ES3055459T3 - Method of repairing damage to a thermoplastic composite element - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para reparar daños en un elemento compuesto termoplástico, en particular un componente aeronáutico, en el que se fresa un receptáculo (14) en el punto dañado del elemento compuesto termoplástico (10). A continuación, se forma en dicho receptáculo un parche a partir de un material termoendurecible que contiene una fase de refuerzo de capas de tejido y una matriz de resina termoendurecible. Dicho parche tiene una forma y un tamaño que se ajustan a la geometría del receptáculo (14). A continuación, se cura el parche y, finalmente, el parche curado (13) se pega al receptáculo (14) mediante un adhesivo (9). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Procedimiento de reparación de daños en un elemento compuesto termoplástico

[0003] Campo de la invención

[0004] La invención se relaciona con un procedimiento de reparación de daños en un elemento compuesto termoplástico, en particular un elemento de aeronave dañado durante su funcionamiento.

[0005] Estado de la técnica

[0006] Uno de los problemas asociados al funcionamiento de elementos fabricados con materiales compuestos termoplásticos es la aparición de daños causados por el golpe de un objeto externo o de grietas resultantes del intenso movimiento estructural de la estructura compuesta. Reparación de estructuras dañadas por medio de soldadura, mecánica o asistida por energía. En estos casos, la reparación consiste en soldar fragmentos del elemento compuesto termoplástico dañado.

[0007] En los procedimientos utilizados actualmente para soldar elementos hechos de compuestos termoplásticos, y por tanto también para reparar elementos dañados hechos de estos compuestos, se utiliza el efecto de plastificación de una matriz polimérica del compuesto termoplástico cuando se somete a altas temperaturas; sin embargo, esto requiere calentar los bordes del elemento dañado a temperaturas cercanas al punto de fusión del polímero de la matriz. En el caso de polímeros con un punto de fusión elevado, tal como la polieteretercetona (PEEK), es necesario suministrar grandes cantidades de calor para garantizar la temperatura en la zona de soldadura incluso por encima de 340°C, lo que no es posible en todas las condiciones.

[0008] Por otra parte, en los procedimientos que utilizan otras formas de calentamiento local de los fragmentos soldados de un elemento termoplástico dañado, tales como los procedimientos ultrasónicos, de inducción o de electrofusión, es necesario utilizar equipos a ambos lados de la superficie del elemento reparado, lo que no siempre es posible en el caso de lugares de difícil acceso. Además, la reparación de estructuras dañadas con una curvatura claramente marcada requiere el uso de un elemento de reparación con una curvatura reproducida con precisión. Esto requiere la fabricación de herramientas específicas para formar el elemento de reparación.

[0009] El documento WO 2017/081456 A1 desvela un procedimiento de reparación de daños en un elemento compuesto termoplástico de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

[0010] Sumario de la invención

[0011] El objetivo de la presente invención era proporcionar un procedimiento de reparación de daños en un elemento compuesto termoplástico desprovisto de las desventajas antes mencionadas de las soluciones conocidas, y en particular un procedimiento que permita reparar elementos dañados de una estructura termoplástica con geometría variable sin necesidad de ajustar el utillaje utilizado cada vez, así como eliminar la necesidad de utilizar utillaje especial para moldear compuestos termoplásticos y la necesidad de suministrar grandes cantidades de calor a la zona a reparar, incluso en el caso de compuestos termoplásticos con una matriz de polímeros de alta fusión, como por ejemplo PEEK.

[0012] El objeto de la invención es un procedimiento de reparación de daños en un elemento compuesto termoplástico, en particular un elemento aeronáutico, en el que se fresa un zócalo en el lugar del daño en el elemento compuesto termoplástico. A continuación, se forma en este zócalo un parche de material termoendurecible que comprende una fase de refuerzo de capas de tejido y una matriz de resina termoendurecible, dicho parche tiene una forma y un tamaño correspondientes a la geometría del zócalo. En el siguiente paso del procedimiento, el parche se cura y finalmente el parche curado se pega en el zócalo mediante un adhesivo, en el que en la etapa de formación del parche en el zócalo, se colocan secuencialmente los siguientes:

[0013]  una capa separadora en forma de película o agente separador;

[0014]  secciones de las capas de tejido que constituyen la fase de refuerzo del material termoendurecible, impregnadas con una matriz de resina termoendurecible, en la que el número de capas de tejido, su espesor total, así como la forma y el tamaño de las secciones individuales corresponden a la geometría del zócalo; y, a continuación, tal parche preparado se cubre sucesivamente con: una lámina separadora perforada, un tejido absorbente, una lámina separadora, una manta calefactora, un tejido transpirable y una lámina de vacío, y todo el paquete de reparación así formado se sella a la superficie del componente compuesto termoplástico reparado mediante una cinta de sellado, preferentemente una cinta de butilo.

[0015] Preferentemente, el zócalo se fresa por capas para formar una estructura escalonada en la superficie dañada del elemento de material compuesto termoplástico.

[0016] Preferentemente, una vez que el paquete de reparación se fija a la superficie del elemento compuesto termoplástico que se va a reparar, se bombea aire fuera del paquete de reparación.

[0017] Preferentemente, el parche de material termoendurecible se cura utilizando una manta calefactora provista de una fuente de alimentación portátil externa y un dispositivo de control.

[0018] Preferentemente, el adhesivo es un adhesivo termoendurecible, pero también es posible utilizar otros adhesivos aplicados como una capa fina y curable como resultado de una reacción química, por ejemplo, entre los componentes de un adhesivo de dos componentes.

[0019] En la realización que utiliza el adhesivo termoendurecible como adhesivo, preferentemente en la etapa de pegar el parche curado en el zócalo, la capa adhesiva se aplica a la superficie de contacto del zócalo y el parche curado, a continuación el parche curado se presiona en el zócalo, y después sobre el parche curado colocado en el zócalo se colocan secuencialmente los siguientes elementos: la lámina separadora perforada, el tejido absorbente, la lámina separadora, la manta calefactora, el tejido transpirable y la lámina de vacío, y después todo el paquete de vacío así formado se sella a la superficie del elemento compuesto termoplástico a reparar por medio de la cinta de sellado, preferentemente una cinta de butilo, se bombea aire fuera del paquete y se cura la capa adhesiva utilizando una manta calefactora provista de la fuente de alimentación portátil externa y el dispositivo de control.

[0020] Preferentemente, en el compuesto termoplástico la matriz es polieteretercetona (PEEK) y la fase de refuerzo es fibra de carbono.

[0021] Preferentemente, se utilizan capas de tejido de fibra de carbono como fase de refuerzo del material termoendurecible. Preferentemente, se utiliza una resina epoxi como matriz del material termoendurecible.

[0022] El procedimiento de acuerdo con la invención permite la reparación de daños en un elemento compuesto termoplástico que puede implementarse en condiciones de hangar, sin necesidad de utilizar equipos complicados y costosos, sin necesidad de suministrar grandes cantidades de calor a la zona reparada, y al mismo tiempo manteniendo una alta calidad del daño reparado, garantizando su suficiente resistencia mecánica.

[0023] Breve descripción de las figuras del dibujo

[0024] El procedimiento de acuerdo con la invención en una realización se ilustra en el dibujo, en el que la fig.1 muestra la etapa de curar un parche de material termoestable en un zócalo fresado en un elemento compuesto termoplástico dañado, y la fig. 2 muestra la etapa de pegar el parche curado del material compuesto termoestable en el zócalo fresado en el elemento compuesto termoplástico dañado.

[0025] Descripción detallada de una realización ejemplar de la invención

[0026] En la realización ejemplar del procedimiento de acuerdo con la invención, el elemento dañado a reparar está hecho de un compuesto termoplástico, en el que la matriz es polieteretercetona (PEEK) y la fase de refuerzo es fibra de carbono.

[0027] Después de identificar el daño en la primera etapa de reparación, se fresa un zócalo 14 en el lugar del daño del elemento compuesto termoplástico 10, realizándose el fresado por capas para formar una estructura escalonada en la superficie del daño del elemento compuesto termoplástico 10. De este modo, la forma irregular original del daño identificado (por ejemplo, una grieta, una cavidad) se sustituye por una cavidad fresada con la denominada gradación escalonada, formada por la eliminación del composite termoplástico capa a capa de la zona dañada, comenzando desde el punto más profundo del daño hasta la superficie del elemento reparado, siendo la superficie de cada capa eliminada sucesivamente mayor que la anterior.

[0028] A continuación, se forma un parche de reparación en el zócalo 14, dicho parche está hecho de un material termoendurecible que contiene una fase de refuerzo de capas de tejido y una matriz de una resina termoendurecible.

[0029] En la realización ejemplar, la fase de refuerzo del material termoendurecible está hecha de capas de tejido de fibra de carbono 11, y la matriz es resina epoxi. Como se muestra en la Fig.1, en la etapa de formación del parche, el zócalo 14 se reviste con una capa separadora 1, que en la realización ejemplar es lámina Tooltec<®>A007 de Airtech [cinta de lámina de tereftalato de polietileno (PTFE) reforzada con fibra de vidrio y provista de una capa de adhesivo de silicona]. A continuación, las secciones de las capas de tejido 11 que constituyen la fase de refuerzo del material termoendurecible impregnado con una matriz de resina termoendurecible se colocan en el zócalo 14, de forma que el número de capas de tejido 11, su grosor total, así como la forma y el tamaño de las secciones individuales corresponden a la geometría del zócalo fresado 14. Tal parche preparado se cubre sucesivamente con: una lámina separadora perforada 2 (que en la realización ejemplar es la lámina RF-2500-RED-30-1370-NP-NP-FNS), un tejido absorbente 3 [que en la realización ejemplar es el tejido de poliamida delaminante Econostitch<®>de Airtech], una lámina separadora 4 [que en la realización ejemplar es la lámina RF-2500-RED-30-1370-PIN-P3-FNS], una manta calefactora 5 [que en la realización ejemplar es una manta calefactora con una fuente de alimentación portátil Leslie y un dispositivo de control], un tejido transpirable 6 [que en la realización ejemplar es la esterilla de poliéster de peso medio Econoweaver<®>44 de Airtech] y una lámina de vacío 7 [que en la realización ejemplar es la lámina de poliamida Wrightlon<®>5400 de Airtech]. Todo el paquete de reparación así formado se sella a la superficie del componente compuesto termoplástico 10 que se está reparando mediante una cinta de sellado 8, que en la realización ejemplar es una cinta de butilo. A continuación, se bombea aire fuera del paquete de reparación adherido y sellado, y el parche se cura por medio de una manta calefactora 5 provista de una fuente de alimentación portátil externa y un dispositivo de control 12. En otras palabras, el curado del parche tiene lugar en el zócalo 14 revestido con una capa separadora 1, de forma que el parche curado 13 tiene una forma que refleja con exactitud la geometría del zócalo 14 fresado en el elemento reparado y llena completamente el zócalo. El parche curado 13 así preparado se pega en el zócalo 14 por medio de un adhesivo 9, que en la realización ejemplar es un adhesivo termoendurecible, tal como LOCTITE EA 9323 pasta adhesiva epoxi de dos componentes de Henkel. En esta etapa se aplica una capa de adhesivo termoendurecible a la superficie de contacto del zócalo 14 y el parche curado 13, y a continuación se presiona el parche curado 13 en el zócalo 14. A continuación, se colocan secuencialmente los siguientes elementos sobre el parche curado (13) colocado en el zócalo (14): la película separadora perforada 2, el tejido absorbente 3, la lámina separadora 4, la manta calefactora 5, el tejido transpirable 6 y la lámina de vacío 7. Todo el paquete de vacío así formado se sella a la superficie del elemento compuesto termoplástico reparado 10 mediante una cinta de sellado 8, que en la realización ejemplar es una cinta de butilo. Se bombea aire fuera del paquete y se cura la capa de adhesivo termoendurecible mediante la manta calefactora 5 provista de la fuente de alimentación portátil externa y el dispositivo de control 12. El parche 13 curado y pegado de forma permanente impide que se sigan propagando los daños.

[0030] Lista de referencias en los dibujos

[0031] 1 capa separadora

[0032] 2 láminas separadoras perforadas

[0033] 3 tejido absorbente

[0034] 4 láminas separadoras

[0035] 5 manta eléctrica

[0036] 6 tejido transpirable

[0037] 7 lámina de vacío

[0038] 8 cinta de sellado

[0039] 9 adhesivo

[0040] 10 elemento compuesto termoplástico

[0041] 11 secciones de capas de tejido

[0042] 12 fuente de alimentación portátil externa y dispositivo de control

[0043] parche curado

[0044] zócalos

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento de reparación de daños en un elemento compuesto termoplástico, en particular un elemento aeronáutico, en el que

se fresa un zócalo (14) en el lugar del daño del elemento compuesto termoplástico (10), a continuación en dicho zócalo se forma un parche a partir de un material termoendurecible que contiene una fase de refuerzo de capas de tejido y una matriz de resina termoendurecible, dicho parche tiene una forma y tamaño correspondientes a la geometría del zócalo, a continuación se cura el parche y finalmente el parche curado (13) se pega en el zócalo (14) mediante un adhesivo (9),caracterizado en que

en la etapa de formación del parche en el zócalo (14), se colocan secuencialmente los siguientes:

- una capa separadora (1) en forma de película o de agente separador;

- secciones de las capas de tejido (11) que constituyen la fase de refuerzo del material termoendurecible, impregnadas de una matriz de resina termoendurecible, en las que el número de capas de tejido (11), su espesor total, así como la forma y el tamaño de las secciones individuales, corresponden a la geometría del zócalo (14);

y, a continuación, tal parche preparado se cubre sucesivamente con: una lámina separadora perforada (2), un tejido absorbente (3), una lámina separadora (4), una manta calefactora (5), un tejido transpirable (6) y una lámina de vacío (7),

y todo el paquete de reparación así formado se sella a la superficie del componente compuesto termoplástico (10) que se está reparando por medio de una cinta de sellado (8), preferentemente una cinta de butilo.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1,caracterizado en queel zócalo (14) se fresa por capas para formar una estructura escalonada en la superficie dañada del elemento de material compuesto termoplástico (10).

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,caracterizado en queuna vez que el paquete de reparación está unido a la superficie del elemento compuesto termoplástico (10) a reparar, se bombea aire fuera del paquete de reparación.

4. El procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-3,caracterizado en queel parche de material termoendurecible se cura utilizando una manta calefactora (5) provista de una fuente de alimentación portátil externa y un dispositivo de control (12).

5. El procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-4,caracterizado en queel adhesivo (9) es un adhesivo termoendurecible.

6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5,caracterizado en queen la etapa de pegar el parche curado (13) en el zócalo, se aplica la capa adhesiva (9) a la superficie de contacto del zócalo (14) y el parche curado (13), a continuación se presiona el parche curado (13) en el zócalo (14), y después sobre el parche curado (13) colocado en el zócalo (14) se colocan secuencialmente los siguientes elementos: la lámina separadora perforada (2), el tejido absorbente (3), la lámina separadora (4), la manta calefactora ( 5), el tejido transpirable (6) y la lámina de vacío (7), y posteriormente todo el paquete de vacío así formado se sella a la superficie del elemento compuesto termoplástico (10) a reparar mediante la cinta de sellado (8), preferentemente una cinta de butilo, se bombea aire fuera del paquete y se cura la capa adhesiva (9) utilizando una manta calefactora (5) provista de la fuente de alimentación portátil externa y el dispositivo de control (12).

7. El procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-5,caracterizado en queen el compuesto termoplástico la matriz es polieteretercetona (PEEK) y la fase de refuerzo es fibra de carbono.

8. El procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-6,caracterizado en quese utilizan capas de tejido de fibra de carbono (11) como fase de refuerzo del material termoendurecible.

9. El procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-7,caracterizado en quese utiliza una resina epoxi como matriz del material termoendurecible.