MX2012003668A

MX2012003668A - Preforma tejida, material compuesto y metodo de elaboracion de los mismos.

Info

Publication number: MX2012003668A
Application number: MX2012003668A
Authority: MX
Inventors: Jonathan Goering; Craig Rowles
Original assignee: Albany Eng Composites Inc
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-06-27
Also published as: RU2012113098A; ZA201202330B; CN102666050B; CN102666050A; WO2011041435A1; BR112012007154B1; CA2775894A1; JP5872471B2; US20110086566A1; KR101886877B1; TW201128008A; BR112012007154A2; EP2483045B1; EP2483045A1; ES2645412T3; US8969223B2; CA2775894C; RU2550860C2; JP2013506767A; KR20120091168A

Abstract

Se describen una preforma tejida tridimensional, un compuesto reforzado con fibra que incorpora la preforma, y métodos para hacer los mismos. La preforma tejida incluye una ó más capas de una tela en dirección de urdimbre. Una porción de la tela en dirección de urdimbre se comprime en un molde para formar una parte erguida (20). La preforma incluye una pata erguida y un engrapado (15) en la porción del cuerpo. .La porción del cuerpo y la pata erguida se tejen integralmente por lo que hay fibra continua a través de la preforma.

Description

PREFORMA TEJIDA, MATERIAL COMPUESTO Y MÉTODO DE ELABORACIÓN DE LOS MISMOS Campo de la Invención Esta invención generalmente se refiere a materiales compuestos reforzados con fibras y particularmente se refiere a preformas que tienen tiras tejidas de material usadas en materiales de material compuesto reforzados, que pueden ser de tejido plano y formados en su forma final, la forma final tiene el refuerzo en dos o más direcciones.

Antecedentes de la Invención Incorporación por referencia Todas las patentes, solicitudes de patentes, documentos, referencias, instrucciones del fabricante, descripciones, especificaciones de producto, y hojas de producto para cualquiera de los productos mencionados en la presente se incorporan en la presente como referencia, y se pueden emplear en la práctica de la invención.

Descripción del Arte Previo El uso de materiales de material compuesto reforzados para producir componentes estructurales se ha extendido ahora, particularmente en aplicaciones donde sus características deseables se busean que sean ligeros en peso, fuertes, resistentes, térmicos, autónomos y adaptables a la formación y para darles forma. Tales componentes se usan, por ejemplo, en aplicaciones aeronáuticas, aeroespaciales, de satélites, recreativas (como en botes de carrera y automóviles), y otras.

Típicamente tales componentes consisten de materiales de refuerzo incrustados en materiales de matriz. El componente de refuerzo se puede hacer de materiales tal como vidrio, carbono, cerámica, aramida, polietileno, y/u otros materiales que exhiben propiedades físicas, térmicas, químicas y/u otras deseables, entre las principales están una gran fuerza contra la falla a tensión. A través del uso de tales materiales de refuerzo, es que finalmente se convierten en un elemento constituyente del componente terminado, las características deseadas de los materiales de refuerzo, tal como muy alta resistencia, se imparten al componente de composición terminado. Los materiales de refuerzo constituyentes típicamente, pueden ser tejidos, de punto o trenzados. Usualmente se pone particular atención para asegurar la utilización óptima de las propiedades para las cuales los materiales de refuerzo constituyente se han seleccionado. Usualmente tales preformas de refuerzo se combinan con material de matriz para formar componentes terminados deseados o para producir provisión de trabajo para la producción final de componentes terminados.

Después de que la preforma de refuerzo deseada se ha construido, el material de matriz se puede introducir a y en la preforma, de modo que típicamente la preforma de refuerzo se empotra en el material de matriz y el material de matriz llena las áreas intersticiales entre los elementos constituyentes de la preforma de refuerzo. El material de matriz puede ser cualquiera de una amplia variedad de materiales, tal como epoxi, poliéster, vinil-éster, cerámica, carbono y/u otros materiales, que también exhiben propiedades físicas, térmicas, químicas, y/u otras deseables. Los materiales elegidos para usar como la matriz pueden o no ser los mismos como los de la preforma de refuerzo y pueden o no tener propiedades físicas, químicas, térmicas u otras comparables. Típicamente, sin embargo, no serán de los mismos materiales o tienen propiedades físicas, químicas, térmicas u otras comparables, ya que un objetivo usual buscado en el uso de materiales compuestos en primer lugar es alcanzar una combinación de características en el producto terminado que no es alcanzable a través del uso de un material constituyente solo. Así combinada, la preforma de refuerzo y el material de matriz se pueden luego curar y estabilizar en la misma operación por termoestabilización u otros métodos conocidos, y luego someter a otras operaciones hacia producir el componente deseado. Es importante hacer notar en este punto que después de que se cura, las masas luego solidificadas del material de matriz normalmente se adhieren muy fuertemente al material de refuerzo (por ejemplo, la preforma de refuerzo) . Como un resultado, la tensión en el componente terminado, particularmente por medio de su material de matriz que actúa como un adhesivo entre fibras, se puede transferir efectivamente a y transportar por el material constituyente de la preforma de refuerzo.

El uso incrementado de materiales compuestos que tienen tales refuerzos de preforma de fibra en barriles de fuselaje de aeronaves ha llevado a la necesidad para marcos de ventana compuestos. Los marcos de ventana metálicos tradicionales no se pueden usar para esta aplicación debido a las diferencias entre los coeficientes de expansión térmica del fuselaje compuesto y el marco metálico. Además, las capas de barrera parasitarias debieran usarse para eliminar los problemas de corrosión que pueden existir cuando algunos materiales compuestos y metales estén en contacto. Estas capas de barrera incrementan el costo de producción asi como el peso total .

Los marcos de ventana de aeronaves 10, por ejemplo tal como el que se muestra en la FIG. 1, tienden a tener la forma de un óvalo con el eje principal del marco curvado para acomodarse a la forma cilindrica del fuselaje. La forma de sección transversal del marco de ventana 10, tal como la que se muestra en la FIG. 2, por ejemplo, es usualmente uniforme.

Sin embargo, la forma puede incluir características de complicación tal como una pata erguida 20 en el borde exterior, y/o lo que se llama "engrapados" 15 que facilitan el sellar la ventana al cuerpo principal de la aeronave. La pata erguida 20 es una característica particularmente difícil de incorporar en un diseño de material compuesto debido a la forma ovalada del marco 10. La fabricación de esta característica con cinta o tela convencional requiere el uso de pliegue cosidos para formar la forma curva. Estos pliegues cosidos, sin embargo, incrementan la mano de obra requerida para fabricar la preforma y reducir la resistencia del compuesto resultante.

Las soluciones que no requieren la pata erguida se han desarrollado, y actualmente que se usan en aeronaves tal como el Boeing 787 (Ver Publicación de Patente de E.U.A. No. 2008/0078876 y 2008/0169380, por ejemplo) . Esta geometría más sencilla puede fabricarse usando un proceso de moldeado de compresión junto con un compuesto de moldeado de lámina tal como Hex C® de Hexcel Corporation. Sin embargo, para las estructuras que requieren una pata erguida, todavía existe una necesidad para un método que pueda proporcionar fibra continua en el cuerpo así como la pata erguida y que pueda llevar a peso reducido y/o desempeño mejorado del marco.

La WO 2005115728, por ejemplo, se refiere a un método para hacer un marco de ventana para instalación en la lámina exterior de una aeronave. La estructura incluye una pestaña exterior, una pestaña interior, y una pestaña vertical configurada perpendicular a, y entre estas dos pestañas.

Compendio de la Invención En consecuencia, un objetivo de la presente invención es proporcionar un método para formar una preforma tridimensional que tiene peso reducido y/o desempeño mejorado cuando se compara con los diseños de la técnica previa.

Otro objetivo de la presente invención es eliminar las uniones débiles discutidas en las estructuras de la técnica previa al tejer integralmente diferentes porciones de la estructura, tales como el cuerpo y la pata, por lo que hay fibra continua a través de todas las interfaces.

La invención, de acuerdo con una modalidad ejemplar, es una preforma tejida tridimensional que incluye una o más capas de una tela en dirección de urdimbre. Una porción de la tela en dirección de urdimbre está comprimida en un molde para formar una pata erguida. La preforma puede incluir la pata erguida y un engrapado en una porción del cuerpo. La porción del cuerpo y la pata erguida se tejen integralmente por lo que hay fibra continua a través de la preforma. Una primera porción de la tela en dirección de urdimbre puede incluir fibras de carbono rotas estiradas, una segunda porción de la tela en dirección de urdimbre puede incluir fibras de carbono convencionales, y una tercera porción de la tela en dirección de urdimbre puede incluir fibras de carbono rotas estiradas. Las telas dirigidas de urdimbre pueden ser tejidas en un telar equipado con un mecanismo de rebobinado diferencial. Las telas dirigidas de urdimbre pueden ser individuales o telas multicapa. La preforma final puede ser una porción de un marco de ventana de aeronave.

Otra modalidad ejemplar es una composición reforzada de fibra que comprende una preforma tejida tridimensional que incluye una o más capas de una tela en dirección de urdimbre. Una porción de la tela en dirección de urdimbre está comprimida en un molde para formar una pata erguida. La preforma puede incluir la pata erguida y un engrapado en una porción del cuerpo. La porción del cuerpo y la pata erguida se tejen integralmente por lo que hay fibra continua a través de la preforma. Una primera porción de la tela en dirección de urdimbre puede incluir fibras de carbono rotas estiradas, una segunda porción de la tela en dirección de urdimbre puede incluir fibras de carbono convencionales, y una tercera porción de la tela en dirección de urdimbre puede incluir fibras de carbono rotas estiradas. Las telas dirigidas de urdimbre pueden ser tejidas en un telar equipado con un mecanismo de rebobinado diferencial. Las telas dirigidas de urdimbre pueden ser individuales o telas multicapa. La composición puede ser un marco de ventana de aeronave. La composición se puede formar al impregnar y curar la preforma tejida en un material de matriz.

Todavía otra modalidad ejemplar es un método para formar una preforma tejida tridimensional. El método comprende las etapas de tejer una tela en dirección de urdimbre, y poniendo una o más capas de la tela en dirección de urdimbre para formar una forma predeterminada. El método puede incluir comprimir una porción de la tela en dirección de urdimbre en un molde a fin de formar una pata erguida. El método también puede incluir la etapa de formar un engrapado en una porción del cuerpo de la preforma. La porción del cuerpo y la pata erguida se tejen integralmente por lo que hay fibra continua a través de la preforma. Una primera porción de la tela en dirección de urdimbre puede incluir fibras de carbono rotas estiradas, una segunda porción de la tela en dirección de urdimbre puede incluir fibras de carbono convencionales, y una tercera porción de la tela en dirección de urdimbre puede incluir fibras de carbono rotas estiradas. Las telas dirigidas de urdimbre pueden ser tejidas en un telar equipado con un mecanismo de rebobinado diferencial. Las telas dirigidas de urdimbre pueden ser individuales o telas multicapa. La preforma puede ser una porción de un marco de ventana de aeronave.

Todavía otra modalidad ejemplar de la invención es un método para formar una composición reforzada de fibra, que comprende las etapas de formar una preforma tejida tridimensional. El método comprende las etapas de tejer una tela en dirección de urdimbre, y poniendo una o más capas de la tela en dirección de urdimbre para formar una forma predeterminada. El método puede incluir comprimir una porción de la tela en dirección de urdimbre en un molde a fin de formar una pata erguida. El método también puede incluir la etapa de formar un engrapado en una porción del cuerpo de la preforma. La porción del cuerpo y la pata erguida se tejen integralmente por lo que hay fibra continua a través de la preforma. Una primera porción de la tela en dirección de urdimbre puede incluir fibras de carbono rotas estiradas, una segunda porción de la tela en dirección de urdimbre puede incluir fibras de carbono convencionales, y una tercera porción de la tela en dirección de urdimbre puede incluir fibras de carbono rotas estiradas. Las telas dirigidas de urdimbre pueden ser tejidas en un telar equipado con un mecanismo de rebobinado diferencial. Las telas dirigidas de urdimbre pueden ser individuales o telas multicapa. La composición puede ser un marco de ventana de aeronave. La composición se puede formar al impregnar y curar la preforma tejida en un material de matriz.

Las preformas de la invención se pueden tejer usando cualquier patrón conveniente para la fibra de urdimbre, esto es, capa por capa, a través del bloqueo de ángulo de espesor, ortogonal, etc. La preforma se puede tejer usando cualquier patrón de tejido convencional, tal como plano, tela cruzada, satén etc. Aunque se prefiere la fibra de carbono, la invención es aplicable a prácticamente cualquier otra fibra que incluye pero no se limita a aquellas que se pueden romper por estiramiento, por ejemplo, fibra de carbono, vidrio, cerámica, y aquellas que no pueden estar rotas estiradas o no necesitan estar rotas estiradas, por ejemplo Discotex® producido por Pepin Associates Inc.

Las aplicaciones potenciales para las preformas tejidas de la invención incluyen cualquier aplicación estructural que utilice marcos moldeados con una pata rígida, tal como marcos de ventana en aeronaves, por ejemplo.

Las diversas características de novedad que caracterizan la invención se señalan particularmente en las reivindicaciones anexas y que forman parte de esta descripción. Para un mejor entendimiento de la invención, estas ventajas de operación y objetos específicos alcanzadas por sus usos, se hace referencia a la materia descriptiva que acompaña en cuyas modalidades preferidas, pero no limitativas, de la invención se ilustran y las figuras de acompañamiento en las cuales los componentes correspondientes se identifican por los mismos números de referencia.

Los términos "que comprende" y "comprende" en esta descripción pueden significar "que incluye" e "incluye" o pueden tener el significado comúnmente dado al término "que comprende" o "comprende" en la Ley de Patentes de E.U.A. Los términos "que consiste esencialmente de o "consiste esencialmente de" si se usan en las reivindicaciones tienen el significado atribuido a ellos en la Ley de Patentes de E.U.A. Otros aspectos de la invención se describen en o son obvios de (y dentro del ámbito de la invención) la siguiente descripción .

Breve Descripción de las Figuras Las figuras de acompañamiento, que se incluyen para proporcionar un entendimiento adicional de la invención, se incorporan en y constituyen una parte de esta especificación. Las figuras presentadas en la presente ilustran diferentes modalidades de la invención y junto con la descripción sirven para explicar los principios de la invención. En las figuras: La FIG. 1 es un diagrama esquemático de un marco de ventana de aeronave; La FIG. 2 es una vista en sección transversal del marco de ventana de aeronave mostrado en la FIG. 1 a lo largo de la linea 2-2; La FIG. 3 es un diagrama esquemático de una tela ovalada producida usando tela "dirigida", de acuerdo a un aspecto de la presente invención; Las FIGS. 4-5 muestran etapas implicadas en formar una preforma tejida tridimensional, de acuerdo con un aspecto de la invención; y La FIG. 6 muestra una etapa implicada en formar una preforma tejida tridimensional, de acuerdo con un aspecto de la invención.

Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas La invención actual ahora se describirá más completamente en lo sucesivo con referencia a las figuras acompañantes, en las cuales las modalidades preferidas de la invención se muestran. Esta invención puede, sin embargo, incluirse en muchas formas diferentes y no se debe interpretar como que limita a las modalidades ilustradas establecidas en la presente. Más bien, estas modalidades ilustradas se proporcionan de modo que esta descripción será exhaustiva y completa, y transmitirá completamente el alcance de la invención a aquellos de experiencia en la técnica.

En la siguiente descripción, los caracteres de referencia similares designan partes correspondientes o similares a lo largo de las figuras. Adicionalmente, en la siguiente descripción, se entiende que términos tales como "superior," "inferior," "parte superior," "parte inferior," "primero," "segundo," y similares son palabras de conveniencia y no se construyen como términos limitantes.

Volviendo ahora a las figuras, la invención de acuerdo con una modalidad es un método para fabricar una preforma tejida tridimensional para usar- en aplicaciones de alta resistencia, tal como por ejemplo, marcos de ventana de aeronaves, cajas de ventilador de turbina de material compuesto, anillos de contención de motor de reacción, marcos de fuselaje de aeronaves o en anillos de brida para unir barquillas para motores de aeronave. Aunque las modalidades preferidas descritas en la presente se refieren a un marco de ventana de aeronave, la presente invención no se limita como tal. Por ejemplo, las preformas tejidas o métodos descritos en la presente se pueden usar en la fabricación de cualquiera de las estructuras enlistadas arriba, o similares.

El método de acuerdo con una modalidad ejemplar usa una técnica de fabricación textil única, o lo que se conoce como "dirección de urdimbre." El término "dirección de urdimbre" se refiere a un sistema de rebobinado diferencial para los hilos de urdimbre, que los 'dirige' en una forma requerida, y permite el tejido recto, tejido polar o una combinación de los mismos para producir una preforma que puede tomar prácticamente cualquier forma en el plano X-Y de la tela o preforma. Un ejemplo de tal tela ovalada dirigida de urdimbre 30 producida usando tejido "dirigido", de acuerdo con un aspecto de la presente invención, se muestra en la FIG. 3 donde la tela ovalada 30 puede ser plana en un plano, y tiene una forma curva en el plano X-Y. En tal configuración, cada hilo de urdimbre o fibra 32 puede tener una longitud de trayectoria diferente, similar a las lineas alrededor de una pista de atletismo, mientras que cada hilo de trama 34 es siempre perpendicular u ortogonal a los bordes de la tela. Esto quiere decir que en tal hilo de trama 34 puede intertejerse con uno o más hilos de urdimbre 32, el hilo de trama 34 siempre es ortogonal a uno o más hilos de urdimbre 32 irrespectivos de la trayectoria curvilínea de los hilos de urdimbre 32 tomados.

Esta técnica se puede usar, de acuerdo a una modalidad ejemplar, para fabricar un marco de ventana compuesto, tal como se describe con respecto a la FIG. 1, que incluye características tales como una pata erguida 20 y un "engrapado" 15, pero no requiere la formación de pliegues cosidos requerida por los materiales convencionales. El método de conformidad con esta modalidad usa fibras de carbono rotas estiradas ("SBCF") como fibras circunferenciales en regiones seleccionadas de manera que la pata erguida y engrapada puede formarse integralmente en la preforma. La preforma tejida como un resultado tendrá fibra continua en las direcciones circunferenciales y radiales del marco .

El tejido dirigido de acuerdo a este método puede llevarse a cabo en un telar que usa un mecanismo de rebobinado diferencial programable para producir la forma ovalada deseada del marco de ventana. En la tela dirigida 30, la fibra de urdimbre puede estar continua en la dirección circunferencial y la fibra de trama siempre se orienta en la dirección radial, con relación al radio local de la curvatura .

Las capas continuas múltiples de tela pueden ponerse en la parte superior una de la otra para construir el grosor deseado. Las capas adicionales de tela con fibras orientadas en direcciones fuera del eje (de nuevo, con relación al radio local de curvatura) también pueden estar intercaladas entre las capas de tela dirigida si la resistencia adicional y/o rigidez se requiere. Alternativamente, la tela dirigida puede tejerse como una tela de capas múltiples donde dos o más capas de la tela de capa múltiple se mantienen integralmente por uno o más hilos de urdimbre y/o trama en un patrón deseado. La tela puede tejerse usando cualquier patrón conveniente por la fibra de urdimbre, esto es, capa por capa, a través del bloqueo de ángulo de grosor, ortogonal, etc. La tela por si misma puede tejerse usando cualquier patrón de tejido, tal como plano, sarga, satín etc. Aunque se prefiere fibra de carbono, la invención puede ser aplicable a prácticamente cualquier otro tipo de fibra incluyendo pero no limitado a aquellas que puede estar rotas estiradas, por ejemplo, fibra de carbono rota estirada, vidrio, cerámica, y aquellas que pueden no estar rotas estiradas o no necesitan estar rotas estiradas. Por ejemplo, la fibra usada en la presente invención puede ser Discotex®, un filamento discontinuo producido por Pepin Associates Inc., que cuando se tejen en una estructura textil permite que la estructura textil se estire en su dirección de refuerzo, permitiendo la formación de formas de complejo de las formas de inicio de la preforma sencilla.

La Discotex® se produce al cortar hilos o filamentos reforzados en longitudes discretas y alinear los hilos o filamentos de corte para formar una filamento discontinua. Este filamento está compuesto de segmentos de filamento reforzados traslapados, discontinuos y largos combinados con fibra continua alineada y una envoltura. La fibra continua alineada y la fibra de envoltura se requieren para manejar la filamento DiscoTex® durante las operaciones textiles pero que también pueden usarse como el material precursor de matriz. En casos donde la fibra continua no se necesita en etapas de procesamiento posteriores puede removerse para proporcionar un material textil discontinuo. El estiramiento de tela DiscoTex® permite la fabricación rápida de contornos complejos mientras que conserva la orientación de la fibra y la fracción del volumen de la fibra. La formación de pliegues cosidos y corte de mano de obra intensa de la tela puede eliminarse, y la tecnología es aplicable a cualquier tipo de hilo reforzado incluyendo vidrio, carbono, y cerámica.

Deberá señalarse que la preforma inicial o tela 30 es plana. La forma final de la preforma tridimensional, sin embargo, puede desarrollarse usando un proceso de formación para generar la pata erguida, engrapado, y forma curva general a lo largo del eje principal. Esta formación depende del uso de SBCF en la dirección de urdimbre de la tela dirigida, que permitirá que la tela se alargue como sea necesario en la dirección circunferencial de manera que la preforma está plana sin pliegues. La fibra convencional se puede usar en la dirección de la trama, y el ancho de la tela puede ajustarse a la longitud del arco total de la sección transversal. SBCF puede usarse en la dirección de la trama si es necesario en alguna geometría local que requiere la trama para estirarse. Cuando se usa SBCF, el proceso de formación actual se puede preparar por ingeniería para asegurar que el alargamiento total requerido no exceda el límite de alargamiento proporcionado de la fibra.

El método, de acuerdo a una modalidad, puede llevarse a cabo como se ilustra en las FIGS. 4-5. En esta modalidad, la preforma tejida 30 puede formarse usando SBCF como fibra de urdimbre en una porción 36 de la tela, por ejemplo, y urdimbre de fibra de carbono convencional en otra porción 38 de la tela. La porción 36 puede ser, por ejemplo, la región circunferencial interna de la preforma ovalada, mientras que la porción 38 puede ser, por ejemplo, la región circunferencial externa. En este caso el borde exterior 40 de la preforma 30 puede sujetarse a la parte superior de una herramienta de formación 45, por ejemplo, y la preforma 30 puede comprimirse en un molde hembra o superficie de herramienta de formación 42. La SBCF en la porción 36 alargada como las fibras se forma del radio más largo de la parte final. La compresión de la preforma 30 en el molde hembra o superficie de herramienta de formación 42 puede realizarse con compresión radial, o usando una de las diversas técnicas conocidas. Un método puede usar una herramienta hinchable que se presuriza para obtener fuerza radial uniforme en la preforma 30. Otro método puede usar herramienta de sección múltiple para mover y fijar la preforma 30 en el lugar bajo carga radial para moldeado posterior .

Debe señalarse que el SBCF en el borde interno de la preforma puede tener el alargamiento de porcentaje más alto, y el alargamiento máximo depende de la altura de la pata erguida, la profundidad del engrapado, el ancho total de la preforma, y el radio local mínimo de curvatura.

El método de acuerdo con otra modalidad se ilustra en la FIG. 6. En esta modalidad, la preforma tejida 30 puede formarse, por ejemplo, usando SBCF en la dirección de urdimbre en las porciones del extremo 36, 36 (regiones en circunferencia interiores y exteriores de la preforma ovalada o tela 30), y urdimbre de fibra de carbono convencional en la porción del centro 38 la tela. La porción de la preforma 30 que se volverá la pata erguida 20 se teje actualmente de manera que puede plegarse de nuevo sobre el cuerpo principal de la preforma. Esta característica es necesaria para asegurar que la pata erguida 20 no va en compresión circunferencial durante la formación.

La preforma 30 puede sujetarse en la herramienta sobre el área 22 que contiene la fibra de urdimbre convencional. El engrapado 15 luego puede formarse al presionar el lado izquierdo de la preforma 36 en el molde 42, y la pata erguida 20 puede formarse al empujar uniformemente el lado derecho 36 de la preforma 30 arriba y afuera en el molde 42. La compresión de la preforma 30 en el molde hembra o superficie de herramienta de formación 42 puede, como se describe previamente, realizarse con compresión radial, o usando una de las varias técnicas conocidas. Tal método puede usar una herramienta hinchable que puede presurizarse para obtener fuerza radial uniforme en la preforma 30. Otro método puede usar herramienta de sección múltiple para mover y fijar la preforma 30 en el lugar bajo carga radial para moldeado posterior .

Debe señalarse que el urdimbre SBCF en el borde interno de la preforma usualmente tendrá el alargamiento más alto en porcentaje, y es esta característica que usualmente determinará si cualquier enfoque de formación es factible. El alargamiento máximo también depende de la altura de la pata erguida, la profundidad del engrapado, el ancho total de la preforma, y el radio local mínimo de curvatura.

Después de que la tela se moldea para tomar la forma tridimensional, la preforma 30 puede procesarse en un compuesto usando un método de infusión de resina convencional, tal como moldeado de transferencia de resina. Por ejemplo, la preforma de acuerdo a una modalidad puede procesarse en un marco de ventana de aeronave 10 como se muestra en la FIG. 1. La estructura 10 comprende las preformas tejidas descritas en las modalidades previas. Las preformas se pueden producir sin recorte ni formación de pliegues cosidos de las láminas individuales. Eliminar estos recortes y pliegues cosidos mejora la resistencia así como desempeño de la estructura resultante.

Las preformas de la presente invención se pueden tejer usando cualquier patrón conveniente por la fibra de urdimbre, esto es, capa por capa, a través de bloqueo de ángulo de espesor, ortogonal, etc. Aunque la fibra de carbono se prefiere, la invención puede ser aplicable a prácticamente cualquier otra tipo de fibra que puede estar rota estirada por ejemplo, carbono, nylon, rayón, fibra de vidrio, algodón, cerámica, aramida, poliéster, e hilos de metal o fibras.

La tela dirigida de urdimbre de la invención se puede hacer de materiales, tal como por ejemplo, carbono, nylon, rayón, poliéster, fibra de vidrio, algodón, vidrio, cerámica, aramida, y polietileno, o cualquier otro material comúnmente conocido en la técnica. La estructura final se puede impregnar con un material de matriz, tal como por ejemplo, epoxi, bismaleimida, poliéster, éster de vinilo, cerámica, y carbono, usando métodos de impregnación de resina tal como moldeo de transferencia de resina o filtración de vapor químico, formando de este modo una estructura compuesta tridimensional .

Las aplicaciones potenciales para la preforma tejida de la invención incluyen cualquier aplicación estructural que utiliza un marco moldeado con una pata rígida, aunque un marco de ventana de aeronave se describe como un ejemplo en la presente.

Aunque las modalidades preferidas de la presente invención y modificaciones de los mismos se han descrito en detalle en la presente, se entiende que esta invención no se limita a esta modalidad y modificaciones precisas, y que otras modificaciones y variaciones se pueden efectuar por un experto en la técnica sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se define por las reivindicaciones adjuntas .

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una preforma tejida tridimensional caracterizada porque comprende: Una o más capas de una tela en dirección de urdimbre.

2. La preforma de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque una porción de la tela en dirección de urdimbre está comprimida en un molde para formar una pata erguida .

3. La preforma de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque la preforma comprende la pata erguida y/o un engrapado en una porción del cuerpo.

4. La preforma de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque la porción del cuerpo y la pata erguida se tejen integralmente asi que hay fibra continua a través de la preforma.

5. La preforma de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque la preforma es una porción de un marco de ventana.

6. La preforma de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque la preforma es una porción de un marco de ventana de aeronave.

7. La preforma de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque una primera porción de la tela en dirección de urdimbre comprende fibras de carbono rotas estiradas o filamentos discontinuos, o cualquier tipo de fibra que puede estar rota estirada o puede no estar rota estirada, en la dirección de urdimbre.

8. La preforma de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque una segunda porción de la tela en dirección de urdimbre comprende fibras de carbono convencionales en la dirección de urdimbre.

9. La preforma de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque una tercera porción de la tela en dirección de urdimbre comprende fibras de carbono rotas estiradas o filamentos discontinuos, o cualquier tipo de fibra que puede estar rota estirada o puede no estar rota estirada, en la dirección de urdimbre.

10. La preforma de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la tela en dirección de urdimbre se teje en un telar equipado con un mecanismo de rebobinado diferencial .

11. La preforma de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la tela en dirección de urdimbre es una tela de capa múltiple.

12. La preforma de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque un patrón de fibra de urdimbre en la tela en dirección de urdimbre es un patrón seleccionado del grupo que consiste de capa por capa, bloqueo de ángulo, y ortogonal .

13. La preforma de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la tela en dirección de urdimbre se forma al entretejer una pluralidad de fibras o hilos de trama y urdimbre, las fibras o hilos de trama y urdimbre se seleccionan del grupo que consiste de fibras o hilos de carbono, nylon, rayón, fibra de vidrio, algodón, cerámica, aramida, poliéster, y metal.

14. Un compuesto reforzado de fibra caracterizado porque comprende una preforma tejida tridimensional de conformidad con la reivindicación 1.

15. El compuesto de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque además comprende un material de matriz .

16. El compuesto de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el material de matriz es una resina, y el compuesto se forma de un proceso seleccionado del grupo que consiste de moldeado de transferencia de resina e infiltración de vapor química.

17. El compuesto de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el material de matriz es seleccionado del grupo que consiste de epoxi, bismaleimida, poliéster, vinil-éster, cerámica, y carbono.

18. Un método para formar una preforma tejida tridimensional, el método caracterizado porque comprende las etapas de: Tejer una tela en dirección de urdimbre; y Poner una o más capas de la tela en dirección de urdimbre para formar una forma predeterminada.

19. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque además comprende la etapa de comprimir una porción de la tela en dirección de urdimbre en un molde a fin de formar una pata erguida.

20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque además comprende la etapa de formar un engrapado en una porción del cuerpo de la preforma.

21. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la porción del cuerpo y la pata erguida se tejen integralmente de manera que hay fibra continua a través de la preforma.

22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la preforma es una porción de un marco de ventana.

23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque la preforma es una porción de un marco de ventana de aeronave.

24. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque una primera porción de la tela en dirección de urdimbre comprende fibras de carbono rotas estiradas o filamentos discontinuos, o cualquier tipo de fibra que puede estar rota estirada o puede no estar rota estirada, en la dirección de urdimbre.

25. El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque una segunda porción de la tela en dirección de urdimbre comprende fibras de carbono convencionales .

26. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque una tercera porción de la tela en dirección de urdimbre comprende fibras de carbono rotas estiradas o filamentos discontinuos, o cualquier tipo de fibra que puede estar rota estirada o puede no estar rota estirada, en la dirección de urdimbre.

27. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la tela en dirección de urdimbre se teje en un telar equipado con un mecanismo de rebobinado diferencial .

28. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la tela en dirección de urdimbre es una tela de capa múltiple.

29. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque un patrón de fibra de urdimbre en la tela en dirección de urdimbre es un patrón seleccionado del grupo que consiste de capa por capa, bloqueo de ángulo y ortogonal .

30. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la tela en dirección de urdimbre se forma al entretejer una pluralidad de fibras o hilos de urdimbre y trama, las fibras o hilos de urdimbre y trama se seleccionan del grupo que consiste de fibras o hilos de carbono, nylon, rayón, fibra de vidrio, algodón, cerámica, aramida, poliéster, y metal.

31. El método para formar un compuesto reforzado con fibra, el método caracterizado porque comprende las etapas de: Formar una preforma tejida tridimensional de conformidad con la reivindicación 18.

32. El método de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado porque además comprende la etapa de: Impregnar la preforma en un material de matriz.

33. El método de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque el material de matriz es una resina, y el compuesto está formado de un proceso seleccionado del grupo que consiste de moldeado de transferencia de resina e infiltración de vapor química.

34. El método de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque el material de matriz es seleccionado del grupo que consiste de epoxi, bismaleimida, poliéster, vinil-éster, cerámica, y carbono.

35. La preforma de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque además comprende una o más capas de tela con fibras orientadas en direcciones fuera del eje intercaladas entre la pluralidad de telas en dirección de urdimbre .

36. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque además comprende la etapa de intercalar entre la pluralidad de telas en dirección de urdimbre una o más capas de tela con fibras orientadas en dirección fuera del eje.