BR102016007335A2

BR102016007335A2 - aprimoramento da condutividade z em laminados de compósito de plástico reforçado com fibra de carbono

Info

Publication number: BR102016007335A2
Application number: BR102016007335A
Authority: BR
Inventors: Arthur Whiting Brent; Le Quynhgiao; B Greegor Robert
Original assignee: Boeing Co
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2017-01-31
Also published as: EP3106291A3; EP3106291A2; US10472473B2; EP3106291B1; BR102016007335B1; US20160347918A1

Abstract

aprimoramento da condutividade z em laminados de compósito de plástico reforçado com fibra de carbono os laminados de compósito de plástico reforçado com fibra de carbono ("cfrp") e os processos para a fabricação de laminados de compósito de cfrp que integram os recursos de condutividade z diretamente nos laminados de compósito de cfrp durante os processos de fabricação para a proteção contra relâmpagos, mais particularmente, proteção contra incandescência de borda inerente dos efeitos diretos de relâmpago, e controle de trajetória de fluxo de corrente elétrica. os laminados de compósito de cfrp são configurados durante os processos de fabricação para fornecer conexões elétricas intercompensado entre compensados de compósito dos laminados de compósito de cfrp, evitando, portanto, a necessidade de recursos de proteção adicional que resultam em penalidades de custo e peso significativas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APRIMORAMENTO DA CONDUTIVIDADE Z EM LAMINADOS DE COM-PÓSITO DE PLÁSTICO REFORÇADO COM FIBRA DE CARBONO". CAMPO DA TÉCNICA

[0001] Esta descrição refere-se, em geral, a laminados de compó-sito de plástico reforçado com fibra de carbono ("CFRP") com conduti-vidade elétrica aprimorada na direção z perpendicular ao plano do compósito (isto é, condutividade z) e, mais particularmente, a laminados de compósito de CFRP que fornecem trajetórias de fluxo para direcionar a corrente elétrica (por exemplo, sinais elétricos ou de relâmpago) entre camadas ou compensados de fibra de carbono dos laminados de compósito de CFRP.

ANTECEDENTES

[0002] Os laminados de compósito de CFRP estão se tornando cada vez mais comuns em uma ampla variedade de indústrias para construir partes e estruturas de componente que necessitam de razões entre resistência e peso e entre resistência e rigidez superiores. Por exemplo, na indústria aeroespacial, os laminados de compósito de CFRP são construídos para formar componentes de aeronave (tais como armações, nervuras, longarinas, reforçadores e painéis), que são usados para fabricar estruturas de aeronave (tais como fuselagens, asas, caixas de asa, tanques de combustível e montagens de cauda), devido à redução de peso significativa que tais laminados de compósito de CFRP fornecem, à rigidez estrutural e resistência altas que os mesmos fornecem e aos benefícios de desempenho da aeronave resultantes.

[0003] Os laminados de compósito de CFRP compreendem, em geral, uma ou mais camadas ou compensados de compósito, sendo que cada uma das camadas ou compensados de compósito é composta por pelo menos um material de reforço e um material de matriz. O material de matriz é geralmente um polímero não condutivo tal como uma resina termofixa de epóxi ou um fluoropolímero termoplástico que circunda, liga e sustenta o material de reforço, e transfere tensões de componente entre as camadas do material de reforço. O material de reforço em cada camada ou compensado consiste geralmente em filamentos de fibra de carbono, que são eletricamente condutivos e fornecem resistência estrutural ao material de matriz e aos laminados de compósito de CFRP. Durante os processos de laminação típicos, uma ou mais camadas ou compensados de compósito são formadas e/ou colocadas (isto é, sobrepostas) em um molde, mandril ou ferramenta de laminação, que tem um formato e tamanho desejados do laminado de compósito de CFRP e, então, curadas e cortadas ou aparadas para formar o formato e tamanho desejados do laminado de compósito de CFRP.

[0004] O corte ou aparamento dos laminados de compósito de CFRP curados resulta, tipicamente, em pontas ou extremidades do material de reforço de fibra de carbono condutiva em cada uma das camadas ou compensados de compósito que se tornam expostas ao ambiente nas bordas cortadas ou aparadas. As pontas ou extremidades do material de reforço de fibra de carbono condutiva também podem se tornar expostas ao ambiente em declives externos ou superfícies inclinadas de um laminado de compósito de CFRP. Por exemplo, os laminados de compósito de CFRP podem ser formados laminando-se as camadas ou compensados de compósito com comprimentos progressivamente mais curtos uma em cima da outra, de modo que os laminados de compósito de CFRP tenham uma primeira extremidade com um primeiro comprimento e uma segunda extremidade com um segundo comprimento mais curto do que o primeiro comprimento, e uma área de transição entre a primeira extremidade e a segunda extremidade com uma superfície superior inclinada que tem um declive ou inclinação para baixo que forma uma borda não vertical. Tais declives podem ser posicionados em qualquer localização ao longo do comprimento de um laminado de compósito de CFRP. As extremidades das camadas ou compensados de compósito que formam o declive podem não ser completamente cobertas por material de matriz, deixando as pontas ou extremidades do material de reforço de fibra de carbono condutiva expostas ao ambiente.

[0005] Apesar da presença de fibras de carbono condutivas em cada um dos compensados de compósito, os laminados de compósito de CFRP não são tão eletricamente condutivos quanto as estruturas metálicas aeroespaciais típicas e, geralmente, têm mais resistência à eletricidade, particularmente na direção z (através da espessura do laminado ou perpendicularmente ao mesmo), do que materiais estruturais metálicos tal como alumínio, que é tradicionalmente usado, por exemplo, na indústria aeroespacial. Portanto, os laminados de compósito de CFRP não conduzem e dissipam facilmente a corrente associada a um ambiente de risco de relâmpago de estruturas de transporte comercial, conforme descrito na prática aeroespacial recomendada de SAE (ARP) ARP5414A, zoneamento de relâmpago de aeronave, reafirmada em 28 de setembro de 2012, e publicada por SAE International.

[0006] Dentre os fenômenos físicos observados em descargas elétricas por relâmpagos está um fenômeno conhecido como "incandes-cência de borda", que descreve a condição na qual uma incandescên-cia de luz possivelmente combinada com ejeções de partícula ou plasma ocorre nas pontas ou extremidades de fibras de carbono em superfícies de fibra expostas de laminados de compósito de CFRP. Conforme usado no presente documento, o termo "superfícies de fibra expostas" refere-se a quaisquer bordas de um laminado de compósito de CFRP que têm fibras de carbono condutivas expostas, incluindo bordas cortadas ou aparadas e bordas em declives que não são completamente cobertas por material de matriz, conforme descrito acima. A incandescência de borda é ocasionada por diferenças de tensão entre camadas de compósito dos laminados de compósito de CFRP, e ocorre tipicamente em áreas de densidade de corrente alta que resultam de uma descarga elétrica por relâmpago, em que a diferença de potencial de tensão entre as camadas se encontra em seu máximo, tal como nas superfícies de fibra expostas.

[0007] A abordagem de projeto geral na indústria aeroespacial para impedir quaisquer efeitos negativos de incandescência de borda é de mascarar ou vedar todas as superfícies de fibra expostas em qualquer ambiente suscetível. Um método consiste em vedar as superfícies de fibra expostas com um material não condutivo ou isolante, tal como um vedante de polissulfeto, que inibe a transmissão da incandescência de luz e/ou partículas ejetadas fisicamente. Outro método conhecido de proteção contra incandescência de borda, faísca e descargas de plasma em torno de juntas fixadas em uma estrutura de compósito e superfícies de fibra expostas de um laminado de compósito de CFRP consiste em colocar uma tampa premoldada isolante sobre as superfícies de fibra expostas ou juntas fixadas.

[0008] Os métodos supracitados apenas mascaram ou protegem a incandescência de borda nas superfícies de fibra expostas e não impedem, reduzem ou eliminam a incandescência de borda. Além disso, esses métodos são trabalhosos e necessitam de tempo de fluxo de produção excessivo devido à quantidade de trabalho necessária para se preparar as superfícies de fibra expostas para uma adesão de vedação satisfatória e aos tempos de cura longos associados aos vedan-tes. Esses métodos também adicionam um peso significativo a uma estrutura de compósito produzida a partir de componentes de laminado de compósito de CFRP devido à espessura e/ou às múltiplas ca- madas necessárias dos vedantes que, na indústria aeroespacial, aumentam o consumo de combustível da aeronave e reduzem o desempenho.

[0009] Deseja-se, portanto, produzir laminados de compósito de CFRP com métodos menos trabalhosos e demorados e com controle aprimorado de trajetórias de fluxo de corrente elétrica através do laminado de compósito de CFRP para amenizar a incandescência de borda e fornecer outros benefícios elétricos com uma penalidade de peso mínima. Conforme usado no presente documento, o termo "amenizar a incandescência de borda" significa reduzir a intensidade de incandescência de borda ou eliminar a incandescência de borda.

SUMÁRIO

[0010] Os propósitos supracitados, assim como outros que se tornarão evidentes, são alcançados, em geral, fornecendo-se os laminados de compósito de CFRP e os processos para a fabricação de laminados de compósito de CFRP que integram os recursos de condutivi-dade z diretamente nos laminados de compósito de CFRP durante os processos de fabricação. Os recursos de condutividade z são configurados durante os processos de fabricação para fornecerem conexões elétricas intercompensado entre camadas ou compensados de compósito dos laminados de compósito de CFRP para gerenciar as transferências de corrente entre camadas ou compensados de compósito e, portanto, evitar a necessidade de recursos de proteção adicional que resultam em penalidades de custo e peso significativas, assim como ineficiências de fabricação. Pelo menos uma porção do material de reforço de fibra de carbono condutiva em cada uma das camadas ou compensados de compósito é eletricamente conectada a pelo menos uma porção do material de reforço de fibra de carbono condutiva em uma camada ou compensado de compósito adjacente do laminado de compósito de CFRP para fornecer as conexões elétricas intercompen- sado, preferencial mente feitas ao longo de toda uma espessura do laminado de compósito de CFRP e formadas nas bordas cortadas, ou próximas às mesmas, do laminado de compósito de CFRP ou em outra localizações onde se deseja criar uma trajetória para ser seguida pela eletricidade.

[0011] Em uma primeira modalidade, as conexões elétricas inter-compensado são feitas no laminado de compósito de CFRP deslocando-se o material de reforço de fibra de carbono em um ou mais compensados do laminado de compósito de CFRP para criar uma distorção fora de plano (isto é, uma onda ou dobra) no laminado de compósito de CFRP. O laminado de compósito de CFRP é formado a partir de uma pluralidade de compensados de compósito que compreende um compensado superior, um compensado inferior e um ou mais compensados internos entre o compensado superior e o compensado inferior. Os um ou mais compensados internos são configurados com uma distorção fora de plano na borda cortada, ou próxima à mesma, do laminado de compósito de CFRP que forma as conexões elétricas inter-compensado.

[0012] Em uma segunda modalidade, as conexões elétricas inter-compensado são feitas no laminado de compósito de CFRP envolvendo-se ou dobrando-se um compensado de compósito sobre as bordas cortadas de um ou mais compensados de compósito adjacentes no laminado de compósito de CFRP. O laminado de compósito de CFRP é formado a partir de uma pluralidade de compensados de compósito que compreende um compensado superior, um compensado inferior e um ou mais compensados internos entre o compensado superior e o compensado inferior. Nessa modalidade, o compensado superior é configurado com um comprimento que é maior do que o comprimento do compensado inferior ou adjacente e dos um ou mais compensados internos, e é envolvido ou dobrado sobre uma borda cortada do com- pensado inferior e dos um ou mais compensados internos onde as extremidades do material de reforço de fibra de carbono condutiva são expostas. Uma superfície de fundo do compensado superior é presa às bordas cortadas do compensado inferior e dos um ou mais compensados internos com um vedante/adesivo eletricamente condutivo de modo que o material de reforço de fibra de carbono no compensado superior entre em contato elétrico com o material de reforço de fibra de carbono nas bordas cortadas do compensado inferior e dos compensados internos.

[0013] Em uma terceira modalidade, as conexões elétricas inter-compensado são feitas no laminado de compósito de CFRP formando-se um enrugamento na borda cortada, ou próximo à mesma, do laminado de compósito de CFRP. O enrugamento empurra o material de reforço de fibra de carbono condutiva em cada um dos compensados de compósito, em conjunto, para dentro de uma distância de 10 mí-crons ou menos para formar as conexões elétricas intercompensado.

[0014] Em uma quarta modalidade, as conexões elétricas intercompensado são feitas no laminado de compósito de CFRP com um material eletricamente condutivo, tal como costura, pinos de rosca ou grampos, que penetra através do laminado de compósito de CFRP para encurtar eletricamente as camadas ou compensados de compósito na direção z.

[0015] Para o propósito de amenização de incandescência de borda, os recursos de condutividade z integrados aos laminados de compósito de CFRP e métodos de fabricação relacionados em todas as modalidades reveladas no presente documento podem ser incorporados em uma ou mais fileiras posicionadas nas bordas cortadas, ou próximas às mesmas, dos laminados de compósito de CFRP, em algumas modalidades, cerca de 2,54 centímetros (1 polegada) ou menos a partir de uma borda cortada dos laminados de compósito de CFRP. O recurso de condutividade z também pode ser usado em muitas aplicações e indústrias, e posicionado em outras posições e disposições (não necessariamente nas bordas cortadas ou próximo às mesmas) para criar trajetórias para o direcionamento controlado de corrente elétrica (por exemplo, sinais elétricos ou de relâmpago) entre compensados de compósito de um laminado de compósito de CFRP para controlar melhor os efeitos de corrente elétrica excessiva e/ou para gerenciar as correntes elétricas através do projeto como parte de um sistema integrado. Por exemplo, a corrente de relâmpago pode ser direcionada de uma zona de risco mais alto para uma zona de risco mais baixo em uma estrutura produzida a partir de componentes de laminado de compósito de CFRP, ou para um sistema de aterramento, para minimizar a densidade de corrente excessiva em uma região localizada de efeitos diretos de relâmpago e outros benefícios elétricos.

[0016] Adicionalmente, a descrição compreende modalidades de acordo com as seguintes cláusulas: [0017] Cláusula 1. Um laminado de compósito de CFRP que compreende uma pluralidade de compensados de compósito, em que cada um dos compensados de compósito compreende um material de reforço de fibra de carbono condutiva, sendo que pelo menos uma porção do material de reforço de fibra de carbono condutiva em cada um dos compensados de compósito é eletricamente conectada a pelo menos uma porção do material de reforço de fibra de carbono condutiva em um compensado adjacente do laminado de compósito de CFRP para formar conexões elétricas intercompensado.

[0018] Cláusula 2. O laminado de compósito de CFRP da cláusula 1, em que as conexões elétricas intercompensado são feitas ao longo de toda uma espessura do laminado de compósito de CFRP, de modo que o material de reforço de fibra de carbono em um compensado de fundo em uma superfície inferior do laminado de compósito de CFRP seja eletricamente conectado ao material de reforço de fibra de carbono em um compensado de topo em uma superfície superior do laminado de compósito de CFRP.

[0019] Cláusula 3. O laminado de compósito de CFRP da cláusula 1, em que o laminado de compósito de CFRP compreende uma borda cortada onde as extremidades do material de reforço de fibra de carbono condutiva são expostas, e as conexões elétricas intercompensa-do são formadas na borda cortada, ou próximas à mesma, do laminado de compósito de CFRP.

[0020] Cláusula 4. O laminado de compósito de CFRP da cláusula 1, em que a pluralidade de compensados de compósito compreende um compensado superior em uma superfície superior do laminado de compósito de CFRP, um compensado inferior em uma superfície inferior do laminado de compósito de CFRP e um ou mais compensados internos entre o compensado inferior e o compensado superior, um ou mais dos compensados internos configurados com uma distorção fora de plano na borda cortada, ou próxima à mesma, dos compensados de compósito onde as extremidades do material de reforço de fibra de carbono condutiva são expostas, em que a distorção fora de plano nos um ou mais compensados internos forma as conexões elétricas inter-compensado.

[0021] Cláusula 5. O laminado de compósito de CFRP da cláusula 4 que compreende adicionalmente uma ou mais ferramentas de formação em camadas que consistem em laminados de compósito de fibra de carbono curados de dimensões específicas menores que as dimensões do laminado de compósito de CFRP embutido entre pelo menos dois dos compensados de compósito, sendo que a distorção fora de plano nos um ou mais compensados internos são formados em uma borda das ferramentas de formação.

[0022] Cláusula 6. O laminado de compósito de CFRP da cláusula 5, em que uma primeira dentre as uma ou mais ferramentas de formação em camadas é embutida entre o compensado superior do laminado de compósito de CFRP e um primeiro compensado dos compensados internos em uma primeira posição ao longo de um comprimento do laminado de compósito de CFRP para formar a primeira distorção fora de plano, e uma segunda dentre uma ou mais ferramentas de formação em camadas é embutida entre um segundo compensado e um terceiro compensado dos compensados internos em uma segunda posição ao longo do comprimento do laminado de compósito de CFRP para formar uma segunda distorção fora de plano escalonada em uma direção no sentido do comprimento a partir da primeira distorção fora de plano.

[0023] Cláusula 7. O laminado de compósito de CFRP da cláusula 1, em que a pluralidade de compensados de compósito compreende um compensado superior em uma superfície superior do laminado de compósito de CFRP, um compensado inferior em uma superfície inferior do laminado de compósito de CFRP e um ou mais compensados internos entre o compensado inferior e o compensado superior, sendo que o compensado superior tem um comprimento que é maior do que o comprimento do compensado inferior e dos um ou mais compensados internos, e configurada para se envolver sobre uma borda cortada do compensado inferior e dos um ou mais compensados internos onde as extremidades do material de reforço de fibra de carbono condutiva são expostas, de modo que o material de reforço de fibra de carbono no compensado superior entre em contato elétrico com o material de reforço de fibra de carbono na borda cortada de cada um dentre o compensado inferior e um ou mais compensados internos.

[0024] Cláusula 8. O laminado de compósito de CFRP da cláusula 7, que compreende adicionalmente um vedante/adesivo eletricamente condutivo entre o compensado superior e a borda cortada de cada um dentre o compensado inferior e os um ou mais compensados internos.

[0025] Cláusula 9. O laminado de compósito de CFRP da cláusula 3, em que um enrugamento é formado na borda cortada, ou próxima à mesma, para empurrar o material de reforço de fibra de carbono con-dutiva em cada um dos compensados de compósito, em conjunto, e formar as conexões elétricas intercompensado.

[0026] Cláusula 10. O laminado de compósito de CFRP da cláusula 9, em que o enrugamento se estende a um comprimento inteiro da borda cortada e substancialmente paralelo à borda cortada.

[0027] Cláusula 11.0 laminado de compósito de CFRP da cláusula 9, em que o material de reforço de fibra de carbono condutiva em cada um dos compensados de compósito é empurrado, em conjunto, para dentro de uma distância de 10 mícrons ou menos.

[0028] Cláusula 12. O laminado de compósito de CFRP da cláusula 3, que compreende adicionalmente um material eletricamente con-dutivo que penetra através de uma espessura inteira do laminado de compósito de CFRP em uma ou mais fileiras para formar as conexões elétricas intercompensado.

[0029] Cláusula 13. O laminado de compósito de CFRP da cláusula 12, em que o material condutivo tem uma condutividade de pelo menos 104 Siemens/metro.

[0030] Cláusula 14. Um método para impedir a incandescência de borda em um laminado de compósito de CFRP que compreende uma pluralidade de compensados de compósito, em que cada um dos compensados de compósito compreende um material de reforço de fibra de carbono condutiva, sendo que o método compreende as etapas de: formar o laminado de compósito de CFRP de modo que pelo menos uma porção do material de reforço de fibra de carbono condutiva em cada um dos compensados de compósito seja eletricamente conectada a pelo menos uma porção do material de reforço de fibra de carbono condutiva em um compensado de compósito adjacente para formar conexões elétricas intercompensado que reduzem o potencial de tensão entre os compensados de compósito durante uma descarga elétrica por relâmpago no laminado de compósito de CFRP.

[0031] Cláusula 15. O método da cláusula 14, em que as conexões elétricas intercompensado são formadas na borda cortada, ou próximas à mesma, do laminado de compósito de CFRP onde as extremidades do material de reforço de fibra de carbono condutiva são expostas e ao longo de toda uma espessura do laminado de compósito de CFRP, de modo que o material de reforço de fibra de carbono em um compensado de fundo em uma superfície inferior do laminado de compósito de CFRP seja eletricamente conectado ao material de reforço de fibra de carbono em um compensado de topo em uma superfície superior do laminado de compósito de CFRP.

[0032] Cláusula 16. O método da cláusula 15, em que a pluralidade de compensados de compósito compreende um compensado superior em uma superfície superior do laminado de compósito de CFRP, um compensado inferior em uma superfície inferior do laminado de compósito de CFRP e um ou mais compensados internos entre o compensado inferior e o compensado superior, sendo que o método compreende adicionalmente a etapa de formar uma distorção fora de plano em um ou mais dos compensados internos na borda cortada, ou próxima à mesma, para formar as conexões elétricas intercompensado.

[0033] Cláusula 17. O método da cláusula 15, que compreende adicionalmente embutir uma ou mais ferramentas de formação em camadas que consistem em laminados de compósito de fibra de carbono curados de dimensões específicas menores que as dimensões do laminado de compósito de CFRP entre pelo menos dois dos compensados de compósito para formar a distorção fora de plano.

[0034] Cláusula 18. O método da cláusula 15, que compreende adicionalmente as etapas de: laminar um compensado inferior do laminado de compósito de CFRP; laminar um ou mais compensados internos do laminado de compósito de CFRP sobre o compensado inferior; laminar um compensado superior do laminado de compósito de CFRP sobre as uma ou mais camadas internas, em que o compensado superior tem um comprimento que é maior do que o comprimento do compensado inferior e dos um ou mais compensados internos; envolver o compensado superior sobre a borda cortada de cada um dentre o compensado inferior e os um ou mais compensados internos, de modo que o material de reforço de fibra de carbono no compensado superior entre em contato elétrico com o material de reforço de fibra de carbono na borda cortada de cada um dentre o compensado inferior e os um ou mais compensados internos.

[0035] Cláusula 19. O método da cláusula 18, que compreende adicionalmente a etapa de aplicar um vedante/adesivo eletricamente condutivo entre o compensado superior e a borda cortada de cada um dentre o compensado inferior e os um ou mais compensados internos.

[0036] Cláusula 20. O método da cláusula 15, que compreende adicionalmente formar um enrugamento na borda cortada, ou próximo à mesma, para empurrar o material de reforço de fibra de carbono condutiva em cada um dos compensados de compósito, em conjunto, e formar as conexões elétricas intercompensado.

[0037] Cláusula 21. O método da cláusula 20, em que o enrugamento é formado para se estender a um comprimento inteiro da borda cortada e substancialmente paralelo à borda cortada.

[0038] Cláusula 22. O método da cláusula 20, em que o enrugamento é formado aplicando-se pressão a uma superfície superior da pluralidade de compensados de compósito com uma lâmina que se estende substancialmente paralela à borda cortada.

[0039] Cláusula 23. Um método para impedir uma incandescên-cia de borda em um tanque de combustível produzido a partir de laminado de compósito de CFRP que compreende uma pluralidade de compensados de compósito, em que cada um dos compensados de compósito compreende um material de reforço de fibra de carbono condutiva, sendo que o método compreende as etapas de: formar o laminado de compósito de CFRP de modo que pelo menos uma porção do material de reforço de fibra de carbono condutiva em cada um dos compensados de compósito seja eletricamente conectada a pelo menos uma porção do material de reforço de fibra de carbono condutiva em um compensado de compósito adjacente para fornecer as conexões elétricas intercompensado que reduzem o potencial de tensão entre os compensados de compósito durante uma descarga elétrica por relâmpago no laminado de compósito de CFRP; e usar o laminado de compósito de CFRP para formar o tanque de combustível.

[0040] Cláusula 24. O método da cláusula 23, em que as conexões elétricas intercompensado são formadas na borda cortada, ou próximas à mesma, do laminado de compósito de CFRP onde as extremidades do material de reforço de fibra de carbono condutiva são expostas e ao longo de toda uma espessura do laminado de compósito de CFRP, de modo que o material de reforço de fibra de carbono em um compensado de fundo em uma superfície inferior do laminado de compósito de CFRP seja eletricamente conectado ao material de reforço de fibra de carbono em um compensado de topo em uma superfície superior do laminado de compósito de CFRP.

[0041] Cláusula 25. O método da cláusula 24, que compreende adicionalmente a etapa de fornecer um material eletricamente condu-tivo através de toda uma espessura do laminado de compósito de CFRP em uma ou mais fileiras próximas à borda cortada.

[0042] Cláusula 26. O método da cláusula 25, e que o material condutivo tem uma condutividade de pelo menos 104 S/m.

[0043] As áreas de aplicabilidade e vantagens adicionais dos laminados de compósito de CFRP e métodos relacionados revelados se tornarão evidentes quando a descrição detalhada for considerada em conjunto com os desenhos a seguir. Deve-se compreender que a descrição detalhada e os exemplos específicos são destinados apenas para propósitos ilustrativos e não se destinam a limitar o escopo da descrição.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0044] Várias modalidades serão doravante descritas com referência aos desenhos para propósitos de ilustração dos aspectos anteriormente mencionados e outros aspectos da descrição.

[0045] A Figura 1 é uma ilustração de uma vista em perspectiva de uma aeronave exemplificadora.

[0046] A Figura 2 é uma ilustração de um corte transversal de uma asa de aeronave tomada ao longo da linha 2-2 da Figura 1 que mostra uma estrutura de caixa de asa com localizações exemplificadoras para os recursos de condutividade z.

[0047] A Figura 3 é uma ilustração de uma vista em perspectiva de uma primeira modalidade de um laminado de compósito de CFRP que compreende conexões elétricas intercompensado formadas por uma distorção fora de plano nos compensados de fibra de carbono.

[0048] A Figura 4 é uma ilustração de uma vista lateral de um laminado de compósito de CFRP de acordo com uma disposição adicional de múltiplas distorções fora de plano de fibra de carbono para alcançar as conexões elétricas intercompensado.

[0049] A Figura 5 é uma ilustração de uma vista em perspectiva de uma segunda modalidade de um laminado de compósito de CFRP que compreende conexões elétricas intercompensado formadas envolven- do-se um compensado mais longo sobre um ou mais compensados adjacentes mais curtos.

[0050] As Figuras 5A e 5B são ilustrações que mostram disposições alternativas de conexões elétricas intercompensado no laminado de compósito de CFRP da Figura 5.

[0051] A Figura 6 é uma ilustração de uma vista em perspectiva de uma terceira modalidade de um laminado de compósito de CFRP que compreende conexões elétricas intercompensado formadas enrugando-se as fibras de carbono antes da cura de resina.

[0052] As Figuras 6A e 6B são ilustrações que mostram formas alternativas do enrugamento no laminado de compósito de CFRP da Figura 6.

[0053] A Figura 7 é uma ilustração de uma vista em perspectiva de uma quarta modalidade de um laminado de compósito de CFRP que compreende conexões elétricas intercompensado formadas com um material condutivo que penetra através do laminado de compósito de CFRP.

[0054] A Figura 8 é uma ilustração de uma vista em corte transversal do laminado de compósito de CFRP, mostrada na Figura 7, tomada ao longo da linha 8-8.

[0055] A Figura 9 é uma ilustração de uma vista lateral de um laminado de compósito de CFRP com conexões elétricas intercompensado para transferir corrente elétrica de uma localização para outra localização dentre de um componente estrutural.

[0056] A Figura 10 é uma ilustração de uma vista lateral de um laminado de compósito de CFRP próximo a um fixador de casca no qual as conexões elétricas intercompensado podem ser usadas para transferir corrente elétrica de uma camada de superfície para uma camada adjacente em localizações estratégicas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0057] Na descrição detalhada a seguir, várias modalidades de um aparelho e métodos para amenizar a incandescência de borda e fornecer outros benefícios elétricos em componentes e estruturas de aeronave produzidos a partir de laminados de plástico reforçado com fibra de carbono ("CFRP") são descritos para ilustrar os princípios gerais da presente descrição. Os laminados de compósito de CFRP revelados são adequados para o uso em uma ampla variedade de aplicações de aeronave e aeroespaciais em que um veículo transportado pelo ar experimenta uma descarga elétrica por relâmpago, ou em que é desejado gerenciar as transferências de corrente elétrica entre camadas ou compensados de compósito de um laminado de compósito de CFRP.

[0058] Esta descrição é meramente de natureza exemplificadora e não tem por objetivo, de nenhuma maneira, limitar o escopo do aparelho e do método revelado, de suas aplicações e de seus usos. Será imediatamente reconhecido por um indivíduo versado na técnica que a presente descrição pode ser praticada em outras aplicações ou ambientes análogos e/ou com outras variações análogas ou equivalentes das modalidades ilustrativas. Por exemplo, os laminados de compósito de CFRP revelados são igualmente adaptados com facilidade para o uso em veículos terrestres ou estruturas terrestres em que as capacidades para amenizar a incandescência de borda ou outros efeitos diretos de relâmpago, ou para gerenciar o fluxo de corrente elétrica (por exemplo, de descargas elétricas por relâmpagos ou conexões elétricas para sistemas elétricos/eletrônicos e aterramentos elétricos) são desejadas. Deve-se observar também que esses métodos, procedimentos, componentes ou funções que são comumente conhecidos por indivíduos de habilidade comum na técnica da descrição não são descritos em detalhes no presente documento.

[0059] Em todas as modalidades desta descrição, as conexões elétricas intercompensado em um laminado de compósito de CFRP formam uma ponte entre as camadas ou compensados de compósito do laminado de compósito de CFRP para conectar eletricamente o material de reforço de fibra de carbono em cada uma das camadas ou compensados de compósito do laminado de compósito de CFRP. Essa ponte promove o fluxo de corrente elétrica entre as camadas de compósito e diminui o potencial de tensão intercompensado entre as camadas de compósito, amenizando, desse modo, a incandescência de borda. Constatou-se que a incandescência de borda é significativamente reduzida se a tensão intercompensado puder ser reduzida (por exemplo, para abaixo de um nível de limiar específico para a configuração de projeto e sistema de material) e a condutividade z aumentada (por exemplo, para pelo menos o nível de condutividade de fibra de carbono). Essa ponte também fornece a capacidade para gerenciar transferências elétricas entre as camadas ou compensados de compósito, para controlar de maneira eficaz o fluxo de eletricidade (por exemplo, das descargas elétricas por relâmpagos ou sinais elétricos) através do laminado de compósito de CFRP. Por exemplo, a corrente de relâmpago pode ser direcionada de uma zona de risco mais alto para uma zona de risco mais baixo de uma aeronave ou outra estrutura, ou para um sistema de aterramento dentro da aeronave ou outra estrutura.

[0060] Referindo-se mais particularmente aos desenhos, a Figura 1 é uma ilustração de uma vista em perspectiva de uma aeronave exemplificadora 10 que pode incorporar uma estrutura de compósito 26 construída a partir de componentes de laminado de compósito de CFRP, de acordo com esta descrição. Conforme mostrado na Figura 1, a aeronave 10 compreende uma fuselagem 12, um nariz 14, uma cabine de piloto 16, asas 18, uma ou mais unidades de propulsão 20, uma porção de cauda vertical 22 e porções de cauda horizontal 24. A estrutura de compósito 26 pode ser qualquer uma das estruturas de aeronave supracitadas ou qualquer tipo de estrutura (tal como uma caixa de asa e tanques de combustível) que seja produzida, fabricada ou montada, por inteiro ou em parte, a partir de uma ou mais partes de componente (tais como armações, reforçadores, painéis, longarinas e nervuras) produzidas a partir de laminados de compósito de CFRP de acordo com esta descrição. Embora a aeronave 10 mostrada na Figura 1 seja representativa, em geral, de uma aeronave de passageiro comercial que tem uma ou mais estruturas de compósito 26, os ensinamentos das modalidades reveladas podem ser aplicados a outra aeronave de passageiro, aeronave de carga, aeronave militar, giropla-no e outros tipos de aeronave ou veículos aéreos, assim como veículos aeroespaciais, foguetes e outros veículos aeroespaciais, assim como barcos e outras embarcações, trens, automóveis, caminhões, ônibus, ou outros veículos ou itens adequados que têm estruturas de compósito.

[0061] A Figura 2 é uma vista em corte transversal parcial das asas 18 tomada ao longo da linha 2-2 na Figura 1. Essa seção das asas 18 é conhecida como uma caixa de asa 28, que pode ser formada por componentes de laminado de compósito de CFRP, tal como um painel superior 30 e um painel inferior 32 conectados juntamente com longarinas 34 para formar uma porção interior 38 da caixa de asa 28, que pode ser usada, por exemplo, para reter um tanque de combustível (não mostrado). O painel superior 30 e o painel inferior 32 da caixa de asa 28 são fornecidos com reforçadores 40 que sustentam a estrutura de caixa de asa 28. Os reforçadores 40 podem estar em formato de I conforme, mostrado na Figura 2, ou em formato de chapéu, em formato de z ou qualquer outro formato (não mostrado) adequado para uma aplicação específica. A Figura 2 ilustra localizações exemplifica- doras 44 onde os recursos de condutividade z dessa descrição podem ser aplicados para eliminar as exigências de vedação de borda, tais como em bordas cortadas 42 dos laminados de compósito de CFRP que formam reforçadores 40, longarinas 34, painel superior 30 e painel inferior 32, ou em qualquer localização ao longo do comprimento 46 do componente de laminado de compósito de CFRP, tal como painel superior 30 e painel inferior 32, para fornecer uma condutividade z aprimorada e as vantagens presentes na mesma. Os laminados de compósito de CFRP com os recursos de condutividade z revelados no presente documento também podem ser empregados em outras localizações ao longo da aeronave 10.

[0062] Os laminados de compósito de CFRP do tipo revelado no presente documento são construídos de acordo com processos de la-minação de compósito típicos que são modificados para fornecer conexões intercompensado e recursos de condutividade z de acordo com esta descrição. A fabricação de peça de compósito típica se inicia com um molde, ferramenta ou mandril em um formato e tamanho desejado no qual as camadas ou compensados de compósito de CFRP serão laminadas para produzir os laminados de compósito de CFRP que têm o formato e tamanho desejado. A superfície do molde, ferramenta ou mandril é, então, preparada para o processo de laminação limpando-se a superfície e aplicando-se um agente de liberação para impedir que a resina adira à superfície. Uma camada de solução ou filme de resina de acentuação de pegajosidade é, então, aplicada para conter a primeira camada ou compensado de compósito. Uma ou mais camadas ou compensados de compósito de CFRP são, então, laminadas dentro ou sobre o molde, ferramenta ou mandril, de acordo com parâmetros de projeto especificados. O número de compensados ou camadas de compósito e a orientação do material de reforço de fibra de carbono no molde, ferramenta ou mandril são determinados pelas exigências estruturais do laminado de compósito de CFRP, que devem ser otimizadas com base em múltiplos fatores de projeto que incluem cargas, impacto, peso, efeitos eletromagnéticos (EME) e outros fatores conhecidos na técnica. Os recursos de condutividade z, se implantados, fariam parte do projeto estrutural e precisariam ser levados em consideração para o leiaute. Por exemplo, para componentes e estruturas de classe aeroespacial, a espessura de cada compensado de compósito ou camada podería estar na faixa de cerca de 0,13 a 0,25mm (5 a 10 mils), ou cerca de 127 a 250 mícrons.

[0063] A cura pode ser realizada de diversas maneiras diferentes conhecidas na técnica. Por exemplo, a cura pode ser realizada com uma bolsa a vácuo um forno de circulação de ar; ou em uma autoclave, com pressão, temperatura e tempos de cura dependentes de muitos fatores conhecidos na técnica, tais como projeto de peça, química de material e massa da peça, incluindo o molde, ferramenta ou mandril.

[0064] De acordo com esta descrição, quatro laminados de compósito de CFRP exemplificadores 50, 80, 100, 120 são construídos com uma pluralidade de compensados ou camadas de compósito de CFRP 52, conforme ilustrado nas Figuras 3 a 8. Cada um dos compensados ou camadas de compósito 52 compreende um material de reforço de fibra de carbono condutiva 54 e um material de matriz de resina 56. Durante o processo de laminação, pelo menos uma porção do material de reforço de fibra de carbono condutiva 54 em cada um dos compensados ou camadas de compósito 52 é eletricamente conectada a pelo menos uma porção do material de reforço de fibra de carbono condutiva 54 em um adjacente dentre os compensados ou camadas de compósito 52 dos laminados de compósito de CFRP 50, 80, 100, 120 para fornecer as conexões elétricas intercompensado 58 e a condutividade z através dos laminados de compósito de CFRP 50, 80, 100, 120. Em algumas modalidades, as conexões intercompensa- do 58 são realizadas através de toda uma espessura 60 de laminados de compósito de CFRP 50, 80, 100, 120 de modo que o material de reforço de fibra de carbono em um compensado de fundo 62 em uma superfície inferior 63 dos laminados de compósito de CFRP 50, 80, 100, 120 seja eletricamente conectado ao material de reforço de fibra de carbono em um compensado de topo 64 em uma superfície superior 65 dos laminados de compósito de CFRP 50, 80, 100, 120. As conexões intercompensado 58 são geralmente formadas na borda cortada, ou próximas à mesma, 66 dos laminados de compósito de CFRP 50, 80, 100, 120 onde as extremidades 55 do material de reforço de fibra de carbono condutiva 54 são expostas ao ambiente, mas também podem estar em outras localizações.

[0065] As Figuras 3 e 3A são ilustrações de uma primeira modalidade de um laminado de compósito de CFRP de múltiplos compensados 50 que tem um compensado de fundo 62, um compensado de topo 64 e um ou mais compensados internos 68, em que um ou mais dos compensados internos 68 é configurado com uma ou mais distorções fora de plano (isto é, uma onda ou dobra) 70 na borda cortada, ou próximas à mesma, 66 do laminado de compósito de CFRP 50 onde as conexões intercompensado 58 são formadas. Por exemplo, para as aplicações de amenização de incandescência de borda, as distorções fora de plano 70 podem ser formadas a cerca de 2,54 centímetros (1 polegada) ou menos da borda cortada 66. Alternativamente, para outras aplicações, uma ou mais distorções fora de plano 70 podem ser estrategicamente inseridas no laminado de compósito de CFRP 50 em qualquer localização onde a condutividade z é desejada. As distorções fora de plano 70 são um estremecimento, uma onda ou dobra em dois ou mais dentre os compensados ou camadas de compósito 52 onde os compensados ou camadas de compósito 52 são aproximados e encurtam o material de reforço de fibra de carbono condutiva 54 em cada um dos compensados ou camadas de compósi-to 52 que forma as distorções fora de plano 70. O encurtamento pode ser o resultado da redução de resina devido à formação de ponte ou pontos de tensão localizados criados pelos compensados curados inseridos de modo que os materiais de reforço de fibra de carbono 54 em cada um dos compensados ou camadas de compósito 52 se toquem. Tais distorções fora de plano 70 são semelhantes a uma onda de choque, que é caracterizada como uma distorção ou ondulação local natural em um ou mais compensados de uma estrutura de compósito que algumas vezes ocorre não intencionalmente durante a fabricação ou a cura de estruturas de compósito. As distorções fora de plano 70 colocadas estrategicamente podem servir para eliminar a incan-descência de borda e faísca resultante de uma descarga elétrica por relâmpago encurtando-se eletricamente os compensados de compósito. Além de impedir a incandescência de borda, os curto-circuitos elétricos formados nas distorções fora de plano 70 entre compensados ou camadas de compósito 52 do laminado de compósito de CFRP 50 também podem ser aplicados para quaisquer projetos como vias elétricas para suportar a transferência gerenciada de energia elétrica entre compensados ou camadas de compósito 52 do laminado de compósito de CFRP 50.

[0066] As distorções fora de plano 70 são induzidas durante as etapas de cura dos processos de laminação, e formadas inserindo-se uma ou mais ferramentas de formação em camadas 72 entre os compensados ou camadas de compósito não curados 52. As uma ou mais ferramentas de formação em camadas 72 compreendem, cada uma, um laminado de fibra de carbono curado de dimensões específicas menores do que as dimensões do laminado de compósito de CFRP 50 que está sendo formado pelos processos de laminação. A amplitude das distorções fora de plano 70 é proporcional à altura das ferramen- tas de formação 72. Uma ou mais ferramentas de formação em camadas 72 são inseridas entre os compensados ou camadas de compósito 52 durante a laminação dos compensados ou camadas de compósito 52 e antes da cura. As distorções fora de plano 70 se formam em uma borda 74 das uma ou mais ferramentas de formação em camadas 72 onde os compensados ou camadas de compósito não curados 52 se estendem além das bordas das uma ou mais ferramentas de formação em camadas 72. As ferramentas de formação 72 são embutidas no laminado de compósito de CFRP 50 e promovem os pontos de tensão localizados e o deslocamento de fibra durante a cura. Essa disposição alternada de distorções fora de plano 70 pode ser formada na borda cortada, ou próxima à mesma, 66 do laminado de compósito de CFRP 50 ou em qualquer outro local ao longo do comprimento do laminado de compósito de CFRP 50A.

[0067] A Figura 4 mostra uma disposição alternativa de distorções fora de plano 70 em um laminado de compósito de CFRP 50A onde todos os compensados ou camadas de compósito 52 são ligados em ponte por uma pluralidade de distorções fora de plano 70. Os compensados ou camadas de compósito 52 compreendem um compensado de fundo 62, um compensado de topo 64 e uma pluralidade de compensados internos 68 de material de compósito de CFRP. As ferramentas de formação 72 são colocadas entre cada um dos compensados ou camadas de compósito 52 em localizações alternadas escalonadas em uma direção no sentido do comprimento de modo que as distorções fora de plano 70 sejam formadas em ambos os lados das ferramentas de formação 72. Essa disposição alternada de distorções fora de plano 70 pode ser formada na borda cortada, ou próxima à mesma, 66 do laminado de compósito de CFRP 50 ou em qualquer outro local ao longo do comprimento do laminado de compósito de CFRP 50A.

[0068] Uma segunda modalidade de um laminado de compósito de CFRP de múltiplos compensados 80 é mostrada nas Figuras 5A e 5B. De acordo com essa segunda modalidade, as camadas ou compensados de compósito 52 são laminadas em uma disposição alternada de compensados longos 82 e compensados curtos 84. Os compensados longos 82 são envolvidos sobre uma borda cortada 66 de cada um dos compensados curtos 84 de modo que o material de reforço de fibra de carbono 54 nos compensados longos 82 entre em contato elétrico com o material de reforço de fibra de carbono 54 na borda cortada 66 dos compensados curtos 84, para formar conexões elétricas intercompen-sado 58.

[0069] A disposição alternada de compensados longos 82 e compensados curtos 84 pode incluir qualquer número de variações, contanto que um dos compensados longos 82 seja envolvido sobre as bordas cortadas 66 dos compensados curtos 84. Por exemplo, as camadas ou compensados de compósito 52 podem ser dispostas de modo que um compensado superior 86 tenha um comprimento que é mais longo do que o comprimento de um compensado inferior 88 e um ou mais compensados internos 90, de modo que uma porção do compensado superior 86 se estenda além do compensado inferior 88 e dos um ou mais compensados internos 90 por um comprimento suficiente para envolver e realizar conexões elétricas com as bordas cortadas 66 dos compensados curtos 84. A disposição alternada de compensados longos 82 e compensados curtos 84 pode incluir uma pluralidade de compensados longos 82 em que cada um dos compensados longos forma um compensado superior 86 que é envolvido sobre as bordas cortadas de um compensado inferior 88 e um ou mais compensados internos 90 para formar uma pilha 92 que, então, pode ser laminada sobre uma ou mais pilhas adicionais 92, conforme mostrado na Figura 5A. Alternativamente, a disposição de compensados longos 82 e com- pensados curtos 84 pode incluir um único compensado longo 82 que forma um compensado superior 86 que é envolvido sobre as bordas cortadas 66 de compensados curtos 84 dispostos como um compensado inferior 88 e uma pluralidade de compensados internos 90 para formar uma única pilha 92, conforme mostrado na Figura 5B.

[0070] Durante o processo de laminação para a fabricação de um laminado de compósito de CFRP 80, de acordo com a segunda modalidade, o material de matriz de resina 56 é removido da superfície de uma borda cortada 66 das camadas ou compensados de compósito 52 que formam os compensados curtos 84 na pilha 92. O material de matriz de resina 56 pode ser removido, por exemplo, por abrasão, tomando o cuidado para evitar danos ao material de reforço de fibra de carbono 54. O desbaste de plasma pode ser usado para remover resina de superfície com o uso de equipamento de desbaste de plasma comercialmente disponível por 5 a 10 minutos a 75W com 1 torr de oxigênio. Esses parâmetros variarão dependendo do equipamento de desbaste de plasma usado. Uma quantidade suficiente de material de matriz de resina 56 deve ser removida para que as pontas de material de reforço de fibra de carbono 54 nos compensados curtos 84 sejam expostas de modo que as mesmas entrem em contato com o material de reforço de fibra de carbono 54 nos compensados longos 82. Após o material de matriz de resina 56 ser removido da borda cortada 66 para expor as pontas do material de reforço de fibra de carbono 54, quaisquer partículas e poeira soltas devem ser removidas soprando-se as camadas ou compensados de compósito 52 com ar isento de óleo limpo.

[0071] A fim de se construir o laminado de compósito de CFRP 80 dessa segunda modalidade, as bordas cortadas 66 dos compensados ou camadas de compósito 52 formados como compensados curtos 84 são cobertas com uma camada fina de vedante/adesivo condutivo 94 que tem uma condutividade elétrica mínima de 104 S/m. O volume de vedante/adesivo 94 aplicado deve ser suficiente para fornecer uma espessura de linha de ligação curada de cerca de 0,0012 a 0,002 centímetro (0,0005 a 0,001 polegada). Esse sistema adesivo é tipicamente um epóxi de classe aeroespacial resistente a combustível, tal como éter diglicidil bisfenol-a, ou sistemas a base de triglicidil-p-aminofenol, N,N,N,N-tetraglicidil-4,4-metilenebis benzilamina, que é combinado de maneira suficiente com um sistema de material de dopagem condutivo para alcançar o nível de condutividade elétrica desejado. O sistema de material de dopagem condutivo pode incluir óxidos de índio e estanho, nanotubos de carbono, nanofios metálicos (tal como prata, níquel ou cobre), partículas de tamanho nano ou micro. O vedante/adesivo condutivo 94 umedece as extremidades do material de reforço de fibra de carbono 54 e junta o material de reforço de fibra de carbono 54 em camadas ou compensados de compósito adjacentes 52 eletricamente e pode ser, por exemplo, um epóxi condutivo ou polissulfeto dopado. A camada ou compensado de compósito 52 que é formada como um compensado longo 82 é, então, laminada no topo dos compensados curtos 84 e envolvida sobre as bordas cortadas 66 dos compensados curtos 84 para cobrir todo o material de reforço de fibra de carbono exposto 54 em cada um dos compensados curtos 84. Um compensado destacável pode, então, ser colocado sobre a montagem de camadas ou compensados de compósito laminados 52, e a montagem é curada, de modo que o vedante/adesivo condutivo 94 seja curado entre o compensado superior 86 e as bordas cortadas 66 dos compensados curtos 84 concomitantemente com a cura da montagem de laminado para formar o laminado de compósito de CFRP 80 da segunda modalidade. A cura pode ser realizada com o uso de bolsa a vácuo em um perfil de temperatura e pressão apropriado para o sistema e projeto de material do laminado de compósito de CFRP 80 de acordo com práticas conhecidas.

[0072] As Figuras 6, 6A e 6B mostram uma terceira modalidade de um laminado de compósito de CFRP 100 que compreende um enru-gamento 102 formado na borda cortada, ou próximo à mesma, 104 do laminado de compósito de CFRP 100 para empurrar o material de reforço de fibra de carbono condutiva 54 em cada um dos compensados ou camadas de compósito 52 juntos e formar as conexões elétricas intercompensado 58. O enrugamento 102 é uma área rebaixada para se estender a um comprimento inteiro da borda cortada 104 e substancialmente paralelo à borda cortada 104. O enrugamento 104 é formado durante a etapa de cura dos processos de laminação com o uso de uma lâmina ou ferramenta 106 produzida a partir de um material substancialmente rígido que pode suportar o processo de cura. A lâmina ou ferramenta 106 é posicionada na área de enrugamento desejada, e a pressão aprimorada que excede o nível de pressão nominal aplicado a outras superfícies da peça, por exemplo, é aplicada à lâmina 106 na direção das setas 108 para empurrar as camadas ou compensados de compósito 52 na área de enrugamento juntas e faz com que conexões elétricas intercompensado 58 se formem entre o material de reforço de fibra de carbono 54 na área de enrugamento. As conexões elétricas intercompensado 58 são formadas quando o material de reforço de fibra de carbono condutiva 54 em cada um dos compensados ou camadas de compósito 52 é empurrado junto para dentro de uma distância de aproximadamente 10 mícrons ou menos.

[0073] A área de enrugamento pode ser posicionada em qualquer localização através de uma largura dos compensados ou camadas de compósito 52, ou múltiplos enrugamentos podem ser formados através da largura dos compensados ou camadas de compósito 52. A Figura 6A mostra uma primeira configuração da lâmina 106 que tem uma borda de enrugamento pontuda 110 posicionada próxima à borda cortada 104 dos compensados ou camadas de compósito 52. A Figura 6B mostra outra configuração da lâmina 106 que tem uma borda de enru-gamento plana 112 posicionada na borda cortada 104. A lâmina 106 pode ser configurada com bordas de enrugamento que têm outros formatos e tamanhos, tal como arredondado ou outros formatos, contanto que uma força suficiente seja aplicada para formar um enrugamento 102 onde o material de reforço de fibra de carbono condutiva 54 em cada compensado de compósito ou camada 52 é forçado, em conjunto, para formar conexões elétricas intercompensado 58. Por exemplo, a área de enrugamento pode ter uma largura na ordem de cerca de 2,54 centímetros (1 polegada) ou menos e, para aplicações de amenização de incandescência de borda, ser posicionada a cerca de 2,54 centímetros (1 polegada) ou menos a partir da borda cortada 104.

[0074] A quarta modalidade de um laminado de compósito de CFRP 120 é mostrada nas Figuras 7 e 8 em que duas ou mais camadas ou compensados de compósito 52 são laminadas juntas com um material condutivo 122 que penetra através de algumas ou de todas as camadas ou compensados de compósito 52 na borda cortada, ou próxima à mesma, 124 do laminado de compósito de CFRP 120 para encurtar eletricamente as camadas ou compensados de compósito 52 na direção z. O material condutivo 122 tem pelo menos a condutividade de carbono (isto é, 104 S/m). Exemplos de materiais condutivos adequados 122 incluem roscas de fibra de carbono secas, roscas de titânio, roscas metálicas ou pinos z metálicos, grampos ou pregos, que se encontram prontamente disponíveis no mercado. As roscas adequadas disponíveis comercialmente incluem fios de costura de múltiplos filamentos de aço inoxidável THERMOSEW 100%, estopa de microfi-lamentos de aço inoxidável ANTISTATIB para escovas antiestáticas de impressoras e outros dispositivos e roscas de costura CARBON, todos disponíveis junto à TIBTECH Innovations, França, e fibras de carbono TENAX® disponível junto à Toho Tenax Group, Alemanha.

[0075] O material condutivo 122 pode ser disposto em uma ou mais fileiras posicionadas cerca de 2,54 centímetros (1 polegada) ou menos a da borda cortada 124 antes da cura do laminado de compósi-to de CFRP 120. O material condutivo 122 pode ser posicionado em áreas que não afetarão a resistência mecânica do laminado de com-pósito de CFRP 120. Se o material condutivo 122 for disposto em miais do que uma fileira, o material condutivo 122 pode ser escalonado ou posicionado em zigue-zague ao longo da borda cortada 124. O material condutivo 122 pode ser separado por cerca de 2,54 centímetros (1 polegada) ou menos. Para aplicações de amenização de incandes-cência de borda, o material condutivo 122 deve se estender através de toda uma espessura do laminado de compósito de CFRP 120 (conforme mostrado na Figura 8) para fornecer conexões elétricas intercom-pensado 58 na borda cortada, ou próximas às mesmas, 124 através de toda a espessura do laminado de compósito de CFRP 120. Para outras aplicações de direcionamento elétrico, o material condutivo 122 pode ser posicionado em outras localizações e em camadas ou compensados de compósito selecionadas 52.

[0076] Se não for verificada, uma descarga elétrica por relâmpago enviará corrente elétrica através de um laminado de compósito por meio da trajetória de menor resistência. Se o laminado de compósito for configurado como um componente de um tanque de combustível ou outro ambiente adequado, a incandescência de borda, faísca ou outros efeitos diretos de relâmpago podem ter um impacto negativo. Os laminados de compósito de CFRP revelados 50, 80, 100, 120 fornecem recursos inerentes para amenizar a incandescência de borda, faísca e outros efeitos diretos de relâmpago controlando-se o fluxo de corrente elétrica através de conexões intercompensado dispostas estrategicamente 58. Os exemplos de aplicações para os laminados de compósito de CFRP 50, 120 das primeira e quarta modalidades reve- ladas no presente documento são mostrados nas Figuras 9 e 10. Conforme mostrado na Figura 9, as conexões elétricas intercompensado 58 podem ser posicionadas para transferir corrente elétrica resultante de uma descarga elétrica por relâmpago 126 que atinge um compensado de topo 64 do laminado de compósito de CFRP 50, 120 próximo a uma área inflamável 128 para um compensado de fundo 62 do laminado de compósito de CFRP 50, 120 em uma área menos inflamável 130. Na Figura 10, a corrente elétrica que resulta da descarga elétrica por relâmpago 126 próxima a um fixador de casca 132 é transferida para um sistema de desvio de corrente de relâmpago de metal co-curado (não mostrado).

[0077] Cada um dos laminados de compósito de CFRP 50, 80, 100, 120 revelado no presente documento pode ser usado em métodos para impedir a incandescência de borda nos laminados de compósito de CFRP e nos componentes e estruturas formados a partir dos mesmos, incluindo em tanques de combustível e outros ambientes suscetíveis. Os mesmos também podem ser usados para criar outros canais elétricos como parte de um projeto de sistemas elétricos.

[0078] Embora a invenção tenha sido descrita com referência a certas modalidades exemplificadoras, tais modalidades são para propósitos ilustrativos e não de limitação. Será compreendido pelos indivíduos versados na técnica que várias alterações podem ser realizadas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem se afastar do escopo da invenção. Adicionalmente, muitas modificações podem ser realizadas para adaptar uma situação particular aos ensinamentos do presente documento sem se afastar do escopo essencial do mesmo. Portanto, objetiva-se que as reivindicações não sejam limitadas às modalidades específicas reveladas. As reivindicações de método apresentadas doravante não devem ser interpretadas como exigindo que as etapas citadas nas mesmas sejam executadas em or- dem alfabética ou na ordem que as mesmas são citadas, e não devem ser interpretadas como excluindo duas ou mais etapas que são executadas de modo contemporâneo durante pelo menos uma porção da duração de uma das ditas etapas.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Laminado de compósito de CFRP caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de compensados de compósito (52), cada um dos compensados de compósito (52) compreende um material de reforço de fibra de carbono condutiva (54), pelo menos uma porção do material de reforço de fibra de carbono condutiva (54) em cada um dos compensados de compósito (52) é eletricamente conectado a pelo menos uma porção do material de reforço de fibra de carbono condutiva (54) em um compensado adjacente (52) do laminado de compósito de CFRP para formar conexões elétricas intercom-pensado (58).

2. Laminado de compósito de CFRP, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as conexões elétricas in-tercompensado (58) são feitas ao longo de toda uma espessura do laminado de compósito de CFRP, de modo que o material de reforço de fibra de carbono (54) em um compensado de fundo (62) em uma superfície inferior (63) do laminado de compósito de CFRP seja eletricamente conectado ao material de reforço de fibra de carbono (54) em um compensado de topo (64) em uma superfície superior (65) do laminado de compósito de CFRP.

3. Laminado de compósito de CFRP, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o laminado de compósito de CFRP compreende uma borda cortada (66) em que as extremidades (55) do material de reforço de fibra de carbono condutiva (54) são expostas, e as conexões elétricas intercompensado (58) são formadas na borda cortada (66), ou próximas à mesma, do laminado de compósito de CFRP.

4. Laminado de compósito de CFRP, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de compensados de compósito (52) compreende um compensado superi- or (64) em uma superfície superior (65) do laminado de compósito de CFRP, um compensado inferior (62) em uma superfície inferior (63) do laminado de compósito de CFRP, e um ou mais compensados internos (68) entre o compensado inferior (62) e o compensado superior (64), um ou mais dos compensados internos (68) configurados com uma distorção fora de plano (70) na borda cortada, ou próxima à mesma, (66) dos compensados de compósito (52) onde as extremidades do material de reforço de fibra de carbono condutiva (54) são expostas, sendo que a distorção fora de plano (70) nos um ou mais compensados internos forma as conexões elétricas intercompensado (58).

5. Laminado de compósito de CFRP, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma ou mais ferramentas de formação em camadas (72) que consistem em laminados de compósito de fibra de carbono curados de dimensões específicas menores do que as dimensões do laminado de compósito de CFRP embutido entre pelo menos dois dos compensados de compósito (52), a distorção fora de plano (70) nos um ou mais compensados internos (68) formada em uma borda das ferramentas de formação (72).

6. Laminado de compósito de CFRP, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que uma primeira dentre uma ou mais ferramentas de formação em camadas (72) é embutida entre o compensado superior (64) do laminado de compósito de CFRP e um primeiro compensado dos compensados internos (68) em uma primeira posição ao longo de um comprimento do laminado de compósito de CFRP (50) para formar uma primeira distorção fora de plano (70), e uma segunda dentre uma ou mais ferramentas de formação em camadas (72) é embutida entre um segundo compensado e um terceiro compensado dos compensados internos (68) em uma segunda posição ao longo do comprimento do laminado de compósito de CFRP pa- ra formar uma segunda distorção fora de plano (70) escalonada em uma direção no sentido do comprimento a partir da primeira distorção fora de plano (70).

7. Laminado de compósito de CFRP, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de compensados de compósito (52) compreende um compensado superior (86) em uma superfície superior (65) do laminado de compósito de CFRP, um compensado inferior (88) em uma superfície inferior (63) do laminado de compósito de CFRP e um ou mais compensados internos (90) entre o compensado inferior (88) e o compensado superior (86), em que o compensado superior (86) tem um comprimento que é maior do que o comprimento do compensado inferior (88) e dos um ou mais compensados internos (90), e configurada para se envolver sobre uma borda cortada (66) do compensado inferior (88) e de um ou mais compensados internos (90) onde as extremidades do material de reforço de fibra de carbono condutiva (54) são expostas, de modo que o material de reforço de fibra de carbono (54) no compensado superior (86) entre em contato elétrico com o material de reforço de fibra de carbono (54) na borda cortada (66) de cada um dentre o compensado inferior (88) e os um ou mais compensados internos (90).

8. Laminado de compósito de CFRP, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um vedante/adesivo eletricamente condutivo (94) entre o compensado superior (86) e a borda cortada (66) de cada um dentre o compensado inferior (88) e um ou mais compensados internos (90).

9. Laminado de compósito de CFRP, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que um enrugamento (102) é formado na borda cortada (66), ou próximo à mesma, para empurrar o material de reforço de fibra de carbono condutiva (54) em cada um dos compensados de compósito (52) juntos e formar as conexões elétricas intercompensado (58).

10. Laminado de compósito de CFRP, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o enrugamento (102) se estende a um comprimento inteiro da borda cortada (66) e substancialmente paralelo à borda cortada (66).

11. Laminado de compósito de CFRP, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um material eletricamente condutivo (122) que penetra através de uma espessura inteira do laminado de compósito de CFRP em uma ou mais fileiras para formar as conexões elétricas intercompensado (58).