BR112012031707A2 - melhorias em materias compósitos - Google Patents
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Abstract
MELHORIAS EM MATERIAS DE COMPOSTO.
Um processo para a fabricação de um material composto curado, o processo compreendendo as etapas de misturar um resina curável líquida juntamente e um agente de cura tendo um ponto de fusão maior que 100°C para formar uma mistura líquida de resina curável e o agente de cura, impregnando pelo menos parcialmente uma disposição de fibra estrutural com a resina curável misturada e agente de cura para formar um material composto curável, seguido por cura do material composto por exposição em temperatura elevada e em uma pressão não maior que 3 bar absoluto para formar um material composto curado.
Description
“MELHORIAS EM MATERIAIS COMPÓSITOS” Campo Técnico A presente invenção se refere a melhorias na fabricação de materiais compósitos, particularmente, porém não exclusivamente, para aplicação em estruturas aeroespaciais.
Antecedentes Materiais compósitos têm vantagens bem documentadas sobre os materiais de construção tradicionais, particularmente no fornecimento de propriedades mecânicas exce- lentes em densidades materiais muito baixas. Como resultado, o uso de tais materiais está ficando crescentemente difundido e seus campos de aplicação variam de "industrial" e "es- portes” e“lazer" para componentes aeroespaciais de alto desempenho.
Pré-impregnados, compreendendo uma disposição de fibra impregnada com resina, tal como resina epóxi, são amplamente usados na geração de tais materiais compósitos. Tipicamente, várias pregas de tais pré-impregnados são “armazenadas” como desejado e o laminado resultante é curado, tipicamente por exposição a temperaturas elevadas, para pro- duzirumlaminado compósito curado.
Tais materiais compósitos curados contêm inevitavelmente algum grau de gás atra- ído ou porosidade que pode detrair da força mecânica do material. Por exemplo, bolhas de gás da etapa de fabricação da resina podem estar presentes e a impregnação de fibras po- de ser incompleta, ambas resultando na porosidade que está presente.
Para permitir a curar ocorrer, um agente de cura está incluído na resina que reage com grupos funcionais na resina para formar ligações cruzadas e fornecer a função de cura. Tais agentes de cura são tipicamente misturados com a resina curável em baixas tempera- turas para prevenir perigos térmicos e de forma que a reação prematura entre a resina e o agente de curando não ocorra. A escolha do agente de cura governa fortemente as proprie- —dadesmecânicas da resina curada.
Para aplicações aeroespaciais, materiais compósitos têm que satisfazer extrema- mente as exigências exatas em porosidade e força mecânica. Por esta razão, a cura dos compósitos aeroespaciais é quase exclusivamente realizada em uma cura em autoclave. Tal cura é realizada em alta pressão e temperatura e tende a produzir porosidades e conse- quentemente boas propriedades mecânicas. Acredita-se que a alta pressão força quaisquer gases atraídos na solução, tal que o material compósito permanece essencialmente livre de vácuo durante a cura.
Entretanto, a cura por autoclave é cara e demorada para operar. Portanto, métodos de curar materiais compósitos fora de autoclave de qualidade aeroespacial foram explora- dos.
A presente invenção aponta para mitigar ou pelo menos obviar os problemas defini- dos acima e/ou para fornecer melhorias geralmente.
Sumário da invenção De acordo com a invenção, é provido um processo, um material e um uso como de- finido em qualquer uma das reivindicações acompanhantes.
A invenção refere-se a um processo para a fabricação de um material compósito curado, o processo compreendendo as etapas de misturar juntamente uma resina curável líquida e um agente de cura que tem um ponto de fusão maior que 100ºC para formar uma mistura líquida de resina curável e o agente de cura, pelo menos parcialmente saturando uma disposição de fibra estrutural com a resina curável misturada e agente de cura para formar um material compósito curável, seguido curando-se o material compósito através de exposição à temperatura elevada e em uma pressão não maior que 3,0 bar absoluto para formar um material compósito curado.
Quando agentes de curando conhecidos para fornecer boas propriedades mecâni- cas no material curado são empregados, a porosidade inaceitável é constatada resultar. Entretanto, os inventores constataram que materiais compósitos tendo propriedades mecâ- —nicasde qualidade aeroespacial e porosidade podem ser preparados sem o uso de cura por autoclave. Isto é alcançado selecionando-se um agente de cura com um ponto de fusão alto conhecido para produzir bom desempenho mecânico e misturando-o com a resina a uma temperatura a qual resina curável é líquida e o agente de cura dissolve na resina líquida para formar uma mistura líquida homogênea.
Em uma modalidade preferida, o agente de cura tem um ponto de fusão na faixa de 70 a 220 ºC, preferivelmente 70 a 220 ºC, mais preferivelmente 90 a 200 ºC, aina mais pre- ferivelmente 100 a 180 ºC e preferivelmente 120 a 180 ºC; ou combinações das faixas su- pracitadas. O ponto de fusão é determinado por DSC (Calorimetria Diferencial de de Varre- dura) de acordo com ASTM D3418.
Em uma modalidade preferida, o tamanho de partícula do agente de cura sólido é pequeno, tipicamente na faixa de 0,01 mícron a 5 mm, mais preferivelmente de 0,1 mícron a 1 mm, mais preferivelmente de 0,5 mícron a 0,5 mm, ainda mais preferivelmente de 1 mí- cron a 0,1 mm, e preferivelmente de 10 mícrons a 0,1 mm e/ou combinações das faixas su- pracitadas. O tamanho de partícula é derivado da distribuição de tamanho de partícula como — determinado por ASTM D1921 - 06el Standard Test Methods for Particle Size (Sieve Analys- is) of Plastic Materials (Método A). Partículas menores têm a vantagem de dissolver mais rapidamente desse modo reduzindo o tempo de residência no misturador e aumentando o fluxo de resina pelo misturador. Isto por sua vez reduz o risco de uma liberação descontro- lada de energia de exotermia da mistura e atividade reduzida da resina após a mistura. Se o misturador for um extruder, isto resulta em um extruder mais curto que reduz o custo do equipamento de processo.
Seguindo a misturação em alta temperatura que resulta na dissolução do agente de cura a resina e subsequente o resfriamento da mistura, a mistura forma uma resina de refor- ço que é adequada em combinação com uma disposição de fibra para fornecer um material de moldagem. O agente de cura pode ser selecionado dentre uma ampla variedade de materiais adequados conhecidos na técnica, contanto que tenha um ponto de fusão maior que 100ºC. Maior desempenho mecânico pode ser alcançado se os agentes de cura com ponto de fu- são mais alto são selecionados, desse modo um ponto de fusão maior que 120ºC é preferi- do, mais preferivelmente o ponto de fusão é maior que 140ºC. Agentes de cura adequados, por meio de exemplo são as diaminodifenil sulfonas, por exemplo 3,3 DDS e 4,4/DDS, bis-aminofenilfluorenos, por exemplo, 9,9-bis(4- aminofenil)fluoreno, 9,9-bis(3-cloro-4-aminofenil)fluoreno, 3,4'-Oxidianilina, 4,4" diaminobenzoilanilida, 1,3'-Bis(4-aminofenoxil)benzeno, 1,4-Bis(4-aminofenóxi)benzeno, 4- Aminofenil4-aminobenzoato, Bis(4-aminofenil)tereftalato, 2,2-Bis[4-(4- aminofenóxi)fenil]propano, 2,2-Bis[4-(-aminofenóxi)fenil]hexafluoropropano, 2,5-Bis(4- aminofenóxi)bifenila, 4-4'-Bis(4-aminofenóxi)bifenila, 4,4'-Bis(3-aminofenóxi)benzofenona, Bis(3-amino-4-hidroxifenil)sulfona, 4,4' diaminodifeniléter, bis(4-(4-aminofenóxi)fenilsulfona, A maioria dos agentes de cura preferidos são as diaminodifenil sulfonas, por exem- plo, 3-3' DDS (ponto de fusão 172ºC) e 4-4' DDS (ponto de fusão 176ºC). A resina curável pode ser selecionada dentre epóxi ou isocianato, por exemplo.
Preferivelmente, a resina curável é uma resina epóxi.
Resinas epóxi adequadas podem compreender resinas epóxi monofuncionais, di- funcionais, trifuncionais e/ou tetrafuncionais.
Resinas epóxi difuncionais adequadas, por meio de exemplo, incluem aquelas com base em; diglicidil éter de bisfenol F, diglicidil éter de bisfenol A (opcionalmente bromado), fenole cresol epóxi novolacs, glicidil éteres de adutos de fenol-aldeído, glicidil éteres de dióis alifáticos, diglicidil éter de dietilenoglicol, resinas epóxi aromáticas, polyglicidil éteres alifáticos, olefinas epoxidadas, resinas bromadas, glicidil aminas aromáticas, glicidil imidinas e amidas heterocíclicas, resinas epóxi fluoradas, glicidil ésteres ou qualquer combinação dos mesmos.
Resinas epóxi trifuncionais adequadas, podem ser preferivelmente selecionadas de diglicidil éter de bisfenol F, diglicidil éter de bisfenol A, diglicidil diidróxi naftaleno, ou qual- quer combinação dos mesmos.
Resinas epóxi trifuncionais adequadas, por meio de exemplo, podem incluir aquelas com base em fenol e cresol epóxi novolacs, glicidil éteres de adutos de fenol-aldeído, resi- nas epóxiaromáticas, triglicidil éteres alifáticos, triglicidil éteres dialifáticos, poliglicidil éteres alifáticos, olefinas epoxidadas, resinas bromadas, triglicidil aminofenilas, glicidil aminas aro- máticas, glicidil imidinas e amidas heterocíclicas, glicidil éteres, resinas epóxi fluoradas, ou qualquer combinação dos mesmos.
Resinas epóxi de tetrafuncionais adequadas incluem N,N, N',N'-tetraglicidil-m- xilenodiamina (disponível comercialmente de Mitsubishi Gas Chemical Company sob o no- me Tetrad-X, e como Erisyis GA2Z40 de CVC chemicals) e NNN'N- tetraglicidilmetilenodianilina (por exemplo MY721 de Huntsman Advanced Materials).
Para que o agente de cura e a resina curável possam ser misturados juntos para formar um líquido homogêneo, a temperatura da mistura deve ser alta o suficiente para permitir a dissolução do agente de cura na resina líquida que pode estar abaixo do ponto de fusão do agente de cura. Entretanto, se a temperatura de mistura é muito alta em seguida a reação prematura entre o agente de cura e a resina curável começará.
A temperatura de mistura pode variar de uma temperatura a qual o agente de cura dissolve na resina curável até uma temperatura abaixo do ponto de fusão do agente de cura. Desse modo, tipicamente a temperatura de mistura é de 60 a 180ºC, preferivelmente de 80 a 160ºC, mais preferivelmente de 90 a 150 ºC. Ainda mais preferivelmente o agente de cura é misturado com a resina para dissolver o agente de cura em temperaturas que variam de 70 a 150 ºC, 90 a 140 ºC e preferivelmente 100 a 130 ºC.
A mistura da resina curável e do agente de cura juntamente em uma temperatura elevada aumenta a tendência deles reagirem prematuramente juntos potencialmente levan- do a um perigo de segurança térmico ou reação de exotermia de descontrole. Da mesma forma, visto que a temperatura de mistura elevada aumenta o nível de ativação da resina que permite a resina procedar para curar quando a rede de interpolímero é formada, a mis- tura eficazmente reduz a atividade da resina. Desse modo, isto é preferível se a operação de mistura em temperatura alta é realizada durante um tempo tão curto quanto possível en- quanto garantindo que uma boa mistura ocorra.
Em uma modalidade preferida, a mistura é conduzida em um processo em linha ou contínuo. Preferivelmente, apenas uma porção da resina líquida é misturada com o agente de cura em qualquer momento para controlar a temperatura da mistura e impedir a mistura de curar prematuramente. O tempo de residência durante a mistura é selecionado tal que o agente de cura sólido é dissolvido na resina curável. O tempo de residência no misturador pode variarde1sa10 minutos, preferivelmente de 30 s a 5 minutos, mais preferivelmente de 30s a 2 minutos. O tempo de residência é definido pelo fluxo da resina líquida pelo mistu- rador e as dimensões do misturador, isto é, o tempo de residência = volume do misturador / taxa de fluxo por misturador.
Seguindo a mistura, a mistura pode ser resfriada. O resfriamento pode ser conduzi- do aumentando-se a área de superfície da resina de reforço para permitir a transferência de calor rápida. A resina pode ser exposta a um meio de resfriamento tal como ar ou um refri- gerador ou resfriador. A mistura pode ser resfriada por fundição da mistura ou por impreg-
nação de uma disposição de fibra estrutural.
Em uma modalidade adicional, a resina curável líquida compreende um fortalecedor ou agente de fortalecimento.
Preferivelmente, o fortalecedor ou agente de fortalecimento é um termoplástico.
O agente de fortalimento termoplástico pode ser quaisquer dos materiais termoplásticos típicos que são usados para fortalecer as resinas aeroespaciais termocurá- veis.
Os agentes de fortalecimento podem ser polímeros que podem estar na forma de ho- mopolímeros, copolímeros, copolímeros de bloco, copolímeros de enxerto, ou terpolímeros.
Os agentes de fortalecimento thermoplásticos podem ser resina termoplástica tendo únicas ou múltiplas ligações selecionadas de ligações carbono-carbono, ligações de carbono- oxigênio, ligações de carbono-nitrogênio, ligações de silício-oxigênio, e ligações de carbono- enxofre.
Uma ou mais unidades repetidas podem estar presentes no polímero que incorpora as seguinte porções no esqueleto de polímero principal ou às cadeias lateraispendentes ao esqueleto de polímero principal: porções de amida, porções de imida, porções de éster, por- ções de éter, porções de carbonato, porções de uretano, porções de tioéter, porções de sul- fonae porções de carbonila.
Os polímeros podem ser lineares ou ramificados na estrutura.
As partículas de polímero termoplástico podem ser cristalinas ou amorfas ou parcialmente cristalinas.
Exemplos adequados de materiais termoplásticos que são usados como um agente de fortalecimento incluem poliamidas, policarbonatos, poliacetal, óxido de polifenileno, sulfe- to de polifenileno, poliarilatos, poliéteres, poliésteres, poliimidas, poliamidoimidas, poliéter imidas, polissulfonas, poliuretanos, poliéter sulfonas, poliéter etersulfonas e poliéter cetonas.
Poliéter sulfonas e poliéter etersulfona são o tipo preferido de material termoplástico.
À quantidade do agente de fortalecimento presente de agente na composição de resina não curada variará tipicamente de 5 a 30 % em peso.
Preferivelmente, a quantidade do agente defortalecimento variará de 10 % em peso a 20 % em peso.
Exemplos de agentes de fortalecimento termoplásticos comercialmente disponíveis incluem Sumikaexcel 5003P PES, que estão disponíveis de Sumitomo Chemicals Co. (Osa- ka, Japan), Ultrason E2020P SR, que está disponível de BASF (Ludwigshafen, Germany) e Solvay Radel A, que é um copolímero de etersulfona e unidades de monômero de etereter- sulfona que estão disponíveis de Solvay Engineered Polymers, Auburn Hills, USA.
Opcio- nalmente, estes copolímeros de PES ou PES-PEES podem ser usados em uma forma den- sificada.
O processo de densificação é descrito na patente US 4945154. Portanto, preferivelmente a temperatura do agente de cura misturado e resina curá- vel, antes da impregnação da fibra, é maiores que 100ºC, preferivelmente maior que 120ºC, mais preferivelmente maior que 140ºC, durante menos de 10 minutos, preferivelmente me- nos de 2 minutos, mais preferivelmente menos de 1 minuto.
Preferivelmente, a temperatura do agente de cura misturado e resina curável, antes da impregnação de fibra, é maior que 100ºC, preferivelmente maior que 120ºC, mais preferi- velmente maior que 140ºC, durante menos de 10 minutos, preferivelmente menos de 2 mi- nutos, mais preferivelmente menos de 1 minuto.
Foi constatado da mesma forma que a aplicação de um vácuo durante a mistura de resina também pode reduzir a porosidade eventual.
Os inventores constataram que o aumento da temperatura de uma grande quanti- dade de resina por uma curta duração apresenta suas próprias dificuldades. O calor é tipi- camente transferido aquecendo-se o recipiente dentro do qual a resina curável está contida, o que gera gradientes térmicos dentro do recipiente.
Foi constatado que um processo de aquecimento conveniente envolve passar a re- sina curável e o agente de cura por um conduto de perfuração limitada, de forma que o calor tenha menos distância para viajar antes da temperatura de mistura ser alcançada. Isto signi- fica que o material perto das paredes, que aquecem primeiro, não está na temperatura de mistura por muito tempo, ao mesmo tempo que o material ao centro começar a aquecer.
Desse modo, preferivelmente o processo envolve passar o agente de cura líquido e resina curável líquida por um conduto que tem um diâmetro característico de menos de 20,0 em, preferivelmente menos de 10,0 cm, mais preferivelmente menos de 5,0 cm. O diâmetro característico é admitido ser o diâmetro interno de um conduto nocional que tem um corte transversal circular que tem a mesma área de superfície como aquela do corte transversal do conduto.
Desse modo, o aquecimento das paredes do conduto a uma temperatura de de 100 a 300ºC fornece bons resultados.
Em uma modalidade preferida, o conduto compreende misturar os elementos. À mistura dos elementos pode ser estática ou dinâmica. Em um processo particularmente pre- ferido, um extrusor de rosca é empregado para fornecer o conduto e a mistura dos elemen- tos.
Uma vez a operação de mistura ocorre, em seguida é importante para resfriar a re- sina curável misturada para minimizar qualquer reação prematura indesejável e risco térmi- co.
Uma vez preparada, a resina curável misturada é em seguida impregnada em uma disposição de fibra estrutural de uma maneira conhecida na técnica. O grau de impregnação pode variar, porém para aplicações aeroespaciais é pretendido geralmente substancialmen- te completamente impregnar as fibras. Nesta modalidade substancialmente todas as fibras entram em contato com a resina curável.
Tipicamente, as fibras estruturais são planares, de forma que elas formam um pré- impregnado uma vez que impregnado. As fibras estruturais podem estar na forma de aleató- rias, trançadas, não tecidas, multiaxiais ou qualquer outro padrão adequado. Entretanto,
preferivelmente elas são substancialmente unidirecionais.
As fibras estruturais podem compreender craqueadas (isto é, rompidas por estira- mento), seletivamente fibras descontínuas ou contínuas.
As fibras estruturais podem ser feitas de uma ampla variedade de materiais, tais como carbono, grafite, vidro, aramida de polímeros metalizados e misturas dos mesmos. Fibras de carbono são preferidas.
O material compósito curável pode ser formado na forma de uma ampla variedade de estruturas, entretanto preferivelmente é formado em um componente estrutural aeroes- pacial.
Uma vez formado, o material compósito curável É curado por exposição à tempera- tura elevada. Entretanto, a pressão durante a cura não excede 3,0 bar absoluto.
O processo de cura pode ser realizado a uma pressão de menos de 2,0 bar absolu- to. Em uma modalidade particularmente preferida, a pressão é menor do que a pressão at- mosférica. O processo de cura pode ser realizado em um ou mais temperaturas na faixa de 80a200“ºC, durante um tempo suficiente para causar a cura ao grau desejado.
A cura a uma pressão perto da pressão atmosférica pode ser obtida pela denomi- nada técnica de bolsa à vácuo. Isto envolve colocar o material compósito em uma bolsa hermética e extrair o vácuo do interior da bolsa. Isto tem o efeito em que o material compósi- to sofre uma pressão de consolidação de até pressão atmosférica, dependendo do grau de vácuo aplicado.
Uma vez curado, o material compósito pode ser adequado para uso em uma apli- cação estrutural, por exemplo uma estrutura aeroespacial.
Tais materiais compósitos curados têm uma baixa porosidade de menos de 3,0% em volume de porosidade, preferivelmente menos de 2,0%, mais preferivelmente menos de 1,0% ou até mesmo menos de 0,5%.
Em uma outra modalidade, é fornecido o uso de uma resina de reforço em um dis- posição de fibra, a resina a ser preparada por mistura em linha ou contínua de uma resina curável líquida com um agente de cura a uma temperatura de 70ºC a 150ºC, preferivelmente 90ºC a 140ºC ou 90ºC a 150ºC, preferivelmente 100ºC a 140ºC (ou combinações das faixas supracitadas) para formar um material compósito curável que tem uma porosidade de me- nos de 4,0%) em volume de porosidade, preferivelmente menos de 3,0%, e mais preferivel mente menos de 2,0% depois da cura fora da autoclave. A porosidade pode variar de 0% a 5,0%, 0% a 4%, a 3%, a 2% ou a 1% ou de 0,5% a 4%, a 3%, a 2% ou a 1% e/ou qualquer combinação das porosidades supracitadas.
Fora da autoclave, a cura pode ser conduzida a temperaturas que variam de 60 ºC a 200 ºC, de 80 ºC a 180 ºC, preferivelmente de 80 ºC a 160 ºC, preferivelmente de 80 ºC a 140 ºC e/ou combinações das temperaturas supracitadas e/ou em pressões abaixo da pres-
são atmosférica.
Por cura “fora da autoclave”, nos referimos a qualquer técnica que permite curar o material compósito a uma pressão aumentada sem o uso de uma autoclave. Autoclaves geralmente compreendem uma câmara de evacuação formada por uma caixa selável de metal, em que o material compósito ou modelagem é colocado. A câmara é evacuada a uma pressão à vácuo muito baixa, enquanto a moldagem cura. Como discutido, as autoclaves são muito caras e da mesma forma limitam o tamanho da modelagem, que pode ser proces- sada devido às dimensões da câmara de evacuação. O material da presente invenção é particularmente ajustado ao processo com bolsa à vácuo, que não tem as desvantagens supracitadas de uma autoclave.
A invenção será ilustrada agora, com referência aos seguintes desenhos, nos se- guintes exemplos: A Figura 1 mostra uma imagem de um corte transversal através do laminado curado de acordo com o Exemplo comparativo 1, juntamente com sua varredura C.
A Figura 2 mostra uma imagem de um corte transversal através do laminado curado de acordo com o Exemplo 1, juntamente com sua varredura C.
A Figura 3 é uma representação esquemática da disposição de cura de bolsa à vá- cuo usada nos exemplos.
A Figura 4 é um gráfico que mostra o ciclo de cura usado nos exemplos.
Exemplos Exemplo Comparativo 1 - preparação de resina por mistura convencional.
A um misturador com lâmina em Z Winkworth foram adicionados 1405 g de MY721 (Huntsman) e 1405 g de MY0510 (Huntsman) e 845 g de pó de Polietersulfona 5003P (de Sumitomo). A temperatura foi elevada para 130ºC e misturado durante 2 horas até que a polietersulfona tenha sido dissolvida na resina. A mistura de resina foi em seguida resíriada a 80ºC antes de adicionar 1210 g de 3,3' DDS e 135 g de 4,4' DDS e misturada durante 20 minutos para aplicar o pó de DDS. A resina terminada foi em seguida usada para preparar, fita pré-impregnada unidirecional completamente impregnada de peso superficial de 145 g de acordo com as técnicas de transferência de película padrão. A fibra usada foi Hextow — IM7-12K,eoteor de resina foi 35%.
Exemplo 1 - preparação de resina extrusor misturando.
A mesma resina tal como anteriormente foi preparada introduzindo pós de DDS à resina em um extrusor de duas hélices de 25 mm de diâmetro interno, com uma temperatura de barril de 110ºC e um vácuo aplicado de -0,8 bar de pressão manomérica. Neste caso, os pósde bDbDS são dissolvidos na resina.
Exemplo 2 - preparação de laminados Os laminados unidirecionais de acordo com o exemplo 1 foram preparados de di-
mensões 400 x 400 5 mm usando 32 dobras de pré-impregnado em um armazenamento quase-isotrópico. A pilha de pré-impregnado foi removida sob vácuo a cada quatro dobras. Os laminados foram em seguida curados em um forno de acordo com um ciclo de cura con- vencional (como mostrado na figura 4) e disposição de bolsa à vácuo (como mostrado na figuras).
Os laminados de tecido foram preparados da mesma maneira, a não ser que as 12 dobras fossem usadas para produzir uma espessura de aproximadamente 4,3 mm.
Exemplo 3 - Medidas de varredura C e porosidade Os laminados curados foram examinados com C com o equipamento Olympus Om- —niscan para avaliar a qualidade dos laminados. Neste teste, uma sonda ultrassônica é usada para determinar a presença de vazios, que surgem como pontos brancos em uma imagem 2D do laminado. A partir destes dados de varredura C, amostras representativas de lamina- do foram cortadas, polidas e observadas sob um microscópio. A análise de imagem de mi- crógrafos foi usada para calcular uma porcentagem de área de vazios.
A Figura 1 mostra a imagem obtida pelo Exemplo Comparativo 1, mostrando uma porosidade de 3,24 % em vol.
A Figura 2 mostra a imagem obtida pelo Exemplo 1 de acordo com a invenção, mostrando uma porosidade de 0,17 % em vol. As modalidades alternativas da invenção serão agora brevemente introduzidas.
Em uma modalidade, é fornecido um processo para a fabricação de um material compósito curado, o processo compreendendo as etapas de misturar juntamente uma resina curável líquida e um agente de cura tendo um ponto de fusão maior que 100ºC para formar uma mistura líquida de resina curável e o agente de cura, pelo menos parcialmente impreg- nando uma disposição de fibra estrutural com a resina curável misturada e o agente de cura paraformar um material compósito curável, seguido por cura do material compósito por ex- posição à temperatura elevada e em uma pressão não maior que 3 bar absoluto para formar um material compósito curado.
Em outra modalidade, o agente de cura tem um ponto de fusão maior que 120ºC, preferivelmente o ponto de fusão é maior que 140ºC.
Em uma modalidade adicional, o agente de cura compreende uma diaminodifenil sulfona.
Em uma modalidade, a mistura é realizada em uma temperatura de 60 a 180ºC, preferivelmente de 80 a 160ºC, mais preferivelmente de 90 a 150ºC. Em uma modalidade adicional, o agente de cura misturado e resina curável, antes deimpregnação da fibra, é maior que 100ºC, preferivelmente maior que 120ºC, mais preferi- velmente maior que 140ºC, durante menos de 10 minutos, preferivelmente menos de 2 mi- nutos, mais preferivelmente menos de 1 minuto.
Em uma modalidade, um vácuo é aplicado durante a mistura de resina.
Em uma modalidade adicional, o processo compreende passar o agente de cura lí- quido e mistura de resina curável por um canal tendo um diâmetro característico menor que 20 cm, preferivelmente menor que 10 cm. As paredes do canal podem ser aquecidas em umatemperatura de 100 a 300ºC. O canal pode compreender a mistura dos elementos.
Em outra modalidade, um extrusor de hélice é empregado para fornecer o canal e os elementos de misturação.
Em uma modalidade adicional, as fibras estruturais são planares, de forma que elas formem um pré-impregando logo que impregnado.
Em outra modalidade, o material compósito curável é formado em um componente estrutural aeroespacial.
Em outra modalidade, o processo de cura é realizado em uma pressão menor que 2,0 bar absoluto, preferivelmente menor que a pressão atmosférica. A cura pode ser realiza- da pela técnica denominada bolsa à vácuo.
Em uma modalidade final, o material compósito curado tem uma porosidade menor que 3,0% em volume de porosidade, preferivelmente menor que 2,0%, mais preferivelmente menor que 1,0%, preferivelmente menor que 0,5%.
É desse modo fornecido um processo para preparar uma resina e um compósito cu- rável que permite que o compósito, quando armazenado para formar uma moldagem, seja curado usando equipamento convencional sem autoclave, embora ainda tendo uma porosi- dade reduzida na moldagem curada, o que normalmente estaria associado à cura em auto- clave dos compósitos curáveis.
Claims (17)
1. Processo para preparar uma resina de reforço, CARACTERIZADO pelo fato de que compreender as etapas de a. fornecer uma resina curável líquida b. fornecer um agente de cura como um sólido c. misturar em linha ou continuamente o referido agente de cura em pelo menos uma porção da referida resina curável líquida para dissolver o agente de cura em uma tem- peratura de 70ºC a 150ºC, preferivelmente em uma temperatura de 90ºC a 140ºC; e d. após dissolver, resfriar a mistura para formar a resina de reforço.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato da mis- tura em linha ser conduzida em um misturador durante um tempo de residência da adição do agente de cura até o agente de cura ser dissolvido, preferivelmente o tempo de residên- cia no misturador variando de 1 s a 10 minutos, preferivelmente de 30 s a 5 minutos.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato do resfriamento ser conduzido aumentando-se a área de superfície da resina de reforço expos- ta a um meio de resfriamento.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato da mistura ser resfriada por fundição da mistura ou por im- pregnação de uma disposição de fibra estrutural.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato que na etapa a) a resina curável líquida compreende um forta- lecedor.
6. Processo para a fabricação de um materia compósito curável, CARACTERIZADO pelo fato de compreender a preparação de uma resina de reforço con- forme definido em qualquer das reivindicações | a 5, em que a disposição de fibra estrutural é pelo menos parcialmente impreganda.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que o agente de cura tem um ponto de fusão maior que 100 OC.
8. Processo para a fabricação de um materiall compósito curado, CARACTERIZADO pelo fato de compreender um processo conforme definido pela reivindi- cação 6 ou 7 seguido por cura do material compósito por exposição a uma temperatura de pelo menos 60ºC e a uma pressão maior que 0,1 MPa (1 bar) sem uso de uma autoclave para formar um material compósito curado.
9. Processo para a fabricação de um material compósito curado, o processo CARACTERIZADO pelo fato de compreender as etapas de misturar uma resina curável lí- quida juntamente com um agente de cura tendo um ponto de fusão maior que 100ºC para formar uma mistura líquida de resina curável e agente de cura, impregnando pelo menos parcialmente uma disposição de fibra estrutural com a resina curável misturada e agente de cura para formar um material compósito curável, seguido por cura do material compósito por exposição à temperatura elevada e em uma pressão não maior que 0,3 MPa (3 bar) absolu- toparaformar um material compósito curado.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato da mistura ser realizada em uma temperatura de 60 a 180ºC, preferivelmente de 80 a 160ºC, mais preferivelmente de 90 a 150ºC.
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato da temperatura do agente de cura misturado e resina curável, antes da impregnação de fibra, ser maior que 100ºC, preferivelmente maior que 120ºC, mais preferivelmente maior que 140ºC, durante menos de 10 minutos, preferivelmente menos de 2 minutos, mais preferivelmente menos de 1 minuto.
12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que um vácuo é aplicado durante a mistura de resina.
13. Processo, de acordo com qualquer das reivindicações 6 a 12, CARACTERIZADO pelo fato das fibras estruturais serem planares, de forma que elas for- mem um pré-impregnado logo que impregnado.
14. Processo, de acordo com qualquer das reivindicações 6 a 13, “CARACTERIZADO pelo fato do material compósito curável ser formado em um componente estrutural aeroespacial.
15. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 14, CARACTERIZADO pelo fato do processo de cura ser realizado em uma pressão menor que 0,2 MPa (2,0 bar) absoluto, preferivelmente menor que a pressão atmosférica, ou uma pres- —sãoque excede a pressão atmosférica.
16. Material compósito curável, CARACTERIZADO pelo fato de compreender uma resina de reforço e uma disposição de fibra, a referida resina de reforço compreendendo uma mistura de uma resina curável líquida e um agente de cura sólido dissolvido na referida resina curável líquida em uma temperatura de 70ºC a 150ºC, preferivelmente a uma tempe- raturade 90ºC a 140ºC.
17. Uso de uma resina de reforço em uma disposição de fibra, a resina CARACTERIZADA pelo fato de ser preparada por mistura em linha ou contínua de uma resina curável líquida com um agente de cura em uma temperatura de 70ºC a 150ºC, prefe- rivelmente 90ºC a 140ºC, para formar um material compósito curável tendo uma porosidade menor que 2,0% em volume de porosidade, preferiveimente menor que 1,0% depois da cura fora da autoclave em temperaturas variando de 60 ºC a 200 ºC.
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