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MXPA03006134A - Metodo para hacer pre-formas. - Google Patents

Metodo para hacer pre-formas.

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Publication number
MXPA03006134A
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Authority
MX
Mexico
Prior art keywords
binder
mixture
support surface
applying
reinforcing material
Prior art date
Application number
MXPA03006134A
Other languages
English (en)
Inventor
Dale Nathan
Original Assignee
Brunswick Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brunswick Corp filed Critical Brunswick Corp
Publication of MXPA03006134A publication Critical patent/MXPA03006134A/es

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/30Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/305Spray-up of reinforcing fibres with or without matrix to form a non-coherent mat in or on a mould
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00Making preforms
    • B29B11/14Making preforms characterised by structure or composition
    • B29B11/16Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Un metodo de preparar pre-formas de fibras (18) dispersa fibras y aglutinante (14) sobre una superficie de soporte de formacion tal que los materiales sean acondicionados y luego aplicados a la superficie donde el material compuesto solidifica. El material de refuerzo, tal como fibra, es mezclado con aglutinante, tal como materiales termoplasticos o termofraguables, de modo que se adhieran los materiales. Luego, la mezcla adhesiva es dispersada en una relacion en peso predeterminada, controlada, sobre la superficie de soporte, donde la mezcla se pega a la superficie de soporte, se enfria y solidifica. La mezcla depositada puede tambien ser conformada adicionalmente a una forma deseada final antes de completarse la solidificacion. Este proceso no requiere de un sistema de vacio o pleno para mantener el material de refuerzo en su lugar. La pre-forma puede hacerse en cualquier forma, incluyendo secciones o configuraciones asimetricas.

Description

MÉTODO PARA HACER PRE-FORMAS Campo de la Invención Esta invención se refiere a un método de hacer una pre-forma, particularmente para uso en artículos moldeados compuestos. El método se refiere especialmente a hacer una pre-forma estructural para uso con materiales poliméricos. Antecedentes de la Invención Los materiales poliméricos de alta resistencia están siendo usados cada vez mas para reemplazar materiales estructurales tradicionales, tales como metal, en muchas aplicaciones. Los materiales poliméricos tienen la ventaja de un menor peso y son a menudo menos costosos y mas durables que los metales. Sin embargo, los materiales poliméricos tienden a ser de una resistencia mucho menor que el metal. Amenos que los materiales poliméricos sean reforzados de alguna manera, a menudo no satisfacen los requisitos de resistencia para reemplazo de metales . De esta manera, se han desarrollado materiales poliméricos compuestos para satisfacer tales requisitos de resistencia. Estos materiales compuestos están caracterizados por tener una matriz polimérica continua dentro de la cual se adosa un material de refuerzo, que habitualmente es un material relativamente rígido, de relación de aspecto elevada, tal como fibra de vidrio . Tales materiales compuestos son típicamente moldeados en una forma predeterminada, que en muchos casos es asimétrica. Para colocar el material de refuerzo en el material compuesto, el material de refuerzo es habitualmente colocado es el molde en un primer paso, seguido por cierre del molde y luego la introducción de una resina de moldeo fluida. La resina de moldeo llena el molde, incluyendo los intersticios entre las fibras, y endurece (por enfriamiento o curado) para formar el material compuesto deseado. De manera alternativa, la resina de moldeo puede ser aplicada a la fibra de refuerzo antes del moldeo. La fibra de refuerzo con la resina en ella es entonces colocada en un molde donde se aplican presión y temperatura, curando la resina para preparar el material compuesto deseado. Es deseable distribuir de manera uniforme el material de refuerzo a través de todo el material compuesto. De otra manera, el material compuesto tendrá puntos débiles donde carece de refuerzo. De esta manera, es importante preparar el material de refuerzo de modo que las fibras individuales sean distribuidas de manera uniforme a través de todo el material compuesto. En adición, las fibras individuales deben ser mantenidas en su lugar para resistir el flujo con la resina de moldeo al entrar ésta al molde, lo que perturbaría la distribución de fibras. Por estas razones, el refuerzo ha sido formado convencionalmente en una estera fuera del molde. La estera de pre-forma es entonces colocada en el molde y ya sea impregnada con resina para hacer el articulo compuesto final, o bien simplemente calentada y prensada para hacer un articulo compuesto de muy baja densidad. La estera es generalmente preparada formando las fibras de refuerzo en una forma que iguala el interior del molde y aplicando un aglutinante a las fibras. En algunos casos, se pre-aplica un aglutinante termo-fraguable, y luego se cura después de que las fibras son formadas en una estera . En otros métodos, se aplica un aglutinante termoplásti-co, de modo que en una operación subsecuente el aglutinante puede ser calentado y ablandado y la estera posteriormente formada. Este aglutinante "pega" las fibras individuales entre si de modo que la estera resultante conserva su forma cuando se transfiere al molde para procesamiento adicional. El aglutinante también ayuda a las fibras individuales a retener sus posiciones cuando la resina de moldeo fluida es introducida al molde. En algunos casos, una resina de moldeo puede ser aplicada alternativamente a la fibra de refuerzo antes del moldeo. La fibra con aglutinan-te y resina es colocada en un molde donde se aplican entonces presión y temperatura, curando la resina para preparar el material compuesto deseado. Los aglutinantes convencionalmente usados han sido principalmente de tres tipos, cada uno de los cuales tiene diversas desventajas. Los aglutinantes usados de manera predominante han sido polímeros portadores de solvente, es decir líquidos, tales como resinas epoxi y poliéster. Los aglutinantes portadores de solvente son habitualmente rociados sobre la estera vía un método "dirigido por aire", y luego la estera es calentada para volatilizar el solvente y, si es necesario, curar el aglutinante. Esto significa que la aplicación del aglutinante es al menos un proceso de dos pasos, lo que no es deseable desde un punto de vista económico. Asimismo, se encuentra el uso de solvente, que plantea aspectos ambientales, de exposición y de recuperación. Tratar con estos aspectos incrementa potencialmen-te de manera significativa el costo del proceso. El procedimiento es también intensivo en uso de energía, pues toda la estera debe ser calentada solo para escurrir el solvente y curar el aglutinante. El paso de curado también hace que el proceso tarde mas . El uso de aglutinantes de polímero portadores de solvente es extremadamente sucio. Hay también elevados costos de mantenimiento asociados con mantener el área de trabajo y la malla en la que se forma la estera limpias. En este caso, donde el aglutinante puede ser un fluido de baja viscosidad, tiende a fluir sobre y revestir una gran porción de la superficie de las fibras. Cuando se prepara un artículo compuesto entonces a partir de una pre-forma hecha de esta manera, el aglutinante a menudo interfiere con la adhesión entre las fibras y la fase polimérica continua, en detrimento de las propiedades físicas del material compuesto final. Una segunda forma de aglutinante es la de los aglutinantes en polvo. Estos pueden ser mezclados con las fibras y luego la masa formada en una forma de pre-forma, que se calienta para curar el aglutinante in situ. De manera alternativa, estos aglutinantes pueden ser rociados para hacer contacto con las fibras. Sin embargo, simplemente sustituir un aglutinante pulverizado en un método dirigido por aire plantea problemas. Por ejemplo, los aglutinantes en polvo no pueden ser aplicados a menos que primero se aplique un velo a la malla para impedir que partículas de aglutinante sean succionadas a su través. De nuevo, esto incrementa el costo global y aumenta un paso al proceso. Los polvos en el aire pueden también presentar un riesgo de salud y de explosión, dependiendo de las condiciones de uso. El uso de aglutinantes pulverizados requiere adicionalmente un paso de calentamiento para derretir las partículas de aglutinante después de que se aplican a las fibras. El calentamiento hace a este proceso intensivo en uso de energía. Los aglutinantes de un tercer tipo son materiales termoplásticos calentados, que pueden ser derretidos y rociados como un aglutinante. El uso de estos materiales hace innecesario cualquier paso subsecuente de calentamiento, pues el aglutinante no requiere de calor para lograr cierta medida indeterminada de adhesión a las fibras. Este método tiene problemas con la "elevación", o compactación inadecuada de la pre-forma. La elevación típicamente ocurre debido a que los termoplásticos son calentados convencionalmente a cualquier temperatura aleatoria sobre sus puntos de fusión, llevando a una falta de uniformidad en sus patrones de enfriamiento y una migración extensa a lo largo de las superficies de las fibras. Esto permite a algunas de las fibras "saltar de regreso" antes de que sean fraguadas en su lugar por el termoplástico que solidifica. Esto puede dar como resultado la formación de una pre-forma de densidad menor que la deseada, gradientes de densidad a través de toda la pre-forma, y pobre adhesión de las fibras entre si. En vista de los problemas antes discutidos en la presente, un método del estado de la técnica divulgado en la patente US 6,030,575, que se incorpora en la presente por referencia, se aplica a un aglutinante calentando para fibras ya soportadas en una superficie de soporte mientras se aplica un vacío al otro lado de la superficie de soporte. Mediante este método, las fibras son mantenidas en su lugar por el vacío mientras el aglutinante es aplicado a una alta presión mediante un dispositivo de rociado. Esta aplicación aplica presión a las fibras, de esta manera formando una estructura sólida de refuerzo. Al aplicarse, y con la ayuda del flujo de aire del vacío, el aglutinante se enfría y solidifica en la forma de pre-forma deseada. Sin embargo, la aplicación de vacío requiere de equipo adicional en la forma de un arreglo de pleno y también requiere de funciones de control adicionales y mano de obra adicional para aplicar las fibras y el vacío de manera apropiada. Por tanto, se incrementan los costos de materiales y de operación. En vista de estos métodos del estado de la técnica, sería deseable proveer un método mas sencillo para hacer pre-formas, en el cual se minimizan o superan los problemas asociados con usar aglutinantes portadores de solvente, pulverizados o termoplásticos . También seria deseable proveer un método de menor costo que sea sencillo de operar y de esta manera mas conducente a la automatización. En un proceso de formación mas simple, puede incluso ser posible eliminar la necesidad de transferir la pre-forma a una herramienta de moldeo y/o eliminar la necesidad de aplicar un vacío a la superficie de formación. Compendio de la Invención Un aspecto de esta invención provee un método en el cual puede hacerse una pre-forma estructural, de alta resistencia, de manera eficiente y a bajo costo. Otro aspecto de esta invención provee un método de hacer una pre-forma que no requiera el uso de solventes. Un aspecto adicional de esta invención provee un método de hacer una pre-forma que puede asumir una variedad de formas, incluyendo partes asimétricas o porciones de partes. Un aspecto adicional de esta invención provee un método que usa menos componentes y de esta manera reduce los costos de capital y operativos de producción.
Esta invención puede ser adaptada fácilmente a producción y/o control automatizados. Un método de acuerdo con esta invención comprende los pasos de proveer un material de refuerzo, proveer un material aglutinante, mezclar el material de refuerzo y el material aglutinante de modo que al material aglutinante se adhiera al material de refuerzo, aplicar una corriente de la mezcla a una superficie de soporte, con ello adhiriendo la mezcla a la superficie de soporte, y solidificar la mezcla para formar la pre-forma. En particular, el método se refiere a hacer una pre-forma para uso en la formación de una parte estructural en la cual se provee una corriente de material fibroso de refuerzo, se adhiere material aglutinante en partículas al material de refuerzo proveyendo una corriente de material aglutinante calentado a la corriente de material fibroso de refuerzo para formar una mezcla adhesiva, y la mezcla adhesiva de material de refuerzo y material aglutinante es rociada contra una superficie de soporte tal que la mezcla se adhiera a la superficie de soporte y solidifique en la pre-forma. Las pre-formas hechas de acuerdo con el método y sus variaciones descritas en la presente son también englobadas por esta invención. Deberá entenderse que la invención descrita en la presente puede ser variada en varias maneras y no está restringi-da a las formas de realización particulares descritas en la presente. La invención está destinada a incluir generalmente cualquier forma de realización en la cual se combinen fibras y material aglutinante antes de aplicación a la superficie donde luego solidifican en la forma deseada. Breve Descripción de los Dibujos La invención será descrita en mayor detalle en conjunción con los siguientes dibujos, donde: la figura 1 es una vista esquemática en perspectiva de un efector de extremo que deposita el material sobre una superficie para hacer una pre-forma de acuerdo con un aspecto de esta invención; la figura 2 es una vista esquemática en perspectiva de una pre-forma que está siendo hecha de acuerdo con un aspecto de esta invención; la figura 2A es una vista parcial, amplificada, de un tipo de superficie de formación para uso con el método de acuerdo con la invención; la figura 2B es una sección parcial, amplificada, de otro tipo de superficie de formación para uso con el método de acuerdo con la invención; la figura 2C es una sección parcial, amplificada, de otro tipo de superficie de formación para uso con el método de acuerdo con la invención; la figura 2D es una sección parcial, amplificada, de la pre-forma formada mediante el método de acuerdo con la invención; la figura 3 es una vista frontal de un efector de extremo para uso con una forma de realización del método de acuerdo con la invención; la figura 4 es una vista lateral en perspectiva del efector de extremo de la figura 3; y la figura 5 es una vista frontal en perspectiva de un efector de extremo para uso con otra forma de realización del método de acuerdo con la invención. Descripción Detallada de Formas de Realización Preferidas Esta invención es descrita mas adelante con referencia a la formación de una pre-forma para uso en la industria marina para construir artículos reforzados con fibra de vidrio, tales como una escotilla, una cubierta, una sección de cubierta o un caso de barco. Sin embargo, deberá entenderse que esta es únicamente una forma de realización ejemplar y que el método puede ser aplicado en diversas aplicaciones en las cuales se usen miembros estructurales de alta resistencia. Por ejemplo, una pre-forma hecha de acuerdo con las formas de realización divulgadas de la invención puede ser usada en las industrias automotriz, aeronáutica o de la construcción o como un componente para artículos domésticos, tales como enseres electrodomésticos. Además, aunque se proveen en la presente ejemplos específicos de materiales, puede usarse cualquier material adecuado. Como se observa en la figura 1, un conjunto para hacer una pre-forma 10 usado para poner en práctica el método de acuerdo con la invención incluye un aplicador de materiales 12 que aplica la mezcla de materiales de pre-forma 14 a una superficie de soporte' 16 para crear la pre-forma 18. El término "pre-forma", en esta solicitud, está destinado a cubrir cualquier estructura usada como un inserto de refuerzo o soporte estructural dentro de una parte estructural compuesta, que de preferencia, pero no necesariamente, es una parte moldeada. Tal pre-forma 18 puede ser usada dentro de un molde o como parte de la estructura de soporte de molde. Por ejemplo, la pre-forma 18 puede ser colocada dentro de un molde cerrado o en un molde abierto (una charola o base, por ejemplo) , para formar la parte compuesta. De manera alternativa, la pre-forma 18 puede ser usada como una estructura de base que tiene materiales unidos o moldeados a ella, de esta manera actuando como un esqueleto o charola y eliminando la necesidad de una base de molde o herramienta de moldeo. La pre-forma 18 puede ser de cualquier forma deseada. En su forma mas simple, se asemeja a una estera conformada. El aplicador de materiales 12 de la figura 1 incluye un brazo controlado roboticamente 20 con un efector de extremo 22 que entrega la mezcla de materiales de pro-forma 14 a la superficie de soporte 16. La mezcla de materiales de pro-forma 14 es aplicada por el efector de extremo 22 por cualquier método de aplicación conocido, incluyendo, por ejemplo, rociado, insuflado, formación de corriente, expulsión, laminación o cobertura . Como se ve en la figura 1, la superficie de soporte 16 puede ser cualquier superficie que incluye una forma de parte completa o porciones de una parte. La superficie de soporte 16 puede incluir superficies orientadas en cualquier plano. Este método es particularmente adecuado para aplicar materiales a una superficie vertical 24. La figura 2, por ejemplo, muestra una pre-forma 18 conformada como un casco de barco completo, que servirá como una base estructural auto-sostenible durante el moldeo. En este caso, la mezcla de materiales de pre-forma 14 aplicada a la superficie de soporte 16 incluye fibras de vidrio cortadas, orientadas aleatoriamente, retenidas por un aglutinante termoplástico, como se observa en la figura 2D. Como se reconocerá, la superficie de soporte 16 puede hacerse de cualquier material adecuado, incluyendo fibra de vidrio, metal o cerámica, especialmente materiales conocidos para uso en herramientas de moldeo. La superficie puede también ser pre-tratada, si se desea. Por ejemplo, si la pre-forma 18 será usada meramente comprimiendo y calentando la pre-forma sin pasos adicionales de moldeo, puede ser deseable revestir con polvo la superficie de soporte 16. Asimismo, pueden emplearse tratamientos superficiales usados para moldeo, tales como revestimiento con gel, agente de liberación de molde, casco de desprendimiento o velo, usados solos o en diversas combinaciones. Obviamente, el uso pretendido de la pre-forma 18 puede dictar la configuración precisa de la superficie de soporte 16. Las figuras 2A-2C muestran variaciones de la superficie de soporte 16 susceptibles de usarse con el método de acuerdo con las formas de realización de la invención. La superficie de soporte 16 puede ser un miembro similar a placa perforada 26 con aperturas 28, como se observa en la figura 2?, que permite el flujo de aire a través de las aperturas 28 en el miembro 26 durante la aplicación. Aunque, como se describe mas adelante, no hay flujo de aire controlado en la superficie de soporte 16, el aire ambiental atrapado entre la superficie de soporte 16 y la mezcla 14 durante la aplicación puede escapar a través de aperturas 28, de esta manera proveyendo mas control durante la aplicación de la mezcla 14 y una pre-forma 18 mas compacta. De manera alternativa, la superficie de soporte 16 puede ser una malla rígida 30, como se observa en la figura 2B. En esta forma de realización, la mezcla 14 puede adherirse a la malla 30 e integrar la malla 30 en la estructura de pre-forma, de esta manera añadiendo rigidez. La malla 30 tiene además la ventaja adicional de permitir el flujo de aire ambiental a través de sus aperturas durante la aplicación de la mezcla 14. La malla 30 puede ser de cualquier material adecuado, incluyendo fibra de vidrio, plástico, metal, madera o cualquiera de sus combinaciones. La malla 30 ofrece ventajas durante el moldeo subsecuente aportando intersticios hacia los cuales puede fluir y aglutinar la resina aplicada posteriormente. La figura 2C muestra un tercer tipo de superficie de soporte 16 adecuada para este método. En este caso, la superficie de soporte 16 es una placa sólida 32. Una superficie de placa sólida 32 es también mostrada en la figura 1, en la cual está siendo formada una pre-forma para una parte. La mezcla 14 se adhiere directamente a la placa 32 durante aplicación. Esta variación puede dar como resultado una estructura de pre-forma compacta 18 al ser prensada la mezcla 14 sobre la placa 32. Asimismo, en este caso, la mezcla 14 solidificada puede tener una superficie externa lisa para tratamiento posterior. La superficie de soporte 16 tampoco necesita ser conformada a la forma deseada final de la pre-forma 18. Debido a que la mezcla 14 es aplicada mientras está pegajosa o viscosa, controlando la viscosidad aplicada, la mezcla 14 puede ser prensada en una forma deseada diferente de la superficie de soporte 16 antes de solidificación. Esto permite un gran grado de flexibilidad en formas de la pre-forma pues la pre-forma 18 no está restringida a la forma de la superficie de soporte 16. Pueden usarse cualesquiera materiales adecuados para crear la pre-forma 18. El material de refuerzo puede ser cualquier material adecuado para uso como refuerzo. De preferencia, el material de refuerzo es un material relativamente rígido, de alta relación de aspecto. En esta forma de realización preferida, el material es un material fibroso, cortado, tal como fibra de vidrio. El material puede ser provisto como un corte, o puede ser cortado durante o justo antes del proceso de aplicación. Se prefiere que el refuerzo aporte una superficie con intersticios de modo que el material de moldeo aplicado subsecuentemente pueda aglutinar estrechamente con el refuerzo. El aglutinante puede ser un material aglutinante en partículas, comercialmente disponible, incluyendo polímeros termoplásticos y termofraguables, polímeros celulares y no celulares, vidrios, cerámicas, metales, o sistemas reactivos de componentes múltiples. Un tipo de aglutinante adecuado, por ejemplo, es un híbrido de epoxi termoplástico . De preferencia, el aglutinante es un sólido verdadero o un líquido super-enfriado a la temperatura ambiental prevaleciente durante uso, de modo que los materiales orgánicos volátiles, tales como solventes, no estén presentes en cantidades significativas. De esta manera, pueden evitarse los problemas ambientales asociados con solventes. Además, el aglutinante es de preferencia un material que no necesita de post-tratamiento térmico para curar, de esta manera reduciendo los requisitos de tiempo y energía. El material particular puede ser cualquier aglutinante conocido, de preferencia uno que puede ser acondicionado, derretido sin descomposición significativa, adherido al material de refuerzo al enfriar, y durable a los rangos de temperaturas típicos en moldeo. El aglutinante particular puede ser seleccionado con base en las características deseadas de la pre-forma y su uso pretendido final . Un tipo de efector de extremo 22 adecuado es mostrado en detalle en las figuras 3 y 4. El efector de extremo 22 es cualquier elemento que pueda entregar material de acuerdo con el método y sus variaciones divulgadas en la presente. El efector de extremo 22 es de preferencia llevado por el brazo robótico 20, pero obviamente puede ser soportado manualmente o de otra manera. En este método, se emplea una configuración de elementos térmicos duales. Como se ve en la figura 3, un cabezal de suministro dividido, balanceado 33, de preferencia gas natural, alimenta dos quemadores 34 y 36. El cabezal balanceado 33 divide un cabezal principal para permitir una alimentación común a los quemadores 34 y 36 para mantener la uniformidad y la equidad del suministro de mezcla de gas y las condiciones de presión de entrada en el proceso . Cada quemador 34 y 36 tiene elementos de ignición de quemadores 38 y 40, respectivamente, que pueden ser capaces de programar ignición impulsada o control remoto manual. Como se describirá mas adelante, la configuración de quemadores duales crea un envolvente de calor o zona 42 dentro de las flamas expulsadas por los elementos de ignición de quemadores 38 y 40. De preferencia, el quemador o quemadores 34 (36) , por ejemplo, provee un perfil de temperaturas variable y uniforme, controlado, con una capacidad nominal de alrededor de 10,000 btu por pulgada lineal de quemador. El o los quemadores 34 (36) pueden incluir un gabinete de control de la mezcla gaseosa suministrada con sensores que monitorean continuamente y corrigen la calidad de la mezcla de flama y el contenido de oxigeno. De esta manera, puede controlarse la calidad de la flama dentro de limites predeterminados. Puede proveerse corte automático cuando los parámetros especificados son excedidos o si ocurren condiciones inseguras de la mezcla. Por supuesto, puede usarse cualquier número de quemadores, dependiendo del tamaño y la configuración deseados de la zona térmica 42. Se prefiere el uso de gas natural por costo y eficiencia, pero puede usarse cualquier combustible. Puede también emplearse una flama de baja presión. Por ejemplo, la velocidad de la flama puede ser de alrededor de 1,000 pies por minuto. El material de refuerzo es provisto por el dispositivo de corte de materiales 44. El dispositivo de corte 44 puede variar, dependiendo del tipo de material por cortarse. El dispositivo de corte 44 puede estar integrado plenamente con el sistema de control de proceso para permitir arranque y paro en proceso y correr ajuste de parámetros con base en los requerimientos del programa de control o sensores de proceso y señales del sistema de control del monitoreo del proceso. El dispositivo de corte 44 puede también ser controlado manualmente o variado por entrada del operador. Es también posible usar materiales pre-cortados u otro material en partículas, si se desea. El material cortado 46 es alimentado a través del tubo de forma de materiales 48. El material cortado 46, también llamado "corte", puede ser insuflado, dejado caer, expulsado por eyección o expulsado de otra manera del tubo 48. El tubo 48 está diseñado para proveer una área controlada discreta para procesamiento de materiales en preparación para la introducción de material cortado 46 a la corriente de material. Puede también proveer un volumen controlado para cualquier medio de acondicionamiento de materiales que pueda desearse. Como se observa en la figura 3, el material cortado 46 es alimentado en una corriente hacia la zona térmica 42. Se provee una entrada de aire 50 en el tubo 48 para ayudar a conformar la corriente de material cortado 46 al ser expulsada del tubo 48. Las compuertas de introducción de aglutinante 52 y 54 depositan aglutinante 56, en la forma de corrientes, hacia la zona de calor 42. Las compuertas 52 y 54 son de preferencia diseñadas para introducir aglutinante transportado mediante aire desde una unidad de dispensamiento dosificada a la corriente de materiales. El aglutinante 56 puede estar en la forma de partículas o cualquier forma convencional que pueda mezclarse con las fibras cortadas 46, como se señaló antes. En este arreglo, el aglutinante 56 es presentado como corrientes duales que están intercaladas en el flujo de fibras cortadas 46 antes de entrar a la zona de calor 42. Un conjunto efector de extremo alterno es mostrado en la figura 5, en el cual un efector de extremo 60 está montado en un brazo robótico 20. En este arreglo, un elemento quemador central 62 es provisto con un solo elemento de ignición de quemador 64 y una cara de quemador 66. Se coloca un par de dispositivos de corte de materiales 68 y 70 a cada lado del elemento quemador 62 y entregan corrientes de fibra cortada 46 hacia un punto focal en la zona de calor 42 mediante tubos de entrega 72 y 74, respectivamente. Se proveen cuatro compuertas de introducción de aglutinante 76, 78, 80 y 82 adyacentes a los tubos de entrega de materiales de refuerzo 72, 74 para entregar corrientes de aglutinante hacia el punto focal. De esta manera, pueden disponerse en capas conjuntamente corrientes de material de refuerzo 46 y aglutinante 56 a la zona de calor 42 para mezclar los materiales y crear una mezcla adhesiva. De manera alternativa, el aglutinante 56 puede ser acondicionado mediante un dispositivo de acondicionamiento, tal como un calentador, antes de ser introducido a la corriente de material de refuerzo 46. En este caso, no seria necesaria una zona de calor, lo que eliminaría el gabinete de control de gas y los controles, la unidad de alimentación de aglutinante dosificada, el cabezal de suministro de quemadores, y los elementos de ignición y quemadores. Tal calentador de aglutinante puede tratar térmicamente el material y luego insuflar aire a través de la superficie para expulsar partículas aglutinantes calientes. En operación, el efector de extremo particular puede variar con la condición de que el material de refuerzo 46 sea entregado a una zona en la cual el aglutinante calentado 56 pueda mezclarse con el mismo. El mezclado hace que los materiales se adhieran en una mezcla adhesiva 14. La mezcla adhesiva 14 es entonces depositada sobre la superficie de soporte 16 donde se solidifica en la pre-forma 18. El uso de diferentes arreglos de efector de extremo permite lograr diferentes propiedades. Usando diferentes números de corrientes o capas de material de refuerzo 46 y aglutinante 56 variará las propiedades finales de la pre-forma. De manera similar, el aglutinante de mezclado 56 después de calentado, antes de calentado, o mientras está siendo calentado, variará las propiedades finales de la pre-forma 18. Por supuesto, puede usarse cualquier efector de extremo 22 adecuado, con la condición de que puedan emplearse controles de mezclado y calor apropiados. Como puede entenderse de lo anterior, la pre-forma 18 puede ser hecha con diferentes propiedades controlando la zona de calor, la temperatura del aglutinante, el grado de corte del material de refuerzo, y la distancia a la superficie de soporte 16. Por ejemplo, la mezcla de materiales puede controlarse de modo que la mezcla 14 golpee la superficie de soporte 16 mientras está pegajosa, o ligeramente pegajosa, de modo que solidifique rápidamente. De manera alternativa, el mezclado puede ser controlado de modo que la mezcla 14 golpee la superficie de soporte 16 mientras está suficientemente viscosa para adherirse a la superficie de soporte 16 pero permanece moldeable de modo que pueda prensarse a la forma final deseada. El control de los diversos elementos y parámetros puede ser manual o automatizado. Si es automatizado, puede proveerse un sistema usando técnicas de programación conocidas en un controlador o aparato de procesamiento, tal como un microprocesador. El control de proceso, especialmente el control robótico, puede ser logrado por señales de control de robot, señales de retroalimentación de sensores de proceso, regulación de materiales de proceso, selección de materiales y especificaciones pre-fijadas. Los parámetros que afectan la fabricación de pre-forma incluyen el nivel de control de la fuente de calor o flama, la velocidad a la cual se introducen la flama, el aglutinante y el corte, la relación entre estos elementos, y la distancia del efector de extremo 22 desde la superficie de soporte 16. Por ejemplo, si se desea una mezcla 14 menos viscosa, el aglutinante 56 puede ser calentado a una mayor temperatura. Por medio de este método, puede controlarse la aplicación de la mezcla 14. La mezcla 14 tampoco necesita ser aplicada a alta velocidad y presión. Debido a que la mezcla 14 se adhiere a la superficie de soporte 16, la mezcla 14 puede incluso ser esparcida sobre la superficie de soporte 16 para lograr diferentes cualidades en la pre-forma 18. Al pegarse la mezcla 14 a la superficie de soporte 16 debido al acondicionamiento durante la operación de mezclado, no se necesitan métodos adicionales de mantener el material de refuerzo 46 en su lugar. Esto elimina la necesidad de cualquier conjunto de vacio o pleno. Además, como se usa una flama de baja velocidad, no está presente el problema de insuflar materiales de refuerzo de la superficie de soporte 16 o a diferentes lugar en la superficie de soporte 16. De manera adicional, como la mezcla 14 puede ser controlada estrechamente, pueden lograrse diferentes formas y grosores de la pre-forma 18. De esta manera, puede observarse que el método y sus variaciones de acuerdo con esta invención permiten moldear fácilmente formas complicadas, directamente sobre una superficie de formación, de esta manera simplificando el proceso de hacer la pre-forma 18 y también los procesos finales de moldeo en los cuales se usa la pre-forma 18. Asimismo, pueden formarse pre-formas de una pieza, incluso en formas grandes tales como cascos de barcos. Esto reduce los costos de mano de obra y el tiempo de producción y puede dar como resultado una parte compuesta mas resistente . La pre-forma 18 formada de acuerdo con cualquiera de las formas de realización anteriores puede ser usada en un proceso de moldeo para hacer una parte estructural compuesta. Por ejemplo, la pre-forma 18 puede ser usada en un proceso de moldeo al vacio en el cual se aplica resina a la pre-forma 18, con ayuda de vacio, y luego se cura la estructura compuesta. De manera alternativa, un material de moldeo, tal como una resina, puede aplicarse a la pre-forma 18 y luego pueden aplicarse calor y/o presión para formar la parte compuesta. Asimismo, pueden aplicarse simplemente calor y/o presión a la pre-forma 18 para comprimir la mezcla 14 y formar una parte. Por ejemplo, una pre-forma hecha de acuerdo con esta invención puede ser usada en un proceso de moldeo teniendo los siguientes pasos básicos. Después de que solidifica la pre-forma, la pre-forma es colocada en un molde y se aplica un material de moldeo, tal como resina. El molde puede ser un molde abierto o un molde cerrado, en el cual se aplicarla el herramental de moldeo antes de la introducción de la resina. Luego, después de que se llena el molde por completo, se cura la resina. El articulo puede ser entonces removido del molde y usado en ese estado o adicionalmente tratado o conformado para adecuarse a un proceso de manufactura. Antes de la introducción del material de moldeo, la pre-forma puede también ser configurada antes de solidificación completa o calentarse y conformarse para adaptarse a las condiciones de moldeo deseadas. Adicionalmente, pueden usarse pre-formas separadas juntas para formar una base estructural antes del moldeo. La pre-forma de acuerdo con esta invención puede ser usada en procesos de moldeo tales como moldeo por transferencia de resina (RTM) o moldeo por inyección de resina estructural (S-RIM) . Pueden emplearse pasos de moldeo por calor y/o presión en el proceso de moldeo con tal pre-forma. Pueden hacerse diversas partes, como se señaló antes, que son susceptibles de usarse en la industria marina u otras industrias que utilizan artículos reforzados con fibra de vidrio. Por ejemplo, pueden manufacturarse usando pre-formas de acuerdo con este proceso cascos parciales, cubiertas de arco completas o en parte, escotillas, cubiertas, cubiertas de motores, accesorios marinos y similares. De manera similar, otras embarcaciones marinas tales como embarcaciones personales pueden ser manufacturadas con partes hechas a partir de este proceso, incluyendo, por ejemplo, cubiertas para motores, cascos completos o en partes, escotillas y similares. Las partes hechas de acuerdo con este proceso también serían susceptibles de ser usadas en la industria automotriz para manufacturar componentes interiores o exteriores o partes de carrocería para vehículos . El uso de tales partes no está limitado a vehículo pues tales partes pueden ser usadas en cualquier artículo estructural, tal como un recipiente de almacenamiento o componente de construcción. Deberá entenderse que la esencia de la presente invención no está confinada a las formas de realización particulares descritas en la presente pero se extiende a otras formas de realización y modificaciones que pueden ser englobadas por las reivindicaciones anexas .

Claims (31)

  1. REIVINDICACIONES 1. Un método de hacer una pre-forma, que comprende: proveer material de refuerzo; proveer material aglutinante; mezclar el material de refuerzo y el material aglutinante de modo que el material aglutinante se adhiera al material de refuerzo; aplicar una corriente de la mezcla a una superficie de soporte, con ello adhiriendo la mezcla a la superficie de soporte; y solidificar la mezcla para formar la pre-forma.
  2. 2. El método de la reivindicación 1, donde el paso de aplicar una corriente de la mezcla a la superficie de soporte ocurre en ausencia de aire forzado en la superficie de soporte.
  3. 3. El método de la reivindicación 1, donde el paso de aplicar una corriente de la mezcla a la superficie de soporte ocurre sin el uso de un sistema de pleno.
  4. 4. El método de la reivindicación 1, donde el paso de aplicar una corriente de la mezcla incluye rociar la mezcla contra la superficie de soporte.
  5. 5. El método de la reivindicación 1, donde el paso de proveer el material de refuerzo incluye proveer fibras cortadas.
  6. 6. El método de la reivindicación 5, donde el paso de proveer fibras cortadas incluye proveer fibras cortadas.
  7. 7. El método de la reivindicación 1, donde el paso de proveer el material de refuerzo incluye emitir una corriente de fibras cortadas .
  8. 8. El método de la reivindicación 1, donde el paso de proveer aglutinante incluye emitir una corriente de un aglutinante en partículas.
  9. 9. El método de la reivindicación 1, donde el paso de proveer aglutinante incluye acondicionar el aglutinante antes de mezclar el aglutinante con el material de refuerzo.
  10. 10. El método de la reivindicación 9, donde el acondicionamiento del aglutinante incluye calentar el aglutinante.
  11. 11. El método de la reivindicación 1, donde el paso de mezclar el material de refuerzo y el aglutinante incluye emitir una corriente de material de refuerzo y enitir una corriente de aglutinante y mezclar las corrientes.
  12. 12. El método de la reivindicación 11, donde emitir las corrientes de material de refuerzo y aglutinante incluye emitir una pluralidad de corrientes donde las corrientes son dispuestas juntas en capas.
  13. 13. El método de la reivindicación 11, comprendiendo además acondicionar el aglutinante antes de emitir la corriente de aglutinante.
  14. 14. El método de la reivindicación 13, donde el acondicionamiento incluye calentar el aglutinante.
  15. 15. El método de la reivindicación 11, donde mezclar el material de refuerzo y el aglutinante incluye aplicar calor.
  16. 16. El método de la reivindicación 15, donde el material de refuerzo y- el aglutinante son combinados antes de aplicar el calor.
  17. 17. El método de la reivindicación 15, donde el material de refuerzo y el aglutinante son combinados mientras se aplica calor.
  18. 18. El método de la reivindicación 15, donde aplicar calor incluye crear una flama.
  19. 19. El método de la reivindicación 15, donde aplicar calor incluye formar una zona de calor controlada y alimentar el material de refuerzo y el aglutinante a la zona de calor.
  20. 20. El método de la reivindicación 1, donde el paso de aplicar la mezcla a una superficie de soporte incluye aplicar la mezcla a una superficie vertical de soporte.
  21. 21. El método de la reivindicación 1, donde el paso de aplicar la mezcla a una superficie de soporte incluye aplicar la mezcla a una superficie sólida de soporte.
  22. 22. El método de la reivindicación 1, donde el paso de aplicar la mezcla a una superficie de soporte incluye aplicar la mezcla a una superficie que tiene condiciones de aire ambiental.
  23. 23. El método de la reivindicación 1, donde el paso de aplicar la mezcla a una superficie de soporte incluye aplicar la mezcla a una superficie que tiene aperturas en ella.
  24. 24. El método de la reivindicación 1, comprendiendo además conformar la mezcla después de aplicación a la superficie de soporte y antes de solidificar.
  25. 25. El método de la reivindicación 1, donde el paso de solidificar la mezcla incluye enfriar la mezcla de modo que se conforme a la forma de la superficie de soporte.
  26. 26. El método de la reivindicación 1, comprendiendo además aplicar un material moldeable a la pre-forma para formar un material compuesto y curar el material compuesto para formar una parte.
  27. 27. El método de la reivindicación 26, comprendiendo además aplicar un vacio al material compuesto antes de que se cure la parte.
  28. 28. El método de la reivindicación 1, comprendiendo además aplicar al menos un elemento seleccionado de calor y presión a la pre-forma para formar una parte moldeada.
  29. 29. El método de la reivindicación 28, comprendiendo además añadir resina a la pre-forma antes de aplicar al menos un elemento seleccionado de calor y presión a la pre-forma.
  30. 30. Una pre-forma formada de acuerdo con el método de la reivindicación 1. 31. Un método de hacer una pre-forma para uso en la formación de una parte estructural, que comprende: proveer una corriente de material fibroso de refuerzo; adherir material aglutinante en partículas al material de refuerzo proveyendo una corriente de material aglutinante calente a la corriente de material fibroso de refuerzo para formar una mezcla adhesiva; y rociar la mezcla adhesiva del material de refuerzo y el material aglutinante contra una superficie de soporte tal que la mezcla se adhiera a la superficie de soporte y solidifique en la pre-forma . 32. El método de la reivindicación 31, donde el rociado ocurre sin aire forzado adyacente a la superficie de soporte . 33. El método de la reivindicación 31, donde el rociado ocurre en ausencia de un sistema de pleno. 34. El método de la reivindicación 31, donde adherir el material aglutinante al material de refuerzo incluye acondicionar el material aglutinante con calor y forzar el material aglutinante con calor y forzar el material aglutinante acondicionado hacia la corriente de material de refuerzo. 35. El método de la reivindicación 31, donde adherir el material aglutinante al material de refuerzo incluye crear una zona de calor y alimentar el material de refuerzo y el aglutinante a la zona de calor. 36. El método de la reivindicación 31, donde adherir el material aglutinante al material de refuerzo incluye disponer en capas corrientes de material de refuerzo con corrientes de material aglutinante en presencia de una flama. 37. El método de la reivindicación 31, donde proveer una corriente de material fibroso incluye insuflar fibra de vidrio cortada. 38. El método de la reivindicación 31, donde rociar la mezcla adhesiva incluye rociar la mezcla en una superficie vertical de soporte. 39. El método de la reivindicación 31, donde rociar la mezcla adhesiva incluye rociar la mezcla sobre una superficie sólida . 40. El método de la reivindicación 31, donde rociar la mezcla adhesiva incluye rociar la mezcla sobre una superficie perforada . 41. El método de la reivindicación 31, donde rociar la mezcla adhesiva incluye rociar la mezcla sobre la superficie de soporte bajo condiciones de aire ambiental. 42. Una pre-forma formada de acuerdo con el método de la reivindicación 31. 43. Una estructura compuesta moldeada en la pre-forma formada de acuerdo con el método de la reivindicación
  31. 31.
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