BR0211717B1 - folha compósita para fornecimento de isolamento térmico. - Google Patents
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Description
"FOLHA COMPÓSITA PARA FORNECIMENTO DE ISOLAMENTO
TÉRMICO"
Campo da Invenção
A presente invenção se refere a uma folha compósita parafornecimento de isolamento térmico, e, particularmente a uma luva parafornecimento de isolamento térmico para substratos alongados, tais comoredes de instalações elétricas, canos de combustível, tubulações de freios esemelhantes, sujeitos a ambientes térmicos severos, compreendendo: umacamada refletiva metálica; uma camada de reforço compreendendo ummaterial flexível; e, uma camada isolante compreendendo um materialfibroso, não tecido, tendo uma espessura predeterminada proporcionandoespaços de ar para capacidade isolante aumentada.Antecedentes da Invenção
Substratos alongados, tais como redes de instalações elétricas,condutos de fluido, tais como tubulações de freios e canos de combustível, efeixes de fibras óticas, são usados, freqüentemente, em aplicaçõesautomotoras, aeroespaciais e marinhas, onde eles são submetidos a calorintenso. Redes de instalações elétricas e canos de combustível encaminhadosatravés de um compartimento de motor blindado, por exemplo, em umautomóvel, barco ou avião, são submetidos tanto a calor radiante quantoconvexo do motor, particularmente a tubulação de escapamento. De modosimilar, os canos de combustível e a fiação nas proximidades de um bocal demotor de foguete ou em um satélite orbital, expostos à luz solar direta novácuo do espaço, requerem proteção térmica para assegurar operaçãoadequada e continuada.
A proteção térmica tem sido proporcionada pelo uso de luvasprotetoras compósitas compreendendo uma camada de fibra de vidro tecidaligada a uma camada de lâmina metálica refletiva. Folhas planas do compostosão dobradas reversamente com a camada de lâmina metálica refletiva voltadapara fora. Bordas opostas das folhas são posicionadas adjacentes uma à outrae costuradas juntas, formando uma costura longitudinal.
Embora este enluvamente proporcione proteção térmica, ele érelativamente caro e consome tempo para fabricar, em grande parte devido àcostura longitudinal costurada. Além disso, essa costura deixa,inevitavelmente, camadas abaixo da camada refletiva, como a camada de fibrade vidro, expostas ao ambiente térmico. As camadas expostas comprometem aproteção térmica de outro modo proporcionada por luvas costuradas epermitem que uma região relativamente quente se forme ao longo dosubstrato dentro da luva. Adicionalmente, a dobra reversa resulta em umvínculo longitudinal ao longo da luva, o que enfraquece, significativamente, acamada de fibra de vidro, diminuindo sua resistência ao rasgamento em tantoquanto 75% e, assim, proporcionando um ponto de início de falha na luva.Há, claramente, uma necessidade de uma luva protetora térmica, que evita asdesvantagens da luva costurada e que pode ser produzida mais rapidamente,sem a necessidade de costurar.
Sumários e Objetivos da Invenção
A invenção se refere a uma luva isolante, flexível, paraproteger substratos alongados sujeitos a ambientes térmicos severos. A luva éformada de uma folha compósita compreendendo uma camada refletivametálica, uma camada de reforço e uma camada isolante.
A camada refletiva metálica, de preferência, é alumínio, naforma de uma folha fina aderida à camada de reforço ou como umrevestimento depositado a vácuo. De preferência, a camada de reforçocompreende um material flexível, resistente ao rasgamento, tal como Mylar,que sobrepõe, substancialmente, a camada refletiva. A camada isolantecompreende um material fibroso, não tecido, de preferência, um feltrotermoplástico tendo uma espessura predeterminada, proporcionando espaçosde ar para capacidade isolante aumentada. A camada isolante sobrepõe,substancialmente, e é presa à camada de reforço, de preferência, usandoadesivo.
Com a formação das camadas em uma folha compósita, umadobra reversa é formada entre uma primeira e uma segunda porção da folhade modo a colocar a primeira porção de folha em relação de sobreposiçãocom a segunda porção de folha. A dobra coloca a camada isolante na primeiraporção de folha em relação confrontante com a camada isolante na segundaporção de folha, a camada refletiva voltada para fora. Uma costura é formadaentre as primeira e segunda porções de folha, prendendo-as juntas. Depreferência, a costura é formada pela fusão das camadas isolantesconfrontantes nas primeira e segunda porções de folha juntas, usando técnicasde solda ultra-sônicas. A costura é posicionada ao longo da folha em relaçãoespaçada com a dobra reversa. Juntas, as primeira e segunda porções de folha,a dobra reversa e a costura definem um espaço central entre elas adaptadopara receber substratos alongados a serem isolados.
E um objetivo da invenção proporcionar uma luvatermicamente isolante para substratos alongados.
E outro objetivo da invenção proporcionar uma luva isolantecontra todos os modos de transferência de calor.
E mais uma vez outro objetivo da invenção proporcionar umaluva tendo uma camada isolante não tecida.
E ainda outro objetivo da invenção proporcionar uma luvaformável pela solda da camada isolante em si mesma para formar umacostura.
E ainda outro objetivo da invenção proporcionar uma luva emque a solda é realizada por meio de técnicas de solda ultra-sônica.
Esses e outros objetivos e vantagens da invenção se tornarãoevidentes mediante consideração dos desenhos a seguir e da descriçãodetalhada de concretizações preferidas.Breve Descrição dos Desenhos
A figura 1 é uma vista seccional transversal de uma folhacompósita antes da dobra e da solda para formar uma luva termicamenteisolante de acordo com a invenção;
A figura 2 é uma vista em perspectiva de uma luva de acordocom a invenção; e
A figura 3 é uma vista seccional transversal tomada ao longodas linhas 3 - 3 da figura 2.
Descrição Detalhada de Concretizações Preferidas
A figura 1 mostra uma vista seccional de uma folha compósitausada para formar uma luva termicamente isolante de acordo com ainvenção. A folha 10, de preferência, compreende três camadas, uma camadaisolante 12 de um material fibroso, não tecido, uma camada de reforço 14 deuma material flexível, resistente ao rasgamento e uma camada refletiva 16. Ascamadas são, de preferência, ligadas, adesivamente, usando adesivotermoplástico de poliéster ou adesivo de poliéster de ligação cruzada pararesistência interlaminar aumentada ao cisalhamento e resistência à falha deadesivo em temperaturas relativamente altas. As camadas são dispostas comcamada de reforço 14 intercalada entre a camada refletiva 16 e a camadaisolante 12. Isso permite que a camada de reforço 14 reforce as camadascontíguas 12 e 16, sem interferir com as funções protetora térmica e isolantede ambas as camadas, conforme descrito abaixo.
A camada refletiva 16 é compreendida, de preferência, de umafolha de metal, por exemplo, alumínio, ou ouro, para refletividade aumentada.Espessuras práticas da folha de alumínio usadas com a luva oscilam entre0,00035 (0,000889 cm) a cerca de 0,001 polegadas (0,00254 cm), com umaespessura de cerca de 0,00035 polegadas (0,000889 cm) sendo preferida paraa maioria das aplicações automotoras. Folhas relativamente finas sãopreferidas para preservar a flexibilidade da luva e permitir que ela seconforme prontamente à forma e ao curso do substrato que ela está cobrindo.A camada refletiva 16 também pode ser formada por um revestimentometálico, tal como alumínio, vácuo depositado diretamente na camada dereforço 14.
A camada de reforço 14 é, de preferência, Mylar, queproporciona excelente resistência ao rasgamento (mesmo quando dobrado ouvincado) e que se liga prontamente às outras camadas, compreendendo a folhacompósita 10. Mylar também proporciona um substrato excelente paradeposição de vapor de revestimentos metálicos. A camada de reforço 14 estápresente, principalmente, para impedir a camada refletiva 16 de se dilacerar, acamada metálica relativamente fina sendo delicada e facilmente dilacerada.Outros materiais rijos, tais como kapton, também podem ser usados em lugarde Mylar, mas Mylar, geralmente, é preferido, dm particular para aplicaçõesautomotoras, devida a sua disponibilidade e custo relativamente baixo.
A camada isolante 12 é compreendida, de preferência, de umfeltro termoplástico, fibroso, não tecido, tal como feltro de poliéster, queobtém suas características de isolante térmico em grande parte da presença daquantidade significativa de ar, que fica presa entre as fibras, formando omaterial de feltro. Outros materiais de feltro possíveis incluem polipropileno,acrílico, náilon, bem como outros termoplásticos. A densidade de área dofeltro para aplicações práticas oscila entre cerca de 1,5 onças por jardaquadrada (50,865 g/m2) a cerca de 7,25 onças por jarda quadrada (245,847g/m). A densidade do feltro preferida para a maioria das aplicaçõesautomotoras é cerca de 4,5 onças por jarda quadrada (152,595 g/m ). Adensidade de área do feltro determina a quantidade de ar aprisionado dentrodo feltro, com feltro de maior densidade aprisionando mais ar e, desse modo,tendo capacidade isolante relativamente aumentada. Feltros mais densos,porém, são mais espessos e menos flexíveis e podem não se conformar àforma e ao curso de seu substrato, bem como feltros mais finos. Assim, afaixa mediana de densidade do feltro representa um compromisso possívelentre as características isolantes e a flexibilidade da luva.
A figura 2 mostra uma luva 18 formada da folha 10 da figura1. A luva 18 é formada por folha de dobra reversa 10 ao longo de uma dobrareversa 20 com a camada refletiva 16 voltada para fora, assim, dividindo afolha 10 em primeira e segunda porções de folha 22 e 24. A dobra reversa 20traz as porções de folha 22 e 24 para relação de sobreposição com a camadaisolante 12 na primeira porção de folha 22 voltada para a camada isolante 12na segunda porção de folha 24. As primeira e segunda porções de folha 22 e24 são presas uma à outra ao longo de uma costura 26 posicionada em relaçãoespaçada à dobra reversa 20 e se estendendo longitudinalmente ao longo daluva 18. Juntas, as primeira e segunda porções de folha 22 e 24, a dobrareversa 20 e a costura 26 definem um espaço central 28 para recebimento deum substrato alongado, tal como uma rede de instalações elétricas 30.
Conforme visto melhor na figura 3, a costura 26 é formada, depreferência, pelo posicionamento de bordas opostas 32 e 34 de folha 10adjacente uma à outra e unindo as mesmas, de preferência, através de soldasultra-sônicas 36 (veja a figura 2), que fundem as camadas isolantesconfrontantes 12 em cada porção de folha 22 e 24 juntas. As soldas 36 sãoaplicadas, efetivamente, através das camadas refletiva e de reforço e sãoformadas, realmente, entre a camada de feltro 12 e uma região adjacente àcada borda 32 e 34. A resistência da solda ultra-sônica é proporcional àdensidade do feltro. Feltro mais denso significa mais material sendo soldadoum ao outro e, portanto, uma costura mais forte do que seria formada pelasolda de feltro de menor densidade. O feltro termoplástico é preferido porqueele solda prontamente a si mesmo para formar uma ligação forte.
As soldas são formadas através da alimentação das bordas 32 e34 da folha compósita dobrada 10 entre um braço de pressão vibratório e umacabeça de solda giratória gira na direção de alimentação da folha. Umapluralidade de porções elevadas são dispostas circunferencialmente em tornoda cabeça, as quais forçam as bordas de folha para contato com o braço depressão vibratório em pontos distintos ao longo da folha, à medida que asporções elevadas passam pelo braço de pressão. A vibração do braço depressão transmite energia para a camada de feltro isolante 12, que se aquece efaz com que as fibras de poliéster que compreendem a camada se fundamumas às outras. Dependendo da resistência requerida da costura, fileirasmúltiplas ou única de soldas podem ser colocadas pelo soldador.
A solda ultra-sônica das bordas 32 e 34 para formar a costura26 proporciona diversas vantagens em relação aos outros métodos de junçãodas bordas, tais como costura ou usando prendedores. A costura requer que ascamadas sejam perfuradas, assim, enfraquecendo-as e comprometendo aintegridade da camada refletiva, reduzindo suas características refletivas. Assoldas· formam uma costura substancialmente contínua, vedada, semaberturas, expondo subcamadas não refletivas através das quais calor deradiação ou convecção pode penetrar. O soldador ultra-sônico tem uma altataxa de produtividade do material, permitindo altas taxas de produção. Alémdisso, não há necessidade de materiais ou componentes extras, tais comorosca ou prendedores, uma vez que a solda é formada entre elementos que jásão parte integral da folha.
A luva 18 assim formada proporciona proteção térmica paraum substrato 30 dentro do espaço central 28, bloqueando, efetivamente, todosos modos de transferência de calor. A camada externa refletiva 16 bloqueiaenergia térmica radiante, que é significativa em temperaturas relativamentealtas. A camada de feltro isolante 12, através do fornecimento de uma camadaisolante de ar aprisionado dentro do feltro, bloqueia a transferência de calorconvectiva e condutiva para o substrato. Por meio do posicionamento dacamada de reforço de Mylar 14 entre as camadas refletivas e isolantes, ambasas camadas são reforçadas sem afetar, adversamente, o desempenho térmicode ambas as camadas, uma vez que o calor radiante ambiente vê apenas asustentação refletiva externa e a folga de ar proporcionada pelo feltro ficaadjacente ao substrato 30.
O teste da inflamabilidade da luva de acordo com o padrãoSAE J369 indica que ela é auto-extinguível. É esperado que a testagem daemissividade da luva de acordo com ASTM E-408, Método B, mostre umaemissividade de cerca de 0,14. A emissividade pode ser considerada ocomplemento da refletância para fins práticos e uma emissividade de 0,14indica que aproximadamente 86% de radiação incidente será refletida da luva.
A luva resistirá às temperaturas entre -40° F (-40° C) e 450° F (232,22° C) edistribui proteção térmica significativa quando submetida a uma fonte deinfravermelho de 800° F (430,55° C) de modo que a temperatura de superfícieda luva permanecerá em cerca de 230° F (110° C) e a temperatura do espaçodentro da luva permanecerá em cerca de 215° F (101,66° C).
A luva isolante, não tecida, soldada ultra-sonicamente deacordo com a invenção proporciona um meio de custo efetivo para proteger,termicamente, substratos alongados em uma ampla variedade de aplicações,ao mesmo tempo em que evita as desvantagens de custo maior, taxas deprodução menores, resistência ao rasgamento diminuída e proteção térmicaincompleta associada com as luvas isolantes anteriores.
Claims (15)
1. Folha compósita (10) para fornecimento de isolamentotérmico, compreendendo:uma camada refletiva (16) metálica;uma camada de reforço (14) compreendendo um materialflexível, que se sobrepõe substancialmente à camada refletiva (16) e preso àmesma; e,uma camada isolante (12) compreendendo um materialfibroso, não tecido, a camada isolante (12) tendo uma espessurapredeterminada proporcionando espaços de ar para capacidade isolanteaumentada, a camada isolante (12) sobrepondo substancialmente a camada dereforço (14) e sendo presa à mesma,caracterizada pelo fato de que:é subdividida em primeira e segunda porções de folha (22, 24),havendo uma dobra reversa (20) formada entre a primeira (22) e a segunda(24) porções de folha, de modo a colocar a primeira porção de folha (22) emrelação de sobreposição com a segunda porção de folha (24), estando acamada isolante (12) na primeira porção de folha (22) voltada para a camadaisolante (12) na segunda porção de folha (24);a camada de reforço (14) é resistente ao rasgamento;uma costura (26) é formada entre as primeira e segundaporções de folha (22, 24), prendendo-as juntas, a costura (26) sendoposicionada ao longo da folha em relação espaçada à dobra reversa (20); e,as primeira e segunda porções de folha (22, 24), a dobrareversa (20) e a costura (26) definem um espaço central (28) entre elas,adaptado para receber substratos alongados (30) a serem isolados.
2. Folha compósita (10) de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato da camada refletiva (16) e da camada isolante (12)serem presas, adesivamente, à camada de reforço (14).
3. Folha compósita (10) de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizada pelo fato da camada refletiva (16) compreender uma folha dealumínio tendo uma espessura na faixa de 0,000889 cm a 0,00254 cm.
4. Folha compósita (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato da camada de reforço (14)compreender Mylar.
5. Folha compósita (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato da camada isolante (12)compreender um material de feltro.
6. Folha compósita (10) de acordo com a reivindicação 5,caracterizada pelo fato do material de feltro ser um termoplástico.
7. Folha compósita (10) de acordo com a reivindicação 6,caracterizada pelo fato do material de feltro ser escolhido dentre o grupo queconsiste de feltro de poliéster, feltro de polipropileno, feltro acrílico e feltrode náilon.
8. Folha compósita (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 5 a 7, caracterizada pelo fato do material de feltro ter umadensidade de área na faixa de 50,865 g/m a 245,847 g/m2.
9. Folha compósita (10) de acordo com a reivindicação 8,caracterizada pelo fato do material de feltro ter uma densidade de área de-152,595 g/m2.
10. Folha compósita (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato da costura (26) ser posicionadaao longo das bordas (32, 34) das primeira e segunda porções de folha (22, 24),as bordas (32, 34) sendo substancialmente alinhadas uma com a outra emrelação de sobreposição.
11. Folha compósita (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato da camada isolante (12) nasprimeira e segunda porções de folha (22, 24) ser fundida ao longo das bordas(32, 34), formando, assim, a costura (26).
12. Folha compósita (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato da costura (26) ser formada pormeio de solda ultra-sônica (36) da camada isolante (12) da primeira porção na camada isolante (12) da segunda porção.
13. Folha compósita (10) de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de constituir uma luva (18) parafornecimento de isolamento térmico para substratos alongados (30).
14. <claim missing on the original document>
15. Folha compósita (10) de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato dos substratos alongados (30) compreenderem umarede de instalações elétricas.
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