BR112014017498B1 - material ou estrutura de moldagem compreendendo uma camada de reforço fibroso e uma resina líquida curável - Google Patents

Abstract

APERFEIÇOAMENTOS EM LAMINADOS OU RELACIONADOS AOS MESMOS Trata-se de um processo para a preparação de um prepreg, compreendendo sobrepor uma resina sobre uma camada de reforço fibroso unidirecional compreendendo uma pluralidade de feixes, cada um compreendendo uma pluralidade de filamentos paralelos sobre uma camada impregnada com resina de reforço fibroso unidirecional compreendendo uma pluralidade de feixes, cada um compreendendo uma pluralidade de filamentos paralelos, em que o laminado sobreposto é comprimido em tal medida que a resina penetra nos interstícios entre os feixes, mas penetra nos vazios dentro dos feixes a menos de 22 a 60% em volume dos feixes.

Description

[001]A presente invenção refere-se a materiais reforçados com fibra compreendendo fibras e resinas termofixas, e, em particular, a materiais que são produzidos mediante o empilhamento de camadas compreendendo fibra de reforço e uma resina curável, e subsequentemente curar a resina dentro da pilha para fornecer uma estrutura laminar integral de várias camadas de reforço de fibra encapsuladas pela resina curada. estruturas laminares são fortes e leves e são bem- conhecidas e encontram muitos usos em aplicações industriais, tais como aplicações automotivas, aeroespaciais e marítimas, e também em cascas de turbina eólica, tais como as carcaças usadas para produção de pás de turbina, as longarinas e as extremidades de raiz das longarinas. Elas também são usadas para artigos esportivos, tais como esquis, skates, pranchas de surfe, windsurf, entre outros.

[002]O material fibroso empregado pode compreender feixes ou tecidos trançados ou não-trançados, e será escolhido de acordo com o uso final e com as propriedades desejadas do laminado. A presente invenção está particularmente relacionada a sistemas em que a fibra de reforço consiste de feixes com múltiplos filamentos unidirecionais, tal como uma pluralidade de feixes substancialmente paralelos, e cada feixe compreende uma multiplicidade de filamentos paralelos substancialmente individuais. Exemplos de materiais fibrosos que podem ser usados incluem fibra de vidro, fibra de carbono e Aramida. De maneira similar, a resina termofixa que é usada pode depender do uso ao qual se destina o laminado e das propriedades necessárias. Exemplos de resinas termofixas adequadas incluem resinas de poliuretano e resinas epóxi.A presente invenção está particularmente relacionada a sistemas que empregam resinas líquidas de epóxi termofixas.

[003]Os materiais de moldagem compreendendo misturas de material fibroso e resinas termofixas são por vezes conhecidos como “Prepegs” e podem ser preparados mediante a impregnação do material fibroso com a resina na forma líquida. Algumas resinas são líquidas à temperatura ambiente e, portanto, a impregnação pode ser obtida à temperatura ambiente. No entanto, geralmente se prefere aquecer a resina para reduzir sua viscosidade a fim de auxiliar na impregnação. Outras resinas são semissólidas ou sólidas à temperatura ambiente e são fundidas para possibilitar a impregnação do material fibroso com uma resina líquida.

[004]A impregnação do material fibroso pode ser obtida depositando-se a resina em uma camada de suporte, por exemplo, passando a camada de suporte através de um banho da resina líquida e recobrindo a resina na camada de suporte por meio de uma lâmina dosadora. A superfície da camada de suporte carregando a resina pode então ser colocada em contato com o material fibroso e ser pressionada na camada fibrosa para obter a impregnação da camada fibrosa com a resina. Como alternativa, um filme ou resina em movimento pode ser colocado com uma camada de suporte móvel e então colocado em contato com uma camada fibrosa em um par de roletes de pressão aquecidos. Na maioria das aplicações anteriores, prefere-se empregar duas camadas de resina, uma em cada lado da camada fibrosa para produzir uma estrutura “sanduíche" à qual é aplicada pressão para fazer a resina fluir para a camada fibrosa para impregnar completamente a camada de modo a forma um prepreg convencional, de modo que a camada contenha em grande parte fibras que estão totalmente embebidas em resina e nenhum ar permaneça na camada. Esses prepregs possuem um teor de resina no prepreg variando de 25 a 45% em peso do prepreg. Em componentes altamente sujeitos a tensão, o teor de vazios dos laminados formados a partir de materiais de moldagem de prepreg é significativo para o desempenho, uma vez que cada vazio é um possível ponto de defeito que diminui as propriedades mecânicas. Por esta razão, os consumidores de prepregs necessitam de prepregs que produzam baixo teor de vazios reproduzível,mas que ao mesmo tempo, possuam propriedades de manipulação satisfatórias.

[005]O ar pode ficar aprisionado durante a fabricação do material de moldagem de prepreg e durante a laminação no molde de múltiplas camadas de prepreg em uma pilha de múltiplas camadas que forma a moldagem.

[006]A impregnação do material fibroso com a resina líquida como discutido anteriormente pode introduzir um pouco de ar na montagem de prepreg da camada fibrosa e na resina durante a impregnação do reforço fibroso, a menos que esse processo seja controlado muito cuidadosamente. O ar que é aprisionado durante a fabricação da montagem de prepreg é difícil de remover uma vez que o prepreg seja laminado para formar a moldagem e a moldagem seja processada, pelo que a resina termofixa começa a ser curada. Quando o material fibroso compreende feixes com múltiplos filamentos unidirecionais, o ar pode estar dentro dos próprios feixes ou nos interstícios entre os feixes. A presença de tal ar no prepreg invariavelmente resulta em vazios no laminado final. Portanto, é importante minimizar a formação de bolhas de ar dentro da montagem de fibra de resina durante e após a impregnação e antes do início da cura da resina.

[007]O ar também tende a ser capturado entre as camadas de prepregs devido a suas superfícies pegajosas. É comum processar a laminação dos prepregs sob vácuo (geralmente em uma bolsa de vácuo ou autoclave) para remover o ar das pilhas de laminados. Geralmente, não é possível remover completamente o ar interlaminar aprisionado e o ar intralaminar (ar dentro de uma única camada de prepreg) dos prepregs convencionais e fabricar laminados que possuam propriedades uniformes ao longo da extensão e amplitude do laminado.

[008]O documento 1 595 689 revela uma montagem de prepreg que compreende um reforço fibroso e uma resina termicamente curável, em que a resina é impregnada no reforço fibroso. Uma malha é aderida à superfície externa de um prepreg convencional totalmente impregnado de modo que a malha seja aplicada sobre o prepreg a tal ponto que menos de metade da circunferência dos filamentos de malha se tornem revestidos pela resina de prepreg. Esse material tem a desvantagem de que a qualidade da moldagem do laminado curado depende da qualidade de impregnação do reforço fibroso, uma vez que a malha não pode remover todo o ar intralaminar aprisionado. Além disso, descobrimos que, para pilhas de laminados grandes, tipicamente de mais de 20 lonas de prepreg individuais, esse material é menos eficaz na remoção de ar interlaminar e ar intralaminar.

[009]A Publicação PCT WO 00/27632 foca-se em evitar que o ar se torne aprisionado tanto dentro de uma camada de material de moldagem (Um prepreg) ou entre camadas adicionais, particularmente quando uma fibra de grande peso, tal como uma fita unidirecional de 1200 g/m2, é usada como o reforço fibroso. A solução oferecida pela WO 00/27632 consiste em fornecer um material de moldagem com múltiplas camadas que pode ser um prepreg compreendendo uma camada de material de resina unida à pelo menos uma superfície de uma camada fibrosa.De acordo com uma concretização, a camada fibrosa pode ser parcialmente impregnada pela camada de resina.Esse material tem a desvantagem de ser intrinsecamente instável. Se o material for armazenado por qualquer período de tempo antes de sua laminação no molde, a resina líquida migra para o material fibroso, o que, por usa vez, resulta na perda das propriedades de remoção de ar do material uma vez que as áreas secas do material fibroso estão saturadas com resina. Além disso, descobrimos que, para pilhas de laminados grandes, tipicamente de mais de 20 lonas de prepreg individuais, esse material é menos eficaz na remoção de ar interlaminar e ar intralaminar.

[010]A Patente US 5,756,206 refere-se o feixes pré-impregnados de baixo volume flexíveis produzidos por técnicas de revestimento com pó. O pó é aplicado a um feixe e parcialmente fundido para se aderir ao feixe para formar um revestimento descontínuo no feixe que ajuda o ar no núcleo do towpreg a escapar enquanto consolida os towpregs em partes compostas. Esse material tem a desvantagem de ser muito laborioso fabricar moldagens grandes, e, portanto, não-econômico laminar partes compostas grandes usando feixes individuais.Além disso, esse material é instável no que diz respeito à relação de resina para reforço, uma vez que a relação de resina para reforço é distorcida à medida que o material é manipulado. Além do mais, durante a manipulação e o armazenamento, a resina é adicionalmente impregnada nos feixes, o que resulta na perda das capacidades de ventilação do material.

[011]A presente invenção tem por objetivo eliminar ou pelo menos atenuar os problemas descritos acima e/ou fornecer aprimoramentos de modo geral.

[012]De acordo com a invenção, é fornecido um material ou estrutura de moldagem e um processo conforme definido em qualquer uma das reivindicações acompanhantes. A presente invenção está relacionada a um material ou estrutura de moldagem que pode ser moldado para produzir laminados com um número reduzido de vazios. Adicionalmente, a invenção está relacionada a um processo no qual uma resina curável líquida é aplicada a uma camada de material fibroso para fornecer um material de moldagem de uma maneira pela qual a presença de vazios no produto final moldado produzido a partir do material é reduzida. A invenção é particularmente útil em aplicações onde um laminado final é obtido a partir de uma pilha de uma pluralidade de camadas compreendendo fibra e resinas termofixas, tal como uma pilha contendo pelo menos 20 de tais camadas. A invenção está direcionada à minimização da presença de vazios devido ao ar aprisionado dentro dos prepregs e também ao ar aprisionado entre os prepregs empilhados.

[013]Em uma concretização, é fornecido um material ou estrutura de moldagem compreendendo uma camada de reforço fibroso e uma resina líquida curável, em que o reforço fibroso compreende uma pluralidade de feixes, cada feixe compreendendo uma pluralidade de filamentos, em que a resina é fornecida pelo menos parcialmente entre os interstícios entre os feixes do reforço fibroso para fornecer um caminho de ventilação de ar pelo menos no interior dos feixes. O interior dos feixes é pelo menos parcialmente livre de resina para fornecer um caminho de ventilação de ar para permitir que o ar seja removido durante o processamento do material ou estrutura.

[014]Em outro aspecto da invenção, o material ou estrutura de moldagem compreende deixes de material de reforço fibroso que fornecem os caminhos de ventilação de ar. Os feixes são estruturais das fibras de reforço, logo, na prática, eles servem para múltiplos fins: por um lado, elas fornecem caminhos de ventilação de ar, e pelo outro, elas fornecem reforço estrutural. Isso traz a vantagem importante de que nenhum material é adicionado ou incluído no material de moldagem para somente fornecer a função de ventilação de ar.

[015]A resina intersticial garante que o material tenha estrutura adequada à temperatura ambiente para permitir a manipulação do material. Isso é obtido devido ao fato de que, á temperatura ambiente (23 °C), a resina tem uma viscosidade relativamente alta, tipicamente na faixa de 1000 a 100.000 Pa.s, mais tipicamente na faixa de 5000 Pa.s a 500.000 Pa.s. Além disso, a resina pode ser pegajosa. A pegajosidade é uma medida da adesão de um prepreg a uma superfície de ferramenta ou a outras lonas de prepreg em uma montagem. A pegajosidade pode ser medida em relação à própria resina ou em relação ao prepreg de acordo com o método conforme revelado em "Experimental analysis of prepreg tack", Dubois et al, (LaMI)UBP/IFMA, 5 de março de 2009. Esta publicação revela que a pegajosidade pode ser medida objetivamente e de forma repetida usando o equipamento conforme descrito na mesma e medindo a força de descolamento máxima para uma sonda que é colocada em contato com a resina ou prepreg a uma pressão inicial de 30N a uma temperatura constante de 0 °C30 °C e que é subsequentemente deslocada a uma taxa de 5 mm/min. Para esses parâmetros de contato de sonda, a pegajosidade F/Fref para a resina está na faixa de 0,1 a 0,6, onde Fref = 28,19N e F é a força de descolamento máxima. Para um prepreg, a pegajosidade F/Fref está na faixa de 0,1 a 0,45 para F/Fref, onde Fref = 28,19N e F é a força de descolamento máxima. No entanto, uma manta fibrosa, grade ou malha de suporte fibroso também pode estar localizado em pelo menos uma superfície externa do reforço fibroso para melhorar ainda mais a integridade do material ou estrutura durante a manipulação, o armazenamento e o processamento.

[016]Em uma concretização adicional, o material ou estrutura compreende feixes não-impregnados e feixes pelo menos parcialmente impregnados.De preferência, o reforço compreende feixes não-impregnados (“feixes secos”) e feixes completamente impregnados.A camada de reforço fibrosa compreende feixes de ventilação de ar pelo menos parcialmente embebidas em reforço fibroso pelo menos parcialmente impregnado. O reforço fibroso parcialmente impregnado pode ser um reforço unidirecional ou um reforço fibroso trançado ou um reforço fibroso não- trançado.

[017]O material ou estrutura pode ser formado a partir de duas ou mais camadas separadas de reforço fibroso, uma camada sendo impregnada com resina e a outra camada sendo não-impregnada ou substancialmente não-impregnada, as duas camadas sendo unidas de modo que a resina esteja presente entre os interstícios dos feixes. De preferência, as camadas são unidas de modo que os feixes não-impregnados ou substancialmente não-impregnadas sejam pelo menos parcialmente embebidas entre feixes impregnados.As camadas podem compreender feixes unidirecionais, os feixes de cada camada sendo substancialmente paralelos. As duas camadas podem ser unidas por compressão de modo que todas os feixes unidirecionais estejam no mesmo plano ou substancialmente no mesmo plano. Uma ou mais camadas fibrosas adicionais também podem ser combinadas com as camadas unidas.

[018]Em um aspecto adicional da invenção, os feixes impregnados e não- impregnados podem estar co-localizados para formar um único plano de reforço fibroso. Os eixos longitudinais dos feixes impregnados e não-impregnados em uma camada ou folha de reforço fibroso podem ser paralelos uns aos outros e todos os seus eixos podem estar localizados em um único plano.

[019]Em uma concretização adicional, o material ou estrutura pode compreender camadas unidas de feixes impregnados e não-impregnados, os eixos longitudinais dos feixes impregnados e não-impregnados estando localizados no mesmo plano. Em uma concretização adicional, o material ou estrutura pode compreender camadas unidas de feixes impregnados e não-impregnados, o material compreendendo entre 10 a 70% de feixes seco, de preferência de 20 a 60% de feixes seco e, mais preferencialmente, de 30 a 50% de feixes seco, mais preferencialmente de 33 a 50% de feixes seco. O material ou estrutura pode adicionalmente compreender uma ou mais malhas, como definido aqui.

[020]O material ou estrutura pode ter uma concentração de impregnação de resina variando de 20 a 50% em peso, de preferência de 30 a 40% em peso, e mais presentemente, de 32 a 38% em peso do material ou estrutura.

[021]Os interstícios entre os feixes podem compreender filamentos.Os interstícios podem compreender filamentos de um único feixe ou filamentos de feixe em ambos os lados dos interstícios. Os interstícios contendo filamentos de feixe formam uma estrutura integral do material ou estrutura de moldagem de modo que este possa ser manipulado, enrolado e/ou armazenado sem distorção da orientação da fibra e da relação de volume de resina para fibra e/ou da relação de peso. Isso assegura que o material seja estável, em oposição aos materiais que são convencionalmente conhecidos.

[022]Em uma concretização adicional, a resina pode ser fornecida no primeiro lado do reforço fibroso e penetrar pelo menos parcialmente nos interstícios entre os feixes do reforço fibroso para deixar o interior dos feixes pelo menos parcialmente livre de resina.

[023]A presente invenção, portanto, fornece um material ou estrutura de moldagem compreendendo uma camada de reforço fibroso unidirecional e uma resina líquida curável, em que o reforço fibroso compreende uma pluralidade de feixes de múltiplos filamentos, em que a resina é fornecida no primeiro lado do reforço fibroso e penetra pelo menos parcialmente nos interstícios entre os feixes do reforço fibroso e deixa o interior dos feixes pelo menos parcialmente livre de resina.

[024]Em uma concretização adicional, a invenção fornece um material ou estrutura de moldagem compreendendo uma camada de reforço fibroso e uma resina líquida curável, em que camada de reforço fibroso compreende uma pluralidade de feixes com múltiplos filamentos unidirecionais, em que a resina é fornecida em um primeiro lado da camada de reforço fibroso e em que os interstícios entre os feixes são pelo menos parcialmente impregnados com a resina e a resina penetra não mais do que parcialmente no interior dos feixes individuais e o segundo lado da camada do reforço fibroso é pelo menos parcialmente livre de resina. Em uma concretização adicional, a manta ou malha fibrosa é aderida à camada fibrosa por leve pressão, de modo que menos de metade da circunferência das fibras da manta ou da malha sejam revestidas por resina.Em outra concretização, o material ou estrutura de moldagem é fornecido de uma manta fibrosa ou malha de suporte em um ou ambos os lados da estrutura.

[025]Em outra concretização, a manta ou malha fibrosa pode estar localizada nos interstícios entre os feixes.Em uma concretização preferida, a malha é disposta pelo menos no primeiro lado da camada de reforço fibroso, pelo que parte da malha está nos interstícios entre os feixes.A malha nos interstícios fornece um caminho de ventilação nas direções intralaminar e interlaminar. Dessa forma, isso possibilita a extração de qualquer ar aprisionado ou de outra matéria gasosa na direção x, y e z do material. Isso é vantajoso quando múltiplas camadas do material de moldagem formam uma estrutura laminada.

[026]Outro benefício dessa concretização é que a aplicação de uma única manta ou malha fibrosa resulta em um produto que é essencialmente simétrico. Isso permite que o material seja aplicado independente de sua orientação em relação à laminação. Outro benefício de um material essencialmente simétrico é que ele pode ser aplicado a partir de um cilindro ou carretel a uma laminação ou pilha de laminados em movimentos consecutivos para frente e para trás, ao passo que um material assimétrico deve ser depositado somente no movimento frontal enquanto o movimento para trás deve então ser usado para retornar o cilindro ou carretel à sua posição original. Uma laminação ou pilha formada com um material simétrico pode, portanto, ser formada com mais rapidez e eficiência.

[027]A malha ou manta fibrosa é preferencialmente de grande diâmetro de abertura de malha e pode ser formada de qualquer material adequado, mas fios termoplásticos são preferidos. A principal exigência do material de fio é que ele tenha um ponto de fusão similar ou maior do que a temperatura de gelificação de prepreg de modo que os fios de malha não se fundam durante o processo de cura. De preferência, a diferença entre o ponto de fusão do fio e o ponto de gelificação da matriz deve ser de pelo menos 10 °C. Materiais adequados para a malha incluem poliéster (76 - 1100 dtex), tal como poli(tereftalato de etileno) e poli(tereftalato de butileno) e copolímeros dos mesmos, poliamida (110-700 dtex), tal como náilon 6, náilon 66, náilon 11 e náilon 12, polietersulfona, polipropileno, fio cortado de viscose (143 - 100 dtex), meta e para-amida (Kevlar 29 220-1100 dtex) e Nomex T-430 2201300 dtex, vidro 220-1360 dtex), juta (2000 dtex), linho (250-500 dtex), algodão (200-500 dtex) e combinações de um ou mais destes. Tal material está disponível sob o nome comercial Bafatex pela Bellingroth GmbH. Os filamentos que formam a malha preferencialmente possuem uma seção transversal substancialmente redonda. Os diâmetros dos filamentos podem estar na faixa de 100 a 1000 micrômetros, de preferência de 200 a 600 micrômetros, e mais preferencialmente, de 300 a 400 micrômetros. Se os diâmetros da fibra de malha forem muito grandes, então as propriedades mecânicas do laminado podem ser afetadas adversamente. Por exemplo, verificou-se que tanto a resistência ao cisalhamento interlaminar quanto a resistência à compressão diminuem.

[028]Um aspecto importante da invenção é que os filamentos da malha ou manta fibrosa não são totalmente impregnados pela resina. Isso ajuda na ventilação do ar interlaminar entre as camadas de prepreg. O grau pelo qual os filamentos da malha são revestidos com resina pode ser expresso pelo grau de impregnação (DI). O DI indica a qual grau a circunferência da malha os filamentos são cobertos com resina. Portanto, um índice de impregnação de 1,0 significa que os filamentos são totalmente impregnados pela resina e um índice de impregnação de 0,5 indica que metade da circunferência dos filamentos de grade é revestida pela resina. A invenção requer que os filamentos de malha sejam cobertos com a resina prepreg a um grau mínimo, apenas suficiente para que a malha se adira ao prepreg para assegurar a manipulação segura. Não se deve cobrir pela resina, entretanto, 50% da circunferência dos filamentos ou mais, a fim de assegurar o fornecimento apropriado de canais de escape de ar. Portanto, expresso como um “grau de impregnação”, a invenção requer que o grau de impregnação esteja entre >0 e <0,5, e de preferência, entre 0,2 e 0,3.

[029]Para assegurar que as extremidades externas dos canais de ar fornecidos ao longo dos filamentos de malha não se tornem obstruídas pela resina de prepreg, a malha deve se estender externamente para além das bordas do prepreg. De preferência, a malha deve se projetar sobre as bordas do prepreg em 2 a 30 mm, em particular, em 10 a 20 mm.

[030]Em outra concretização, uma malha ou manta fibrosa pode estar presente em uma ou em ambas as superfícies do material ou estrutura de moldagem.

[031]Um papel de liberação revestido com polietileno ou silicone pode ser colocado como uma camada protetora em um ou ambos os lados da montagem de prepreg - malha.

[032]A estrutura da malha é de importância e consiste de dois elementos principais. Na direção de 0o ou de urdidura, os fios são usados para primariamente estabilizar os fios que estão alinhados em outras direções, mesmo quando sob tensão em um cilindro enrolado. Outros fios, que se estendem em uma direção transversal aos fios de urdidura, formam paralelogramas. Em geral, a grade forma uma rede bruta na qual os filamentos paralelos do paralelograma possuem uma distância de 3 a 60, de preferência de 10 a 35, e mais preferencialmente, de 20 a 300 mm uns dos outros.

[033]Para o escape do ar, os canais curtos para as bordas laterais do prepreg formado pelos filamentos na direção aproximadamente transversal são de importância. De preferência, a malha deve incluir paralelogramas com comprimentos laterais de 10 a 35 mm, em que o ângulo menor do paralelograma está entre 50o e 80o, de preferência entre 65o e 75o. Portanto, a malha preferencialmente deve compreender filamentos na direção longitudinal, que é a direção de avanço da folha, e filamentos na direção aproximadamente transversal à direção de avanço da folha. Com tal construção de malha durante a moldagem sob pressão das laminações de prepreg, também avançando na direção longitudinal, o ar irá primeiramente avançar ao longo dos filamentos longitudinais até um ponto, onde o filamento longitudinal encontra um filamento na direção transversal, de onde o ar irá escapar para fora ao longo de um filamento na direção transversal. Esses filamentos na direção transversal criam um caminho curto para fora. Em relação a isto, também o ângulo entre os filamentos na direção longitudinal e os filamentos na direção aproximadamente transversal é de importância prática.

[034]Em uma concretização adicional, a invenção fornece uma pilha de tais materiais ou estruturas de moldagem.

[035]Em outra concretização, a invenção fornece um processo para a preparação de um prepreg ou um “semipreg” compreendendo sobrepor uma resina líquida curável a uma camada de reforço fibroso unidirecional compreendendo uma pluralidade de feixes, cada um compreendendo uma pluralidade de filamentos paralelos para formar uma estrutura sobreposta, em que a estrutura sobreposta é comprimida a tal ponto que a resina penetre nos interstícios entre os feixes e penetre nos vazios dentro dos feixes a menos de 22 a 60 % em volume do volume do feixe, particularmente de 22 a 55% do volume, mais particularmente de 22 a 50% do volume, de preferência de 25 a 45 % do volume, e mais preferencialmente de 25 a 42 % do volume ou de 25 a 35% do volume do feixe.

[036]O material ou estrutura de moldagem da invenção pode ser caracterizado por seu teor de resina e/ou seu volume de fibra e volume de resina e/ou por seu grau de impregnação, conforme medido pelo teste de absorção de água.

[037]O teor de resina e fibra dos materiais ou estruturas de moldagem não- curados é determinado de acordo com a ISO 1 1667 (método A) para moldagem de materiais ou estruturas que contêm material fibroso que não compreende carbono unidirecional. O teor de resina e fibra dos materiais ou estruturas de moldagem não- curados que contêm material fibroso de carbono unidirecional é determinado de acordo com a DIN EN 2559 A (código A). O teor de resina e fibra dos materiais ou estruturas de moldagem curados que contêm material fibroso de carbono é determinado de acordo com a DIN EN 2564 A.

[038]O percentual de volume de fibra e resina de um material ou estrutura de moldagem de prepreg pode ser determinado a partir do percentual de peso de fibra e resina dividindo-se o percentual de peso pela respectiva densidade da resina e fibra de carbono.

[039]O percentual de impregnação de um feixe ou material fibroso que está impregnado com resina é medido por meio de um teste de absorção de água.

[040]O teste de absorção de água é realizado como se segue. Seis tiras de prepreg são cortadas, com dimensões de 100 (+/-2) mm x 100 (+/-2) mm. Qualquer material de folha de suporte é removido.As amostras são pesadas ao 0,001 g (W1) mais próximo. As tiras estão localizadas entre placas de alumínio reforçadas com PTFE de modo que 15 mm da tira prepreg se projete a partir da montagem de placas reforçadas com PTFE em uma extremidade e pelo que a orientação da fibra do prepreg se estende ao longo da parte projetante. Um grampo é colocado na extremidade oposta, e 5 mm da parte projetante são imersos em água com uma temperatura de 23oC, umidade de ar relativa de 50% +/- 35%, e a uma temperatura ambiente de 23oC. Após 5 minutos de imersão, a amostra é removida da água e qualquer água externa é removida com papel mata-borrão. A amostra é então pesada novamente W2. A porcentagem de absorção de água WPU(%) é então calculada calculando-se a média dos pesos medidos para as seis amostras como se segue: WPU(%)=[(<W2>-<W1>)/<W1>)x100. A WPU(%) indica o Grau de Impregnação com Resina (DRI).

[041]O mesmo método pode ser realizado paro feixes individuais - neste caso, múltiplos feixes (tipicamente de 25 até 50) estão localizadas entre as placas reforçadas com PTFE e são tratadas da mesma maneira por imersão em água, e o % de WPU é então calculado para os feixes calculando-se os valores médios para W1 e W2 como indicado acima.

[042]Tipicamente, os valores para o teor de resina em peso para o prepreg não-curado da invenção estão nas faixas de 15 a 70% em peso do prepreg, de 18 a 68% em peso do prepreg, de 20 a 65 % em peso do prepreg, de 25 a 60% em peso do prepreg, de 25 a 55% em peso do prepreg, de 25 a 50% em peso do prepreg, de 25 a 45% em peso do prepreg, de 25 a 40% em peso do prepreg, de 25 a 35% em peso do prepreg, de 25 a 30% em peso do prepreg, de 30 a 55% em peso do prepreg, de 35 a 50% em peso do prepreg e/ou combinações dos intervalos mencionados acima.

[043]Tipicamente, os valores para o teor de resina em volume para o prepreg não-curado da invenção estão nas faixas de 15 a 70% em volume do prepreg, de 18 a 68% em volume do prepreg, de 20 a 65 % em volume do prepreg, de 25 a 60% em volume do prepreg, de 25 a 55% em volume do prepreg, de 25 a 50% em volume do prepreg, de 25 a 45% em volume do prepreg, de 25 a 40% em volume do prepreg, de 25 a 35% em volume do prepreg, de 25 a 30% em volume do prepreg, de 30 a 55% em volume do prepreg, de 35 a 50% em volume do prepreg e/ou combinações dos intervalos mencionados acima.

[044]Finalmente, os valores para o teor de resina em volume para o prepreg não-curado da invenção estão nas faixas de 15 a 70% em volume do prepreg, de 18 a 68% em volume do prepreg, de 20 a 65 % em volume do prepreg, de 25 a 60% em volume do prepreg, de 25 a 55% em volume do prepreg, de 25 a 50% em volume do prepreg, de 25 a 45% em volume do prepreg, de 25 a 40% em volume do prepreg, de 25 a 35% em volume do prepreg, de 25 a 30% em volume do prepreg, de 30 a 55% em volume do prepreg, de 35 a 50% em volume do prepreg e/ou combinações dos intervalos mencionados acima. Os valores para o teor de resina em peso para os feixes de prepreg não-curados da invenção estão nas faias de15 a 70% em peso do feixe de prepreg, de 18 a 68% em peso do feixe de prepreg, de 20 a 65 % em peso do feixe de prepreg, de 25 a 60% em peso do feixe de prepreg, de 25 a 55% em peso do feixe de prepreg, de 25 a 50% em peso do feixe de prepreg, de 25 a 45% em peso do feixe de prepreg, de 25 a 40% em peso do feixe de prepreg, de 25 a 35% em peso do feixe de prepreg, de 25 a 30% em peso do feixe de prepreg, de 30 a 55% em peso do feixe de prepreg, de 35 a 50% em peso do feixe de prepreg e/ou combinações dos intervalos mencionados acima.

[045]Os valores de absorção de água para o material e os feixes de moldagem de prepreg não-curado da invenção podem estar na faixa de 1 a 90%, 5 a 85%, 10 a 80%, 15 a 75%, 15 a 70%, 15 a 60%, 15 a 50%, 15 a 40%, 15 a 35%, 15 a 30%, 20 a 30%, 25 a 30% e/ou combinações das faixas mencionadas acima. Em uma concretização adicional, a invenção fornece um processo em que uma camada de feixes fibrosos unidirecionais que são totalmente impregnadas com resina líquida é sobreposta em uma camada de feixes fibrosos unidirecionais não-impregnadas e na estrutura consolidada de modo que a resina penetre nos espaços entre os feixes não-impregnados, mas deixe os espaços entre os filamentos dentro dos feixes pelo menos parcialmente não-impregnados. Uma manta fibrosa ou malha de suporte pode ser fornecida em um ou ambos os lados da estrutura, de preferência antes da consolidação.

[046]O termo prepreg ou semipreg é usado aqui para descrever um material ou estrutura de moldagem no qual o material fibroso foi impregnado com a resina líquida ao grau desejado e que a resina líquida está substancialmente não-curada.

[047]Os feixes empregados na presente invenção são constituídos de uma pluralidade de filamentos individuais. Pode haver milhares de filamentos individuais em um único feixe. O feixe e os filamentos dentro do feixe são geralmente unidirecionais com os filamentos individuais alinhados substancialmente paralelos. Em uma concretização preferida, os feixes dentro do material ou estrutura de moldagem da invenção são substancialmente paralelas uma à outra e se estendem ao longo da direção de deslocamento empregada para o processamento da estrutura. Tipicamente, o número de filamentos em um feixe pode variar de 2.500 a 10.000 a 50.000 ou mais.Feixes de cerca de 25.000 filamentos de carbono encontram-se disponíveis pela Toray e feixes de cerca de 50.000 filamentos de carbono encontram-se disponíveis pela Zoltek.

[048]Deixar o interior dos feixes pelo menos parcialmente livre de resina fornece um caminho ou estrutura de ventilação de ar, de modo que o ar que pode estar presente nos feixes desde o início ou que pode ser introduzido durante a impregnação com a resina líquida não seja aprisionado dentro da estrutura pela resina e possa escapar durante a preparação e a consolidação do prepreg. O ar pode escapar ao longo da extensão dos feixes e também pelo segundo lado da camada fibrosa se a impregnação pela resina for tal que parte ou toda a superfície do segundo lado da camada fibrosa não esteja carregando resina. Além do mais, o fornecimento dos espaços entre os filamentos dos feixes permitirá que o ar aprisionado entre os prepregs durante a formação de pilha escape particularmente, se, em adição, um lado do prepreg não estiver inteiramente revestido com resina.

[049]Os prepregs da presente invenção podem ser produzidos a partir de resinas epóxi normalmente disponíveis que podem conter um endurecedor, e, opcionalmente, um acelerador. Em uma concretização preferida, a resina epóxi é livre de um endurecedor tradicional, tal como diciandiamida, e em particular, descobrimos que esses prepregs desejáveis podem ser obtidos pelo uso de um agente derivado de uréia ou à base de uréia na ausência de um endurecedor, tal como diciandiamida. A quantidade relativa do agente de cura e de resina epóxi que deverá ser usada dependerá da reatividade da resina e da natureza e quantidade do reforço fibroso no prepreg. Tipicamente, utiliza-se de 0,5 a 10% em peso do agente de cura à base de ureia ou derivado de ureia baseado no peso da resina epóxi.

[050]Os laminados produzidos a partir dos prepregs da presente invenção podem conter menos de 3% em volume de vazios, ou menos de 1% em volume e vazios, tipicamente menos de 0,5% em volume e particularmente menos de 0,1% em volume, mais particularmente menos de 0,07% em volume baseado no volume total do laminado conforme medido por análise microscópica de 20 seções transversais espaçadas medindo 30 x 40 mm em seção transversal (espaçamento de 5 cm) de uma amostra curada do laminado. A seção transversal é polida e analisada sob um microscópio por um ângulo de visualização de 4,5 a 3,5 mm para determinar a área de superfície dos vazios em relação à área de superfície total de cada seção transversal da amostra e calcula-se a média dessas medições para o número de seções transversais. Esse método para determinar a fração de vazios é usado dentro do contexto deste pedido, embora métodos alternativos e padronizados estejam disponíveis, tal como DIN EN 2564. No entanto, espera-se que esses métodos forneçam resultados comparativos em relação à análise microscópica, como delineado aqui. Além disso, o tamanho máximo dos vazios é avaliado em cada seção de ângulo de visualização e a média desse número é calculada para as 20 amostras.A área de superfície média dos vazios é assumida como o valor do teor de vazios por volume. Verificamos que frações ou níveis de vazios que chegam a um valor não inferior a 0,06% e 0,01% por volume foram alcançados,

[051]Os prepregs da presente invenção são tipicamente usados em uma localização diferente de onde eles são fabricados, e, portanto, requerem capacidade de manipulação.Portanto, é preferido que eles sejam secos ou o mais seco possível e possuam baixa pegajosidade de superfície. Portanto, é preferido usar resinas curáveis líquidas de alta viscosidade. A invenção tem o benefício adicional de que os prepregs da invenção possuem estabilidade de armazenamento aperfeiçoada se comparado aos prepregs totalmente impregnados.

[052]O prepreg é preferencialmente fornecido de uma ou mais folhas de suporte para facilitar a manipulação do material e/ou o enrolamento do material. A folha de suporte pode compreender um material à base de poliolefina, tal como polietileno, polipropileno e/ou copolímeros dos mesmos. A folha de suporte pode compreender gravação em alto relevo.Isso tem a vantagem de conferir ao prepreg uma estrutura de superfície de ventilação de ar. A estrutura de superfície de ventilação de ar compreendendo canais gravados que permitem ao ar escapar durante o processamento. Isso é particularmente útil, pois impede o aprisionamento entre lonas, uma vez que o ar entre lonas é removido efetivamente por meio dos canais de superfície de ventilação de ar. De modo a produzir laminados finais com propriedades mecânicas substancialmente uniformes, é importante que as fibras estruturais e a resina epóxi sejam misturadas para fornecer um prepreg substancialmente homogêneo. Isso requer a distribuição uniforme das fibras estruturais dentro do prepreg para fornecer uma matriz substancialmente contínua da resina circundando os feixes fibrosos enquanto deixando os interstícios dentro dos feixes pelo menos parcialmente livres de resina. Os prepregs preferidos da presente invenção contêm um nível baixo de vazios entre os feixes.Portanto, é preferido que cada prepreg não-curado e a pilha de prepreg tenha um valor de absorção de água entre 15% a 30%, de preferência entre 16 a 26% e/ou combinações dos valores mencionados acima. O teste de absorção de água determina o grau de impermeabilidade ou impregnação entre os feixes unidirecionais dos prepregs da presente invenção e é determinado como descrito aqui anteriormente.

[053]Os prepregs da presente invenção deverão ser laminados com outros materiais compostos (por exemplo, outros prepregs que também podem estar de acordo com a presente invenção ou podem ser outros prepregs) para produzir um laminado curável ou uma pilha de prepreg. O prepreg é tipicamente produzido como um rolo de prepreg e, em virtude da natureza pegajosa de tais materiais, uma folha de suporte é geralmente fornecida para permitir que o rolo seja estendido no momento de uso. Assim, de preferência, o prepreg de acordo com a invenção compreende uma folha de suporte em uma face externa.

[054]Os prepregs da presente invenção são produzidos mediante a impregnação do material fibroso com a resina epóxi. A viscosidade da resina e as condições empregadas para impregnação são escolhidas de modo a permitir o grau desejado de impregnação. É preferido que, durante a impregnação, a resina tenha uma viscosidade de 0,1 Pa.s a 100 Pa.s, de preferência de 6 a 100 Pa.s, mais preferencialmente de 18 a 80 Pa.s, e ainda mais preferencialmente, de 20 a 50 Pa.s. De modo a aumentar a taxa de impregnação, o processo pode ser realizado a uma temperatura elevada de modo que a viscosidade da resina seja reduzida. No entanto, ele não deverá ser tão quente por um período de tempo suficiente tal que ocorra a cura prematura da resina. Assim, o processo de impregnação é preferencialmente realizado a temperaturas na faixa de 40 °C a 110 °C, mais preferencialmente, 60 °C a 80 °C. É preferido que o teor de resinas dos prepregs seja tal que, após a cura, a estrutura contenha de 30 a 40 % em peso, de preferência 31 a 37 % em peso, mais preferencialmente 32 a 35% em peso da resina. A quantidade relativa de resina e feixe de múltiplos filamentos , a velocidade de linha de impregnação, a viscosidade da resina e a densidade dos feixes de múltiplos filamentos devem ser correlacionadas para alcançar o grau desejado de impregnação entre os feixes e deixar espaços entre os filamentos individuais dentro dos feixes que não estão ocupados pela resina. A resina pode ser espalhada sobre a superfície externa de um cilindro e revestida em um papel ou outro material de suporte para produzir uma camada de resina curável.A composição de resina pode então ser colocada em contato com os feixes de múltiplos filamentos para impregnação, possivelmente pela passagem através dos cilindros. A resina pode estar presente em uma ou duas folhas de material de suporte, que são colocadas em contato com um ou ambos os lados dos feixes e consolidadas, tal como pela passagem das mesmas através de cilindros de consolidação aquecidos para causar o grau desejado de impregnação. Como alternativa, a resina pode ser aplicada por meio de um banho de resina conduzindo os feixes através da resina (impregnação de fibra direta). A resina também pode compreender um solvente que é evaporado após a impregnação dos feixes de fibra.

[055]Nos processos de impregnação, a resina pode ser mantida na forma líquida em um banho de resina, sendo uma resina que é líquida à temperatura ambiente ou sendo fundida se for uma resina que é sólida ou semi-sólida à temperatura ambiente. A resina líquida pode então ser aplicada a um suporte empregando uma lâmina dosadora para produzir um filme de resina em uma camada de liberação, tal como papel ou filme de polietileno. Os feixes de fibra podem então ser colocadas na resina, e opcionalmente, uma segunda camada de resina pode ser fornecida sobre os feixes de fibra e então consolidada.

[056]Em uma concretização adicional, uma camada fibrosa impregnada com resina pode ser sobreposta em uma camada substancialmente livre de resina de feixes unidirecionais e a combinação pressionada junta de modo que a resina da camada impregnada passe para a camada livre de resina de modo que a resina entre os feixes, mas deixe pelo menos parte dos interstícios dentro dos feixes pelo menos parcialmente livre de resina.

[057]Nesta concretização, uma camada compreendendo feixes de fibra unidirecionais com um alto grau de impregnação por resina líquida pode ser sobreposta em uma camada de feixes de fibra unidirecionais substancialmente não- impregnadas e a estrutura consolidada de modo que a resina líquida passe da camada impregnada para a camada substancialmente não-impregnada para causar a impregnação parcial. A impregnação parcial resulta na resina entre os feixes e deixa espaços entre os filamentos dos feixes que não contêm resina. A impregnação parcial pode ser tal que o lado da camada dos feixes substancialmente não- impregnadas distante da camada contendo resina permanece seco ou parcialmente seco. Como alternativa, ela pode ser umedecida de acordo com as condições de moldagem a serem empregadas para curar uma pilha dos prepregs.

[058]Uma folha de suporte pode ser aplicada tanto antes como após a impregnação da resina. No entanto, ela é tipicamente aplicada antes ou durante a impregnação, uma vez que pode fornecer uma superfície não-aderente sobre a qual será aplicada a pressão necessária para fazer com que a resina impregne a camada fibrosa. A resina epóxi usada na preparação do prepreg tem, de preferência, um Peso Equivalente Epóxi (EEW) na faixa de 150 a 1500, de preferência uma alta reatividade, tal como um EEW na faixa de 200 a 500, e a composição de resina compreende a resina e um acelerador ou agente de cura. Resinas epóxi adequadas podem compreender combinações de duas ou mais resinas epóxi selecionadas dentre resinas monofuncionais, difuncionais, trifuncionais e/ou tetrafuncionais.

[059]Resinas epóxi difuncionais adequadas, a título de exemplo, incluem as que se baseiam em: éter diglicidílico de bisfenol F, éter diglicidílico de bisfenol A (opcionalmente brominado), novolacs de epóxi de fenol e cresol, éteres glicidílicos de adutos de fenol-aldelido, éteres glicidílicos de dióis alifáticos, éter diglicidílico, éter diglicidílico de dietileno glicol, resinas epóxi aromáticas, éteres poliglicidílicos alifáticos, olefinas epoxidizadas, resinas brominadas, aminas glicidílicas aromáticas, imidinas glicidílicas heterocíclicas e amidas, éteres glicidílicos, resinas epóxi fluoradas, ésteres glicidílicos ou qualquer combinação dos mesmos.

[060]Resinas epóxi difuncionais podem ser escolhidas dentre éter diglicidílico ou bisfenol F, éter diglicidílico de bisfenol A, diglicidil diidroxi naftaleno, ou qualquer combinação dos mesmos.

[061]Resinas epóxi trifuncionais adequadas, a título de exemplo, podem incluir as baseadas em novolacs de epóxi de fenol e cresol, éteres glicidílicos de adutos de fenol-aldeído, resinas epóxi aromáticas, éteres triglicidílicos alifáticos, éteres triglicidílicos dialifáticos, aminas poliglicidílicas alifáticas, imidinas e amidas glicidílicas heterocíclicas, éteres glicidílicos, resinas epóxi fluoradas, ou qualquer combinação dos mesmos. Resinas epóxi trifuncionais adequadas encontram-se disponíveis por intermédio da Huntsman Advanced Materials (Monthey, Suíça) sob os nomes comerciais MY0500 e MY0510 (para-aminofenol triglicidílico) e MY0600 e MY0610 (meta-aminofenol triglicidílico). O meta-aminofenol triglicidílico também está disponível por intermédio da Sumitomo Chemical Co. (Osaka, Japão) sob o nome comercial ELM-120.

[062]Resinas epóxi tetrafuncionais adequadas incluem N,N, N',N'- tetraglicidil-m-xilenodiamina (comercialmente disponível por intermédio da Mitsubishi Gas Chemical Company sob o nome Tetrad-X, e como Erisys GA-240 da CVC Chemicals), e N,N,N',N'-tetraglicidilmetilenodianilina (por exemplo, MY0720 e MY0721 da Huntsman Advanced Materials). Outras resinas epóxi multifuncionais adequadas incluem DEN438 (da Dow Chemicals, Midland, Ml) DEN439 (da Dow Chemicals), Araldite ECN 1273 (da Huntsman Advanced Materials), e Araldite ECN 1299 (da Huntsman Advanced Materials). A composição de resina epóxi de preferência também compreende um ou mais agentes de cura à base de uréia, e é preferido usar de 0,5 a 10% em peso com base no peso da resina epóxi de um agente de cura, mais preferencialmente 1 a 8% em peso, mais preferencialmente, 2 a 8% em peso. Os materiais à base de uréia preferidos são a gama de materiais disponíveis sob o nome comercial Urone®. Além de um agente de cura, um acelerador adequado, tal como um agente de cura à base de amina latente, tal como dicianopoliamida (DICY).

[063]Sendo assim, a presente invenção fornece um material de moldagem de prepreg para fabricar um material composto reforçado com fibra, o prepreg compreendendo uma camada de reforço fibroso totalmente impregnada por um material de resina matricial, em que o material de resina tem um módulo de armazenamento G’ de 3 x 105 Pa a 1 x 108 Pa e um módulo de perda G’’ de 2 x 106 Pa a 1 x 108Pa.

[064]De preferência, o material de resina tem um módulo de armazenamentoG’ de 1 x 106 Pa a 1 x 107 Pa, mais preferencialmente, de 2 x 106 Pa a 4 x 106 Pa.

[065]De preferência, o material de resina tem um módulo de armazenamento G’ de 5 x 106 Pa a 1 x 107 Pa, mais preferencialmente, de 7 x 106 Pa a 9 x 106 Pa.

[066]De preferência, o material de resina tem uma viscosidade complexa de 5 x 105 Pa a 1 x 107 Pa.s, mais preferencialmente, de 7,5 x 105 Pa a 5 x 106 Pa.s.

[067]De preferência, o material de resina tem uma viscosidade complexa de 1 x 106 Pa a 2 x 106 Pa.s, mais preferencialmente, de 5 x 30 Pa.s a 80 °C. De preferência, o material de resina tem uma viscosidade de 10 a 25 Pa.s a 80 °C. De preferência, o material de resina é uma resina epóxi.

[068]Descobrimos que as propriedades do módulo de armazenamento e do módulo de perda mencionadas acima permitem que a estrutura de ventilação de ar permaneça no local durante a manipulação, armazenamento e laminação do material ou estrutura de moldagem de prepreg até o início do processamento, quando a pilha de laminados é aquecida a temperaturas superiores a 40 °C e uma pressão de vácuo é aplicada, mesmo se múltiplas lonas (pilhas de 20, 30, 40, 60 ou ainda mais lonas) foram laminadas.

[069]De preferência, o material de moldagem de prepreg é alongado em uma direção longitudinal do mesmo e o reforço fibroso é unidirecional ao longo da direção longitudinal do prepreg. De preferência, as superfícies maiores opostas do material ou estrutura de moldagem de prepreg são gravadas com um arranjo de canais nas mesmas.

[070]O comportamento dos materiais prepreg de termocura é altamente viscoelástico às temperaturas típicas de laminação empregadas. A parte sólida elástica armazena energia de deformação como potencial elástico recuperável, ao passo que um líquido viscoso flui de maneira irreversível sob a ação de forças externas.

[071]Esta viscosidade complexa é obtida usando um reômetro para aplicar um experimento de oscilação. A partir disso, o módulo complexo G* é derivado como a oscilação complexa que é aplicada ao material é conhecido (Principles of Polymerization, John Wiley & Sons, New York, 1981).

[072]Em materiais viscoelásticos, a tensão e a deformação estarão fora de fase por um ângulo delta. As contribuições individuais que formam a viscosidade complexa são definidas como G’ (Módulo de Armazenamento) = G* x cos (delta); G" (Módulo de Perda) = G* x sin(delta). Esta relação é ilustrada na Figura 8 da WO 2009/118536.

[073]G* é o módulo complexo. G’ refere-se a quão elástico é o material e define sua rigidez. G’’ refere-se a quão viscoso é um material e define o amortecimento, e a resposta de fluxo não-recuperável líquido do material.

[074]Para um sólido puramente elástico (vítreo ou semelhante a borracha), G”=0 e o ângulo de fase delta é 0o, e para um líquido puramente viscoso, G’=0 e o ângulo de fase delta é 90o.

[075]O módulo de perda G” indica o comportamento de fluxo irreversível e um material com um alto módulo de perda G’’ também é desejável para impedir o fluxo precoce do tipo fluência e manter um caminho de ar aberto por mais tempo. Portanto, a resina usada nos prepregs da presente invenção tem um alto módulo de armazenamento e um alto módulo de perda, e, por conseguinte, um alto módulo complexo, a uma temperatura correspondendo a uma temperatura de laminação típica, tal como a temperatura ambiente (20 °C).

[076]O material de resina preferencialmente tem um ângulo de fase delta tal que o valor de delta aumenta em pelo menos 25oC em uma faixa de temperatura de 10 a 25oC. Opcionalmente, o valor do ângulo de fase delta aumenta por um valor de 25 a 70 °C ao longo de uma faixa de temperatura de 10 a 25oC. Opcionalmente, o valor do ângulo de fase delta entre o módulo complexo G* e o módulo de armazenamento G’ aumenta por um valor de 35 a 65oC ao longo de uma faixa de temperatura de 10 a 25oC. Opcionalmente, o valor do ângulo de fase delta não é maior do que 70o e/ou pelo menos 50 graus a pelo menos um valor dentro da faixa de temperatura de 12,5 a 25oC.

[077]Neste relatório descritivo, as propriedades viscoelásticas, isto é, o módulo de armazenamento, o módulo de perda e a viscosidade complexa da resina usada nos prepregs da presente invenção foram medidas à temperatura de aplicação (isto é, uma temperatura de laminação de 20 °C) usando um reômetro AR2000 da TA Instruments com placas de alumínio de 25 mm de diâmetro descartáveis. As medições foram realizadas com as seguintes configurações: um teste de oscilação a uma temperatura decrescente reduzindo de 40 °C para -10 °C a 2 °C/mm com um deslocamento controlado de 1 x 10"4 rads a uma frequência de 1 Hz e uma lacuna de 1000 micrômetros.

[078]Tipicamente, a rigidez do prepreg viscoelástico é caracterizada pela resina exibindo uma alta resposta reológica elástica. A reologia da resina é caracterizada por um módulo de armazenamento G' da resina, de preferência entre 3 x 10 5 Pa e 1 x 10 8 Pa a 20 °C, mais preferencialmente de 1 x 10 6 Pa a 1 x 10 7 Pa, ainda mais preferencialmente, de 2 x 10 6 Pa a 4 x 10 6 Pa. Quanto maior o módulo de armazenamento à temperatura ambiente, melhores as propriedades de transporte de ar da pilha de prepreg. No entanto, o limite superior do módulo de armazenamento é limitado, pois, caso contrário, o prepreg se tornaria rígido demais e desenvolveria a tendência de se romper à medida que o prepreg está sendo laminado, mesmo na curvatura suave típica de uma longarina de turbina eólica.

[079]Na fabricação de um membro estrutural na forma de uma longarina ou viga usando o material ou estrutura de moldagem de prepreg da presente invenção, de preferência a resina tem um alto módulo de perda G’’ entre 2 x 106 Pa e 1 x 108 Pa a 20 °C, mais preferencialmente, de 5 x 106 Pa a 1 x 107 Pa, ainda mais preferencialmente, de 7 x 106 Pa a 9 x 106 Pa.

[080]O material de resina preferencialmente possui uma viscosidade complexa alta a 20 °C de 5 x 105 Pa a 1 x 107 Pa.s, mais preferencialmente, de 7,5 x 10 5 Pa a 5 x 10 6 Pa.s, ainda mais preferencialmente, de 1 x 10 6 Pa a 2 x 10 6 Pa.s.

[081]Além do mais, como indicado acima, a viscosidade da resina no material de moldagem é relativamente alta. Isso determina que, antes do estágio de cura, que é tipicamente realizado a uma temperatura elevada, por exemplo, a uma temperatura maior do que 75oC, uma temperatura de cura típica sendo de 80 °C ou superior, a resina apresente propriedades de fluxo baixo ou até mesmo desprezíveis. O material de resina preferencialmente tem uma viscosidade de 5 a 30 Pa.s a 80 °C, mais preferencialmente, de 10 a 25 Pa.s a 80 °C. Neste relatório descritivo, a viscosidade do fluxo de resina durante o ciclo de cura foi medida usando um reômetro AR2000 da Ta Instruments com placas de alumínio de 25 mm de diâmetro descartáveis. A medição foi realizada com as seguintes configurações: temperatura crescente de 30 a 130 °C 2oC/mm com uma tensão de cisalhamento de 3,259Pa, lacuna: 1000 micrômetros.

[082]O termo “interstícios” é usado neste pedido para definir o espaço ou volume que está presente entre os feixes adjacentes. Este espaço ou volume pode compreender filamentos de uma ou mais feixes adjacentes. O espaço ou volume pode ser preenchido quando o material fibroso for impregnado, tanto parcial quanto completamente.

[083]Geralmente, pensa-se que os interstícios são importantes para permitira a ventilação do ar interlaminar ou intralaminar aprisionado a partir das moldagens de laminados. Surpreendentemente, descobrimos que os interstícios podem ser preenchidos com resina, enquanto os próprios feixes, quando não totalmente impregnadas, conforme confirmado, por exemplo, pelas medições de absorção de água, permitem a ventilação tanto do ar interlaminar quanto intralaminar. Isso resulta em materiais de moldagem que possuem um teor de vaziosbaixíssimo, como confirmado pelos experimentos neste pedido.

[084]Além do mais, descobrimos que, para as propriedades de resina como definidas aqui, o material de moldagem da invenção é muito estável durante a fabricação, armazenagem, manipulação e laminação, de modo que a estrutura de ventilação nos feixes (e através da gravação por uma folha de suporte) possa permanecer no local até um estágio avançado durante o processamento da pilha de laminados quando a temperatura é elevada tipicamente a valores acima de 60 °C.

[085]Os feixes de múltiplos filamentos usados na presente invenção podem compreender contínuos ou descontínuos seletivamente fissurados (isto é, rompidos por estiramento). Os filamentos podem ser formados a partir de uma grande variedade de materiais, como carbono, fibra basáltica, grafita, vidro, polímeros metalizados, aramida e misturas dos mesmos. Feixes de vidro e fibras de carbono são preferidos, com os feixes de fibra de carbono sendo preferidos para cascas de turbina eólica com comprimento superior a 40 metros, tal como de 50 a 60 metros. As fibras estruturais são feixes individuais formados de uma multiplicidade de fibras individuais unidirecionais. Tipicamente, as fibras terão uma seção transversal circular ou quase circular, com um diâmetro para carbono na faixa de 3 a 20 um, de preferência de 5 a 12 um. Para outras fibras, incluindo vidro, o diâmetro pode estar na faixa de 3 a 600 um, de preferência de 10 a 100 um. Diferentes feixes podem ser usados em diferentes prepregs de acordo com a invenção e diferentes prepregs podem ser usados juntos para produzir um laminado curado de acordo com as propriedades necessárias do laminado curado. As fibras de reforço podem ser fibras sintéticas ou naturais ou qualquer outra forma de material ou combinação de materiais que, combinados com a composição de resina da invenção, formam um produto composto.A manta fibrosa de reforço pode ser fornecida por meio de carretéis de fibra que são desenrolados ou a partir de um rolo de tecido.Exemplos de fibras incluem vidro, carbono, grafita, boro, cerâmica e aramida.As fibras preferidas são as fibras de carbono e vidro.Sistemas de fibra híbridos ou mistos também podem ser contemplados. O uso de fibras seletivamente descontínuas ou fissuradas (isto é, rompidas por estiramento) pode ser vantajoso para facilitar a laminação do produto de acordo com a invenção e aperfeiçoar sua capacidade de ser moldado. Embora uma alinhamento de fibra unidirecional seja preferível, outras formas também podem ser usadas.Formas têxteis típicas incluem tecidos têxteis simples, tecidos de malha, tecidos de sarja e teceduras de cetim. Também é possível contemplar o uso de camadas de fibras não-trançadas ou não-crimpadas. A massa de superfície das fibras dentro do reforço fibroso é geralmente de 80 a 4000 g/m2 , de preferência de 100 a 2500 g/m2, e com particular preferência, de 150 a 2000 g/m2. O número de filamentos de carbono por feixe pode variar de 3000 a 320.000, novamente, de preferência de 6.000 a 160.000 e mais preferencialmente, de 12.000 a 48.000. Para reforços de fibra de vidro, fibras de 600-2400 tex são particularmente adaptadas.

[086]Exemplos de camadas de feixes fibrosos unidirecionais são formados de fibras de carbono HexTow®, que se encontram disponíveis por intermédio da Hexcel Corporation. Fibras de carbono HexTow® adequadas para uso na produção de feixes de fibras unidirecionais incluem: fibras de carbono IM7, que estão disponíveis como feixes que contêm 6.000 ou 12.000 filamentos e pesam 0,223 g/m e 0,446 g/m, respectivamente; fibras de carbono IM8-IM10, que estão disponíveis como feixes que contêm 12.000 filamentos e pesam de 0,446 g/m a 0,324 g/m; e fibras de carbono AS7, que estão disponíveis em feixes que contêm 12.000 filamentos e pesam 0,800 g/m, feixes contendo até 80.000 ou 50.000 (50 mil) filamentos podem ser usadas, tais como as que contêm cerca de 25.000 filamentos disponíveis por intermédio da Toray e as que contêm cerca de 50.000 filamentos disponíveis por intermédio da Zoltek. Os feixes tipicamente possuem uma largura de 3 a 7 mm e são alimentadas para impregnação em um equipamento que empregaentes para reter os feixes e mantê-las paralelas e unidirecionais.

[087]Os feixes dos prepregs serão impregnadas com a resina epóxi de modo que a resina esteja presente entre os feixes, mas não preencha os espaços entre os filamentos individuais dentro dos feixes, embora parte da resina possa passar para esses espaços durante a impregnação. A impregnação pode ser controlada de modo que um primeiro lado da camada de feixes seja umedecido pela resina, ao passo que o segundo lado permanece seco. Como alternativa, ambos os lados podem ser umedecidos pela resina, contanto que a resina não preencha todos os espaços entre os filamentos individuais dentro dos feixes.Os prepregs da presente invenção são predominantemente compostos de resina e dos feixes de múltiplos filamentos.

[088]Uma pilha de prepregs para preparar laminados curados pode conter mais de 40 camadas de prepreg, tipicamente mais de 60 camadas e, às vezes, mais de 80 amadas, algumas ou todas as quais podem ser prepregs de acordo com a presente invenção. Uma ou mais das camadas prepreg na pilha podem ser curadas ou pré-curadas parte processar parcialmente a resina na camada prepreg. No entanto, é preferido que todos os prepregs estejam de acordo com a invenção. Tipicamente, a pilha terá uma espessura de 1 cm a 10 cm, de preferência de 2 cm a 8 cm, mais preferencialmente de 3 a 6 cm.

[089]As resinas epóxi podem se tornar quebradiças após a cura, e materiais de enrijecimento podem ser incluídos com a resina para conferir durabilidade, embora possam resultar em um aumento indesejável na viscosidade da resina. Como descrito alternativamente no Pedido co-pendente No. EP11195218.0, o material de enrijecimento pode ser alimentado como uma camada separada, tal como um véu.

[090]Quando o material de enrijecimento adicional é um polímero, ele deverá ser insolúvel na resina epóxi matricial à temperatura ambiente e às temperaturas elevadas às quais a resina é curada. Dependendo do ponto de fusão do polímero termoplástico, ele pode se fundir ou amolecer a graus variáveis durante a cura da resina a temperaturas elevadas e se solidificar novamente à medida que o laminado curado é resfriado. Termoplásticos adequados não devem se dissolver na resina, e incluem termoplásticos, tais como poliamidas (PAS), polietersulfona (PES) e polieterimida (PEI). Poliamidas, tal como náilon 6 (PA6) e náilon 12 (PA12) e misturas dos mesmos, são preferidas.

[091]Uma vez preparado, o prepreg pode ser enrolado, de modo que possa ser armazenado por um período de tempo.Ele pode então ser desenrolado e cortado conforme desejado, e opcionalmente laminado com outros prepregs para formar uma pilha de prepregs em um molde ou em uma bolsa de vácuo, que é subsequentemente colocado em um molde e curado.

[092]Uma vez preparado, o prepreg ou pilha de prepregs é curado(a) por exposição a uma temperatura elevada, e opcionalmente, pressão elevada, para produzir um laminado curado. Como discutido acima, os prepregs da presente invenção podem fornecer excelentes propriedades mecânicas sem exigir as altas pressões encontradas em um processo de autoclave. Assim, em um aspecto adicional, a invenção refere-se a um processo para curar a resina termofixa dentro de um prepreg ou pilha de prepregs como descrito aqui, o processo envolvendo expor o prepreg ou pilha de prepregs a uma temperatura suficiente para induzir a cura da composição de resina termofixa e é preferencialmente realizado a uma pressão de menos de 3,0 bar absoluto.

[093]O processo de cura pode ser realizado a uma pressão de menos de 2,0 bar absoluto, de preferência menos de 1 bar absoluto. Em uma concretização particularmente preferida, a pressão é menor do que a pressão atmosférica. O processo de cura pode ser realizado a uma ou mais temperaturas na faixa de 80 a 200 °C, por um tempo suficiente para curar a composição de resina termofixa ao grau desejado.

[094]A cura a uma pressão próxima à pressão atmosférica pode ser obtida pela chamada técnica de bolsa de vácuo.Isso envolve colocar o prepreg ou pilha de prepregs em uma bolsa hermética e criar um vácuo no interior da bolsa. Isso tem o efeito de que a pilha de prepreg é sujeita a uma pressão de consolidação que chega à pressão atmosférica, dependendo do grau de vácuo aplicado.

[095]Uma vez curado, o prepreg ou pilha de prepregs se torna um laminado composto, adequado para uso em uma aplicação estrutural, por exemplo, uma estrutura aeroespacial ou uma pá de turbina eólica.

[096]Tais laminados compostos podem compreender fibras estruturais em um nível de 45% a 75% em volume (fração de volume de fibra), de preferência de 55% a 70% em volume, mais preferencialmente, de 58% a 65% em volume (DIN EN 2564 A).

[097]As propriedades únicas das camadas de baixo peso, tais como camadas fibrosas trançadas e não-trançadas, e outras camadas de polímero termoplástico estruturadas de maneira similar, usadas nesta invenção, tornam possível curar os laminados usando tais camadas em um processo fora da autoclave. Esta pressão relativamente baixa e o processo de cura de baixo custo podem ser usados porque a tolerância a danos (por exemplo, a Compressão Após Impacto - DAI) do laminado curado não é substancialmente menor do que a tolerância a danos alcançada usando a pressão mais elevada e os gastos maiores de uma autoclave. Em contraste, a cura fora da autoclave dos laminados que possuem zonas entre folhas enrijecidas com partículas de termoplástico insolúveis produz laminados curados que possuem tolerâncias a danos que são significativamente reduzidas.

[098]A invenção tem aplicabilidade na produção de uma grande variedade de materiais. Um uso particular é na produção de pás e longarinas de turbina eólica. Pás de turbina eólicas típicas compreendem duas cascas longas que se unem para formar a superfície externa da pá e uma longarina de suporte dentro da pá e que se estende pelo menos parcialmente ao longo da extensão da pá.As cascas e a longarina podem ser produzidas mediante a cura dos prepregs ou pilhas de prepregs da presente invenção.

[099]O comprimento e forma das cascas variam, mas a tendência é usar pás mais longas (que exigem estruturas maiores), o que, por sua vez, pode exigir estruturas mais espessas e uma sequência especial de prepregs dentro da pilha a ser curada. Isso impõe exigências especiais sobre os materiais a partir do qual elas são preparadas. Os prepregs baseados em feixes de fibras de carbono de múltiplos filamentos unidirecionais são preferidos para pás com comprimento de 30 metros ou mais, particularmente os de comprimento de 40 metros ou mais, tal como de 45 a 65 metros. O comprimento e forma das cascas também pode levar ao uso de diferentes prepregs dentro da pilha a partir da qual as estruturas são produzidas e também podem levar ao uso de diferentes prepregs ao longo do comprimento da estrutura. Em virtude de seu tamanho e complexidade, o processo preferido para a fabricação de componentes de energia eólica, tais como cascas e longarinas, consiste em fornecer os prepregs apropriados dentro de uma bolsa de vácuo, que é colocada em um molde e aquecido à temperatura de cura. A bolsa pode ser evacuada antes ou depois de ser colocada dentro do molde.

[0100]A redução no número de vazios nos laminados é particularmente útil para fornecer estruturas e/ou longarinas e/ou mesas de longarina para pás de turbina eólica com propriedades mecânicas uniformes.Particularmente, as longarinas e suas partes estão sujeitas a cargas elevadas.Qualquer redução no teor de vazios aperfeiçoa em grande medida o desempenho mecânico dessas partes.Isso, por sua vez, permite que as partes sejam construídas com um peso reduzido (por exemplo, reduzindo-se o número de camadas de prepregs) em comparação com uma parte similar que teria um teor de vazios superior. Além do mais, de modo a resistir às condições às quais as estruturas de turbina eólica estão sujeitas durante o uso, é desejável que os prepregs curados a partir dos quais as cascas e longarinas são produzidos tenham um Tg elevado, e de preferência, um Tg maior do que 90 °C.

[0101]A invenção será ilustrada agora com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[0102]A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um material ou estrutura de moldagem de acordo com uma concretização da invenção;

[0103]A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um material ou estrutura de moldagem de acordo com outra concretização da invenção;

[0104]A Figura 3 é uma ilustração esquemática de um processo de acordo com uma concretização da invenção;

[0105]A Figura 4 é uma ilustração esquemática de um material ou estrutura de moldagem de acordo com outra concretização da invenção;

[0106]A Figura 5 é uma ilustração esquemática de um processo de acordo com outra concretização da invenção; e

[0107]A Figura 6 é uma ilustração esquemática de uma pilha ou montagem de material de moldagem de acordo com outra concretização da invenção.

[0108]A Figura 1 mostra um material ou estrutura de moldagem 20 compreendendo uma camada de reforço fibroso 24 e uma resina líquida curável 22, em que o reforço fibroso compreende uma pluralidade de feixes, cada feixe compreendendo uma pluralidade de filamentos, em que a resina é fornecida pelo menos parcialmente entre os interstícios 22 entre os feixes do reforço fibroso 24 para fornecer um caminho de ventilação de ar pelo menos no interior dos feixes.

[0109]O interior dos feixes 24 é pelo menos parcialmente livre de resina. Os interstícios compreendem tanto a resina 22 quanto filamentos dos feixes adjacentes 24.A camada de reforço fibroso 24 compreende feixes de ventilação de ar pelo menos parcialmente embebidas em reforço fibroso pelo menos parcialmente impregnado.

[0110]Na Figura 1, o método de produção desse material é ilustrado em (a) e (b). Primeiramente, uma camada de resina 22 é colocada em contato com o material de reforço fibroso unidirecional 24 em um lado. A camada de resina é pressionada sobre o material de reforço 24 de modo que a resina penetre pelo menos parcialmente nos interstícios entre os feixes do reforço fibroso para deixar o interior dos feixes pelo menos parcialmente livre de resina. Uma malha ou manta fibrosa fibrosa porosa (não ilustrada) pode ser subsequentemente aderida a um ou ambos os lados do material de moldagem 20, pelo que a malha ou manta fibrosa é substancialmente não-impregnada com resina para auxiliar na remoção tanto do ar interlaminar quanto intralaminar durante o processamento do material de moldagem quando aplicado em uma pilha.A Figura 2 apresenta outro material de moldagem de acordo com a invenção. Este material 40 compreende uma camada de reforço fibroso compreendendo fibras unidirecionais 44, 42 e uma resina líquida curável, em que o reforço fibroso compreende uma pluralidade de feixes 44, 42, cada uma compreendendo uma pluralidade de filamentos, em que os feixes são substancialmente não-impregnadas 42 ou substancialmente impregnadas 44 com resina, para formar interstícios contendo resina entre os feixes 42, 44. Os interstícios contêm tanto resina quanto filamentos dos feixes impregnados 44 e não- impregnadas 42. Uma malha ou manta fibrosa fibrosa porosa 46 é subsequentemente aderida a um lado do material de moldagem 40, pelo que a malha ou manta fibrosa 46 é substancialmente desimpregnada de resina para auxiliar na remoção tanto do ar interlaminar quanto intralaminar durante o processamento do material de moldagem 40 quando aplicado em uma pilha.O material 40 é fabricado de acordo com o processo 100, como ilustra a Figura 3. Uma camada de reforço unidirecional fibroso não-impregnado 102 é conduzida entre os cilindros de compressão 108. Em qualquer um dos lados do reforço 102, um filme de resina 105, 104 é fornecido, de modo que a resina 104, 105 seja comprimida no material de reforço fibroso para substancialmente impregnar totalmente os feixes do reforço fibroso unidirecional 102 (“feixes úmidos”). Em um estágio subsequente, uma camada de reforço unidirecional fibroso não-impregnado (“feixes seco”) 110 é conduzida entre os cilindros de compressão 112. Os cilindros de compressão pressionam os feixes unidirecionais fibrosas secas entre os feixes inteiramente impregnadas de modo que seja produzida uma estrutura na qual os feixes secos se assentam entre os feixes úmidos. Como resultado da compressão, os feixes secos irão se tornar parcialmente impregnados com resina, de modo que interstícios contendo resina sejam formados entre os feixes.Os interstícios também contêm filamentos de feixes adjacentes. Uma malha ou manta fibrosa 116, como descrito aqui anteriormente, é adicionalmente aplicada ao material por cilindros de compressão 112.A Figura 4 apresenta outra concretização de um material ou estrutura de moldagem de acordo com a invenção. Este material 60 compreende uma camada de reforço fibroso compreendendo fibras unidirecionais 64, 62 e uma resina líquida curável, em que o reforço fibroso compreende uma pluralidade de feixes 64,62, 42, cada uma compreendendo uma pluralidade de filamentos, em que os feixes são substancialmente não-impregnados 42 ou substancialmente impregnados 64 com resina, para formar interstícios contendo resina entre os feixes 62, 64. Os interstícios contêm tanto resina quanto filamentos nos feixes impregnados 64 e não-impregnadas 62, e também contêm a malha ou manta fibrosa porosa 66, pelo que a malha é substancialmente não-impregnada com resina para auxiliar na remoção tanto do ar interlaminar quanto intralaminar durante o processamento do material de moldagem 60 quando aplicado em uma pilha.

[0111]O material 60 é fabricado de acordo com o processo 200 ilustrado na Figura 5. Uma camada de reforço unidirecional fibroso não-impregnado 202 é conduzida entre os cilindros de compressão 208. Em qualquer um dos lados do reforço 202, um filme de resina 205, 204 é fornecido, de modo que a resina 104, 105 seja comprimida no material de reforço fibroso para substancialmente impregnar totalmente os feixes do reforço fibroso unidirecional 202 (“feixes úmidas”). Em um estágio subsequente, uma camada de reforço unidirecional fibroso não-impregnado (“feixes seco”) 210 é conduzida entre cilindros de compressão 212. Além disso, uma malha ou manta fibrosa 216, como descrita aqui anteriormente, é aplicada entre os feixes seco 210 e os feixes úmidas. Os cilindros de compressão pressionam os feixes unidirecionais fibrosas secas e a malha ou manta fibrosa entre os feixes totalmente impregnadas de modo que seja produzida uma estrutura na qual os feixes seco se assentem entre os feixes úmidos e pelo que também a malha esteja presente nos interstícios que se estendem até a outra superfície do material 60. Como resultado da compressão, os feixes secos irão se tornar parcialmente impregnadas com resina, de modo que interstícios contendo resina sejam formados entre os feixes.Os interstícios também contêm filamentos de feixes adjacentes.

[0112]A malha auxilia na ventilação de qualquer ar interlaminar e/ou intralaminar nas direções x, y (direções transversal e longitudinal) e direção z (direção de lonas cruzadas) Esta concretização também tem a vantagem de que somente uma malha é necessária para produzir um material de moldagem simétrico.

[0113]Materiais de reforço adequados para as concretizações como ilustram as Figuras 1 a 5 incluem reforço fibroso unidirecional de 400 a 1000 gsm. Um material de resina adequado é M9.6, conforme fornecido pela Hexcel.

[0114]Foram realizados ensaios usando uma camada fibrosa compreendendo feixes paralelos unidirecionais de fibras de carbono.

Exemplos Comparativos

[0115]Sessenta lonas de prepreg totalmente impregnado com tecido unidirecional de carbono (600 gsm, 50 mil filamentos por feixe) com um teor de resina de 35% em peso foram laminadas para formar um laminado curado de espessura 35 mm.

[0116]O tipo de resina matricial era o M9.6GF, disponível junto à Hexcel, Pascing, Áustria. Os prepregs foram totalmente impregnados mediante a aplicação de um filme de resina da resina M9.6GF a cada lado da camada fibrosa unidirecional e compressão dessa resina na camada fibrosa (processo de 2 filmes). Uma laminação foi preparada a partir do tecido totalmente impregnado conforme preparado acima (2 filmes). Outras laminações comparativas foram preparadas a partir do prepreg acima com uma malha de poliamida de termoplástico de peso de 2 gsm (g/m2) conforme fornecido pela Bafatex GmbH presente em um lado do prepreg (2 filmes, 1 malha) e em ambos os lados do prepreg (2 filmes, 2 malhas). Cada uma das laminações continha 60 lonas de prepreg. Todas as laminações dos prepregs nas pilhas foram “espelhadas” como esboçado na Figura 6, vide 304. Isso significa que os prepregs de lona subsequentes foram virados de cabeça para baixo na orientação em relação à lona de prepreg anterior na laminação. Em contraste, em uma laminação do tipo “waffle”, cada uma das lonas de prepreg é aplicada na mesma orientação, vide 302.

[0117]A laminação foi subsequentemente pré-compactada e curada sob vácuo a uma pressão de 0,1 bar, e então cortada e testada quanto à presença de vazios de ar. Um ciclo de cura de duas etapas foi usado, no qual a temperatura foi lentamente aumentada a 85oC durante 2 horas e 15 minutos e então mantida a 85oC por 1,5 hora adicional. Isso foi seguido por uma rampa de temperatura adicional para 120 °C durante 1,5 hora com uma segunda temperatura mantida a 120 °C por 1 hora. Isso foi seguido de resfriamento a 90 °C, e, de preferência, para abaixo de 60 °C é desejável antes de remover o laminado curado do molde.

Exemplos da invenção

[0118]Exemplos da invenção foram preparados formando o material comoum prepreg de um filme como mostra a Figura 1 (a, b) como se segue.

[0119]Um material de moldagem de prepreg da invenção foi preparado mediante a aplicação de um filme de resina da resina M9.6GF em um lado da mesma camada fibrosa unidirecional (600 gsm de fibra de carbono - 50 mil filamentos por feixe) e compressão desta resina na camada fibrosa (processo de 1 filme) para formar um produto contendo resina nos interstícios dos feixes enquanto mantendo caminhos de ventilação de ar dentro dos feixes. O prepreg de um filme também continha 34% de resina em peso. Em uma concretização, nenhuma malha foi aplicada (1 filme, nenhuma malha). Em outras concretizações, uma malha foi aplicada no “lado seco” do prepreg (1 filme, malha no lado seco), uma malha foi aplicada no lado em que a resina foi aplicada (1 camada de filme e uma malha no lado úmido), e duas malhas foram aplicadas em cada lado (1 filme, 2 malhas). As malhas tinham as mesmas propriedades das malhas nos exemplos comparativos (2 gsm, fornecido pela Bafatex). Os prepregs da invenção foram laminados para formar uma moldagem de laminado de 60 lonas, em que as lonas estavam na laminação espalhada ou na montagem tipo “waffle” como definido acima.

[0120]A pilha de moldagem de laminado foi então processada da mesma forma que os exemplos comparativos.As pilhas de laminados curadas tinham uma espessura de 35 mm.

[0121]Cortes foram obtidos das pilhas de laminados para medir o teor de vazios médio (%) e o tamanho de vazio máximo (mm2) obtendo-se 10 cortes de cada laminado em intervalos espaçados, polindo os cortes e medindo o teor de vazios e o tamanho de vazio sob um microscópio como descrito anteriormente. Os laminados assim produzidos foram examinados quanto ao teor de vazios e os resultados foram os seguintes:

[0122]Tabela 1.Teor de vazios e tamanho máximo de vazio Ensaios 1 a 6 Exemplos da invenção. Ensaios 7 a 9 exemplos comparativos.

[0123]Exemplos adicionais da invenção foram preparados produzindo os materiais ilustrados nas Figuras 2 e 4 pelos processos ilustrados nas Figuras 3 e 5, respectivamente. O material na Figura 2, como descrito acima, foi produzido pressionando-se feixes unidirecionais fibrosos secas de uma fibra de carbono unidirecional contendo 50 mil filamentos por feixe e tendo um peso sexo de 600 g/m2 entre feixes totalmente impregnadas das mesmos feixes unidirecionais fibrosos secos usando cilindros de compressão de modo que seja produzida ma estrutura na qual feixes secos se assentam entre feixes úmidos. A resina, novamente, era M9.6GF, conforme fornecido pela Hexcel.Como resultado da compressão, os feixes secos foram parcialmente impregnadas com resina de modo que interstícios contendo resina sejam formados entre os feixes.Uma malha (mesma malha de poliamida, peso de 2 g/m2, conforme fornecida pela Bafatex) foi então aderida à montagem de feixes secos e impregnados mediante a compressão de uma camada de malha sobre a montagem usando cilindros de compressão adicionais. O material ilustrado na Figura 4 foi formado usando um processo similar, e usando os mesmos materiais, novamente usando feixes unidirecionais de uma fibra de carbono unidirecional contendo 50 mil filamentos por feixe e tendo um peso seco de 600 g/m2, o mesmo material de malha e a mesma resina M9.6GF. No entanto, neste material, a malha foi conduzida através do primeiro conjunto de cilindros de compressão entre os feixes fibrosos secos e totalmente impregnadas, como ilustrado na Figura 5, antes de os feixes totalmente impregnados e os feixes secos fibrosos serem combinados.

[0124]Os materiais dos Exemplos foram preparados com diferentes porcentagens de fibras secas em relação ao teor total de fibras; estas foram de 50%, 33% e 25% de teor de fibras secas, para os materiais montados de acordo com a Figura 2 (malha em um lado do conjunto de feixes secos e úmidos) e de acordo com a Figura 4 (malha entre o conjunto de feixes secos e úmidos). Testes de absorção de água foram realizados em cada uma das amostras para avaliar o grau de impregnação, usando o procedimento descrito acima.

[0125]Tabela 2 Teste de absorção de água para prepregs formados com diferentes porcentagens de feixes secos.

[0126]Como fica evidente a partir da Tabela 2, os feixes possuem valores de absorção de água entre 15 e 30%, o que indica a presença de filamentos individuais nos feixes que permanecem livre de resina. Acreditamos que a presença desses filamentos assegure que o ar interlaminar e intralaminar possa ser removido, dessa forma atuando como uma estrutura de remoção de ar ou rede de ventilação de gás, o que, por sua vez, resulta em compostos curados com um teor de vazios reduzido.

[0127]Os prepregs dos exemplos acima foram montados em pilhas de laminados compreendendo 60 lonas.As pilhas de laminados foram então curadas usando o mesmo método que para os exemplos comparativos. Cortes foram obtidos das pilhas de laminados para medir o teor de vazios médio (%) obtendo-se 10 cortes de cada laminado em intervalos espaçados, polindo os cortes e medindo o teor de vazios sob um microscópio como descrito anteriormente (Tabela 3).

[0128]Tabela 3. Teor de vazios para pilhas de laminados com diferentes porcentagens de feixes secos

[0129]A Tabela 3 ilustra que a ventilação nos exemplos acima é consideravelmente aperfeiçoada quando comparado aos exemplos comparativos. Acreditamos que esse teor de vazios reduzido é alcançado por meio da ventilação inter e intralaminar aperfeiçoada. A ventilação aperfeiçoada é fornecida pelos caminhos livres de resina dentro dos feixes e da malha.

[0130]É, portanto, fornecido um material ou estrutura de moldagem ou prepreg contendo uma resina e um reforço fibroso, o reforço fibroso compreendendo feixes, em que a resina está presente entre os feixes enquanto o interior dos feixes fornece um caminho para a ventilação do ar durante o processamento do material ou estrutura ou prepreg.

Claims (9)

1.Material ou estrutura de moldagem compreendendo uma camada de reforço fibroso e uma resina líquida curável, CARACTERIZADO pelo fato de que o reforço fibroso compreende uma pluralidade de feixes, cada feixe compreendendo uma pluralidade de filamentos, em que a resina é fornecida pelo menos parcialmente entre os interstícios dos feixes do reforço fibroso; e em que os interstícios compreendem filamentos de feixes adjacentes que formam os interstícios; e adicionalmente em que o reforço fibroso compreende feixes não- impregnados e feixes pelo menos parcialmente impregnados, para fornecer um caminho de ventilação de ar pelo menos no interior dos feixes não-impregnados.

2.Material ou estrutura de moldagem, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de reforço fibroso compreende feixes de ventilação de ar pelo menos parcialmente embutidos no reforço fibroso pelo menos parcialmente impregnado.

3.Material ou estrutura de moldagem, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO por ser fornecido com uma manta ou malha fibrosa.

4.Material ou estrutura de moldagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de reforço fibroso compreende fibras unidirecionais e em que resina é fornecida em um primeiro lado da camada de fibras unidirecionais, e o segundo lado da camada de reforço fibroso é pelo menos parcialmente livre de resina.

5.Material ou estrutura de moldagem, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo lado da camada fibrosa é grudento.

6.Material ou estrutura de moldagem, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro lado da camada fibrosa é mais grudento do que o segundo lado da camada fibrosa.

7.Material ou estrutura de moldagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de ter um valor de absorção de água entre 15% e 30%, a WPU sendo medida cortando tiras de material de moldagem com dimensões de 100 (+/-2) mm x 100 (+/-2) mm; pesando as amostras perto de 0,001 g (W1) mais próximo; localizando as tiras entre placas de alumínio reforçadas PTFE de modo que 15 mm da tira se projete a partir da montagem de placas reforçadas PTFE em uma extremidade e em que a orientação da fibra da tira se estende ao longo da parte projetante; colocando um grampo na extremidade oposta, e imergindo 5 mm da parte projetante em água com uma temperatura de 23oC, umidade de ar relativa de 50% +/- 35%, e a uma temperatura ambiente de 23oC; removendo a amostra após 5 minutos de imersão, e removendo qualquer água externa com papel mata-borrão; pesando a amostra para estabilizar W2; calculando a média dos pesos medidos para as seis amostras e calculando WPU(%)=[(<W2>-<W1 >)/<W1 >)x100.

8.Material ou estrutura de moldagem, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO por ter um valor de absorção de água entre 17% e 26%.

9.Material ou estrutura de moldagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO por compreender de 70% a 60% de material fibroso por peso do material de moldagem e de 30% a 40% de resina líquida curável por peso do material de moldagem.

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