BR112013017524B1 - pré-forma reforçada, estruturas de compósito e método de formação de estrutura de compósito reforçada - Google Patents

Abstract

PRÉ-FORMA REFORÇADA, ESTRUTURAS DE COMPÓSITO E MÉTODO DE FORMAÇÃO DE ESTRUTURA DE COMPÓSITO REFORÇADA Pré-formas (20,30,40,50) incluindo nós reforçados por fibra (29,39,49,59) para uso nas estruturas de compósito reforçadas por fibra e métodos para a preparação de estruturas de compósito reforçadas por fibra. Pré-formas com elementos de pano tecido se estendendo radialmente de um nó comum incluem pelo menos um fibra de reforço entrelaçada entre pelo menos dois elementos e passando através do nó. Um método de montagem das estruturas de pré-forma (60,62) usando as pré-formas para fornecer uma estrutura com nós reforçados.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a estruturas reforçadas por fibra. Mais especificamente, a presente invenção refere-se a pré-formas reforçadas por fibra com componentes planares que se cruzam ao longo de uma borda de pelo menos um dos componentes. Ainda mais especificamente, a presente invenção refere-se a método para a fabricação de pré-formas tecidas tendo nós ou juntas e estruturas reforçados por fibra fabricados de tal método. O método pode ser usado na fabricação de pré-formas para a produção de estruturas semelhantes a grade.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As estruturas de compósito reforçadas por fibra geralmente requerem que dois ou mais elementos sejam unidos ao longo de uma borda de pelo menos um dos elementos para formar uma junta, ou nó. Por exemplo, uma estrutura pode ter elementos planares tecidos reforçados por fibra dispostos em ângulos de interseção tal que os elementos se cruzem ao longo de uma borda de pelo menos um dos elementos. Uma estrutura pode incluir elementos não tecidos planares, por exemplo, placas ou folhas de metal, ou painéis de cerâmica ou painéis de outra composição, que se cruzam ao longo de pelo menos uma borda.

[003] A junção dos elementos de interseção pode ser útil na produção de coberturas ou painéis de compósito ou estruturas semelhantes à grade com vigas de reforço. Em tai casos, pode ser necessário ou desejável fornecer uma junção entre os elementos ao longo da linha de interseção. Um método para obter tal junção é formar um segundo elemento a ser unido a um primeiro elemento mais longo do que o necessário. O material em excesso do segundo elemento é dobrado em paralelo e colocado adjacente ao primeiro elemento tal que uma parte do segundo elemento se sobreponha a uma porção do primeiro elemento para formar uma única junção sobreposta com as partes de sobreposição. As partes de sobreposição podem ser fixadas a cada outra por meios mecânicos, tal como rebites ou fixadores com rosca, ou meios químicos, tais como adesivos ou resinas como conhecidos na técnica. Muitas aplicações típicas dependem de adesivos ou resinas para fixar os elementos juntos.

[004] Em alguns casos, o segundo elemento assume uma forma de L geral com uma perna do L (a perna vertical ou horizontal) paralela e adjacente ao primeiro elemento. Na formação de uma estrutura semelhante à grade, uma série de primeiro e segundo elementos de interseção pode ser formada como descrito acima para formar a estrutura semelhante à grade desejada. Em algumas estruturas semelhantes à grade, os primeiros elementos podem estar dispostos em fileiras paralelas com os segundos elementos de interseção dispostos como requerido. Entre os primeiros elementos adjacentes, os segundos elementos podem tomar uma forma C geral com segmentos de base e topo paralelos e aproximadamente lineares, e um segmento do meio entre, e mutualmente perpendicular aos segmentos da base e topo. Um resultado similar pode ser obtido com um segundo elemento em uma forma Z geral com segmentos de base e topo aproximadamente lineares paralelos a cada outro e perpendiculares a um segmento do meio geralmente linear. Em alguns casos, o segmento do meio pode não ser perpendicular aos segmentos de base e topo. Em qualquer forma, os segmentos de base e topo do segundo elemento podem ser fixados aos primeiros elementos adjacentes formando uma estrutura semelhante à grade.

[005] De acordo com métodos conhecidos, o nó ou junção entre o primeiro e segundo elementos é formado por uma junta de cisalhamento sobreposta única paralela aos primeiros elementos. A junta de cisalhamento sobreposta única fornece a integridade estrutural do nó com a resistência do nó dependendo dos meios usados para juntar o primeiro e segundo elementos. As cargas transferidas de um elemento para outro através do nó necessariamente passa através da junção entre os elementos.

[006] Uma desvantagem associada aos nós formados por juntas de cisalhamento sobrepostas únicas é que a resistência da junção é determinada pela resistência da junta sobreposta entre as partes sobrepostas. Porque os elementos permanecem estruturalmente separados, as tensões aplicadas, ou transferidas para as interseções são tipicamente realizadas pelo adesivo sozinho. A resistência da junção, portanto, depende da resistência do adesivo, que na maioria dos casos é menor do que a resistência dos elementos reforçados por fibra. A diferença na resistência pode ser significante. As junções que dependem do adesivo apenas são geralmente o ponto fraco na estrutura.

[007] Além das resistências fracas nos nós, os presentes métodos para fabricação de uma estrutura semelhante à grade requerem significante labor manual na colocação de peças individuais de pano tecido em um molde, e as partes envolvidas do molde com o pano para formar a parte de célula aberta da grade.

[008] O documento US 2009/247034 refere-se a pré-formas tecidas e, particularmente, refere-se a pré-formas tecidas usadas em um material compósito reforçado, que pode ser tecido plano e dobrado em sua forma final sem produzir laços indesejáveis na pré-forma.

[009] O documento US 2002/0192450 refere-se à tecelagem de préformas e, particularmente, refere-se à tecelagem de pré-formas usadas na ligação de componentes em juntas estruturais.

[0010] O documento WO0216784 refere-se a um membro estrutural aperfeiçoado e, em particular, a um feixe estrutural aperfeiçoado, feito pela junção de materiais diferentes.

[0011] O documento US 5,026,595 descreve um preenchedor de lacuna de tecido para uso na colocação de unidades estruturais de plástico compósito.

[0012] O documento US 2007/120288 descreve ferramentas compósitas e, em particular, a um sistema, método e aparelho aprimorado para a fabricação de ferramentas compósitas aprimoradas e de baixo custo de peças compósitas.

[0013] O documento US 2004/045469 descreve um material tipo colmeia perolado e a um processo e aparelho para fabricar material tipo colmeia perolado.

[0014] A presente invenção atende às deficiências das técnicas anteriores fornecendo-se uma pré-forma compreendendo um nó reforçado e um método de fabricação de uma estrutura de compósito com uma junta ou nó reforçado entre os elementos usando a pré-forma reivindicada. A invenção também fornece um método de fabricação de estrutura semelhante às grades com nós reforçados que é tanto menos intensivamente laborioso quanto dispendioso do que os métodos anteriores.

[0015] A citação ou identificação de qualquer documento neste pedido não é uma admissão que tal documento está disponível como técnica anterior à presente invenção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0016] De acordo com os aspectos desta invenção, uma pré-forma tecida é apresentada compreendendo múltiplas pernas entrelaçadas através de uma linha comum de interseção, a linha de interseção formando uma junta ou nó reforçado. (Para propósitos desta descrição, “nó” e “junta” são usadas alternadamente a menos que o contexto indique de outro modo). As pernas podem ser geralmente tecidas e dispostas substancialmente radialmente ao redor, e direcionadas para fora do nó. A pré-forma pode incluir uma pré-forma de fibra seca que é unida com outras pré-formas secas e convertida em uma estrutura de compósito usando técnicas conhecidas, tal como moldagem por transferência de resina. A pré-forma pode também incluir pano pré-impregnado que pode ser unido com outro pano ou panos e curado para formar uma estrutura de compósito. A pré-forma pode também incluir um elemento de compósito curado que pode ser ligado a outros elementos de compósito para formar uma estrutura de compósito.

[0017] De acordo com as modalidades desta invenção, um nó reforçado incluindo uma ou mais fibras entrelaçadas entre duas ou mais pernas e tecidas através do nó ou junta, é formado. As pré-formas podem ser úteis na fabricação, entre outras coisas, de estrutura semelhante às grades que podem, por exemplo, ser usadas como palhetas de reversor de empuxo, ou cascatas, como pode ser encontrado nas turbinas de gás usadas nas indústrias aeroespaciais. As pré-formas também podem ser úteis na fabricação de camadas ou painéis de compósito reforçados. Outras aplicações seriam óbvias para alguém de experiência na técnica.

[0018] De acordo com uma modalidade exemplar da invenção, uma préforma tecida compreendendo uma pluralidade de pernas entrelaçadas por uma linha comum de interseção formando um nó ou junta reforçada, é fornecida. As pré-formas tecidas de acordo com este exemplo não limitativo podem ser unidas com outras préformas similares para formar uma estrutura semelhante à grade com juntas ou nós reforçados. Ao colocar uma parte de uma ou mais pernas de uma primeira pré-forma paralela e adjacente em contato limítrofe com uma parte de uma ou mais pernas de uma segunda pré-forma similar, e repetindo o padrão, uma estrutura semelhante à grade pode ser formada com fibras de reforço funcionando através do nó e pernas de pré-formas adjacentes unidas.

[0019] De acordo com algumas modalidades, pelo menos uma das pernas pode ser de espessura uniforme ao longo se seu comprimento a partir do nó comum à extremidade livre de cada perna. Em outras modalidades, pelo menos um lado de pelo menos uma perna pode ser afunilada ao longo de seu comprimento do nó comum à ponta ou extremidade livre da perna. Em ainda outras modalidades, ambos os lados de pelo menos uma perna podem ser afunilados ao longo do comprimento da perna do nó comum à ponta ou extremidade livre da perna.

[0020] Em um exemplo não limitativo, um tear convencional pode ser usado para produzir uma primeira pré-forma alongada tendo quatro pernas ou elementos geralmente trançados dispostos em uma forma cruciforme quando visualizada perpendicular ao comprimento (isto é, ao longo do eixo longitudinal). Uma segunda pré-forma similarmente dimensionada e moldada pode ser produzida separadamente ou cortada da primeira pré-forma. As duas pré-formas podem ser dispostas com os eixos longitudinais geralmente paralelos e orientados tais que uma perna ou elemento da primeira pré-forma seja paralela a uma perna ou elemento da segunda pré-forma e os elementos paralelos estejam pelo menos parcialmente sobrepostos e limitados. Em tal disposição, as duas pré-formas cruciformes são configuradas tais que quatro elementos sejam paralelos e geralmente coplanares. Esses podem ser representados, por exemplo, como os elementos horizontais das duas pré-formas cruciformes.

[0021] Os outros dois elementos de cada pré-forma são perpendicular aos elementos coplanares, paralelos a cada outro e espaçados entre si. Neste exemplo, esses seriam representados por quatro elementos verticais.

[0022] Juntas, as duas pré-formas cruciformes compreendem uma primeira sub-montagem da estrutura de compósito.

[0023] Uma segunda sub-montagem, similarmente dimensionada, moldada, e configurada, pode estar posicionada tal que dois dos elementos verticais da segunda sub-montagem pelo menos parcialmente se sobreponham e limitem dois elementos verticais da primeira submontagem. Desse modo colocadas juntas, quatro pré-formas cruciformes formam uma célula completa (centro) de uma grade de 3 x 3. Neste exemplo, a grade pode assemelhar-se a uma grade de jogo-da-velha. As células da grade do perímetro são incompletamente fechadas, com as células do canto tendo dois lados no local e as quatro células internas tendo três lados no local. A partir desta configuração básica, as pré-formas cruciformes adicionais podem ser adicionadas para fechar pelo menos algumas das células parcialmente formadas para aumentar o tamanho da grade como desejado.

[0024] A grade da pré-forma pode ser subsequentemente processada em uma estrutura de compósito através dos métodos conhecidos dependendo da composição da pré-forma. Por exemplo, se a pré-forma é compreendida de fibras secas, um processo tal como moldagem por transferência de resina pode ser usado para introduzir uma resina à pré-forma e curado para formar uma estrutura de compósito. Uma pré-forma compreendida de componentes pré-impregnados pode ser co-curada sob condições apropriadas para ligar as pré-formas para formar uma estrutura de compósito. Uma grade montada a partir dos componentes de compósito completamente curado pode ser formado em uma estrutura de compósito fornecendose um material de ligação apropriado às partes sobrepostas dos elementos e curando o material de ligação. Outros métodos conhecidos de construção de estrutura de compósito podem ser usados dependendo da composição de pré-forma, requerimentos da estrutura de compósito, ou outras questões.

[0025] De acordo com outros exemplos não limitativos, uma primeira préforma alongada tendo menos do que quatro elementos, por exemplo, três elementos, ou mais do que quatro elementos, por exemplo, cinco elementos, pode ser formada. Em alguns casos, um tear convencional pode ser usado para produzir o pano tecido para as pré-formas. Em algumas modalidades, as pré-formas, quando visualizadas em um perfil perpendicular ao comprimento, teriam um nó comum, centralmente localizada do qual cada dos elementos se estende radialmente.

[0026] As pré-formas podem ser lineares na dimensão do comprimento ou podem ser curvilíneas. As pré-formas lineares produziriam um nó linear, ao mesmo tempo em que uma pré-forma curvilínea produziria um nó com uma curvatura em uma ou mais direções quando visualizada ao longo da interseção. Qualquer forma da préforma pode ser montada para formar uma estrutura semelhante à grade usando processos similares.

[0027] Outra modalidade exemplificativa da presente invenção está voltada a uma pré-forma reforçada compreendendo pernas entrelaçadas dispostas em pares tendo uma linha comum de interseção e reforço geralmente tecido, formando um nó reforçado. Os múltiplos pares de perna podem ser tecidos tal que as fibras de reforço sejam tecidas entre as pernas individuais em um par bem como entre uma ou mais pernas ou pares de pernas adicionais. O nó é formado entre os pares e perna entrelaçados na linha comum de interseção e inclui fibras de reforço entrelaçadas entre as pernas.

[0028] Os pares de perna podem ser substancialmente planares e paralelos, afastados um do outro formando uma lacuna, e configurados para aceitar um elemento planar na lacuna formada entre as pernas. Para propósitos desta descrição, um “elemento” pode ser um pano tecido ou estrutura de pano tecido que é combinado com outros componentes de pano tecido, elementos, ou pré-formas, através de processos conhecidos, para forma uma estrutura de compósito, ou estruturas não tecidas tais como folhas ou placas metálicas, ou painéis, tais como painéis de cerâmica, ou painéis de outro material. Se tecidos, os “elementos” podem ser panos ou pré-formas de fibra seca, panos ou pré-formas pré-impregnados, elementos de compósito curados, ou de outras composições conhecidas dependendo do uso particular e estágio no processo de fabricação.

[0029] Por exemplo, uma pré-forma tendo seis pernas dispostas em três pares de pernas adjacentes pode aceitar três elementos planares, um entre cada par de pernas. Neste exemplo não limitativo, a pré-forma fornece os três elementos planares cruzando em uma junta, ou nó, com reforço de fibra através do nó. Similarmente, oito pernas dispostas em quatro pares de pernas poderiam aceitar quatro elementos. Os pares de perna podem ser espaçados equidistantes ao redor do nó ou podem ser desigualmente espaçados quando requerido.

[0030] De um modo similar, os pares de perna podem ser substancialmente não planares com superfícies opostas localmente paralelas, afastados um do outro formando uma lacuna e configurados para aceitar um elemento não planar similarmente moldado na lacuna formada entre as pernas. Pelo menos as superfícies opostas internas das duas pernas em um par têm contornos geralmente combinados, porém, opostos. Isto é, se a superfície oposta interna de uma primeira perna é côncava em um ponto particular point, um local correspondente na superfície oposta interna da segunda perna teria uma curvatura similar em grau, porém, oposta no sentido, significando convexo neste ponto. Desse modo, o paralelismo, ou paralelismo próximo, entre as superfícies opostas internas das pernas em um par é substancialmente mantido em todos os pontos.

[0031] Para um exemplo não limitativo, em um elemento de pano tecido tendo duas superfícies principais paralelas (quando opostas às superfícies da borda), as superfícies principais podem ter uma curvatura simples, variada, ou complexa, onde a curvatura de um lado do pano é o inverso do outro lado, mantendo o paralelismo localizado dos lados do elemento. Isto é, se uma superfície tem uma curvatura côncava em um local particular, o local correspondente no lado oposto do pano necessariamente tem uma curvatura convexa. O elemento pode ter curvaturas constantemente alteradas sobre a superfície do pano.

[0032] Um par de pernas configurado para receber uma parte de um elemento não planar teria um contorno e configuração substancialmente igual como parte do elemento a ser recebido. Quando tais pré-formas curvilíneas são montadas, as pernas na estrutura de pré-forma teriam linhas curvadas de interseção, com a curvatura em uma ou mais direções.

[0033] Independente da planaridade dos elementos e pares de pernas, uma estrutura de pré-forma compreendendo um ou mais pares de perna de pré-forma e um ou mais elementos podem ser processados em uma estrutura de compósito usando os métodos similares àqueles descritos acima. Os pares de pernas e elementos associados podem ser curados, co-curados, ou ligados para produzir uma estrutura de compósito. A interface entre a pré-forma e o elemento pode compreender uma junta de cisalhamento sobreposta única ou dupla.

[0034] De acordo com modalidades do método inventivo, um processo é descrito no qual as estruturas semelhantes à grade podem ser fabricadas com nós reforçados em um processo mais econômico do que previamente conhecido. O método é adequado para uso com as pré-formas moldadas como descrito acima, isto é, as pré-formas podem ter uma forma cruciforme quando visualizadas ao longo de seu comprimento, e o comprimento pode ser linear ou curvilínea. O processo pode incluir um molde ou forma (tipicamente referido como uma “ferramenta” ou “ferramental”) moldada e configurada para corresponder com a forma desejada do produto acabado.

[0035] As pré-formas de acordo com a invenção podem ser fabricadas de fibras que têm um revestimento capaz de ser curado. Alternativamente, um revestimento adequado pode ser adicionado a pré-forma antes da fabricação da estrutura semelhante à grade. Exemplos não limitativos de pré-formas capazes de serem curadas incluem as pré-formas tecidas de fibras revestidas com cola ou adesivos antes da tecelagem, adesivos aplicados à pré-forma após a tecelagem e préformas pré-impregnadas com um material de resina.

[0036] As pré-formas podem ser usadas como inserções em um molde apropriadamente dimensionado e moldado. As inserções a serem usadas podem ser cortadas para a forma quase líquida antes da inserção no molde, ou elas podem ser aparadas ao mesmo tempo em que no molde. No molde, as inserções podem ser colocadas em cavidades apropriadamente moldadas fornecidas na ferramenta ou moldes com as partes das pré-formas adjacentes sobrepostas e limitadas a cada outra.

[0037] Os materiais adicionais também podem ser colocados no molde quando requerido. O molde, pré-formas, e qualquer material inserido adicional podem ser pré-aquecidos no molde. Uma resina ou material de matriz pode ser injetado em condições apropriadas, incluindo pressão e temperatura, para solidificar a estrutura semelhante à grade. Após processamento apropriado, a estrutura semelhante à grade pode ser removida do molde e aparada para o tamanho final quando necessário.

[0038] De acordo com modalidades desta invenção, uma pré-forma reforçada é fornecida compreendendo uma pluralidade de elementos de pano geralmente tecido lateralmente unidos e radialmente se estendendo de um nó comum sendo que pelo menos uma fibra de reforço de cada da pluralidade de elementos é tecido pelo nó e em pelo menos uma outra da pluralidade de elementos. Em algumas modalidades, pelo menos um dos elementos de pano compreende superfícies principais geralmente paralelas. Em outras modalidades, pelo menos uma das superfícies principais se afunila dono para a extremidade do elemento. Em algumas modalidades, os elementos do pano estão dispostos em pares de elementos adjacentes tal que as superfícies principais adjacentes frontais opostas dos elementos sejam afastadas a uma distância e formem uma lacuna entre elas.

[0039] Em algumas modalidades da invenção, a estrutura de compósito, ou geralmente uma estrutura, é fornecida a qual compreende uma pluralidade de préformas cada da qual compreende uma pluralidade de elementos de pano geralmente tecido lateralmente unidos e radialmente se estendendo de um nó comum com pelo menos uma fibra de reforço de cada da pluralidade de elementos tecidos através do nó e em pelo menos outro da pluralidade de elementos. Cada da pluralidade de préformas inclui um eixo longitudinal, e as pré-formas estão dispostas tal que sejam geralmente alinhadas paralelas em um padrão semelhante à grade. Uma primeira extremidade de um elemento de pano tecido se sobrepõe e limita pelo menos um primeiro elemento de pano tecido.

[0040] Em modalidades da estrutura, fornecidos são elementos que compreendem superfícies principais sendo que pelo menos uma primeira de uma pluralidade de pré-formas compreende elementos adjacentes dispostos em pares tais que superfícies principais adjacentes frontais opostas sejam afastadas a uma distância e formem uma lacuna entre elas. Um elemento é fornecido o qual é pelo menos parcialmente recebido na lacuna, se sobrepondo e limitando pelo menos uma parte das superfícies principais adjacentes frontais opostas do mesmo. Em algumas modalidades, uma segunda pré-forma da pluralidade de pré-formas compreende elementos adjacentes dispostos em pares tais que as superfícies principais adjacentes frontais opostas sejam afastadas a uma distância e formem uma lacuna entre elas. Uma segunda extremidade do elemento é pelo menos parcialmente recebido na lacuna formada na segunda pré-forma, se sobrepondo e limitando pelo menos uma das superfícies principais adjacentes frontais opostas do mesmo.

[0041] As modalidades de um método de formação de uma estrutura de compósito reforçada incluem fabricar uma primeira pré-forma reforçada compreendendo uma pluralidade de elementos de pano geralmente tecido lateralmente unidos e radialmente se estendendo de um nó comum sendo que pelo menos uma fibra de reforço de cada da pluralidade de elementos é tecida através do nó e em pelo menos outra da pluralidade de elementos; fabricar uma segunda préforma reforçada semelhante à primeira compreendendo pelo menos um elemento; posicionar pelo menos uma parte do elemento adjacente a pelo menos uma parte da primeira pré-forma tecida para formar uma montagem de pré-forma; processar a montagem de pré-forma para formar uma estrutura de compósito.

[0042] Em algumas modalidades do método inventivo, os elementos de pano da primeira pré-forma tecida compreendem as superfícies principais. Em outras modalidades, a segunda pré-forma reforçada também compreende uma pluralidade de elementos de pano geralmente tecido, compreendendo as superfícies principais, lateralmente unidas e radialmente se estendendo de um nó comum sendo que pelo menos uma fibra de reforço de cada da pluralidade de elementos é tecida através do nó e em pelo menos outra da pluralidade de elementos. Nas modalidades, a primeira e segunda pré-formas reforçadas têm eixos longitudinais e estão dispostas com seus eixos longitudinais geralmente paralelos. A primeira e segunda pré-formas são montadas tal que uma parte de pelo menos uma das superfícies principais da primeira pré-forma tecida pelo menos parcialmente se sobreponha e limite uma parte de pelo menos uma das superfícies principais da segunda pré-forma tecida.

[0043] Algumas modalidades do método incluem dispor pelo menos alguns dos elementos de pano de uma primeira pré-forma em pares de elementos adjacentes tal que as superfícies principais adjacentes frontais opostas sejam afastadas a uma distância e formem uma lacuna entre elas; e posicionar pelo menos uma parte da primeira extremidade do elemento de uma segunda pré-forma em uma das lacunas formadas na primeira pré-forma reforçada, se sobrepondo e limitando pelo menos uma parte das superfícies principais adjacentes frontais opostas do mesmo.

[0044] Outras modalidades incluem dispor pelo menos alguns dos elementos de pano em pares de elementos adjacentes tais que as superfícies principais adjacentes frontais opostas sejam afastadas a uma distância e formem uma lacuna entre elas; posicionar uma primeira extremidade de um elemento tecido tal que seja pelo menos parcialmente recebido na lacuna formada na primeira pré-forma reforçada; e posicionar uma segunda extremidade do elemento tal que seja pelo menos parcialmente recebido em uma das lacunas formadas na segunda pré-forma reforçada, se sobrepondo e limitando pelo menos uma parte das superfícies principais adjacentes frontais opostas do mesmo.

[0045] É notado que nesta descrição e particularmente nas Reivindicações, os termos tais como “compreende”, “compreendido”, “compreendendo” e similares podem ter o significado atribuído a ele na lei de Patente dos Estados Unidos; por exemplo, eles podem significar “inclui”, “incluído”, “incluindo” e similares.

[0046] Essas e outras modalidades são descritas ou estão evidentes e abrangidas pela seguinte Descrição Detalhada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0047] A seguinte descrição detalhada, dada por modo de exemplo e não pretendida limitar a invenção aos detalhes descritos, é feita em conjunto com os desenhos acompanhantes, nos quais referências iguais significam elementos e partes iguais ou similares, e nos quais: a Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma estrutura semelhante à grade; a Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma camada ou painel reforçado; as Figuras 3a-3c são vistas axiais de elementos que podem ser usados na estrutura semelhante à grade da Figura 1 ou no painel reforçado da Figura 2; a Figura 4 é uma vista axial de uma pré-forma reforçada tecida de acordo com uma modalidade da invenção; a Figura 5 é uma vista axial de a pré-forma reforçada tecida de acordo com uma modalidade da invenção; a Figura 6 é uma vista axial de a pré-forma reforçada tecida de acordo com uma modalidade da invenção; a Figura 7 é uma vista axial de a pré-forma reforçada tecida de acordo com uma modalidade da invenção; a Figura 8 é uma vista em perspectiva de uma pré-forma reforçada tecida de acordo com uma modalidade da invenção; a Figura 9 é uma vista plana de uma estrutura de pré-forma reforçada tecida de acordo com uma modalidade da invenção; a Figura 10 é uma vista plana de uma estrutura de pré-forma reforçada tecida de acordo com uma modalidade da invenção; a Figura 11 é uma vista plana de uma estrutura de pré-forma reforçada de acordo com uma modalidade da invenção; a Figura 12 é uma vista em perspectiva de uma estrutura semelhante à grade feita de acordo com uma modalidade da invenção; a Figura 13 é uma vista em perspectiva de elementos de molde retendo e moldando uma pré-forma reforçada tecida antes da formação de uma estrutura de compósito; a Figura 14 é uma vista em perspectiva da estrutura de compósito produzida pelos elementos de molde e pré-forma da Figura 13; a Figura 15 é uma estrutura reforçada de acordo com uma modalidade da invenção; a Figura 16 é uma vista axial de uma pré-forma reforçada tecida de acordo com uma modalidade da invenção; e a Figura 17 é uma vista plana de uma estrutura de pré-forma reforçada tecida compreendendo a pré-forma reforçada tecida da Figura 16.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0048] As modalidades da invenção são descritas abaixo com referência aos desenhos acompanhantes que descrevem as modalidades de pré-formas de reforço tecidas e estruturas de compósitos produzidas dos mesmos. Entretanto, deve ser entendido que a aplicação da invenção abrange outra pré-formas de reforço e não limitada àquelas ilustradas. Também, a invenção não está limitada às modalidades descritas e aos detalhes das mesmas, que são fornecidos para propósitos de ilustração e não de limitação.

[0049] As estruturas de compósito geralmente incluem detalhes que requerem que os elementos sejam unidos ao longo de suas bordas.

[0050] A Figura 1 ilustra uma estrutura de compósito semelhante à grade aberta 1 incluindo os primeiros elementos tecidos 10 cruzando com, e unido aos segundos elementos tecidos 12. Na linha de interseção 14, um dos elementos, 12, por exemplo, é interrompido ao longo de seu comprimento quando cruza um elemento, 10 neste exemplo. A linha da interseção 14 é geralmente referido como um nó ou junta. Entre os pares adjacentes dos primeiros elementos 10 e segundos elementos adjacentes 12, uma célula 11 é formada. Como ilustrado, a célula 11 é substancialmente retangular, porém, pode ser diferentemente moldado dependendo do uso pretendido ou outros requerimentos.

[0051] A Figura 2 ilustra uma estrutura de compósito 2 compreendendo camada ou painel 16 reforçado ou endurecido por elementos 10, 12 posicionados adjacentes a pelo menos uma superfície do painel 16 e disposto para cruzar no nó ou junta 14.

[0052] As estruturas de compósitos semelhantes àquelas ilustradas nas Figuras 1 e 2 são tipicamente fabricadas de vários primeiros elementos tecidos 10, por exemplo, de comprimento suficiente para abranger uma dimensão da estrutura desejada, W neste exemplo. Vários segundos elementos tecidos 12 são fabricados em formas geométricas para se ajustarem entre os primeiros elementos adjacentes 10. Os segundos elementos 12 podem ser fabricados nas formas L, C ou Z com segmentos verticais e horizontais geralmente lineares 18a e 18b, respectivamente, como ilustrado nas Figuras 3a-3c. Os segmentos geralmente horizontais 18a são tipicamente fixados a uma parte do primeiro elemento, ou elementos, 10. Nó ou juntas 14 são formados na linha de interseção dos elementos 10, 12. Os elementos 10, 12 são processados em montagens de compósito usando processos conhecidos.

[0053] Como os elementos 10, 12 são elementos estruturalmente separados, nenhuma fibra comum a ambos os elementos abrange o nó 14. Estruturalmente, o nó 14 geralmente se torna o ponto fraco na estrutura. As cargas aplicadas à estrutura de compósito 1, 2 ou a um elemento 10, 12 podem ser transferidas ao longo de um elemento para um nó 14. A capacidade de carregamento de carga do nó é tipicamente dependente do método de ligação empregado, e geralmente limitado pelo sistema adesivo usado no método de ligação. As cargas em excesso da capacidade de carregamento de carga do nó podem causar a falha da estrutura 1, 2, no nó, geralmente resultando na falha catastrófica.

[0054] É geralmente desejável fornecer um nó entre os elementos de interseção 10, 12 isto é capaz de transferir cargas maiores do que as técnicas de construção de nó conhecidas. A presente invenção fornece um nó que inclui pelo menos uma fibra funcionando nela. A fibra ou fibras funcionando através do nó aumenta a capacidade de carregamento de carga do nó suplementando-se a força de carregamento da carga da ligação entre os elementos.

[0055] De acordo com as modalidades da invenção, a pré-forma reforçada tecida 20 compreende uma pluralidade de pernas do pano 22-26 tecidas juntas como folhas unidas geralmente lateralmente e cruzando no nó reforçado 29 como ilustrado na Figura 4. Como ilustrado, as pernas 22 26 são tecidas juntas em uma linha de interseção formando o nó 29 como parte de um pano e podem ser tecidas usando técnicas conhecidas. Ao usar técnicas de tecelagem conhecidas, a pré-forma 20 pode ser tecida para substancialmente qualquer comprimento, o comprimento sendo perpendicular à vista da Figura 4.

[0056] Na tecelagem da pré-forma reforçada tecida 20, pelo menos uma fibra de reforço é tecida entre cada das pernas tal que cada perna divida uma fibra de reforço tecida com pelo menos outra perna. Por exemplo, a perna 22 pode ter pelo menos uma fibra comum tecida com a perna 24. A perna 24 pode ter pelo menos uma fibra comum com a perna 26, e a perna 26 pode ter pelo menos uma fibra comum com a perna 22.

[0057] Como ilustrado, as pernas 22-26 compreendem as superfícies principais 22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b que são não paralelas e substancialmente uniformemente afuniladas ao longo do comprimento, estreitando do nó 24 para fora. Em modalidades alternativas, as superfícies da perna podem ser substancialmente paralelas, formando pernas de espessura uniforme ao longo e seu comprimento, ou elas podem ser afuniladas em um lado somente. As pernas 22-26 são ilustradas uniformemente espaçadas ao redor do nó 29 para facilitar a ilustração somente. As pernas podem estar posicionadas em qualquer posição angular ao redor do nó 29 como pode ser desejável.

[0058] As modalidades alternativas podem ter mais do que 3 pernas radialmente espaçadas ao redor do nó. Uma modalidade exemplificativa não limitativo, de uma pré-forma alternativa é ilustrada na Figura 5 na qual uma pré-forma reforçada tecida 30 compreende 4 pernas 32-38, lateralmente unidas e radialmente espaçadas ao redor do nó 39. As pernas 32-38 podem compreender superfícies principais 32a, 32b, 34a, 34b, 36a, 36b, 38a, e 38b. As pernas podem ser afuniladas em um ou ambos os lados como ilustrado na Figura 5, ou podem ser uniformes na espessura ao longo de seu comprimento como descrito acima.

[0059] As modalidades da presente pré-forma reforçada tecida podem compreender pernas similares àquelas descritas acima, dispostas em pares posicionados radialmente ao redor do nó.

[0060] As pernas individuais em um par podem diferir uma da outra, por exemplo, elas podem ser de dimensões diferentes tais como espessura T, comprimento na direção do nó, ou largura W radialmente do nó 49, como mostrado na Figura 6.

[0061] Como exemplo não limitativo de uma pré-forma com pares 15 de perna, a Figura 6 ilustra uma pré-forma 40 compreendendo 6 pernas 42, 43, 44, 45, 46, 47 dispostas como 3 pares de pernas lateralmente unidas e radialmente dispostas ao redor do nó 49. Cada par de perna compreende 2 pernas adjacentes dispostas substancialmente paralelas uma a outra e afastadas a uma distância d formando uma lacuna. 20 Quando a tecelagem entre os pares de perna (42,43), (44,45), (46,47), a fibra de reforço pode tecer entre as pernas adjacentes, isto é, uma fibra pode tecer a partir da perna 43 até a perna 44, por exemplo. Alternativamente, uma fibra de reforço pode tecer a partir de uma perna, ultrapassar uma ou mais pernas, e tecer em uma perna subsequente. As fibras de reforço podem ser tecidas de uma perna em um par para outra perna em outro par. Por exemplo, uma fibra de reforço pode tecer entre uma perna em um par, por exemplo, perna 42 (ou 43), pode tecer com a perna 45 (ou 46), desse modo pulando a perna adjacente 44. Quando tecida entre as pernas, a fibra de reforço passa através do nó 49.

[0062] Uma modalidade similar é ilustrada na Figura 7 na qual uma préforma reforçada 50 compreende 8 pernas lateralmente unidas, compreendendo 4 pares de pernas afastadas a uma distância d formando uma lacuna entre as pernas, os pares das pernas dispostas radialmente ao redor do nó 59. Como acima, uma fibra pode tecer de uma perna em um par e tecer em uma perna em outro par, com a fibra de reforço passando através do nó 59.

[0063] Os pares de perna (42,43), (44,45), (46,47) são ilustrados nas Figuras 6 e 7 quando afastados a uma distância d, formando uma lacuna ou espaço entre as superfícies de perna principais adjacentes opostamente frontais. Para facilitar a ilustração somente, o espaço como ilustrado compreende uma base plana unida aos lados da perna em ângulos retos. Prevê-se que a base do espaço formado entre as pernas de um par não será plano, nem a base nem os lados se juntarão em um ângulo agudo. De acordo com a prática de compósito típica, prevê-se que a maioria dos cantos internos e externos não será aguda ou quadrada, porém, será redonda. Os cantos nas ilustrações são desenhados agudos para facilitar a ilustração somente.

[0064] As principais superfícies de perna exemplificativas 42a, 42b 20 (Figura 6) e 51a, 51b (Figura 7) são ilustradas como planas e substancialmente paralelas para facilitar a ilustração somente. Nas modalidades mostradas, as pernas 42-47 (Figura 6) e 51-58 (Figura 7) são substancialmente uniformes na espessura. Como em outras modalidades da invenção, as pernas de modalidades ilustradas nas Figuras 6 e 7 podem compreender superfícies não paralelas e, portanto, as pernas que são afuniladas ao longo de seu comprimento.

[0065] As pré-formas podem ter um nó linear ao longo do comprimento da pré-forma. Isto é, o nó pode formar uma linha linear, ou substancialmente linear para o comprimento da pré-forma. Por exemplo, as pré-formas 20, 30, 40 e 50, mostradas na vista da extremidade nas Figuras 4-7, podem se estender perpendicularmente para o plano da página para o comprimento da pré-forma, produzindo uma pré-forma linear.

[0066] Alternativamente, as pré-formas de acordo com esta descrição podem ter uma parte, ou partes, com uma configuração curvilínea, ou podem ser totalmente curvilíneas em seu comprimento. Isto é, a pré-forma pode ser formada em, ou pode assumir, uma configuração curvilínea desejada, como ilustrado pela préforma 30a na Figura 8. No perfil, a pré-forma 30a é similar à pré-forma 30 mostrada na Figura 5, com 4 elementos 32a-38a lateralmente unidos e espeçados radialmente ao redor do nó 39a. Uma diferença é que os elementos 32a-38a na Figura 8 podem ser tecidos para acomodar um grau de curvatura no plano ou fora do plano. Como ilustrado, os elementos 34a e 38a são substancialmente coplanares e são curvados neste plano. Os elementos 32a e 36a são substancialmente colineares e estão situados substancialmente na mesma superfície curvada, com os elementos demonstrando uma curvatura fora do plano ao longo do comprimento da pré-forma.

[0067] As pré-formas reforçadas de acordo com as modalidades desta invenção podem ser montadas em uma variedade de modos para formar estruturas semelhantes à grade compreendendo nós reforçados. Em algumas modalidades, as pré-formas reforçadas podem ser montadas para fornecer nós reforçados nas estruturas de compósito, por exemplo, na interseção de elementos. A Figura 9 ilustra um exemplo não limitativo de uma estrutura de pré-forma reforçada tecida 60 de acordo com uma modalidade da invenção na qual várias pré-formas 70-75, cada compreendendo 3 pernas de pano tecido, são montadas em uma combinação exemplificativa para formar uma estrutura de compósito semelhante à grade. Diferentes maneiras de combinação de pré-formas similares para formar uma estrutura similar seriam óbvias para alguém de experiência ordinária na técnica.

[0068] A Figura 9 é uma vista plana de uma estrutura de pré-forma tecida 60 de acordo com a invenção, com as pré-formas 70-75 se estendendo perpendicularmente ao plano do papel.

[0069] De acordo com o exemplo não limitativo da Figura 9, uma estrutura de pré-forma tecida 60 de acordo com a invenção pode ser montada a partir das préformas reforçadas 70-75, cada compondo três pernas, ou elementos, como segue. Uma primeira pré-forma 70 está disposta tal que uma perna 70a seja orientada verticalmente e direcionada ascendentemente, uma segunda perna 70c é orientada descendentemente, por exemplo, para a direita da perna vertical, e a terceira perna do tripleto 70b é orientada descendentemente, para a esquerda como ilustrado. Uma segunda pré-forma 71 está disposta tal que uma perna 71b limite e substancialmente se sobreponha a perna 70c no lado de 70c entre 70a e 70c (o “lado externo” da estrutura de pré-forma tecida 60). A perna 71a se estende ascendentemente e para a direita do nó e a perna 71c é orientada descendentemente do nó, verticalmente, e geralmente paralelo à perna 70. A pré-forma 72 está disposta com uma perna 72b orientada substancialmente na vertical, limitando e sobrepondo substancialmente a perna 71c para o lado de 71c entre a perna 71 b e 71 c (o “lado interno” da estrutura 60).

[0070] A pré-forma 73 está disposta com a perna 73a orientada verticalmente descendentemente, substancialmente coplanar com a perna 70a. A perna 73c é orientada ascendentemente para a direita, limitando e sobrepondo substancialmente a perna 72c, ao lado de 72c formando o lado interno da estrutura. A perna 73b é orientada ascendentemente para a esquerda. A pré-forma 74 está disposta similar à pré-forma 72, deslocada para a esquerda de 72. A perna 74a é orientada verticalmente ascendentemente, a perna 74c é orientada descendentemente para a direita, limitando e sobrepondo substancialmente a perna 73b ao lado interno da estrutura. A perna 74b é orientada descendentemente para a esquerda. A pré-forma 75 está disposta de uma maneira similar àquela de pré-forma 71, deslocada para a esquerda da pré-forma 71. A perna 75b é orientada vertical e descendentemente limitando e sobrepondo substancialmente a perna 74a ao lado externo da estrutura. A perna 75c é orientada ascendentemente para a direita limitando e sobrepondo substancialmente a perna 70b. A perna 75a está orientada ascendentemente para a esquerda.

[0071] Desse modo dispostas, as pré-formas 70-75 formam uma estrutura de pré-forma tecida 60 compreendendo uma célula substancialmente hexagonal 13. Seria óbvio para alguém de experiência ordinária na técnica que a única célula 13 ilustrada na Figura 9 pode ser expandida em uma estrutura semelhante à grade combinando-se as pré-formas adicionais, similares a 70-75, com a estrutura de préforma ilustrada se sobrepondo e limitando as pernas da pré-forma de uma maneira similar, formando células hexagonais adicionais. Como descrito acima, a estrutura pode ser também processada para formar uma estrutura de compósito usando quaisquer dos métodos conhecidos.

[0072] As pernas de pano tecido 70a-75c na Figura 9 são mostradas como segmentos em linha para facilitar a ilustração somente. Em tal estrutura, as pernas de cada pré-forma tecida necessariamente têm uma espessura. Prevê-se que as pernas de pano tecido 70a-75c podem ter uma espessura variada ao longo do comprimento de pelo menos algumas das pernas. Por exemplo, as pernas 70a-75c da pré-forma tecida da Figura 9 podem ter uma espessura de perna uniformemente variada similar àquela ilustrada na Figura 4. Alternativamente, as pernas das pré-formas compreendendo a estrutura 60 da Figura 9 também podem ser de espessura uniforme.

[0073] As pernas sobrepostas, por exemplo, pernas 70c e 71b, podem formar uma única junta de cisalhamento sobreposta quando a estrutura 60 é curada em uma estrutura de compósito. As pernas tendo espessura variada, quando sobrepostas, podem formar uma perna tendo uma espessura uniforme, ou substancialmente uniforme ao longo de seu comprimento. Corno ilustrado na Figura 9, de acordo com uma modalidade da invenção, as pernas 70a-75c de pré-formas tecidas 70-75 têm substancialmente o mesmo comprimento tal que as pernas sobrepostas possam ser substancialmente coextensivas. Em algumas modalidades, as pernas sobrepostas podem não ter o mesmo comprimento. Além disso, as pernas 70a-75c podem diferir em profundidade, tornadas perpendiculares para a vista da Figura 9.

[0074] Na Figura 10, as pré-formas reforçadas 80, 81, 82, e 83, podem ser montadas para formar uma estrutura de pré-forma tecida 62 de acordo com outra modalidade da invenção. As pré-formas 80-83 compreendem as pernas de pano tecido 80a-83d. Como no caso da modalidade da Figura 9, as pernas 80a-83d da estrutura de pré-forma 62 da Figura 10 são ilustradas usando os segmentos em linha para facilitar a ilustração somente. Em tal estrutura, as pernas de cada pré-forma tecida necessariamente teriam uma espessura. Prevê-se que as pernas de pano tecido 80a-83d podem ter uma espessura variada ao longo do comprimento de pelo menos algumas das pernas. Por exemplo, as pernas 80a-83d da pré-forma tecida da Figura 10 podem ter uma espessura de perna uniformemente variada similar àquela ilustrada na Figura 5.

[0075] De acordo com o exemplo não limitativo da Figura 10, uma estrutura de pré-forma tecida 62 de acordo com a invenção pode ser montada de pré-formas reforçadas 80-83, cada compondo quatro pernas, como segue. Uma primeira préforma 80 está disposta com um par de pernas 80a e 80c dispostas verticalmente e coplanares, com as pernas 80b e 80d coplanares com cada outra e perpendiculares a 80a, 80c. Isto é, 80b e 80d são horizontalmente orientados, com 80b para a 30 direita de 80a, 80c. A pré-forma 81 pode estar disposta tal que as pernas 81a e 81c sejam coplanares e verticalmente orientadas tais que 81a, 81c sejam paralelas a e desviem para a direita de 80a, 80b. As pernas coplanares 81b e 81d são horizontalmente orientadas com a perna 81 d limitando e sobrepondo substancialmente a perna 80b à perna do lado oposto 80a (o “lado interno” da estrutura de pré-forma tecida 62). As pré-formas 83 e 82 estão dispostas similarmente às pré-formas 80 e 81, respectivamente, com 83 e 82 localizadas abaixo 80, 81. As pernas verticais 82a e 82c são coplanares e orientadas om a perna 82a limitando e sobrepondo substancialmente a perna 81c ao lado interno da estrutura. As pernas verticais 83a e 83c são coplanares e orientadas com a perna 83a limitando e sobrepondo substancialmente a perna 80c ao lado externo da estrutura. As pernas horizontais 82b e 82d são coplanares e paralelas às pernas 80b, 80d, 81b, 81d. As pernas horizontais 83b e 83d são coplanares e paralelas às pernas 80b, 15 80d, 81b, 81d, com a perna 83b limitando e sobrepondo substancialmente a perna 82d para o lado interno da estrutura.

[0076] As pernas sobrepostas, por exemplo, pernas 80b e 81d, podem formar uma única junta de cisalhamento sobreposta quando a estrutura 62 é formada em uma estrutura de compósito. As pernas tendo espessuras variadas, quando sobrepostas, podem formar uma perna tendo uma espessura uniforme, ou substancialmente uniforme ao longo de seu comprimento. Como ilustrado na Figura 10, de acordo com uma modalidade da invenção, as pernas 80a-83d de pré-formas tecidas 80-83 têm substancialmente o mesmo comprimento tal que as pernas sobrepostas possam ser substancialmente coextensivas. Em algumas modalidades, as pernas sobrepostas podem não ter o mesmo comprimento. Além disso, as pernas 80a-83d podem diferir em profundidade, tornadas perpendiculares à vista da Figura 9.

[0077] Desse modo dispostas como na Figura 10, as pré-formas 80-83 formam uma estrutura de pré-forma tecida 62 compreendendo a célula substancialmente retangular 11. Seria óbvio para alguém de experiência ordinária na técnica que a única célula 11 ilustrada na Figura 10 pode ser expandida em uma estrutura semelhante à grade combinando-se as pré-formas adicionais, similares a 8083, com a estrutura de pré-forma ilustrada se sobrepondo e limitando as pernas de pré-forma de uma maneira similar. Como descrito acima, a estrutura de pré-forma 62 pode ser também processada para formar uma estrutura de compósito usando quaisquer dos métodos conhecidos.

[0078] As pré-formas curvilíneas podem ser similarmente montadas para formar similares estruturas como ilustrado na Figura 10. As pré-formas curvilíneas podem ser montadas, por exemplo, como ilustrado na Figura 11, na qual duas préformas 30b e 30c, similares a pré-forma 30a da Figura 8, são montadas em uma configuração exemplificativa antes de serem formadas em uma estrutura de compósito. As pré-formas 30b e 30c têm a mesma, ou substancialmente a mesma, curvatura tal que os elementos ou pernas 34b e 38c se sobreponham e permaneçam substancialmente paralelos e limitativos em seus comprimentos, que podem ou não serem coextensivos. As pré-formas 30b e 30c podem ser tecidas tais que os comprimentos da pré-forma estejam posicionáveis na orientação curvada desejada e permaneçam assim configurados sem a necessidade de meios de posicionamento antes de serem formados em uma estrutura de compósito.

[0079] Seria óbvio para alguém de experiência ordinária na técnica combinar pré-formas adicionais, similares a 30b e 30c para formar uma estrutura semelhante à grade maior. Um exemplo não limitativo dessa estrutura 100 é ilustrado na Figura 13. Um uso exemplificativo para a estrutura 100 pode incluir o uso como um reversor de empuxo ou cascata, geralmente usado para direcionar o fluxo de ar ao redor de um motor de turbina de avião. Outras estruturas feitas de um modo similar e/ou outros usos para a estrutura exemplificativa 100 seriam óbvias para alguém de experiência na técnica.

[0080] Em outras modalidades, as pré-formas podem ser tecidas em uma forma facilmente fabricada, por exemplo, como pré-formas lineares, e colocadas em um molde adequadamente moldado para reter a pré-forma na forma final desejada. Um exemplo não limitativo de um molde configurado para reter uma pré-forma na forma desejada é ilustrado na Figura 13. Como mostrado, uma pré-forma em forma cruciforme 32d é colocada em uma cavidade formada entre 4 elementos de molde 102-108. Os elementos de molde são configurados na forma líquida desejada, ou forma quase líquida, da estrutura de compósito final usando meios de formação convencionais. Em condições de processamento apropriadas em um mecanismo de moldagem, a pré-forma 32d pode ser processada em uma estrutura de compósito tendo a forma desejada.

[0081] A Figura 14 ilustra um exemplo de uma estrutura de compósito formada 101 produzida pela configuração de molde ilustrada na Figura 13 submetida às condições de processamento apropriadas.

[0082] As estruturas maiores podem ser formadas colocando-se múltiplas pré-formas e múltiplos conjuntos de elementos de molde 102-108 adjacentes às préformas e elementos de molde da Figura 13 tal que pelo menos uma perna de cada pré-forma se sobreponha e seja mantida em uma relação limitativa com pelo menos uma perna de uma pré-forma adjacente e processada para formar uma estrutura de compósito.

[0083] Alternativamente, múltiplas estruturas 101 podem ser formadas e montadas com elementos sobrepostos usando as técnicas conhecidas para formar uma estrutura maior.

[0084] As estruturas de pré-forma reforçada tecida de acordo com a invenção podem ser úteis na fabricação de nós reforçados entre elementos de interseção. Em outra modalidade de acordo com a invenção, a pré-forma reforçada tecida 90, similar àquela ilustrada na Figura 7, pode ser montada com elementos secundários 92, 94, 96, e 98 para 5 formar uma estrutura de pré-forma 64 como mostrado na Figura 15. Como ilustrado, as primeiras extremidades de elementos secundários 92-98 podem ser inseridas pelo menos parcialmente no espaço entre pares de perna substancialmente paralelos (51, 52), (53, 54), (55, 56), (57, 58), nos quais as superfícies de perna frontais opostas em um par 10 (por exemplo, 51b e 52b na Figura 7) são afastadas a uma distância, d. O espaço d, pode ser configurado para encaixar firmemente o elemento inserido nele. Em algumas modalidades, o espaço, d, pode fornecer algum espaço entre o elemento e as superfícies de perna frontais opostas para aceitar, por exemplo, um adesivo.

[0085] A pré-forma tecida 90 pode ser usada para formar um nó reforçado na interseção de elementos em uma camada ou painel endurecido. Como ilustrado na Figura 2, os elementos de interseção 10 e 12 formam um nó 14 na linha de interseção. A pré-forma tecida 90 pode ser colocada no nó 14 com pares de perna (51, 52) e (55, 56) aceitando as partes da extremidade do elemento interrompido 12 e pares de perna (53, 54) e (57, 58) aceitando as partes da extremidade do elemento interrompido 10.

[0086] A estrutura de pré-forma tecida 64 pode ser convertida para uma estrutura de compósito reforçada usando os métodos descritos acima.

[0087] A estrutura de pré-forma tecida 64 é ilustrada na Figura 15 como u único nó unindo 4 elementos para facilitar a ilustração somente. Os elementos 92-98 são identificados como elementos secundários para distingui-los de outros elementos na pré-forma. Seria óbvio para alguém de experiência ordinária na técnica que a estrutura de pré-forma 64 pudesse ser repetida usando pré-formas tecidas adicionais 90 nas segundas extremidades dos elementos secundários 92-98, junto com elementos adicionais (não mostrados) para formar uma estrutura semelhante à grade compreendendo células substancialmente retangulares 11, similares àquelas ilustradas na Figura 10.

[0088] Alguém de experiência ordinária na técnica reconheceria que as estruturas semelhantes às grades compreendendo células de outras formas podem ser obtidas de pré-formas tecidas diferentemente configuradas. Por exemplo, uma pré-forma tecida 40 na Figura 6 empregada de um modo similar como descrito acima para unir os elementos, poderia produzir uma estrutura de pré-forma tecida compreendendo células substancialmente hexagonais similares à célula 13 na Figura 9.

[0089] Alternativamente, pré-formas tecidas “híbridas” podem ser formadas com pelo menos alguns elementos dispostos em pares e outros dispostos singularmente. Como exemplo não limitativo, uma modalidade de acordo com a invenção é ilustrada na Figura 16. A pré-forma tecida 110 tem quatro elementos consecutivos dispostos como dois pares de elementos (111,112), (113,114) e dois elementos {115 e 116) dispostos singularmente. Para facilitar a ilustração, o nó 119 é mostrado como um círculo escurecido e os 6 elementos 111-116 são mostrados como linhas, representando as configurações de elementos como descrito acima, isto é, elementos tendo superfícies principais paralelas ou não paralelas.

[0090] A Figura 17 representa um exemplo não limitativo de uma estrutura de compósito compreendida das pré-formas híbridas 110 da Figura 16. Como ilustrado, a estrutura de compósito 120 é compreendida de 4 pré-formas híbridas, montadas tal que cada elemento singular 115 e 116 seja aceito na lacuna formada entre os pares dos elementos (111,112) e (113,114). Este padrão pode ser continuado para formar estruturas maiores do que a grade 3x3 ilustrada. As pré-formas híbridas tendo outras disposições de elementos singulares e pares de elementos são previstas, uma vez que são pré-formas híbridas como no caso de elementos dispostos em grupos de mais do que 2. Por exemplo, algumas pré-formas híbridas podem compreender agrupamentos de elementos em dois, três, ou mais, com ou sem elementos singulares. Além da configuração geralmente cruciforme mostrada na Figura 16, as pré-formas híbridas podem ser fabricadas em outras configurações tais como a configuração tríade das Figuras 4 e 6, com ou sem elementos singulares.

[0091] Em modalidades exemplificativas não limitativas do método inventivo, as estruturas semelhantes à grade e camadas ou painéis reforçados com nós reforçados podem ser fabricadas em um processo mais econômico do que o previamente conhecido. O método é adequado para uso com pré-formas moldadas e lineares, isto é, com pré-formas com descrito nas modalidades acima nas quais o comprimento na direção longitudinal pode ser linear ou curvilínea. O processo pode incluir um molde ou forma, geralmente, ferramentas moldadas e configuradas para corresponder à forma desejada do produto acabado.

[0092] As pré-formas de acordo com os métodos exemplificativos não limitativos de produção de uma estrutura semelhante à grade ou painel reforçado são, em geral, fabricadas como segue. O método apresentado é para uma pré-forma de forma cruciforme, reconhecendo que outras formas tendo menos ou mais elementos podem ser usadas em um método similar. Uma estrutura semelhante à grade cruciforme pode ser representada pela estrutura de pré-forma reforçada tecida exemplar 62 da Figura 10. A estrutura de pré-forma fabricada com pré-formas tendo três elementos pode ser representada pela estrutura de pré-forma reforçada tecida exemplar 60 da Figura 9.

[0093] Como uma primeira etapa exemplificativa, uma pré-forma cruciforme (30 ou 80) é tecida de fibras que têm um revestimento ou compreendem um componente capaz de ser ajustado termicamente. Alternativamente, a pré-forma pode ser revestida ou processada em uma etapa de pó-tecelagem com um revestimento adequado. Os exemplos não limitativos de revestimentos apropriados adequados para ajuste térmico incluem cola ou adesivos. Na alternativa, as préformas podem ser pré-impregnadas com um material de matriz ou resina após a tecelagem.

[0094] A ferramenta que compreende uma cavidade ou cavidades do molde com formas, contornos e dimensões correspondendo à forma final desejada é fabricada. O molde tipicamente compreenderá m padrão repetido de formas correspondendo ao tamanho e forma desejados da estrutura semelhante à grade. As pré-formas podem ser recebidas no molde de tal modo que pelo menos algumas pernas de pré-formas adjacentes limitem cada outra e se sobreponham pelo menos a algumas quantidades. A Figura 10 ilustra as pré-formas cruciformes dispostas tal que as pernas de pré-formas adjacentes se sobreponham essencialmente completamente. Outras modalidades podem fornecer diferentes graus de sobreposição dependendo dos requerimentos. O molde é capaz de abrir para permitir a inserção de pré-formas apropriadas, e fechar para vedar as pré-formas em cavidades como conhecidas na técnica.

[0095] As pré-formas podem ser pré-cortadas para corrigir o comprimento e colocadas no molde, ou pré-formas superdimensionadas podem ser colocadas no molde e aparadas para o tamanho do molde. Após cada cavidade de molde ter recebido uma inserção de pré-forma e qualquer outro material a ser incluído na estrutura de compósito semelhante à grade, o molde é fechado, vedando as cavidades nas quais as pré-formas estão localizadas para processamento e uma estrutura de compósito.

[0096] Os elementos de molde, pré-formas inseridas, e qualquer material adicional colocado no molde pode ser pré-aquecido no molde antes do processamento adicional. Em condições apropriadas, um material de resina ou matriz sob temperatura e pressão adequadas para preencher o molde e formar a estrutura semelhante â grade. Após processamento apropriado, a estrutura semelhante à grade pode ser removida do molde para processamento pós-molde quando necessário ou desejado.

[0097] Desse modo, tendo descrito em detalhes várias modalidades da presente invenção, deve ser entendido que a invenção definida pelos parágrafos acima não deve ser limitada aos detalhes particulares apresentados na descrição acima uma vez que muitas variações evidentes da mesma são possíveis sem afastarse do espírito ou escopo da presente invenção.

Claims (10)

1. Pré-forma reforçada (30a, 50, 90), CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: uma pluralidade de elementos de reforço de perna de pano geralmente tecido (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58), em que um nó comum reforçado (39a, 59) consiste na pluralidade de elementos de reforço de perna de pano geralmente tecido (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58) sendo lateralmente unidos e dispostos radialmente em torno e se estendendo do nó comum (39a, 59), em que pelo menos uma fibra de reforço de cada da pluralidade de elementos de reforço de perna (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58) é tecida através do nó (39a, 59) e em pelo menos um outro da pluralidade de elementos de reforço de perna (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58), em que dois da pluralidade de elementos de reforço de perna de pano geralmente tecido são substancialmente co-lineares e se situam substancialmente em uma mesma superfície curvada e têm uma curvatura fora do plano ao longo do comprimento da pré-forma reforçada, e em que uma linha de interseção da superfície curvada na qual os dois da pluralidade de elementos de reforço de perna de pano geralmente tecido se situam, e os outros elementos de reforço de perna de pano geralmente tecido, está curvada.

2. Pré-forma reforçada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que pelo menos um dos elementos de reforço de perna de pano compreende superfícies principais geralmente paralelas.

3. Pré-forma reforçada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que pelo menos um dos elementos de reforço de perna de pano compreende pelo menos uma superfície principal que se afunila do nó comum (39a, 59) até a extremidade do elemento de reforço de perna (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58).

4. Pré-forma reforçada, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que os elementos de reforço de perna (51-58) também compreendem superfícies principais (51a, 51b); em que pelo menos alguns da pluralidade de elementos de reforço de perna estão dispostos em pares de elementos de reforço de perna adjacentes (51, 52; 53, 54; 55, 56; 57, 58) de modo que as superfícies principais adjacentes frontais opostas são afastadas a uma distância e formam uma lacuna entre elas.

5. Estrutura de compósito (62), CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: uma pluralidade de pré-formas (80-83; 30b, 30c) como definidas na reivindicação 1, em que cada da pluralidade de pré-formas inclui um eixo longitudinal, os eixos da pluralidade de pré-formas alinhados geralmente paralelos em um padrão semelhante à grade (100); e uma primeira extremidade de um primeiro elemento de reforço de perna de pano tecido (80b; 34b) de uma primeira da pluralidade de pré-formas (80-83; 30b, 30c) se sobrepõe e limita pelo menos um segundo elemento de reforço de perna de pano tecido (81d; 38c) de uma segunda da pluralidade de pré-formas.

6. Estrutura de compósito (64; 120), CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: uma pluralidade de pré-formas (50; 90; 110) como definidas na reivindicação 1, em que uma primeira da pluralidade de pré-formas (50; 90; 110) compreende elementos de reforço de perna de pano tecido adjacentes (51, 52; 53, 54; 55, 56; 57, 58; 111, 112; 113, 114) dispostos em pares de modo que as superfícies principais adjacentes frontais opostas são afastadas a uma distância e formam uma primeira lacuna entre elas; e a estrutura compreendendo também um elemento secundário (92, 94, 96, 98), uma primeira extremidade do qual é pelo menos parcialmente recebida na primeira lacuna.

7. Estrutura de compósito, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende adicionalmente: uma segunda pré-forma (90) da pluralidade de pré-formas compreendendo elementos de reforço de perna adjacentes (51, 52; 53, 54; 55, 56; 57, 58; 111, 112; 113, 114) dispostos em pares de modo que superfícies principais adjacentes frontais opostas são afastadas a uma distância e formam uma lacuna entre elas; e uma segunda extremidade do elemento secundário (92, 94, 96, 98) é pelo menos parcialmente recebida na segunda lacuna formada na segunda pré-forma (90), pelo menos parcialmente se sobrepondo e limitando pelo menos uma das superfícies principais adjacentes frontais opostas da mesma.

8. Estrutura de compósito, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que o elemento secundário (92, 94, 96, 98) compreende um pano tecido.

9. Método de formação de uma estrutura de compósito reforçada como definida na reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as seguintes etapas: fabricar uma primeira pré-forma reforçada (50; 90; 110) compreendendo uma pluralidade de elementos de reforço de perna de pano geralmente tecido (51, 52; 53, 54; 55, 56; 57, 58; 111, 112; 113, 114) lateralmente unidos e dispostos radialmente em torno e se estendendo de um nó comum em que pelo menos uma fibra de reforço de cada da pluralidade de elementos é tecida através do nó e em pelo menos um outro da pluralidade de elementos, em que os elementos de reforço de perna de pano da primeira pré-forma reforçada compreendem superfícies principais; fabricar uma segunda pré-forma (90) compreendendo pelo menos um elemento secundário (92, 94, 96, 98), a segunda pré-forma compreendendo ainda uma pluralidade de elementos secundários, os elementos secundários compreendendo superfícies principais; e a primeira pré-forma reforçada e a segunda pré-forma cada uma apresentando eixos longitudinais; dispor a primeira pré-forma reforçada e a segunda pré-forma com seus eixos longitudinais geralmente paralelos; posicionar a primeira pré-forma reforçada e a segunda pré-forma de modo que uma porção de pelo menos uma das superfícies principais da primeira pré-forma reforçada pelo menos parcialmente se sobreponha e limite uma porção de pelo menos uma das superfícies principais de um elemento secundário da segunda pré-forma; dispor pelo menos alguns dos elementos de reforço de perna de pano da primeira pré-forma reforçada em pares de elementos adjacentes de modo que superfícies principais adjacentes frontais opostas são afastadas a uma distância e formam uma lacuna entre elas; posicionar pelo menos uma porção de uma primeira extremidade de um da pluralidade de elementos secundários em uma das lacunas formadas na primeira préforma reforçada, sobrepondo e limitando pelo menos uma porção de uma das superfícies principais adjacentes frontais opostas da mesma; e processar a montagem de pré-forma para formar uma estrutura de compósito.

10. Método de formação de estrutura de compósito reforçada, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende: fabricar uma segunda pré-forma reforçada (90) compreendendo uma pluralidade de elementos de reforço de perna de pano geralmente tecido (51, 52; 53, 54; 55, 56; 57, 58; 111, 112; 113, 114) lateralmente unidos e radialmente se estendendo de um nó comum, os elementos de reforço de perna de pano compreendendo superfícies principais e tendo pelo menos uma fibra de reforço de cada da pluralidade de elementos tecida através do nó e em pelo menos um outro da pluralidade de elementos; dispor pelo menos alguns dos elementos de reforço de perna de pano da segunda pré-forma reforçada em pares de elementos adjacentes de modo que as superfícies principais adjacentes frontais opostas são afastadas a uma distância e formam uma lacuna entre elas; e posicionar uma segunda extremidade do elemento secundário de modo que seja pelo menos parcialmente recebida em uma das lacunas formadas na segunda pré-forma reforçada, se sobrepondo e limitando pelo menos uma porção de uma das superfícies principais adjacentes frontais opostas da mesma.

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