BR112012003942B1

BR112012003942B1 - processo de moldagem de compósito líquido

Info

Publication number: BR112012003942B1
Application number: BR112012003942A
Authority: BR
Inventors: Villalon Esteban; Patel Neal; Mortimer Stephen
Original assignee: Hexcel Composites Ltd; Hexcel Composites S A S
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2019-01-02
Also published as: CN102482431A; JP5457561B2; EP2478040B1; JP2013504455A; US8747720B2; AU2009352517B2; ES2447467T3; RU2515329C2; EP2478040A1; RU2012114842A; CA2770467C; CN102482431B; AU2009352517A1; US20120146256A1; CA2770467A1; BR112012003942A2; WO2011030175A1; DK2478040T3

Description

“PROCESSO DE MOLDAGEM DE COMPÓSITO LÍQUIDO” FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

1. Campo da Invenção [001 ] No geral, a presente invenção se refere a processos de moldagem de compósito líquido (LCM), em que uma resina de termocura é injetada em um molde que contém um corpo fibroso. A resina é infundida por todo o corpo fibroso e é curada dentro do molde para formar uma estrutura compósita final. Mais particularmente, a presente invenção é dirigida ao prolongamento da janela de processamento de resinas por LCM, de modo que as resinas possam ser infundidas em estruturas maiores e mais complexas.

2. Descrição da Técnica Relacionada [002] Os materiais compósitos são utilizados em uma ampla variedade de esforços onde uma estrutura deve ter uma alta razão resistência para peso. Os dois componentes básicos de materiais compósitos são uma matriz de resina e uma estrutura do suporte fibroso que reforça a resina. Existe uma ampla variedade de processos para combinar resinas e suportes fibrosos e formar estruturas que podem ser curadas para formar estruturas compósitas finais. O processo particular que é utilizado depende de muitos fatores, incluindo tipos de resina e fibra, tamanho da estrutura, complexidade, custo, exigências de peso/resistência e problemas de controle de qualidade.

[003] Em muitos exemplos, um processo adequado para fabricar estruturas compósitas é simplesmente impregnar manualmente a resina no suporte fibroso utilizando um pincel ou rolo. Em outras situações, a resina é impregnada no suporte fibroso utilizando equipamento especializado para formar um suporte fibroso préimpregnado (prepreg). Uma ou mais camadas de prepreg depois são colocadas sobre ou em um molde para preparar a forma desejada, que depois é curada para formar a estrutura compósita final.

[004] Processos de moldagem de compósito líquido (LCM) são processos populares que foram amplamente utilizados para fabricar estruturas compósitas. Dois exemplos de processos de LCM são moldagem por transferência de resina (RTM) e infusão de resina líquida (LRI). RTM e LRI são amplamente utilizadas nas indústrias, tais como indústrias aeroespaciais, onde é necessário fabricar partes ou estruturas

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2/14 complexas que devem satisfazer limites estritos de maneira confiável e reproduzível com respeito à resistência e peso. Os processos de RTM geralmente envolvem a injeção da resina em um molde que contém um suporte fibroso pré-formado. A quantidade de resina que é injetada no molde e as condições de processo dentro do molde são cuidadosamente controladas para garantir que a resina seja completa e uniformemente infundida por todo o suporte fibroso. Os processos de LRI utilizam um molde que tem uma membrana flexível como a superfície de usinagem superior. A resina líquida é puxada no molde aplicando um vácuo ao molde. A resina passa rapidamente sobre a superfície da preforma de fibra por meio de uma camada do “meio de fluxo” altamente poroso. A resina é infundida através da espessura da preforma e depois curada antes da desmoldagem da montagem da fibra-resina acabada.

[005] As resinas que são utilizadas em processos de LCM são comumente referidas como resinas de LCM. Resinas bismaleimidas e resinas epóxi são resinas de LCM populares. Um tipo particular de resina epóxi de LCM que contém um endurecedor de amina particulado é útil em situações onde alta dureza é desejada. Este tipo de resina de LCM é comercialmente disponível a partir da Hexcel Corporation (Dublin, Califórnia) e Cytec Corporation (Anaheim, Califórnia) sob os nomes comerciais ST15 e PR520, respectivamente. Estas resinas epóxi de LCM contêm um componente de resina epóxi e um endurecedor de amina. O endurecedor de amina está presente como partículas, que são dispersas por todo o componente de resina epóxi. Na prática, foi descoberto que as partículas endurecedoras são maiores do que as aberturas em muitos suportes fibrosos. Como um resultado, as partículas são inerentemente filtradas da resina de LCM pelo suporte fibroso quando a resina é injetada no molde.

[006] Uma consideração importante para qualquer processo de LCM que utiliza endurecedores particulados é garantir que as partículas endurecedoras sejam dissolvidas antes que elas possam ser filtradas pelo suporte fibroso. As partículas endurecedoras de amina que são tipicamente utilizadas em resinas epóxi de LCM endurecidas por amina dissolvem no componente de resina epóxi em temperaturas na ordem de 150 a 160 °C. Esta temperatura de dissolução de partícula está apenas 30 a 40 °C abaixo da temperatura de moldagem ou cura que é normalmente utilizada

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3/14 para estas resinas. Consequentemente, os processadores de LCM continuamente enfrentam o problema de aquecer a resina o suficiente para garantir a dissolução de partícula, enquanto, ao mesmo tempo, evitam gelação ou cura prematura da resina de LCM.

[007] O procedimento convencional para processar resinas epóxi de LCM que contêm endurecedores particulados de amina é utilizar uma combinação de aquecimento de pré-injeção e aquecimento de molde para garantir que as partículas endurecedoras sejam dissolvidas antes que elas possam ser capturadas pelo suporte fibroso. Tipicamente, a temperatura do molde é mantida acima da temperatura de dissolução e a resina é pré-aquecida até a temperatura de dissolução antes da injeção, durante apenas o tempo necessário para garantir que a combinação de temperatura de pré-aquecimento e de molde resulte na dissolução das partículas em uma forma adequada. A temperatura do molde é elevada até a temperatura final de cura somente depois que a estrutura fibrosa é completamente saturada. Este procedimento opera satisfatoriamente e garante que o endurecedor de amina seja uniformemente distribuído junto com a resina.

[008] A viscosidade da resina de LCM, quando ela é injetada no molde, deve ser suficientemente baixa para permitir que a resina seja permeada no suporte fibroso. A viscosidade da resina aumenta gradualmente com o passar do tempo, devido à reação química, até atingir um ponto onde a resina não pode mais fluir e a infusão adicional do suporte fibroso é interrompida. A “janela de processamento” é o tempo que leva para a resina passar de material com viscosidade relativamente baixa, que flui através do suporte fibroso para um material com viscosidade relativamente alta, que não flui e torna a infusão de resina adicional difícil, se não impossível.

[009] A janela de processamento para resinas de LCM, que incluem um endurecedor de amina particulado, no processo convencional descrito acima, está na ordem de 30 a 45 minutos. Esta duração da janela de processamento opera satisfatoriamente para muitas situações onde a estrutura fibrosa é suficientemente pequena e o suporte fibroso é suficientemente poroso para permitir a infusão completa da resina antes da resina também se tornar viscosa. Entretanto, existem várias situações onde ela pode levar mais do que 45 minutos para infundir completamente a resina de LCM na preforma fibrosa. Especialmente, este é o caso para estruturas

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4/14 grandes e/ou complexas. Consequentemente, é desejável prolongar a janela de processamento de LCM para as resinas de LCM que contêm endurecedores particulados, de modo que uma faixa mais ampla de estruturas compósitas possa ser moldada.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [010] De acordo com a presente invenção, foi descoberto que a janela de processamento para resinas de moldagem de compósito líquido (LCM) que contêm endurecedores particulados pode ser prolongada, se a resina for submetida a uma etapa de tratamento térmico antes de ser introduzida no molde e o molde for mantido em uma temperatura que está abaixo da temperatura de dissolução das partículas até que o grau desejado de infusão de resina no suporte fibroso seja obtido.

[011] A invenção é fundamentada na descoberta de que a janela de processamento de LCM para uma resina de LCM fornecida pode ser prolongada, se a resina não curada for primeiro aquecida até a temperatura de dissolução do endurecedor particulado durante um tempo que é suficiente para dissolver as partículas e formar uma mistura de resina tratada por calor. A mistura de resina tratada por calor depois foi esfriada para formar uma mistura de resina com viscosidade baixa que é adequada para injeção no molde e infusão na estrutura fibrosa.

[012] Como uma característica da invenção, a mistura de resina com viscosidade baixa no molde é mantida em uma temperatura de contato que está abaixo da temperatura de dissolução do endurecedor particulado. A mistura de resina é mantida na temperatura de contato durante um tempo de contato suficiente para infundir completamente a resina na estrutura fibrosa. No final do tempo de contato, a mistura de resina é curada na temperatura de cura para a resina. O tempo de contato máximo para a mistura de resina com viscosidade baixa corresponde à janela de processamento para a resina.

[013] A presente invenção é particularmente adequada para a utilização em processos de LCM onde janelas de processamento de resina relativamente longas são necessárias, de modo a garantir a infusão completa da resina em suportes fibrosos grandes e/ou complexos. Foi descoberto que a janela de processamento para resinas de LCM contendo endurecedores particulados pode ser mais do que dobrada quando a resina é tratada por calor e depois submetida a uma temperatura de contato

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5/14 no molde, de acordo com a presente invenção. A invenção também é adequada para a utilização em processos de LCM onde uma janela de processamento prolongada é necessária, de modo a garantir a infusão completa e uniforme da resina por toda a estrutura do suporte fibroso. Uma janela de processamento prolongada é vantajosa em situações onde a porosidade do suporte fibroso ou outras características do projeto tornam difícil infundir a resina na parte. O tempo adicional de infusão fornecido pela invenção garante que o suporte fibroso seja completa e uniformemente infundido com a resina.

[014] As características descritas acima e vantagens da presente invenção tornar-se-ão melhor entendidas através de referência à descrição detalhada seguinte quando tomadas em conjunto com os desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [015] A FIG. 1 é uma representação esquemática que mostra um processo convencional de LCM na metade superior da figura, o qual é comparado a um processo exemplar de LCM, de acordo com a presente invenção, que é mostrado na metade inferior da figura.

[016] A FIG. 2 é um gráfico que mostra como a viscosidade de duas resinas de LCM exemplares aumenta rapidamente utilizando o processamento de LCM da técnica anterior, conforme comparado à viscosidade da resina de LCM processada, de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [017] A presente invenção envolve a modificação de processos de LCM existentes, os quais utilizam resinas que incluem um endurecedor particulado, de modo a prolongar a janela de processamento da resina de LCM, enquanto a mesma está no molde. O prolongamento da janela de processamento no molde aumenta vantajosamente o tempo no qual a resina é capaz de fluir dentro do molde e estrutura do suporte fibroso localizada no mesmo. A invenção é aplicável a qualquer processo de LCM, incluindo RTM e LRI, em que a resina de LCM é uma mistura de uma resina de termocura e um endurecedor particulado que é disperso dentro da resina de termocura. A presente invenção é aplicável a todos os tipos de resinas de LCM, incluindo resinas bismaleimidas de LCM e resinas epóxi de LCM que contêm endurecedores particulados. A invenção é preferivelmente usada para prolongar a

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6/14 janela de processamento de resinas epóxi de LCM que contêm um endurecedor de amina particulado. Estes tipos de resinas epóxi de LCM são comercialmente disponíveis sob os nomes comerciais ST15 e PR520, que são disponíveis a partir da Hexcel Corporation (Dublin, Califórnia) e Cytec Corporation (Anaheim, Califórnia), respectivamente.

[018] Uma representação esquemática de um processo de LCM exemplar preferido, de acordo com a presente invenção, é mostrada na metade inferior da FIG. 1. Para propósitos comparativos, um processo convencional de LCM é mostrado dentro da Caixa 10 na metade superior da FIG. 1. Uma resina epóxi de LCM que contém endurecedores de amina particulados é tipicamente uma pasta de viscosidade relativamente alta na temperatura ambiente. Conforme mostrado em 12 na Caixa 10, a pasta de resina de LCM é aquecida em uma temperatura de cerca de 80 °C para reduzir inicialmente a viscosidade entre 200 e 1000 mPas. Esta temperatura inicial é comumente referida como a “temperatura do recipiente” da resina de LCM e a viscosidade da resina de LCM no “recipiente” é referida como a “viscosidade do recipiente”.

[019] A resina de LCM na temperatura do recipiente é transferida, conforme mostrado em 14, a um pré-aquecedor de injeção 16 onde a resina de LCM é aquecida em uma temperatura de dissolução de cerca de 150 °C para dissolver parcialmente o endurecedor de amina particulado e reduzir a viscosidade da resina de LCM em torno de 45 mPas. A resina de LCM depois é injetada no molde 18 onde é mantida em uma temperatura que está pelo menos acima da temperatura de dissolução para garantir que as partículas continuem a dissolver. Um pré-aquecedor nem sempre é exigido. O pré-aquecimento da resina pode ser incorporado no projeto de molde, de modo que um pré-aquecedor separado não seja exigido. O “pré-aquecimento” da resina dentro do molde é possível, contanto que exista tempo suficiente para que as partículas dissolvam dentro do molde antes de atingir a preforma fibrosa.

[020] A temperatura do molde 18 é aumentada até a temperatura de cura entre cerca de 180° e 190 °C depois que o suporte fibroso localizado no molde é completamente infundido ou “umedecido” com a resina de LCM. O molde é mantido na temperatura de cura durante um hora ou mais para garantir a cura completa da resina de LCM.

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7/14 [021 ] A janela de processamento para uma resina de LCM é considerada o tempo no qual a resina de LCM, uma vez no molde, leva para atingir uma viscosidade de cerca de 1000 mPas. Nesta viscosidade, a resina de LCM é muito viscosa para continuar a fluir através da maior parte das estruturas fibrosas em qualquer grau maior. Para as resinas de LCM, como ST15 e PR520, que são processadas, conforme apresentado na Caixa 10, a janela de processamento pode ser de 45 minutos, se o molde for mantido próximo à temperatura de dissolução. A janela de processamento é significantemente mais curta, se o molde for inicialmente aquecido até a temperatura de cura.

[022] O processo de LCM, de acordo com a presente invenção, segue o mesmo procedimento básico do processo convencional de LCM mostrado na Caixa 10, exceto para várias diferenças significantes que prolongam inesperadamente a janela de processamento da resina de LCM. Como processos convencionais de LCM, a presente invenção inicialmente aquece a pasta de resina de LCM até uma temperatura do recipiente, conforme mostrado em 20, de modo a reduzir a viscosidade da resina. A temperatura do recipiente pode variar de cerca de 65 °C a cerca de 95 °C com cerca de 80 °C sendo a temperatura do recipiente preferida. Temperaturas do recipiente mais altas são úteis para o bombeamento mais fácil da resina, visto que a viscosidade da resina é menor. Entretanto, isto deve ser equilibrado contra a estabilidade térmica reduzida e/ou avanço da viscosidade que ocorre nas temperaturas mais latas. Em geral, é preferido que a temperatura do recipiente seja tão alta quanto possível para reduzir a viscosidade da resina, enquanto não reduz indevidamente a estabilidade térmica da resina ou avanço da viscosidade ou cura.

[023] A viscosidade da resina de LCM no recipiente pode variar entre cerca de 200 mPas e 1000 mPas com viscosidades na extremidade menor da faixa sendo preferidas. As resinas do tipo ST15 e PR520 tendem a ser bastante viscosas. Consequentemente, é preferido que a temperatura do recipiente para resinas do tipo ST15 e PR520 seja de cerca de 80 °C, de modo a fornecer uma resina tendo uma viscosidade de cerca de 900 mPas.

[024] Ao contrário do processo convencional de LCM, a presente invenção exige que a resina de LCM seja submetida a uma etapa de tratamento térmico onde a resina de LCM é aquecida a partir da temperatura do recipiente até a temperatura

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8/14 de dissolução do endurecedor particulado, conforme mostrado em 22. Para resinas epóxi de LCM que contêm um endurecedor de amina particulado, como ST15 e PR520, a temperatura de dissolução é usualmente de cerca de 150 °C a cerca de 160 °C. A temperatura de dissolução pode ser diferente para outros tipos de endurecedores particulados e pode variar de cerca de 140 °C a cerca de 170 °C. A resina de LCM é mantida na temperatura de dissolução, contanto que dissolva substancialmente todo o endurecedor particulado e forme uma mistura de resina tratada por calor.

[025] O endurecedor particulado é considerado substancialmente dissolvido na resina de LCM quando pelo menos 95 % das partículas são completamente dissolvidos. Preferivelmente, não mais do que 2 % das partículas endurecedoras permanecerão na mistura de resina tratada por calor. Mais preferidas são as misturas de resina tratadas por calor, em que menos do que 1 % das partículas endurecedoras não é completamente dissolvido. O tempo que leva para formar a mistura de resina tratada por calor variará, dependendo de vários fatores, incluindo a quantidade de resina de LCM que é tratada por calor, a temperatura de dissolução, o tamanho das partículas endurecedoras e o tipo de partículas. Em geral, a resina de LCM será mantida na temperatura de dissolução durante um período que varia de alguns segundos até alguns minutos. O tempo no qual a resina de LCM é mantida na temperatura de dissolução é, preferivelmente, apenas o suficiente para garantir que as partículas endurecedoras sejam substancialmente dissolvidas. Os períodos de tempo de dissolução na ordem de cerca de 30 segundos são preferidos para resinas de LCM, tais como ST15 e PR520. A resina de LCM pode ser aquecida em processamento do tipo batelada ou a resina pode ser aquecida em processamento do tipo fluxo contínuo.

[026] De acordo com a presente invenção, a mistura de resina tratada por calor é esfriada até uma temperatura que é de 10 °C a 50 °C abaixo da temperatura de dissolução para formar uma mistura de resina com viscosidade baixa que tem uma viscosidade que varia de cerca de 100 mPas a abaixo de 1000 mPas. É preferido que a viscosidade da mistura de resina de baixa viscosidade seja menor do que cerca de 900 mPas e, mais preferivelmente, na faixa de cerca de 100 mPas a cerca de 600 mPas. Para resinas de LCM do tipo ST15, é preferido que a mistura de resina tratada

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9/14 por calor seja esfriada a cerca de 30 °C abaixo da temperatura de dissolução (120 °C) para formar uma mistura de resina com viscosidade baixa tendo uma viscosidade de cerca de 150 mPas. A mistura de resina com viscosidade baixa é introduzida no molde de resina, conforme mostrado em 24. A mistura de resina com viscosidade baixa não é aquecida antes da injeção no molde de transferência de resina, pois as partículas do endurecedor já foram dissolvidas. Para as resinas de LCM do tipo PR520, é preferido que a mistura de resina tratada por calor seja esfriada a cerca de 40 °C abaixo da temperatura de dissolução (120 °C) para formar uma mistura de resina com viscosidade baixa tendo uma viscosidade de cerca de 600 mPas.

[027] A mistura de resina com viscosidade baixa é mantida no molde 26 em uma temperatura que está abaixo da temperatura de dissolução do endurecedor particulado. Esta temperatura é referida neste relatório como a “temperatura de contato”. A temperatura de contato deve ser cerca de 10 °C a 50 °C abaixo da temperatura de dissolução. Preferivelmente, a temperatura de contato deve ser tão baixa quanto possível, de modo a prolongar a janela de processamento. Entretanto, isto deve ser equilibrado contra o fato de que a viscosidade da resina tende a aumentar, conforme a temperatura é diminuída. Para complicar ainda mais, é que, conforme a resina de LCM é curada, a viscosidade da resina aumenta e isto eleva a viscosidade, devido à cura da resina que também aumenta, conforme a temperatura é aumentada. Todos estes fatores afetam a duração da janela de processamento e a capacidade de as resinas infundirem completamente no suporte fibroso. Para as resinas de LCM do tipo ST15 e PR520, foi descoberto que uma temperatura de contato entre cerca de 100 °C e cerca de 130 °C fornece uma combinação preferida de duração de janela de processamento e níveis baixos de viscosidade. As temperaturas de contato de cerca de 120 °C são particularmente preferidas.

[028] O termo “tempo de contato”, conforme usado neste relatório, é o período de tempo no qual a resina de LCM é mantida na temperatura de contato no molde. O tempo de contato é o mesmo da janela de processamento quando o molde é mantido na temperatura de contato até que a resina de LCM atinja uma viscosidade de 1000 mPas. A resina de LCM no molde pode ser mantida na temperatura de contato até que a resina atinja o nível de viscosidade de 1000 mPas. Isto resulta no prolongamento máximo da janela de processamento para uma resina de RTM

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10/14 fornecida. Por exemplo, a janela de processamento e o tempo de contato disponível para uma resina de RTM do tipo ST15 ou PR520 são prolongados em 100 minutos quando o molde é mantido no período total em uma temperatura de contato de 120 °C. O tempo de contato disponível pode ser prolongado em 120 minutos quando o molde é mantido no período total em uma temperatura de contato de 100 °C. Os tempos de contato disponíveis de pelo menos 80 minutos são preferidos com os tempos de contato disponíveis de pelo menos 100 minutos sendo particularmente preferidos.

[029] Na prática, é desejável prolongar a janela de processamento, se necessário, apenas durante um tempo suficiente para garantir que a resina de LCM seja completamente infundida por toda a estrutura fibrosa e que o molde seja completamente enchido com a resina. Nestas situações, uma pessoa habilitada na técnica aumenta a temperatura da resina de LCM até a temperatura de cura antes de a resina atingir a viscosidade máxima da janela de processamento de 1000 mPas. Como um resultado, o tempo de contato pode ser mais curto do que o tempo de contato disponível Canela de processamento), devido ao aumento precoce na temperatura a partir da temperatura de contato até a temperatura de cura. É preferido que a temperatura da resina de LCM no molde seja aumentada acima da temperatura de contato, uma vez que a estrutura fibrosa tenha sido completamente infundida com a resina de LCM e o molde completamente enchido. A infusão completa da estrutura fibrosa pode ser determinada utilizando sensores colocados dentro do molde. Entretanto, a infusão completa da estrutura fibrosa é tipicamente determinada esperando-se que a resina de LCM saia através das saídas que são apropriadamente colocadas no molde para garantir que a resina de LCM passe através da estrutura fibrosa antes de atingir as saídas.

[030] Uma vez que a estrutura fibrosa foi completamente infundida e o molde completamente enchido, a temperatura da resina de LCM é aumentada a partir da temperatura de contato até a temperatura de cura. Para a maioria das resinas de LCM, a temperatura de cura para o processo da presente invenção está entre cerca de 170 °C e 210 °C. Para as resinas epóxi de LCM, tais como, ST15 e PR520, as temperaturas de cura entre cerca de 180°e 190 °C são preferidas. O suporte fibroso infundido com resina é mantido no molde 26 na temperatura de cura para a mesma

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11/14 duração de tempo dos processos convencionais de LCM.

[031 ] O tipo particular de material do suporte fibroso que é infundido com a resina de LCM utilizando o processo da presente invenção pode ser qualquer um entre os materiais do suporte fibroso usuais que são adequados para o processamento de LCM. Fibras exemplares usadas para formar os suportes fibrosos incluem fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de cerâmica e fibras de aramida, tais como Kevlar. As fibras podem ser aleatoriamente orientadas, trançadas ou unidirecionais. A invenção é particularmente útil para o processamento de LCM de materiais do suporte fibroso que exigem tempo adicional para a infusão de resina. Estes tipos de materiais do suporte fibroso incluem estruturas fibrosas grandes e estruturas com formas complexas que podem impedir a infusão de resina uniforme. Em geral, tais estruturas fibrosas que exigem mais do que 45 minutos para que a resina seja completamente infundida na estrutura são preferidas. Além do tamanho e forma, o tempo de infusão também é dependente do tipo de estrutura fibrosa. Tipicamente, estruturas fibrosas tecidas e trançadas têm maior permeabilidade e, relativamente, são facilmente infundidas. Estruturas fibrosas de tecido unidirecional e não-ondulado (NCF) têm permeabilidade muito menor e infundem mais lentamente. O prolongamento da janela de processamento fornecido pela presente invenção é particularmente útil para tais estruturas fibrosas de baixa permeabilidade.

Os exemplos da prática são os seguintes:

EXEMPLO 1 [032] Uma amostra de 10 g de resina ST15 de LCM foi aquecida em uma temperatura de dissolução de 150 °C durante 30 segundos, de modo a dissolver todo o endurecedor de amina particulado e formar uma mistura de resina tratada por calor. A mistura de resina tratada por calor foi esfriada a 120 °C para fornecer uma mistura de resina com viscosidade baixa tendo uma viscosidade de cerca de 150 mPas. A mistura de resina com viscosidade baixa depois foi submetida a uma temperatura de moldagem ou de contato de 120 °C. Conforme mostrado pela curva 30 na FIG. 2, a resina de RTM não atingiu o limite de viscosidade da janela de processamento de 1000 mPas durante mais do que 100 minutos.

EXEMPLO 2 [033] Uma amostra de 10 g de resina ST15 de LCM foi aquecida em uma

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12/14 temperatura de dissolução de 150 °C durante 30 segundos, de modo a dissolver todo o endurecedor de amina particulado e formar uma mistura de resina tratada por calor. A mistura de resina tratada por calor foi esfriada a 100 °C para fornecer uma mistura de resina com viscosidade baixa tendo uma viscosidade de cerca de 350 mPas. A mistura de resina com viscosidade baixa depois foi submetida a uma temperatura de moldagem ou de contato de 100 °C. Conforme mostrado pela curva 32 na FIG. 2, a resina de LCM não atingiu o limite de viscosidade da janela de processamento de 1000 mPas durante mais do que 120 minutos.

EXEMPLO COMPARATIVO 1 [034] Uma amostra de 10 g de resina ST15 de LCM foi aquecida a uma temperatura de 150 °C e depois submetida a uma temperatura de moldagem de 150 °C. Conforme mostrado pela curva 34, a resina ST15 de LCM atingiu o limite de viscosidade da janela de processamento de 1000 mPas dentro de 45 minutos.

EXEMPLO 3 [035] Uma amostra de 10 g de resina PR520 de LCM foi aquecida em uma temperatura de dissolução de 160 °C durante 30 segundos, de modo a dissolver todo o endurecedor de amina particulado e formar uma mistura de resina tratada por calor. A mistura de resina tratada por calor foi esfriada a 120 °C para fornecer uma mistura de resina com viscosidade baixa tendo uma viscosidade de cerca de 600 mPas. A mistura de resina com viscosidade baixa depois foi submetida à temperatura de contato de 120 °C. Conforme mostrado pela curva 36, a mistura de resina com viscosidade baixa não atingiu o limite de viscosidade da janela de processamento de 1000 mPas durante mais do que 120 minutos.

EXEMPLO COMPARATIVO 2 [036] Uma amostra de 10 g de resina PR520 de LCM foi aquecida a uma temperatura de 150 °C e depois submetida a uma temperatura de moldagem de 150 °C. Conforme mostrado pela curva 38, a resina PR520 de LCM atingiu o limite de viscosidade da janela de processamento de 1000 mPas dentro de 35 minutos.

EXEMPLO 4 [037] A resina epóxi ST15 de LCM, que contém partículas endurecedoras de amina, é aquecida a uma temperatura do recipiente de 80 °C para formar uma mistura de resina não curada tendo uma viscosidade do recipiente de 900 mPas. A

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13/14 mistura de resina não curada é aquecida a 150 °C durante 30 segundos para dissolver as partículas endurecedoras de amina e formar uma mistura de resina tratada por calor. A mistura de resina tratada por calor é esfriada a uma temperatura de 120 °C para formar uma mistura de resina com viscosidade baixa tendo uma viscosidade de 150 mPas. A mistura de resina com viscosidade baixa é injetada em um molde de transferência de resina padrão que contém uma preforma fabricada de 2 camadas de tecido não-ondulado (NCF) de fibra de carbono HTS 4 x 268 gsm (+45°, 0 ^o, -45°, 90°) e 2 camadas de (NCF) de fibra de carbono HTS 4 x 268 gsm (-45°, 0 ^o, +45°, 90°), disponível a partir da Saertex (Saebeck Germany). As dimensões da preforma são 800 mm x 800 mm x 4 mm.

[038] A resina com viscosidade baixa é mantida no molde em uma temperatura de contato de 120 °C durante um tempo de contato de pelo menos 100 minutos até que o molde seja completamente enchido e a preforma seja completamente umedecida. A pressão no molde é mantida a 3 bar. Depois de 100 minutos, a temperatura é elevada à 190 °C durante 2 horas para curar completamente a parte.

EXEMPLO 5 [039] A resina epóxi ST15 de LCM, que contém partículas endurecedoras de amina, é aquecida a uma temperatura do recipiente de 80 °C para formar uma mistura de resina não curada tendo uma viscosidade do recipiente de 900 mPas. A mistura de resina não curada é aquecida a 150 °C durante 30 segundos para dissolver as partículas endurecedoras de amina e formar uma mistura de resina tratada por calor. A mistura de resina tratada por calor é esfriada a uma temperatura de 100 °C para formar uma mistura de resina com viscosidade baixa tendo uma viscosidade de 350 mPas. A mistura de resina com viscosidade baixa é infundida em uma preforma fabricada de 2 camadas de tecido não-ondulado (NCF) de fibra de carbono HTS 4 x 268 gsm (+45°, 0 ^o, -45°, 90°) e 2 camadas de (NCF) de fibra de carbono HTS 4 x 268 gsm (-45°, 0^o, +45°, 90°), disponível a partir da Saertex (Saebeck Germany). As dimensões da preforma são 1000 mm x 1000 mm x 4 mm.

[040] A resina com viscosidade baixa é mantida no molde de infusão em uma temperatura de contato de 100 °C durante um tempo de contato de pelo menos 120 minutos até que o molde de infusão seja completamente enchido e a preforma

Petição 870180142001, de 17/10/2018, pág. 20/32

14/14 seja completamente umedecida. Depois de 120 minutos, a temperatura é elevada à 190 °C durante 2 horas para curar completamente a parte.

[041] Conforme pode ser observado a partir dos exemplos acima, a presente invenção fornece um prolongamento significante da janela de processamento para as resinas de LCM que contêm endurecedores particulados. Este aumento na janela de processamento é obtido pela combinação de tratar por calor a resina de LCM em uma temperatura acima da temperatura de dissolução de partícula antes de introduzir a resina no molde e depois manter a temperatura do molde abaixo da temperatura de dissolução.

[042] A etapa de tratamento térmico fornece a vantagem de dissolver as partículas endurecedoras antes do tempo para garantir que as partículas não sejam filtradas pelo suporte fibroso quando a resina de LCM é injetada no molde. Foi descoberto que esta etapa de tratamento térmico pode ser realizada sem que a viscosidade da resina de LCM aumente em níveis inaceitáveis antes ou depois da injeção no molde de transferência de resina. Visto que as partículas endurecedoras são dissolvidas antes da resina entrar no molde, não é necessário que o molde esteja na temperatura de dissolução, que é a prática convencional para garantir a dissolução completa das partículas no molde. De acordo com a presente invenção, a etapa de tratamento térmico permite que uma pessoa habilitada na técnica mantenha o molde em temperaturas abaixo da temperatura de dissolução, o que resulta no aumento significante inesperado observado na janela de processamento das resinas de LCM que contêm endurecedores particulados. Como um resultado, partes compósitas que também foram previamente grandes ou complexas formadas por LCM utilizando resinas epóxi que contêm endurecedores particulados, agora, podem ser fabricadas utilizando este método de moldagem popular.

[043] Tendo assim descrito modalidades exemplares da presente invenção, deve ser observado por aqueles habilitados na técnica que as divulgações são apenas exemplares e que outras alternativas, adaptações e modificações podem ser feitas dentro do escopo da presente invenção. Consequentemente, a presente invenção não é limitada pelas modalidades descritas acima, porém é apenas limitada pelas reivindicações seguintes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo de moldagem de compósito líquido CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas de:

fornecer uma mistura de resina não curada compreendendo uma resina de termocura e um endurecedor particulado disperso dentro da dita resina de termocura, o dito endurecedor particulado tendo uma temperatura de dissolução acima da qual o dito endurecedor particulado dissolve na dita resina de termocura, a dita resina não curada estando em uma temperatura do recipiente e tendo uma viscosidade do recipiente;

aquecer a dita mistura de resina não curada até uma temperatura de dissolução durante um tempo suficiente para dissolver o dito endurecedor particulado e formar uma mistura de resina tratada por calor;

esfriar a dita mistura de resina tratada por calor até uma temperatura abaixo da dita temperatura de dissolução para formar uma mistura de resina com viscosidade baixa;

introduzir a dita mistura de resina com viscosidade baixa em um molde que contém uma estrutura fibrosa;

manter a dita mistura de resina com viscosidade baixa dentro do dito molde em uma temperatura de contato, que está abaixo da dita temperatura de dissolução, durante um tempo de contato suficiente para infundir a dita estrutura fibrosa com a dita mistura de resina com viscosidade baixa; e curar a dita mistura de resina com viscosidade baixa em uma temperatura de cura.
2. Processo de moldagem de compósito líquido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita resina de termocura é uma resina epóxi e o dito endurecedor particulado é um endurecedor de amina.
3. Processo de moldagem de compósito líquido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a viscosidade da dita mistura de resina com viscosidade baixa está entre cerca de 100 mPas e 600 mPas.
4. Processo de moldagem de compósito líquido, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a viscosidade da dita mistura de resina com viscosidade baixa é de cerca de 150 mPas.

Petição 870180142001, de 17/10/2018, pág. 22/32

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5. Processo de moldagem de compósito líquido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita viscosidade do recipiente está entre cerca de 200 mPas e 1000 mPas.
6. Processo de moldagem de compósito líquido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita temperatura do recipiente está entre cerca de 65 °C e 95 °C.
7. Processo de moldagem de compósito líquido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita temperatura de dissolução está entre cerca de 140 °C e 170 °C.
8. Processo de moldagem de compósito líquido, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita temperatura de contato é pelo menos 10 °C abaixo da dita temperatura de dissolução.
9. Processo de moldagem de compósito líquido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita temperatura de contato está entre cerca de 100 °C e 130 °C.
10. Processo de moldagem de compósito líquido, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito tempo de contato é de pelo menos 80 minutos.
11. Processo de moldagem de compósito líquido, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito tempo de contato é de pelo menos 100 minutos.
12. Processo de moldagem de compósito líquido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita temperatura de cura está entre cerca de 170 °C e 210 °C.