BR112014018003B1 - Procedimento para a fabricação de um corpo de material compósito de matriz termoplástica - Google Patents

Abstract

procedimento para a fabricação de um corpo de material compósito de matriz termoplástica. a presente invenção refere-se a um procedimento de fabricação de um corpo (1) de material compósito tal como um casco de capacete. o dito corpo constitui uma estrutura multicamada onde cada camada se forma pela sobreposição de estratos que compreendem porções de telas pré-impregnadas de resina termoplástica em que pelo menos algumas de ditas camadas está formada por telas pré-impregnadas tipo lfrtp, tecidas ou não tecidas. a camada externa está formada por estratos de porções de telas tipo "véu" ou tipo "feltro", com fibras de comprimentos compreendidos entre 5 e 20 mm não tecidas e não orientadas. no procedimento se submete à estrutura multicamada disposta em um molde à ação exercida por uma bolsa que se incha por pressão ocupando a cavidade do molde.

Description

Setor técnico da invenção

[001] A presente invenção refere-se a um procedimento de fabricação dirigido particularmente à fabricação de um corpo de material compósito de matriz termoplástica provido de uma cavidade interior com uma abertura ao exterior, compreendendo dita cavidade pelo menos uma parede curva-côncava e tendo a abertura ao exterior uma dimensão ou largura menor que a dimensão máxima da cavidade interior entre duas paredes opostas. Particularmente, dito corpo oco pode ser o casco de um capacete de proteção, como por exemplo, um capacete para motociclista, ou o componente estrutural de um calçado esportivo de práticas esportivas que requeiram um calçado de elevada rigidez, por exemplo, uma bota de esqui. Dessa forma, o corpo objeto de fabricação conforme ao procedimento é um corpo que sem ser completamente fechado e oco, como por exemplo, um depósito, sim apresenta uma cavidade oca suficientemente fechada, cuja geometria impossibilita a desmoldagem do corpo por procedimentos diretos (injeção, termoconformagem, etc.). O método de fabricação desenvolvido também permite a realização de peças com grossura e composição não homogêneas em toda a peça, e, portanto, diferentes de acordo com a zona. Isto permite adaptar-se a peças nas quais as solicitações mecânicas ou condições a satisfazer sejam diversas ou não homogêneas em toda a peça.

[002] A invenção também refere-se a um aparelho para levar a cabo o procedimento. Finalmente, também se revela um casco de capacete com uma tipologia de material acorde com o material utilizado nas etapas do procedimento que o faz particularmente adequado para ser usado em bens de consumo nos quais se possam explorar a melhora na relação de propriedades mecânicas, tais como comportamento a impacto ou rigidez a flexão, em relação com o peso. Antecedentes da invenção

[003] Muitas tipologias de capacetes, por exemplo, capacetes de motociclismo, de esqui, de alpinismo, hípica, esportes aéreos e náuticos, alguns tipos de ciclismo e também os capacetes de proteção laboral ou balística incorporam um elemento ou peça comumente denominada casco (conhecida em inglês como shell), sendo esta a carcaça externa do capacete. Dito elemento, casco, tem diversas funções principais, sendo uma delas a de distribuir em uma área suficientemente grande do crânio do usuário as forças aplicadas pontualmente na superfície de dito casco como consequência de um hipotético impacto, de maneira que os níveis de tensão mecânica gerada sejam menores e assim evitem ou minimizem os danos biomédicos ou lesões.

[004] Em conjunto com o elemento de absorção de impacto interno ao casco, normalmente fabricado em espuma de poliestireno expandido (EPS), o casco é o responsável por administrar o processo de desaceleração do impacto, permitindo mediante a espessura do capacete alargar a corrida de desaceleração, de maneira que o pulso de desaceleração experimentado pela massa encefálica do usuário seja suficientemente menor que o que experimentaria sem dito capacete, por debaixo de uns parâmetros de aceleração máxima e amplitude do pulso determinados, reduzindo assim as conseguintes forças inerciais e evitando ou minimizando os danos biomédicos ou lesão.

[005] De novo em conjunto com o elemento de absorção de impacto, outra função do casco é a de absorver grande parte da energia cinética inicial do impacto, mediante trabalho de deformação ou destruição do capacete, de modo que a energia cinética final se reduza, minimizando assim a velocidade de rebote e a necessidade de administrar uma desaceleração superior, reduzindo o componente elástico do impacto.

[006] O casco também é o componente do capacete responsável por suportar as possíveis solicitações por abrasão devidas ao deslizamento superficial do capacete sobre ou contra a superfície de impacto, reduzindo assim a transmissão destas solicitações ao usuário, reduzindo ou minimizando danos biomédicos ou lesões, assim como o componente que atua como suporte estrutural e funcional de todas as peças do capacete durante seu uso regular.

[007] Cabe mencionar que não há que confundir os cascos descritos anteriormente com os cascos de outras tipologias de capacetes, como a maioria de capacetes de bicicleta usados na atualidade e certificados, por exemplo, de acordo com a norma EM 1078, cuja função é meramente de acabamento, dado que as funções anteriormente descritas são satisfeitas, até o grau requerido para dita aplicação e normativa, pelo elemento interno de absorção de impacto. Ditos cascos, fabricados a partir de lâminas, telas ou filmes de material termoplástico de espessura muito reduzida, inferior a 0,5 mm, mediante processos de termoconformagem ou similares, ficam fora do âmbito de aplicação da invenção.

[008] As funções anteriormente especificadas para o casco implicam a necessidade de que este, por meio de sua estrutura geométrica e materiais constituintes, aporte uma série de propriedades mecânicas genéricas tais como:

[009]- rigidez ou capacidade de suportar a aplicação de forçasde impacto mantendo um nível de deformação suficientemente contido de acordo com a aplicação e normativa de cumprimento, independentemente de condições de ensaio tais como temperatura ou tipo de bigorna de impacto aplicado;

[0010]- plasticidade ou capacidade de se deformarpermanentemente e sem retorno quando se aplicam tensões por cima de sua classe elástica;

[0011]- tenacidade ou capacidade de absorver energia antes dealcançar sua ruptura; e

[0012]- resistência à abrasão.

[0013] Para estes requerimentos, um material ideal para o casco teria um diagrama tensão-deformação muito vertical e uma zona plástica muita longa e plana antes da ruptura. A quantificação de ditas propriedades mecânicas genéricas dependerá e deverá, portanto, se modular dependendo da tipologia de produto e das especificações de ensaio da normativa a aplicar.

[0014] Em contraposição aos requerimentos mecânicos impostos ao produto, é necessário e conveniente conter o peso total do elemento, casco, por motivos de ergonomia e conforto (também para promover o uso do capacete). Do conflito entre a necessidade de prestações mecânicas e peso nasce a concepção da utilização de um material compósito, particularmente um material de matriz termoplástico reforçado com fibras.

[0015] O documento WO2007045466-A1 descreve a utilização de um material compósito na secção intermediária do corpo oco que constitui basicamente um depósito de combustível para veículos com motor de combustão interna. Dita secção está constituída pela sobreposição de múltiplas camadas formadas por porções de lâminas ou telas pré-impregnadas de resina polimérica das que a última camada, a mais exterior, está formada por pelo menos um estrato de porções de lâminas ou telas tecidas, tipo “sarja” ou “plano”, em fibra de carbono. Embora o corpo que constitua o depósito é um corpo provido de uma oquidão e de uma abertura, como sucede com um casco, a abertura do depósito é consideravelmente inferior ao diâmetro máximo da cavidade do depósito e somado aos requerimentos resistentes de suas respectivas normativas, fazem inviável a fabricação de um casco pelos métodos habituais utilizados para os depósitos de combustível.

[0016] Um tipo particular de materiais que parece satisfazer as necessidades a cumprir pelo casco são aqueles conhecidos sob o acrônimo LFRTP pertencente à expressão inglesa Long Fiber Reinforced Thermoplastic, ou CFRTP pertencente à Continuos Fiber Reinforced Thermoplastic.

[0017] Um dos componentes básicos de um material tipo LFRTP é o tecido de reforço, sendo o mais habitual que o material usado seja de fibra de vidro, e/ou de fibra de aramida e/ou de fibra de carbono. Em relação com a estrutura do tecido, esta pode ser um tecido tipo feltro, com fibras sem orientação determinada unidas mediante um ligante; um tecido “tecido”, em que dependendo da disposição dos fios de trama e urdidura se pode distinguir entre um tecido plano, um tecido de sarja, um tecido acetinado ou cetim, um tecido unidirecional (com a maioria de fios alinhados em uma direção) e um tecido multiaxial. Além da estrutura do tecido, os tecidos podem ser sobrepostos de diversas maneiras, por exemplo, seguindo cada camada uma direção distinta ou combinando uns tipos de tecidos com outros, em função da aplicação.

[0018] O outro componente básico de qualquer material compósito polimérico é a matriz, sendo o mais habitual que esta seja termoestável, distinguindo-se entre outras, as de base epoxídica, de base poliéster, de base viniléster, de base acrílica, de base fenólica e de base poliuretánica. Em contraposição às matrizes termoestáveis também existem as matrizes termoplásticas, do grupo formado pelos polipropilenos, as poliamidas, os polietileno tereftalatos, os polibutileno tereftalatos, os policarbonatos, os óxidos de polifenileno, os polioximetilenos, os poliuretanos, etc., sendo as que respondem àdenominação “compósito LFRTP”.

[0019] A produção e automatização na fabricação de produtos reforçados com fibra contínua utilizando resinas termoestáveis como matriz é relativamente simples, devido à baixa viscosidade que apresentam prévia a sua cura já que esta permite uma fácil impregnação da fibra empregando pressões baixas, por debaixo dos 10 bares, o qual permite o uso de processos de fabricação relativamente pouco sofisticados e de inversão reduzida.

[0020] Entretanto, em comparação com as resinas termoplásticas, as matrizes termoestáveis têm grandes limitações como são a baixa produção, pois requerem horas para sua completa cura, implicam processos que acarretam certa sujeira, já que a resina fica aderida ao longo de todo o equipamento e as instalações, e acima de tudo, durante seu processado se produzem quantidades muito elevadas de emissões de compostos orgânicos voláteis, altamente prejudiciais para a saúde dos operários e que, para ser evitados, a medida que as normativas de segurança laboral impõem limites mais restritivos, supõem crescentes dificuldades no processo. Adicionalmente, existe um número limitado de resinas de tenacidade muito limitada e que ainda não são recicláveis. Por outra parte, a impregnação das fibras contínuas utilizando materiais termoplásticos é muito complicada, devido a sua alta viscosidade e baixa capacidade de que as fibras sejam molhadas.

[0021] Pelo documento US2010/0209683-A1 se revela a utilização de fibras LFRTP na fabricação de um corpo rígido de material compósito que pelo menos apresenta uma superfície contínua suave, como pode ser um casco. O processo acarreta aplicar uma série de telas de fibras termoplásticas formando um manto a um substrato feito de uma mistura de fibras termo-fusíveis e outras fibras que não reagem à mesma temperatura de fusão que as fibras termo-fusíveis da mistura, ao objeto de formar uma estrutura multicamada, e submeter a estrutura multicamada assim formada à um ciclo de aquecimento e compressão ao mesmo tempo em que se leva o conjunto de telas de fibras termoplásticas da estrutura a contatar com uma superfície aquecedora, suave e contínua que forma parte de um sistema de aquecimento para formar a peça rígida de material compósito. O substrato considerado compreende componentes termoestáveis selecionados do grupo consistente em ésteres de polivinilo, resinas fenólicas, poliésteres insaturados e epóxis. O manto de fibras termoplásticas se selecionam do grupo de fibras termoplásticas consistentes em polipropilenos, poliésteres e co-poliésteres, poliamidas, polietileno, polivinil cloreto e polifenileno sulfureto. As outras fibras do substrato compreendem fibra termoplástica.

[0022] Conforme aos exemplos descritos em dito documento, o processo consiste basicamente em uma termoconformagem, consistente em dispor sobre um molde, que reproduz a geometria do casco de um capacete, porções de telas reforçadas com fibras LFRTP formando várias camadas umas sobre as outras, aquecendo a estrutura multicamada e aplicando sobre o molde uma pressão por debaixo do vazio durante certo tempo. Posteriormente se procede ao esfriamento até uma temperatura que permita sua desmoldagem. O processo de termoconformagem utilizado neste documento não permite a fabricação de cascos de geometria quase fechada, pelo que a aplicação do mesmo resulta ineficaz na tipologia de capacetes, cujos cascos devem cumprir com as funções principais descritas ao início.

[0023] Por isso, seria desejável contar com um procedimento de fabricação que permita a produção de uma maneira eficaz, rápida e econômica, de corpos de geometria quase fechada como os cascos descritos anteriormente.

Explicação da invenção

[0024] Com objetivo de aportar uma solução aos problemas expostos, se revela um procedimento de fabricação de um corpo de material compósito de matriz termoplástica provido de uma cavidade interior com uma abertura ao exterior, compreendendo dita cavidade pelo menos uma parede curva-côncava e tendo a abertura ao exterior uma dimensão menor que a dimensão máxima da cavidade interior entre duas paredes opostas.

[0025] Em essência, o procedimento se caracteriza porque compreende:

[0026]- uma primeira etapa de corte em porções, conforme a umpadrão do corpo a ser fabricado, de telas pré-impregnadas de resina termoplástica na que pelo menos algumas de ditas telas pré- impregnadas são telas tipo LFRTP, reforçadas com fibras longas, tecidas ou não tecidas;

[0027]- uma segunda etapa de colocação das porções de telaspré-impregnadas em um molde provido de uma entrada em posição fechada, dividido em pelo menos dois semimoldes enfrentados, cujo fechamento configura uma cavidade tipo fêmea que reproduz a geometria em negativo do corpo, dispondo as porções de telas pré- impregnadas sobrepostas em múltiplas camadas formando uma estrutura multicamada, posicionando sobre as paredes da cavidade do molde em primeiro lugar as porções que constituirão a camada externa do corpo a ser fabricado e em último lugar as porções que constituirão a camada interna, estando a camada externa formada por pelo menos um estrato de porções de telas tipo “véu” ou tipo “feltro”, que contêm fibras de comprimentos compreendidos entre 5 e 20 mm não tecidas e não orientadas;

[0028]- uma terceira etapa de colocação, fechando a entrada domolde, de um cabeçote provido de uma bolsa configurada como um componente macho em relação com o molde, ficando a bolsa situadano interior da cavidade do molde;

[0029]- uma quarta etapa de aplicação de pressão no interior dabolsa produzindo-se a inflação da mesma e a expansão até um volume tal que produz o contacto e pressão da superfície da bolsa contra as porções de telas dispostas sobre as paredes da cavidade do molde e seu empuxo contra as paredes do molde;

[0030]- uma quinta etapa, simultânea à quarta etapa, de aplicaçãode calor sobre os semimoldes partindo de uma temperatura ambiente até um valor de temperatura operativa tal que se produza a fusão da resina termoplástica presente nas telas e sua fluência para reproduzir a geometria do molde;

[0031]- uma sexta etapa de esfriamento dos semimoldes até umatemperatura tal que permita extrair do molde o corpo moldado solidificado sem se deformar;

[0032]- uma sétima etapa de despressurização da bolsa até pelomenos conseguir que esta deixe de contatar com as paredes da cavidade do molde;

[0033]- uma oitava etapa de retirada do cabeçote da entrada domolde com o que se extrai a bolsa do interior da cavidade do molde;

[0034]- uma nona etapa de abertura do molde por separaçãoentre si dos pelo menos dois semimoldes; e

[0035]- uma décima etapa de extração do corpo moldado.

[0036] O uso das telas pré-impregnadas tipo LFRTP permite incorporar as vantagens das matrizes termoplásticas, como são: grande resistência ao impacto, boa resistência à compressão e à flexão em particular, boa resistência química e baixa absorção de umidade, ciclos de modelagem muito curtos, pois não há uma reação de endurecimento durante a elaboração, boa soldabilidade, possibilidade de recuperar os recortes e desperdícios, armazenamento ilimitado a temperatura ambiente, o que permite uma gestão ótima de stocks dos materiais em processo e boa capacidade de ser reciclados ao final da vida do casco.

[0037] Com o processo descrito foram superados ao mesmo tempo os inconvenientes associados às matrizes termoplásticas, como é a dificuldade para a impregnação das fibras e conseguir moldar peças de curvatura elevada e muito fechadas.

[0038] De acordo com uma característica da invenção, previamente à colocação das porções de telas da segunda etapa se leva a cabo uma aplicação de revestimento de gel (revestimento de gel) sobre as paredes da cavidade do molde, sendo o tipo de revestimento de gel aplicado compatível com a resina termoplástica das telas pré-impregnadas.

[0039] Conforme a outra característica da invenção, previamente ou a medida que se produz a colocação das porções de telas da segunda etapa, se aplica um produto de melhora da adesividade sobre as paredes da cavidade do molde e sobre as porções de telas colocadas, compatível com a resina termoplástica das telas pré- impregnadas para melhorar o sustento das porções de telas sobre o molde e de umas porções sobre outras.

[0040] De acordo com outra característica da invenção, na terceira etapa, a bolsa está submetida a uma depressão e a bolsa compreende em seu interior uma peça configurada como uma gaiola à qual a bolsa se encontra aderida pela depressão à que está submetida em dita etapa.

[0041] De acordo com outra característica da invenção, o valor da pressão que se aplica no interior da bolsa na quarta etapa está compreendido entre 5 e 10 bares.

[0042] Conforme a outra característica da invenção, simultaneamente à aplicação da pressão na quarta etapa se produz a ativação de uns meios aquecedores providos no molde para realizar aaplicação de calor da quinta etapa.

[0043] De acordo com outra característica da invenção, a temperatura operativa da quinta etapa está compreendida entre 100 e 280°C em função da temperatura de fusão do termoplástico utilizado.

[0044] De acordo com outra característica da invenção, o tempo durante o qual se produz a aplicação de calor da quinta etapa é o tempo necessário para que se produza dita fusão do material termoplástico da resina termoplástica presente nas telas e sua fluência para reproduzir a geometria do molde. Conforme a outra característica da invenção, o esfriamento da sexta etapa se realiza por convecção forçada mediante um circuito de refrigeração dos pelo menos dois semimoldes fêmea que configuram o molde.

[0045] Conforme a outra característica da invenção, o procedimento compreende uma décima primeira etapa de operações de acabamento do corpo tais como corte, furação e operações de acabamento superficial.

[0046] O corpo de material compósito objeto de fabricação de acordo com o procedimento descrito pode ser um casco de um capacete para seu uso em veículos, constituído essencialmente por um corpo oco, formando a parte resistente do capacete em caso de choque em acidentes. Da mesma maneira o citado corpo pode ser o componente resistente de um calçado esportivo tal como uma bota de esqui.

[0047] Conforme a outra característica da invenção, nas telas tipo LFRTP pré-impregnadas o comprimento das fibras é pelo menos de 50 mm.

[0048] De acordo com outra característica da invenção, as telas tipo LFRTP pré-impregnadas são tecidos híbridos de fibra sintética ou inorgânica combinada com fibra termoplástica, ou tecidos sintéticos ou inorgânicos que incorporam a resina termoplástica em suspensão oudiluída.

[0049] Preferivelmente, no procedimento objeto da invenção particularmente indicado para a fabricação de um casco, a resina termoplástica das telas pré-impregnadas é de polipropileno e as fibras longas das telas tipo LFRTP são de fibra de vidro tipo E.

[0050] As fibras das telas pré-impregnadas da camada externa preferivelmente são de tipo híbrido resultantes da combinação de fios de polipropileno com fios de vidro, normalmente o que em inglês se denomina commingling. De acordo com outra característica, a camada externa tem uma área mássica compreendida entre 20 e 100 g/m2 e uma porcentagem de fibra em peso compreendida entre 20% e 40%.

[0051] Seguindo com o procedimento objeto da invenção enfocado na fabricação de um casco de capacete, preferivelmente as telas tipo LFRTP pré-impregnadas são telas tecidas tipo “sarja” em que as fibras que constituem a trama e as fibras que constituem a urdidura do tecido têm o mesmo número de fibras por unidade de superfície de tela. O estrato ou os estratos que constituem a camada interna têm cada um um peso mássico compreendido entre 300 e 2000 g/m2 e uma porcentagem de fibra em peso compreendida entre 50 e 70%. Além disso, a camada interna pode compreender seções com distinto número de estratos.

[0052] Conforme a outra característica, na segunda etapa do procedimento de fabricação do casco, se coloca em zonas determinadas e situadas entre a camada externa e a camada interna, ou entre os estratos da camada interna, porções de telas pré- impregnadas de resina termoplástica sobrepostas que constituem uma camada de reforço. As porções das telas da camada de reforço são preferivelmente porções de telas unidirecionais ou tecidas em tear plano, onde cada um dos estratos da camada de reforço tem um peso mássico compreendido entre 300 e 2000 g/m2 e uma porcentagem de fibra em peso compreendida entre 50 e 70%.

[0053] Conforme a outra característica, a estrutura multicamada compreende seções com pesos mássicos distintos, com um valor mínimo de 1000 g/m2 e um valor máximo de 3500 g/m2, e um valor médio compreendido entre 1800 e 2400 g/m2.

[0054] Conforme a um segundo aspecto se revela um aparelho para levar a cabo o procedimento anteriormente descrito.

[0055] O aparelho está caracterizado pelo fato de que compreende:

[0056]- um molde provido de uma entrada em posição fechada,dividido em pelo menos dois semimoldes enfrentados, cujo fechamento configura uma cavidade tipo fêmea que reproduz a geometria em negativo do corpo;

[0057]- um cabeçote provido de uma bolsa configurada como umcomponente macho em relação com o molde, ficando a bolsa situada no interior da cavidade do molde quando o cabeçote está posicionado fechando a entrada do molde;

[0058]- uns meios aquecedores do molde;

[0059]- uns meios de refrigeração do molde; e

[0060]- uns meios de aplicação de pressão no interior da bolsa.

[0061] Conforme a outra característica da invenção, os pelo menos dois semimoldes são deslocáveis um em relação com o outro. Os semimoldes podem ser de uma liga de alumínio ou de aço.

[0062] De acordo com outra característica da invenção, o material do que está constituída a bolsa provida no cabeçote é de silicone.

[0063] De acordo com outra característica da invenção, o cabeçote está unido articuladamente ao molde na parte superior no lado provido da entrada.

[0064] Conforme a um terceiro aspecto da invenção se revela um casco de um capacete para seu uso em veículos, constituído essencialmente por um corpo oco, formando a parte resistente do capacete em caso de choque em acidentes.

[0065] Em essência, o casco objeto da invenção se caracteriza porque o corpo oco tem uma estrutura multicamada que compreende uma camada externa e uma camada interna, em que a camada externa está formada por pelo menos um estrato de porções de telas pré-impregnadas de resina termoplástica, tipo “véu” ou tipo “feltro”, que contêm fibras de comprimentos compreendidos entre 5 e 20 mm não tecidas e não orientadas, e em que a camada interna está formada por pelo menos um estrato de porções de telas pré-impregnadas de resina termoplástica tipo LFRTP, reforçadas com fibras longas, tecidas ou não tecidas.

[0066] De acordo com outra característica do casco objeto da invenção, nas telas tipo LFRTP pré-impregnadas o comprimento das fibras é pelo menos de 50 mm.

[0067] Conforme a outra característica da invenção, as telas LFRTP pré-impregnadas são tecidos híbridos de fibra sintética ou inorgânica combinada com fibra termoplástica ou tecidos sintéticos ou inorgânicos que incorporam a resina termoplástica em suspensão ou diluída.

[0068] De acordo com outra característica da invenção, a resina termoplástica das telas pré-impregnadas é de polipropileno e as fibras das telas tipo LFRTP são de fibra de vidro tipo E.

[0069] De acordo com outra característica da invenção, as fibras das telas pré-impregnadas da camada externa são de tipo híbrido resultantes da combinação de fibras de polipropileno com fibras de vidro ou são fibras de polipropileno misturadas com fibras de vidro.

[0070] Conforme a outra característica da invenção, a camada externa tem uma área mássica compreendida entre 20 e 100 g/m2.

[0071] De acordo com outra característica da invenção, a camada externa tem uma porcentagem de fibra em peso compreendida entre 20% e 40%.

[0072] De acordo com outra característica da invenção, as telas tipo LFRTP pré-impregnadas da camada interna são telas tecidas tipo “sarja” em que as fibras que constituem a trama e as fibras que constituem a urdidura do tecido têm o mesmo número de fibras por unidade de superfície da tela.

[0073] Conforme a outra característica da invenção, o estrato ou os estratos que constituem a camada interna têm cada uno um peso mássico compreendido entre 300 e 2000 g/m2.

[0074] De acordo com outra característica da invenção, o estrato ou os estratos que constituem a camada interna têm cada um uma porcentagem de fibra em peso compreendida entre 50 e 70%.

[0075] De acordo com outra característica da invenção, a camada interna compreende seções com distinto número de estratos.

[0076] Conforme a outra característica da invenção, a estrutura multicamada do corpo oco compreende em umas zonas determinadas e situadas entre a camada externa e a camada interna, ou entre os estratos da camada interna, porções de tela pré-impregnadas de resina termoplástica sobrepostas que constituem uma camada de reforço.

[0077] De acordo com outra característica da invenção, as porções das telas da camada de reforço são porções de telas unidirecionais ou tecidas em tear plano, onde cada um dos estratos da camada de reforço tem um peso mássico compreendido entre 300 e 2000 g/m2 e uma porcentagem de fibra em peso compreendida entre 50 e 70%.

[0078] De acordo com outra característica da invenção, a estrutura multicamada do corpo oco compreende seções com pesos mássicos distintos, com um valor mínimo de 1000 g/m2 e um valor máximo de 3500 g/m2, e um valor médio compreendido entre 1800 e 2400 g/m2.

Breve descrição dos desenhos

[0079] Nos desenhos adjuntos se ilustram, a título de exemplo não limitativo, duas modalidades do aparelho para levar a cabo o procedimento objeto da invenção. Em ditos desenhos:

[0080] a Fig. 1 mostra uma vista esquemática em seção de acordo com um corte vertical de uma primeira modalidade do aparelho objeto da invenção;

[0081] as Figs. 2 e 3 são respectivas vistas do molde e o cabeçote do aparelho da Fig. 1;

[0082] as Figs. 4 a 7 são vistas do aparelho da Fig. 1 em distintas etapas do procedimento de fabricação de um casco de acordo com a invenção; e

[0083] a Fig. 8 é uma vista esquemática em seção de acordo com um corte vertical de uma segunda modalidade do aparelho objeto da invenção.

Descrição detalhada da invenção

[0084] A Fig. 1 mostra esquematicamente um aparelho para a fabricação de um corpo 1 de material compósito de matriz termoplástica provido de uma cavidade interior com uma abertura ao exterior, compreendendo dita cavidade pelo menos uma parede curva- côncava e tendo a abertura ao exterior uma dimensão ou largura menor que a dimensão máxima da cavidade interior entre duas paredes opostas, como é o caso de um casco de um capacete para uso em veículos, constituído essencialmente por um corpo oco 1 e que forma a parte resistente do capacete em caso de choque em acidentes. A abertura que apresenta o casco é por onde o usuário do capacete introduz sua cabeça.

[0085] O aparelho compreende basicamente os seguintes elementos:

[0086]- um molde provido de uma entrada 13 em posição fechada(ver Figs. 1, 5 e 6), dividido em pelo menos dois semimoldes enfrentados 11 e 12 e cujo fechamento configura uma cavidade tipo fêmea que reproduz a geometria em negativo do corpo 1 a ser fabricado;

[0087]- um cabeçote 14 provido de uma bolsa 15 (ver Fig. 3),fabricada em silicone, configurada como um componente macho em relação com o molde, ficando a bolsa 15 situada no interior da cavidade do molde quando o cabeçote 14 está posicionado fechando a entrada 13 do molde (ver Figs. 1, 5 e 6). Para facilitar o fechamento do molde, o cabeçote 14 está unido articuladamente ao molde na parte superior no lado provido da entrada 13;

[0088]- uns meios aquecedores 16 do molde;

[0089]- uns meios de refrigeração 17 do molde; e

[0090]- uns meios de aplicação de pressão no interior da bolsa15.

[0091] Como se aprecia na Fig. 7, os dois semimoldes 11 e 12 são deslocáveis o um em relação com o outro, para possibilitar a extração do corpo 1 fabricado fora do molde, já que a geometria fechada do corpo 1 faz impossível uma extração direta como sucede em outros procedimentos como o de termoconformagem. De fato, um dos dois semimoldes 11 ou 12 se separa, atuado pneumaticamente, do outro, e em ocasiões até uma distância de separação compreendida entre 10 e 100 mm.

[0092] Os dois ou mais semimoldes 11 e 12, mostrados isoladamente na Fig. 2 (o cabeçote articulado 14 foi omitido), estão fabricados em alumínio hokotol ou em aço, e estão providos dos meios aquecedores 16 encarregados de aportar calor à peça a moldar. No molde reproduzido nas Figs. 1 a 7, os meios aquecedores 16 compreendem umas resistências elétricas acopladas em suas faces externas, embora de acordo com outras tipologias os meios aquecedores 16 podem adotar um sistema tipo vela para novos moldes ou estar formados por uma caixa de resistências planas para moldes já existentes e que se desejem adaptar ao processo de fabricação que se descreverá nesta seção. A potência e tipologia do sistema de resistências dependem da espessura e do material do molde e da aplicação em si, que para o caso de cascos para capacetes tem um valor de potência que pode variar aproximadamente de um valor tão baixo como 10 kW até 200 kW.

[0093] Outra tipologia de meios aquecedores 16 é a mostrada esquematicamente na Fig. 8, e a qual o molde é aquecido por um sistema baseado em condutos de óleo em contacto com o molde, como por exemplo, um permutador óleo/ar. De fato, na Fig. 8 o aquecedor de óleo e o permutador de óleo/ar não estão representados, mas se podem ver as conexões da linha de entrada 18 vindo do aquecedor de óleo, a linha de saída 18’ em direção ao aquecedor de óleo, a linha de entrada 19 vindo do permutador de óleo/ar e a linha de saída 19’ em direção ao permutador de óleo/ar. Para fabricar um casco para um capacete, a potência do aquecedor de óleo pode estar no intervalo de 10 a 200 kW, e o mesmo intervalo é válido para a potência do permutador de óleo/ar.

[0094] Para a extração de calor da peça moldada, a extração se realiza por convecção forçada mediante os meios de refrigeração 17, consistentes em um circuito de refrigeração, por óleo ou água, dos semimoldes 11 e 12 que constituem o molde fêmea. Em moldes de nova construção, os condutos de circulação se incorporam no próprio molde, enquanto que em moldes compatibilizados, que são aqueles construídos originalmente para um processo de modelagem por bolsa de materiais compósitos termoestáveis, mas que se modificam para sua adaptação ao processo de fabricação que se exporá a seguir, em que intervêm materiais compósitos tipo LFRTP de matriz termoplástica e fibras longas, se usam placas de intercâmbio em contato com o molde. O fluido de intercâmbio se veicula mediante um grupo de refrigeração hidráulico de circuito fechado.

[0095] A seguir, com ajuda dos desenhos, se descreve em detalhe o procedimento de fabricação de um corpo 1 de material compósito de matriz termoplástica provido de uma cavidade interior com uma abertura ao exterior 2, compreendendo dita cavidade pelo menos uma parede curva-côncava e tendo a abertura ao exterior uma dimensão menor que a dimensão máxima da cavidade interior entre duas paredes opostas. A efeitos práticos, o corpo 1 representado consiste em um casco de um capacete para uso em veículos, corpo que forma a parte resistente do capacete em caso de choque em acidentes.

[0096] A primeira etapa consiste em cortar em porções, conforme a um padrão do corpo 1 a ser fabricado, telas pré-impregnadas de resina termoplástica, onde pelo menos algumas de ditas telas pré- impregnadas são telas tipo LFRTP pré-impregnadas, isto é, telas reforçadas com fibras longas, conhecidas pela nomenclatura inglesa Long Fiber Reinforced Thermoplastic, tecidas ou não tecidas, em que o comprimento das fibras é pelo menos de 50 mm. O corte das citadas telas se pode realizar mediante uma prensa com troquéis de corte e permite realizar a operação em volumes produtivos elevados.

[0097] A seguir, em uma segunda etapa, representada na Fig. 4, se colocam as porções de telas pré-impregnadas (algumas das quais são tipo LFRTP) no molde provido de uma entrada 13, estando o molde em posição fechada. Como foi descrito anteriormente, o molde está dividido em pelo menos dois semimoldes enfrentados 11 e 12, cujo fechamento configura uma cavidade tipo fêmea que reproduz a geometria em negativo do corpo 1. As porções de telas pré- impregnadas se dispõem sobrepostas em múltiplas camadas formando uma estrutura multicamada, posicionando sobre as paredes da cavidade do molde em primeiro lugar as porções que constituirão a camada externa 2 do corpo 1 a ser fabricado e em último lugar as porções que constituirão a camada interna 4, podendo intercalar entre a camada externa 2 e a camada interna 4 em algumas zonas determinadas uma camada de reforço 3. Das múltiplas camadas, pelo menos a camada interna 4 está formada por pelo menos um estrato de porções de telas pré-impregnadas reforçadas com fibras longas, tipo LFRTP.

[0098] Nesta operação, o cabeçote 14 não se encontra fechado sobre a entrada 13 do molde precisamente para permitir a colocação das porções de telas pré-impregnadas, e a temperatura e pressão têm um valor ambiente.

[0099] Opcionalmente e em função de sua necessidade pelo produto ou os materiais utilizados, a operação de colocação das porções sobre a cavidade do molde se pode complementar mediante uma aplicação prévia às telas de um revestimento de gel sobre o molde, quando resulte mais eficaz que as operações pós-modelagem equivalentes de polimento, emassado e preparação para pintura. O tipo de revestimento de gel se elegerá compatível com a tipologia de matriz ou resina termoplástica usada no material compósito. Uma opção provada com matrizes poliolefínicas são os revestimento de gels acrílicos com os quais foi obtida uma adesão ótima.

[00100] Dado que as paredes do molde são principalmente verticais em algumas zonas, é possível que se necessite de uma ajuda para conseguir um mínimo sustento do empilhamento ou sobreposição das porções de telas previamente à introducção da bolsa macho 15. Para isso e para conseguir uma mínima adesividade, se pode utilizar algum tipo de cola leve aplicada por spray no molde e sobre as próprias telas. Dita cola deverá ser compatível com o tipo de termoplástico utilizado como matriz nas telas pré-impregnadas. Por exemplo, para uma tela LFRTP com matriz de polipropileno se poderá usar uma cola poliolefínica de cadeia curta.

[00101] Na terceira etapa do procedimento, representado na Fig. 5, se coloca o cabeçote 14 provido da bolsa macho 15, fechando a entrada 13 do molde, ficando a bolsa 15 situada no interior da cavidade do molde coberta com as porções de tela na anterior etapa. A temperatura e a pressão aplicada na peça, isto é, sobre a estrutura multicamada, ainda é a ambiente. Em sistemas automatizados como o descrito, a bolsa 15 se cola contra uma pequena estrutura interna à bolsa 15 configurada como uma gaiola, mediante a aplicação de uma leve pressão negativa (gerada mediante uma sucção por efeito Venturi, habitual para gerar leves depressões em equipamentos com compressor pneumático, mas sem linha de vazio específica). A introdução da bolsa 15 é automática, por atuação pneumática sobre o cabeçote articulado 14 que incorpora o fechamento superior de molde, a bolsa 15, uma válvula de vazio e toda a cablagem pneumática.

[00102] Na quarta etapa se aplica pressão no interior da bolsa 15 produzindo-se a inflação da mesma e a expansão até um volume tal que produz o contacto e pressão da superfície da bolsa 15 contra as porções de telas dispostas sobre as paredes da cavidade do molde e seu empuxo contra as paredes do molde, como mostra a Fig. 6. Nesta etapa o valor da temperatura continua sendo de temperatura ambiente. A pressão aplicada está compreendida entre 5 e 10 bares, de acordo com a aplicação. Para aplicações destinadas a um casco de capacete, o valor da pressão é aproximadamente de 7 bares. Simultaneamente se ativam os meios de aquecimento 16 para o aquecimento do molde.

[00103] Assim, na quinta etapa, simultânea à quarta etapa, se aplica calor sobre os semimoldes 11 e 12 partindo de uma temperatura ambiente até um valor de temperatura operativa tal que se produza a fusão da resina termoplástica presente nas telas pré-impregnadas da estrutura multicamada e sua fluência para reproduzir a geometria do molde.

[00104] O tempo que dura o aquecimento é o mínimo possível para alcançar dita fusão. Dado que não há nenhuma reação de cura com uma cinética lenta, tal como seria o caso com as tradicionais matrizes termoestáveis, a rampa de aquecimento poderá ser tão rápida como o permita a potência entregável e a inércia térmica do sistema peça- molde.

[00105] As temperaturas máximas necessárias dependerão do material termoplástico utilizado como matriz. Cabe dizer que ditas temperaturas máximas são algo inferiores às típicas temperaturas máximas necessárias para processar termoplásticos mediante injeção. Isto é assim devido a que em um processo por injeção é necessária uma viscosidade suficientemente baixa como para que o termoplástico em estado líquido se desloque através do parafuso extrusor, bico de injeção, interior do molde, etc., enquanto que na presente aplicação onde intervem telas tipo LFRTP pre-preg (pré-impregnadas com a matriz ou que a incorporam como fio), a distância entre a posição inicial do termoplástico na fibra e sua posição uma vez que dita fibra tenha sido conformada é extremamente reduzida. Por isso, é suficiente alcançar a temperatura de fusão de dito termoplástico.

[00106] Como referência de temperatura, usando polipropileno, foram obtidos resultados satisfatórios com temperaturas máximas entre 160 e 170°C, para poliamidas em geral, os valores são por volta dos 220°C, para o polibutileno tereftalato sobre os 225°C e para o policarbonato 220°C.

[00107] A rampa de aquecimento ou tempo necessário para aquecer a peça ou estrutura multicamada até a temperatura de fusão dependerá das inércias térmicas totais do sistema. Como referência, para um molde metálico para capacete de motocicleta como o que foi descrito, usando uma aportação energética dentro do intervalo de 50 a 150 kW, e com um estratificado LFRTP com matriz em PP e grossura aproximada de 2 mm, o tempo de aquecimento é da ordem de 3 a 5 minutos.

[00108] O tempo em que há que manter dita temperatura apenas existe como tal, pois já quando a peça, por exemplo, com matriz de polipropileno alcança os 165°C (ou a temperatura de fusão do termoplástico utilizado), se pode começar a extrair calor para reduzir a temperatura. Por outra parte, dado que é complicado medir a temperatura na peça moldada, o costume é falar de temperatura de molde. Entre que o molde alcança esses 165°C e que o faz o material da peça, passa um tempo, além de existir um mínimo salto térmico necessário (já que o molde está algo mais quente) para que flua o calor. Assim, no que se refira à temperatura da peça, não existe em si uma etapa de manutenção, mas se se refere à temperatura do molde sim que há que manter a temperatura certo tempo para garantir que a peça tenha alcançado dita temperatura de fusão.

[00109] Assim, a sexta etapa consiste no esfriamento dos semimoldes 11 e 12 até uma temperatura tal que permita extrair do molde o corpo moldado solidificado 1 sem se deformar e com segurança para o operário que vá extrair o corpo 1 do molde. Nesta etapa o molde continua em posição fechada. Como exemplo, para estruturas em que a matriz das telas tipo LFRTP pré-impregnadas implicadas é polipropileno, a temperatura à que se esfriará será aproximadamente de 50°C, devido à resistência estrutural da peça durante a extração. Em outros termoplásticos, como a poliamida, será de 70°C (neste caso o fator limitante é o isolamento térmico das luvas do operário ao extrair a peça ou corpo 1).

[00110] A pressão continua sendo a mesma que durante o aquecimento, entre 5 e 10 bares, particularmente 7 bares.

[00111] O tempo empregado será o mínimo possível para alcançar a temperatura de extração. Dado que não há nenhuma reação de cura com uma cinética lenta, tal como seria o caso com as tradicionais matrizes termoestáveis, a rampa de esfriamento pode ser tão rápida como o permita a inércia e o isolamento térmico do corpo 1 e o molde, e a potência do sistema que se aplique para sua extracção. Como referência para um molde metálico para capacete de motocicleta em alumínio ou aço, e com um estratificado LFRTP com matriz em PP e grossura aproximada de 2 mm, o tempo de refrigeração é de 1 a 3 minutos.

[00112] A sétima etapa é de despressurização da bolsa 15 até pelo menos conseguir que esta deixe de contatar com as paredes da cavidade do molde. O molde continua fechado e se retira a pressão do interior da bolsa 15, aplicando uma leve depressão (inferior à pressão atmosférica) para descolar a bolsa 15 das paredes do molde.

[00113] A seguir, na oitava etapa, o cabeçote 14 se eleva e se extrai a bolsa 15 do molde. A temperatura continuará abaixando.

[00114] Na nona etapa, se abre o molde por separação dos pelo menos dois semimoldes 11 e 12, como se indica na Fig. 7.

[00115] Na décima etapa se extrai o corpo moldado 1 sem ser necessária a ajuda de extratores integrados no molde. Quando o corpo 1 é um casco ou o corpo resistente de uma bota de esqui, o corpo moldado 1 se pode extrair a mão de forma simples.

[00116] Em uma décima primeira etapa se levam a cabo as operações posteriores à modelagem, consistentes em operações de acabamento do corpo 1 tais como corte, furação e operações de acabamento superficial.

[00117] Dado que a modelagem não se realiza em um molde fechado rígido, os cantos, contornos ou finais da peça moldada não terão um acabamento bem resolvido como teriam em injeção, e por isso é necessário cortar o excesso de material. Da mesma maneira sucede com a realização de possíveis furos no casco para a fixação de outros elementos, orificios de ventilação, etc. Todas estas operações de furação e recorte podem ser feitas de maneira semimanual com modelos de corte ou de maneira automatizada em estações de corte CNC ou convencionais ou por corte mediante água a alta pressão.

[00118] No que diz respeito ao acabamento superficial, como sucede também em cascos fabricados por injeção de termoplástico, antes de ser pintados se deve realizar uma série de operações de preparação de superfície com o objetivo de melhorar a qualidade superficial e estética. Ditas operações poderão incluir: limpeza, emassado de defeitos superficiais, polimento, preparação para a pintura, etc. A quantidade de operações e materiais dependerão da matriz utilizada e o tipo de acabamento desejado.

[00119] De maneira geral se pode indicar que o acabamento superficial de corpos 1 com telas pré-impregnadas tipo LFRTP costuma apresentar depois de modelagem uma qualidade intermediária entre as peças de injeção de termoplástico e as de compósito termoestável: Ligeiramente inferior às primeiras, mas decididamente melhor que as segundas. Isso comportará uma quantidade e intensidade de operações de acabamento inversamente proporcional, sempre supondo um nível de acabamento equivalente.

[00120] Comparando uma peça com telas tipo LFRTP produzida de acordo com este método com sua homóloga em compósito termoestável (a igualdade de estratificado), o corpo 1 que compreende material compósito a base de telas pré-impregnadas LFRTP apresenta melhor acabamento superficial, ao ter menor importância os fenômenos de impressão ou marcação de telas tipo LFRTP tecidas no molde, ao apresentar a matriz maior viscosidade e se encontrar intimamente vinculada à fibra de reforço.

[00121] A dificultad para aplicar operações de pintura no corpo 1 produzido de acordo com o método anteriormente descrito é equivalente ao de uma peça fabricada por injeção de plástico com a mesma matriz, dependendo essencialmente da energia superficial de dito material e, portanto, de sua capacidade para a adesão de outros materiais. Assim, por exemplo, uma peça com LFRTP com matriz em ABS será muito fácil de pintar, enquanto que uma peça em LFRTP com matriz em polipropileno apresentará mais dificuldades, fazendo necessária uma operação prévia à pintura como, por exemplo, uma impressão, ou inclusive em alguns casos, uma ativação superficial por métodos tais como a chamuscagem ou tratamento por plasma.

[00122] A seguir se descreve como exemplo, a estrutura multicamada preferida para a fabricação de um corpo 1 consistente em um casco de capacete de motocicleta que forma a parte resistente em caso de impacto. Esta estrutura multicamada é a que se forma na segunda etapa do procedimento anteriormente descrito mediante a colocação das porções de telas pré-impregnadas de resina termoplástica sobre as paredes que constituem a cavidade do molde e que reproduzem em negativo a geometria do casco.

[00123] Como elemento comum, todas as telas pré-impregnadas de resina termoplástica que se citam a seguir por intervir nesta estrutura multicamada particularmente indicada para um casco têm uma matriz de polipropileno (PP) e as fibras são de vidro, particularmente de vidro tipo E. As telas pré-impregnadas reforçadas com fibra, tecidas ou não tecidas, que intervêm podem ter sido produzidas mediante qualquer uma das seguintes tecnologias: fios misturados ou híbridos (o que em terminologia inglesa se entende por commingled yarn), tecidos híbridos (conhecido como hybrid fabric), moído e fundido de termoplástico sobre o tecido (conhecido como fabric powdering), etc.

[00124] O corpo 1, o casco neste exemplo, tem uma estrutura multicamada que compreende uma camada externa 2, cujos estratos formados pela sobreposição de porções de telas pré-impregnadas são os primeiros que se colocam sobre a cavidade do molde, e uma camada interna 4, cujos estratos são os últimos que se colocam no molde.

[00125] A camada externa 2 está formada por pelo menos um estrato de porções de telas tipo “véu” ou tipo “feltro”, que contêm fibras têxteis curtas, de comprimentos compreendidos entre 5 e 20 mm não tecidas, intercaladas em disposição aleatória e sem nenhuma direção predominante. Ditas fibras são de tipo híbrido PP/vidro, ou de dois tipos de fibra. Em geral, a camada externa 2 tem um área mássica compreendida entre 20 e 100 g/m2 e uma porcentagem de fibra em peso (FWF) compreendida entre 20 e 40%. A função da camada externa 2 é a de melhorar o acabamento superficial do casco mediante duas vias:

[00126]- devido a seu elevado conteúdo em PP gera uma zona ricaem resina na superfície externa;

[00127]- devido ao caráter aleatório de seu padrão e a suareduzida rugosidade superficial, minimiza a rugosidade superficial final do casco devido ao fenômeno conhecido como “print through” de acordo com o qual na superfície se copia o tecido ou o desenho conferido pelas telas.

[00128] Com o que diz respeito à camada interior 5, esta constitui a camada estrutural propriamente dita e é onde se localizam as telas tipo LFRTP pré-impregnadas reforçadas com fibras longas de comprimentos iguais ou superiores a 50 mm (e preferivelmente de fibra de vidro tipo E). As telas tipo LFRTP pré-impregnadas reforçadas com fibras longas da camada interna 4 são telas tecidas tipo “sarja”, tipo 1/1 ou tipo 2/2, em que as fibras que constituem a trama e as fibras que constituem a urdidura do tecido têm a mesma quantidade de fibras, isto é, o mesmo número de fibras em um sentido e em outro por unidade de superfície da tela.

[00129] O estrato ou os estratos que constituem a camada interna 4 apresentam cada um um peso mássico (gramagem) compreendido entre 300 e 2000 g/m2, e para a combinação específica de fibra de vidro/PP, apresentam um conteúdo em peso de fibra aproximadamente de 60%.

[00130] Os estratos da camada interna 4 podem ser descontínuos em volta do corpo 1, conforme a padrões de corte específicos ao objeto de:

[00131]- melhorar a capacidade de cópia ou reprodução dageometria da peça, o que em inglês se entende por drapeability;

[00132]- ajustar, variando o número de estratos e sua gramagem, as propriedades mecânicas da seção do corpo 1 para assim adaptá-lo às diferentes características estruturais que são função da geometria deste, assim como das diferentes necessidades ou prestações mecânicas de cada zona.

[00133] Em zonas determinadas do corpo 1, e situadas entre a camada externa 2 e a camada interna 4, ou entre os próprios estratos que constituem a camada interna 4, se colocam porções de telas pré- impregnadas de resina termoplástica sobrepostas que constituem uma camada de reforço 3. As porções da tela da camada de reforço 3 são porções de telas unidirecionais ou tecidas em tear plano, onde cada um dos estratos da camada de reforço 3 tem um peso mássico compreendido entre 300 e 2000 g/m2 e uma porcentagem de fibra em peso compreendida entre 50 e 70%. A camada de reforço 3 praticamente nunca se distribuirá pela totalidade do corpo 1, senão que sua colocação está limitada a zonas reduzidas e específicas que necessitem de um reforço extra em uma direção particular e que, por sua dimensão reduzida permitan o uso de uma tela ou tecido com menor capacidad de se moldar a curvaturas duplas elevadas.

[00134] Preferivelmente, o número de estratos da camada interna 4 e da camada de reforço 3 e sua tipologia se organizarão ao objeto de obter um estratificado equilibrado, isto é, sendo suas camadas constituintes simétricas de acordo com a direção perpendicular ao plano do tecido, e, portanto, sendo menos sensível a tensões de deformação internas no proceso de modelagem. Como regra geral, as telas que constituem os estratos das camadas 4 e 3 foram concebidos para que apresentem uma determinada orientação com o objetivo de minimizar no possível a anisotropia. Assim, por exemplo, se há dois estratos iguais, estes se dispõem entre si a 90°, ou se se têm três estratos, um deles pertencente à camada de reforço 3 e por isso disposto entre os outros dois, as telas dos dois estratos extremos se disporão com uma orientação a 90° em relação com o estrato intermediário. Não obstante, se prevê a possibilidade de que tenha zonas específicas onde esta busca da isotropía não se siga, ao objeto de melhorar propriedades em direções específicas, para compensar particularidades da geometria do corpo 1 ou circunstâncias específicas.

[00135] Em geral, o estratificado total constituído pelas camadas 2, 3 e 4 descritas pode ser heterogêneo por volta do corpo 1, embora para o caso de um capacete de motocicleta normalmente tem uma gramagem que oscila entre 1000 e 3500 g/m2 em função da zona, e um meio global, estimativamente, compreendido no intervalo entre 1800 e 2400 g/m2.

Claims (26)

1.Procedimento de fabricação de um corpo (1) de material compósito de matriz termoplástica provido de uma cavidade interior com uma abertura ao exterior, compreendendo a dita cavidade pelo menos uma parede curva-côncava e tendo a abertura ao exterior uma dimensão menor do que a largura máxima da cavidade interior entre duas paredes opostas, caracterizado pelo fato de que compreende: -uma primeira etapa de corte em porções, conforme a um padrão do corpo a ser fabricado, de telas pré-impregnados de resina termoplástica em que pelo menos algumas de ditas telas pré- impregnadas são telas tipo LFRTP, reforçadas com fibras longas, tecidas ou não tecidas; -uma segunda etapa de colocação das porções de telas pré-impregnadas em um molde provido de uma entrada (13) em posição fechada, dividido em pelo menos dois semimoldes enfrentados (11, 12), cujo fechamento configura uma cavidade tipo fêmea que reproduz a geometria em negativo do corpo, dispondo as porções de telas pré-impregnadas sobrepostas em múltiplas camadas formando uma estrutura multicamada, posicionando sobre as paredes da cavidade do molde em primeiro lugar as porções que constituirão a camada externa (2) do corpo a ser fabricado e em último lugar as porções que constituirão a camada interna (4), estando a camada externa formada por pelo menos um estrato de porções de telas tipo “véu” ou tipo “feltro”, que contêm fibras de comprimentos compreendidos entre 5 e 20 mm não tecidas e não orientadas; -uma terceira etapa de colocação, fechando a entrada do molde, de um cabeçote (14) provido de uma bolsa (15) configurada como um componente macho em relação ao molde, ficando a bolsa situada no interior da cavidade do molde; -uma quarta etapa de aplicação de pressão no interior da bolsa produzindo a inflação da mesma e a expansão até um volume tal que produz o contato e pressão da superfície da bolsa contra as porções de telas dispostas sobre as paredes da cavidade do molde e seu empuxo contra as paredes do molde; -uma quinta etapa, simultânea à quarta etapa, de aplicação de calor sobre os semimoldes (11, 12) partindo de uma temperatura ambiente até um valor de temperatura operativa tal que se produza a fusão da resina termoplástica presente nas telas e sua fluência para reproduzir a geometria do molde; -uma sexta etapa de esfriamento dos semimoldes até uma temperatura tal que permita extrair do molde o corpo moldado solidificado sem se deformar; -uma sétima etapa de despressurização da bolsa até pelo menos conseguir que esta deixe de contatar com as paredes da cavidade do molde; -uma oitava etapa de retirada do cabeçote da entrada do molde com o que se extrai a bolsa do interior da cavidade do molde; -uma nona etapa de abertura do molde por separação entre si dos pelo menos dois semimoldes; e -uma décima etapa de extração do corpo moldado.

2.Procedimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que previamente à colocação das porções de telas da segunda etapa se leva a cabo uma aplicação de revestimento de gel sobre as paredes da cavidade do molde, sendo o tipo de revestimento de gel aplicado compatível com a resina termoplástica das telas pré-impregnadas.

3.Procedimento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que previamente ou a medida que se produz a colocação das porções de telas da segunda etapa se aplica um produto de melhora da adesividade sobre as paredes da cavidade do molde e sobre as porções de telas colocadas, compatível com a resina termoplástica das telas pré-impregnadas para melhorar o sustento das porções de telas sobre o molde e de umas porções sobre outras.

4.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que na terceira etapa, a bolsa (15) está submetida a uma depressão e pelo fato de que a bolsa compreende no seu interior uma peça configurada como uma gaiola à qual a bolsa se encontra aderida pela depressão à que está submetida na dita etapa.

5.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o valor da pressão que se aplica no interior da bolsa na quarta etapa está compreendido entre 5 e 10 bares.

6.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que simultaneamente à aplicação da pressão na quarta etapa se produz a ativação de uns meios aquecedores providos no molde para realizar a aplicação de calor da quinta etapa.

7.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a temperatura operativa da quinta etapa está compreendida entre 100 e 280°C.

8.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o tempo durante o qual se produz a aplicação de calor da quinta etapa é o tempo necessário para que se produza a fusão do material termoplástico da resina termoplástica presente nas telas e sua fluência para reproduzir a geometria do molde.

9.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o esfriamento da sexta etapa se realiza por convecção forçada mediante um circuito de refrigeração dos pelo menos dois semimoldes fêmea que configuram o molde.

10.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende uma décima primeira etapa de operações de acabamento do corpo (1) tais como corte, furação e operações de acabamento superficial.

11.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o corpo (1) é um casco de um capacete para o seu uso em veículos, constituído essencialmente por um corpo oco, formando a parte resistente do capacete em caso de choque em acidentes.

12.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o corpo (1) é o corpo resistente de um calçado esportivo tal como uma bota de esqui.

13.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que nas telas tipo LFRTP pré-impregnadas o comprimento das fibras é pelo menos de 50 mm.

14.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que as telas tipo LFRTP pré-impregnadas são tecidos híbridos de fibras sintética ou inorgânica combinada com fibra termoplástica ou tecidos sintéticos ou inorgânicos que incorporam a resina termoplástica em suspensão ou diluída.

15.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que a resina termoplástica das telas pré-impregnadas é de polipropileno e as fibras das telas tipo LFRTP são de fibra de vidro tipo E.

16.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que as fibras das telas pré-impregnadas da camada externa (2) são de tipo híbrido resultantes da combinação de fibras de polipropileno com fibras de vidro.

17.Procedimento, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a camada externa (2) tem um área mássica compreendida entre 20 e 100 g/m2.

18.Procedimento, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a camada externa (2) tem uma porcentagem de fibra em peso compreendida entre 20% e 40%.

19.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que a camada interna (4) está formada por pelo menos um estrato de porções de telas tipo LFRTP pré-impregnadas.

20.Procedimento, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que as telas tipo LFRTP pré-impregnadas da camada interna (4) são telas tecidas tipo “sarja”, em que as fibras que constituem a trama e as fibras que constituem a urdidura do tecido têm o mesmo número de fibras por unidade de superfície de tela.

21.Procedimento, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o estrato ou os estratos que constituem a camada interna (4) têm cada um um peso mássico compreendido entre 300 e 2000 g/m2.

22.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 e 19 a 21, caracterizado pelo fato de que o estrato ou os estratos que constituem a camada interna (4) têm cada um uma porcentagem de fibra em peso compreendida entre 50 e 70%.

23.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 22, caracterizado pelo fato de que a camada interna (4) compreende seções com distinto número de estratos.

24.Procedimento, de acordo com qualquer uma das Reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que na segunda etapa se colocam em zonas determinadas e situadas entre a camada externa (2) e a camada interna (4), ou entre os estratos da camada interna, porções de telas pré-impregnadas de resina termoplástica sobrepostas que constituem uma camada de reforço (3).

25.Procedimento, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que as porções das telas da camada de reforço (3) são porções de telas unidirecionais ou tecidas em tear plano, onde cada um dos estratos da camada de reforço tem um peso mássico compreendido entre 300 e 2000 g/m2 e uma porcentagem de fibra em peso compreendida entre 50 e 70%.

26.Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 e 13 a 25, caracterizado pelo fato de que a estrutura multicamada compreende seções com pesos mássicos distintos, com um valor mínimo de 1000 g/m2 e um valor máximo de 3500 g/m2, e um valor médio compreendido entre 1800 e 2400 g/m2.

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