BR112012014358B1

BR112012014358B1 - material intermediário composto de um conjunto de fitas sobrepostas e entrelaçadas, método de produzir uma peça composta e peça composta

Info

Publication number: BR112012014358B1
Application number: BR112012014358A
Authority: BR
Inventors: Minni Jean-Christophe; Beraud Jean-Marc
Original assignee: Hexcel Reinforcements
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2020-01-14
Also published as: CN102770260B; CA2780855C; CN102770260A; EP2516138B1; RU2551514C2; JP2013515124A; JP5765788B2; EP2516138A1; RU2012131371A; WO2011086266A1; CA2780855A1; US9914267B2; FR2954356A1; ES2465993T3; US20120237707A1; FR2954356B1; BR112012014358A2

Abstract

novos materiais intermediários produzidos mediante sobreposição e entrelaçamento de fios velados. a presente invenção provê um material intermediário composto de um conjunto de fitas sobrepostas e entrelaçadas, caracterizada em que ao menos algumas das fitas, preferivelmente todas as fitas, conhecidas como fitas veladas, são compostas de uma série de fios ou filamentos que se estendem em uma direção paralela ao comprimento da fita para formar uma folha unidirecional que é associada em cada uma de suas faces com um não tecido formato a partir de fibras termoplásticas, os dois não tecidos proporcionando à fita velada coesão devido à sua natureza termoplástica, a um método de produção utilizando o material para produzir as peças compostas, e às peças compostas obtidas.

Description

“MATERIAL INTERMEDIÁRIO COMPOSTO DE UM CONJUNTO DE FITAS SOBREPOSTAS E ENTRELAÇADAS, MÉTODO DE PRODUZIR UMA PEÇA COMPOSTA E PEÇA COMPOSTA”

A presente invenção se refere ao campo técnico de materiais de reforço adaptados para compor peças compostas. Mais precisamente, a invenção se refere a um material intermediário novel para produzir peças compostas mediante injeção subsequente ou infusão de resina termoendurecível, a um método de produzir peças compostas a partir de tal material, e às peças compostas obtidas.

Peças ou artigos compostos, isto é, compreendendo uma ou mais peças de folhas de reforço ou fibrosa e também uma matriz feita principalmente do tipo termoendurecível (resina) e que pode incluir termoplásticos, podem, por exemplo, ser produzidas mediante uso de um método direto ou LCM (moldagem de compósito líquido). Um método direto é definido pelo fato de que uma ou mais peças de reforço fibroso são usadas no estado seco (isto é, sem a matriz final), a resina ou matriz sendo empregada separadamente, por exemplo, mediante injeção no molde contendo o reforço fibroso (método RTM, moldagem de transferência de resina), mediante infusão através da espessura do reforço fibroso (método LRI; ou de infusão de resina fibrosa; ou o método RFI; ou de infusão de película de resina) ou mediante revestimento/impregnação manual, utilizando um rolo ou pincel, sobre cada uma das camadas individuais do reforço fibroso, aplicado em sucessão à forma.

Para os métodos RTM, LRI ou RFI, em geral uma pré-forma fibrosa precisa ser produzida no formato do artigo acabado desejado, e então essa pré-forma é impregnada com uma resina. A resina é injetada ou infundida por intermédio de diferenciais de pressão ou temperatura, e então quando toda a quantidade necessária de resina é contida na préforma, a pré-forma impregnada é aquecida até uma temperatura superior para realizar o ciclo de polimerização/cura e assim fazer com que a mesma endureça.

As peças compostas usadas nas indústrias, automotiva, de aviação ou de construção de navios particularmente são governadas por normas muito rigorosas, particularmente em termos de propriedades mecânicas. Contudo, as propriedades mecânicas das peças são principalmente ligadas a um parâmetro, isto é, a fração de volume de fibra (FVF). Adicionalmente, nesses setores, é particularmente importante ter acesso aos materiais que são extremamente regulares e também fáceis de manejar e usar.

Nesses setores, um grande número de pré-formas é produzido a partir de tecidos (particularmente WO 94/12708) ou tranças, particularmente de um formato cilíndrico (EP 1 798 428 e US2007/0193439, por exemplo). Para aperfeiçoar a resistência ao impacto das peças que devem ser produzidas a partir de tais pré-formas, os inventores consideraram a aplicação de um aglutinante químico às tais tranças ou tecidos para aperfeiçoar o desempenho mecânico das peças obtidas, particularmente sua resistência ao impacto.

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Contudo, a aplicação de tal aglutinante químico para aperfeiçoar a resistência ao impacto para uma forma tal como um mandril de trançar, não é uma tarefa fácil. Surgem questões com relação à continuidade do aglutinante e problemas com automação. Além disso, a aplicação de um aglutinante químico a um tecido ou a uma trança poderia limitar a propriedade de deformação do material obtido e assim o seu uso em formatos complexos.

Nesse contexto, o material da invenção tem que oferecer possibilidades de projeto para as peças compostas de estruturas primárias ou secundárias com propriedades mecânicas adequadas assim como para as peças com frações de volume de fibra, elevadas.

Esse material intermediário também deve ser capaz de produção com um custo competitivo e de uma maneira relativamente fácil. Um dos objetivos da invenção também é o de prover um material que possa ser produzido de uma maneira que possa ser facilmente automatizada.

O material da invenção deve ser de fácil manipulação e uso. Particularmente, a presente invenção propõe um material intermediário novel que pode ser produzido em formatos complexos do tipo trança com um formato cilíndrico ou complexo. O material da invenção deve ser capaz de produção na forma de um tecido ou trança com uma propriedade de deformação satisfatória.

Assim, a presente invenção provê um material intermediário composto de um conjunto de fitas sobrepostas e entrelaçadas, em que ao menos algumas das fitas, preferivelmente todas as fitas, conhecidas como fitas veladas são compostas de uma série de fios ou filamentos de reforço que se estendem em uma direção paralela ao comprimento da fita para formar uma folha unidirecional que é associada a cada uma de suas faces com um nãotecido formado a partir de fibras termoplásticas, os dois não-tecidos proporcionando a fita velada com coesão devido à sua natureza termoplástica.

Outras características do material da invenção são detalhadas nas reivindicações.

O material da invenção se destina à produção de peças compostas utilizando um método direto. Além disso, o peso dos não-tecidos em cada fita velada representa de 3% a 10% do peso total de cada fita.

A invenção também proporciona um método de produzir uma peça composta, caracterizada em que ela compreende as seguintes etapas:

a) prover ao menos um material da invenção;

b) opcionalmente, empilhar vários materiais da invenção e opcionalmente prender os mesmos na forma de uma pré-forma;

c) adicionar uma resina termoendurecível mediante infusão ou injeção;

d) consolidar a peça desejada por intermédio de uma etapa de polimerização/cura após um ciclo de temperatura e pressão de pré-consolidação, seguido por resfriamento.

De acordo com uma implementação específica do método da invenção, a resina

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3/20 termoendurecível é adicionada mediante infusão em uma pressão abaixo da pressão atmosférica, particularmente em uma pressão abaixo de 100 KPa (1 bar), por exemplo, na faixa de 10 KPa (0,1 bar) a 100 KPa (1 bar).

Em outro aspecto, a invenção provê peças compostas que podem ser obtidas utilizando o método, o qual particularmente tem uma fração de volume de fibra (FVF) de 50% a 63%, preferivelmente de 53% a 60%.

Várias outras características se tornam evidentes a partir da descrição a seguir feita com referência aos desenhos anexos, nos quais:

• As Figuras 1 e 2 são respectivamente uma representação em perspectiva diagramática, parcialmente destacada e em seção transversal de uma fita usada no contexto da invenção, na qual uma folha unidirecional é associada a dois não-tecidos;

• A Figura 3 mostra diferentes construções de tecelagem que um material intermediário da invenção pode ter;

• A Figura 4 representa um material da invenção com um formato trançado cilíndrico;

• As Figuras 5A e 5B representam um dispositivo para medir a espessura de uma pré-forma formada pelas fitas, sob vácuo;

• A Figura 6 é uma fotografia de um exemplo de uma fita que pode ser usada no contexto da invenção e mostra sua borda muito limpa;

• A Figura 7 mostra vários formatos de peças que podem ser obtidas começando a partir de um material intermediário da invenção na forma de uma trança cilíndrica;

• A Figura 8 é uma representação diagramática da totalidade de um dispositivo para produzir uma fita associada com um não-tecido em cada uma de suas faces principais;

• A Figura 9 ilustra uma construção tecida conhecida como tecelagem de sarja 2/2, usada nos exemplos;

• A Figura 10 mostra a permeabilidade como uma função das frações de volume de fibra para um material intermediário da invenção; e • As Figuras 11 a 15 mostram os desempenhos mecânicos de peças compostas obtidas com um material intermediário da invenção.

A invenção propõe materiais produzidos por intermédio de fitas sobrepostas e entrelaçadas, ao menos algumas das quais são fitas veladas. No contexto da invenção, os fios ou filamentos unidirecionais compondo as fitas são associados com não-tecidos antes de eles serem sobrepostos e entrelaçados. Além disso, no material da invenção, cada fita velada é associada com dois não-tecidos através de sua extensão integral, incluindo os pontos de interseção e/ou entrelaçamento. A sobreposição e o entrelaçamento, por exemplo, são realizados mediante tecelagem ou entrançamento. Em comparação com um tecido que seria associado com um aglutinante químico após tecelagem, por exemplo, na forma de um véu,

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4/20 a vantagem de um material da invenção produzida a partir de tiras de fibras unidirecionais associadas a um não-tecido formado a partir de fibras termoplásticas em cada uma de suas faces é principalmente com relação à propriedade de deformação, que será muito melhor no contexto da invenção, uma vez que as tiras podem se mover em relação umas às outras, enquanto que os fios são travados pelo aglutinante químico para um tecido tratado após tecelagem ou uma trança tratada após entrançamento. Em um material da invenção, as fitas podem se mover em relação umas às outras, uma vez que não considerando a conexão mecânica obtida pela sobreposição/entrelaçamento, não há ouras conexões, particularmente nenhuma conexão obtida por intermédio de um aglutinante químico entre as fitas mediante ligação ou de outro modo.

Além disso, o fato de que as fitas carregando não-tecidos são usadas diretamente e proporcionam a peça final com as propriedades mecânicas desejadas muitas possibilidades de projeto são abertas. Como um exemplo, o material da invenção pode ser trançado diretamente sobre um mandril para obter uma trança cilíndrica e então moldado, por exemplo, por intermédio de ligação por pontos ou pré-formação, para produzir a pré-forma complexa conforme ilustrado particularmente na Figura 7. O material da invenção também pode ser trançado diretamente sobre um mandril com um formato complexo, possivelmente em várias camadas sucessivas.

Além disso, a escolha específica das fitas veladas em relação a outras fitas associadas com outro tipo de aglutinante químico tal como um pó termoplástico ou um aglutinante em pó termofusível tal como aquele provido pela Oxean significa que as peças compostas podem ser obtidas que tem propriedades de resistência ao impacto superiores.

No contexto da invenção, o termo fita ou tira significa um material em folha que tem um comprimento que é muito maior do que sua largura. Tais fitas podem particularmente ter larguras de 3 mm (milímetro) a 25 mm. Fitas veladas podem ser produzidas a partir de um ou mais fios, um fio sendo composto de uma série de filamentos. Fitas veladas mais estreitas podem até mesmo ser obtidas se um fio muito fino de 1K ou 3K for usado. No restante do texto, uma tira de fios ou filamentos paralelos também pode ser chamada de uma tira de fibras paralelas. Como pode ser visto na Figura 1, as fitas veladas I produzidas no contexto da invenção têm um comprimento T e uma largura L. Essas fitas veladas são compostas de um conjunto de filamentos f (para um único fio 1) ou de um conjunto de fios 1 (cada um deles composto de um conjunto de filamentos) que se estendem paralelos à largura da fita. Uma fita velada é geralmente de formato retangular e é associada em cada uma de suas faces principais 1a e 1b com um não-tecido (respectivamente 2a e 2b), como pode ser visto na Figura 2.

O termo não-tecido, também conhecido como um véu, convencionalmente significa um conjunto de fibras contínuas ou curtas dispostas de uma maneira aleatória. Tais

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5/20 não-tecidos ou véus podem, por exemplo, ser produzidos utilizando métodos de produção por extrusão, aglutinação por fiação, ou eletrofiação que são familiares àqueles versados na técnica. Particularmente, as fibras constituintes de um não-tecido podem ter diâmetros médios na faixa de 0,5 pm (pm) a 70 pm. Para um não-tecido de fibras curtas, as fibras podem, por exemplo, ter um comprimento na faixa de 1 mm a 100 mm. Utilizar não-tecidos com uma cobertura isotrópico, aleatório significa que cada fita velada tem uma coesão uniforme em todas as direções, em comparação com o uso de fios espaçados, por exemplo. Para cada fita velada, a ligação entre os não-tecidos e a folha unidirecional foi provida antecipadamente mediante aquecimento para explorar a natureza de aderência a quente dos não-tecidos termoplásticos seguido pelo resfriamento. Como exemplo, as fibras constituintes dos não-tecidos são compostas vantajosamente de um material termoplástico, particularmente selecionado a partir de: poliamidas (PA: PA6, PA12, PA11, PA6,6, PA 6,10, PA 6,12, etc.), copoliamidas (CoPA), poliamidas - éter ou éster de bloco (PEBAX, PEBA), poliftalamida (PPA), poliésteres (tereftalato de polietileno -PET-, tereftalato de polibutileno - PBT- etc.), copoliésteres (CoPE), poliuretanos termoplásticos (TPU), poliacetais (POM, etc.), poliolefinas (PP, HDPE, LDPE, LLDPE etc.), polietersulfonas (PES), polissulfonas (PSU etc.), polifenileno sulfonas (PPSU etc.), polieteretercetonas (PEEC), polietercetonacetona (PECC), poli(sulfeto de fenileno) (PPS), ou polieterimidas (PEI), poliimidas termoplásticas, polímeros de cristal líquido (LCP), fenóxis, copolímeros em bloco tal como copolímeros de estirenebutadieno-metacrilato de metila (SBM), copolímeros de metacrilato de metila-butil acrilato metacrilato de metila (MAM), e suas misturas. Os não-tecidos podem ser compostos de fibras da mesma natureza e também de uma mistura de fibras compostas desses materiais termoplásticos. O material é claramente adaptado aos vários tipos de sistemas termoendurecíveis usados para compor a matriz durante produção subsequente das peças compostas.

Cada fita velada usada para compor o material intermediário da invenção tem um não-tecido de fibras termoplásticas em cada uma de suas faces largas que proporciona coesão ao mesmo. Exemplos específicos de não-tecidos de fibras termoplásticas que podem ser usadas são os não-tecidos fornecidos, por exemplo, pela Protechnic (66, rue des Fabriques, 68702 - CERNAY Cedex - França) ou Spunfab Ltd./Keuchel Associates, Inc. (175 Muffin Lane Cuyahoga Falls, OH 44223, USA).

No contexto da invenção, a folha unidirecional composta de um ou mais fios de reforço pode ser formada de um material selecionado dos seguintes materiais: carbono, vidro, aramide, sílica, basalto, cerâmica, e suas misturas, ou qualquer outro material usado no campo de materiais compósitos, as fibras possivelmente sendo naturais ou sintéticas. Contudo, fibras de carbono são preferidas.

Dentro de cada fita, os filamentos ou fibras de reforço são dispostos de modo a proporcionar cobertura quase completa por toda a superfície da fita. Particularmente, quan

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6/20 do a fita velada é composta de uma folha unidirecional de uma pluralidade de fios, ela é disposta com extremidade a extremidade com um mínimo de folgas ou na realidade nenhuma folga ou sobreposição.

Um fio é geralmente composto de um conjunto de filamentos e geralmente compreende, com fios de carbono, de 1.000 a 80.000 filamentos, vantajosamente de 12.000 a 24.000 filamentos. Particularmente, de forma preferível no contexto da invenção, fios de carbono de 1K [contagem] a 24K, por exemplo, 3K, 6K, 12K ou 24K, preferivelmente 12K e 24K, são utilizados. As fibras constituintes são preferivelmente contínuas. Os fios presentes dentro das fitas veladas têm uma seção transversal que é substancialmente retangular ou elíptica e são conhecidos como fios achatados. Tais fios têm uma certa largura e espessura. Como exemplo, um fio de carbono achatado de 3K com um peso de 200 Tex geralmente tem uma largura de 1 mm a 3 mm, um fio de carbono achatado de 12K com um peso de 446 Tex tem uma largura de 2 mm a 5 mm, um fio achatado de 12K com um peso de 800 Tex tem uma largura na faixa de 3 mm a 7 mm, um fio de carbono achatado de 24K com um peso de 1600 Tex tem uma largura de 5 mm a 12 mm e um fio de carbono achatado de 24K com um peso de 1040 Tex tem uma largura de 5 mm a 10 mm. Um fio de carbono achatado de 3.000 a 24.000 filamentos terá assim normalmente e 1 mm a 12 mm de largura. Para certas modalidades, os fios de carbono presentes nas fitas veladas têm um peso na faixa de 60 Tex a 3.800 Tex e preferivelmente na faixa de 400 Tex a 900 Tex. Antes de associar o fio ou fios com o não-tecido para produzir as fitas, os fios em uso rotineiro na indústria podem estar opcionalmente espalhados. Como exemplo, a espessura da folha de carbono unidirecional dentro de uma fita pode ser de aproximadamente 90 pm a 270 pm. Fios de carbono podem ser classificados ou como fios de alta resistência (HS) com um módulo de tração na faixa de 220 GPa [gigaPascal] a 241 GPa e com um esforço de ruptura sob tração na faixa de 2.450 MPa [megaPascal] a 4.830 MPa, fios de módulo intermediário (IM) com um módulo de tração na faixa de 290 GPa a 297 GPa e com um esforço de ruptura sob tração na faixa de 2.450 MPa a 6.200 MPa, e fios de elevado módulo (HM) com um módulo de tração na faixa de 345 GPa a 448 GPa e com um esforço de ruptura sob tração na faixa de 3.450 GPa a 5.520 MPa (vide o ASM Handbook, ISBN 0-87170-703-9, ASM International 2001).

As fitas veladas conforme descrito acima, cujos exemplos mais precisos são providos no restante da descrição e exemplos são usados no contexto da invenção para produzir materiais intermediários destinados à associação com uma matriz de resina termoendurecível para produção subsequente de peças compostas, particularmente na aviação. Nos materiais intermediários da invenção, essas fitas veladas são sobrepostas, superpostas e entrelaçadas. Os materiais intermediários da invenção são preferivelmente compostos exclusivamente de fitas veladas compostas de uma série de fios ou filamentos de reforço que se estendem em uma direção paralela ao comprimento da fita para formar uma folha unidireci

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7/20 onal que é associada com um não-tecido formado de fibras termoplástica em cada uma de suas faces, esses dois não-tecidos proporcionando a fita velada coesão devido à sua natureza termoplástica. Particularmente, os materiais intermediários da invenção são compostos exclusivamente de uma trança ou tecelagem de fitas veladas como descrito em mais detalhe no presente pedido de patente. Contudo, não se exclui que as fitas veladas nos materiais intermediários da invenção sejam combinadas com outras fitas tal como fios individuais ou outros. As fitas veladas podem, por exemplo, ser usadas apenas na trama em um tecido tecido, os fios de urdidura sendo convencionais e não velados, ou sobre um fio em dois em uma trança, de tal modo que a superfície inteira da arquitetura têxtil é coberta com ao menos uma fita velada.

Qualquer tipo de técnica de sobreposição ou entrelaçamento pode ser usado. Preferivelmente, a cobertura provida pela sobreposição é um máximo. Vantajosamente, o material da invenção terá um fator de abertura de 0,5% ou menos. Esse fator de abertura pode particularmente ser determinado utilizando-se o método descrito nos exemplos. Tal fator de abertura pode ser obtido mais facilmente quando as fitas veladas usadas são calibradas e/ou quando o material da invenção é composto exclusivamente de fitas veladas.

Como um exemplo, pode ser possível utilizar qualquer técnica de tecelagem, particularmente aquelas descritas nos documentos WO 2006/0759961 e WO 98/46817. Nos materiais da invenção, as fitas podem ser tecidas, utilizando várias construções, particularmente do tipo de tecelagem tafetá (também conhecida como tecelagem plana), do tipo sarja ou cetim como ilustrado na Figura 3 (porção esquerda: tafetá e porção direita: cetim) da Figura 9. Os numerais de referência 10 e 11 designam respectivamente as fitas da trama e as fitas da urdidura. Também é possível utilizar a técnica descrita no Pedido de Patente EP 0 670 921, que descreve um método aperfeiçoado de tecelagem no qual a trama é desenrolada sem torção e no qual um sistema de espalhamento vibracional também pode ser aplicado ao tecido obtido para aperfeiçoar a sua fração de volume de fibra mediante redução de seu fator de abertura. No contexto da invenção, o material da invenção pode ser obtido em um método de tecelagem que pode usar um ou outro daqueles aperfeiçoamentos ou ambos em combinação. Destorcer a trama no desdobramento da mesma, como descrito naquele documento, tem a vantagem de não adicionar torção à fita, a qual pode assim permanecer achatada no material intermediário tecido que é obtido.

O material da invenção também pode estar na forma de uma trança, particularmente uma trança formando um cilindro conforme pode ser visto na Figura 4. Tais tranças são produzidas por intermédio de fitas de entrançamento como descrito acima. As técnicas de entrançamento tais como aquelas descritas nos documentos EP 1 798 428 ou US 2007/0193439 podem ser, particularmente, usadas. Naquelas técnicas, meios robóticos colocam um mandril no centro de um dispositivo de entrançar e se estendem pelo comprimenPetição 870190088537, de 09/09/2019, pág. 13/30

8/20 to do mandril durante o entrançamento de modo que a trança cobre o mandril. Após várias passagens, o mandril é coberto com várias camadas de fitas trançadas. É fácil empregar as fitas usadas no contexto da invenção em dispositivos de entrançar, especialmente quando eles são otimizados para trançar fios achatados. Um sistema de entrançamento não simétrico utilizando dois tipos de fitas tais como aqueles descritos no Pedido WO 92/15740 também pode ser usado. Também é possível costurar uma trança aberta para prover à mesma um formato cilíndrico ou qualquer outro formato complexo desejado.

A seguir é apresentada uma descrição de um tipo específico de fita velada de fibras de carbono que pode ser usada para obter materiais intermediários da invenção que particularmente podem ser usados para produção subsequente de peças compostas que combinam propriedades mecânicas adequadas e uma fração de volume de fibra elevada, essas sendo propriedades desejáveis particularmente no campo de aviação. De acordo com uma modalidade preferida, cada fita velada compondo o material intermediário da invenção é composta de uma folha unidirecional de fibras de carbono com um peso por unidade de área de 100 g/m² [grama por metro quadrado] a 280 g/m², associado em cada uma de suas faces com um não-tecido formado de fibras termoplásticas, cada um dos não-tecidos tendo uma espessura de 0,5 pm a 50 pm, preferivelmente de 3 pm a 35 pm. Em uma modalidade específica, cada fita velada tem uma espessura de 80 pm a 380 pm; preferivelmente e 90 pm a 320 pm; preferivelmente de 93 pm a 305 pm.

Padrão francês NF EN ISO 9073-2 não pode ser usado para medir um dos constituintes de um material combinado com vários elementos. Os métodos a seguir podem ser usados: um para medir a espessura de um não-tecido em uma fita e o outro para medir a espessura total da fita.

Assim, em uma fita, a espessura do não-tecido ou véu fixado à folha unidirecional dos fios ou filamentos de reforço pode ser determinada a partir de seções microscópicas que permitem exatidão de ±1 pm. O método é como a seguir: uma fita velada contendo uma folha unidirecional composta de fios ou filamentos de reforço e dois véus ligados em cada lado da folha é impregnada utilizando um pincel com uma resina que polimeriza em temperatura ambiente (Araldite e Araldur 5052 da Huntsman). O conjunto é fixado entre duas chapas para se aplicar uma pressão da ordem de 2-5 KPa [quiloPascal] durante a polimerização. A medição da espessura do véu presente na fita velada é independente da pressão exercida durante essa etapa. Uma seção do conjunto é revestida com uma resina de consolidação a frio, Epofix Kit da Struers, então polida (utilizando um papel à base de carboneto de silício abrasivo com um tamanho de grão de 320 pm e diversas pelotas até um grão de 0,3 pm) de modo que ela pode ser observada utilizando-se um microscópio ótico Olympus BX 60 acoplado a uma câmera Olympys ColorView IlIu. Essa resina, que polimeriza em temperatura ambiente, não influencia a espessura do véu, mas é usada apenas para possiPetição 870190088537, de 09/09/2019, pág. 14/30

9/20 bilitar que as medições sejam feitas. Software AnalySIS auto 5.0 da Olympus Soft Imaging Solution GmbH pode ser usado para tirar as fotografias e realizar as medições de espessura. Para cada fita velada (folha unidirecional combinada com véus em cada lado), cinco imagens são feitas em uma ampliação de 20. Em cada imagem, 15 medições da espessura do véu são feitas e o desvio padrão dessas medições é determinado.

A espessura total de uma fita velada pode ser determinada mediante uso do seguinte método, o dispositivo para o qual é mostrado diagramaticamente nas Figuras 5A e 5B, que determina uma média para uma pré-forma composta de uma pilha de fitas veladas. Nessas figuras, A designa a pré-forma; B a chapa de suporte; C o papel de silicone; D a película de vácuo; E a vedação de vácuo; F o tecido permeável ao ar; e G o tampão de vácuo. Esse método está em uso rotineiro por aqueles versados na técnica e pode ser usado para prover uma medição global, minimizando a variabilidade que pode existir localmente dentro de uma única fita. Uma pré-forma composta de uma pilha de diferentes camadas orientadas de fita velada é colocada entre duas camadas de papel de silicone de 130 g/m² com uma espessura de 0,15 mm aplicada por SOPAL em uma película de vácuo CAPRAN 518 da Aerovac (Aerovac Systèmes, France, Umeco Composites, 1 rue de la Sausse, 31240 Saint-Jean, França) e em contato com um tecido permeável ao ar Airbleed 10HA fornecido pela Aerovac. O conjunto é vedado por uma vedação de vácuo SM5130 fornecida pela Aerovac. Um vácuo na faixa de 0,1 KPa a 0,2 KPa é produzido utilizando uma bomba de vácuo Leybold SV40 B (Leybold Vacuum, Bourg les Valence, França). A seguir, espessura da préforma é medida entre dois indicadores digitais TESA Digico 10 após subtrair a espessura do saco de vácuo e os papéis de silicone. Vinte e cinco medidas são feitas por pré-forma e o desvio médio e o desvio padrão dessas medições são determinados. A espessura obtida para a fita velada é então determinada mediante divisão da espessura total da pré-forma pelo número de camadas de fitas veladas sobrepostas.

Vantajosamente, a espessura de cada fita velada presente no produto intermediário da invenção tem uma pequena variabilidade, especialmente com variações em espessura não excedendo um desvio padrão de 20 pm, preferivelmente não excedendo um desvio padrão de 10 pm. Essa característica pode ser usada para aperfeiçoar a regularidade das peças compostas que podem ser obtidas.

O peso por área unitária da folha de fibras de carbono pode ser determinado a partir do peso por unidade de área de cada fita velada (folha unidirecional + 2 véus). Se o peso por unidade de área dos véus for conhecido, então é possível deduzir o peso por unidade de área da folha unidirecional. Vantajosamente, o peso por unidade de área é determinado a partir do produto intermediário mediante fixação química (possivelmente também mediante pirólise) do véu. Esse tipo de método é convencionalmente usado por aqueles versados na técnica para determinar o teor de fibra de carbono de um tecido ou de uma estrutura com

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10/20 posta.

Segue uma descrição de um método de medir o peso por unidade de área de uma fita. O peso por unidade de área de uma fita é medido mediante pesagem de amostras cortadas de 100 cm² (isto é, 113 mm de diâmetro). Para facilitar o corte das amostras a partir de uma fita que é flexível, a fita é colocada entre dois papéis rígidos brilhantes, de 0,450 mm de espessura, 444 g/m² da Cartonnage Roset (Saint Julien em Genevois, França) para prover ao conjunto uma certa rigidez. Um perfurador circular pneumático da Novi Profiber (Eybens, França) é usado para cortar o conjunto; 10 amostras são tiradas por tipo de fita.

Além disso, vantajosamente, o peso por unidade de área do véu presente em cada fita velada está na faixa de 0,2 g/m² a 20 g/m²

Em cada fita, a associação entre a folha unidirecional e os véus pode ser feita de forma descontínua, por exemplo, apenas em certos pontos ou zonas, mas preferivelmente é realizada por intermédio de uma conexão que se estende sobre a superfície total da folha, que é denominada contínua. A associação da folha unidirecional com os dois véus pode ser realizada utilizando uma camada de adesivo, por exemplo, selecionado a partir de adesivos de epóxi; adesivos de poliuretano; colas termoendurecíveis, adesivos baseados em monômeros polimerizáveis; adesivos acrílicos estruturais ou adesivos acrílicos modificados; e adesivos termofusíveis/termoplásticos,. Contudo, a associação é normalmente realizada devido à natureza pegajosa dos véus quando quentes, por exemplo, durante uma etapa de compressão térmica quando sendo formados que pode ser usada para prover a conexão entre a folha unidirecional e os véus. Preferivelmente, a coesão de cada fita velada é provida exclusivamente pelos não-tecidos termoplásticos.

Em uma modalidade específica, cada fita velada tem uma largura determinada substancialmente uma constante por todo seu comprimento, isto é, as fitas veladas têm variabilidade muito pequena em largura em relação ao comprimento total. Sob tais circunstâncias, como a largura das fitas veladas usadas é substancialmente constante, as fitas veladas da invenção também têm variabilidade muito pequena em termos de peso por unidade de área. Particularmente, a largura de cada fita velada em um desvio padrão que é menor do que 0,25 mm, preferivelmente menor do que 0,22 mm; e preferivelmente 0,20 mm ou menos por todo o comprimento da fita. Uma pequena variabilidade em largura também significa que peças amplamente regulares podem ser produzias subsequentemente, com propriedades mecânicas controladas. A largura das fitas veladas e o desvio padrão podem ser determinados utilizando o método descrito nos exemplos para os resultados da Tabela 3. O desvio padrão pode ser definido como a raiz quadrada média dos desvios a partir da média, isto é:

J-Σα, -*)² (1)

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11/20 onde:

n = número de valores;

Xi = um valor • x = média aritmética.

Tal fita velada com uma largura substancialmente constante pode ser obtida utilizando-se um método que compreende as seguintes etapas:

• A1) ajustar a largura da fita à largura desejada utilizando meio de calibração;

• A2) associar cada uma das faces da fita a um não-tecido de fibras termoplásticas para garantir coesão homogênea da fita, coesão homogênea da fita, de tal modo que o peso total dos não-tecidos não exceda 25% do peso total da fita obtida.

A fita velada pode ser composta de um ou mais fios. Quando uma fita é composta de vários fios, é a totalidade dos fios (e não cada fio considerado individualmente) que é calibrada para produzir uma folha de largura determinada.

O método de compor as fitas veladas, as quais não estão atualmente disponíveis comercialmente, é descrita em detalhe abaixo. O fio ou fios podem ser retirados de um carretel e eles e podem ser espalhados, antes da etapa de calibração. Com essa finalidade, o fio ou fios podem passar sobre um dispositivo espalhador, por exemplo, composto de uma ou mais hastes de espalhamento. Essa etapa de espalhamento pode ser necessária, dependendo do peso desejado por unidade de área e também para obter, antes da calibração, uma largura para a folha, ou para os fios, que seja maior do que a largura desejada após a calibração. Esse sistema de calibração poderia ser concluído por uma haste vibrando na direção de seu comprimento, localizada na saída da haste de espalhamento exatamente a montante do meio de calibração. Similarmente, tal dispositivo poderia ser completado por várias hastes vibratórias quando uma associação de fios de grande peso é usada para muito pouco peso por unidade de área.

A etapa de calibração é realizada mediante passagem da folha ou fio através de meio de calibração; isso pode ser uma passagem de uma determinada largura, especialmente na forma de uma ranhura com um fundo plano, provido em um rolo ou uma passagem provida entre dois dentes, quando uma única fita baseada em um ou mais fios é produzida, ou um pente de calibração definindo passagens calibradas para uma pluralidade de fios, quando várias fitas veladas são produzidas ao mesmo tempo. Quando uma folha composta de uma pluralidade de fios é produzida, calibração apropriada da largura da folha é realizada apenas nos dois fios mais externos, os outros fios sendo guiados por um pente localizado a montante do elemento de espalhamento, de tal modo que não haja espaço livre entre os fios dentro da folha.

Na saída do dispositivo de calibração, a folha unidirecional calibrada terá uma largura quase constante por seu comprimento total que ela manterá até que a fita velada final

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12/20 seja obtida. Preferivelmente, na saída do meio de calibração, a largura da folha unidirecional calibrada terá um desvio padrão substancialmente abaixo de 0,25 mm, preferivelmente menos do que 0,24 mm e preferivelmente 0,20 mm ou menos por todo o comprimento da folha unidirecional.

Em tal método, os não-tecidos são vantajosamente associados com a fita após ajuste da largura da fita de modo a manter a largura obtida após o ajuste. É assim possível calibrar a fita para a largura desejada, que é substancialmente constante por todo o seu comprimento, e fixar a calibração obtida mediante associação da fita de fibras com os nãotecidos mediante ligação e desse modo minimizar as variações em largura. Cada face da folha unidirecional calibrada obtida é então associada a um não-tecido termoplástico, por exemplo, em uma correia transportadora acionada pelos rolos. A distância entre a saída a partir do meio de calibração e o meio para associar a folha com o não-tecido é preferivelmente muito curto, da ordem de uns poucos milímetros, para reter a calibração obtida. Para permitir que eles sejam ligados com os fios, ou filamentos, após o resfriamento, a montante de sua associação com a fita, os não-tecidos passam por uma etapa de aquecimento que amolece ou até mesmo derrete o polímero. As condições de aquecimento e pressão são adaptadas ao material constituinte dos não-tecidos e a sua espessura. Normalmente, a etapa de termo compressão é realizada em uma temperatura na faixa de Tmpi nonwoven - 15°C e TMPt nonwoven + 60°C (onde Tmpi nonwoven designa o ponto de fusão do não-tecido) e em uma pressão de 0,1 MPa a 0,6 MPa. Assim, é possível alcançar graus de compressão do nãotecido antes e após a associação de 1 a 10. A etapa de laminar os não-tecidos às fibras de reforço unidirecional também é uma etapa de determinar o controle adequado da espessura final da fita. Na realidade, as condições de temperatura e pressão, especialmente durante a laminação, podem ser usadas para modificar e assim ajustar a espessura do não-tecido presente em cada lado na fita.

A espessura dos não-tecidos, antes de eles serem associados com a folha unidirecional, é selecionada como uma função da forma na qual eles devem ser associados com a folha de fibras unidirecionais. Normalmente, sua espessura é muito próxima da espessura desejada na fita. Também pode ser possível escolher a utilização de um não-tecido com uma espessura maior que é então laminado a calor durante a etapa de associação para produzir a espessura desejada. Preferivelmente, cada uma das superfícies principais da folha de fibras unidirecionais é associada com dois não-tecidos substancialmente idênticos para obter um produto intermediário perfeitamente simétrico.

De acordo com uma modalidade especifica que pode ser combinada com as modalidades precedentes, cada fita velada não tem fibras cortadas em suas bordas longitudinais. Isso as torna mais fáceis de utilizar nos métodos de entrançamento e tecelagem. Na realidade, a presença de fibras ou filamentos cortados na borda da fita tem a desvantagem de

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13/20 criar zonas nas quais as fibras ou filamentos se acumulam em certos pontos ao longo do caminho da fita nos métodos mencionados acima e de causar paralisações da máquina devido à ruptura dos fios ou devido à qualidade insuficiente do material reforçado que é produzido. Essas bordas com a presença de filamentos cortados também geram fios que se enrolam neles próprios quando é desenrolado o carretel no qual a fita está enrolada, o que também leva à ruptura dos fios ou defeitos de qualidade (esses são conhecidos como anéis formados no carretel de fita). Tal característica é tornada possível principalmente devido ao método descrito acima que evita o corte para obter a largura desejada da fita.

Além disso, de acordo com uma modalidade específica que pode ser combinada com as modalidades precedentes, apenas em certos pontos de suas bordas longitudinais ou por todo o comprimento de suas duas bordas longitudinais, cada fita velada tem uma conexão direta entre os dois não-tecidos, formada devido à sua natureza termoplástica.

No contexto dessa modalidade variante, para promover adicionalmente a produção de uma borda limpa e para melhor controlar a largura da fita, no método descrito acima, a fita e também as porções cortadas em cada lado de suas bordas são arrastadas pelo dispositivo de extração tal como dispositivo de arrasto ou sucção.

Sob tais circunstâncias, a largura dos não-tecidos é selecionada de modo que eles vão além da folha unidirecional em qualquer lado. A seguir, a fita é puxada a partir da correia transportadora utilizando um rolo de arrasto (rolo de extração) e então é cortada em cada uma de suas bordas longitudinais utilizando um dispositivo de corte aquecido, particularmente lâminas aquecidas. O corte não é realizado em um fio, mas apenas em um lado de um fio para impedir qualquer desordem. O corte a quente do não-tecido em cada borda da fita faz com que ele encolha até certo ponto. A largura dos dois não-tecidos é maior do que a largura da folha unidirecional e assim os dois não-tecidos ligados por pontos entre si, preferivelmente para prender a folha unidirecional nas bordas de carbono. A fita velada obtida tem então uma borda muito limpa 4 sem fragmentos de filamentos cortados, conforme ilustrado na Figura 6.

A fita é então retirada utilizando rolos de extração. Também é possível promover adicionalmente a produção de uma borda muito limpa mediante extração de refugo de nãotecido utilizando dispositivo de arrasto do tipo rolo de arrasto ou utilizando dispositivo de sucção. As porções extremas correspondendo ao refugo compreendem então um fio com um não-tecido que pode ser cortado apenas em um lado, desse modo aperfeiçoando o arrasto ou sucção do refugo. As bordas que devem ser cortadas; e agem como refugo; também podem ser providas com um fio de uma natureza diferente daquelas usadas para compor a fita velada.

Os materiais intermediários da invenção podem ser usados para produzir peças aeronáuticas que demandam elevado desempenho mecânico, particularmente para a produPetição 870190088537, de 09/09/2019, pág. 19/30

14/20 ção de peças de estrutura principal. Particularmente, as tranças cilindricamente formadas da invenção podem ser usadas para fabricação de peças longilíneas tais como as estruturas de fuselagens ou fixadores. Sob tais circunstâncias, por exemplo, a trança é deformada e mantida no formato mediante costura ou pré-formação (com pressão térmica) para produzir uma seção de formato I-, T-, ou S, particularmente, conforme ilustrado na Figura 7.

Tais peças poderiam ser produzidas utilizando-se qualquer método direto conhecido tal como métodos de infusão ou injeção de resina termoendurecível. A matriz usada é do tipo termoendurecível. Como exemplo, a resina injetada deve ser selecionada a partir dos seguintes polímeros termoendurecíveis: epóxis, poliésteres insaturados, ésteres de vinil, fenólicos, poliimidas, bismaleimidas. A peça composta é obtida após uma etapa de tratamento a calor. Particularmente, a peça composta é geralmente obtida por um ciclo convencional para consolidar os polímeros considerados, mediante realização de um tratamento a calor, recomendado pelos fornecedores dos polímeros e conhecido daqueles versados na técnica. Essa etapa de consolidar a peça desejada é realizada mediante polimerização/cura de acordo com um ciclo de temperatura definido e sob pressão, seguido por resfriamento. A pressão aplicada durante o ciclo de tratamento é baixa para infusão a vácuo e superior para injeção em um molde RTM.

O material intermediário e o método da invenção podem ser algumas vezes usados para produzir peças compostas com um FVF da ordem de 50%, que corresponde à fração padrão para estruturas aeronáuticas principais (isto é, peças vitais do equipamento) e também para aperfeiçoar amplamente a resistência ao impacto de baixa velocidades das peças compostas obtidas: um exemplo é a queda de uma ferramenta em um oficina durante a fabricação de uma estrutura composta, ou um impacto com um corpo estranho quando em uso operacional.

A pressão aplicada durante um método de injeção é superior àquela usada durante um método de infusão. Isso significa que é mais fácil produzir peças com um FVF correto com um método de injeção do que com um método de infusão. Os materiais da invenção podem ser usados para obter a fração de volume de fibra desejada, particularmente da ordem de 53% a 60%; mesmo quando a peça composta é produzida com uma etapa c); como mencionado acima, que emprega infusão e não injeção de resina. Tal implementação constitui ainda uma variação vantajosa.

As peças compostas que podem ser obtidas utilizando o método da invenção também formam uma peça integral da invenção, particularmente, as peças que têm uma fração de volume de fibra de 50% a 63%, especialmente de 53% a 60%.

Os exemplos abaixo servem para ilustrar a invenção, mas não são de natureza limitadora.

PARTE A: COMPONDO AS FITAS

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Os fios de carbono T700GC-12K-31E foram fornecidos pela Toray Industries, Japão. Um não-tecido de 4-poliamida (fornecido com a referência 128D04 pela Protechnic, França), denotado véu a, foi usado. As características do véu a usado para fabricação das fitas veladas da invenção são indicadas na Tabela 1. O ponto de fusão do véu indicado na Tabela 1 foi determinado por intermédio de calorimetria de varredura diferencial (DSC) de acordo com o padrão ISO 11357-3. O peso por unidade de área foi medido de acordo com o padrão ISO 3801. O grau de porosidade indicado na Tabela 1 foi calculado a partir da segunda fórmula:

Porosidade,.,,, í %) = 1 —

VeW ¹ peso por unidade de área devéu *

Pmaterial do véu * véu (2) onde:

- o peso por unidade de área de véu está em kg/m² [quilograma por metro quadrado];

- pmateriai do véu é expresso em kg/m³ [quilograma por metro cúbico];

- e_Véu é expresso em m [metro].

Tabela 1: Características do véu usado (os valores mostrados após o ± representam o desvio padrão)

Em referência	Véu a
Ponto de fusão do véu (°C)	178
Peso por unidade de área (g/m²)	4 ± 0,1
Diâmetro de filamentos (pm) *	13±3
Espessura de véu (pm)	69 ± 12
Porosidade (%) calculada a partir da fórmula (2)	97

medido por intermédio de análise de imagem.

Os fios de carbono foram usados para compor as fitas em associação com dois véus a, utilizando uma máquina tal como aquela mostrada na Figura 8. A referência aos elementos de corte aquecidos é: Thermocut TC-1 da LOEPFE BROTHER LIMITED, Wetzikon, Suíça.

O fio ou fios de carbono 1 foram desenrolados dos carretéis de carbono 100 fixados em uma esquinadeira 101, passando através de um pente 102, e foram guiados para o eixo da máquina por intermédio de um rolo de guia 103. A largura inicial dos fios de carbono 800 Tex, 12K variou de aproximadamente 4,5 mm a 7 mm e eles foram espalhados utilizando uma haste aquecida 11 e uma haste de espalhamento 12, então calibrados para uma largura de 5,42 mm utilizando dispositivo de calibração para prover uma folha unidirecional da largura desejada. Os rolos os não-tecidos 104a e 104b foram desenrolados sem tensão e

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16/20 transportados utilizando correias transportadoras 105a e 105b fixadas entre os rolos livremente giratórios 106a, 106b, 106c, 106d e as hastes aquecidas 107a, 107b. Os não-tecidos 2a e 2b foram pré-aquecidos nas zonas 108a e 108b antes de entrar em contato com os fios de carbono 1 e laminados em qualquer um dos lados das duas hastes aquecidas 107a e 107b com uma folga controlada. Uma calandra 108, a qual poderia ser esfriada, aplicou então uma pressão na folha unidirecional com um tecido em cada lado, o qual foi então direcionado para o dispositivo de corte 109. Um rolo de retorno 110 redirecionou a fita I para o sistema de tração compreendendo rolos de extração 111, então enrolado 112 para formar um rolo composto da fita velada I.

As condições de operação são indicadas na Tabela 1.

Tabela 2

Não-tecido	Fibra	Peso por unidade de área de carbono (g/m²)	Largura (mm)	Velocidade linear (m/min)	T° Haste 11 (°C)	T° Haste 13 (°C)	T° 108a e 108b (°C)	T° 107a e 107b (°C)
véu a	T700 GC	147	5,42	1,3	220	220	140	140

As características das fitas obtidas são apresentadas na Tabela 3.

As medições dos desvios, médio e padrão, foram realizadas utilizando-se o seguinte dispositivo: a fita velada foi enrolada a partir de seu suporte em uma taxa constante de 1,2 m por minuto, com uma tensão constante na faixa de 200 cN [centinewtons] a 400 cN, onde ela então passou, a uma distância de 265 mm e sem suporte nessa região, na frente de uma câmera do tipo FWX 20 modelo Baumer Optronic, comprimento focal de 20 mm, 1624 x 1236 pixels (Baumer Optronic GmbH, Alemanha). A calibração de câmera foi como a seguir: 1 pixel era equivalente a 0,05 mm, correspondendo a um tamanho de fotografia de 1640 pixels x 0,05 = 82 mm. Uma fotografia foi então tirada a cada 28 mm através de um comprimento mínimo de 50 m, correspondendo a um mínimo de 1.315 medições de largura.

Software NEUROCHECK 5.1 (Neurocheck GmbH, Alemanha) analisou então a imagem e armazenou os valores de largura em um arquivo que foi então tratado estatisticamente utilizando software MINITAB (Minitab Inc., Estados Unidos da América).

Tabela 3

		Largura média	Desvio padrão
		(mm)	(mm)
T700GC 12K	147g/m²	5,42	0,13

PARTE B: COMPONDO MATERIAIS INTERMEDIÁRIOS

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Em todos os exemplos abaixo, uma tecelagem de sarja 2/2 conforme mostrada na Figura 9 foi usada para produzir os materiais intermediários da invenção, com o auxílio das fitas como descrito acima. 1,85 fitas (que correspondeu ao número de fios dados em que a fita foi aqui composta de um único fio) por cm [centímetro] foram usadas na trama e urdidura. Essa mesma tecelagem foi usada nos exemplos comparativos.

Exemplo 1

As fitas obtidas com o véu a e calibradas para 5,42 mm foram usadas na trama e urdidura. A tecelagem foi produzida em um tear Dornier (Lindau, Alemanha), Modelo PTS utilizando o método conhecido como tecelagem de esgotamento tangencial na Patente EP 0 670 921, isto é, sem espalhamento pós-tecelagem, em uma taxa de 100 batidas/minuto. A tecelagem era uma sarja 2/2, a contagem de fibra foi de 1,85 fios/cm, para obter um tecido de não torção com um peso por unidade de área de 295 g/m².

Exemplo Comparativo 1

Fios de carbono não velados T700GC-12K-31E foram usados na trama e urdidura. A tecelagem foi realizada em um tear Dornier (Lindau, Alemanha), Modelo PTS, utilizando o método conhecido como tecelagem de saída tangencial na Patente EP 0 670 921, isto é, sem espalhamento pós-tecelagem, em uma taxa de 100 batidas/minuto. A trama era uma sarja 2/2, a contagem de fibra foi de 1,85 fios/cm, para obter um tecido de não torção com um peso por unidade de área de 295 g/m² (referência 48302 da Hexcel Reinforcements).

Exemplo Comparativo 2

Fios de carbono não velados T700GC-12K-31E foram usados na trama e urdidura. A tecelagem foi realizada em um tear Dornier (Lindau, Alemanha), Modelo PTS, utilizando o método conhecido como tecelagem de saída tangencial na Patente EP 0 670 921, isto é, sem espalhamento pós-tecelagem, em uma taxa de 100 batidas/minuto. A trama era uma sarja 2/2, a contagem de fibras foi de 1,85 fios/cm, para obter um tecido de não torção com um peso por unidade de área de 295 g/m² (referência 48302 da Hexcel Reinforcements).

Após tecelagem, cada face do tecido obtido foi associada com um véu a como descrito acima sob as condições dadas nas Tabelas 4 e 5. Uma linha de laminação plana da S-Line (Brugg, Suíça) foi empregada utilizando os seguintes parâmetros:

Tabela 4

Velocidade linear (m/min)	3
Temp de permanência (s)	44
Folga (mm)	0,3
Folga devido à pressão excessiva (mm)	0
Pressão de calandra (N/cm²)	36

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Tabela 5

T(°C)	Zona baixa	Zona alta
Esquerda	Centro	Direita	Esquerda	Centro	Direita
Zona 1	135	163	135	135	163	135
Zona 2	178	178	145	150	178	145
Zona 3	190	190	190	190	190	190

Medições de Permeabilidade

A permeabilidade transversal pode ser definida como a capacidade de um fluido em passar através de um material fibroso. Ela é medida em m². Os valores dados acima e aqueles mencionados nos exemplos seguintes foram medidos utilizando o aparelho e a técnica de medição descritos na tese intitulado Problems concerning the measurement of transverse permeability of fibrous preforms for producing composite structures por Romain Nunez na Ecole Nationale Supérieure des Mines, Saint Etienne, 16 de outubro de 2009, a qual se deve fazer referência para detalhes adicionais. Particularmente, a medição é realizada mediante inspeção da espessura da amostra durante o teste utilizando duas câmaras cocilíndricas que podem ser usadas para reduzir a influência de corrida (fluido passando para o lado ou se desviando do material cuja permeabilidade deve ser medida). O fluido usado é água e a pressão é de 100 KPa (1 bar) ± 1 KPa (0,01 bar). As medições de permeabilidade obtidas com os materiais do Exemplo 1 e dos Exemplos Comparativos 1 e 2 são mostradas na Figura 10.

Medição do fator de abertura

Os fatores de abertura foram medidos como a seguir.

O dispositivo foi composto de uma câmera da SONY (modelo SSC-DC58AP) equipada com uma lenta 10x, e uma mesa de luz da Waldmann, modelo W LP3 NR,101381 230V 50 Hz 2*15W. A amostra a ser medida foi colocada na mesa de luz, a câmera foi fixada em um cavalete e posicionada a 25 cm a partir da amostra, então a nitidez foi ajustada.

A largura da medição foi determinada como uma função do material fibroso a ser analisado utilizando o anel (zoom) e uma régua: 10 cm para os materiais fibrosos abertos (OF > 2%), 1,17 cm para os materiais fibrosos menos abertos (OF < 2%).

Utilizando o diafragma e uma imagem de referência, a claridade foi ajustada para se obter um valor para o OF correspondendo àquele fornecido na imagem de referência.

Software de medição de contraste Videomet da Scion Image (Scion Corporation, Estados Unidos da América) foi utilizado. Após capturar a imagem, ela foi processada como a seguir: utilizando uma ferramenta, uma superfície máxima correspondendo à calibração selecionada foi definida, por exemplo, para 10 cm - 70 furos, compreendendo um número

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19/20 total de motivos. A seguir, uma superfície têxtil elementar no significado têxtil do termo foi selecionada, isto é, uma superfície que descreve a geometria do material fibroso mediante repetição.

Como a luz a partir da mesa de luz passa através das aberturas do material fibroso, o OF como uma percentagem é definido como cem menos a superfície preta dividida pela superfície elementar, isto é, 100 - (superfície preta/superfície elementar).

Deve-se observar que o ajuste da luminosidade é importante uma vez que os fenômenos de difusão poderíam modificar o tamanho aparente dos furos e assim o OF. Uma luminosidade intermediária foi usada de modo que nenhum fenômeno de saturação ou muita difusão, foi visível.

Os resultados obtidos são mostrados na Tabela 6 abaixo:

Tabela 6

OF (%)	Média	Desvio padrão
Exemplo 1	0,22	0,12
Exemplo Comparativo 1	0,05	0,04
Exemplo Comparativo 2	0,05	0,04

Deve-se observar que os valores são muito baixos para os três reforços descritos; tecidos com fatores de abertura de menos do que 0,5% são denominados fechados.

PARTE C: PRODUÇÃO DE PEÇAS COMPOSTAS

Chapas compostas foram produzidas a partir de um conjunto de materiais intermediários dispostos em diferentes orientações de 0^o, 45°, -45°, 90°. A pilha era simétrica. O número de materiais intermediários (também conhecidos como camadas (plies)) compondo a pilha foi determinado utilizando-se a seguinte fórmula deduzida da fórmula (3):

_n ^TVF fibra dcearbano^ chapa _φ camadas p_eso p_{Or un}idade de área do UD_caríono (3) sabendo-se que:

- a espessura alvo da chapa é tão próxima quanto possível de 4 mm (definida em PrEN 6038), e_pi_ate é expresso em mm (nos exemplos a espessura alvo foi de 3,81 mm);

- a fração de volume de fibra alvo (FVF) para obter as melhores propriedades mecânicas foi geralmente de 60% e o ptibra de carbono foi expresso em g/cm³ [grama por centímetro cúbico];

- o peso por unidade de área do UD_carbono foi expresso em g/m².

Assim, a pilha foi composta de 12 camadas para um peso de carbono por unidade de área de 295 g/m² e recebeu a notação abreviada [(+45/-45)/(0/90)]3s.

4.2 Produção de chapa composta

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As várias camadas foram mantidas juntas mediante soldagem leve toda vez que uma nova camada foi adicionada, em uns poucos pontos utilizando um ferro de soldagem. O conjunto foi composto de uma pré-forma. A pré-forma de 340 x 340 mm composta da sequência empilhada adaptada ao peso de carbono por unidade de área foi colocada em um molde de injeção sob uma prensa. Um quadro de espessura conhecida envolveu a préforma para obter a fração de volume de fibra desejada (FVF).

Resina de epóxi fornecida sob a referência HexFlow RTM6 da Hexcel foi injetada a 80°C e em uma pressão de 200 KPa (2 bares) através da pré-forma, que foi mantida a 120°C como a temperatura das chapas e da prensa. A pressão aplicada a cada uma das duas chapas da prensa foi de 500 KPa (5 bares). Quando a resina apareceu no ponto de saída do molde, o tubo de saída foi fechado e o ciclo de polimerização foi iniciado (elevação de temperatura para 180°C em 3°C/min, então mantida por 2 horas em 180°C, então resfriamento em 5°C/min). Seis espécimes por tipo com uma configuração de 150 x 100 mm (prEN 6038 padrão) foram então recortados para o teste de compressão após impacto (CAI).

5. Testes mecânicos

Os espécimes (12 por tipo de configuração) foram fixados em um dispositivo como indicado em prEN 6038. Os espécimes foram impactados em diferentes energias a partir de 10 J [Joule] a 50 J utilizando equipamento adaptado ao padrão Europeu preliminar, prEN, 6038 publicado pela ASD-STAN (Aerospace and Defence Standard, Avenue de Tervueren 270, 1150 Woluwe-Saint-Pierre, Bélgica). Os testes de compressão foram realizados em uma máquina mecânica de teste Zwick (Zwick France Sarl, Roissy Charles de Gaulle, França).

Os resultados do esforço de ruptura de compressão após impacto (CAI) da chapa obtida com os materiais intermediários do Exemplo1 e chapas obtidas com os materiais intermediários dos Exemplos Comparativos 1 e 2 são mostrados na Figura 11. Os desempenhos em CAI foram aperfeiçoados para as peças compostas da invenção.

Os resultados dos testes de acordo com prEN 6038 padrão são fornecidos na Figura 12. As Figuras 13, 14 e 15 comparam os resultados do esforço de ruptura de compressão após impacto da chapa obtida com os materiais intermediários do Exemplo 1 e da chapa obtida com os materiais intermediários do Exemplo Comparativo 2, respectivamente, utilizando os testes do prEN 6031 padrão (Figuras 13 e 14) e o teste de ASTM padrão D 6484 (Figura 15). Nesses testes, os desempenhos mecânicos foram equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Material intermediário composto de um conjunto de fitas sobrepostas e entrelaçadas, CARACTERIZADO por pelo menos algumas das fitas, preferivelmente todas as fitas, conhecidas como fitas veladas, são compostas de uma série de fios ou filamentos de reforço que se estendem em uma direção paralela ao comprimento da fita para formar uma folha unidirecional que é associada em cada uma de suas faces a um não-tecido (2a e 2b) formado de fibras termoplásticas, os dois não-tecidos (2a e 2b) citados proporcionando a dita fita velada com coesão devido à sua natureza termoplástica.
2. Material intermediário de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que cada fita velada tem uma determinada largura substancialmente constante por todo o seu comprimento.
3. Material intermediário de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a largura de cada fita velada tem, por todo o comprimento da fita, um desvio padrão que é menor do que 0,25 mm, preferivelmente menos do que 0,22 mm e preferivelmente 0,20 ou menos.
4. Material intermediário de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a fita velada não tem fibras cortadas em suas bordas longitudinais.
5. Material intermediário de acordo com uma das reivindicações de 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que cada fita velada tem, apenas em certos pontos de suas bordas longitudinais ou pelo comprimento total de suas bordas longitudinais, uma conexão direta entre os dois não-tecidos (2a e 2b) produzidos devido à sua natureza termoplástica.
6. Material intermediário de acordo com uma das reivindicações de 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que cada fita velada é produzida a partir de um único fio correspondendo a um conjunto de filamentos.
7. Material intermediário de acordo com uma das reivindicações de 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que cada fita velada é produzida a partir de uma pluralidade de fios.
8. Material intermediário de acordo com uma das reivindicações de 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o peso dos não-tecidos (2a e 2b) em cada fita velada representa de 3% a 10% do peso total de cada fita.
9. Material intermediário de acordo com uma das reivindicações de 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que os fios ou filamentos reforçados em cada fita velada são formados de um material selecionado a partir dos seguintes materiais: carbono, vidro, aramida, sílica, basalto, cerâmica e suas misturas.
10. Material intermediário de acordo com uma das reivindicações de 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que as fibras termoplásticas em cada fita velada são seleci

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2/3 onadas a partir das fibras de poliamidas (PA: PA6, PA12, PA11, PA6,6, PA 6,10, PA 6,12, etc), copoliamidas (CoPA), poliamidas - bloco de éter ou éster (PEBAX, PEBA), poliftalamida (PPA), poliésteres (tereftalato de polietileno -PET-, tereftalato de polibutileno -PBT-, etc), copoliésteres (CoPE), poliuretanos termoplásticos (TPU), poliacetais (POM, etc), poliolefinas (PP, HDPE, LDPE, LLDPE, etc), polietersulfonas (PES), polissulfonas (PSU, etc), polifenileno sulfonas (PPSU etc), polieteretercetonas (PEEC), polietercetonacetona (PECC), poli(sulfeto de fenileno) (PPS), ou polieterimidas (PEI), poliimidas termoplásticas, polímeros de cristal líquido (LCP), fenóxis, copolímeros em bloco tal como copolímeros de estirenebutadieno-metacrilato de metila (SBM), copolímeros de metacrilato de metila- acrilato de butila - metacrilato de metila (MAM), ou uma mistura de fibras compostas dos ditos materiais termoplásticos.
11. Material intermediário de acordo com uma das reivindicações de 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a coesão de cada fita velada é provida exclusivamente pelos não-tecidos (2a e 2b) termoplásticos.
12. Material intermediário de acordo com uma das reivindicações de 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que cada fita velada é composta de uma folha unidirecional de fibras de carbono com um peso por unidade de área de 100 g/m² a 280 g/m², associada em cada uma de suas faces com um não-tecido (2a e 2b) de fibras plásticas, cada um dos não-tecidos (2a e 2b) tendo uma espessura de 0,5 pm a 50 pm, preferivelmente de 3 a 35 pm.
13. Material intermediário de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que cada fita velada tem uma espessura de 80 pm a 380 pm; preferivelmente 90 pm a 320 pm; preferivelmente 93 pm a 305 pm.
14. Material intermediário de acordo com a reivindicação 12 ou 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a variabilidade na espessura de cada fita velada é baixa, especialmente com variações em espessura não excedendo um desvio padrão de 20 pm, preferivelmente não excedendo um desvio padrão de 10 pm.
15. Material intermediário de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a folha unidirecional em cada fita velada é composta exclusivamente de fibras de carbono.
16. Material intermediário de acordo com uma das reivindicações 12 a 15, CARACTERIZADO pelo fato de que os véus em cada fita velada têm um peso por unidade de área na faixa de 0,2 g/m² a 20 g/m².
17. Material intermediário de acordo com uma das reivindicações de 1 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que ele está na forma de um tecido.
18. Material intermediário de acordo com uma das reivindicações de 1 a 17, CARACTERIZADO pelo fato de que ele está na forma de uma trança, particularmente uma

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3/3 trança formando um cilindro.
19. Método de produzir uma peça composta, CARACTERIZADO por compreender as seguintes etapas:

a) prover ao menos um material de acordo com uma das reivindicações de 1 a 18;

b) opcionalmente, empilhar vários materiais de acordo com uma das reivindicações de 1 a 18 e opcionalmente fixar os mesmos na forma de uma pré-forma;

c) adicionar uma resina termoendurecível mediante infusão ou injeção;

d) consolidar a peça desejada por intermédio de uma etapa de polimerização/cura após um ciclo de temperatura e pressão preestabelecido, seguido por resfriamento.
20. Método de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que a resina termoendurecível é adicionada ao material(is) mediante infusão de pressão reduzida, particularmente em uma temperatura abaixo da pressão atmosférica, particularmente menos do que 100 KPa (1 bar) e preferivelmente na faixa de 10 KPa (0,1 bar) a 100 KPa (1 bar).
21. Peça composta CARACTERIZADA por ser obtida utilizando-se o método definido na reivindicação 19 ou 20.
22. Peça composta de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADA pelo fato de que ela tem uma fração de volume de fibra na faixa de 50% a 63%, preferivelmente na faixa de 53% a 60%.
23. Peça composta de acordo com a reivindicação 21 ou 22, CARACTERIZADA pelo fato de que ela tem um valor para a compressão após impacto (CAI) quebrando a tensão em uma energia de impacto de 25 J, medida de acordo com prEN 6038 padrão, de mais do que 200 MPa.