UTIL DE AYUDA A LA DISTRIBUCIóN DE LA RESINA DURANTE EL CURADO DE PIEZAS DE MATERIAL COMPUESTO

CAMPO DE INVENCIóN

La presente invención se refiere a un útil de ayuda a Ia distribución de Ia resina durante el curado de piezas de material compuesto.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN

Los materiales compuestos son cada vez más atractivos para una gran variedad de utilizaciones en diversas industrias como Ia industria aeronáutica, Ia industrial naval, Ia industria automovilística ó Ia industria deportiva debido a su alta resistencia y a su relación resistencia-peso. Los materiales compuestos más utilizados en dichas industrias son los consistentes en fibras o haces de fibra embebidos en una matriz de resina termoestable o termoplástica, en forma de material preimpregnado ó "prepreg". Una pieza de material compuesto está formada por una pluralidad de capas de material preimpregnado. Cada capa de material preimpregnado está formada por fibras o haces de fibras que pueden estar entrecruzadas entre sí formando distintos estilos de tejido o que pueden estar orientadas en una sola dirección formando cintas unidireccionales. Estas fibras o haces de fibras se encuentran impregnadas con resinas (ya sean termoestables o termoplásticas) que en muchos casos se encuentran parcialmente polimerizadas. En Ia actualidad y principalmente en Ia industria aerospacial se utilizan de forma masiva materiales compuestos de matriz orgánica y fibra continua principalmente basados en resinas epoxídicas y fibras de carbono.

Este tipo de piezas ha ¡do incrementando su nivel de utilización en Ia industria aeronáutica, hasta alcanzar Ia situación presente en Ia que los materiales compuestos de matriz epoxídica y fibra de carbono pueden considerarse Ia opción más empleada en una gran diversidad de elementos estructurales. Esta situación ha obligado y sigue obligando a! desarrollo de

procedimientos de fabricación capaces de producir elementos con Ia calidad requerida de una forma repetitiva y con un coste de fabricación adecuado.

El proceso de fabricación de piezas de materiales compuestos requiere generalmente una compactación para obtener el volumen de fibra deseado y eliminar huecos y aire atrapado del material compuesto y un proceso de curado con el que se consigue el entrecruzamiento de las cadenas poliméricas de Ia resina que impregna las fibras.

Tradicionalmente estas piezas han sido fabricadas mediante Ia aplicación de presión y vacío (como medio de compactación) y Ia aplicación de calor (como medio para conseguir el entrecruzamiento de las cadenas poliméricas), particularmente en un autoclave en cuyo interior se crea una atmósfera controlada.

Un aspecto importante del proceso de curación de las piezas de material compuesto radica en conseguir que Ia resina fluya, se difunda y se desgasifique conveniente para lograr cumplir los requerimientos de calidad de Ia pieza y, en particular, para evitar huecos y otros defectos.

En ese sentido, en Ia patente US 6,033,203 se describe Ia aplicación directa de una vibración acústica de alta frecuencia y baja amplitud durante el proceso de curado de una pieza de material compuesto. La industria demanda constantemente nuevos útiles y nuevos métodos que permitan Ia disminución tanto del tiempo como de Ia energía necesaria para Ia fabricación de piezas de materiales compuestos.

La presente invención está orientada a Ia satisfacción de esa demanda.

SUMARIO DE LA INVENCIóN

Un objeto de Ia presente invención es proporcionar un útil de curado que facilite Ia distribución de Ia resina durante el proceso de curado de una pieza de material compuesto. Ese y otros objetos de Ia presente invención se consiguen proporcionando un útil de curado de una pieza de material compuesto formada por haces de fibra embebidos en una matriz de resina en una instalación que

permite el curado de Ia pieza mediante Ia aplicación de altas presiones y/o temperaturas, caracterizado porque dicho útil de curado comprende al menos un actuador vibrante mecánico actuando sobre él para facilitar Ia distribución de Ia resina en Ia pieza durante el proceso de curado. Otras características y ventajas de Ia presente invención se desprenderán de Ia siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.

DESCRIPCIóN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 es una vista esquemática de un útil de curado de una pieza de material compuesto incluyendo medios vibratorios según Ia presente invención. La Figura 2 es una vista esquemática de un útil de curado de una pieza de material compuesto según Ia presente invención dentro de un autoclave.

DESCRIPCIóN DETALLADA DE LA INVENCIóN

El objetivo del útil de curado con medios vibratorios según Ia presente invención consiste en transmitir a Ia pieza de material compuesto un movimiento oscilatorio de una frecuencia preestablecida que facilite Ia fluidificación, difusión y degasificación de Ia resina durante el proceso de curado de Ia pieza. Ese movimiento oscilatorio se produce por unos medios vibratorios de accionamiento preferentemente neumático incorporados al útil de curado.

A los efectos de Ia presente invención, el término útil de curado debe entenderse en sentido amplio como el útil sobre el que se sitúa una pieza de material compuesto durante su proceso de curado junto con cualquier elemento utilizado durante el mismo

En Ia realización preferente de Ia invención mostrada en Ia Figuras en Ia que el proceso de curado tiene lugar en un autoclave, se observa que el útil de

curado 11 que se introduce en el autoclave 13, de estructura básica convencional, también comprende, como elementos aportados por Ia presente invención, los siguientes:

- Dos actuadores vibrantes 1 con medios de alimentación neumáticos 17 pasantes a través del autoclave 13 por pasamuros 5.

- Dispositivos oscilantes 4 que permiten que el útil de curado 11 , sólidamente apoyado en las ruedas 15 fijas para uso en autoclave, quede apoyado sobre estas de manera elástica una vez situado en el autoclave 13. En una realización preferente dichos dispositivos oscilantes 4 son muelles situados en las proximidades de las ruedas 15 de apoyo del útil de curado 11.

- Un dispositivo de control 3 de los actuadores vibrantes 1.

Los actuadores vibrantes 1 pueden ser actuadores centrífugos y/o actuadores de impacto.

Los actuadores centrífugos, contienen una turbina con distribución de masas intencionadamente descompensada que, al girar por el impulso del aire comprimido, transmite al útil de curado 11 al que está sólidamente fijado, una pulsación vibrante de frecuencia directamente relacionada con Ia velocidad de giro; esta a su vez se controla por el caudal que circula a través de Ia turbina, cuyos conductos de alimentación y escape 17, de acero inoxidable corrugado, nacen y terminan en un cuadro de control fuera del autoclave 13; el aire comprimido sirve asimismo para refrigerar el dispositivo. Así mismo Ia alimentación por estos conductos aisla al elemento vibrante del actuador de Ia presión interior del autoclave 13.

Los actuadores de impacto, complementan Ia gama de frecuencias de los actuadores centrífugos.

El dispositivo de control 3 de los actuadores 1 permite activar o no manualmente su funcionamiento. En una realización preferente, el dispositivo de control 3 incluye medios para analizar cada "carga de curado" del autoclave, detectar Ia gama de frecuencias obtenibles con el conjunto de actuadores 1 disponible, asignar Ia óptima a cada actuador 1 y coordinar con el ciclo de curado programado el momento o momentos de aplicación de Ia vibración.

Lo expuesto anteriormente es de aplicación al caso de estufas y medios utilizados en los procesos de "Resin Transfer Moulding" (RTM), en donde los ciclos de curado se realizan en un entorno a presión atmosférica.

Una vibración de amplitud suficiente a frecuencia adecuada producirá una mejora en Ia evacuación de burbujas de gasificación en resina, así como una distribución de resina mejorada para alcanzar zonas complejas

En Ia realización preferente que acabamos de describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.