 70 que aplica el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 en la superficie 34 de la cinta preimpregnada 64. Como se ha descrito anteriormente, el aplicador 70 puede rociar, arrojar o depositar el termoplástico de baja temperatura de fusión 54, ya sea seco o en estado licuado, sobre la superficie 34 de la cinta preimpregnada 64. El termoplástico de baja temperatura de fusión aplicado 54 puede comprender partículas, o una corriente de material fundido intermitente o continuo que cubre una porción o toda el área de la superficie 34 de la cinta 38.

En algunas realizaciones, que no forman parte de la invención reivindicada, el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 aplicado por el aplicador 70 puede estar en una forma fundida que se adhiere a la superficie 34 de la cinta 38 poco después del contacto. En otros ejemplos, el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 se calienta a su temperatura de fusión por una fuente de energía térmica 74, tal como, por ejemplo y sin limitación, un calentador infrarrojo (no mostrado), después de lo cual la cinta 38 pasa a través de un enfriador 76, enfriando así el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 de tal manera que se solidifica y se adhiere a la superficie 34 de la cinta 38. La cinta preimpregnada terminada 38 pasa a través de uno o más rodillos conducidos o pasivos 78 antes de ser arrastrada sobre un carrete de recogida 80. El carrete 80 puede ser utilizado como un suministro de la cinta preimpregnada 38 que se porta en el cabezal de colocación de cinta 36 (Figura 3) que alimenta la cinta 38 al rodillo de compactación 44 que compacta la cinta 38 sobre el sustrato 48.

La Figura 11 ilustra diagramáticamente un sistema de producción para la fabricación de piezas compuestas termoplásticas utilizando los principios de las realizaciones divulgadas. El equipo ATL 82 puede incluir un efector extremo 84, tal como el cabezal de colocación de cinta 36 descrito anteriormente, operado por un manipulador controlado numéricamente, que puede incluir, sin limitación, un robot 85. El robot 85 coloca un grupo 92 preformas 88, cada una comprende una pluralidad de capas preimpregnadas termoplásticas de alta temperatura de fusión 30 que están adheridas entre sí por un termoplástico de baja temperatura de fusión 54, como se discutió anteriormente. Las preformas 88 se consolidan individualmente, o como un grupo en una prensa de consolidación adecuada 90, y a partir de entonces tal vez se acumulan como una pila 94. Las preformas 88 pueden extraerse individualmente de la pila 94 y transferirse por un transbordador 96 o medios a un horno 98 en donde se calientan al menos a la temperatura de fusión del preimpregnado termoplástico de alta temperatura 46. Cada una de las preformas calentadas 88 se coloca entonces en una máquina formadora, tal como, sin limitación, una prensa de estampado 100 en donde se forma a la forma deseada de la parte entre un par de herramientas combinadas 102. Otras técnicas de formación son posibles, incluyendo, pero sin limitarse a, la compactación de bolsas de vacío, el procesamiento de autoclave y la formación de cortinas.

La atención se dirige ahora a la Figura 12 que ilustra ampliamente los pasos de un método de preparar una estructura compuesta 20 de acuerdo con las realizaciones divulgadas. A partir de 104, un termoplástico de baja temperatura de fusión 54 se aplica en la superficie 34 de una pluralidad de capas compuestas termoplásticas de alta temperatura de fusión 30. En 106, las capas compuestas termoplásticas de alta temperatura de fusión 30 se ensamblan en una pila 94. La pila 94 se puede ensamblar mediante la colocación de las capas 30 utilizando técnicas automatizadas o manuales de estratificación, como se ha descrito anteriormente. En 108, se forma una preforma compuesta termoplástica de alta temperatura de fusión 88, que incluyendo la adherencia de las capas compuestas termoplásticas de alta temperatura de fusión 30 juntas por la fusión de la temperatura de fusión baja termoplástica 54, como calentando el termoplástico de baja temperatura de fusión a su temperatura de fusión. El termoplástico de baja temperatura de fusión 54 puede introducirse entre las capas 30 aplicando el termoplástico de baja temperatura de fusión 54 en licuado, en un método que no sea parte de la invención reivindicada, o en forma seca a la superficie 34 de las capas 30. En 110, la preforma 88 se consolida y se le da la forma deseada, incluyendo el calentamiento de la preforma y la fusión de las capas compuestas termoplásticas de alta temperatura de fusión 30.

Las realizaciones de la divulgación pueden ser utilizadas en diversas aplicaciones potenciales, particularmente en la industria del transporte, incluyendo, por ejemplo, aplicaciones aeroespaciales, marinas, automotrices y otras aplicaciones en donde se utilizan piezas de compuestos termoplásticos. Por lo tanto, refiriéndose ahora a las Figuras 13 y 14, las realizaciones de la divulgación pueden utilizarse en el contexto de un método de fabricación y servicio de aeronaves 112 como se muestra en la Figura 13 y una aeronave 114 como se muestra en la Figura 14. Las aplicaciones en aeronaves de las realizaciones divulgadas pueden incluir, por ejemplo, sin limitación, los refuerzos estructurales utilizados en el fuselaje 137 de la aeronave 114. Durante la preproducción, el método ejemplar 112 puede incluir la especificación y el diseño 116 de la aeronave 114 y la adquisición de materiales 118. Durante la producción, se lleva a cabo la fabricación de componentes y subconjuntos 120 y la integración de sistemas 122 de la aeronave 114. A partir de entonces, el avión 114 podrá pasar por la certificación y entrega 124 para ser puesto en servicio 126. Mientras está en servicio por un cliente, la aeronave 114 está programada para el mantenimiento y servicio de rutina 128, que también puede incluir modificación, reconfiguración, renovación, etc.

Cada uno de los procesos del método 112 puede ser realizado o llevado a cabo por un integrador de sistemas, un tercero, y/o un operador (por ejemplo, un cliente). A efectos de esta descripción, un integrador de sistemas puede incluir, sin limitación, a cualquier número de fabricantes de aeronaves y subcontratistas de sistemas principales; un tercero puede incluir, sin limitación, cualquier número de vendedores, subcontratistas y proveedores; y un operador puede ser una compañía aérea, una empresa de arrendamiento financiero, una entidad militar, una organización de servicios, etc. Las piezas y estructuras termoplásticas compuestas de alta temperatura de acuerdo con las realizaciones divulgadas pueden emplearse como parte de la adquisición de materiales 118, fabricación de componentes y subconjuntos 120, fuselaje 130 y el interior 134 de la aeronave 114.

Como se muestra en la Figura 14, la aeronave 114 producida por el método ejemplar 112 puede incluir un fuselaje 130 con una pluralidad de sistemas 132 y un interior 134. Ejemplos de sistemas de alto nivel 132 incluyen uno o más de un sistema de propulsión 136, un sistema eléctrico 138, un sistema hidráulico 140 y un sistema ambiental 142. Se puede incluir cualquier número de otros sistemas. Aunque se muestra un ejemplo aeroespacial, los principios de la divulgación pueden aplicarse a otras industrias, tales como las industrias marina y automotriz.

Los sistemas y métodos incluidos en la presente pueden emplearse durante cualquiera o más de las etapas del método de producción y servicio 112. Por ejemplo, los componentes o subconjuntos correspondientes al proceso de producción 120 pueden fabricarse o fabricarse de manera similar a los componentes o subconjuntos producidos mientras la aeronave 114 está en servicio. Además, una o más realizaciones de aparatos, realizaciones de métodos, o una combinación de las mismas pueden utilizarse durante las etapas de producción 120 y 122, por ejemplo, acelerando sustancialmente el montaje o reduciendo el costo de una aeronave 114. Del mismo modo, una o más de las realizaciones del aparato, las realizaciones del método, o una combinación de las mismas se pueden utilizar mientras la aeronave 114 está en servicio, por ejemplo y sin limitación, el mantenimiento y servicio 128.

Como se usa en la presente, la frase "al menos uno de", cuando se usa con una lista de artículos, significa que se pueden usar diferentes combinaciones de uno o más de los artículos enumerados y sólo uno de cada artículo de la lista puede ser necesario. Por ejemplo, "al menos uno del artículo A, artículo B y artículo C" puede incluir, sin limitación, el artículo A, artículo A y artículo B, o el artículo B. Este ejemplo también puede incluir el artículo A, artículo B, artículo B y artículo C, o el artículo B y el artículo C. El artículo puede ser un objeto, cosa o una categoría en particular. En otras palabras, al menos uno de los medios de cualquier artículo combinado y número de artículos pueden ser utilizados de la lista, pero no todos los artículos de la lista son necesarios.

La descripción de las diferentes realizaciones ilustrativas se ha presentado con fines de ilustración y descripción, y no pretende ser exhaustiva o limitada a las realizaciones en la forma divulgada. Muchas modificaciones y variaciones serán aparentes para los expertos en la técnica. Además, las diferentes realizaciones ilustrativas pueden proporcionar diferentes ventajas en comparación con otras realizaciones ilustrativas. La realización o las realizaciones seleccionadas se eligen y describen con el fin de explicar mejor los principios de las realizaciones, la aplicación práctica, y para permitir que otros expertos en la técnica entiendan la divulgación de varias realizaciones con diversas modificaciones que se adapten al uso particular contemplado.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método de fabricación de una preforma compuesta termoplástica (88), que comprende:

ensamblar una pila (28) de capas termoplásticas compuestas de alta temperatura de fusión (46);

introducir un termoplástico de baja temperatura de fusión (54) entre las capas compuestas (46); y

adherir las capas compuestas termoplásticas de alta temperatura de fusión (46) mediante la fusión del termoplástico de baja temperatura de fusión (54), en donde la introducción del termoplástico de baja temperatura de fusión (54) incluye la aplicación de partículas (62) del termoplástico de baja temperatura de fusión (54) sobre una superficie (34) de cada uno de las capas (46).

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde:

introducir el termoplástico de baja temperatura de fusión (54) incluye aplicar el termoplástico de baja temperatura de fusión (54) a una superficie (34) de cada una de las capas (46), por lo que el termoplástico de baja temperatura de fusión (54) se encuentra entre las capas (46), y

fundir el termoplástico de baja temperatura de fusión (54) incluye calentar el termoplástico de baja temperatura de fusión (54) en la superficie (34) de cada una de las capas (46) a la temperatura de fusión del termoplástico de baja temperatura de fusión (54).

3. El método de conformidad con la reivindicación 1 o 2, en donde introducir el termoplástico de baja temperatura de fusión (54) incluye aplicar termoplástico de baja temperatura de fusión licuado (54) sobre una superficie (34) de las capas (46).

4. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde ensamblar una pila (28) incluye colocar tiras (32) del preimpregnado compuesto termoplástico de alta temperatura de fusión (64) que tiene el termoplástico de baja temperatura de fusión (54) en una superficie (34) del mismo.

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, en donde fundir el termoplástico de baja temperatura de fusión (54) incluye calentar el termoplástico de baja temperatura de fusión (54) debajo de las tiras (32) a medida que las tiras (32) del preimpregnado compuesto termoplástico de alta temperatura de fusión (64) están siendo colocadas.

6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde introducir el termoplástico de baja temperatura de fusión (54) incluye la aplicación del termoplástico de baja temperatura de fusión (54) sobre una superficie (34) de las capas compuestas termoplásticas de alta temperatura de fusión (46) mediante el depósito de partículas secas (62) del termoplástico de baja temperatura de fusión (54) en la superficie (34).

7. Una cinta compuesta termoplástica (64), que comprende:

una tira (32) de preimpregnado termoplástico de alta temperatura de fusión (64); y

un termoplástico de baja temperatura de fusión (54) adherido a una superficie (34) de la tira de preimpregnado termoplástico de alta temperatura de fusión (64), en donde el termoplástico de baja temperatura de fusión (54) tiene una temperatura de fusión que está por debajo de la temperatura de fusión de la tira (32) de preimpregnado termoplástico de alta temperatura de fusión (64), en donde las partículas (62) del polímero termoplástico de baja fusión (54) se aplican en la superficie (34) de la tira.

8. La cinta compuesta termoplástica (64) de conformidad con la reivindicación 7, en donde:

la temperatura de fusión de la tira (32) de preimpregnado termoplástico de alta temperatura de fusión (64) está por encima de aproximadamente 300 °C, y

la temperatura de fusión del termoplástico de baja temperatura de fusión (54) es inferior a aproximadamente 300 °C.

9. La cinta compuesta termoplástica de conformidad con la reivindicación 7 u 8, en donde:

la tira de prepreimpregnado termoplástico de alta temperatura de fusión (64) es uno de PSU, PEI, PEKK y PEEK, y el termoplástico de baja temperatura de fusión (54) es uno de polietileno y polipropileno.

10. Una preforma compuesta termoplástica (88), que comprende:

una pila (28) de capas (30) de preimpregnado termoplástico (46) que tiene una temperatura de fusión a la que se puedan consolidar las capas (30), y

un polímero termoplástico (54) que une las capas (30), el polímero termoplástico tiene una temperatura de fusión por debajo de una temperatura de fusión del preimpregnado termoplástico (46), en donde las partículas (62) del polímero termoplástico (54) se aplican sobre una superficie (34) de cada una de las capas (30).

11. La preforma compuesta termoplástica (88) de conformidad con la reivindicación 10, en donde:

la temperatura de fusión del preimpregnado termoplástico (46) está por encima de aproximadamente 300 °C, y el polímero termoplástico (54) tiene una temperatura de fusión por debajo de aproximadamente 300 °C.