BR102012012949A2 - Processo para fabricação de um material compósito de polímero de laminado - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE UM MATERIAL COMPÓSITO DE POLÍMERO DE LAMINADO. Trata-se de processos para fabricar materiais compósitos de polímero que contém uma matriz polimérica, tecidos de reforço (54) e partículas de um material de carga (52). Os processos incluem apergir as partículas do material de carga (52) em pelo menos dois artigos (54, 74) que compreendem, cada um, pelo menos um dos tecidos de reforço (54) para formar artigos carregados por partícula (56, 76). Os artigos carregados por partícula (56, 76) são empilhados para formar uma estrutura empilhada (58, 78), e uma resina presente na estrutura empilhada (58, 78) é, então, curada para formar um material compósito de polímero de laminado. O processo pode ser empregado na fabricação de pelo menos uma porção de uma nacela de motor de aeronave (34), por exemplo, o rebordo de entrada (42) de uma necela de ventilador (34).

Description

“PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE UM MATERIAL COMPÓSITO DE POLÍMERO DE LAMINADO” Antecedentes da Invenção A presente invenção refere-se a materiais compósitos e, mais particularmente, a processos para fabricar materiais compósitos que compreendem um tecido de reforço infiltrado com uma resina que contém pó. A Figura 1 representa esquematicamente um motor turbofan 10 de um tipo conhecido na técnica. O motor 10 é representado esquematicamente de modo a incluir um conjunto de ventilador 12 e um motor núcleo 14. O conjunto de ventilador 12 é mostrado de modo a incluir um invólucro de ventilador compósito 16 e um nariz de cone de hélice 20 que se projeta para frente a partir de um arranjo de pás de ventilador 18. Tanto o nariz de cone de hélice 20 quanto as pás de ventilador 18 são sustentados por um disco de ventilador (não mostrado). O motor núcleo 14 é representado de modo a incluir um compressor de alta pressão 22, um combustor 24, uma turbina de alta pressão 26 e uma turbina de baixa pressão 28. Uma grande porção do ar que entra no conjunto de ventilador 12 é desviado para a parte posterior do motor 10 para gerar impulso de motor adicional. O ar desviado atravessa um duto de desvio em formato anular 30 e sai do duto 30 através de um bocal de ventilador 32. As pás de ventilador 18 são circundadas por uma nacela de ventilador 34 que define um limite radialmente externo do duto de desvio 30, bem como um duto de entrada 36 para o motor 10 e o bocal de ventilador 32. O motor núcleo 14 é circundado por um coberta de núcleo 38 que define o limite radialmente interno do duto de desvio 30, bem como um bocal de exaustão 40 que se estende para trás do motor núcleo 14. A nacela de ventilador 34 é um componente estrutural importante cujas considerações de projeto incluem critérios aerodinâmicos, bem como a habilidade de resistir a dano por objeto estranho (FOD). Por esses motivos, é importante selecionar construções, materiais e métodos de montagem adequados ao fabricar a nacela 34. Diversos materiais e configurações foram considerados, sendo que materiais metálicos e, particularmente, ligas de alumínio são amplamente usados. Os materiais compósitos também foram considerados, como laminados de epóxi reforçados com tecidos ou fibras de carbono (grafite), já que oferecem vantagens que incluem a habilidade de serem fabricados como partes inteiriças de tamanho suficiente para satisfazer critérios aerodinâmicos, controle de contorno e peso reduzido, o que promove eficiência de motor e aperfeiçoa o consumo específico de combustível (SFC).

As nacelas de motor de aeronave são submetidas a condições de congelamento, particularmente a borda dianteira da nacela no rebordo de entrada (42 da Figura 1) enquanto o motor está em terra e, especialmente, sob condições de voo. Uma abordagem bem conhecida para remover acúmulo de gelo (degelo) e para impedir o acúmulo de gelo (anticongelamento) no rebordo de entrada da nacela 42 é realizada através do uso de sistemas de purga de ar quente. Como um exemplo, ar de purga fornecido pelo motor pode ser retirado da câmara de combustão 24 através de tubulação (não mostrada) até o rebordo de entrada 42, em que o ar quente de purga entra em contato com a superfície interna do rebordo de entrada 42 para aquecer o rebordo 42 e remover/impedir a formação de gelo. Como uma alternativa, alguns motores menores de aeronave turbofans e turboélice utilizaram sistemas elétricos de anticongelamento que convertem energia elétrica em calor por meio de aquecimento Joule. Os fios aquecedores do tipo de resistência podem ser usados como o elemento de aquecimento, embora um exemplo mais recente use um material de grafite flexível comercialmente disponível sob a designação comercial GRAFOIL® da GrafTech International Holdings Inc. O elemento de aquecimento é incorporado em uma bolsa, como uma borracha de silício, a qual, por sua vez, é fixada à borda dianteira interior do rebordo de entrada da nacela 42. Em qualquer caso, um aquecimento uniforme e eficiente do rebordo de entrada 42 pode ser promovido se o rebordo 42 é construído a partir de um material metálico, como uma liga de alumínio, em comparação a um material compósito. A fim de promover um aquecimento uniforme de um rebordo de entrada 42 fabricado a partir de um material compósito, como um laminado de epóxi reforçado por carbono (fibra e/ou tecido), o material compósito pode ser produzido de modo a conter cargas condutoras capazes de promover sua condutividade térmica. Tais cargas incluem pós de nitreto de boro (BN), alumina (AI2O3) e nitreto de alumínio (AIN) e nanotubos de carbono (grafite).

As abordagens tradicionais para incorporar cargas envolvem misturar as partículas de carga no sistema de resina e, então, infundir um tecido de carbono com o sistema de resina carregado com partícula. Embora eficaz, o sistema de resina resultante tende a ter uma viscosidade relativamente alta, o que limita a concentração de carga que pode ser incorporada no compósito. Essa limitação se deve, em parte, a um efeito de filtragem, em que o tecido de reforço filtra as partículas de carga para fora do sistema de resina durante o processo infusão. A fim de reduzir esse efeito de filtragem, as partículas de carga em tamanho nano podem ser usadas, embora os carregamentos de carga de menos do que 20 por cento em volume ainda sejam típicos devido a um aumento agudo na viscosidade do sistema de resina. Como resultado, condutividades térmicas através da espessura de rebordos de entrada fabricados a partir de materiais compósitos, como um laminados de epóxi reforçados com tecido de carbono, tem sido limitado, tipicamente, a valores de condutividade térmica de cerca de 0,6 W/mK ou menos.

As propriedades mecânicas, incluindo robustez interlaminar e módulo de compressão, também podem ser limitadas como resultado de sistemas de resina de alta viscosidade que tendem a promover a ocorrência de defeitos de ponto seco em compósitos devido à infusão desuniforme do tecido de reforço. Os sistemas de resina de alta viscosidade também limitam os processos através dos quais o sistema de resina pode ser infundido em um tecido de reforço. Por exemplo, é muito difícil infundir uniformemente sistemas de resina que contêm cerca de 15 por cento em volume de partículas de carga em tamanho nano com o uso de tais processos com custo relativamente baixo, como moldagem por transferência de resina assistida a vácuo (VaRTM).

Tendo em vista o que foi dito acima, seria desejável caso houvesse um método através do qual maiores quantidades de partículas de carga pudessem ser incorporadas em um tecido de reforço infundido por resina. Em particular, tal capacidade seria benéfica para incorporar maiores quantidades de cargas condutoras em compósitos de polímero reforçados por tecido usados na fabricação de nacelas de ventilador. Tal capacidade seria benéfica para uma variedade de outras aplicações, por exemplo, envoltórios elétricos e regiões de asa/cauda da aeronave fabricados a partir de compósitos de polímero reforçados por tecido, sendo que, em tal caso, as cargas podem aperfeiçoar a condutividade térmica, condutividade elétrica (como cargas do tipo grafite) e/ou aperfeiçoar a robustez interlaminar (como robustecedores termoplásticos na forma de pó).

Breve Descrição da Invenção A presente invenção fornece processos para fabricar materiais compósitos de polímero que compreendem uma matriz polimérica que contém múltiplos tecidos de reforço e partículas de um material de carga.

De acordo com um primeiro aspecto da invenção, o processo inclui aspergir as partículas do material de carga em pelo menos dois artigos que compreendem, cada um, pelo menos um dos tecidos de reforço para formar artigos carregados por partícula, empilhar os artigos carregados por partícula para formar uma estrutura empilhada, e, então, curar uma resina presente na estrutura empilhada para formar um material compósito de polímero de laminado, o qual compreende o(s) tecido(s) de reforço e uma matriz polimérica formada através da cura da resina.

De acordo com um aspecto particular da invenção, os artigos podem ser tecidos secos que não contêm qualquer resina ou podem ser tornados pegajosos com uma quantidade limitada de uma resina acentuadora de pegajosidade, sendo que, em tal caso, a estrutura empilhada é infiltrada com a resina para a matriz polimérica antes da etapa de cura. Alternativamente, os artigos podem ser prepregs que contêm adicionalmente a resina, sendo que, em tal caso, a estrutura empilhada não exige infiltração com a resina antes da etapa de cura.

De acordo com outros aspectos da invenção, o processo descrito acima pode ser empregado na fabricação de pelo menos uma porção de uma nacela de motor de aeronave, por exemplo, o rebordo de entrada de uma nacela de ventilador. Para tal aplicação, o material de carga é, preferencialmente, embora não necessariamente, um pó que contém partículas de nitreto de boro, alumina e/ou nitreto de alumínio.

Um efeito técnico desta invenção é a habilidade de aumentar o carregamento de carga de materiais compósitos de polímero reforçados com tecido, quando comparada a técnicas de infusão de resina convencionais. Maiores carregamentos de carga podem ser utilizados para promover propriedades do material compósito, por exemplo, condutividade térmica e/ou propriedades mecânicas. Em relação ao último, níveis elevados de uma carga condutora em um rebordo de entrada de uma nacela de ventilador construída a partir de um compósito de polímero reforçado com tecido fornece a capacidade de aperfeiçoar a eficiência com a qual o rebordo de entrada pode ser aquecido para remover e impedir o acúmulo de gelo.

Outros aspectos e vantagens desta invenção serão mais bem apreciados a partir da descrição detalhada a seguir.

Breve Descrição dos Desenhos A Figura 1 representa esquematicamente uma vista em corte transversal de um motor turbofan. A Figura 2 é uma vista detalhada que mostra um corte transversal do rebordo de entrada da nacela da Figura 1.

As Figuras 3 e 4 representam esquematicamente dois métodos através dos quais as partículas de carga podem ser incorporadas em um material compósito reforçado com tecido.

Descrição Detalhada da Invenção A Figura 2 representa uma realização de um rebordo de entrada 42 fabricado a partir de um material compósito de polímero. Conforme será discutido abaixo, um aspecto da invenção é maximizar a condutividade térmica do rebordo de entrada 42 com a finalidade de promover a capacidade de anticongelamento e degelo (doravante simplesmente denominada como anticongelamento) do rebordo 42. A invenção é particularmente adequada para uso em um motor turbofan, cujo exemplo é o motor turbofan 10 representado na Figura 1, embora se deva compreender que outras aplicações são previsíveis. Finalmente, embora a invenção seja discutida em referência particular ao rebordo de entrada 42, os benefícios associados à presente invenção podem ser aplicados a toda a nacela 34, a outros componentes do motor turbofan 10, a outras estruturas de aeronave (por exemplo, regiões de asa/cauda), bem como uma ampla variedade de aplicações fora da indústria aeroespacial (por exemplo, envoltórios elétricos), os quais podem ser fabricados a partir de materiais compósitos de polímero que se beneficiariam de propriedades aperfeiçoadas, como condutividade térmica, condutividade elétrica, robustez interlaminar, etc. O rebordo de entrada 42 (bem como toda a nacela de ventilador 34) pode ser formada a partir de uma variedade de materiais compósitos. Na Figura 2, o rebordo de entrada 42 tem uma construção laminada, sendo que, em tal caso, o rebordo 42 é composto por camadas compósitas de polímero individuais 44 que contêm, cada uma, uma matriz polimérica reforçada com um tecido ou material de reforço de fibra contínua. As camadas compósitas 44 são empilhadas, conformadas e curadas de acordo com práticas conhecidas para produzir a construção laminada representada na Figura 2. A função principal do material de matriz no material compósito de polímero é contribuir para a resistência estrutural e outras propriedades físicas do material de reforço de fibra, bem como a estrutura compósita como um todo. Os materiais preferenciais para a matriz polimérica incluem materiais de matriz avançados que exibem resistência à temperatura e impacto adequados para resistir a FOD e outros tipos de dano aos quais é possível que o rebordo de entrada 42 seja submetido durante a operação do motor 10. O material de matriz também deve ser capaz de ser curado a temperaturas e sob condições que não irão degradar termicamente ou, de outro modo, ser adversas para o material de reforço de fibra. Nessa base, acredita-se que os sistemas de resina particularmente adequados são materiais termofixos e termoplásticos, como poli(aril)eteretercetona (PEEK), poli(aril)etercetonacetona (PEKK), sulfeto de polifenileno (PPS) e epóxis, embora o uso de outros materiais de matriz seja previsível. O componente de reforço de fibra das camadas compósitas 44 pode ser produzido com materiais de fibra de modo que tenham uma arquitetura de fibra desejada. Por exemplo, acredita-se que tecidos formados a partir de fibras de carbono (grafite) sejam um material de reforço particularmente adequado, embora seja previsível que outros materiais de fibra possam ser usados além de ou no lugar de fibras de carbono. A arquitetura de fibra pode ser produzida com o uso de técnicas tecelagem, costura, não- ondulação e entrelaçamento de tecido conhecidas, incluindo técnicas de tecelagem e entrelaçamento tridimensionais que são capazes de promover transferência de calor através de plano através da espessura do rebordo de entrada 42 (ou qualquer outra estrutura compósita de polímero de laminado formada com as camadas compósitas 44).

Deve-se compreender que a realização da Figura 2 não é limitada ao número particular e à disposição de camadas compósitas 44 mostradas na Figura 2. Além disso, também é previsível que um material de núcleo (não mostrado), como uma espuma de peso leve ou material polimérico de colmeia, seja incorporado na estrutura compósita de polímero de laminado, já que é comum para componentes de nacela de motor de aeronave, como entradas de motor, reversores de impulso, cobertas de núcleo e transcobertas, bem como outras aeroestruturas que incluem painéis acústicos. Em vista dos materiais observados acima, o rebordo de entrada 42 (bem como outros componentes que podem ser formados através de uma estrutura compósita de polímero de laminado do tipo representado na Figura 2) pode ser consideravelmente mais leve do que rebordos de entrada formados a partir de alumínio ou outras ligas de metal convencionalmente usadas na técnica anterior. A espessura do rebordo de entrada 42 deve ser suficiente para fornecer integridade estrutural sem aumentar desnecessariamente o peso. Embora uma ampla variedade de espessuras seja possível, acredita-se que uma faixa adequada seja de cerca de 1,5 a cerca de 2,5 milímetros. Para outros componentes que podem ser fabricados de modo a ter uma construção de compósito de polímero de laminado similar àquela representada na Figura 2, espessuras maiores e menores são previsíveis e também estão dentro do âmbito da invenção.

Conforme observado acima, um aspecto particular da invenção é promover a condutividade térmica da estrutura compósita de polímero de laminado representado na Figura 2, por exemplo, para promover a capacidade de anticongelamento de um rebordo de entrada 42 formado pela estrutura compósita. Conforme discutido anteriormente, o rebordo de entrada 42 e, mais especificamente, sua superfície externa 48, é submetido a condições de congelamento enquanto o motor 10 está em terra e sob condições de voo. Para fornecer uma capacidade de anticongelamento, diversos métodos e sistemas podem ser empregados para aquecer a superfície externa 48 do rebordo de entrada 42, por exemplo, através do direcionamento de ar quente de purga fornecido pelo motor na superfície interna 46 do rebordo de entrada 42 ou através da utilização de um sistema elétrico de anticongelamento que inclui tiras aquecedoras para aquecer localmente porções do rebordo 42 mais suscetíveis ao congelamento.

De acordo com um aspecto preferencial da invenção, a transferência de calor da superfície interna 46 do rebordo de entrada 42 para sua superfície externa 48 é promovida pela incorporação de um pó de material de carga condutor no material compósito de polímero de laminado a partir do qual pelo menos o rebordo 42 da nacela de ventilador 34 é construído. Os materiais de carga adequados incluem, mas sem limitação, materiais inorgânicos, como nitreto de boro, alumina e nitreto de alumínio, embora a incorporação de materiais orgânicos também esteja dentro do âmbito da invenção. A escolha e a quantidade de material de carga serão baseadas, em parte, nas propriedades desejadas das camadas compósitas 44 e do rebordo de entrada 42 (ou outro laminado produzido a partir das camadas 44). O nitreto de boro é um material de carga particularmente adequado para promover a condutividade térmica através da espessura do rebordo de entrada 42, e também tem o efeito benéfico de aperfeiçoar o módulo de compressão e a robustez interlaminar do rebordo de entrada 42. O material de carga é preferencialmente incorporado em cada camada compósita 44 em uma quantidade de pelo menos 3 por cento em volume, por exemplo, cerca de 10 a cerca de 20 por cento em volume, resultando em um conteúdo de carga equivalente no material compósito de polímero de laminado final produzido com as camadas compósitas 44.

As Figuras 3 e 4 representam duas técnicas através das quais partículas de um material de carga em pó 52 (por exemplo, materiais de carga condutores, como nitreto de boro, alumina e/ou nitreto de alumínio) podem ser incorporadas em uma ou mais das camadas compósitas individuais 44 da estrutura compósita de polímero de laminado da Figura 2 e, portanto, um rebordo de entrada 42 (ou outro componente) formado pela estrutura compósita de polímero de laminado. Ambas as técnicas envolvem aspergir um pó seco do material de carga 52 para incorporar o material de carga 52 no material de reforço das camadas compósitas 44, por exemplo, os tecidos mencionados acima formados de fibras de carbono (grafite). As técnicas diferem primariamente como resultado da técnica da Figura 3 que incorpora o material de carga 52 em tecidos secos (livres de resina) e/ou tornados pegajosos 54 e, então, infunde um sistema de resina (por exemplo, um dos sistemas de resina mencionados acima) nos tecidos tornados pegajosos ou secos carregado com pó 56, enquanto a Figura 4 incorpora o material de carga 52 em um ou mais tecidos que já foram impregnados com um sistema de resina (por exemplo, um dos sistemas de resina mencionados anteriormente) para produzir um prepreg 74. Em cada caso, as técnicas das Figuras 3 e 4 são destinadas a alcançar altas concentrações de material de carga no interior das camadas compósitas 44 do que seria possível se fosse tentado infundir tecidos secos com um sistema de resina carregado com um material de carga em pó, o qual é a técnica tradicional para incorporar pós em materiais compósitos.

Referindo-se à Figura 3, uma pistola de aspersão convencional 50 de um tipo adaptado para aspergir pós secos é usada para aspergir o material de carga em pó seco 52 em um tecido 54, o qual será denominado aqui como um tecido “seco” 54 já que não contém, preferencialmente, a resina que irá formar a matriz polimérica das camadas compósitas 44. No entanto, o termo “tecido seco” é ora usado para permitir, ainda, que o tecido 54 contenha opcionalmente uma quantidade limitada de uma resina capaz de tornar o tecido 54 pegajoso para promover a adesão das partículas do material de carga 52 ao tecido 54. A resina acentuadora de pegajosidade preferencialmente não está presente em tais quantidades que preencheríam completamente os espaços entre as fibras adjacentes do tecido 54. Embora se acredite que a técnica de aspersão a seco da Figura 3 é preferencial para incorporar partículas do material de carga em pó 52 no tecido seco 54, outras técnicas são previsíveis, por exemplo, através do revestimento do tecido 54 com um pó seco que usa um leito fluidizado. O tecido 54 é representado na Figura 3 como sendo eletricamente polarizado para que uma carga estática esteja presente para promover a adesão das partículas de material de carga 52 ao tecido 54. Os tamanhos de partícula adequados para o material de carga 52 são, em geral, tamanhos micrométricos ou menores, por exemplo, um tamanho de partícula de cerca de 1 a cerca de 150 micrômetros e, mais preferencialmente, um tamanho de partícula de cerca de 10 a cerca de 60 micrômetros. De modo notável, é necessário que o material de carga 52 contenha partículas em tamanho nano. As condições de aspersão são, preferencialmente, de modo que o material de carga 52 penetre toda a espessura do tecido 54. Com esse método, as partículas do material de carga 52 podem ser incorporados no tecido 54 em quantidades de 3 por cento em volume ou mais, por exemplo, cerca de 10 a cerca de 20 por cento em volume.

Após a incorporação do material de carga 52 em um número suficiente de tecidos secos 54 para formar o rebordo de entrada 42, os tecidos carregados com pó seco resultantes 56 são empilhados para formar uma estrutura empilhada seca 58, a qual é, então, submetida à infiltração com o sistema de resina desejado para produzir o rebordo de entrada 42 e suas camadas compósitas 44. Devido ao fato de que o material de carga 52 já está incorporado na estrutura empilhada seca 58, o sistema de resina usado para infiltrar a estrutura 58 pode ser completamente livre de qualquer material de carga em pó, o qual, se presente, aumentaria de modo indesejável a viscosidade do sistema de resina e inibiría a infiltração da estrutura empilhada 58 pelo sistema de resina. As técnicas de infiltração adequadas incluem, mas sem limitação, moldagem por transferência de resina (RTM) e, particularmente, moldagem por transferência de resina assistida a vácuo (VaRTM), as quais são bem conhecidas para produzir estruturas compósitas de laminado impregnadas com resina. Com propósitos ilustrativos, a Figura 3 representa a estrutura empilhada seca 58 dos tecidos carregados com pó 56 que são submetidos a um processo de VaRTM, através do qual um sistema de resina 60 é infundido na estrutura empilhada 58, a qual é posicionada entre uma coifa 62 e bolsa 64. Um vácuo criado entre a coifa 62 e a bolsa 64 promove a infiltração dos tecidos individuais 56 da estrutura empilhada 58 com o sistema de resina 60, após a qual a estrutura empilhada infundida por resina 58 pode ser consolidada e curada para produzir uma pilha laminada de camadas compósitas 44. Detalhes adicionais desses processos estão dentro da especialidade daqueles versados na técnica e, portanto, não precisam ser discutidos em quaisquer detalhes aqui. O material compósito de polímero de laminado resultante produzido com as camadas compósitas 44 contém preferencialmente pelo menos 3 por cento em volume do material de carga 52, mais preferencialmente, cerca de 10 a cerca de 20 por cento em volume do material de carga.

Conforme observado acima, a técnica de incorporação da Figura 4 envolve incorporar o material de carga 52 em um prepreg 74, o qual é formado por pelo menos um tecido (por exemplo, o tecido 54 da Figura 3) que já foi pelo menos parcialmente impregnado com um sistema de resina (por exemplo, um dos sistemas de resina mencionados anteriormente). O material de carga 52 é representado como sendo aspergido sobre uma única superfície do prepreg 74, embora o material de carga 52 pudesse ser depositado sobre ambas as superfícies do prepreg 74. Como ocorre como tecido seco 54 da Figura 3, o prepreg 74 da Figura 4 é representado como sendo eletricamente polarizado para que uma carga estática esteja presente para promover a adesão das partículas de material de carga 52 ao prepreg 74. Devido ao fato de que o prepreg 74 é impregnado com resina, a qual provavelmente preenche de modo completo os espaços entre as fibras adjacentes dos um ou mais tecidos contidos pelo prepreg 74, é provável que as partículas do material de carga 52 não penetrem toda a espessura do prepreg 74, porém, ao invés disso, tendem a se depositar na superfície e em regiões próximas à superfície do prepreg 74. As partículas podem ser depositadas para formar uma camada contínua substancialmente uniforme na superfície do prepreg 74, provavelmente até espessuras de mais do que uma partícula. Os tamanhos de partícula adequados para o material de carga 52 pode ser o mesmo daquele descrito acima para a realização da Figura 3, e as partículas do material de carga 52 podem ser incorporadas no prepreg 74 nas mesmas quantidades volumétricas, conforme descrito acima para o tecido 54 da Figura 3.

Após a incorporação do material de carga 52 no prepreg 74, o prepreg carregado com pó resultante 76 é aspergido preferencialmente com uma resina 80 para umedecer as partículas do material de carga 52, promover sua adesão ao prepreg 74 e, em geral, tornar o prepreg carregado com pó 76 pegajoso. A resina 80 pode ser o mesmo sistema de resina que foi usado para infiltrar o(s) tecido(s) para formar o prepreg original 74. A resina 80 é representada como sendo aspergida sobre uma única superfície do prepreg carregado com pó 76, embora ambas as superfícies do prepreg 76 pudessem ser revestidas com a resina 80. Uma quantidade suficiente da resina 80 é aplicada preferencialmente para que todas as partículas do material de carga 52 sejam cobertas por um filme da resina 80.

Um número suficiente do prepreg carregado com pó 76 é produzido da maneira descrita acima para formar o rebordo de entrada 42. Os prepregs carregados com pó revestidos por resina resultantes 76 são, então, empilhados para formar uma estrutura empilhada 78, a qual é submetida, então, à consolidação e cura para produzir uma pilha laminada de camadas compósitas 44. Devido ao fato de que a resina já está incorporada na estrutura empilhada 78, a resina adicional não é necessária para infiltrar a estrutura 78 antes da cura. Com propósitos ilustrativos, a Figura 4 representa a estrutura empilhada 78 de prepregs carregado com pó 76 submetida a um processo de autoclave, em que a estrutura empilhada 78 é posicionada entre uma coifa 82 e uma bolsa 84 e é, então, submetida à pressão e calor. Detalhes adicionais de tais processos estão dentro da especialidade daqueles versados na técnica e, portanto, não precisam ser discutidos em qualquer detalhe aqui.

Em investigações que levaram à presente invenção, os compósitos de polímero que contêm uma matriz polimérica reforçada com tecidos de carbono foram produzidos para conter adicionalmente um material de carga de pó de alumina ou nitreto de boro. Os compósitos de linha de base foram produzidos através da incorporação do material de carga em um sistema de resina e, então, através da infiltração de tecidos de carbono secos com o sistema de resina que contém pó, de acordo com práticas da técnica anterior. Outros compósitos foram produzidos através da incorporação direta do material de carga em tecidos de carbono secos e da infiltração dos tecidos carregados com pó com um sistema de resina livre de pó, de acordo com a Figura 3. As condutividades térmicas por toda a espessura de até cerca de 2,58 W/mK e os conteúdos de material de carga de até cerca de 20,6 por cento em volume foram alcançados com o processo da Figura 3 quando comparados às condutividades térmicas de cerca de 0,8 W/mK e aos conteúdos de material de carga de até cerca de 4 por cento em volume alcançados com o processo da técnica anterior. Embora o foco da investigação fosse aumentar as condutividades térmicas por toda a espessura, outros benefícios possíveis incluem propriedades mecânicas aperfeiçoadas, como robustez interlaminar, módulo de compressão, etc.

Embora a invenção tenha sido descrita em termos de realizações específicas, outras formas poderíam ser adotadas pelos versados na técnica. Por exemplo, a configuração física da nacela 34 e de seu rebordo de entrada 42 poderia diferir daquela mostrada nas Figuras, e as estruturas compósitas de polímero de laminado que podem ser produzidas por essa invenção podem ser usadas em uma ampla variedade de aplicações diferentes de estruturas de nacela, bem como aplicações for a da indústria aeroespacial. Portanto, o âmbito da invenção deve ser limitado somente pelas reivindicações a seguir.

Claims (10)

1. PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE UM MATERIAL COMPÓSITO DE POLÍMERO DE LAMINADO, que compreende uma matriz polimérica que contém múltiplos tecidos de reforço (54) e partículas de um material de carga (52), sendo que o processo é caracterizado pelo fato de: aspergir as partículas do material de carga (52) em pelo menos dois artigos (54,74) que compreendem, cada um, pelo menos um dos tecidos de reforço (54) para formar artigos carregados por partícula (56,76); empilhar os artigos carregados por partícula (56,76) para formar uma estrutura empilhada (58,78); e curar uma resina presente na estrutura empilhada (58,78) para formar o material compósito de polímero de laminado que compreende o tecido de reforço (54) e a matriz polimérica formada através de cura da resina.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os artigos (54) não contêm a resina, os tecidos de reforço (54) do mesmo são secos e a etapa de aspersão faz com que as partículas do material de carga (52) penetre os tecidos de reforço (54).

3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que um acentuador de pegajosidade está presente nos tecidos de reforço (54) para promover a adesão das partículas do material de carga (52) aos tecidos de reforço (54).

4. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado adicionalmente pelo fato de infundir a resina na estrutura empilhada (58) antes da cura da resina.

5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos artigos (74) é um prepreg (74) que contém a resina e pelo menos um dos tecidos de reforço (54), de tal modo que pelo menos um dos artigos carregados por partícula (76) seja um prepreg carregado com partícula (76).

6. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado adicionalmente pelo fato de aspergir uma quantidade (80) da resina em pelo menos uma superfície do prepreg carregado com partícula (76).

7. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os tecidos de reforço (54) compreendem tecidos de carbono.

8. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o material de carga (52) é pelo menos um material escolhido do grupo que consiste em nitreto de boro, alumina e nitreto de alumínio.

9. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o material compósito de polímero de laminado é pelo menos uma porção de uma nacela de motor de aeronave (34).

10. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a porção compreende um rebordo de entrada (42) da nacela de motor de aeronave (34).