BR112012023882B1

BR112012023882B1 - Pré-impregnado, seus processos de produção e de aumento de temperatura e material compósito curado

Info

Publication number: BR112012023882B1
Application number: BR112012023882-5A
Authority: BR
Inventors: Emillie Fisset; John Ellis
Original assignee: Hexcel Composites Ltd.
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2019-11-26
Also published as: JP5813020B2; AU2011228823A1; GB2478749A; US10144153B2; AU2011228823B2; CN102802944B; ES2717612T3; RU2012144030A; RU2556658C2; US9187606B2; CA2788610C; CA2788610A1; GB201004365D0; WO2011114140A1; JP2013522412A; US20130005205A1; EP2547519A1; BR112012023882A2; CN102802944A; EP2547519B1

Abstract

processo para a fabricação de materiais compostos. a invenção refere-se a um pré-impregnado que compreende uma camada estrutural de fibras condutoras compreendendo resina termoendurecível nos interstícios, e a uma primeira camada externa de resina compreendendo resina termoendurecível, e compreendendo uma população de filamentos livres condutores localizados na interface entre a camada estrutural e a camada de resina externa que, quando curada sob temperatura elevada, produz um material composto curado que compreende uma camada estrutural de fibras condutoras curadas embaladas e uma primeira camada externa de resina curada, a camada externa de resina curada, compreendendo uma proporção da população de filamentos livres condutores nela dispersos, e para um processo para a fabricação de pré-impregnados em que as fibras eletricamente condutoras passam por um meio de destruição de fibras para fazer com que uma proporção das fibras sobre uma fase externa da folha se torne filamentos livres.

Description

“PRÉ-IMPREGNADO, SEUS PROCESSOS DE PRODUÇÃO E DE AUMENTO DE TEMPERATURA E MATERIAL COMPÓSITO CURADO”

Campo Técnico [01]A presente invenção refere-se a um processo para a fabricação de préimpregnados compreendendo fibras e matriz de resina que, quando empilhadas para formar um laminado e subsequentemente curado, formam materiais compósitos, em particular com resistência melhorada aos danos causados por relâmpagos.

Antecedentes [02]Os materiais compósitos possuem vantagens bem documentadas sobre os materiais de construção tradicionais, em especial no fornecimento de excelentes propriedades mecânicas em densidades de materiais muito baixos. Como resultado, o uso desses materiais está se tornando cada vez mais difundido e seus campos de aplicação variam de industrial e esporte e lazer a componentes aeroespaciais de alto desempenho.

[03]Os pré-impregnados, compreendendo um arranjo de fibra impregnado com resina termoendurecível, tal como resina epóxi, são amplamente utilizados na geração de tais materiais compósitos. Normalmente, um número de camadas de pré-impregnados são acumuladas conforme desejado e o laminado resultante é curado, normalmente por exposição a temperaturas elevadas, a fim de produzir um laminado compósito curado.

[04]Tais pré-impregnados são normalmente fabricados por impregnação de uma estrutura tipo folha de fibras estruturais com uma resina termoendurecível. Tais estruturas semelhantes a uma folha primeiramente precisam ser preparadas a partir de um número das chamadas estopas de fibras. Uma estopa de fibras é um feixe de filamentos, por exemplo, 12.000 filamentos, com uma seção transversal aproximadamente retangular com dimensões de cerca de um centímetro por alguns milímetros.

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2/16 [05]Um método comum de separar tais estopas para fundir e formar uma única folha de fibras estruturais é passá-las em uma sequência de barras separadoras, ou rolos. O documento EP 1172191 dá um exemplo de melhorias neste processo, eliminando a felpa que é gerada.

[06]Um material compósito (compósito) comum é constituído a partir de um laminado de uma pluralidade camadas de fibras de pré-impregnados, por exemplo, fibras de carbono, entrefolhas com camadas de resina. Embora as fibras de carbono tenham alguma condutividade elétrica, a presença das camadas entrefolhas significa que esta é apenas predominantemente exibida no compósito no plano do laminado. A condutividade elétrica na direção ortogonal à superfície do laminado, a assim chamada direção Z, é baixa.

[07]A falta de condutividade na direção z é geralmente aceita por contribuir para a vulnerabilidade de materiais compósitos laminados a riscos eletromagnéticos como relâmpagos. Um relâmpago pode causar danos aos materiais compósitos que pode ser bastante extenso, e pode ser catastrófico, se ocorrer em uma estrutura de aeronave em voo. Esse é, portanto, um problema particular para estruturas aeroespaciais feitas a partir de tais materiais compósitos.

[08]Uma grande variedade de técnicas e métodos tem sido sugerida no estado da técnica a fim de proporcionar uma proteção a relâmpago para tais materiais compósitos, normalmente envolvendo a adição de elementos condutores à custa do aumento do peso do material compósito.

[09]No documento WO 2008/056123 melhorias foram realizadas na resistência a relâmpago, através de adição de partículas condutoras ocas nas camadas intercamadas de resina de modo que elas entram em contato com as camadas de fibras adjacentes e criam uma via elétrica na direção Z. No entanto isso muitas vezes requer métodos de processamento elaborados e pode reduzir as propriedades de fadiga.

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3/16 [010]Permanece, portanto, uma necessidade na técnica de um material condutor compósito que seja leve e tenha excelentes propriedades mecânicas.

Sumário da Invenção [011]Os presentes inventores descobriram surpreendentemente que a melhoria da condutividade elétrica de um laminado curado de pré-impregnados pode ser conseguida através da manipulação das fibras estruturais antes da impregnação da resina.

[012]Assim, em um primeiro aspecto, a invenção refere-se a um pPréimpregnado que compreende uma camada estrutural de fibras condutoras compreendendo resina termoendurecível nos interstícios, e uma primeira camada externa de resina compreendendo resina termoendurecível, e compreendendo uma população de filamentos livres condutores localizados na interface entre a camada estrutural e a camada de resina externa que, quando curada sob temperatura elevada, produz um material compósito curado que compreende uma camada estrutural de fibras condutoras curadas embaladas e uma primeira camada externa de resina curada, a camada externa de resina curada, compreendendo uma proporção da população de filamentos livres condutores nela dispersos.

[013]Acredita-se que tais pré-impregnados sofram uma transformação estrutural menor por ser aquecida, mas antes de atingir temperaturas suficientes para provocar a cura da resina. À medida que a resina é aquecida, a sua viscosidade diminui e as fibras livres são livres para a migração para a camada de resina distante da interface. À medida que a temperatura aumenta mais, a resina começa a curar, fixando os filamentos livres no lugar distribuídos dentro da camada de resina.

[014]Acredita-se que as fibras livres formem os contatos elétricos entre si e liguem a camada de resina, aumentando assim a condutividade elétrica na direção Z do material curado compósito. Assim, a camada de resina pode ser tornada

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4/16 eletricamente condutora sem ter de adicionar quaisquer elementos condutores a ela durante a fabricação de pré-impregnados.

[015]Se tais dois pré-impregnados forem dispostos juntos, a primeira camada externa de resina de um pré-impregnado, e se estiverem presentes na camada externa de resina do outro pré-impregnado, a partir de uma camada de resina entrefolhas entre duas camadas de fibras eletricamente condutoras.

[016]Em uma modalidade, os filamentos condutores livres podem ser preparados separadamente e depositados sobre a superfície da camada estrutural antes da impregnação de resina. No entanto, os inventores descobriram que a manipulação de uma face externa da camada estrutural de fibras condutoras para gerar as fibras livres por destruição de uma proporção das fibras condutoras, é um método particularmente conveniente de produção.

[017]Assim, em um segundo aspecto, a invenção refere-se a um processo para a produção de um pré-impregnado, o processo compreendendo a passagem de uma folha de fibras eletricamente condutoras por um meio disruptivo de fibras para fazer com que uma proporção das fibras sobre uma face externa da folha se torne filamentos livres e subsequente impregnação com a folha de resina termoendurecível e geração de uma camada externa de resina compreendendo resina termoendurecível em contato com a face externa da folha que compreende as fibras livres.

[018]O meio disruptivo, portanto, manipula as fibras em uma face externa para se tornarem filamentos livres. O termo filamentos livres significa filamentos que não são fisicamente ou quimicamente ligados a qualquer outro organismo e são essencialmente móveis. Os filamentos livres assim formados não se aderem às outras fibras, e são livremente móveis.

[019]Como tal, os filamentos livres também terão um limite superior em seu comprimento, suficiente para manter a sua natureza livre dos filamentos.

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5/16 [020]Por exemplo, as fibras livres possuem uma distribuição de comprimentos com um comprimento médio de menos de 2,0 cm, de preferência inferior a 1,0 cm, mais preferivelmente inferior a 0,5 cm.

[021]A camada ou folha de fibras eletricamente condutoras pode ser na forma de padrão aleatório, de estrutura trançada, tecido, não tecido, multiaxial ou qualquer outro padrão adequado. No entanto, de preferência as fibras eletricamente condutoras são unidirecionais. Quando as fibras condutoras forem unidirecionais, um filamento livre pode ser gerado por uma única ruptura em uma fibra unidirecional. Essa ruptura única permite que o filamento livre migre sobre um ponto de ancoragem, para passar para a camada externa ou intercamada de resina.

[022]Os meios disruptivo podem gerar as fibras livres em um número de maneiras, dependendo de como as fibras estruturais forem dispostas, por exemplo, pontos de ruptura de aderência entre as fibras estruturais e ruptura das fibras estruturais em comprimentos mais curtos.

[023]Assim, a invenção é altamente inovadora uma vez que pode envolver a geração ativa de felpa ou fibras rompidas, o que até agora têm sido vistos como um problema a ser eliminado.

[024]Em uma modalidade preferida, as fibras condutoras são fibras unidirecionais e o meio disruptivo envolve a passagem das fibras sobre uma superfície de abrasão, provocando assim a quebra de uma proporção das fibras na face externa passando em contato com a superfície de abrasão, enquanto que as fibras que não estão em contato com a superfície de abrasão permanecem intactas.

[025]Verificou-se que a ruptura de 0,5 a 5,0% em peso das fibras em pelo menos uma localização proporciona bons resultados.

[026]Conforme discutido acima, as folhas de fibra unidirecionais são normalmente formadas a partir de uma pluralidade de estopas de fibras, que são espalhadas para fundir em conjunto, antes da impregnação com a resina. Um

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6/16 método comum de alcançar este objetivo é passar as fibras através de uma pluralidade de barras separadoras sequenciais ou rolos.

[027]Por conseguinte, é conveniente que a superfície de abrasão seja incorporada em um arranjo de barra separadora existente. Assim, em uma modalidade preferida, a superfície de abrasão é a superfície de uma barra separadora.

[028]Além disso, verificou-se que, se a barra espaçadora de superfície de abrasão estiver posicionada no final da sequência de barras espaçadoras, então outras melhorias na condutividade podem ser obtidas. Assim, preferivelmente, a barra espaçadora de superfície de abrasão é nas últimas três, de preferência nas duas últimas, e mais preferencialmente é a última barra espaçadora na sequência.

[029]A superfície de abrasão pode ser feita de qualquer material adequado, tal como metal ou cerâmica, no entanto carboneto de tungstênio é o preferido.

[030]Em uma modalidade preferida, o processo da invenção envolve a passagem da folha de fibras eletricamente condutoras para um segundo meio disruptivo de fibras para fazer com que uma proporção das fibras sobre a outra face externa da folha se torne fibras livres.

[031]Assim, pelo menos duas barras separadoras compreendem superfícies de abrasão, cada uma em contato com cada uma das faces externas da folha de fibras condutoras.

[032]Um certo número de fatores determina a taxa de ruptura de fibras que passam sobre a superfície abrasiva. Por exemplo, a velocidade relativa de movimento sobre a superfície, a rugosidade da superfície, a tensão nas fibras, a área e o tempo gasto em contato com a superfície. Também as propriedades do material das fibras será um fator, particularmente o seu tipo de dimensionamento e percentual.

[033]No entanto, verificou-se que a rugosidade da superfície abrasiva é um

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7/16 parâmetro chave e, assim, de preferência, a superfície abrasiva possui uma rugosidade Ra de pelo menos 1,5 micrômetro, mais preferivelmente pelo menos 2,5 micrômetros.

[034]Um outro fator importante é a velocidade relativa de movimento sobre a superfície. De preferência, a velocidade relativa de movimento é de 2 a 20 m/min.

[035]Assim que a folha de fibras eletricamente condutoras que compreendem fibras livres em uma ou ambas as faces externas é preparada, o estágio seguinte é a impregnação de resina.

[036]A impregnação de resina pode ser realizada em uma ampla variedade de formas, que serão conhecidas pelo técnico no assunto. Normalmente ela envolve o contato com uma face de as fibras uma primeira camada de resina, que compreende a resina termoendurecível. Isso é geralmente seguido por compressão da resina e fibras para fazer com que a impregnação ocorra.

[037]Em uma modalidade particularmente preferida, a resina é aplicada a um rolo, a folha de fibra passando sobre uma superfície do rolo e a resina se destacando do rolo para a folha de fibras. A compressão pode ser convenientemente realizada também por meio de passagem sobre os rolos, que podem ser dispostos conforme desejado.

[038]Tradicionalmente existem duas principais formas de introdução de resina para a folha de fibra de impregnação. A primeira envolve a introdução de toda a resina nas fibras em uma única etapa. A segunda parte envolve a introdução da resina, em um primeiro estágio, e o restante em um segundo estágio. Tais processos de um estágio e dois estágios têm sido amplamente utilizados. Uma vantagem do processo de dois estágios é a oportunidade de introduzir materiais diferentes em cada uma das duas composições de resina, a fim de conseguir os efeitos desejados.

[039]Por exemplo, um processo amplamente utilizado de dois estágios envolve uma primeira etapa de impregnação das fibras com resina seguida por uma

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8/16 segunda fase de contato com a resina impregnada de outra composição de resina compreendendo partículas endurecedoras termoplásticas. Esse processo produz duas camadas distintas no pré-impregnado, uma das fibras impregnadas e um de resina compreendendo as partículas termoplásticas. Assim que uma pluralidade de tais pré-impregnados é acumulada, então uma estrutura alternada de camadas é formada, a qual compreende camadas alternadas de fibras estruturais impregnadas com intercamadas de resina compreendendo partículas endurecedoras. Tal arranjo é conhecido por proporcionar boas propriedades mecânicas após a cura.

[040]As boas propriedades mecânicas são geralmente atribuídas à presença dessas chamadas intercamadas que estão livres de fibras estruturais. No entanto, conforme discutido, essas intercamadas também contribuem para a condutividade elétrica pobre através da espessura do laminado, essencialmente porque proporcionam uma separação (espaçamento) entre as camadas adjacentes de fibras condutoras.

[041]Na presente invenção, esse problema da intercamada causando condutividade elétrica baixa for superado, sem afetar o bom desempenho mecânico fornecido pela intercamada. Assim, o processo de impregnação pode ser um processo tanto de estágio único quanto de dois estágios, conforme desejado.

[042]É altamente desejável que o material particulado seja disperso dentro da camada externa ou intercamada de resina.

[043]O material particulado pode ser feito a partir de uma grande variedade de materiais, no entanto, de preferência eles fornecem uma função adicional útil tais como tenacidade ou condutividade melhoradas. Os materiais que são adequados incluem poliamida 6, poliamida 6/12, poliamida 12, revestimentos condutores em partículas formadas a partir de resinas tais como resinas fenólicas ou a partir de esferas de vidro, revestimentos, tais como a prata, partículas de carbono e / ou micropartículas e outros.

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9/16 [044]Uma vez preparados, os pré-impregnados de acordo com a invenção são normalmente acumulados para produzir um laminado curável ou pilha de prepregs (pré-impregnados). Devido à natureza flexível dos pré-impregnados, eles são capazes de assumir a forma de corpos estruturais que têm uma ampla variedade de formas e contornos.

[045]Assim, o pré-impregnado de acordo com a invenção pode incluir camadas adicionais de fibras estruturais eletricamente condutoras, normalmente separadas por camadas de resina entrefolhas. Tal pilha pode compreender de 4 a 200 camadas de fibras estruturais eletricamente condutoras com a maioria ou todas as camadas separadas por uma camada entrefolhas de resina termoendurecível curável. Os arranjos entrefolhas são revelados no EP0274899.

[046]Em tal pilha, normalmente uma pluralidade das camadas entrefolhas compreendem uma população de filamentos condutores livres. Em uma modalidade preferida, pelo menos metade das camadas entrefolhas compreende uma população de filamentos condutores livres. Pode ser até desejável que pelo menos 75% das camadas entrefolhas compreenda uma população de filamentos condutores livres ou mesmo substancialmente todas as camadas entrefolhas.

[047]Uma vez formadas, as camadas entrefolhas são normalmente muito mais finas do que as camadas de fibras estruturais. Assim, a razão da espessura total das camadas estruturais para a espessura total das camadas entrefolhas é de 10:1 a 3:1.

[048]As fibras estruturais podem compreender fibras contínuas ou descontínuas seletivamente, rachadas (isto é, quebradas por estiramento).

[049]Quando unidirecional, normalmente a orientação das fibras variará ao longo da pilha, por exemplo, por arranjo das fibras unidirecionais nas camadas vizinhas para que sejam ortogonais entre si em um arranjo chamado 0/90, significando os ângulos entre as camadas de fibras vizinhas. Outros arranjos, tais

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10/16 como 0+45/-45/90 são perfeitamente possíveis dentre muitos outros arranjos.

[050]As fibras estruturais podem ser feitas a partir de uma grande variedade de materiais, desde que eles sejam eletricamente condutores, tais como grafite, aramida de polímeros metalizados e suas misturas. As fibras de carbono são as preferidas.

[051]Da mesma forma os filamentos podem ser feitos a partir da mesma seleção de materiais. Em uma modalidade preferida, os filamentos livres são do mesmo material que as fibras estruturais.

[052]Normalmente, as fibras na camada estrutural e as fibras livres terão geralmente uma seção transversal circular ou quase circular com um diâmetro na faixa de 3 a 20 pm, de preferência de 5 a 12 pm. As fibras livres terão geralmente uma seção transversal circular ou quase circular com um diâmetro na faixa de 3 a 20 pm, de preferência de 5 a 12 pm.

[053]A resina curável pode ser selecionada a partir de epóxi, uretano, isocianato e anidrido ácido, por exemplo. De preferência, a resina curável compreende uma resina epóxi.

[054]As resinas epóxi adequadas podem compreender resinas epóxi mono funcionais, bifuncionais, trifuncionais e/ou resinas epóxi tetrafuncionais.

[055]As resinas epóxi bifuncionais adequadas, a título de exemplo, incluem aqueles com base em: éter diglicidílico de Bisfenol F, Bisfenol A (opcionalmente bromado), novolacs de epóxi fenol e cresol, éteres glicidílicos de adutos de fenolaldeído, éteres glicidílicos de dióis alifáticos, éter diglicidílico de dietileno glicol, resinas epóxi aromáticas, éteres poliglicidílicos alifáticos, olefinas epoxidadas, resinas bromadas, aminas glicidílicas aromáticas, imidinas glicidílicas heterocíclicas e amidas, resinas epóxidas fluoradas, ou qualquer combinação dos mesmos.

[056]As resinas epóxi bifuncionais podem ser de preferência selecionadas a partir de éter diglicidílico de Bisfenol F, éter diglicidílico de Bisfenol A, naftaleno

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11/16 dihidroxi diglicidílico, ou qualquer combinação desses.

[057]As resinas epóxi trifuncionais adequadas, a título de exemplo, podem incluir aquelas com base em novolacs de epóxi fenol e cresol, éteres glicidílicos de adutos de feno 1- aldeído, resinas epóxi aromáticas, éteres triglicidílicos alifáticos e éteres triglicidílicos dialifáticos, éteres poliglicidílicos alifáticos, olefinas epoxidadas, resinas bromadas, aminofenilas triglicidílicas, aminas glicidílicas aromáticas, imidinas e amidas glicidílicas heterocíclicas, resinas epóxidas fluoradas, ou qualquer combinação desses.

[058]As resinas epóxi tetrafuncionais adequadas incluem N, N, N ', N'tetraglicidil-m-xilenodiamina (disponibilizado comercialmente pela Mitsubishi Gas Chemical Company sob o nome Tetrad-X, e como Erisys GA-240 pela CYC Chemicals), ee N, N, N ', N'-tetraglicidilmetilenodianilina (por exemplo, MY721 da Huntsman Advanced Materials).

[059]Uma vez preparados, os laminados são curados por exposição à temperatura elevada, e pressão opcionalmente elevada, a fim de produzir um laminado curado.

[060]Conforme discutido acima, uma proporção dos filamentos livres migra a partir da região em sanduíche entre a camada de fibras estruturadas e da camada de resina adjacente para se tornar dispersa dentro da camada de resina em si. Isto ocorre quando o laminado é aquecido até, mas antes de a cura ocorrer, uma vez que a viscosidade da resina cai drasticamente.

[061]Uma vez na camada de resina, ou intercamada, a cura começa conforme a temperatura aumenta ainda mais. O processo de cura evita a migração adicional dos filamentos livres, que ficam bloqueados no lugar na intercamada.

[062]Assim, a intercamada torna-se condutora elétrica devido à rede de contato das fibras livres. Além disso, o bom desempenho mecânico fornecido pela intercamada não é afetado negativamente.

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12/16 [063]Verificou-se que a condutividade elétrica excelente pode ser alcançada quando a intercamada compreende de 1 a 15% em peso de filamentos livres, de preferência de 1 a 10% em peso.

[064]Os laminados curados produzidos de acordo com a invenção têm notavelmente baixa resistência elétrica, com um laminado de 3mm de espessura de doze camadas de pré-impregnados com uma resistência elétrica de menos de 3 Q, de preferência inferior a 2 Q, mais preferencialmente inferior a 1 Q sendo possível, conforme medido na direção Z de acordo com o método de teste descrito abaixo.

[065]Assim, em um terceiro aspecto, a presente invenção refere-se a um processo de aumento da temperatura de um pré-impregnado, de acordo com a presente invenção, abaixo da qual a cura ocorre, mas suficiente para reduzir a viscosidade da resina no pré-impregnado, e por uma duração suficiente para permitir que uma proporção dos filamentos livres migre para a camada externa de resina.

[066]A invenção será agora ilustrada, a título de exemplo, e com referência às figuras a seguir, nas quais:

[067]A Figura 1 é uma representação esquemática de um arranjo de barra separadora.

[068]A Figura 2 é uma representação esquemática de outro arranjo de barra separadora.

[069]A Figura 3 é uma imagem de uma seção transversal através de um laminado curado compósito de camadas de pré-impregnado de acordo com a presente invenção.

[070]As Figuras 4a a 4d são imagens de uma seção transversal através de um laminado curado compósito de camadas de pré-impregnado de acordo com a presente invenção.

[071]As Figuras 5a a 5d são imagens de uma seção transversal através de um laminado curado compósito de camadas de pré-impregnado fora do escopo da

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13/16 presente invenção.

Exemplos

Resistência de método de ensaio de laminados compósitos [072]Um painel é preparado por cura em autoclave, que é de 300mm x 300mm x 3mm de tamanho. O acúmulo do painel é 0/90. Os espécimes (normalmente 3 a 4) para o ensaio são então cortados do painel que são 36mm x 36mm. As faces quadradas dos espécimes devem ser lixadas (por exemplo, em uma máquina Linisher) para expor as fibras de carbono. Isso não é necessário se o destaque da camada for utilizado durante a cura. O lixamento em excesso deve ser evitado, por haver a penetração após a primeira camada. As faces quadradas são então revestidas com um metal eletricamente condutor, normalmente uma camada fina de ouro por meio de um sputterer (pulverizador catódico). Qualquer ouro ou metal sobre os lados das amostras devem ser removidos por lixamento antes do teste. O revestimento de metal é necessário para assegurar a resistência de baixo contato.

[073]Uma fonte de alimentação (unidade de fornecimento de energia de 30V/2A programável TTZ EL302P, Thurlby Thandar Instruments, Cambridge, UK) que é capaz de variar a tensão e a corrente é utilizada para determinar a resistência. O espécime é posto em contato com os eletrodos (tranças de cobre estanhados) da fonte de alimentação e mantido no lugar com uma braçadeira (garante que os eletrodos não se toquem ou entrem em contato com outras superfícies metálicas como essa que dará um resultado falso). Assegurar que braçadeira tenha um revestimento não condutor ou camada para impedir um caminho elétrico de uma trança para o outra. Uma corrente de um ampere é aplicada e a tensão observada. O uso da resistência da lei de Ohm pode então ser calculado (V/I). O ensaio é realizado em cada um dos espécimes de corte para indicar a faixa de valores. Para assegurar a confiança no teste cada espécime é testado duas vezes.

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Exemplo 1 [074]Uma folha contínua de fibras de carbono unidirecionais foi passada através do arranjo de rolos mostrado na figura 1.Os rolos têm uma superfície de cromo com uma rugosidade de superfície Ra muito baixa de menos de 1,0 micrômetro. Os rolos foram fixados em uma forma não rotativa.

[075]As fibras de carbono foram então impregnadas com uma formulação de resina epóxi compreendendo partículas de poliamida em uma única etapa, produzindo um pré-impregnado com uma camada de fibras de carbono impregnadas de resina e uma camada externa de resina compreendendo as partículas de poliamida.

[076]Os pré-impregnados foram então cortados no tamanho e empilhados em conjunto em um arranjo simétrico 0/90 a partir do centro, com 12 camadas. Eles foram, então, curados por aquecimento até estarem completamente curados.

[077]O laminado curado resultante foi então testado para a sua condutividade elétrica de acordo com o método acima referido.

[078]Subsequentemente, os rolos A e B marcados foram trocados por rolos de carboneto de tungstênio com superfícies rugosas de 3,0 micrômetros e 6,0 micrômetros, em uma variedade de combinações e laminados compósitos feitos e testados do mesmo modo.

[079]Os resultados são mostrados na tabela 1 abaixo.

Tabela 1.

Barra separadora A	Barra separadora B	Resistência elétrica, ohms
Lisa	Lisa	1,47
Rugosa, 6 pm	Lisa	0,87
Rugosa, 3 pm	Lisa	0,96
Rugosa, 6 pm	Rugosa, 3 pm	0,47

[080]O efeito dramático de fornecimento das barras separadoras rugosas

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15/16 sobre a resistência elétrica do laminado eventual curado pode ser claramente visto.

Exemplo 2 [081]Uma folha contínua de fibras de carbono unidirecionais foi passada através do arranjo de rolos mostrado na figura 2. Os rolos têm uma superfície de cromo com uma rugosidade de superfície Ra muito baixa de menos de 1,0 micrômetro. Os rolos foram permitidos rodar livremente.

[082]As fibras de carbono foram então impregnadas com uma formulação de resina epóxi compreendendo partículas de poliamida em uma única etapa, produzindo um Pré-impregnado com uma camada de fibras de carbono impregnadas de resina e uma camada externa de resina compreendendo as partículas de poliamida.

[083]Os pré-impregnados foram então cortados no tamanho e empilhados em conjunto em um arranjo simétrico 0/90 a partir do centro, com 12 camadas. Eles foram, então, curados por aquecimento até estarem completamente curados.

[084]O laminado curado resultante foi então testado para a sua condutividade elétrica de acordo com o método acima referido.

[085]Subsequentemente, os rolos A e B marcados foram trocados por rolos de carboneto de tungstênio com superfícies rugosas de 3,0 micrômetros e 6,0 micrômetros, em uma variedade de combinações e laminados compósitos feitos e testados do mesmo modo. Alguns dos laminados foram também testados por seu desempenho mecânico;

[086]Os resultados são mostrados na tabela 2 abaixo.

Tabela 2.

A	B	C	Resistência Elétrica ohms	ILSS (88MPa)	Tênsil Multiângulos (1240 MPa)	UTS (2980 MPa)
Lisa	Lisa	Lisa	3,8	93	1154	2676
Rugosa, 6 pm	Lisa	Lisa	1,1	106	1159	2518

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Rugosa,	Rugosa,	Lisa	1,0	-	-	-
6 pm	8 pm
Rugosa,	Rugosa,	Rugosa,	1,05	98	1173	2704
6 pm	8 pm	9 pm
Rugosa,	Lisa	Lisa	1,2	-	-	-
9 pm
Rugosa,	Rugosa,	Lisa	0,8	-	-	-
9 pm	8 pm

[087]O efeito dramático de fornecimento das barras separadoras rugosas sobre a resistência elétrica do laminado eventual curado pode ser claramente visto. Além disso, a ruptura de uma proporção das fibras estruturais não tem nenhum efeito mensurável sobre o desempenho mecânico.

[088]O laminado produzido com uma barra espaçadora A a 6 micrômetros foi seccionado e uma imagem da sua seção transversal, retirada, conforme mostrado na Figura 3. A Figura 3 mostra claramente a presença de filamentos livres na intercamada do laminado.

[089]As Figuras 4a a 4d mostram imagens adicionais de uma amostra de seções transversais, a uma variedade de escalas, de laminados produzidos com barras espaçadoras rugosas conforme mostrado na tabela 2. A presença de filamentos livres na intercamada pode ser claramente vista.

[090]As Figuras 5A a 5d mostram imagens de uma amostra de seções transversais, a uma variedade de escalas, de laminados produzidos com barras espaçadoras lisas, conforme mostrado na tabela 2. Nenhum filamento pode ser visto na região intercamadas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Pré-impregnado CARACTERIZADO pelo fato de que compreende

a. uma camada estrutural de fibras condutoras compreendendo resina termoendurecível nos interstícios, e

b. uma primeira camada externa de resina compreendendo resina termoendurecível, e

c. uma população de filamentos livres eletricamente condutores localizados na interface entre a camada estrutural e a camada de resina externa que, quando curada sob temperatura elevada, produz um material compósito curado que compreende uma camada estrutural curada de fibras condutoras embaladas e uma primeira camada externa de resina curada, a camada externa de resina curada compreendendo uma proporção da população de filamentos livres condutores nela dispersos, em que dois pré-impregnados colocados juntos, com a primeira camada externa de resina de um pré-impregnado na camada externa de resina do outro préimpregnado, formam uma camada intercalada de resina entre as duas camadas de fibras eletricamente condutoras e em que os filamentos livres formam contatos elétricos entre si e fazem ponte com a intercamada.
2. Pré-impregnado, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os filamentos livres têm uma distribuição de comprimentos com um comprimento médio de menos de 2,0 cm, de preferência de menos de 1,0 cm, mais preferivelmente de menos de 0,5 cm.
3. Pré-impregnado, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que as fibras eletricamente condutoras são unidirecionais.
4. Pré-impregnado, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que os filamentos livres são gerados pela ruptura de pontos de adesão

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2/4 entre as fibras estruturais e ruptura de fibras estruturais em comprimentos mais curtos.
5. Pré-impregnado, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que os filamentos livres são gerados por uma única ruptura em uma fibra unidirecional para formar fibras unidirecionais de ruptura única, em que a ruptura única permite que o filamento livre migre em torno de um ponto de ancoragem.
6. Pré-impregnado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o material particulado é disperso dentro da camada de resina externa ou intercamada.
7. Pré-impregnado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que os filamentos livres são do mesmo material que as fibras estruturais.
8. Material compósito curado CARACTERIZADO pelo fato de que é obtido pelo processo de cura de um pré-impregnado, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, por exposição à temperatura elevada e, opcionalmente, pressão elevada.
9. Material compósito curado, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada externa de resina compreende de 1 a 15% em peso de filamentos livres, de preferência de 1 a 10% em peso.
10. Processo de produção de um pré-impregnado, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo compreende passar uma folha de fibras eletricamente condutoras por um meio disruptivo de fibras para fazer com que uma proporção das fibras sobre uma face externa da folha se torne filamentos livres e subsequentemente impregnar a folha com resina termoendurecível e gerar uma camada externa de resina compreendendo resina termoendurecível em contato com a face externa da folha que compreende os filamentos livres.

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11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que as fibras condutoras são fibras unidirecionais e o meio disruptivo envolve passar as fibras sobre uma superfície de abrasão, provocando assim a quebra de uma proporção das fibras na face externa passando em contato com a superfície de abrasão, enquanto que as fibras que não estão em contato com a superfície de abrasão permanecem intactas.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que 0,5 a 5,0% em peso das fibras são quebradas em pelo menos um local.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície de abrasão é a superfície de uma barra separadora.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a barra separadora de superfície de abrasão está nas últimas três, de preferência nas duas últimas, e mais preferencialmente está na última barra separadora na sequência.
15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que envolve passar a folha de fibras eletricamente condutoras para um segundo meio disruptivo de fibras para fazer com que uma proporção das fibras sobre a outra face externa da folha se torne filamentos livres.
16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos duas barras separadoras compreendem superfícies de abrasão, cada uma em contato com cada uma das faces externas da folha de fibras condutoras.
17. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície abrasiva tem uma rugosidade Ra de pelo menos 1,5 micrômetros, mais preferivelmente pelo menos 2,5 micrômetros.
18. Processo de aumento de temperatura de um pré-impregnado, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de

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4/4 que é abaixo da qual a cura ocorre, mas suficiente para reduzir a viscosidade da resina no pré-impregnado, e por uma duração suficiente para permitir que uma proporção dos filamentos livres migre para a camada externa de resina.