ES2881218T3 - Procedimiento y dispositivo para el estampado de una pieza en bruto compuesta de matriz termoplástica no consolidada - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la realización, por estampado en caliente, de una pieza compuesta de refuerzo fibroso continuo en una matriz termoplástica, incluyendo el procedimiento las etapas que consisten en: a. obtener una pieza en bruto (160) que consiste en una estratificación no consolidada de pliegues que consisten en napas (110, 310) unidireccionales de fibras preimpregnadas de un polímero termoplástico; b. calentar al aire libre dicha pieza en bruto (160) no consolidada a una temperatura superior o igual a la temperatura de fusión (220) del polímero que constituye la matriz; c. estampar en caliente la pieza en bruto (160) no consolidada después de su calentamiento en la etapa b) deformándola entre una matriz (150) y un dispositivo de conformación de forma complementaria a la de la matriz (150) de manera que constituya una pieza en forma.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y dispositivo para el estampado de una pieza en bruto compuesta de matriz termoplástica no consolidada

La invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo para el estampado de una pieza en bruto compuesta de matriz termoplástica no consolidada. La invención está adaptada más en particular, pero no exclusivamente, a la obtención de una pieza compuesta en forma, reforzada por fibras continuas de carbono, de vidrio o de aramida en una matriz termoplástica, con tasas de refuerzos en masa comprendidas entre el 50% y el 70%, o menos. Así, la invención está adaptada más en particular al campo de la aeronáutica, pero puede adaptarse ventajosamente a otros campos técnicos en los cuales las exigencias en cuestión de estructura y de fiabilidad son similares.

Según la técnica anterior, una pieza compuesta de matriz termoplástica en forma se obtiene por el estampado en caliente de una pieza en bruto compuesta estratificada consolidada. Cuando la fase de refuerzo de dicho material compuesto está constituida por fibras continuas, la conformación de la pieza en bruto por estampado implica un deslizamiento interlaminar de los pliegues que constituyen la estratificación de dicho material compuesto. Este deslizamiento interlaminar solo es posible si la matriz de dicho material compuesto se encuentra en un estado suficientemente fluido durante la operación de estampado. Este estado se obtiene calentando la pieza en bruto, antes del estampado, a una temperatura superior a la temperatura de fusión del polímero que constituye la matriz de este material compuesto. Cuando este polímero es un polímero termoplástico de alto rendimiento tal como una polieteretercetona, o PEEK, esta temperatura de calentamiento es elevada, comprendida normalmente entre 350°C y 440°C. Esta temperatura debe alcanzarse en todo el volumen de la pieza en bruto, para permitir el deslizamiento de los pliegues de fibras continuas, y evitar la introducción de tensión en las fibras, escurrimiento entre las fibras y ondulación de fibras, unos defectos que tienen consecuencias desastrosas sobre las características mecánicas de la pieza así obtenidas. Así, normalmente se admite y se observa experimentalmente que la pieza en bruto objeto de esta operación de estampado debe estar libre de defectos tales como porosidades. De hecho, según las pruebas experimentales de la técnica anterior, la presencia de una lámina de aire en la estratificación, incluso en una corta distancia, crea en el calentamiento un defecto de uniformidad de temperatura, defecto que se traduce en un punto de fijación entre los pliegues o las fibras en cuestión, el que el punto de fijación se opone localmente al deslizamiento interlaminar. Además, esta lámina de aire recoge los productos de desgasificación durante el calentamiento de la pieza en bruto y no se volverá a cerrar durante el estampado. Así, según la técnica anterior, el procedimiento de implementación de un material compuesto de matriz termoplástica por estampado parte de la constatación de que toda la porosidad presente en la pieza en bruto estará presente en la pieza final obtenida del estampado de esta pieza en bruto.

Así, el procedimiento de estampado según la técnica anterior se implementa por medio de piezas en bruto recortadas en conjunto en una placa consolidada, prestando un cuidado particular a la realización de dicha placa, que es objeto de controles tan severos como la pieza final, lo que aumenta el coste de las piezas obtenidas por este procedimiento de la técnica anterior. El documento WO 2013/127965 describe un procedimiento que permite obtener dicha placa consolidada.

La consolidación de un material compuesto que comprende una matriz constituida por un polímero termoplástico comprende tres fenómenos:

- un fenómeno esencialmente mecánico que, bajo el efecto de la presión y de la viscosidad del polímero, tiende a crear un contacto íntimo entre los pliegues;

- un fenómeno esencialmente químico llamado autoadhesión, que conlleva una adhesión de los pliegues entre sí por la difusión de los segmentos moleculares a través de la interfaz y después en todo el espesor de los pliegues;

- un fenómeno de flujo del polímero, a veces denominado impregnación, y que permite llenar los vacíos cerrados que subsisten en el material.

El documento FR 2 987 304 describe un procedimiento de estampado en caliente de un material compuesto de refuerzo continuo, que usa una pieza en bruto en un estado, llamada preconsolidada, obtenida por colocación de fibras y una autoadhesión parcial entre los pliegues, es decir, una adhesión de los pliegues entre sí en toda su interfaz de contacto, sin vacío en la interfaz, de manera que los segmentos de cadenas moleculares del polímero que constituyen la matriz se difunden en un espesor muy limitado entre los pliegues, a una y otra parte de la interfaz. Este estado se distingue del estado llamado consolidado, en el que la autoadhesión es importante, en que las cadenas moleculares del polímero que constituyen la matriz se extienden y se entremezclan en todo el espesor de los pliegues. Aun cuando este procedimiento aporta una mejora con respecto a la técnica anterior, necesita no obstante alcanzar un nivel de calidad de la pieza en bruto todavía elevado, con una tasa de porosidad inferior al 1%. Además, al realizarse el procedimiento a alta temperatura, es decir, a una temperatura superior a la temperatura de fusión del material, el fenómeno de impregnación se produce y permite alcanzar este bajo nivel de porosidad.

El documento FR 2922276 / WO 20100097547 describe un procedimiento para la obtención de una pieza en forma, que usa un ensamblaje de pliegues no consolidados. Este procedimiento no es un procedimiento de estampado, se trata de un procedimiento asimilable a un moldeo, de manera que el ensamblaje no consolidado de pliegues experimenta un ciclo completo de calentamiento y enfriamiento, que incluye su consolidación, en el interior de un molde cerrado cuya cavidad es sometida a arrastre al vacío. El arrastre al vacío de la cavidad cerrada permite suprimir las láminas de aire entre los pliegues. La productividad de dicho procedimiento es modesta en relación con el procedimiento de estampado y no produce, o produce muy poco, deslizamiento interlaminar comparado con el procedimiento de estampado.

El documento FR 2905891 describe un procedimiento para la consolidación de un apilamiento de pliegues fibrosos preimpregnados de un polímero termoplástico.

El documento FR 2929167 describe un procedimiento para la consolidación/compactación de una pieza en bruto que comprende un apilamiento de tejidos impregnados de un polímero termoplástico, del cual la pieza en bruto, compactada y consolidada, es usada posteriormente en una operación de conformado por estampado.

La invención pretende resolver los inconvenientes de la técnica anterior y se refiere para este fin a un procedimiento, según la reivindicación 1, para la realización, por estampado en caliente, de una pieza compuesta de refuerzo fibroso continuo en una matriz termoplástica.

Así, de manera sorprendente y al contrario de lo que conoce el experto en la materia, el uso exclusivo de napas unidireccionales para la constitución de los pliegues permite un estampado directo de la pieza en bruto así constituida, no consolidada, incluso en ausencia de cualquier ensamblaje de los pliegues entre sí, sin creación de defecto en la pieza así obtenida. La expresión «no consolidado» designa a la vez un apilado de pliegue libre de cualquier apilamiento que constituye la pieza en bruto y se implementa, desde el punto de vista del estampado, en las mismas condiciones que el estampado de una pieza en bruto consolidada según la técnica anterior.

Si bien el término «preimpregnado» se aplica a fibras termoplásticas, en este caso se usa en el sentido de mechas termoplásticas calandradas con una película de polímero, espolvoreadas con un polímero termoplástico o que comprenden fibras termoplásticas mezcladas conjuntamente con las fibras de refuerzo. En todos los casos, las fibras de refuerzo no están impregnadas de por sí o están impregnadas solo parcialmente con este polímero. Este tipo de producto corresponde a los productos disponibles efectivamente en el comercio con la denominación impropia de preimpregnado.

La expresión «al aire libre» significa que durante el calentamiento la pieza en bruto no se sitúa en un espacio confinado y no está sometida a ningún vacío o ninguna presión distinta que la presión atmosférica.

La invención se implementa ventajosamente según las realizaciones expuestas a continuación, las cuales deben considerarse individualmente o según cualquier combinación técnicamente operativa.

Según una realización particular del procedimiento objeto de la invención, la etapa a) comprende una etapa que consiste en ensamblar los pliegues por puntos de soldadura. Así, se mejora la cohesión de la pieza en bruto antes de su estampado. La limitación del ensamblaje de los pliegues entre sí a puntos de soldadura permite conservar el efecto sorprendente.

Según otra realización particular del procedimiento objeto de la invención, cada pliegue está constituido por bandas ensambladas borde con borde por una soldadura. Esta realización permite la obtención fácil de piezas en bruto de anchura importante, especialmente que comprenden fibras orientadas según direcciones oblicuas, confiriendo a dicha en pieza bruto suficiente cohesión para que pueda ser manipulada sin riesgo de hacer perder la orientación a dichas bandas.

Según una tercera realización, el procedimiento objeto de la invención comprende antes de la etapa a) una etapa que consiste en:

di. seleccionar, para la constitución de la matriz, un polímero termoplástico que incluye una temperatura de recristalización entre la temperatura de transición vítrea, Tg, y la temperatura de fusión, Tf, de dicho polímero; comprendiendo la etapa a) una etapa que consiste en:

dii. drapear los pliegues, en forma de bandas preimpregnadas, por medio de una máquina de drapeado que incluye un medio de calentamiento de dicha banda, de manera que, durante la deposición, la temperatura de calentamiento es inferior a la temperatura de fusión del polímero y superior a la temperatura de recristalización.

Esta realización que incluye una selección de las características del polímero que constituye la matriz permite, en condiciones determinadas, realizar un ensamblaje de los pliegues entre sí en toda su superficie de contacto y realizar un producto en bruto por medios de drapeado automáticos. Así, un producto en bruto, en forma de una placa de grandes dimensiones, se obtiene de manera económica, y, aunque no esté consolidada, ni siquiera parcialmente consolidada, la cohesión de dicho producto en bruto permite la realización de piezas en bruto de formas complejas, por ejemplo, por recorte. Alternativamente la pieza en bruto se obtiene directamente por drapeado de bandas anchas o por colocación automática de fibras. En este último caso el procedimiento objeto de la invención permite respetar mejor la orientación de las fibras con respecto al contorno de la pieza en bruto, especialmente para piezas curvas.

Dicho producto en bruto o dicha pieza en bruto se preparan de manera económica sin etapa de consolidación. El calentamiento de las bandas depositadas en las condiciones del procedimiento objeto de la invención permite conferir a dichas bandas una pegajosidad suficiente para el drapeado automático, sin consolidación de los pliegues. Según un segundo efecto sorprendente, la combinación de la selección del material y del uso de una temperatura reducida de ensamblaje de las bandas unidireccionales durante el drapeado permite obtener una pieza libre de defecto en estampado directo, es decir sin etapa de consolidación entre el drapeado y el estampado.

Ventajosamente, la etapa d) comprende las etapas que consisten en:

di. realizar un análisis calorimétrico diferencial de barrido del preimpregnado;

dii. seleccionar dicho preimpregnado si el resultado de dicha calorimetría diferencial de barrido hace aparecer en el calentamiento un pico exotérmico entre la temperatura de transición vítrea y la temperatura de fusión del polímero.

Así, un procedimiento sencillo de caracterización permite verificar la adaptación del preimpregnado en la implementación con éxito del procedimiento objeto de la invención en sus realizaciones que incluyen un ensamblaje continuo de los pliegues o de las bandas que constituyen los pliegues. Según la invención, la temperatura a la cual se produce el pico exotérmico se denomina «temperatura de recristalización» siendo dicho fenómeno de recristalización el más verosímil para explicar la presencia de dicho pico exotérmico en la curva de análisis calorimétrico en el calentamiento, sin estar limitado por ninguna teoría.

Según una realización particular, el polímero que constituye la matriz es una polieteretercetona semicristalina cuya tasa de cristalinidad a temperatura ambiente está comprendida entre el 5% y el 20%. Esta selección particular del polímero que constituye la matriz, compatible con las etapas di) y dii) del procedimiento objeto de la invención permite reducir considerablemente el coste de obtención de una pieza compuesta de alto rendimiento.

Ventajosamente, cuando el polímero es una PEEK, la etapa ai) se realiza a una temperatura comprendida entre 200°C y 330°C, preferentemente 250°C. Además de las ventajas expuestas anteriormente, este drapeado con calentamiento a baja temperatura permite mejorar la calidad de la pieza en bruto o del producto en bruto, evitando los fenómenos de oxidación de la PEEK en el curso del drapeado.

Según una realización particular del procedimiento objeto de la invención, la etapa a) se realiza apilando los pliegues en un utillaje, llamado de transferencia, que incluye medios de colocación y de mantenimiento de los pliegues en su periferia. Esta realización permite la creación de una pieza en bruto de estampado a partir de pliegues no ensamblados y suprime así completamente la etapa de la técnica anterior que consiste en realizar un producto en bruto consolidado.

Ventajosamente, el utillaje de transferencia es un marco, realizándose la etapa b) mientras los pliegues apilados durante la etapa a) están sobre dicho marco.

Según una variante de realización, el utillaje de transferencia comprende una película poliimida, de manera que los pliegues se ensamblan y se mantienen en dicha película con una cinta adhesiva en su periferia. Esta realización es especialmente sencilla de implementar.

La invención se expone a continuación según sus realizaciones preferidas, en ningún modo limitativas, y en referencia a las figuras 1 a 3, en las que:

- la figura 1 muestra esquemáticamente un ejemplo de realización del procedimiento objeto de la invención, que implementa un ensamblaje de bandas unidireccionales, ilustrado en la figura 1A según una vista desde arriba, con lo que se realiza un calentamiento del apilamiento, ilustrado en la figura 1B según una vista en sección transversal AA definida en la figura 1A, y un estampado ilustrado en la figura 1C según una vista en sección transversal AA;

- la figura 2 representa un ejemplo de curvas de análisis térmico diferencial realizadas en dos preimpregnados termoplásticos;

- y la figura 3 es una vista esquemática en perspectiva y en despiece ordenado de un ejemplo de ensamblaje de bandas unidireccionales en un utillaje de transferencia constituido por una película de poliimida, según un ejemplo de realización del procedimiento objeto de la invención.

En la Figura 1A, según un ejemplo de realización del procedimiento objeto de la invención, se colocan bandas (110), constituidas por napas de fibras unidireccionales preimpregnadas con un polímero termoplástico sobre un utillaje (100), llamado marco de transferencia. Dicho utillaje incluye un marco de soporte en el que se fijan platinas (101), incluyendo cada una de estas platinas medios (105) de colocación, por ejemplo, en forma de un dedo que sobresale con respecto a dicha platina (101). Cada banda (110) unidireccional incluye una o varias luces (111, 112) aptas para cooperar con dichos medios (105) de colocación. Las bandas (110) unidireccionales presentan individualmente una rigidez suficiente para ser colocadas así manualmente o por mediación de un medio automático, por ejemplo un robot de tipo «pick and place» equipado con una ventosa, en dicho marco (100). Se obtiene así un apilamiento de pliegues unidireccionales sin que ni los pliegues ni las bandas estén unidos entre sí.

En la Figura 1B, según un ejemplo de realización, el marco (100) se usa como marco de transferencia y el apilamiento así realizado, que constituye la pieza en bruto (160) para el estampado, se coloca bajo medios de calentamiento (120), por ejemplo, paneles radiantes. Dichos medios de calentamiento llevan la pieza en bruto (160) a una temperatura superior a la temperatura de fusión, Tf, del polímero termoplástico. A modo de ejemplo no limitativo, si dicho polímero es una PEEK, esta temperatura de calentamiento alcanza 440°C.

En la Figura 1C, después de esta etapa de calentamiento, la pieza en bruto (160) se somete a estampado deformándola entre una matriz (150) y un dispositivo de conformación (no representado) de forma complementaria a la de la matriz (150) de manera que constituya una pieza en forma. La pieza así obtenida, de manera sorprendente, está libre de defecto.

En la Figura 3, según una variante de realización, las bandas (310) de napas unidireccionales se colocan sobre una película (300) de poliimida resistente a la temperatura alcanzada durante el proceso de estampado, y que se usa como utillaje de transferencia. Según este ejemplo de realización, dichas bandas (310) se mantienen simplemente en su periferia sobre dicha película (300), por medio de cintas (305) adhesivas, adaptadas a la temperatura de implementación del procedimiento. La operación de calentamiento previa al estampado y la operación de estampado en sí se realizan mientras las bandas (310) están sobre la película (300) de poliimida según técnicas conocidas de la técnica anterior.

Sin estar limitado por ninguna teoría, se supone que el uso de bandas unidireccionales y la ausencia de ensamblaje continuo entre los pliegues permiten evacuar los gases y el aire durante el esponjamiento del polímero en el calentamiento y durante el estampado. Esta realización se adapta cuando la pieza en bruto tiene dimensiones suficientemente reducidas, o su forma es simple, de manera que la colocación de las bandas de napas unidireccionales puede realizarse con un número reducido de medios de colocación. En los otros casos es necesario un ensamblaje de los pliegues o de las bandas.

Según una realización, un ensamblaje de los pliegues se realiza por puntos de soldadura. Esta realización permite preensamblar los pliegues que constituyen la pieza en bruto según el espesor de dicha pieza en bruto. Esta soldadura por puntos se realiza fácilmente en el utillaje de transferencia o fuera de dicho utillaje, por medio de un soldador capaz de llevar localmente a su temperatura de fusión el polímero que preimpregna las fibras. Estos puntos de soldadura confieren a la pieza en bruto, una cierta cohesión que permite manipularla fuera del utillaje de transferencia, sin perder las ventajas del procedimiento objeto de la invención. Según otra variante de realización compatible con la anterior, las bandas (110, 310) se sueldan borde con borde por medio de líneas de soldadura (140, 340). Estas líneas de soldadura se extienden en una baja anchura a una y otra parte de los bordes de las bandas en contacto y se obtienen, por ejemplo, por medio de un soldador capaz de llevar el polímero que preimpregna las bandas (110, 310) a su temperatura de fusión. Alternativamente, dicha soldadura se realiza por otros medios conocidos de la técnica anterior, por ejemplo, mediante un calentamiento por rayo láser.

Cuando la pieza en bruto incluye un recorte complejo que exige que se corte en un producto en bruto, o cuando la forma de la pieza necesita que la estratificación se obtenga por colocación de fibras, de manera que las fibras estén orientadas correctamente en cualquier punto con respecto a esta forma, o cuando la pieza en bruto tiene una dimensión grande, dicho producto en bruto o la pieza en bruto se obtienen preferentemente por drapeado automático. En todo el texto, el término drapeado se entiende como drapeado de bandas y colocación de fibras, siendo las condiciones esenciales de implementación de estos procedimientos similares en el contexto de la invención.

Según una tercera realización del procedimiento objeto de la invención, el producto en bruto se realiza por drapeado y ensamblaje entre sí de las bandas y de los pliegues. Este drapeado se realiza por una deposición automática o manual de bandas de una anchura comprendida entre 3 mm y 305 mm (12"), bandas que se ensamblan entre sí en toda la superficie de sus interfaces. La deposición de bandas estrechas (3 mm, por ejemplo) se obtiene preferentemente por medio de una máquina o de un robot apto para la colocación de fibras. En el caso de bandas anchas, se depositan por medio de una máquina de drapeado o manualmente. Esta realización permite, de manera sorprendente, obtener una pieza libre de defecto, sin pasar por una etapa de consolidación del producto en bruto. Este resultado se obtiene combinando las tres condiciones de implementación siguientes: - el drapeado se implementa por medio de bandas constituidas por fibras unidireccionales;

- el polímero termoplástico que impregna las fibras incluye una temperatura de recristalización comprendida entre la temperatura de transición vítrea y la temperatura de fusión;

- la temperatura de calentamiento de las bandas en el curso de la deposición es superior a la temperatura de recristalización e inferior a la temperatura de fusión, Tf, del polímero que impregna las fibras.

El calentamiento de las bandas preimpregnadas de un polímero termoplástico es indispensable durante el drapeado. De hecho, dichas bandas no son pegajosas, y deben calentarse para adherirse a la preforma ya depositada. Según la técnica anterior, las máquinas aptas para el drapeado automático de fibras preimpregnadas de un polímero termoplástico usan para este fin un calentamiento a una temperatura igual o superior a la temperatura de fusión de dicho polímero. Así, en el caso en que este polímero es una PEEK, cuya temperatura de fusión es 343°C, esta temperatura de calentamiento en el curso de la deposición, según la técnica anterior, es normalmente de 400°C o más. En el caso del procedimiento objeto de la invención, la temperatura de calentamiento en el curso de la deposición está limitada, según un ejemplo de realización, a 250°C para una banda preimpregnada de PEEK. Esta baja temperatura no produce la fusión de dicho polímero. Así, por una parte, el fenómeno de impregnación no se produce y subsiste porosidad en el ensamblaje, por otra parte la difusión molecular en la interfaz se ralentiza y en consecuencia no permite el fenómeno de autoadhesión. Sin embargo, este calentamiento a baja temperatura confiere a la banda, o a la región de la banda así calentada, una pegajosidad suficiente para adherirse a la preforma. Sin estar limitado por ninguna teoría, se supone que la adhesión entre los pliegues se produce por la cocristalización de las fases amorfas del polímero, a una y otra parte de la interfaz. Esta cocristalización se obtiene por la recristalización en el calentamiento del polímero.

Esta posibilidad sorprendente de limitar la temperatura de calentamiento en el curso de la deposición y de realizar a continuación un estampado a partir de una pieza en bruto no consolidada, a la vez que se asegura la calidad del material de la pieza final, solo se verifica usando bandas constituidas por napas de fibras unidireccionales y seleccionando un polímero termoplástico que hace aparecer un pico de recristalización entre su temperatura de transición vítrea y su temperatura de fusión.

En la Figura 2, el análisis calorimétrico diferencial en barrido es una técnica de caracterización conocida de la técnica anterior. Permite medir la variación de entalpía de la materia en el curso de su calentamiento y consiste en calentar dos muestras, una constituida por el material para el ensayo y la otra por un material de control. Las dos muestras se calientan en dos hornos separados manteniendo una diferencia de temperatura nula entre las dos muestras. El trazado proporciona el flujo térmico (202) entre las dos muestras en función de la temperatura (201). La aparición de un pico en esta evolución da fe de la presencia de una transición de fase que hace intervenir un calor latente de transición. Según la naturaleza de la transición de fase, dicho pico (232, 242) está orientado hacia abajo, en cuyo caso se llama «endotérmico», u orientado hacia arriba, con lo que califica de «exotérmico».

El trazado de la curva (230) de análisis calorimétrico diferencial que corresponde a un preimpregnado de fibras de carbono-PEEK que tiene una tasa de cristalinidad del 30% a temperatura ambiente hace aparecer, en el calentamiento, una primera (233) perturbación de la curva que corresponde al paso de la temperatura (210) de transición vítrea (Tg), y después un pico (232) endotérmico a la temperatura (220) de fusión (Tf) del polímero. El trazado de la curva (240) de análisis calorimétrico diferencial de un preimpregnado de carbono-PEEK en el que la PEEK presenta una tasa de cristalinidad comprendida entre el 5% y el 20% a temperatura ambiente hace aparecer en el calentamiento una primera perturbación (243) que corresponde al paso de la transición vítrea, Tg, y después un pico (241) exotérmico, antes del pico (242) endotérmico de fusión. Este pico (241) exotérmico, que se produce en el calentamiento, se interpreta como un pico de recristalización. La temperatura (245) sustancialmente centrada en dicho pico (241) exotérmico se denomina temperatura de recristalización ya que se produce en el calentamiento, estando el material inicialmente en estado cristalizado. El material cuyo trazado (230) no hace aparecer dicho pico (241) de recristalización, es decir, según este ejemplo, el preimpregnado de un PEEK cuya tasa de cristalinidad a temperatura ambiente es superior al 20% no está adaptado a las realizaciones del procedimiento objeto de la invención, que implementan un ensamblaje de las bandas de napas unidireccionales en toda su superficie de contacto, es decir, esencialmente, una deposición de las bandas por un medio de drapeado automatizado. Por el contrario, el material cuyo trazado (240) del análisis calorimétrico hace aparecer un pico (241) exotérmico en el calentamiento permite un ensamblaje de bandas unidireccionales en toda su superficie, con la condición de que este ensamblaje se realice por un calentamiento de las bandas en un intervalo (250) de temperatura comprendida entre la temperatura (245) del pico (241) exotérmico y la temperatura (220) de fusión. Por ejemplo, para un preimpregnado de PEEK cuya tasa de cristalinidad a temperatura ambiente está comprendida entre el 5% y el 20%, el drapeado automático de las bandas preimpregnadas puede realizarse a una temperatura de 250°C. Esta baja temperatura permite también evitar los fenómenos de oxidación de dicho polímero durante el calentamiento correspondiente. Este calentamiento continuo a baja temperatura permite conferir a las bandas preimpregnadas una pegajosidad suficiente para implementarlos según un procedimiento de drapeado automatizado.

Un preimpregnado termoplástico, que no presenta dicho pico (241) de recristalización, por ejemplo un preimpregnado de PEEK cuya tasa de cristalinidad a temperatura ambiente es del 30%, no puede ensamblarse durante una operación de drapeado o de colocación de fibra por un calentamiento en un intervalo (250) de temperatura tan baja, ya que dicho calentamiento no le confiere una pegajosidad suficiente para permitir la adhesión de las bandas en la preforma. Además, en el caso del drapeado automatizado de un preimpregnado de PEEK cuya tasa de cristalinidad a temperatura ambiente es superior al 20%, la temperatura de calentamiento en el curso del drapeado debe ser superior o igual a la temperatura (220) de fusión del PEEK, estando la adhesión de las bandas depositadas en la preforma acompañada necesariamente de una autoadhesión, incluso parcial, de los pliegues entre sí. Por el contrario, esta PEEK cuya tasa de cristalinidad a temperatura ambiente es del 20% o más es apta para ser implementada por las realizaciones del procedimiento objeto de la invención sin ensamblaje de los pliegues o con un ensamblaje por soldadura parcial, por punto o por línea de soldadura.

La descripción ofrecida anteriormente y los ejemplos de realización muestran que la invención alcanza los objetivos pretendidos, en particular, por el uso de pliegues constituidos por fibras unidireccionales preimpregnadas de todo polímero termoplástico, permite el estampado de pliegues no ensamblados o parcialmente ensamblados por puntos, y, por una selección de un polímero que impregna los pliegues, una selección que responde a características particulares y está asociada a condiciones de drapeado específicas, el procedimiento objeto de la invención permite obtener un resultado similar implementando un producto en bruto obtenido por drapeado automatizado. Según estas dos realizaciones del procedimiento objeto de la invención, se suprime la etapa de obtención de una placa consolidada, etapa considerada indispensable según la técnica anterior.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la realización, por estampado en caliente, de una pieza compuesta de refuerzo fibroso continuo en una matriz termoplástica, incluyendo el procedimiento las etapas que consisten en:

a. obtener una pieza en bruto (160) que consiste en una estratificación no consolidada de pliegues que consisten en napas (110, 310) unidireccionales de fibras preimpregnadas de un polímero termoplástico;

b. calentar al aire libre dicha pieza en bruto (160) no consolidada a una temperatura superior o igual a la temperatura de fusión (220) del polímero que constituye la matriz;

c. estampar en caliente la pieza en bruto (160) no consolidada después de su calentamiento en la etapa b) deformándola entre una matriz (150) y un dispositivo de conformación de forma complementaria a la de la matriz (150) de manera que constituya una pieza en forma.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa a) comprende una etapa que consiste en ensamblar los pliegues por puntos de soldadura.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que cada pliegue de la pieza en bruto está constituido por bandas (110, 310) ensambladas borde con borde por una soldadura (140, 340).

4. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende antes de la etapa a) una etapa d0 que consiste en seleccionar, para la constitución de la matriz un polímero termoplástico que incluye una temperatura (245), llamada de recristalización, entre la temperatura (210) de transición vítrea, Tg, y la temperatura (220) de fusión, Tf, de dicho polímero, y que comprende las etapas que consisten en:

di. realizar un análisis calorimétrico diferencial de barrido del preimpregnado

dii. seleccionar dicho preimpregnado si el resultado de dicha calorimetría diferencial de barrido hace aparecer en el calentamiento un pico (241) exotérmico entre la temperatura (210) de transición vítrea y la temperatura (220) de fusión del polímero, de manera que la temperatura (245) del pico exotérmico se considera la temperatura de recristalización

y en el que la etapa a) comprende una etapa que consiste en: ai. drapear los pliegues, en forma de bandas preimpregnadas, por medio de una máquina de drapeado que incluye un medio de calentamiento de dicha banda, siendo la temperatura de calentamiento de la banda durante la deposición inferior a la temperatura de fusión (220) del polímero y superior a la temperatura (245) de recristalización.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que la etapa de selección d) del polímero que constituye la matriz consiste en seleccionar una polieteretercetona semicristalina cuya tasa de cristalinidad a temperatura ambiente está comprendida entre el 5% y el 20%.

6. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la etapa ai) se realiza a una temperatura comprendida entre 200°C y 330°C, preferentemente 250°C.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa a) se realiza apilando los pliegues en un utillaje (100, 300), llamado de transferencia, que incluye medios (105, 305) de colocación y de mantenimiento de los pliegues en su periferia.

8. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que el utillaje de transferencia es un marco (100) y la etapa b) se realiza mientras los pliegues apilados durante la etapa a) están sobre dicho marco (100).

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que el utillaje de transferencia comprende una película (300) de poliimida, estando los pliegues ensamblados y mantenidos sobre dicha película por una cinta (305) adhesiva en su periferia.