ES2929530T3 - Un método de fabricación de una estructura compuesta - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para fabricar una estructura tipo sándwich compuesta. El método comprende los pasos de: proporcionar una capa de base sobre una superficie, donde la capa de base comprende una primera capa de material de refuerzo; proporcionar una capa de núcleo sobre la disposición de base, en donde la capa de núcleo comprende una estructura celular abierta y en donde la estructura celular abierta está llena al menos parcialmente con partículas no unidas; proporcionar un apilamiento superior encima de la capa central, en el que el apilamiento superior comprende una segunda capa de material de refuerzo; sellar la disposición dentro de un recinto sellado herméticamente; introducir material de matriz en la disposición a través del al menos un conducto a través de un diferencial de presión; y curar el material matriz. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un método de fabricación de una estructura compuesta

Campo de la invención

La invención se refiere a una estructura tipo sándwich compuesta que incorpora microesferas y un método de fabricación de la misma.

Antecedentes de la invención

Las estructuras tipo sándwich compuestas que comprenden núcleos de espuma sintáctica tienen propiedades físicas ventajosas, especialmente con respecto a su proporción resistencia a peso en general, y su resistencia a la compresión fuera del plano en particular. Otras ventajas incluyen la resistencia a la corrosión y al fuego, además de propiedades de aislamiento térmico y acústico. En consecuencia, los paneles tipo sándwich sintácticos son apropiados para una amplia gama de aplicaciones y son particularmente deseables en las industrias del transporte, incluidas la aviación, el transporte marítimo, la carretera y el ferrocarril. Otras aplicaciones incluyen muros contra explosiones, incluso para su uso en subestaciones eléctricas, componentes marinos, incluidos dispositivos de aguas profundas, componentes y estructuras de plataformas petrolíferas, y componentes de turbinas, incluidas las turbinas eólicas.

Los métodos existentes de fabricación de estas estructuras tienen diversas desventajas. Por ejemplo, cuando las espumas sintácticas simplemente se unen entre dos revestimientos, la unión entre el núcleo y los revestimientos puede ser débil y provocar que los revestimientos se desprendan. Para evitar este problema, se sabe en la técnica que se pueden fabricar espumas sintácticas porosas curadas previamente y luego infundirlas junto con revestimientos para crear una estructura integral. Dicho método aún requiere múltiples etapas de curado/procesamiento y da como resultado una estructura con malas propiedades mecánicas. Otros enfoques de procesamiento incluyen el premezclado de microesferas y matriz en las proporciones deseadas, lo que da como resultado mezclas altamente viscosas con una gran cantidad de aire atrapado. Adicionalmente, la fracción de volumen alcanzable de microesferas a resina a menudo está limitada por los requisitos de flujo (para la capacidad de procesamiento), lo que a su vez aumenta la densidad de la estructura final. El uso de preimpregnados sintácticos también se conoce en la técnica, pero estos también ofrecen fracciones de volumen limitado, son frágiles y difíciles de manejar en su estado de preforma verde y costosos.

La simple deposición de microesferas secas seguida de la colocación del revestimiento proporciona su propio conjunto de problemas. Las microesferas se transportan fácilmente por el aire y, debido a sus características de flujo, no se pueden fijar fácilmente a una geometría que hace que la distorsión de la forma del núcleo sea un problema.

El documento WO9810919 (Whitehead) divulga un método de formación de un laminado para unidades de construcción y particularmente laminados de plástico reforzado con fibras. Este método incluye una etapa de ubicar un núcleo entre un par de láminas, incluyendo el núcleo una pluralidad de aberturas transversales tales como una estructura en mosaico unida en las intersecciones, permitiendo así el paso de un adhesivo a través de estas para unir las láminas.

El documento US2006046019 (Wang) divulga un material compuesto en el que se mejora la unión entre el núcleo y el revestimiento entre el en nido de abejas y las hojas frontales compuestas, mediante la aplicación de un adhesivo a base de nailon (poliamida) al borde del nido de abejas antes de la unión. El recubrimiento de los bordes del nido de abejas con adhesivos de poliamida es útil para aumentar aún más la resistencia de unión entre el nido de abejas y las hojas frontales preimpregnadas, especialmente cuando la resina matriz del preimpregnado está diseñada para adherir el preimpregnado al nido de abejas.

Sumario de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar un método de fabricación de paneles sándwich con núcleo sintáctico con un número reducido de etapas de procesamiento/curado, que soluciona los problemas mencionados anteriormente mediante la creación de una estructura con una fracción de alto volumen de microesferas, que es sustancialmente libre de vacíos, crea una buena unión entre el núcleo y los revestimientos de refuerzo con una sola fase de material matriz en todas partes y ofrece un coste de materiales reducido. Es un objeto adicional de esta invención proporcionar un método eficaz para crear tales estructuras en formas grandes y/o complejas con un desperdicio mínimo.

De acuerdo con lo anterior, la invención se refiere a un método de fabricación de una estructura tipo sándwich compuesta como se establece en la reivindicación 1 adjunta. Las características preferidas se establecen en las reivindicaciones dependientes. De este modo, el método comprende las etapas de:

proporcionar un apilamiento de base sobre una superficie, en el que el apilamiento de base comprende una primera capa de material de refuerzo;

proporcionar una capa de núcleo sobre el apilamiento de base, en el que la capa de núcleo comprende una estructura celular abierta y en el que la estructura celular abierta está llena al menos parcialmente con partículas no unidas;

proporcionar un apilamiento superior encima de la capa de núcleo, en el que el apilamiento superior comprende una segunda capa de material de refuerzo;

introducir material matriz en la disposición a través de un diferencial de presión; y

realizar el curado del material matriz.

En una realización preferida, las partículas son microesferas de vidrio huecas, sin embargo, esto puede extenderse a otros tipos de partículas tales como formas irregulares y no huecas, incluyendo materia fibrosa (por ejemplo, fibra de carbono molida), o combinaciones de las mismas. Las partículas no están unidas y, por lo tanto, están en forma de partículas que no están unidas ni fijadas entre sí. Por ejemplo, las partículas pueden fluir y pueden estar en forma de partículas secas o pueden ser parte de una emulsión o suspensión. Una vez que las partículas no unidas están en la posición requerida, el material matriz se introduce y se cura para unirlas en su lugar, formando así una estructura sólida. Las partículas pueden seleccionarse de un grupo que comprende cualquiera de los siguientes tipos: microesferas (tanto huecas como sólidas); fibras; plaquetas; nanotubos; partículas de núcleo-corteza; macromoléculas autoensamblables; ceniza volante; nano-arcillas; partículas coloidales fusionadas; partículas facetadas; partículas angulares y subangulares.

Ventajosamente, se coloca un recinto alrededor de la disposición y el recinto está sellado herméticamente y está provisto de al menos un conducto que lo atraviesa para permitir una comunicación fluida con el interior del recinto. El (los) conducto(s) se puede(n) usar para permitir el flujo de material matriz hacia el recinto, preferiblemente entre el recinto y la superficie exterior de la disposición, o para eliminar el aire del interior del recinto, creando así un diferencial de presión. Otras sustancias pueden pasar a través de los conductos hacia adentro o hacia afuera del recinto.

En una realización, la superficie es la superficie interna inferior de un molde y el molde comprende paredes laterales. El uso de un molde proporciona una superficie estable sobre la que disponer el apilamiento y puede usarse para ayudar en la formación de una forma o estructura particular. También puede proporcionar uno o más puertos de entrada y/o salida de fácil acceso para conectar conductos. Los conductos pueden estar conectados a fuentes de resina, bombas de vacío, aire, gas u otros elementos, que pueden ser útiles en procedimientos de eliminación de infusión, curado o líquido portador (discutido más abajo). Adicionalmente, el molde puede comprender características para facilitar la distribución de resina a través del componente. El molde puede comprender una sección de molde superior para proporcionar una forma o superficie particular para el apilamiento superior.

Es ventajoso que la estructura celular sea un material en nido de abejas y que el nido de abejas comprenda una estructura celular abierta. El uso de un material en nido de abejas proporciona una estructura particularmente estable y una estructura celular abierta permite que las partículas llenen el material en nido de abejas, mejorando así las propiedades de la estructura tipo sándwich una vez curada. El nido de abejas también se usa como un medio para proporcionar un espesor controlado y/o uniforme del panel tipo sándwich porque las dimensiones del núcleo celular pueden controlarse y las microesferas pueden disponerse dentro de ese núcleo. Cuando se aplica el material de refuerzo, el espesor total del panel se puede controlar dentro de tolerancias muy pequeñas. El uso de dicho núcleo celular también permite la fabricación de paneles con curvatura, ya que restringen el flujo del material de relleno y lo mantienen en su lugar para definir la geometría del componente final. Además, el uso de un núcleo celular puede mejorar las propiedades mecánicas, tales como la resistencia a la propagación de grietas.

Una ventaja adicional de la presente invención es su capacidad para limitar el movimiento de las microesferas a medida que se introduce la resina. Si la resina fluyera a través de microesferas no unidas en ausencia del nido de abejas, entonces las microesferas se arrastrarían junto con el flujo de resina, lo que conduciría a una variación significativa en la distribución de microesferas a lo largo del componente. El nido de abejas restringe el movimiento de las microesferas al mismo tiempo que permite que los fluidos fluyan a través de estas, permitiendo de este modo la producción de componentes con núcleo de espuma compuesta con fracciones de alto constantes, controlables en toda la pieza y sin recurrir a la unión previa de las microesferas.

Dependiendo de los requisitos de la aplicación específica, la capa de núcleo no unida que consta de una estructura celular llena de partículas no unidas puede fabricarse dentro del molde o puede fabricarse por separado y luego transferirse y colocarse en el molde. Este último puede ser especialmente deseable para la fabricación de piezas con contornos complejos y/o piezas grandes en las que es necesario unir varias secciones del núcleo para formar la forma final. Para restringir las partículas dentro del núcleo durante la transferencia, se puede usar un líquido portador (discutido más abajo) y/o tejidos de barrera en cualquier lado del núcleo (también discutido más abajo).

Mediante el uso de un diferencial de presión, incorporando preferiblemente una presión subatmosférica, se pueden lograr partículas muy empaquetadas que dan como resultado una densidad reducida de la estructura final de matrizrastrillo. Además, las fracciones de alto volumen de microesferas proporcionadas usando la presente invención dan como resultado un mejor rendimiento mecánico específico, particularmente cuando se emplean microesferas de alto grado.

La posterior introducción y curado del material matriz simultáneamente en el núcleo y las capas de revestimiento proporciona una estructura que tiene una sola fase de matriz, lo que da como resultado propiedades mecánicas significativamente mejoradas y una fuerte unión entre los revestimientos y el núcleo que es resistente a la delaminación y la propagación de grietas. No se requieren más etapas de curado/unión, lo que ahorra una cantidad significativa de tiempo de procesamiento. Adicionalmente, en particular en el caso de que se use vacío, se evacuan todos los gases del componente sin curar antes de la introducción de la resina, dejando un componente sustancialmente libre de vacíos.

En ciertos casos, puede ser preferible mezclar las partículas con un líquido portador antes de llenar la estructura celular e introducir el material matriz. Esto da como resultado varias ventajas de procesamiento inmediato.

En primer lugar, elimina el peligro del polvo de microesferas. Las microesferas, debido a su peso ligero y tamaño pequeño, se transportan fácilmente por el aire y se consideran un peligro para la salud. En segundo lugar, la creación de una sustancia intermedia que consta de microesferas y líquido portador permite un manejo más sencillo. Se pueden lograr diferentes consistencias de la mezcla variando la cantidad de líquido portador en la mezcla, que van desde una consistencia similar a una pasta o masa hasta una consistencia líquida, que se puede mezclar, transportar y depositar fácilmente. El exceso de líquido portador se puede eliminar de la mezcla, una vez que se ha depositado, preferiblemente mediante la incorporación de presión de vacío. En ciertos casos, puede ser deseable usar un líquido portador que sea compatible con el sistema de matriz, por ejemplo, la propia resina de matriz, o un componente o componentes de la resina, por ejemplo, un poliglicidil éter cuando la matriz se forma a partir de resina epoxi. Alternativamente, se puede usar agua u otros disolventes por consideraciones tales como coste, disponibilidad y viscosidad.

En tercer lugar, tras la eliminación del exceso de líquido portador, las microesferas se juntan para formar una disposición muy compacta debido a las fuerzas cohesivas y adhesivas. Preferiblemente, se usa una fuente de vacío para extraer gas a través y fuera de la disposición, lo que puede ayudar a producir un empaquetamiento atascado de las microesferas. Esto, a su vez, garantiza que las microesferas llenen el volumen máximo de las células de nido de abeja y es un precursor de un producto final de menor densidad. También reduce el alcance de una mayor compactación/contracción cuando se introduce la resina; tal compactación y contracción conduce a una precisión dimensional reducida y una resistencia de unión revestimiento-núcleo reducida. Adicionalmente, las fuerzas cohesivas y adhesivas y la disposición muy compacta permiten que las partículas se mantengan juntas y en las paredes de nido de abejas dentro de la estructura celular, lo que permite la preparación separada y luego la transferencia de la capa de núcleo mientras se mantiene su integridad estructural. Esto es especialmente cierto en el caso de líquidos portadores con alta tensión superficial, tales como el agua.

Para impartir propiedades estructurales específicas a diversas secciones del núcleo, puede ser deseable llenar diversas secciones del nido de abejas con diferentes tipos de partículas o combinaciones de las mismas, por ejemplo, microesferas y microfibras. Por ejemplo, puede ser deseable emplear un primer tipo de partículas para la sección central de la estructura tipo sándwich y un tipo diferente de partículas para usar en la periferia de la estructura tipo sándwich. El tipo de partícula puede variar según el material, la densidad, las propiedades estructurales y/o su tamaño y/o forma. Alternativamente, las estructuras celulares llenas de diferentes materiales se pueden colocar una al lado de la otra cuando se coloca la capa de núcleo de la estructura tipo sándwich. Las estructuras sólidas/preformadas se pueden usar para afectar las propiedades locales del panel tipo sándwich, por ejemplo, compuestos y aleaciones. En una realización de la invención, las estructuras preformadas son porosas para permitir que la resina se infunda a través de estas y cree una buena unión con los revestimientos del panel tipo sándwich.

En algunas circunstancias, es ventajoso que se proporcione una capa de barrera en al menos un lado de la capa de núcleo. El material de barrera impide el movimiento de las microesferas hacia el interior del material de refuerzo, pero todavía permite el paso de fluidos, particularmente el material matriz y el líquido portador, cuando se usan. La migración de microesferas a la capa de refuerzo puede alterar o reducir de forma incontrolable o indeseable el rendimiento estructural del revestimiento de refuerzo, aunque puede haber circunstancias en las que esta sea una propiedad aceptable o incluso deseable, en cuyo caso se puede eliminar la capa de barrera.

Puede proporcionarse un medio de vacío, entre uno o ambos apilamientos y el molde, que sea sustancialmente poroso y permeable incluso bajo presión. El uso de dicho material de medio de vacío permite un flujo de fluido más rápido a través de la disposición que, a su vez, proporciona una infusión más rápida y completa de la estructura tipo sándwich. Además, se puede proporcionar un material de liberación entre la capa de refuerzo y el molde o entre la capa de refuerzo y el medio de vacío.

La invención divulgada ofrece una ventaja adicional ya que combina materiales en una forma relativamente sin procesar: fibras secas, partículas secas y resina, lo que permite una reducción significativa en el coste de la materia prima frente a procedimientos que usan fibra preimpregnada o similar. Adicionalmente, las partículas que forman el núcleo se pueden recolectar y reciclar, ya sea en su forma seca o dentro de un líquido portador, lo que reduce los desechos.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirá una realización de la invención, únicamente a modo de ejemplo, y con referencia al dibujo adjunto, en el que:

La figura 1 es un diagrama que muestra una etapa en un método de acuerdo con la presente invención;

La figura 2 es un diagrama que muestra una etapa adicional del método de la figura 1;

La figura 3 es un diagrama que muestra otra etapa del método de la figura 1;

La figura 4 es un diagrama que muestra el estado de las microesferas usadas en un procedimiento de la presente invención; y

La figura 5 es un diagrama que muestra una disposición para usar en la presente invención,

Descripción detallada de realizaciones de ejemplo

Las figuras 1 a 3 muestran una disposición 10 que comprende un molde 12 que tiene una superficie 14 interna inferior. El molde 12 es un molde plano abierto con lados suficientemente altos para contener la disposición de apilamiento que se va a colocar en este. La superficie 14 inferior está provista de una primera abertura 16 a la que está conectado el primer conducto 18. En la superficie 14 interna inferior se dispone un apilamiento 20 de base, comprendiendo el apilamiento 20 de base:

un medio 22 de vacío en forma de malla;

un material 24 de liberación;

un material 26 de refuerzo; y

una capa 27 de barrera.

Una vez que el apilamiento 20 de base está dispuesto en el molde 12, se aplica una estructura 28 celular al apilamiento 20 de base y una mezcla líquida homogénea de líquido portador y microesferas se vierte encima de la estructura 28 celular. Debido a que la mezcla puede fluir, se asienta con un espesor sustancialmente uniforme de acuerdo con el perfil de la estructura 28 celular, aunque puede ser deseable nivelarlo más para asegurar una capa más uniforme. Una vez que se ha aplicado la mezcla de líquido portador y microesferas a la estructura 28 celular, se conecta una bomba 30 de vacío al conducto 18 y se hace funcionar. La bomba 30 de vacío succiona el exceso de líquido portador a través del apilamiento 20 de base y a través de la abertura 16 de la superficie 14 inferior interna del molde 10. Esto también compacta las microesferas para crear una disposición de microesferas más densamente empaquetada. El diferencial de presión creado por la bomba 30 de vacío en combinación con la malla 22 de vacío da como resultado la eliminación sustancialmente uniforme del líquido portador en toda el área de la disposición de apilamiento. Una vez que se ha eliminado el exceso de líquido portador, dejando una disposición autoportante de microesferas húmedas apretadamente empaquetadas, el exceso de microesferas se elimina de la parte superior del nido de abejas de manera que el espesor de la capa de microesferas se define por el espesor del nido de abejas. A continuación, las microesferas extraídas se pueden recoger y reutilizar.

Una vez que se han eliminado el exceso de líquido portador y las microesferas, el conducto 18 se sella y la bomba 30 de vacío se puede desconectar/apagar. Posteriormente, se aplica un apilamiento 34 superior sobre las microesferas 28a, con el apilamiento 34 superior reflejando apilamiento 20 inferior porque comprende una capa 36 de barrera adyacente a las microesferas 28a y la estructura 28 celular, un material 38 de refuerzo en la parte superior de la capa 36 de barrera, un material 40 de liberación en la superficie superior del material 38 de refuerzo y un medio 42 de vacío al lado del material 40 de liberación. Se aplica un molde 44 superior, que puede tener la forma de una placa de calafateado flotante, sobre el apilamiento 34 superior. El molde 44 superior encaja dentro del volumen interno del molde 12 para que pueda aplicar presión al apilamiento compuesto. El molde 44 superior está provisto de una abertura 46, lo que permite la comunicación fluida desde el interior de la disposición de apilamiento hacia el lado externo del molde 44 superior. Luego se coloca una película 48 de vacío sobre la parte superior del molde 12 y se asegura a la misma para sellar herméticamente la cavidad interna del molde 12. La película 48 de vacío también está provista de una abertura. Un segundo conducto 52 está unido a la abertura 46 del molde 44 superior y la película 48 de vacío.

El segundo conducto 52 está conectado a una bomba 54 de vacío, que funciona para eliminar más líquido portador de la mezcla de microesferas y líquido portador. También puede aplicarse calor para ayudar a evaporar/hervir el líquido portador, o reducir su viscosidad, y el primer conducto 18 puede abrirse para permitir el flujo de aire a través de la disposición para ayudar a eliminar el líquido portador. En otra realización, cuando el líquido portador es el material matriz usado para la infusión o compatible con el mismo, no sería necesaria la eliminación total del líquido portador y no son necesarias las etapas de evaporación/ebullición. Las capas 27 y 36 de barrera están provistas de aberturas para permitir el paso de aire, líquido portador y resina, pero que son lo suficientemente pequeñas para evitar el paso de microesferas 28a a través de estas.

Una vez que se ha eliminado tanto líquido portador como se requiere, el primer conducto 18 se conecta a una fuente 56 de resina y se hace funcionar la bomba 54 de vacío, que está conectada al segundo conducto 52. La resina se introduce en la disposición a través de la abertura 16 del molde 12 y pasa al apilamiento 20 de base. Posteriormente, la resina pasa a la estructura 28 celular y envuelve la capa 28a de microesferas antes de pasar a la apilamiento 34 superior. A medida que la resina ingresa en el apilamiento compuesto, los volátiles y/o el aire en la disposición pasan hacia arriba y hacia el segundo conducto 52. Cuando la disposición se ha infundido completamente con resina, se puede curar para crear una estructura tipo sándwich compuesta con revestimientos 26 y 38 de refuerzo unidos al núcleo 28 celular lleno de microesferas.

La figura 4 muestra las microesferas 28a durante el procedimiento que se muestra en las figuras 1 a 3, aunque por simplicidad no se muestra la estructura celular. Las microesferas 28a están inicialmente en la solución líquida portadora. A continuación, se elimina el exceso de líquido 28b portador de la mezcla 28 durante el funcionamiento de las bombas 30 y 54 de vacío para empaquetar las microesferas con más fuerza. El líquido portador residual se elimina para dejar microesferas 28a densamente empaquetadas dentro de la estructura celular que están efectivamente en un vacío 60, que luego se infunden con resina 58 para unirlas o fijarlas en su lugar en el núcleo celular. La resina 58 penetra entre las microesferas 28a y las une en su lugar para convertirse en parte del núcleo de la estructura compuesta en combinación con la estructura celular.

La superficie inferior del molde y el molde superior son preferentemente rígidos, lo que permite una conformación más precisa de la estructura tipo sándwich. Sin embargo, el uso de un molde superior no es obligatorio. Características adicionales, tales como canales de flujo de resina, podrían incorporarse en el molde para proporcionar un mejor medio para distribuir el material matriz a través del componente. El sellado al vacío del molde también se puede realizar con el uso de películas de plástico desechables o con bolsas de vacío reutilizables tales como las hechas de silicona.

En una realización, es posible que no se requiera el molde 12 porque las microesferas pueden estar contenidas dentro del núcleo de nido de abeja sin necesidad de las paredes del molde 12.

Dependiendo del uso del líquido portador, las microesferas pueden tener distintas consistencias, de acuerdo con los requisitos de procesamiento. Por ejemplo, si no se usa líquido portador y las microesferas permanecen secas, se anula la necesidad de evaporación o eliminación del líquido portador. Sin embargo, esto permite que las microesferas se vuelen fácilmente por el aire, son más difíciles de empaquetar en una disposición apretada y no se puede evitar que fluyan fuera de las células de nido de abejas si se van a fabricar formas con curvatura. Cuando se usa un líquido portador, estos problemas pueden superarse. Una mezcla líquida de microesferas y líquido portador, seguida de la eliminación del exceso de líquido portador, permite transportar, depositar y esparcir la mezcla de forma rápida y sencilla. También debido a las fuerzas cohesivas del líquido portador, las microesferas se empaquetan firmemente y se mantienen unidas. Además, el uso de una fuente de vacío para aspirar gas a través del material antes de que los materiales se sellen herméticamente conduce a una mayor compactación de las microesferas antes del moldeo, permitiendo de este modo obtener una mayor fracción de volumen de microesferas dentro del material.

En otra realización de la invención, la totalidad o al menos parte de la disposición de apilamiento se prepara primero en un área separada y luego se transfiere a la superficie de moldeo final. Por ejemplo, la capa de núcleo de microesferas dentro de un núcleo de nido de abejas se puede preparar por separado usando un procedimiento similar al divulgado en la figura 1, o un procedimiento diferente. Después de la eliminación del exceso de líquido portador, las partículas dentro del núcleo celular permanecen húmedas pero están muy apretadas. La tensión superficial del líquido actúa para mantenerlas unidas dentro de la estructura celular aunque no exista un enlace químico entre ellas. Esto da como resultado una estructura autoportante pero moldeable que se puede quitar fácilmente del molde, transferir y luego colocar en una superficie/molde diferente sin afectar su integridad. Esta nueva superficie puede comprender un conducto para permitir la introducción de material matriz y material de refuerzo inferior y, opcionalmente, se colocan medios de vacío y material de liberación sobre la superficie antes de la colocación del núcleo preparado. Después de la colocación del núcleo, se colocan las capas superiores del material y se introduce y cura el material matriz de acuerdo con el procedimiento descrito en este documento, como se muestra en la figura 3. Esto permite un método rápido y eficiente para fabricar paneles tipo sándwich con formas complejas. Adicionalmente, las hojas separadas de nido de abeja relleno de microesferas se pueden colocar una al lado de otra o una encima de la otra para la fabricación de piezas grandes. Cualquier hueco resultante entre hojas separadas de material precursor del núcleo puede rellenarse posteriormente con partículas, ya sea secas o en un líquido portador. Un beneficio adicional de preparar las capas centrales antes de colocarlas en el molde final es que se puede usar un molde dedicado para su preparación, lo que puede mejorar la velocidad y la eficiencia del procedimiento de preparación.

Este procedimiento de preparación de preformas de núcleo y posterior formación, infusión y curado de las mismas puede adaptarse fácilmente a la fabricación de espumas sintácticas sin refuerzos laminados.

La resina se puede infundir desde el segundo conducto en lugar del primero, con una bomba de vacío conectada al primer conducto. Como alternativa, o adicionalmente, se pueden aplicar conductos adicionales a la disposición para la eliminación del líquido portador, el suministro de resina o para una fuente de vacío. Una ventaja de la infusión de material matriz, o resina, desde la parte inferior de la disposición es que los volátiles se expulsan y el contenido vacío puede minimizarse porque los volátiles ascienden naturalmente a la parte superior de la disposición.

Un aspecto de la presente invención es que el material matriz se aplica al apilamiento usando un recorrido de flujo efectivo muy corto en comparación con los procedimientos de introducción de resina convencionales. Al colocar los puertos de entrada y/o salida, los canales de flujo de resina y/o la malla de vacío y la tela de liberación a lo largo de los apilamientos superior y/o inferior, la ruta de flujo del material matriz se reduce en comparación con los puertos que se colocan en los lados de la disposición. A diferencia de los métodos de moldeo convencionales, por ejemplo, el moldeo por transferencia de resina, la resina no se impulsa a lo largo y ancho del refuerzo, sino a lo largo de su espesor. En consecuencia, se pueden lograr gradientes de presión mucho más pronunciados con este método, aunque el cambio de presión total puede ser solo alrededor de una atmósfera de presión. Esto reduce el tiempo requerido para la infiltración de la resina. Además, como la distancia que se recorre es mucho más corta que en el moldeo por transferencia de resina, se necesita menos presión o fuerza para impulsar la resina a través de todo el refuerzo antes de que se cure. Dicha reducción en la longitud de la trayectoria del flujo da como resultado una infiltración más rápida con una resistencia reducida a la misma, lo que, a su vez, reduce la resistencia del vacío requerido y/o el tiempo durante el cual se necesita aplicar el vacío, reduciendo así el coste de fabricación de la estructura

El material de refuerzo puede estar en forma de fibra de carbono u otros materiales, tales como fibra de vidrio, fibra sintética de para-aramida, otros materiales fibrosos o una combinación de los mismos. El material de nido de abeja también puede variar según los requisitos y puede incluir aluminio, material de aramida, fibra de vidrio, plástico y otros materiales. Para dar forma a componentes curvos, puede ser preferible usar un núcleo apropiado que pueda adaptarse a los contornos del molde, por ejemplo, un material basado en aramida tal como Nomex®. Otras estructuras celulares abiertas que se pueden usar en lugar de un núcleo de nido de abejas incluyen tejidos espaciadores o cualquier otra estructura que se pueda llenar con microesferas y restringirlas.

Se pueden agregar insertos en el molde o en la base y/o el apilamiento superior o entre ellos para ajustar aún más las propiedades mecánicas de la estructura tipo sándwich. Estos pueden estar en forma de estructuras sólidas, por ejemplo, metales y compuestos precurados, o materiales porosos, tales como tejidos secos o cuerpos rígidos porosos, que se pueden infundir junto con el resto del componente. Adicional o alternativamente, se pueden mezclar aditivos con las microesferas, particularmente en forma de agentes endurecedores y/o fibra molida o cortada. Por ejemplo, se puede usar la separación de fases inducida por reacción (endurecimiento RIPS) para endurecer la resina. Cuando la introducción del endurecedor aumente demasiado la viscosidad de la resina, se pueden mezclar tales aditivos en forma de polvo, partículas y/o fibra con el líquido portador para crear una solución, emulsión o suspensión que mantenga una baja viscosidad. Una vez que el líquido portador se retira de la disposición de apilamiento, los aditivos permanecen en el núcleo de la microesfera y luego se puede introducir la resina, proporcionando así las propiedades requeridas a la estructura de la composición resultante.

La figura 5 muestra una disposición que puede emplearse como parte de la presente invención. La superficie base del molde 14 y el molde 44 superior forman un sándwich alrededor de las paredes laterales del molde 12a. La estructura tipo sándwich compuesta se crea con las paredes laterales unidas a ella de manera que las paredes laterales del molde son parte integral del producto final, es decir, la estructura tipo sándwich está unida a las paredes laterales, creando una estructura tipo sándwich compuesta con protuberancias que se extienden desde allí. En una forma, la estructura tipo sándwich compuesta puede comprender cavidades en los que se aceptan las paredes laterales del molde para sujetar de forma más segura las paredes laterales a la estructura tipo sándwich. Como resultado de la disposición de la figura 5, o variaciones de la misma, el molde, o partes del mismo, pueden convertirse en parte integral del producto final. Cuando la superficie del molde se cubre total o parcialmente con un material que se incorpora al producto final, se elimina la necesidad de aplicar material de desmoldeo. Además, la reparación y el mantenimiento del molde se vuelve redundante porque se requiere una nueva superficie de molde para cada estructura tipo sándwich. Adicionalmente, cuando una resina es el precursor de una matriz termoplástica, tales como las resinas acrílicas apropiadas, se podría formar al vacío una película u hoja acrílica y mantenerla en su sitio en el molde, u otra disposición, aplicándose posteriormente el material compuesto. Dicha disposición facilita la expulsión de la estructura resultante, elimina la necesidad de volver a aplicar el desmoldeante y puede proporcionar un acabado superficial muy suave sin requerir el uso de gelcoats, pulido y similares.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un método de fabricación de una estructura tipo sándwich compuesta que comprende las etapas de:

proporcionar un apilamiento de base sobre una superficie, en el que el apilamiento de base comprende una primera capa de material de refuerzo;

proporcionar una capa de núcleo sobre el apilamiento de base, en el que la capa de núcleo comprende una estructura celular abierta y en el que la estructura celular abierta está llena al menos parcialmente con partículas no unidas;

proporcionar un apilamiento superior encima de la capa de núcleo, en el que el apilamiento superior comprende una segunda capa de material de refuerzo;

después de que la estructura celular abierta se llene al menos parcialmente con partículas no unidas, introducir material matriz en la capa de núcleo a través de un diferencial de presión; y

realizar el curado del material matriz.

2. Un método según la reivindicación 1, en el que la estructura celular abierta es un material en nido de abejas y en el que las partículas comprenden dos o más tipos diferentes de partículas, teniendo los diferentes tipos de partículas diferentes propiedades, y en el que las células de la estructura celular están rellenas con los dos o más tipos de partículas.

3. Un método según la reivindicación 2, en el que un primer grupo de células se rellena con un tipo o combinación de partículas y un segundo grupo de células se rellena con un tipo o combinación de partículas diferente.

4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se colocan estructuras preformadas en regiones de la capa de núcleo para efectuar las propiedades de la estructura tipo sándwich local y/o en el que las partículas que rellenan la estructura celular están mezcladas con un líquido portador.

5. Un método según la reivindicación 4, en el que el líquido portador es el material matriz usado para la infusión y, preferiblemente, en el que se elimina el exceso de líquido portador.

6. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposición se sella dentro de un recinto sellado herméticamente y el recinto está provisto de al menos un conducto para permitir la comunicación fluida con el interior del recinto.

7. Un método según la reivindicación 6, en el que el material matriz se proporciona a la disposición a través del conducto.

8. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la capa de núcleo con partículas no unidas se prepara directamente sobre el apilamiento base.

9. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la capa de núcleo con partículas no unidas se prepara antes de transferirla al apilamiento base.

10. Un método según la reivindicación 9, en el que múltiples capas de núcleo preparadas se colocan en el molde una al lado de otra o una encima de la otra.

11. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se proporciona una capa de barrera en al menos un lado de la capa de núcleo.

12. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la superficie es la superficie interna inferior de un molde y en el que el molde comprende paredes laterales.

13. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la matriz se distribuye a través de un diferencial de presión creado usando una fuente de vacío conectada al recinto sellado herméticamente a través de al menos un conducto.

14. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se proporciona un material de liberación entre el apilamiento base y el molde y/o entre el apilamiento superior y el molde superior o la bolsa de vacío.

15. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las partículas se seleccionan de un grupo que comprende: microesferas; fibras; plaquetas; nanotubo; partículas de núcleo-corteza; macromoléculas autoensamblables; ceniza volante; nano-arcillas; partículas coloidales fusionadas; y copolímeros autoensamblables.