BR112012021917B1

BR112012021917B1 - Tecido não plissado multiaxial

Info

Publication number: BR112012021917B1
Application number: BR112012021917-0A
Authority: BR
Inventors: Ronny Wockatz
Original assignee: Toho Tenax Europe Gmbh
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2020-09-29
Also published as: US8613257B2; CN102803592A; TWI529273B; CA3024262C; EP2547816B1; JP2013522486A; JP5792206B2; CN102803592B; WO2011113751A1; SI2547816T1; DK2547816T3; CA3024262A1; PL2547816T3; US20120318182A1; KR20130018774A; CA2793096C; EP3103906A1; CN104553109A; AR080772A1; CN104553109B

Abstract

tecido não plissado multiaxial, e preforma para produzir componentes compósitos. a invenção refere-se a um tecido frosso multiaxial de pelo menos duas camadas de fios de reforço multifilamentar, que são arranjadas em paralelo nas camadas, uma próxima da outra, a fim de ficarem adjacentes, as camadas sendo dispostas uma no topo da outra. os fios de reforço de uma camada e das camadas vizinhas são interconectados por linhas de costura que se estendem em paralelo entre si e são interespaçadas em uma largura de ponto (w) e fixados em relação à outra, as linhas de costura formando pontos de um comprimento de ponto (s) e a direção zero do tecido grosso sendo definida pelas linhas de costura. os fios de reforço da camada são dispostos simetricamente à direção zero do tecido grosso e formam, com relação à direção em que eles se estendem, um ângulo (a) com relação à direção zero, cujo ângulo não é igual a 90º e não igual a 0º. a invenção é caracterizada pelo fato de as linhas de costura terem uma densidade linear na faixa de 10 a 35 dtex. a invenção refere-se ainda a uma preforma produzida de tal tecido grosso multiaxial.

Description

[001] A invenção refere-se a um tecido não plissado, feito de pelo menos duas camadas sobrepostas de fios de reforço multifilamentar, que são arranjados dentro de camadas paralelas entre si e confinando-se paralelamente, em que os fios de reforço dentro de uma camada, bem como camadas adjacentes, são conectados entre si e presos uns contra os outros por linhas de costura prosseguindo em paralelo entre si e separadas entre si em uma largura de ponto w, em que as linhas de costura formam pontos com um comprimento de ponto s e em que a direção de grau zero do tecido não plissado é definida pelas linhas de costura e em que os fios de reforço das camadas são simetricamente arranjados com relação à direção grau zero do compósito e, com relação à direção de sua extensão, formam um ângulo a com a direção de grau zero.

[002] Os tecidos não plissados multiaxiais têm sido conhecidos no mercado por um longo tempo. Os tecidos não plissados multiaxiais são entendidos serem estruturas feitas de uma pluralidade de camadas de fibra sobrepostas, em que as camadas de fibra compreendem folhas de fios de reforço dispostos paralelos entre si. As camadas de fibra sobrepostas podem ser conectadas e presas entre si via uma pluralidade de linhas de costura ou tricotagem dispostas paralelas entre si e correndo paralelas entre si e formando pontos, de modo que o tecido não plissado multiaxial é estabilizado desta maneira. As linhas de costura ou tricotagem formam, desse modo, a direção de grau zero do tecido não plissado multiaxial.

[003] As camadas de fibra são sobrepostas, de modo que as fibras de reforço das camadas são orientadas paralelas entre si ou alternativamente transversalmente. Os ângulos são virtualmente infinitamente ajustáveis. Usualmente, entretanto, para tecidos não plissados multiaxiais ângulos de 0o, 90°, mais ou menos 25°, mais ou menos 30°, mais ou menos 45° ou mais ou menos 60° são estabelecidos e a estrutura é selecionada de modo que uma estrutura simétrica, com relação à direção grau zero, resulta. Os tecidos não plissados multiaxiais deste tipo podem ser produzidos, p. ex., por meio de teares de tricotagem de urdidura padrão ou máquinas de ligação por pontos.

[004] Os componentes compósitos de fibra produzidos utilizando-se tecidos não plissados multiaxiais são adequados em uma maneira soberba para diretamente neutralizar as forças introduzidas pelas direções de tensão do componente e, assim, assegurar elevadas tenacidades. A adaptação nos tecidos não plissados multiaxiais, com relação às densidades de fibra e ângulos de fibra, nas direções de carga presentes no componente, possibilita baixos pesos específicos.

[005] Os tecidos não plissados multiaxiais podem ser usados, devido a sua estrutura, especialmente para a manufatura de estruturas complexas. Os tecidos não plissados multiaxiais são, desse modo, colocados sem material de matriz em um molde e, p. ex., para conformação, eles são adaptados aos contornos empregando-se temperaturas aumentadas. Após esfriar, uma chamada preforma, estável, é obtida, dentro da qual o material matriz requerido para produzir o componente compósito pode subsequentemente ser introduzido via infusão ou injeção, ou também pela aplicação de vácuo. Métodos conhecidos neste caso são o chamado método de moldagem líquida (LM), ou métodos relacionados com ele, tais como moldagem de transferência de resina (RTM), moldagem de transferência de resina assistida por vácuo (VARTM), infusão de película de resina (RFI), infusão de resina líquida (LRI) ou ferramental flexível por infusão de resina (RIFT).

[006] É importante por um lado para a preforma que as fibras dentro das camadas, bem como as camadas de fibra individuais, sejam presas entre si em um suficiente grau. Por outro lado, com relação à conformação tridimensional requerida, um bom drapeamento dos tecidos não plissados multiaxiais é necessária. Finalmente, é também importante que o tecido não plissado multiaxial, conformado na preforma, possa ser facilmente penetrado pela resina matriz que é introduzida via os métodos acima listados.

[007] Os tecidos não plissados multiaxiais e sua manufatura são descritos, por exemplo, em DE 102 52 671 Cl, DE 199 13 647 B4, DE 20 2004 007 601 Ul, EP 0 361 796 Al ou US 6 890 476 B3. De acordo com DE 10 2005 033 107 B3, inicialmente esteiras individuais, feitas de fibras ou feixes de fibras unidirecionalmente dispostos, são produzidas, em que ditas fibras ou feixes de fibras são agarrados em pontos por linhas de ligação e todas as linhas de ligação envelopam e prendem somente uma fibra ou somente um feixe de fibras. Em uma segunda etapa, uma pluralidade de camadas de esteiras produzidas desta maneira são sobrepostas em diferentes ângulos entre si e conectadas entre si.

[008] A EP 1 352 118 Al descreve tecidos não plissados multiaxiais, cujas camadas das fibras de reforço são retidas juntas por meio de fios de costura fusíveis. O uso de fios fusíveis permite, de acordo com uma das formas de realização da EP 1 352 118 Al, um deslocamento das camadas entre si durante a conformação dos tecidos não plissados multiaxiais acima da temperatura de fusão das linhas de costura e estabilização da forma durante o subsequente esfriamento abaixo da temperatura de fusão, de modo que os pontos de costura funcionam como um meio de ligação in situ. A tensão nos fios de costura resulta, de acordo com as declarações da EP 1 352 118 Al, inicialmente na formação de zonas de canal no compósito, resultando em uma melhor infiltração da resina matriz. O aquecimento da estrutura composta acima da temperatura de fusão dos fios de costura resulta então em uma redução da tensão para os fios de costura e como um seu resultado em uma redução da ondulação das fibras de reforço. A proporção das linhas de costura no tecido não plissado deve, de acordo com a EP 1 352 118 Al, preferivelmente situar-se na faixa de 0,5 - 10 % em peso.

[009] Com frequência, as linhas de costura feitas de polímeros termoplásticos, tais como poliamida ou poliéster, são usados como é descrito na EP 1 057 605 Bl, por exemplo. De acordo com informação da US 6 890 476 Bl, as linhas usadas ali têm uma densidade linear de aproximadamente 70 dtex. O WO 98/10128 descreve tecidos não plissados multiaxiais feitos de diversas camadas superpostas, depositadas em um ângulo de fibras de reforço, ditas camadas sendo costuradas ou tricotadas entre si via linhas de costura. O WO 98/10128 descreve tecidos não plissados multiaxiais, em que as cadeias de pontos das linhas de costura têm um calibre de 5 fileiras por 25,4 mm de largura (= 1 polegada) por exemplo e uma largura de pontos geralmente na faixa de aproximadamente 3,2 a aproximadamente 6,4 mm (1/8 - 14 polegada). As linhas de costura usadas ali têm uma densidade linear de pelo menos aproximadamente 80 dtex. Na US 4. 857 379 Bl também, fios feitos por exemplo de poliéster foram usados para conectar os fios de reforço por meio de, p. ex., processos de tricotagem ou tecelagem, em que os fios usados ali têm uma densidade linear de 50 a 3300 dtex.

[0010] O DE 198 02 135 refere-se a tecidos não plissados multiaxiais para, p. ex., aplicações balísticas, para os quais camadas sobrepostas de linhas de urdidura e trama, dispostas paralelas entre si respectivamente são conectadas entre si pela união de linhas. Para os tecidos não plissados multiaxiais mostrados em DE 198 02 135, as linhas paralelas entre si têm uma distância entre si e os laços formados pelas linha de união enrolam em torno das linhas de urdidura ou trama, respectivamente. Para as linhas de união usadas, as densidades lineares na faixa entre 140 e 930 dtex são indicadas. Para os tecidos não plissados multiaxiais descritos no WO 2005/028724 também, diversas camadas de fios de reforço com elevada densidade linear e dispostos unidirecionalmente ou paralelos entre si, são conectados pela união de linhas que se entrelaçam entre ditos fios de reforço e correm em volta dos fios de reforço individuais. Os fios de reforço são separados entre si dentro das camadas. Como linhas de ligação, fios, por exemplo, feitos de poli vinil álcool, com uma densidade linear de 75 denier ou fios elastoméricos baseados em poliuretano com uma densidade linear de 1120 denier, são usados.

[0011] Também, esteiras de fibras colocadas aleatoriamente ou não tecidos, ou panos ou esteiras de fibra artificial, são em alguma extensão colocados entre as camadas feitas de fibras de reforço a fim de melhorar, p. ex., a impregnabilidade dos tecidos ou para melhorar, p. ex., a resistência ao impacto. Os tecidos não plissados multiaxiais tendo tais camadas intermediárias semelhantes à esteira são descritos, por exemplo, no DE 35 35 272 C2, EP 0 323 571 Al, ou US 2008/0289743 Al.

[0012] Os resultados mostram que os tecidos não plissados multiaxiais de hoje em dia podem absolutamente ter um bom drapejamento e sua impregnabilidade com resina matriz pode ser satisfatória. Um bom nível de valores característicos pode ser conseguido para componentes que são produzidos usando-se tecidos não plissados multiaxiais, com relação à resistência flexural ou resistência à tração. Entretanto, estes componentes com frequência mostram um nível insatisfatório de valores característicos com relação a tensões de compressão e tensões de impacto.

[0013] As desvantagens das tenacidades mecânicas insatisfatórias sob carga de compressão e carga de impacto têm sido suficientemente sérias até aqui que, apesar da melhor adequabilidade mencionada acima dos materiais, especialmente para componentes complexos, a longamente estabelecida tecnologia chamada prepreg é empregada e, assim, um maior gasto de tempo e despesas mais elevadas de produção são aceitas.

[0014] Portanto, há necessidade de tecidos não plissados multiaxiais, que resultam em melhoradas características de componente ou materiais, em particular sob compressão e carga de impacto.

[0015] E portanto um objetivo da presente invenção prover um tecido não plissado multiaxial, por meio do qual componentes compósitos de fibras, tendo melhoradas características sob carga de compressão ou impacto, podem ser produzidos.

[0016] O objetivo é alcançado por um tecido não plissado multiaxial, feito de pelo menos duas camadas sobrepostas de fios de reforço multifilamentar, que são dispostas dentro de camadas paralelas entre si e confinadas paralelamente, em que os fios de reforço dentro de uma camada, bem como adjacente às camadas, são conectados entre si e presos uns nos outros por linhas de costurar formando pontos prosseguindo paralelos entre si e separados entre si em uma largura de ponto w, em que as linhas de costura formam pontos com um comprimento de ponto s e a direção de grau zero do tecido não plissado é definida pelas linhas de costura, em que os fios de reforço das camadas são simetricamente dispostos com relação à direção grau zero do tecido não plissado e, com relação à direção de sua extensão, formam um ângulo oc com a direção de grau zero, dito ângulo não sendo igual a 90° ou 0o e em que o tecido não plissado multiaxial é caracterizado pelo fato de as linhas de costura terem uma densidade linear na faixa de 10 a 35 dtex.

[0017] Foi mostrado que, em particular, a estabilidade é significativamente melhorada com relação à carga de compressão se a densidade linear das linhas de costura no tecido não plissado multiaxial situar- se na faixa requerida de acordo com a presente invenção. Linhas de costura finas deste tipo não foram usadas em tecidos não plissados multiaxiais até agora. Surpreendentemente, foi mostrado que, utilizando-se linhas de costura nos tecidos não plissados multiaxiais, que têm a densidade linear requerida de acordo com a presente invenção, um aumento significativo de estabilidade dos compósitos produzidos delas é conseguido. Isto é atribuído ao fato de que a estrutura de fibra das camadas de fibra individuais é significativamente homogeneizada em comparação com tecidos não plissados multiaxiais conhecidos. Em particular, foi observado que os filamentos dos fios de reforço mostram um curso mais reto do que é o caso para os tecidos não plissados da arte anterior. Os fios de costura preferivelmente têm uma densidade linear na faixa de 10 a 30 dtex e particularmente preferível uma densidade linear na faixa de 15 a 25 dtex. O uso de fios, tendo uma baixa densidade linear, na melhor das hipóteses como linhas de tricotagem para a produção de, p. ex., tricôs para aplicações têxteis, tais como para a produção de entreforros para roupas externas, tais como jaquetas esportivas, é conhecido. Entreforros fusíveis deste tipo são descritos, p. ex., em DE 93 06 255 Ul, em que, entretanto, as linhas de tricotagem enrolam-se em torno das linhas de urdidura e trama do tecido subjacente. Isto é também aplicável ao tecido do WO 2006/055785 para sistemas de contenção de veículo motorizado (air bags), em que uma camada de fios situando-se na direção de urdidura e uma camada de fios situando-se na direção de trama são conectadas entre si por meio de fios de tricotagem tendo uma baixa densidade linear.

[0018] As camadas individuais construídas de fios de reforço multifilamentar do tecido não plissado de acordo com a presente invenção podem ser produzidas por meio de métodos padrão e aparelhos e colocados sobrepostos em ângulos definidos com relação à direção grau zero. Máquinas conhecidas deste campo são as máquinas LIBA ou as máquinas Karl Mayer. Por este meio, os fios de reforço também podem ser posicionados dentro das camadas em relação entre si, de modo que eles confinem-se, isto é, eles se situem adjacentes essencialmente sem vãos.

[0019] Entretanto, é também possível que as camadas do tecido não plissado multiaxial de acordo com a presente invenção compreendam panos tecidos unidirecionais pré-fabricados, produzidos de fios de reforço multifilamentar. Para estes tecidos unidirecionais, os fios de reforço, dispostos paralelos entre si e formando a respectiva camada, são conectados entre si por cadeias produzidas de linhas de ligação frouxas, que se estendem essencialmente transversais aos fios de reforço. Os tecidos unidirecionais deste tipo são descritos, por exemplo, na EP 0 193 479 Bl ou EP 0 672 776, a que referência explícita é feita aqui com referência a esta descrição.

[0020] Como fibras de reforço ou fios de reforço, fibras ou fios são considerados usualmente usados no campo da tecnologia de compósitos fibrosos. Preferivelmente, os fios de reforço multifilamentar usados no tecido não plissado multiaxial de acordo com a presente invenção são fibra de carbono, fibra de vidro ou fios de aramida, ou fios de polietileno UHMW de alto-grau. Particularmente preferível, estes são fios de fibra de carbono.

[0021] Os tecidos não plissados de acordo com a presente invenção são simétricos com relação a sua estrutura de camada. Isto significa que o número de camadas, nos tecidos não plissados multiaxiais, de acordo com a presente invenção, em que os fios de reforço formam um ângulo positivo a com a direção de grau zero e o número de camadas em que os fios de reforço formam um ângulo negativo complementar oc à direção de grau zero, é o mesmo. Assim, O tecido não plissado multiaxial de acordo com a presente invenção pode, por exemplo, ter uma estrutura com uma camada de +45°, uma -45°, uma + 45° e uma -45°. Usualmente, os ângulos oc para tecidos não plissados multiaxiais são encontrados na faixa de ±20° a aproximadamente ± 80°. Ângulos típicos oc são ± 25°, ± 30°, ±45° e ± 60°. Em uma forma de realização preferida do tecido não plissado de acordo com a presente invenção, o valor absoluto do ângulo oc na direção de grau zero situa-se na faixa de 15° a 75°.

[0022] A fim de também acomodar, p. ex., mais direções de tensão no último componente, o tecido não plissado multiaxial de acordo com a presente invenção compreende preferivelmente também camadas de fios de reforço multifilamentar em que os fios de reforço formam um ângulo de 0o com relação à direção de grau zero e/ou camadas em que os fios de reforço formam um ângulo de 90° com relação à direção de grau zero. Estas camadas de 0o e/ou 90° são localizadas preferivelmente entre as camadas orientadas no ângulo oc. Entretanto, por exemplo, uma estrutura tendo as seguintes direções é também possível: 90°, +30°, -30°, 0o, -30°, +30°, 90°, isto é uma estrutura em que as camadas externas são formadas de camadas de 90°.

[0023] Com relação à tenacidade referente às cargas de compressão e/ou cargas de impacto dos componentes compósitos produzidos utilizando-se os tecidos não plissados multiaxiais de acordo com a presente invenção, foi surpreendentemente determinado que um nível de tenacidade especialmente bom é conseguido se o comprimento do ponto s das linhas de costura for dependente da largura do ponto w e também do ângulo oc dos fios de reforço do tecido não plissado multiaxial de acordo com a presente invenção, satisfazendo as seguintes relações (I) e (II):

onde o multiplicador B pode assumir valores na faixa de 0,9 < B <1,1 en pode assumir valores 0,5, 1, 1,5, 2, 3 ou 4, por meio do que também para pequenos valores de w Itan oci 1/2/3 o comprimento de ponto s situa-se na faixa requerida de acordo com a equação (1). A largura de ponto w, isto é, a distância entre as linhas de costura é, desse modo, indicada em mm.

[0024] O ângulo oc, é entendido ser o ângulo na direção do grau zero, quando visto por cima, em que os fios de reforço da primeira camada do tecido não plissado multiaxial são arranjados, fios de reforço estes tendo um ângulo diferente de 90° e 0o à direção de grau zero. No caso em que os fios de reforço da camada mais no topo ou das camadas mais no topo do tecido não plissado multiaxial tenham um ângulo de 90° ou 0o à direção de grau zero, então a primeira camada arranjada embaixo desta camada ou embaixo destas camadas é considerada cujos fios de reforço têm um ângulo diferindo de 90° e 0o.

[0025] No exame da estrutura de fibra, isto é, do curso das fibras ou dos filamentos dos fios de reforço multifilamentar das camadas do tecido não plissado multiaxial, foi constatado que, satisfazendo-se as relações (I) e (II), resultou um curso muito uniforme das fibras, com uma ondulação significativamente reduzida dos fios e uma aparência significativamente reduzida de vãos entre os feixes de fio. Para esta finalidade é obviamente crítico que, ao longo do curso de um feixe de fios ou filamento de fibra, as linhas de costura perfurem o filamento de fibra em diferentes posições através da largura do filamento de fibra. Para valores usualmente estabelecidos com relação ao comprimento de ponto e largura de ponto fora das faixas definidas pelas relações (I) e (II), foi observado que a penetração das linhas de costura ao longo da extensão dos fios de reforço ocorre essencialmente entre as mesmas fibras ou filamentos ou as mesmas regiões do filamento de fibra ou do fio de reforço. Isto resulta, desse modo, em pronunciada ondulação no curso do fio e na formação de vãos entre os filamentos.

[0026] No todo, foi constatado que, quando utilizando-se as linha de costura de acordo com a presente invenção com baixa densidade linear e quando satisfazendo as relações acima citadas (I) e (II) na visão por cima das camadas dos fios de reforço, a deflexão causada pelos pontos de penetração das linhas de costura no tecido não plissado, também referida como o ângulo de ondulação, pode ser reduzida em até aproximadamente 25%. Ao mesmo tempo, as áreas de ondulação resultantes, isto é, as áreas ou regiões em que os filamentos ou linhas mostram uma deflexão, podem ser reduzidas em aproximadamente 40% e os espaços livres entre fibras, resultando em regiões com aumentada proporção de resina e reduzida tenacidade no componente, são assim significativamente reduzidos.

[0027] Ao mesmo tempo, por referência a micrografias de laminados compósitos baseados nos tecidos não plissados multiaxiais de acordo com a presente invenção, foi constatado que, utilizando-se as linhas de costura preferidas de acordo com a presente invenção com baixa densidade linear, surpreendentemente uma significativa homogeneização do curso das linhas de reforço foi conseguida na direção de observação paralela à extensão das camadas dos fios de reforço e perpendicular aos fios de reforço. Assim, empregando-se uma linhas de costura com uma densidade linear de 23 dtex, um curso essencialmente linear dos filamentos dos fios de reforço foi conseguido. Empregando-se uma linha de costura com uma densidade linear fora da faixa requerida de acordo com a invenção, já em uma densidade linear de 48 dtex, quando visto através da seção transversal citada do laminado compósito, todos os filamentos mostraram um curso conformado em onda muito irregular, com amplitudes de variação da ordem da espessura de uma camada de fios de reforço.

[0028] Aqui, o comprimento do ponto pode situar-se na faixa de 2 mm a 4 mm. Em comprimentos de ponto acima de 4 mm, uma estabilidade suficiente do tecido não plissado multiaxial de acordo com a presente invenção pode não mais ser garantida. Abaixo de 2 mm, ao contrário, um número excessivamente elevado de imperfeições aparece no tecido não plissado. Além disso, a economia da produção dos tecidos não plissados multiaxiais é grandemente reduzida.

[0029] Os fios usualmente usados para produzir tecidos não plissados de fio podem ser considerados pra uso como linhas de costura, contanto que eles tenham a densidade linear requerida de acordo com a invenção. Preferivelmente as linhas de costura são fios multifilamentares. Preferivelmente, as linhas de costura consistem de poliamida, poliaramida, poliéster, poliacrílico, poliidróxi éter, ou copolímeros destes polímeros. As linhas de costura consistem particularmente preferível de fios multifilamentares feitos de poliéster, poliamida ou polidróxi éter, ou copolímeros destes polímeros. No processo, fios de costura podem ser usados que, durante a última injeção de resina, p. ex., fundida acima da temperatura de injeção de resina, porém abaixo da temperatura de cura da resina usada. Os fios podem também derreter na temperatura de cura. Os fios de costura podem também ser do tipo que pode dissolver-se na resina de matriz, p. ex., durante a injeção ou também durante a cura da resina. As linhas de costura deste tipo são descritas, p. ex., na DE 199 25 588, EP 1 057 605 ou US 6 890 476, a que referência explícita é feita com referência a esta descrição.

[0030] É vantajoso se as linhas de costura tiverem um alongamento na ruptura de > 50% em temperatura ambiente. Devido ao alto alongamento na ruptura, um melhor drapeamento do tecido não plissado multiaxial de acordo com a presente invenção é conseguido, por cujo meio estruturas ou componentes mais complexos podem ser realizados. Dentro do contexto da presente invenção, as linhas de costura são também entendidas como linhas que não são incorporadas via costura no tecido não plissado multiaxial de acordo com a presente invenção, porém, em vez disso, via outros processos têxteis de formação de ponto ou laço, tais como em particular via processos de tricotagem. Os pontos, via os quais as linhas de costura conectam as camadas do tecido não plissado multiaxial entre si, podem ter os tipos de teceduras que são usuais para tecidos não plissados multiaxiais, tais como entrelaçamento de tricô ou tecedura de borda. Uma tecedura de borda é preferida.

[0031] Em uma forma de realização preferida do tecido não plissado multiaxial de acordo com a presente invenção, um não tecido é arranjado no topo de e/ou entre as pelo menos duas camadas de fios de reforço, isto é, as camadas de fio de reforço, e dito não tecido é conectado às camadas de fios de reforço pelas linhas de costura. Um pano têxtil feito de fibras de corte curto não direcionais ou fibras artificiais pode ser usado para o não tecido, ou uma camada colocada aleatoriamente, feita de filamentos contínuos, camada esta devendo ser ligada, p. ex., através da aplicação de temperatura e através de pressão, por meio do que os filamentos derretem-se nos pontos de contato e, assim, formam o não tecido. Uma vantagem da utilização de um não tecido entre as camadas de reforço situa-se, entre outras coisas, em um melhor drapeamento e/ou uma melhor capacidade do tecido não plissado multiaxial ser infiltrado com a resina matriz. Para este processo, o não tecido pode, por exemplo, ser um não tecido de vidro ou um não tecido feito de fibras de carbono.

[0032] Preferivelmente, o não tecido é feito de um material polimérico termoplástico. Os não tecidos deste tipo são, como já foi explicado, descritos, por exemplo, na DE 35 35 272 C2, EP 0 323 571 Al, US 2007/0202762 Al ou US 2008/0289743 Al. Com relação a uma seleção adequada de materiais poliméricos termoplásticos, o não tecido pode funcionar como um agente para aumentar a resistência ao impacto, e meios adicionais para aumentar a resistência ao impacto então não necessitam mais ser adicionados ao próprio material matriz. O não tecido deve ainda ter uma suficiente estabilidade durante a infiltração do tecido não plissado multiaxial com material matriz, porém deve fundir-se em subsequentes temperaturas de prensagem e/ou cura. Preferivelmente, portanto, o material polimérico termoplástico formando o não tecido tem uma temperatura de fusão que situa-se na faixa de 80 a 250 °C. Para aplicações em que resinas epóxi são introduzidas como materiais matriz, não tecidos feitos de poliamida provaram-se.

[0033] Desse modo é vantajoso se o não tecido compreender dois componentes poliméricos termoplásticos que têm diferentes temperaturas de fusão, isto é, um primeiro componente polimérico com uma mais baixa temperatura de fusão e um segundo componente polimérico com uma mais elevada temperatura de fusão. Desse modo, o não tecido pode consistir de uma mistura de fibras monocomponentes, com diferentes temperaturas de fusão, assim sendo um não tecido híbrido. Entretanto, o não tecido pode também consistir de fibras bicomponentes, por exemplo, de fibras de núcleo- envoltório, por meio do que o núcleo da fibra é feito de um polímero de mais elevada fusão e o envoltório é feito de um polímero de mais baixa fusão.

[0034] Durante o processamento dos tecidos não plissados multiaxiais de acordo com a presente invenção com não tecidos híbridos ou não tecidos bicomponentes deste tipo em preformas, isto é, durante a moldagem dos tecidos não plissados multiaxiais com uma adequada aplicação de calor durante a moldagem em temperaturas acima do ponto de fusão do componente não tecido de mais baixo ponto de fusão, porém abaixo do ponto de fusão do componente não tecido de mais elevada fusão, uma boa conformabilidade pode ser conseguida e, após esfriar, uma boa estabilização e fixação do tecido não plissado conformado. Similarmente a um não tecido feito de fibras bicomponentes, o não tecido pode também ser feito, p. ex., de uma camada aleatoriamente colocada de fibras feitas do segundo componente polimérico, em que o primeiro componente polimérico é aplicado às fibras do segundo componente polimérico, p. ex., por pulverização ou revestimento. O revestimento pode, por exemplo, resultar de uma impregnação com uma dispersão ou solução do primeiro componente polimérico, em que, após a impregnação, a parte líquida da dispersão, ou o solvente, é removido. É igualmente possível que um não tecido, construído de fibras feitas do segundo componente polimérico, contenha o primeiro componente polimérico na forma de finas partículas embutidas entre as fibras do segundo componente polimérico.

[0035] Em uma forma de realização preferida do tecido não plissado multiaxial de acordo com a presente invenção, o primeiro componente polimérico, com uma mais elevada temperatura de fusão, formando o não tecido, tem uma temperatura de fusão na faixa entre 140° e 250° C. E igualmente preferido que o segundo componente polimérico, com uma mais baixa temperatura de fusão, tenha uma temperatura de fusão na faixa entre 80 e135 °C.

[0036] Em outra forma de realização preferida, o não tecido é feito de um material polimérico que é pelo menos parcialmente solúvel no material matriz. Particularmente preferido é que o material polimérico seja solúvel em resinas epóxi, resinas de éster de cianato ou resinas de benzoxazina. Os não tecidos destes tipos são descritos, por exemplo, na US 2006/0252334 ou EP 1 705 269. Mais particularmente preferido é um não tecido feito de poliidróxi éter porque ele se dissolve na resina matriz e reticula com a resina matriz durante seu processo de cura, para formar uma matriz homogênea.

[0037] Em uma forma de realização igualmente preferida, o não tecido é construído de um primeiro componente polimérico termoplástico com uma mais elevada temperatura de fusão e um segundo componente polimérico termoplástico com uma mais baixa temperatura de fusão, e o segundo componente polimérico é pelo menos parcialmente solúvel no material matriz. Particularmente preferível, o segundo componente polimérico de mais baixa fusão é solúvel em resinas epóxi. Preferivelmente, este não tecido é um não tecido híbrido, isto é, um não tecido feito de uma mistura de fibras monocomponentes com diferentes temperaturas de fusão. Preferivelmente, desse modo o primeiro componente polimérico com uma mais elevada temperatura de fusão tem uma temperatura de fusão na faixa entre 140 e 250 °C. Em tais temperaturas, a parte do não tecido que consiste do primeiro componente polimérico funde-se somente acima das temperaturas que, como regra, prevalecem durante a injeção da resina matriz. Em razão de o primeiro componente polimérico assim não derreter ainda na temperatura de injeção da resina, uma boa consistência dimensional do tecido não plissado multiaxial é garantida nesta fase.

[0038] Particularmente preferível, o primeiro componente polimérico é feito de um homopolímero poliamida ou um copolímero poliamida ou uma mistura de homopolímeros poliamida e/ou copolímeros poliamida. Em particular, o homopolímero poliamida ou copolímero poliamida é um poliamida 6, poliamida 6.6, poliamida 6.12, poliamida 4.6, poliamida 11, poliamida 12 ou um copolímero baseado em poliamida 6/12.

[0039] E igualmente preferido que o segundo componente polimérico deste não tecido tenha uma temperatura de fusão na faixa entre 80 e 135 °C. Ao mesmo tempo, entretanto, como explicado, ele deve ser solúvel no material matriz. Portanto, o segundo componente polimérico é particularmente preferível um poliidróxi éter que completamente se dissolva no sistema de resina, especialmente nas resinas epóxi, resinas de éster de cianato ou resinas de benzoxazina já durante a infiltração do tecido não plissado multiaxial de acordo com a presente invenção com estas resinas matriz, isto é, por exemplo, durante o processo de infusão da resina, e então forme o sistema de resina matriz junto com a resina matriz. Ao contrário, o primeiro componente polimérico não se dissolve no sistema matriz e permanece durante e após o processo de infusão e também após a cura do sistema matriz, compreendendo sua própria fase.

[0040] Desse modo, com relação às características dos componentes compósitos produzidos usando-se os tecidos não plissados multiaxiais de acordo com a presente invenção, especialmente com relação a sua resistência ao impacto e a seu conteúdo de matriz, é vantajoso se o não tecido contiver o primeiro componente polimérico em uma proporção de 20 a 40 % em peso e o segundo componente polimérico em uma proporção de 60 a 80 % em peso. No todo, é preferível se o não tecido presente no tecido não plissado multiaxial de acordo com a presente invenção tiver uma massa por unidade de área na faixa de 5 a 25 g/m2 e, particularmente preferível, uma massa por unidade de área na faixa de 6 a 20 g/m2.

[0041] Os tecidos não plissados multiaxiais de acordo com a presente invenção são distinguidos por um bom drapejamento e por uma boa permeabilidade de resina. Além disso, eles possibilitam a produção de componentes com alta estabilidade contra carga de compressão e elevada tolerância a carga de impacto. Eles são, portanto, especialmente adequados para a produção das chamadas preformas, de que componentes compósitos de fibra mais complexos são produzidos. Portanto, a presente invenção refere-se especialmente também a preformas para a produção de componentes compósitos de fibra, que contêm os tecidos não plissados multiaxiais de acordo com a presente invenção.

[0042] A invenção será explicada mais detalhadamente com base nas seguintes figuras e exemplos, em que o escopo da invenção não é limitado pelos exemplos.

[0043] A Figura 1 mostra uma foto de um segmento de um tecido não plissado multiaxial costurado, visto por cima em uma apresentação ampliada.

[0044] A Figura 2 mostra uma representação esquemática do segmento de um tecido não plissado multiaxial costurado, mostrado na Figura 1, visto por cima (apresentação negativa).

[0045] As Figura 1 e Figura 2 mostram uma foto de um segmento de um tecido não plissado multiaxial visto por cima, em que a camada mais superior do tecido não plissado é visível. Por este meio, a Figura 2 apresenta o segmento mostrado na Figura 1 como um negativo para melhor representação, isto é, áreas que aparecem brancas na Figura 1, aparecem pretas na Figura 2 e áreas pretas da Figura 1 aparecem brancas na Figura 2. Da camada mais superior podem ser reconhecidos correndo nas figuras, da esquerda para a direita, fios de filamento de fibra de carbono 1 da esquerda para a direita, arranjados em paralelo entre si e confinando-se, fios 1 estes sendo conectados por linhas de costura 2 entre si e à camada situando-se sob eles, que não podem ser vistas nas figuras. O segmento do tecido não plissado multiaxial, representado nas Figuras 1 e 2, é girado a 45° no plano, de modo que as linhas de costura não correm na direção de 0o, porém sem dúvida em um ângulo de 45°. Isto significa que os fios de fibra de carbono, arranjados em um ângulo oci de 45° em relação às linhas de costura correm da esquerda para a direita nas Figuras 1 e 2. Devido à formação de pontos (tecedura de franja), as linhas de costura 2 penetram nos fios de filamento de fibra de carbono 1 em uma distância definida, que corresponde ao comprimento de ponto s, em que as linhas de costura 2 têm uma distância w entre si, designada como a largura de ponto.

[0046] Como resultado da penetração das linhas de costura 2 através da respectiva camada do tecido não plissado multiaxial, surgem vãos 3 entre os filamentos dos fios de fibra de carbono 1 e ocorrem deflexões de fibra, de que um ângulo de abertura δ pode ser determinado. Devido às deflexões de fibra entre os filamentos dos fios de fibra de carbono, espaços abertos surgem entre os filamentos, cuja extensão bidimensional no plano de observação dentro do contexto da presente invenção é designada como a área de ondulação A. Nestes espaços abertos haverá no subsequente componente uma proporção aumentada de resina e uma tenacidade diminuída do componente.

Exemplos 1 e 2

[0047] Um tecido não plissado multiaxial, baseado em fibras de carbono, foi produzido em um sistema multiaxial (tipo “Cut&Lay” Carbon, Karl Mayer Textilmaschinenfabrik GmbH). Para esta finalidade, camadas inicialmente individuais com uma massa por unidade de área de 134 g/m2 foram produzidas de fios de fibra de carbono (Tenax®-E IMS65 E23 24k 830tex; Toho Tenax Europe GmbH) colocados paralelos próximos entre si e em contato entre si. Duas destas camadas individuais foram sobrepostas, de modo que a camada inferior em relação à direção de produção do tecido não plissado multiaxial tinha um ângulo oc de +45° e a camada superior tinha um ângulo oc de -45°. As camadas individuais sobrepostas foram tricotadas entre si por meio de linhas de costura em uma tecedura de franja. As linhas de costura usadas no Exemplo 1 consistiram de um copoliamida e tinham uma densidade linear de 23 dtex. No Exemplo 2, as linhas de costura foram usadas feitas de poliéster com uma densidade linear de 35 dtex. O comprimento dos pontos s era de 2,6 mm e a largura dos pontos w era de 5 mm.

[0048] Para avaliar a qualidade do tecido não plissado, produzido desta maneira, fotos da superfície do tecido não plissado foram produzidas por meio de um scanner de luz refletida calibrado, com uma resolução de 720 dpi e avaliado por meio de avaliação de imagem óptica usando-se o Software Analysis Auto5 (Olympus). A avaliação foi realizada com relação às deflexões de fibra causadas pela penetração das linhas de costura, caracterizadas pelo ângulo de abertura δ, e com relação às áreas de ondulação A resultantes delas, correspondendo à apresentação esquemática mostrada na Figura 2. Os resultados obtidos são listados na Tabela 1.

Exemplos Comparativos 1 e 2

[0049] O procedimento do Exemplo 1 foi repetido. No Exemplo Comparativo 1, entretanto, fios de costura de poliéster comum a densidade linear de 48 dtex foram usados e no Exemplo de Comparação 2 fios de costura de poliéster com uma densidade linear de 75 dtex foram usados. Os resultados com relação às deflexões de fibra, causadas pela penetração das linhas de costura, caracterizadas pelo ângulo de abertura δ, e com relação às áreas de ondulação A resultantes delas são igualmente especificados na Tabela 1. Tabela 1

Exemplos 3 e 4

[0050] A fim de determinar a influência de diferentes densidades lineares de fio de costura nas características mecânicas de um laminado, tecidos não plissados (tipo 1) foram produzidos como no Exemplo 1, feitos de duas camadas individuais, orientadas a +45° e -45°, feitas de fios de fibra de carbono (Tenax®-E IMS65 E23 24k 830tex; Toho Tenax Europe GmbH), colocadas paralelas próximas entre si e confinando-se, as camadas tendo uma massa por unidade de área de 134 g/m2. Da mesma maneira, tecidos não plissados foram produzidos, cujas camadas individuais foram orientadas em - 45° e +45° (tipo 1). As camadas individuais dos tecidos não plissados do tipo 1 e tipo 2 foram costuradas (tricotadas) entre si por meio de linhas de costura com uma densidade linear de 23 dtex (Exemplo 3) ou 35 dtex (Exemplo 4), como indicado no Exemplo 1.

[0051] Uma camada de um tecido não plissado com orientação de +457- 45° (tipo 1) foi combinada com uma camada de um tecido não plissado simétrica a ela com -457+45° (tipo 2) sobrepondo-se em uma pilha de quatro camadas individuais para produzir um laminado. Este processo foi repetido e desta maneira uma pilha de um total de oito destas quatro camadas individuais sobrepostas foi construída de modo que a inteira pilha compreendesse um total de 32 camadas. Por meio deste procedimento, foi produzida uma pilha cujas camadas foram tricotadas entre si por meio de linhas de costura de 23 dtex (Exemplo 3) e uma pilha cujas camadas foram tricotadas entre si por meio de linhas de costura de 35 dtex (Exemplo 4).

[0052] As pilhas assim produzidas foram ainda processadas via um método de infusão de resina em laminados. O sistema epóxi HexFlow RTM6 da Hexcel, que cura a 180 °C, foi usado como o sistema de resina. Um laminado foi produzido com uma espessura total após infusão e cura de 4,0 mm e um teor de volume de fibra de 60 % em vol.

[0053] O laminado foi girado por 45 °C, de modo que as fibras de carbono foram orientadas em 0° e 90°. Espécimes de teste de acordo com DIN EN 6036-11 foram produzidos do laminado assim apresentado, as bordas de ditos espécimes de teste estendendo-se na direção das fibras de carbono do laminado, isto é, a orientação da fibra nos espécimes de teste foi de 9070°. A resistência à compressão para o espécime de teste assim produzido foi determinada usando-se uma máquina de teste, Zwick Z 250, de acordo com DIN EN 6036. Os resultados são resumidos na Tabela 2.

[0054] Além disso, micrografias de seções transversais perpendiculares à extensão da superfície das camadas individuais e paralelas à orientação 0° das fibras de carbono foram produzidas para os laminados. As micrografias são resumidas na Tabela 3. Ela mostra que, quando utilizando-se as linhas de costura com 23 dtex e com 35 dtex havia uma boa retidão das fibras de carbono na orientação 0o (reconhecível nas micrografias como linhas coloridas claras), isto é, as fibras de carbono não mostram ou mostram somente um pequeno desvio da linha reta.

Exemplo Comparativo 3

[0055] O procedimento do Exemplo 3 foi repetido. Entretanto, para produzir os tecidos não plissados tendo orientação de -457-45° (tipo 1) e tecidos não plissados simétricos a eles tendo -457+45° de orientação (tipo 2), as linhas de costura com uma densidade linear de 45 dtex foram usadas no Exemplo Comparativo 3. Os resultados são listados na Tabela 2. Tabela 2:

[0056] Para o laminado do Exemplo Comparativo 3, uma micrografia de uma seção transversal perpendicular à extensão de superfície das camadas individuais e paralela à orientação 0° das fibras de carbono foi produzida também. A micrografia do Exemplo Comparativo 3 é igualmente encontrada na Tabela 3. O uso de linhas de costura com 48 dtex para o laminado do Exemplo Comparativo 3 resultou em uma imagem comparativamente turbulenta: as fibras de carbono na orientação 0° (reconhecível na micrografia como linhas coloridas claras) mostram um curso ondulado distinto, isto é, em parte desvios claros de um curso de linha reta. Devido às linhas de costura mais espessas, há ondulação das fibras de carbono perpendiculares à extensão das camadas individuais. Os desvios deste tipo de um curso de linha reta das fibras de carbono poderiam ser a causa de uma diminuída resistência à compressão.

Exemplos 5 a 7

[0057] Os procedimentos do Exemplo 1 e Exemplo 3 foram repetidos, em que as linhas de costura com uma densidade linear de 23 dtex foram usadas. Embora mantendo-se uma largura w de ponto de 5 mm, o comprimento do ponto foi variado e os comprimentos de pontos foram estabelecidos a 3,3 mm (Exemplo 5), 2,5 mm (Exemplo 6) e 2,2 mm (Exemplo 7). Tablea 3:

[0058] Foi constatado que os valores obtidos para a resistência à compressão situam-se em um elevado nível total devido ao uso de linhas de costura de baixa densidade linear, com uma densidade linear de 23 dtex. Entretanto, o laminado do Exemplo 6, para o qual uma largura de ponto para a produção de tecidos não plissados foi fixada em 2,5 mm, tinha a mais baixa resistência à compressão. Aqui é observado que a largura de ponto de 5 mm corresponde exatamente ao dobra do comprimento de ponto de 2,5 mm e, assim, a largura de ponto é um múltiplo inteiro do comprimento de ponto. Isto resulta no fato de que, em uma orientação das fibras de carbono em um ângulo de +45° ou -45°, há um elevado risco de que a penetração das linhas de costura no mesmo fio de fibra de carbono ocorre ao longo de seu comprimento no mesmo local sobre sua largura. Como resultado, pode ocorrer uma divisão do fio de fibra de carbono ao longo de seu inteiro comprimento, que resulta em uma redução da distribuição de forças sob tensão de compressão na direção da orientação da fibra. Tabela 4:

Claims

1. Tecido não plissado multiaxial feito de pelo menos duas camadas sobrepostas de fios de reforço (1) multifilamentar, que são dispostos dentro de camadas paralelas entre si, confinando-se paralelamente, em que os fios de reforço (1) dentro de uma camada, bem como nas camadas adjacentes, são conectados entre si e presos por linhas de costura (2) formando pontos prosseguindo paralelos entre si e separados entre si por uma largura de ponto w, em que as linhas de costura (2) formam pontos com um comprimento de ponto s, e a direção de grau zero do tecido não plissado é definida pelas linhas de costura (2), e em que os fios de reforço (1) das camadas são simetricamente dispostos com relação à direção de grau zero do tecido não plissado e, com relação à direção de sua extensão, formam um ângulo oc com a direção de grau zero, dito ângulo não sendo igual a 90° ou 0o, e em que as linhas de costura (2) têm uma densidade linear na faixa de 10 a 35 dtex, o tecido não plissado sendo caracterizadopelo fato de que o comprimento de ponto s das linhas de costura (2) depende da largura de ponto w, bem como do ângulo oci dos fios de reforço (1), e satisfaz as relações (I) e (II): 2 mm < s < 4 mm (I) e,

(II) em que w = largura do ponto [mm], 0,9 <B< 1,1 e n = 0,5, 1, 1,5, 2, 3 ou 4, e em que o ângulo oci é entendido como o ângulo oc à direção de grau zero, quando visto por cima, em que os fios de reforço (1) da primeira camada de tecido não plissado multiaxial são dispostos, fios de reforço (1) estes tendo um ângulo diferente de 90° e 0o em relação à direção de grau zero.

2. Tecido não plissado multiaxial de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de o valor absoluto do ângulo oc em relação à direção de grau zero situar-se na faixa de 15° e 75°.

3. Tecido não plissado multiaxial de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de o tecido não plissado compreender ainda camadas de fios de reforço (1) multifilamentar, em que os fios de reforço (1) formam um ângulo de 0o com relação à direção de grau zero e/ou camadas em que os fios de reforço (1) formam um ângulo de 90° com relação à direção de grau zero.

4. Tecido não plissado multiaxial de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizadopelo fato de as linhas de costura (2) terem um alongamento na ruptura de > 50% em temperatura ambiente.

5. Tecido não plissado multiaxial de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de as linhas de costura (2) terem uma densidade linear na faixa de 10 a 30 dtex.

6. Tecido não plissado multiaxial de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizadopelo fato de as linhas de costura (2) serem fios multifilamentares feitos de poliéster, poliamida ou poliidróxi éter, ou copolímeros destes polímeros.

7. Tecido não plissado multiaxial de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizadopelo fato de os fios de reforço (1) multifilamentar serem de fibra de carbono, fibra de vidro ou fios de aramida, ou fios de polietileno UHMW de alto grau.

8. Tecido não plissado multiaxial de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizadopelo fato de um não tecido ser disposto e/ou entre pelo menos duas camadas.

9. Tecido não plissado multiaxial de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de o não tecido ter uma massa por unidade de área na faixa de 5 a 25 g/m2.

10. Tecido não plissado multiaxial de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizadopelo fato de o não tecido compreender componentes poliméricos termoplásticos com diferentes temperaturas de fusão.

11. Tecido não plissado multiaxial de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de o componente polimérico com a temperatura de fusão mais baixa ter uma temperatura de fusão na faixa entre 80° e 135 °C.

12. Tecido não plissado multiaxial de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizadopelo fato de o componente polimérico com a temperatura de fusão mais elevada ter uma temperatura de fusão na faixa entre 140° e 250 °C.