BR112013027292B1 - Método de moldagem por injeção de uma peça - Google Patents

Abstract

método de moldagem por injeção de uma peça de material compósito. método de moldagem por injeção de uma peça (1) de material compósito, consistindo em colocar uma pré-forma em um molde, injetar uma resina no molde de modo a impregnar a pré-forma, e desmoldar a peça (1) após reticulação da resina, caracterizado pelo fato de que consiste igualmente em exercer uma pressão sobre a resina e a pré-forma no molde durante a reticulação da resina, por exemplo, por injeção de um gás pressurizado em diversos pontos (2, 4, 5, 6) do molde.

Description

[0001] A presente invenção se refere a um método de moldagem por injeção de uma peça de material compósito, em particular no campo aeronáutico.

[0002] Um tal método consiste geralmente em colocar em um molde uma pré- forma produzida, por exemplo, por tecelagem em três dimensões de fios, injetar uma resina no molde de modo a impregnar a pré-forma, e depois desmoldar a peça após reticulação da resina. Um tal método é conhecido pelo nome de RTM (“Resin Transfer Molding”).

[0003] O pedido de patente FR 2 950 286, em nome da Depositante, divulga um método de tipo RTM para a fabricação de uma lâmina de material compósito, consistindo em: - produzir por tecelagem de fios em três dimensões uma pré-forma incluindo uma parte de base e uma parte de lâmina, ligadas por faces laterais oblíquas destinadas a formar superfícies de apoio da base em uma cavidade de montagem de um disco rotor, - compactar a pré-forma em um molde cujo formato inclui primeiras faces laterais oblíquas correspondentes às faces laterais citadas anteriormente da pré- forma, e segundas faces oblíquas, vindo de apoio contra a parte de base da pré- forma, e que possuem uma inclinação oposta àquela das primeiras faces laterais oblíquas, - injetar uma resina a vácuo no molde e polimerizar a resina.

[0004] A pré-forma fibrosa é, assim, imersa em uma matriz rígida de resina, as fibras da pré-forma tendo uma função de reforço mecânico e a matriz de resina garantindo a realização adequada da peça.

[0005] Em função dos parâmetros de injeção e do tipo de resina utilizada, porosidades podem aparecer na peça injetada, em seu interior e/ou em sua superfície. Tais porosidades fragilizam consideravelmente a peça, que deve então ser descartada.

[0006] Estudos mostram que tais porosidades são originadas por um composto químico gerado durante a reticulação da resina e que, às condições de temperatura e pressão no interior do molde, se encontra na forma gasosa.

[0007] O gás cria bolhas aprisionadas na pré-forma e na resina que, ao endurecer durante a reticulação, passa a possuir porosidades.

[0008] A invenção possui como objetivo em especial fornecer uma solução simples, eficaz e econômica a tal problema.

[0009] Para tanto, ela propõe um método de moldagem por injeção de uma peça de material compósito, consistindo em colocar uma pré-forma em um molde, injetar uma resina no molde de modo a impregnar a pré-forma, e desmoldar a peça após reticulação da resina, caracterizado pelo fato de que consiste igualmente em exercer uma pressão sobre a resina e a pré-forma no molde durante a reticulação da resina.

[0010] A aplicação de uma pressão no interior do molde durante a reticulação permite evitar o surgimento de bolhas de gás na resina e, assim, evitar que a peça injetada possua porosidades.

[0011] Conforme uma característica da invenção, a pressão é aplicada à peça no molde antes que o grau de reticulação da resina ultrapasse um valor, dito crítico, situado entre 20 e 30%.

[0012] Assim, aplica-se vantajosamente a pressão à peça antes da liberação das bolhas de gás na peça. Ainda, a resina ainda está suficientemente fluida neste momento para que o conjunto do volume interno do molde seja submetido de forma homogênea a uma pressão suficientemente elevada para impedir a formação de bolhas.

[0013] Vantajosamente, a pressão aplicada à peça no molde é superior à pressão de vapor de um gás gerado na reticulação da resina.

[0014] Isto permite garantir que nenhuma bolha de gás seja formada na reticulação da resina.

[0015] A pressão aplicada à peça é, por exemplo, superior ou igual a 200 kPa (2 bars), em valor relativo, isto é, em relação à pressão atmosférica.

[0016] A título de exemplo, a resina pode ser uma resina epóxida, uma resina bismaleimida, uma resina poliimida ou qualquer resina que inclua solventes e/ou impurezas voláteis.

[0017] Em uma modalidade da invenção, a pressão é aplicada à peça pela injeção de um fluido pressurizado no molde, por exemplo, pela injeção de um gás, tal como o ar ou nitrogênio, ou de um líquido imiscível com a resina.

[0018] Preferencialmente, o fluido pressurizado é injetado no molde em diversos pontos distintos, o que permite garantir que a pressão seja suficientemente homogênea no interior do molde. A injeção multipontos permite igualmente reduzir o tempo de injeção.

[0019] De fato, quando a peça é volumosa e necessita de muita matéria, o tempo de injeção da resina aumenta. A reticulação da resina ao final da injeção completa pode já estar muito avançada, o que significa que a resina está, então, muito viscosa ou rígida para permitir uma repartição uniforme da pressão e, portanto, para impedir a formação de porosidades.

[0020] É, portanto, preferível, neste caso, efetuar a injeção multipontos, de modo a reduzir o tempo de injeção. O circuito de injeção de resina pode ser diferente ou idêntico ao circuito por meio do qual se exerce a pressão.

[0021] De fato, é importante que todo ponto da peça seja submetido à pressão necessária para evitar a formação de bolhas de gás.

[0022] Em outra modalidade da invenção, a pré-forma e a resina são comprimidas no molde por ao menos um cilindro.

[0023] Em uma variante, um elemento apto a se dilatar é inserido no molde, o molde estando submetido a uma elevação de temperatura quando da moldagem por injeção da peça de modo que o elemento supracitado exerça uma pressão sobre a resina e a pré-forma durante a reticulação da resina.

[0024] Tal elemento é, por exemplo, um calço de silicone, de cobre ou de alumínio.

[0025] Vantajosamente, o molde é posto a vácuo para a injeção da resina, o que permite reduzir o tempo de injeção e melhorar a qualidade da peça terminada.

[0026] A invenção será melhor compreendida e outros detalhes, características e vantagens da invenção surgirão com a leitura da descrição seguinte, feita a título de exemplo não limitante em referência aos desenhos anexos, nos quais: - a figura 1 é uma vista em perspectiva de uma lâmina de motor turbojato de material compósito no qual são representados pontos de injeção de matéria e fluido pressurizado; - a figura 2 é uma vista parcial em corte relativa a uma variante de modalidade da invenção, na qual a pré-forma e a resina são comprimidas em um molde por um cilindro; - a figura 3 é uma vista parcial em corte relativa a outra variante de modalidade da invenção, na qual a pré-forma e a resina são comprimidas no molde por um elemento apto a se dilatar quando da moldagem.

[0027] Uma primeira modalidade de um método de moldagem por injeção de uma lâmina de um motor turbojato em material compósito é descrito a seguir em referência à figura 1.

[0028] O método consiste inicialmente em colocar uma pré-forma de uma lâmina em um molde. A pré-forma pode ser produzida por tecelagem de fios em duas ou três dimensões.

[0029] Em seguida, injeta-se resina no molde em ao menos um ponto 2 representado esquematicamente na figura 1, de modo a impregnar a pré-forma, o molde estando preferencialmente posto a vácuo quando desta injeção. Tal método é conhecido pelo nome de VARTM (“Vacuum Assisted Resin Transfer Molding”). A resina utilizada é, por exemplo, uma resina epóxida, por exemplo, do tipo conhecido sob a referência PR520N, uma resina bismaleimida, uma resina poliimida ou qualquer resina que inclua solventes e/ou impurezas voláteis.

[0030] A título de exemplo, a pressão da resina na injeção é da ordem de 100 a 200 kPa (1 a 2 bars) e a temperatura é da ordem de 150 a 200°C. A duração da injeção é da ordem de alguns minutos, por exemplo, 30 minutos, no máximo.

[0031] Quando da reticulação da resina no interior do molde, um composto químico em forma gasosa pode ser formado na resina ou já estar presente nesta.

[0032] A fim de evitar a formação de bolhas de gás na peça, um gás pressurizado é injetado no molde, ao término do preenchimento pela resina, em um ou mais pontos distintos, representados esquematicamente pelas flechas 3 na figura 1. O gás é preferencialmente injetado a uma pressão superior à pressão atmosférica. O gás pressurizado é, por exemplo, ar ou nitrogênio a uma pressão entre 300 a 500 kPa (3 a 5 bars). O fluido pressurizado pode igualmente ser um líquido imiscível com a resina, por exemplo, óleo.

[0033] Tal injeção de fluido pressurizado é preferencialmente feita o mais cedo possível após a injeção da resina, de modo que a pressão seja aplicada à peça no molde antes que o grau de reticulação da resina ultrapasse um valor, dito crítico, situado entre 20 e 30%. Tal valor crítico pode variar em função da natureza da resina e das fibras.

[0034] Antes deste limiar, a resina está suficientemente fluida para que a resina e a pré-forma sejam submetidas uniformemente à pressão de modo a garantir a ausência de porosidade em qualquer ponto da peça.

[0035] A temperatura e pressão do gás são mantidas até a reticulação completa da resina, de modo a produzir uma lâmina compósita desprovida de porosidades e incluindo uma pré-forma fibrosa imersa em uma matriz rígida de resina. A peça pode ser desmoldada em seguida.

[0036] O molde de injeção (não visível na figura 1) inclui classicamente ao menos um buraco de injeção de resina 2 e um buraco de escape 4. Tais buracos 3, 4 podem ser utilizados para injetar gás pressurizado. Outros pontos de injeção 5, 6 de gás pressurizado podem ser projetados, por exemplo, no nível do bordo de ataque 7 e do bordo de fuga 8 da lâmina 1.

[0037] Os pontos 3 de injeção de gás podem igualmente serem todos separados do ponto de injeção de resina 2 e do buraco de escape 4. Desta forma, é possível produzir inicialmente a injeção da resina em um posto de trabalho e depois, separadamente, a injeção do gás pressurizado em outro posto de trabalho, de modo a não imobilizar por muito tempo o posto de injeção de resina de uma linha de produção. Isto evita igualmente que os pontos 3 de injeção de gás pressurizado possam ser obstruídos por tampões devidos à gelificação da resina no nível de um ponto de injeção 2.

[0038] O método pode igualmente incluir diversas fases sucessivas de injeção de resina no molde e de submissão a pressão da resina e do molde, em particular no caso da moldagem de peças volumosas.

[0039] A figura 2 ilustra uma variante da invenção na qual o método de moldagem da lâmina consiste em colocar uma pré-forma 9 em um molde 10, injetar uma resina no molde de modo a impregnar a pré-forma 9, comprimir a pré-forma e a resina no molde com auxílio de um cilindro 11 e desmoldar a lâmina após reticulação da resina.

[0040] A figura 3 ilustra ainda outra variante de modalidade na qual um elemento 12 apto a se dilatar é colocado com a pré-forma 9 no molde 10. Após injeção da resina no molde 10, a resina, a pré-forma e o elemento são aquecidos de modo a que tal elemento 12 se dilate e exerça uma pressão sobre a resina e a pré-forma 9. A peça é desmoldada após a reticulação da resina.

[0041] O elemento 12 é, por exemplo, um calço de silicone, de cobre ou de alumínio.

[0042] Nos casos das figuras 2 e 3, o princípio é similar àquele exposto em referência à figura 1, uma vez que a resina e a pré-forma são submetidas a uma pressão suficiente para evitar a formação de bolhas de gás quando da reticulação da resina.

Claims (8)

1. Método de moldagem por injeção de uma peça (1) feita de material compósito, o método consistindo em colocar uma pré-forma (9) em um molde (10), injetar uma resina no molde (10) de modo a impregnar a pré-forma (9), e desmoldar a peça (1) após reticulação da resina, consistindo ainda em submeter a resina e a pré-forma (9) à pressão dentro do molde (10) durante a reticulação da resina, caracterizadopelo fato de que a pressão é aplicada à peça (1) por injeção de um fluido sob pressão no molde, por exemplo, por injeção de um gás tal como o ar ou o nitrogênio, ou de um líquido imiscível com a resina.

2. Método de moldagem de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pressão é aplicada à peça (1) no molde (10) antes que o grau de reticulação da resina ultrapasse um valor situado entre 20 e 30%.

3. Método de moldagem de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que a pressão aplicada à peça (1) no molde (10) é superior à pressão de vapor de um gás gerado quando da reticulação da resina.

4. Método de moldagem de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizadopelo fato de que a pressão aplicada à peça (1) é superior ou igual a 200 kPa (2 bar) em relação à pressão atmosférica.

5. Método de moldagem de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de que a resina é uma resina epóxida, uma resina bismaleimida, uma resina poliimida ou qualquer resina que inclua solventes e/ou impurezas voláteis.

6. Método de moldagem de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizadopelo fato de que o fluido sob pressão é injetado no molde em diversos pontos distintos (3).

7. Método de moldagem de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizadopelo fato de que o molde (10) é colocado a vácuo para a injeção da resina.

8. Método de moldagem de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizadopelo fato de que inclui diversas fases sucessivas de injeção de resina no molde e de pressurização da resina e do molde.

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