BR112012028258B1

BR112012028258B1 - Dispositivo para fabricação de uma parte em material compósito através de moldagem de transferência de resina e método para implementação do mesmo

Info

Publication number: BR112012028258B1
Application number: BR112012028258-1A
Authority: BR
Inventors: Hervé Hurlin; Patrick Martin; Florence Castagnet; Alain D'Acunto; Marius Mihaluta; François Perrin; Louis Bettega; Jean-Pierre Cauchois; Jérome Cini; Richard Mangenot
Original assignee: Societe Lorraine De Construction Aeronautique; Arts & Metiers Paris Tech; Pole De Plasturgie De L'est; Ateliers Cini
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2020-02-18
Also published as: FR2959694B1; US20130069281A1; CA2797951A1; CN102933378A; RU2012152254A; BR112012028258A2; EP2569146B1; CN102933378B; RU2566793C2; FR2959694A1; WO2011141660A1; EP2569146A1; CA2797951C

Abstract

dispositivo para fabricação de uma parte em material compósito através de moldagem transferência de resina e método para implementação do mesmo. a presente invenção refere-se a um dispositivo para fabricação de uma parte feita de um compósito através de moldagem de injeção de resina, compreendendo um molde de fabricação destinado a receber pelo menos uma pré-forma, o molde sendo subdividido em uma matriz e um ou mais elementos estruturais móveis indexados à matriz e um ou mais elementos estruturais móveis indexados à matriz, a montagem formando uma cavidade correspondente ao formato da parte a ser fabricada, caracterizado pelo fato de que o molde é combinado com pelo menos um quadro de posicionamento, cujas expansões são estáveis ou controladas em pelo menos uma direção, o quadro de posicionamento sendo designado de modo a permitir a indexação e retenção de um ou mais elementos estruturais móveis, correspondendo a pelo menos uma singularidade, na matriz.

Description

DISPOSITIVO PARA FABRICAÇÃO DE UMA PARTE EM MATERIAL COMPÓSITO ATRAVÉS DE MOLDAGEM DE TRANSFERÊNCIA DE RESINA E MÉTODO PARA IMPLEMENTAÇÃO DO MESMO

A invenção refere-se a um dispositivo para fabricação de partes feitas de material compósito através de moldagem de transferência de resina, e também a um método para implementar o referido dispositivo.

Diversos métodos conhecidos de moldagem através de impregnação de fibra com resina podem ser usados para fabricar partes em material compósito e, em particular, métodos de moldagem usando moldes fechados.

Primeiro, o processo de Moldagem de Transferência de Resina (RTM) pode ser citado.

Com o processo de RTM, um pacote de elementos fibrosos é posicionado de maneira particular em torno de um suporte e o todo é colocada dentro de um molde fechado, cujo formato geral corresponde ao formato da parte a ser 15 fabricada.

Com o processo de RTM convencional este molde é formado a partir de um molde ou matriz fêmea mais inferior e um molde ou perfurador superior.

Uma resina é então injetada no molde e é polimerizada usando um suprimento de energia. As moléculas desta resina então começam a se ligar e a 20 formar uma rede sólida. Isto fornece uma parte rígida em material compósito formado de fibras e resina polimerizada.

O processo de moldagem através de infusão de resina também pode ser citado.

Em geral, o referido processo vincula várias etapas, entre as quais a 25 colocação de elementos de reforço fibroso em uma forma de molde.

O molde é então fechado através de uma cobertura flexível permitindo a passagem controlada de uma resina que infunde dentro dos elementos de reforço fibroso e é então polimerizada para render uma parte rígida.

A propagação da resina é obtida através de uma força de acionamento 30 criada por um vácuo em alguns pontos da cobertura, a resina adicionada ao molde se movendo em direção a estes pontos.

No processo de infusão convencional, o ferramental do molde é, portanto, formado a partir de uma cavidade mais inferior da matriz e cobertura impermeável tal como um filme como uma parte de molde superior.

Estes processos, sejam RTM padrão ou moldagem de infusão de resina, são tecnologias em que o ferramental de moldagem é complicado e designado

2/6 para um formato específico da parte destinada a ser fabricada. Isto gera altos custos de ferramental a fim de poder produzir uma ampla variedade de partes.

Em adição, este ferramental pode ter uma validade muito limitada. Será compreendido que com o ferramental de RTM padrão, a deterioração da cavidade 5 da matriz ou do molde superior, ou de ambos, implica na deterioração do ferramental, formado, assim, como um todo.

Finalmente, por conta do desenvolvimento complexo da moldagem adaptada a um tipo específico de parte em material compósito, estas tecnologias são limitadas a formatos de partes em material compósito que são moderada ou 10 raramente complexas, tendo características razoavelmente simples.

O pedido de patente FR 09/00300, ainda não publicada, provê um dispositivo permitindo uma melhoria na fabricação de partes compósitas e atendendo às desvantagens mencionadas acima.

Entretanto, algumas dificuldades permanecem para a fabricação de partes 15 em materiais compósitos usando estas técnicas de infusão.

Uma dificuldade principal é a atenção que deve ser prestada no posicionamento de regiões com singularidades tais como ao reforçar, imprensar, inserir, por exemplo, em particular para partes precisas fabricadas inter alia para aplicações aeronáuticas.

Estas singularidades em partes compósitas são posicionadas em particular para otimizar a transferência de forças dentro da parte e sua força mecânica. Sua precisão de posicionamento é, portanto, essencial.

A presente invenção estabelece superar a desvantagem previamente mencionada e, para tal propósito, consiste em um dispositivo para fabricar uma 25 parte em material compósito através de moldagem de transferência de resina que compreende um molde de fabricação em que pelo menos uma pré-forma é destinada a ser disposta, a qual é impregnada com resina durante o processo de transferência de resina, o molde sendo subdividido em uma matriz e um ou mais elementos estruturais móveis destinados a ser indexados na matriz, a montagem 30 depois de montada formando uma cavidade correspondente ao formato da parte a ser fabricada, caracterizado pelo fato de que o molde é associado com pelo menos um quadro de posicionamento com um baixo coeficiente de expansão térmica em pelo menos uma direção, ou qualquer coeficiente de expansão mas que é antecipada no quadro de posicionamento e/ou no ciclo de polimerização, ou 35 qualquer coeficiente de expansão se o quadro de posicionamento for termicamente isolado, o quadro de posicionamento sendo designado de modo a

3/6 permitir a indexação e retenção na posição de um ou mais elementos estruturais móveis, correspondendo a pelo menos uma singularidade, na matriz.

Portanto, provendo a associação de um quadro de posicionamento com um baixo coeficiente de expansão linear em uma ou mais direções, conforme 5 aplicável, e mais geralmente para deformações de expansão que são estáveis ou controladas, é possível reter em uma posição precisa todos os elementos destinados à moldagem de aspectos especiais (para reforçar, imprensar etc.) da parte compósita.

O quadro de posicionamento também pode ser formado de um material 10 cujo comportamento térmico (expansão) é suficientemente previsível para ser levado em conta, por exemplo, alumínio. Entretanto, o diferencial nos coeficientes de expansão térmica pode levar a transferências de tensão não negligenciáveis. Os riscos vinculados variam de deformação da parte, dificuldades de liberação do molde para danos à integridade do material (delaminação, micro-rachaduras da 15 resina...).

O quadro de posicionamento também pode ser feito de um material com qualquer comportamento térmico, desde que seja termicamente isolado do remanescente do ferramental. O aumento na temperatura necessária para polimerização da resina não irá induzir qualquer deslocamento de elementos do 20 quadro de posicionamento. Neste caso, a expansão da parte compósita é negligenciável, comparada às tolerâncias de posicionamento desejadas.

Com esta abordagem, é possível obter partes usando ferramental básico, em particular uma matriz de baixo custo, apenas aqueles elementos que requerem posicionamento preciso sendo feitos em materiais tecnicamente mais 25 dispendiosos, ou em materiais técnicos de baixo custo se o quadro de posicionamento for termicamente isolado.

Vantajosamente, o quadro de posicionamento tem um coeficiente de expansão térmica muito baixo nas três direções no espaço.

Preferencialmente, a retenção dos elementos estruturais na posição é 30 obtida pelo menos parcialmente por meio de pressão equipando o quadro de posicionamento, ou através de uma gradação de liberação perpendicular à parte compósita. Ainda, preferencialmente, o meio de pressão é localizado em um índice de posicionamento do elemento estrutural correspondente.

Idealmente, este mecanismo de pressão garante uma constante pressão 35 de compactação, apesar da redução em espessura da pré-forma (fibras secas).

Preferencialmente, a matriz é feita de alumínio.

4/6

Vantajosamente, o quadro de posicionamento é equipado com pelo menos uma base de indexação de suporte.

De acordo com uma variante da modalidade, a matriz é de formato planar.

Preferencialmente, os elementos estruturais desmontáveis são blocos geométricos tri-dimensionais, independentes, cujo formato e dimensões são adaptados ao formato e dimensões da parte a ser fabricada.

Vantajosamente, o dispositivo compreende pelo menos um meio de injeção de resina.

Adicionalmente, o dispositivo também pode compreender as seguintes opções:

- os elementos estruturais desmontáveis podem incluir núcleos flexíveis ou rígidos de qualquer tipo, cujo formato e dimensões são adaptados para estruturas ocas;

- os elementos estruturais são capazes de assegurar uma função de ventilação;

- o dispositivo compreende meio de injeção adaptado para alcançar impregnação simultânea ou sequencial da pré-forma com a resina injetada;

- o meio de resina é distribuído sobre a superfície do molde, de modo que promove a difusão transversal e/ou laminar da resina;

- o dispositivo compreende adicionalmente um sistema para vedar os elementos estruturais contra a resina injetada no molde de fabricação.

A presente invenção também refere-se a um método para implementação de um dispositivo para fabricar uma parte em material compósito através de moldagem de injeção de resina, de acordo com a invenção, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

- indexar um ou mais elementos estruturais móveis do molde na matriz por meio de quadro de posicionamento, de modo que a montagem, depois de montada, forme uma cavidade correspondente ao formato da parte a ser fabricada;

- aplicar uma força para reter na posição e compactar os elementos estruturais indexados por meio do referido quadro de posicionamento;

- pré-formar a parte, em particular, as fibras secas;

- moldar a parte através de injeção de resina.

Vantajosamente, a impregnação transversal é desempenhada em relação ao plano da pré-forma e/ou impregnação laminar em relação a este plano da préforma.

5/6

A invenção será melhor compreendida à luz das seguintes descrições detalhadas com referência à figura em anexo em que a Figura única é uma ilustração em seção transversal esquemática de um dispositivo de acordo com a invenção.

O princípio geral do dispositivo modular compreendendo uma matriz e elementos estruturais móveis indexados na matriz podem ser encontrados no pedido FR 09/00300.

Em substância, a fabricação de uma parte em material compósito essencialmente compreende a moldagem, por meio de um dispositivo de 10 fabricação adaptado, de um elemento compósito por injeção de resina líquida em uma armação de fibras de reforço essencialmente secas previamente préformadas de acordo com o formato do perfil da parte e pré-disposto em um molde fechado.

O referido dispositivo de moldagem 1 é esquematicamente ilustrado na .15 Figura única.

O dispositivo 1 compreende um molde 10 definindo uma cavidade de moldagem destinada a receber uma pré-forma 2 capaz de ser impregnada com resina para formar a parte no material compósito.

O molde 10 é subdividido em uma matriz de moldagem 11 na qual um ou 20 mais elementos estruturais de moldagem 12 são colocados e indexados, os quais são independentes e móveis, de modo que a montagem, depois de montada, forma uma cavidade correspondendo ao formato do perfil da parte a ser designada.

A matriz de moldagem 11 aqui, somente como um exemplo, é planar.

Os elementos estruturais 12 são capazes de ser movidos na matriz de moldagem 11 em relação ao formato das partes a serem formadas. Eles são blocos geométricos tri-dimensionais cujo formato, dimensões, espessura e posicionamento na matriz 11 são adaptados ao formato do perfil da parte a ser fabricada. Eles, portanto, prestam atenção às restrições geométricas, 30 dimensionais e espessura da parte.

Estes elementos estruturais particularmente permitem que singularidades sejam obtidas, tais como reforços 21, por exemplo, e o posicionamento dos mesmos em relação a cada parte a ser formada.

Na prática, para impregnar a pré-forma 1 com a resina, o molde 10 é 35 conectado a um recipiente de resina (não ilustrado) o mesmo colocado dentro de um meio de aquecimento (não ilustrado) tal como um forno ou qualquer outro

6/6 meio de aquecimento adequado. O recipiente é conectado ao molde 10 através de meio de injeção de resina.

Em adição, o molde 10 pode ser associado com uma cobertura destinada a fechar o molde 10 e assegurar a função de uma parte de molde equivalente.

O molde 10 também é equipado com vedações periféricas assegurando uma vedação entre a cobertura e o molde 10, a montagem formando um volume de vedação materializando o volume da parte a ser fabricada.

De acordo com a invenção e para reter os elementos estruturais 12 precisamente na posição através da fase de injeção de resina, o dispositivo 1 10 também compreende um quadro de posicionamento 30 retido no lugar por meio de uma base de indexação 31 através de uma conexão 32 entre o referido quadro 30 e a base 31.

Ainda de acordo com a invenção, este quadro de posicionamento tem um baixo coeficiente de expansão térmica no eixo da matriz 11, ou qualquer 15 coeficiente de expansão se a sua expansão for previsível e o ciclo de temperatura aplicado for adaptado ao mesmo, ou qualquer coeficiente de expansão se o quadro de posicionamento for termicamente isolado e, portanto, não expande.

O quadro de posicionamento 30 também tem meio de pressão elástica 33 (por exemplo, uma mola) capaz de aplicar pressão aos elementos estruturais 12 20 para retê-los em posição. A pressão de compactação também pode resultar do vácuo presente na parte equivalente do molde. Os elementos de posicionamento neste caso têm um grau de liberdade na direção perpendicular à parte compósita.

A operação de pré-formação e compactação das fibras secas permite uma porcentagem de volume substancial a ser obtida. Um ligante pode ser usado para 25 reter os volumes de fibras obtidas. Neste caso, um ciclo de polimerização do ligante é aplicado durante a operação de pré-formação. Este desenho de ferramental permite que as operações de pré-formação e moldagem sejam realizadas usando o mesmo ferramental.

Portanto, por meio do quadro de posicionamento, os elementos estruturais 30 12 podem ser posicionados precisamente e retidos na posição independentemente de qualquer deformação ou expansão da matriz 11.

Apesar de a invenção ter sido descrita com um exemplo particular da modalidade, não é evidentemente, de maneira alguma, limitada a ela e compreende todos os equivalentes técnicos do meio descrito e combinações do 35 mesmo, se elas estão dentro do escopo da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo (1) para fabricação de uma parte feita de material composite através de moldagem de transferência de resina, compreendendo um molde de fabricação (10) em que pelo menos uma pré-forma (2) é destinada a ser disposta da parte destinada a ser impregnada com resina durante o processo de transferência de resina, o molde sendo subdividido em uma matriz (11) e um ou mais elementos estruturais móveis (12) destinados a ser indexados à matriz, a montagem, depois de montada, formando uma cavidade correspondente ao formato da parte a ser fabricada, caracterizado pelo fato de que o molde é associado com pelo menos um quadro de posicionamento (30) tendo um coeficiente linear de expansão térmica em pelo menos uma direção, , o quadro de posicionamento sendo designado a permitir a indexação e retenção na posição de um ou mais elementos estruturais móveis, correspondendo a pelo menos uma singularidade (21), na matriz.
2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o quadro de posicionamento (30) tem um coeficiente linear de expansão térmica em três direções em espaço.
3. Dispositivo (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a retenção dos elementos estruturais (12) na posição é obtida pelo menos em parte através de meio de pressão (33) equipando o quadro de posicionamento (30), ou através de um grau de liberdade perpendicular à parte compósita.
4. Dispositivo (1), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o meio de pressão (33) está localizado a um índice de posicionamento do elemento estrutural (12) correspondente.
5. Dispositivo (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a matriz (11) é feita de alumínio.
6. Dispositivo (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o quadro de posicionamento (30) é equipado com pelo menos uma base de indexação de suporte (31).
7. Dispositivo (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a matriz (11) é de formato planar.
8. Dispositivo (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os elementos estruturais (12) desmontáveis são blocos geométricos tridimensionais, móveis, cujo formato e dimensões são adaptados ao formato e dimensões da parte a ser fabricada.

Petição 870190129579, de 06/12/2019, pág. 17/20

2/2
9. Dispositivo (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um meio de injeção de resina.
10. Método para implementação de um dispositivo (1) para a fabricação de

5 uma parte em material compósito através de moldagem de injeção de resina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

- indexar um ou mais elementos estruturais (12) móveis do molde na matriz (11) do molde por meio de quadro de posicionamento (30) de modo que a

10 montagem, depois de montada, forme uma cavidade correspondente ao formato da parte a ser fabricada;

- aplicar uma força para reter na posição e compactar os elementos estruturais indexados por meio do referido quadro de posicionamento;

- pré-formar a parte;
15 - moldar a parte através de injeção de resina.