BR112012001951B1

BR112012001951B1 - Processo de fabricação de um núcleo com fibras deamarração integradas, núcleo, painel de materialcompósito e dispositivo de fabricação de um núcleo de painel

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Publication number: BR112012001951B1
Authority: BR
Publication date: 2019-07-23

Description

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PROCESSO PARA PRODUZIR UM NÚCLEO COM FIBRAS DE AMARRAÇÃO INTEGRADAS [0001] A presente invenção refere-se a um processo de fabricação de um núcleo com fibras de amarração integradas para a fabricação de painéis compósitos.

[0002] A invenção também se refere ao painel obtido assim como ao dispositivo para fabricá-lo.

[0003] De maneira conhecida, esses painéis são constituídos de um núcleo de material leve, do tipo espuma, de ambos os lados, ao qual são aplicadas duas peles.

[0004] Essas peles são solidárias a cada uma das faces do núcleo. São as peles que conferem as propriedades mecânicas ao painel, devido ao aumento do momento de inércia pelo espaçamento dessas duas peles.

[0005] Cada uma dessas peles é solidarizada ao núcleo.

[0006] A indústria está à procura de painéis de material compósito com propriedades mecânicas melhoradas pela eliminação dos efeitos limitadores dessas propriedades geradas pela delaminação e pela ruptura do núcleo do núcleo.

[0007] Portanto, é preciso utilizar materiais compatíveis para realizar essa ligação e compensar as propriedades mecânicas frágeis do núcleo.

[0008] De fato, cada pele é realizada a partir de um de uma lâmina de fibras embebidas em uma resina.

[0009] É preciso prever a compatibilidade entre a resina utilizada como matriz e a citada espuma.

[0010] Contudo, os painéis assim obtidos apresentam propriedades mecânicas que permanecem limitadas e que podem ser aumentadas muito significativamente.

[0011] De fato, sob determinadas solicitações,

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2/12 especialmente de flexão, constata-se uma delaminação de uma das peles por descolamento dessa pele do núcleo.

[0012] Efetivamente, para aumentar a resistência à delaminação e usufruir plenamente da resistência completa do painel, aperfeiçoamentos foram imaginados.

[0013] Dessa forma, é conhecida a fabricação de pontes de amarração entre as duas peles.

[0014] Essas pontes de amarração foram realizadas por orifícios efetuados no núcleo, de maneira que a resina escorra através desses orifícios quando da fabricação das peles.

[0015] Entretanto, se tal prática constitui um aperfeiçoamento, a melhora do desempenho mecânico continua insuficiente.

[0016] Portanto, imaginou-se ligar as peles ao núcleo fazendo passar fibras de pelo menos uma das peles através do núcleo, seja de maneira passante, se uma das peles for implicada, seja parcialmente passante, ou totalmente passante se as duas peles forem implicadas.

[0017]	Dessa forma, a resina pode migrar ao longo das
fibras	parcialmente ou totalmente passantes e formar assim
pontes	de amarração entre as duas peles que são, portanto,
pontes	de amarração de material compósito.
[0018]	A patente europeia EP 1 686 210 descreve um painel

compósito que compreende, dessa forma, um núcleo com duas peles fibrosas, sendo que essas duas peles são ligadas ao núcleo por um material ligante solidificado, e fibras de ligação originárias de pelo menos uma das peles, que são inseridas, em particular, perpendicularmente, no volume interposto entre as duas peles, portanto, no núcleo.

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3/12 [0019] Esse documento também descreve um dispositivo que permite fabricar, continua e simultaneamente, uma pele de cada lado de um núcleo, e fazer com que uma parte das fibras dessas peles penetre através do núcleo de maneira passante ou não, por agulhagem.

[0020] O pedido de patente francesa FR 2 921 076 descreve um aperfeiçoamento da patente mencionada acima.

[0021] Esse pedido prevê que pelo menos uma parte das fibras de ligação inseridas a partir de pelo menos uma das duas peles apresentam pelo menos uma orientação oblíqua em relação a pelo menos uma das duas peles.

[0022] Dessa forma, as duas peles são ligadas entre si por pontes de amarração constituídas de fibras provenientes dessas duas peles.

[0023] O inconveniente de tal painel é a escolha das fibras. De fato, compreende-se que as fibras que constituem as peles não são necessariamente adaptadas a outro uso, a saber, a migração da resina e a amarração das duas peles.

[0024] De fato, a natureza, o diâmetro, o comprimento e o tipo das fibras que constituem as peles não geram propriedades mecânicas suficientes ou um poder de migração suficientemente rápido, para citar apenas os parâmetros essenciais.

[0025] Finalmente, não somente as fibras são de um único tipo, mas a agulhagem pode não ser adaptada quando a espessura ou a densidade de cada uma das peles varia.

[0026] As combinações são, portanto, muito limitadas.

[0027] Ora, existe uma demanda de produtos de grande resistência mecânica, assim como uma necessidade de velocidades elevadas de fabricação dos painéis, de maneira

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4/12 que o poder migrante das resinas também deve ser melhorado.

[0028] As velocidades de produção são importantes, mas a diversidade das necessidades também, de modo que seria interessante poder dispor de núcleos preparados de um lado e de peles preparadas com antecedência ou realizadas in situ, mas que permitam múltiplas combinações.

[0029] O objeto da presente invenção é, entre outros, propor um processo de fabricação de um núcleo incluindo préligações, destinada a receber pelo menos uma pele para formar um painel de grande resistência mecânica e de muito grande resistência à delaminação.

[0030] O objeto da presente invenção também é um núcleo assim obtido pelo processo e um painel realizado a partir desse núcleo, assim como o dispositivo para fabricá-lo.

[0031] A invenção será agora descrita detalhadamente de acordo com um modo de fabricação particular, não limitativo, em referência aos desenhos anexos, cujas figuras são relacionadas abaixo.

[0032] As figuras 1A a 1D representam vistas em perspectiva explodida do processo implementado de acordo com a presente invenção para a fabricação de um núcleo com reforço de fios;

[0033] As figuras 2A e 2B representam vistas em perspectiva de painéis fabricados a partir de um núcleo obtido pelo processo, cada uma de ditas figuras 2A e 2B ilustrando ainda, em escala ampliada, uma vista em corte transversal do respectivo painel;

[0034] A figura 3 é uma vista esquemática do dispositivo permitindo a fabricação do núcleo de acordo com a presente invenção.

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5/12 [0035] O processo de acordo com a presente invenção será descrito em referência à representação explodida das figuras 1A a 1D. Esse processo consiste em dispor, na etapa A, de um bloco 10 de material leve, por exemplo, uma espuma rígida de densidade de 30 kg/m³, para dar uma ordem de grandeza, que constitui um núcleo 11. Esse bloco de material leve é, de maneira conhecida, uma placa de formato paralelepipédico de alguns centímetros de altura, para dar um exemplo simples. Entende-se por placa, uma placa monolítica ou uma placa reconstituída a partir de um ou mais materiais.

[0036] Esse núcleo 11 recebe em seguida, durante a etapa B, pelo menos um tipo de fibras de amarração 12 sobre pelo menos uma face, nesse caso, sobre a face superior do núcleo. Essas fibras são depositadas sobre a superfície sem nenhum elemento de ligação.

[0037] Chamar-se-ão de fibra na sequência da descrição, indiferentemente, fibras de monofilamentos, fibras de multifilamentos, ou ainda fios.

[0038] Menciona-se na sequencia da descrição apenas um tipo de fibras de amarração, porém pode haver vários tipos simultaneamente.

[0039] Essas fibras 12 são, por exemplo, provenientes do corte múltiplo de fios contínuos, de maneira a gerar fibras de comprimento adaptado. Existem cortadores que permitem fabricar esses fragmentos de fibras in situ.

[0040] Essas fibras 12 são depositadas sobre a face em quantidade pelo menos igual às necessidades de amarração. No presente caso, essas fibras são depositadas em quantidade superior.

[0041] Essas fibras são adaptadas para a amarração e podem

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6/12 ser escolhidas, por exemplo, entre fios na forma de feixes de filamentos de baixa titulação, de 6 a 30 μm, feixes que são fios de alta titulação, de 30 a 10.000 tex.

[0042] Os ditos filamentos são ligados de maneira que o corte desse fio deixe ligadas as extremidades dos filamentos. [0043] O fio de amarração pode ser fabricado por guipage [retorção subsequente de dois fios torcidos entre si com um fio singelo] do dito feixe de filamentos com um fio de ligação da mesma natureza ou de natureza diferente do material constituinte dos filamentos do feixe, com um enrolamento em hélice, por exemplo, desse fio de ligação ao redor do dito feixe.

[0044] Esse fio duplamente trançado [ou guipé, obtido pela técnica de guipage] apresenta vantagens importantes, especialmente a de controlar a quantidade de fibras introduzidas e a de melhorar a migração da resina quando da sua utilização para a fabricação de painéis, como será explicado abaixo.

[0045] Além disso, tal fio trançado permite a fabricação de fios de amarração de boa qualidade.

[0046] Durante a etapa C, prevê-se fazer com que as fibras de amarração 12 penetrem de maneira passante ou parcialmente passante através do núcleo.

[0047] Um meio conhecido e aceitável industrialmente para a fabricação de tais produtos é a agulhagem.

[0048] A agulhagem consiste em fazer com que agulhas penetrem através do núcleo 11. Cada agulha compreende uma extremidade de perfil adaptado para levar fios de amarração no sentido de introdução da agulha e para retirar a agulha sem retirar os fios.

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7/12 [0049] Também se prevê que os fios penetrem parcialmente no núcleo ou totalmente através do núcleo, sendo, portanto, passantes.

[0050] Esses fios podem ser introduzidos perpendicularmente em relação ao plano constituído pela face 18 do núcleo 11 sobre a qual são depositadas as fibras de amarração 12, mas essas fibras podem ser introduzidas de maneira oblíqua em relação a essa face 18, de modo que o ângulo posa ser positivo ou negativo ou uma parte do ângulo positiva e outra parte do ângulo negativa no centro (sein) de um mesmo núcleo.

[0051] O ângulo varia especialmente e correntemente entre 45° e 90°.

[0052] Concebe-se que os fios de amarração também podem ser introduzidos segundo um motivo predeterminado.

[0053] Quando parte das fibras de amarração é integrada ao núcleo, o excesso de fibras de amarração é retirado, como representado na figura 1D.

[0054] Dessa forma, obtém-se um núcleo com fibras de amarração aparentes sobre pelo menos uma face e pelo menos parcialmente integradas no núcleo.

[0055] De acordo com uma variante, também é possível prever uma rotação da placa para alcançar a segunda face 20 que se encontra orientada para cima, e depositar fibras de amarração em excesso, como sobre a face 18.

[0056] Essas fibras são por sua vez agulhadas para serem parcialmente integradas na espessura do núcleo 11, ou serem passantes.

[0057] Quando as fibras em questão foram agulhadas, o excesso não agulhado é retirado do núcleo. Nesse caso, as

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8/12 fibras são passantes dos dois lados e parcialmente integradas dos dois lados.

[0058] Da mesma forma, sem nenhuma diferença, o depósito das fibras, a agulhagem e a retirada dos excessos sobre cada face podem ser realizadas simultaneamente sobre as duas faces. Dessa forma, as fibras da face orientada para baixo são mantidas em posição temporariamente durante a agulhagem, por exemplo, por uma tela fina.

[0059] De maneira a simplificar a descrição a seguir, o exemplo escolhido refere-se a um modo de fabricação segundo o qual se dispõe de um núcleo 10 com fibras de amarração que atravessam completamente o núcleo, que são provenientes de cada uma das duas faces e que são aparentes sobre as duas faces 18 e 20 do núcleo 10, como se pode ver na figura 2B.

[0060] Entretanto, na figura 2A, representou-se outro exemplo com uma camada de fibras sobre apenas uma face, sendo que as fibras de amarração 12 são passantes e parcialmente integradas no núcleo.

[0061] Além disso, nesse exemplo, escolheu-se um fio de amarração de um só tipo.

[0062] O núcleo 11 assim obtido com fibras de amarração integradas está pronto para a fabricação de um painel 22.

[0063] Tal painel recebe uma camada de fibras 24 de pele sobre cada face 18, 20.

[0064] De acordo com um primeiro modo de fabricação, essa camada de fibras 24 de pele é previamente fabricada e depositada sobre cada face. O sanduiche constituído pelas três camadas é então colocado em uma forma na qual resina é injetada por várias entradas para permitir uma boa distribuição sobre toda a superfície do painel.

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9/12 [0065] Geralmente, a forma é aquecida para realizar mais rapidamente a polimerização da resina.

[0066] Evidentemente, podem-se utilizar outras técnicas como a das fibras pré-impregnadas de resina que convém aquecer para assegurar uma boa difusão em um primeiro tempo e a polimerização em um segundo tempo.

[0067] A escolha da técnica não é um ponto crucial e depende das aplicações pretendidas e do material disponível.

[0068] De acordo com outro modo de fabricação, as fibras 24 de pele são depositadas sobre as duas faces e mantidas em posição por uma tela fina que também assegura um excelente estado de superfície após a desmoldagem.

[0069] As extremidades salientes das fibras de amarração encontram-se, na primeira como na segunda variante, presas no seio da camada de fibras 24 de pele.

[0070] Nos dois casos, a resina se distribui e migra no centro das fibras de pele, migrando igualmente nas fibras de amarração que também impregna, realizando assim pontes de amarração de material compósito fibra/resina entre as fibras de pele das duas faces.

[0071] As fibras de pele são escolhidas em função do seu desempenho mecânico, do estado de superfície a ser obtido e da qualidade de migração da resina, enquanto as fibras de amarração são escolhidas em função da sua capacidade de serem agulhadas, da sua resistência mecânica, da sua capacidade de

serem cortadas e da	sua capacidade de permitirem uma	correta
migração	da	resina.
[0072]	No	modo de fabricação escolhido	que	acabou	de ser
descrito	a	título	de exemplo, obtém-se	um	painel	com um
núcleo,	duas	peles,	sendo uma de cada lado	do	dito núcleo, e

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10/12 pontes de amarração entre as duas peles.

[0073] O painel assim obtido é particularmente interessante, pois é totalmente otimizado em função da aplicação.

[0074] Note-se também que o processo de fabricação de acordo com a presente invenção é vantajoso em termos de gerenciamento dos núcleos, pois, a partir de um mesmo tipo de núcleo, o fabricante de painéis pode associar diferentes tipos de fibras para a pele, e até combinações de diferentes tipos de fibras.

[0075] Essas fibras de pele também podem receber uma agulhagem superficial unicamente com o núcleo, sem nenhum desempenho mecânico, à espera da aplicação da resina e da polimerização.

[0076] Nesse caso, essa agulhagem não possui nenhum papel de amarração, mas um papel de retenção.

[0077] Para realizar a agulhagem vertical das fibras de amarração sobre o núcleo de acordo com a presente invenção, prevê-se um dispositivo compreendendo:

- um posto 26 de fornecimento de blocos 10 de material leve;

- um posto 28 de depósito das fibras de amarração sobre cada bloco;

- um posto 30 de agulhagem;

- um posto 32 de orientação angular do posto de fornecimento de blocos em relação ao posto de agulhagem;

- um posto 34 de eliminação das fibras não agulhadas, quando houver;

- um posto 36 de saída dos núcleos 11 obtidas com fibras de amarração integradas.

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11/12 [0078] Dessa forma, em função das necessidades, é possível obter uma agulhagem com uma inclinação de ambos os lados do eixo vertical.

[0079] Dessa forma, as fibras 12 inclinadas trabalham perfeitamente na transmissão dos esforços, especialmente quando o painel realizado com esses núcleos é submetido à flexão, e as fibras verticais trabalham perfeitamente eliminando os riscos de delaminação. Evidentemente, como os esforços são frequentemente combinados, todas as fibras de amarração são submetidas a esforços.

[0080] O posto de fornecimento compreende uma esteira móvel dupla disposta de ambos os lados do posto de agulhagem. [0081] O posto de depósito das fibras compreende um cortador que assegura o corte do fio para constituir as fibras de amarração.

[0082] O processo de acordo com a presente invenção permite propor um núcleo 11 preparado para os fabricantes de painéis com a flexibilidade das combinações possíveis de todos os elementos, a saber: a natureza do bloco de material leve, a natureza do tipo ou dos tipos de fibras de amarração, e a natureza do tipo ou dos tipos de fibras de pele.

[0083] Também se constata que é possível assim determinar com grande precisão a quantidade de fibras de amarração e a quantidade de fibras de pele.

[0084] A densidade das pontes de amarração também pode ser escolhida e aplicada, de maneira que se pode fazer variar essa densidade de algumas pontes por metro quadrado até algumas pontes por centímetro quadrado.

[0085] Da mesma forma, a geometria da implantação das pontes de amarração pode ser controlada, por exemplo, com uma

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12/12 distribuição em quincunce.

[0086] Compreende-se, portanto, que o processo de fabricação de um núcleo de acordo com o processo da invenção permite todas as combinações para a fabricação de um painel.

[0087] De fato, a correta adaptação às necessidades evita os reforços, o consumo inútil de matéria-prima, e o peso excessivo dos painéis concluídos, que, por exemplo, são transportados por milhões de quilômetros pelos caminhões que equipam.

[0088] Finalmente, essa limitação das matérias-primas também permite reduzir os custos e as quantidades de matéria a reciclar no fim da vida útil.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para produzir um núcleo com fibras de amarração integradas, para a fabricação de painéis compósitos, caracterizado pelo fato de compreender:

- selecionar um bloco (10) feito de espuma tendo duas faces opostas (18, 20) e um núcleo (11) entre as faces opostas (18, 20);

- depositar fibras de amarração (12) sem qualquer elemento de ligação sobre pelo menos uma das faces (18, 20) do bloco (10); e

- fazer com que uma parte das fibras de amarração (12) penetrem no núcleo (11), de maneira que cada uma das fibras de amarração (12) da parte seja acessível em ambas as faces opostas (18, 20) do bloco (10); e

- remover o excesso das fibras de amarração (12) que permanecem sobre a pelo menos uma das faces opostas (18, 20) após a parte depositada das fibras de amarração (12) terem penetrado no núcleo (11).
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser utilizado a agulhagem para fazer com que a parte das fibras de amarração (12) penetrem no núcleo (11) do bloco (10).
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as fibras de amarração (12) serem de diferentes comprimentos.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as fibras de amarração (12) serem fragmentos de fios constituídos de feixes de filamentos trançados.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a parte das fibras de amarração (12) depositadas

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2/2 serem introduzidas com uma inclinação em relação às faces (18, 20) do bloco (10) para fazer com que a parte das fibras de amarração (12) depositadas penetrem através do núcleo (11) do bloco (10).
6. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de as fibras de amarração (12) serem fragmentos de fios constituídos de feixes de filamentos trançados.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de as fibras de amarração (12) serem introduzidas com uma inclinação em relação às faces (18, 20) do bloco (10).
8. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de as fibras de amarração (12) serem introduzidas com uma inclinação em relação às faces (18, 20) do bloco (10).