BR112015001181B1

BR112015001181B1 - reforço unidirecional ou multiaxial costurado e método para produzir um reforço unidirecional ou multiaxial costurado; pré-forma e método para fabricar uma pré-forma; laminado e método para fabricar um laminado

Info

Publication number: BR112015001181B1
Application number: BR112015001181-0A
Authority: BR
Inventors: Rainer Bergström
Original assignee: Vitrulan Composites Oy
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2021-03-02
Also published as: PT2874803T; RU2015105791A; CA2879058A1; RU2616667C2; CN104487234A; US9505193B2; CN104487234B; US20150183184A1; EP2874803A1; MX2015000854A; ES2610221T3; EP2874803B1; DK2874803T3; JP2015527228A; ZA201500922B; WO2014013138A1; MX346380B; CA2879058C; JP5921014B2; BR112015001181A2

Abstract

REFORÇO UNIDIRECIONAL OU MULTIAXIAL COSTURADO E MÉTODO PARA PRODUZIR O MESMO. A presente invenção refere-se a um reforço unidirecional ou multiaxial costurado e a um método para produzir um reforço unidirecional ou multiaxial costurado. O reforço unidirecional costurado (2, 4) da presente invenção pode ser usado em todas as aplicações nas quais alta qualidade e resistência são necessárias.O reforço unidirecional ou multiaxial costurado da invenção compreende meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos dispostos transversalmente (6) para garantir boas propriedades de fluxo da resina em uma direção transversal à direção dos fios preliminares unidirecionais.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se a um reforço unidirecional ou multiaxial costurado e a um método para produzir um reforço unidirecional ou multiaxial costurado. O reforço unidirecional ou multiaxial costurado da presente invenção pode ser usado em todas as aplicações nas quais reforços são geralmente necessários e especialmente nas aplicações em que é usada a tecnologia de infusão a vácuo ou a tecnologia de modelagem por transferência de resina (RTM) para distribuir a resina no molde. O reforço unidirecional ou multiaxial costurado da presente invenção é especialmente aplicável na fabricação de pás de turbinas eólicas, barcos e, de modo geral, em todas as estruturas nas quais formas longitudinais são necessárias.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Quando se fabrica produtos compósitos e laminados usando várias fibras, como por exemplo, vidro, carbono e fibras de aramida, bem como linho, cânhamo, juta, kenaf, basalto e outras fibras naturais, etc., para a fabricação de, por exemplo, peças para barcos, automotivas e para turbinas eólicas, a fabricação começa com a produção de um reforço de fibra adequado como estruturas tecidas ou de malha, que podem ter uma orientação unidirecional ou multiaxial. As estruturas são, então, colocadas em um molde usado na fabricação do produto intermediário ou do produto final. O molde tem, naturalmente, o formato do produto final, o que significa que o formato pode algumas vezes ser muito complicado e exigir conformação substancial do reforço quando colocado no molde. Normalmente, várias camadas, até dezenas de camadas, de reforços são colocadas umas sobre as outras no molde e uma resina termorrígida como epóxi misturada com endurecedor ou resina de poliésterinsaturada ou resina de éster vinílico é introduzida no molde para formar um artigo composto reforçado com fibra. Aresina pode, também, ser termoplástica como PA (poliamida) ou CBT (tereftalato de polibutileno cíclico) ou similar. A prática tem mostrado que quando o produto final precisa resistir a altas cargas mecânicas, reforços unidirecionais, que podem ser mantidos juntos através de costura, são uma escolha preferida na sua fabricação. Tais reforços unidirecionais são produzidos a partir de fios preliminares ou cabos, geralmente chamados de fibras de reforço.

[003] O reforço unidirecional é, normalmente, formado de uma ou mais camadas de fios preliminares de reforço. O reforço multiaxial é formado de duas ou mais camadas de fios preliminares de reforço, onde os fios preliminares em uma camada são unidirecionais, mas os fios preliminares de camadas adjacentes formam um determinado ângulo, geralmente 45, 60 ou 90 graus. A construção doreforço depende do peso por área alvo e do número tex de fios preliminares. Por exemplo, se um alto peso por área for desejado, um fio preliminar espesso (por exemplo, com fibra de vidro "Eglass" de 2400 tex) é usado, e quando um reforço com baixo peso por área for desejado, um fio preliminar delgado (por exemplo, com fibra de vidro "E-glass" de 600 tex) é usado na sua fabricação.

[004] O produto final, isto é, a estrutura laminada curada pode ser produzida a partir de inúmeros reforços unidirecionais ou multiaxiais por arranjo das camadas de reforços de modo que, no produto final, os fios preliminares de cada camada sejam paralelos ou algumas camadas sejam orientadas em outras direções de acordo com as cargas às quais a construção laminada é submetida, ou por fabricar primeiramente tecidos de várias camadas de reforços unidirecionais para que os fios preliminares de camadas adjacentes formem um determinado ângulo, e depois disso, usar os tecidos assim formados na produção do produto final. Esses tecidos são chamados tecidos biaxiais, triaxiais, quadraxiais, etc., dependendo do número de diferentes orientações de fibra em seu interior.

[005] Um reforço unidirecional tem natureza inerentemente instável uma vez que os fios estendem-se em apenas uma direção. Para que o reforço unidirecional possa ser manuseado, seus fios preliminares têm de ser ancorados ou ligados uns aos outros de forma adequada. A técnica anterior conhece, em princípio, dois métodos mecânicos diferentes para esse propósito.

[006] Um método é prender os fios preliminares através de costura (por exemplo, tricotagem). Os fios de costura formam laços de costura, isto é, pontos que prendem os fios preliminares reais de reforço em seu lugar no reforço. Os pontos são formados por vários elementos de costura, por exemplo, por agulhas, que penetram na camada ou camadas de fibras de reforço de acordo com a técnica de costura de urdidura conhecida. Os pontos podem formar vários padrões bem conhecidos como, por exemplo, corrente ou tricô, etc. O fio de costura é tipicamente, mas não necessariamente, fio de filamento de poliéster texturizado ou não texturizado (politereftalato de etileno) que tem uma espessura de cerca de 34 dtex a cerca de 167 dtex e compreendendo dezenas de filamentos, normalmente, por exemplo 24 ou 48 filamentos.

[007] Um outro método mecânico consiste em usar uma técnica de tecelagem para ancorar os fios de urdidura longitudinal com fios de trama de peso leve em seu respectivo lugar. Como fios de trama, fios não revestidos e fios revestidos termofusíveis têm sido utilizados. Após aquecimento e resfriamento, o aglutinante termofusível fornece ao reforço estabilidade considerável. Contudo, a opção de tecelagem deixou de ser considerada favorável, uma vez que os fios de reforço formam dobras ao cruzar sobre os fios da trama, levando a concentrações de estresse e propriedades mecânicas inferiores às das versões de malha. Constatou-se que os fios com aglutinante termofusível criam desequilíbrio local na cura da matriz e não são mais preferidos nessa indústria. Tipicamente, os fios de trama são fios multifilamento que ficam achatados sob compressão independentemente de serem fios termofusíveis ou não.

[008] Um método químico para ligar os fios preliminares unidirecionais juntos com o uso de vários aglutinantes termoplásticos também foi introduzido no mercado. Entretanto, principalmente devido a problemas na permeabilidade da resina, rigidez de manuseio e distância de impregnação, tais reforços e métodos não foram utilizados em maior escala.

[009] Os reforços costurados são bem conhecidos e têm algumas boas propriedades. Primeiramente, sua estabilidade transversal é boa porque os fios de costura, embora se estendam principalmente na direção longitudinal, formam tais padrões, como tricô, que conferem aos fios preliminares unidirecionais a integridade necessária para o reforço. Em segundo lugar, o reforço é facilmente posicionável no molde (isto é, faz o reforço seguir os contornos do molde), uma vez que o reforço costurado é frequentemente muito flexível se forem escolhidos adequadamente parâmetros de costura, como comprimento do ponto, medida da agulha e tensão do fio, apenas para citar alguns como um exemplo.

[0010] O uso de pontos, entretanto, resulta também em um problema. O problema ocorre durante a infusão de uma pilha de reforços costurados, isto é, a chamada pré- forma, com resina. A distribuição da resina nos feixes de fibra é surpreendentemente lenta e irregular em ambas as direções, isto é, em uma direção paralela com as fibras de reforço e em uma direção transversal às fibras de reforço. A descoberta acima é surpreendente, uma vez que à primeira vista, um reforço costurado parece incluir passagens de fluxo em três dimensões. Os pontos, quando amarrados em torno de um feixe de fios preliminares abrem passagens de fluxo através do reforço. Também na direção dos fios de costura paralelos com a superfície do reforço, os fios preliminares são pressionados juntos de modo a criar passagens de fluxo sobre a superfície do reforço. E, também na direção dos fios preliminares, o aperto dos pontos forma passagens de fluxo longitudinais sobre a superfície do reforço. Poderia ser esperado que, quando um reforço é colocado sobre outro no molde, a pilha de reforços incluísse uma rede tridimensional de passagens de fluxo, o que asseguraria um fluxo e penetração rápidos de resina, bem como uma impregnação rápida da pilha de reforços. Entretanto, conforme já mencionado acima, este não é o caso. A principal razão é que antes de ser iniciada a alimentação de resina no molde, a pilha de reforços no molde é submetida à compressão. A compressão faz com que os reforços sejam pressionados uns contra os outros por uma força tal que, quando os pontos dos reforços não estão verticalmente um diretamente acima do outro, mas seu posicionamento é aleatório, os fios preliminares "livres" (o que significa fios preliminares que não estão sob compressão por um ponto) entre os pontos de um reforço sãopressionados sobre o ponto de um reforço adjacente. Como resultado, a passagem de fluxo na direção da superfície doreforço é mais ou menos preenchida completamente com os fios preliminares "livres", impedindo um fluxo de resina eficiente na direção da superfície de um reforço. Quanto à parte de um ponto onde o fio de costura está na direção Z, a passagem de fluxo permanece na pilha, talvez um pouco menor, mas rígida. Entretanto, agora que as passagens de fluxo na direção da superfície de um reforço estão substancialmente fechadas, a passagem de fluxo na direção Z permanece cheia com ar, que é muito difícil de remover. Isto resulta facilmente na presença de bolhas de gás no produto final, o que, naturalmente, reduz a qualidade e as propriedades de resistência do produto final.

[0011] Como a boa permeabilidade da resina é vital para a execução prática do processo de moldagem, ela é, normalmente, acelerada pelo uso de diferença de pressão quando a resina é alimentada no molde. É uma prática comum aplicar tecnologia de infusão a vácuo ou tecnologia de modelagem por transferência de resina (RTM) para distribuir a resina sobre todas as camadas de reforço no molde. Entretanto, algumas vezes, apesar de várias medidas, como vácuo e/ou pressão de alimentação aumentada, pequenas cavidades de ar tendem a permanecer no reforço, reduzindo significativamente as propriedades de resistência do laminado. A principal razão da presença das cavidades de ar é o posicionamento justo dos fios preliminares uns contra os outros no reforço de modo que sua permeabilidade à resina está limitada nas direções transversal e longitudinal dos fios preliminares de reforço e também na direção Z. Em vista do exposto acima, novas formas de melhorar a remoção de gás da pilha de reforços e a permeabilidade do reforço à resina deveriam ser investigadas.

[0012] Uma forma de melhorar a permeabilidade do reforço é fornecer ao mesmo passagens de fluxo para a resina que permitem que a resina flua rapidamente pelo reforço. Podem ser encontradas na técnica anterior várias formas para dispor as passagens de fluxo de resina nos reforços ou entre os reforços em uma pilha de reforços. Entretanto, constatou-se que o uso dessas passagens de fluxo não é muito eficaz, uma vez que o vácuo aplicado no estágio de infusão tende a deslocar ou puxar os fios preliminares das áreas vizinhas ou reforços e até mesmo deslocar suas posições para preencher as passagens de fluxo/cavidades.

[0013] O documento EP-A1-1491323 revela uma estrutura de reforço compreendendo cordões de reforço unidirecionais e cordões de enrijecimento transversais. Os cordões de enrijecimento são distribuídos de maneira espaçada sobre uma camada de cordões de reforço. Os cordões de enrijecimento podem ser de material termoplástico de modo que por fusão ou amolecimento, os cordões de enrijecimento se prendem aos cordões de reforço e conferem ao reforço a estabilidade transversal que o mesmo precisa. Para garantir drenagem capilar suficiente da resina injetada, a camada de cordões de reforço longitudinais é dotada de cordões de drenagem longitudinais, que são, dessa forma, paralelos uns aos outros e aos cordões de reforço. Os cordões de drenagem são dispostos de forma espaçada na camada de cordões de reforço. Os cordões de drenagem podem ser formados de fibras de vidro cobertas com fibras de capilaridade suficiente como, por exemplo, fibras de algodão ou fibras celulósicas, para drenar a resina injetada. Uma outra opção para os cordões de drenagem são os cordões de reforço, sendo que em torno de cada um é enrolado um monofilamento. Dessa forma, é formada uma passagem de fluxo em espiral para a resina. Portanto, é evidente que as passagens de fluxo no reforço sejam formadas na direção longitudinal do reforço.

[0014] Isto significa, na prática, que quanto mais longos forem os produtos a serem fabricados, mais complexa e, pelo menos demorada, será a impregnação do produto final com a resina. Na prática, é impossível, economicamente, pensar em impregnar um "spar cap" (capa de longarina) de uma pá de turbina eólica com um comprimento de 50 metros ou mais usando a técnica de impregnação longitudinal. Naturalmente, há uma possibilidade de aplicar injeções de resina, por exemplo, em intervalos de 2 metros ao longo de todo o comprimento de uma pá, mas é um método complicado e demorado e, portanto, muito caro.

[0015] O documento EP-B1-1667838 discute a formação de passagens de fluxo em um tecido compósito formado de uma pluralidade de grupos de cabos substancialmente paralelos e coaxialmente alinhados, sendo que cada um dos ditos grupos de cabos tem um ou mais cabos em que uma porção dos ditos grupos de cabos contém dois ou mais cabos. O fluxo de resina ao longo do interior do tecido do tecido é garantido definindo-se o espaçamento entre os cabos de um grupo de cabos como sendo menor que o espaçamento entre grupos de cabos adjacentes. Dessa forma, o espaçamento entre grupos de cabos adjacentes deve formar as passagens de fluxo necessárias. Essas passagens de fluxo devem permitir que a resina flua através do tecido, especialmente na direção dos cabos, isto é, na direção longitudinal do produto.

[0016] Entretanto, com o aumento do comprimento do produto final, deve-se compreender que em um determinado ponto, a impregnação na direção longitudinal alcança seu limite prático, isto é, a chamada distância de impregnação, após o que outras maneiras precisam ser seriamente consideradas. Além disso, experimentos práticos mostram que as passagens de fluxo são preenchidas com fios preliminares de áreas vizinhas quando é aplicado vácuo no estágio de infusão ou quando a estrutura laminada se torna corrugada com dobras locais nos fios preliminares de reforço, reduzindo a resistência mecânica.

[0017] O documento US-A-5.484.642 discute um material de reforço de produto têxtil útil para produzir artigos laminados compósitos por uma técnica geral de moldagem por injeção. O material reforçado, isto é, a estrutura laminada, é fabricada dispondo-se uma pilha de camadas que tem reforços têxteis em um molde de um formato que corresponde àquele do artigo a ser fabricado e, depois de o molde ser fechado, injetar uma resina em seu interior. Os reforços têxteis podem originar de tecidos ou não tecidos, inclusive cardados unidirecionais. A estabilidade transversal das camadas de reforço é obtida por tecelagem, tricô ou costura ou com o uso de cordões ou fios de ligação transversais. Ao menos uma camada da pilha de reforços têxteis tem uma estrutura na qual dutos, isto é, passagens de fluxo para a resina, estendem-se em ao menos uma direção no interior da camada para facilitar o fluxo da resina durante a injeção. Os dutos podem estar situados na direção longitudinal e/ou transversal do material. A ideia principal por atrás da patente US mencionada acima é para garantir boas propriedades de fluxo de resina para o tecido mediante a troca de uma parte dos fios de reforço para suportar melhor a compressão causada pelo fechamento do molde e vácuo. Tipicamente, isto é feito pela adição de torção a uma parte dos fios de reforço ou enrolando-se o fio multifilamento de poliéster em torno dos cordões de fibra de carbono. A desvantagem desse conceito, entretanto, é que entre os fios de reforço normais, é colocado um alto número de fios relativamente grandes, os quais sob condições de carga do laminado comportam-se de maneira muito diferente daquela dos demais fios no reforço. Isto se deve principalmente à torção frequentemente muito alta (260 TPM) que afeta as propriedades elásticas dos fios sob carga. Além disso, a alta torção impede ou reduz a penetração da resina dentro desses fios. Isto resulta em uma estrutura laminada não homogênea onde uma parte dos fios transporta as cargas de maneira diferente. Por fim, isto aumentará o risco de falha prematura do laminado em condições de carga estáticas e principalmente dinâmicas.

[0018] É importante observar que o exemplo 5 do documento US ensina que as passagens de fluxo transversais são formadas dispondo-se os fios de trama formados de um cordão de carbono de 3 K (3.000 filamentos) coberto com um cordão de poliéster em 260 voltas por metros através do material, de modo que passagens de fluxo que avançam em espiral são formadas em torno dos cordões cobertos. Isto poderia causar um bom fluxo de resina, mas 260 TPM é uma torção extremamente alta e tem uma influência muito negativa sobre as propriedades do laminado de acordo com o presente estado de conhecimento. Uma forma bem conhecida de melhorar a impregnação da resina em uma pilha de reforços é colocar no molde, tanto no fundo quanto no topo da pilha, uma talagarça plástica ou outro material para auxílio de fluxo através do qual a resina se espalha rapidamente por toda a área da superfície de topo e de fundo do reforço. Após impregnação e cura, as talagarças são removidas completamente do laminado. A função da talagarça é, naturalmente, introduzir resina rapidamente em toda a área do molde de modo que a impregnação na direção Z da resina na pilha de reforços possa começar o mais rápido possível. Entretanto, quanto mais espessa for a pilha, mais lenta será a impregnação da pilha com resina. Por exemplo, em pás para turbinas eólicas, a seção transversal do "spar cap"é quase um quadrado, de modo que, para a resina, é difícil alcançar o centro da pilha.

[0019] É fato conhecido, ainda, que algumas vezes quando se usa reforços unidirecionais, especialmente sob a forma de tecido, alguns fios auxiliares ou adicionais são adicionados na direção transversal para melhorar a estabilidade transversal ou propriedades de fluxo de resina. Tipicamente, os fios são revestidos com material termofusível ou outro material termoplástico e os fios são de fibra de vidro ou poliéster (por exemplo, feixes torcidos de filamentos de vidro - sendo que cada feixe tem, tipicamente, 60 ou mais filamentos, cada filamento tem um diâmetro de 10 a 15 μm) e na forma revestida um número de tex tipicamente de 100 a 200 tex. Após a operação de tecelagem, o revestimento termoplástico dos fios é fundido, de modo que flui nos volumes de espaço vazio entre o fio e os fios preliminares e, dessa forma, liga os fios preliminares da urdidura e o fio da trama juntos. O revestimento termoplástico é geralmente formado de tipos de materiais de PA (poliamida) ou EVA (etileno-acetato de vinila), cuja temperatura de fusão é reduzida com o uso de substâncias cerosas ou alguns outros meios adequados. Portanto, o revestimento termoplástico está tipicamente em conflito com a matriz da resina de infusão, uma vez que a quantidade relativa de aglutinante é localmente muito alta na adjacência imediata do fio de reforço, causando áreas fracas locais no laminado. Os filamentos de vidro ou poliéster com cola permanecem nos fios preliminares transversalmente aos mesmos e conferem ao reforço estabilidade de manuseio transversal antes da infusão ou similares. As resinas não irão alcançar a superfície real da fibra, uma vez que as fibras são revestidas com material termoplástico.

[0020] O uso desse tipo de auxílio ou fios adicionais nos reforços unidirecionais irá aumentar desnecessariamente o peso e possivelmente causar distorção local da fibra, que são, por natureza, efeitos indesejáveis. Além disso, fibras de reforço transversais, isto é, por exemplo, fibras orientadas na direção de 90, 60 ou 45 graus, podem também criar microfraturas quando essas fibras, normalmente fibras de vidro, são rompidas durante a carga axial da construção UD (reforço unidirecional - "Unidirectional Reinforcement"), situação que pode originar rupturas por fadiga mais graves que destroem a estabilidade do produto final. A razão deste último problema é o fato de que o alongamento na ruptura do fio da fibra de vidro é significativamente menor do que o da matriz na direção transversal. E ainda adicionalmente, os fios de fibra de vidro ou fios preliminares multifilamento se deformam quando submetidos à pressão de compressão a vácuo perdendo sua seção transversal redonda original, de modo que sua seção transversal sob pressão fique ovalada ou mesmo achatada (conforme mostrado na figura 1b). A forma do fio multifilamento tem como uma consequência o fato de que seus filamentos individuais se movem lateralmente, levando praticamente à formação de uma seção transversal oval ou plana. Os fios revestidos com material termoplástico se comportam de maneira similar enquanto o revestimento é fundindo durante o estágio de prensagem com aquecimento, levando a uma forma plana onde há um ponto de cruzamento.

[0021] Em outras palavras, a técnica anterior sugere, por outro lado, o uso de multifilamentos para dispor passagens de fluxo em uma direção transversal à direção dos fios preliminares de reforço, e por outro lado, o uso de fios multifilamento dispostos na direção transversal para algum outro propósito, por exemplo, para unir os fios preliminares com cola ou para uso como pontos de costura.

[0022] Primeiramente, os cordões ou fios torcidos da técnica anterior, isto é, multifilamentos usados para formar passagens de fluxo transversal têm um diâmetro (antes da aplicação de compressão) de cerca de 0,35 a 0,45 mm. Nos testes realizados, um laminado foi formado colocando-se em um molde uma pilha de duas camadas de reforço de 1.200 g/m2 com cordões transversais do tamanho mencionado acima entre os reforços em um molde, submetendo- se a pilha a vácuo, fazendo a infusão com resina, e deixando o laminado endurecer. Constatou-se que a seção transversal dos cordões multifilamento foi alterada para oval ou plana, enquanto as camadas de reforço foram compactadas pelo vácuo aplicado no estágio de infusão. Aocomparar a distância de impregnação do reforço com a de umreforço sem fios disposto transversalmente, constatou-se que a mesma não foi alterada nem aprimorada, ou que alteração foi, na prática, desprezível. A razão disso será discutida em mais detalhes posteriormente.

[0023] Naturalmente, também poderia ser argumentado que os fios de costura ou cordões correspondentes que se estendem em uma direção transversal à direção longitudinal dos fios preliminares de reforço poderiam formar passagens de fluxo transversais para a resina. Entretanto, deve-se compreender que, em adição aos problemas envolvidos no uso de pontos já discutidos acima, a mesma tendência de achatamento também se aplica aos pontos e fios de costura.

[0024] Os reforços dotados de fios de trama termofusíveis foram introduzidos no mercado há cerca de 20 anos, mas não foram bem sucedidos em testes de resistência, quer testes estáticos ou de tração. Adicionalmente, os testes revelaram uma fraca formabilidade plástica desses reforços. Na prática, é impossível usar esses reforços na produção de laminados de "spar cap" para pás de turbinas eólicas, uma vez que os "spar caps"têm formas côncavas duplas nas quais esse tipo de reforço não pode ser fletido.

[0025] Em segundo lugar, foram considerados reforços tendo fios de fibra de vidro transversais com um revestimento termoplástico. Nesses reforços, o diâmetro do fio revestido foi da ordem de 0,30 a 0,35 mm, e o diâmetro, ou na verdade a espessura na direção Z, do fio do núcleo foi da ordem de 0,04 a 0,06 mm quando pressionado e o revestimento fundido ou removido. A diferença que esses fios revestidos termoplásticos têm em comparação com fios não revestidos, por exemplo, fios de costura, é que durante a ligação desses fios aos fios preliminares do reforço reais, isto é, durante a fusão do revestimento, esses fios mudam seu formato em pontos de contato (a compressão reduz a espessura na direção Z dos fios), resultando na formação de restrições de fluxo locais. Em outras palavras, em pontos onde o fio revestido não é comprimido, seu diâmetro permanece no nível original, mas em pontos de compressão, o diâmetro/espessura é reduzido para valores até mesmo menores que o diâmetro do fio do núcleo, isto é, o núcleo do fio é achatado pela compressão. Um outro problema envolvido no uso de fios revestidos é que o fio é rígido e relativamente espesso, o que faz com que a direção dos fios preliminares seja desviada acentuadamente localmente de sua direção reta, isto é, força os fios preliminares a fletirem e formar dobras em adição aos problemas já discutidos anteriormente e também posteriormente neste parágrafo. Ainda outro problema com os fios revestidos é o polímero de revestimento em si, uma vez que o mesmo, em geral, não é compatível com a resina e, dessa forma, contamina o laminado e cria, assim, pontos fracos no reforço. Agora, um laminado foi formado por camadas de reforço, cada uma ligada por fios de fibra vidro revestido transversais para conferir estabilidade. Constatou-se que a distância de impregnação da pilha de reforços foi predominantemente aceitável. Porém, quando o laminado tendo fios de fibra de vidro transversais com um diâmetro ou espessura variando entre cerca de 0,35 e cerca de 0,04 mm foi submetido a um teste de fadiga, constatou-se que logo após o início do teste de fadiga de tração-tração foram observadas micro fraturas do laminado. O exame detalhado do laminado e principalmente das microfraturas, revelou que as microfraturas ocorriam nas junções dos fios preliminares de reforço e dos fios transversais revestidos. Uma dúvida evidente foi que a razão da ocorrência de microfraturas era o grande diâmetro local do fio, criando flexões ou dobras nos fios preliminares. Adicionalmente, os fios termofusíveis, isto é, também os fios de núcleo, quando aquecidos, são compressíveis, o que resulta na criação de áreas achatadas locais, as quais reduzem a seção transversal das passagens de fluxo e, assim, impedem o fluxo de resina no estágio de infusão.

[0026] Como ponto de partida para o desenvolvimento adicional de um reforço ótimo está um reforço costurado no qual o problema relacionado à estabilidade de manuseio foi tratado. A estabilidade de manuseio do reforço costurado da presente invenção é excelente, uma vez que a flexibilidade do reforço é garantida pela disposição dos fios/fibras de costura que se estendem transversalmente pelo reforço para conferir a estabilidade do material na direção transversal. Assim, o reforço unidirecional ou multiaxial costurado da presente invenção, por exemplo, não precisa de cordões ou fios espessos bicomponente transversais para garantir a estabilidade transversal do produto, de modo que também o risco de criar flexões nos fios preliminares pelas fibras espessas, resultando em pontos fracos no produto final e, em condições de estresse, microfraturas do produto, é removido.

[0027] Entretanto, a prática tem mostrado que os reforços costurados atuais têm várias áreas de problema, como por exemplo: - o reforço unidirecional ou multiaxial costurado tem permeabilidade limitada à resina, pelo menos quando o produto é um objeto comprido, e- bolhas de gás ou regiões secas entre os filamentos de fios preliminares UD permanecem facilmente na pilha de reforço costurada e não podem ser removidas mesmo em infusão a vácuo, de modo que elas podem reduzir ainda mais consideravelmente a resistência do produto final.

DEFINIÇÕES

[0028] As seguintes explicações ilustrativas são fornecidas para facilitar o entendimento de certos termos usados frequentemente no relatório descritivo e nas reivindicações que discutem a presente invenção. As explicações são fornecidas como uma conveniência e não se destinam a limitar a invenção.

[0029] Peso por área - Peso (massa) por unidade de área de uma camada única de tecido de reforço seco.

[0030] Aglutinante - Um material polimérico sob várias formas como pó, filme ou líquido. Os aglutinantes podem ser produzidos a partir de um ou vários aglutinantes individuais tendo diferentes características em propriedades químicas ou físicas como rigidez, ponto de fusão, estrutura polimérica, Tg, etc. O aglutinante é usado para unir a estrutura de fibra para formar uma manta e finalmente o reforço. Os aglutinantes adequados são epóxis termoplásticos, co-poliésteres, poliésteres bisfenólicos insaturados, ou suas misturas, apenas para citar alguns exemplos.

[0031] Tecido - Um material tecido flexível que consiste em uma rede de fibras naturais ou artificiais frequentemente chamadas de cordão ou fio. Os tecidos são formados, por exemplo, por tecelagem, tricotagem, crochê, nós, agulhagem ou prensagem das fibras juntas (feltro).

[0032] Laminado - Um material que pode ser construído por impregnação de uma ou mais camadas de reforço usando resina adequada e mistura endurecedora e deixar endurecer por reação química ou resfriamento da temperatura. O laminado é uma estrutura de fibra reforçada produzida a partir de uma matriz reforçada por fibras finas de, por exemplo, vidro, carbono, aramida, etc. A matriz pode ser epóxi, um plástico termorrígido (mais frequentemente epóxi, poliéster ou éster vinílico) ou um termoplástico. Os usos finais comuns dos reforços de fibra de vidro incluem barcos, partes de automóveis, pás de turbinas eólicas, etc.

[0033] Matriz - O material liga os reforços juntos para formar um compósito. Os compósitos usam polímeros especialmente formulados, como epóxi termorrígido, éster vinílico ou resina de poliéster insaturada, e resinas de fenol formaldeído ou uma resina termoplástica (vide 'Polímero') apenas para mencionar alguns exemplos.

[0034] Monofilamento - Um fio composto por um único filamento contínuo tipicamente produzido a partir de material sintético, como poliamida (náilon), politereftalato de etileno, polipropileno, tereftalato de polibutileno, etc.

[0035] Multifilamento - Um fio ou cordão composto de uma variedade de filamentos contínuos tipicamente produzidos a partir de material sintético, como poliamida (náilon), politereftalato de etileno, polipropileno, tereftalato de polibutileno, etc. Especialmente, em conjunto com a presente invenção, "multifilamento" significa um feixe de filamentos que podem ou não ser torcidos e que não foram ligados uns aos outros, mas podem, a menos que excessivamente torcidos, se mover lateralmente quando submetidos à compressão.

[0036] Polímero - Geralmente inclui, por exemplo, homopolímeros, copolímeros, como, por exemplo,copolímerosde bloco, de enxerto, aleatórios e alternados, terpolímeros, etc., e misturas e modificações dos mesmos. Além disso, exceto onde especificamente limitado, o termo "polímero" inclui todas as configurações geométricas possíveis do material. Estas configurações incluem, por exemplo, simetrias isotáticas, sindiotáticas e aleatórias.

[0037] Reforço - Uma manta que compreende fibras de reforço, sendo que as fibras são ancoradas umas às outras por meios adequados. Frequentemente fabricadas como mantas contínuas. Há várias formas de fabricar o reforço emorientações unidirecionais ou multiaxiais ou aleatórias, por exemplo, através de técnicas de processamento têxtil detecelagem, tricô, trançamento e costura ou por colagem com um aglutinante adequado.

[0038] Fibras de reforço - Fibras usadas junto com uma matriz na fabricação de materiais compósitos. As fibras são geralmente fibras artificiais como vidro (inclusive todas as suas variantes), carbono (com todas as suas variantes) ou aramida, que podem ser usadas como filamentos contínuos e fibras não contínuas. Além disso, uma ampla gama de fibras naturais como sisal, linho, juta, cocos, kenaf, cânhamo ou basalto, apenas para citar alguns, têm sido usadas.

[0039] Modelagem por transferência de resina (RTM) - Um processo que tem duas superfícies de molde pelas quais uma resina é bombeada tipicamente em baixas viscosidades e pressões baixas ou altas em um conjunto de matriz de molde fechado contendo frequentemente uma pré- forma de reforço seco, ou seja, infundir resina na pré- forma e fazer uma parte de compósito reforçado por fibra.

[0040] Fio preliminar - Um feixe longo e estreito não torcido de fibras ou filamentos contínuos, particularmente fibras de vidro. Neste pedido é sinônimo de cabo, de modo que a seleção de fibras não contém apenas fibras de vidro, mas também fibras de carbono, basalto e aramida, de modo mais genérico, fibras contínuas artificiais.

[0041] Grupo de fios preliminares ou grupo de cabos - Um ou mais cabos ou fios preliminares que são estreitamente espaçados.

[0042] Fio de costura - Um fio formado por 24 ou 48 filamentos individuais produzidos a partir de poliéster texturizado. O fio de costura usado normalmente na fabricação de reforços unidirecionais tem tipicamente uma densidade em massa linear de 76 ou 110 dtex. O diâmetro de um filamento individual é, tipicamente, 5 a 10 μm.

[0043] Número de Tex - Uma unidade de medida doSI para a densidade de massa linear de fios e é definidacomo a massa em gramas por 1.000 metros. Tex é mais provavelmente usado no Canadá e na Europa Continental, enquanto denier permanece mais comum nos Estados Unidos e no Reino Unido. O código da unidade é "tex". A unidade mais comumente usada com relação a fibras sintéticas artificiais é realmente o decitex, abreviado dtex, que é a massa em gramas por 10.000 metros.

[0044] Produto têxtil - Definição geral para diversos tipos de artigos inclusive folhas, mantas, tecidos e esteiras tendo uma ou mais camadas, as camadas sendo formadas de cordões uni ou multidirecionais

[0045] Termoplástico - Um polímero fusível, que é amaciado quando exposto a aquecimento e retorna geralmente ao seu estado não amolecido quando resfriado até a temperatura ambiente. Os materiais termoplásticos incluem, por exemplo, cloretos de polivinila, alguns poliésteres, poliamidas, polifluorocarbonos, poliolefinas, alguns poliuretanos, poliestirenos, poli(álcool vinílico), caprolactamas, copolímeros de etileno e pelo menos um monômero de vinila (por exemplo, poli(acetato de etileno)), ésteres de celulose e resinas acrílicas.

[0046] Termorrígido - Um material polimérico que cura de forma irreversível. A cura pode ser feita através de calor (geralmente acima de 200 Celsius), através de uma reação química (epóxi em duas partes, por exemplo), ou irradiação, como processamento por feixe de elétrons.

[0047] Cordão - Feixe torcido de filamentos unitários, fio.

[0048] Cabo -Na indústria de compósitos, um cabo é um feixe não torcido de filamentos contínuos, e refere-se a fibras artificiais, particularmente, fibras de carbono (também chamadas de grafite). Os cabos são designados pelo número de fibras que contêm, por exemplo, um cabo de 12K contém cerca de 12.000 fibras. Aqui é sinônimo de fio preliminar.

[0049] Estabilidade de manuseio transversal - Uma força que impede que um reforço unidirecional seja deformado ou rasgado em pedaços. Necessário quando se posiciona um reforço em um molde sobre outro reforço e se move o reforço em uma direção transversal à sua direção longitudinal.

[0050] Reforço unidirecional (UD) - Reforço no qual todos os fios preliminares ou cabos estendem-se na mesma direção, neste caso específico, na direção longitudinal, mas um reforço UD pode, também, ser transversal, isto é, orientado numa direção a 90°. Esses fios preliminares são frequentemente na técnica anterior reforços UD ligados através de costura e que usam tipicamente alguma camada leve adicional de cordões cortados ou fios multifilamento contínuos para manter os fios preliminares juntos e evitar sua laceração na formação do feixe, ou por tecelagem onde o fio da trama confere estabilidade. O fio da trama pode, também, ser revestido e termofusível. Uma outra forma de ligar os fios preliminares ou cabos juntos é o uso de um aglutinante, por exemplo, um aglutinante termoplástico ou termorrígido. Também no caso mencionado acima podem ser usadas camadas estabilizantes adicionais.

[0051] Infusão a vácuo - Um processo que usa um molde de um lado que formata o produto final. No lado inferior está um molde rígido e no lado superior está uma membrana flexível ou bolsa de vácuo. Quando é aplicado vácuo/sucção à cavidade do molde, o ar escapa da cavidade, e depois disso deixa-se a resina ser infundida pela sucção (ou adicionalmente assistida por uma pequena sobrepressão no lado da alimentação - um elemento característico de RTM com luz) para impregnar completamente os reforços e eliminar todos os espaços vazios de ar na estrutura laminada.

[0052] Distância de impregnação - A posição da frente de fluxo ou de fato a distância medida a partir do local onde a resina entrou na pilha do reforço até a presente posição.

[0053] Fio -Um multifilamento longo e contínuo, frequentemente torcido, adequado para uso na produção de produtos têxteis, costura, crochê, tricô, tecelagem, costura, bordadura e fabricação de cordões. Os fios podem ser produzidos a partir de fibras naturais ou sintéticas contínuas ou descontínuas.

[0054] Direção Z - A direção perpendicular ao plano da camada ou da pilha de camadas, isto é, direção da espessura.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0055] Um objetivo da presente invenção é oferecer uma solução para ao menos um dentre dos problemas discutidos acima.

[0056] Um outro objetivo da presente invenção é desenvolver um reforço costurado unidirecional ou multiaxial inovador que tem permeabilidade excelente à resina em uma direção transversal à orientação do filamento de reforço.

[0057] Um objetivo adicional da presente invenção é desenvolver um reforço costurado unidirecional ou multiaxial inovador que tem excelentes capacidades para permitir que o ar escape de uma pilha dereforços durante a aplicação de vácuo/desgaseificação e subsequente impregnação da pilha com resina em uma direção transversal à orientação do filamento de reforço.

[0058] Ainda outro objetivo da presente invenção é acelerar a produção dos reforços unidirecionais ou multiaxiais.

[0059] A permeabilidade à resina necessária do reforço e a remoção necessária de gás do reforço da presente invenção são asseguradas de acordo com uma modalidade preferencial da presente invenção com o uso de meios distintos e delgados orientados transversalmente para formar passagens de fluxo em conjunto com fios preliminares de reforço unidirecionais ou multiaxiais costurados para dispor a área de fluxo livre em uma direção transversal à direção dos fios preliminares unidirecionais ou multiaxiais para o ar escapar do reforço e para a resina impregnar ou molhar o produto de forma eficaz.

[0060] Ao menos um dos problemas da técnica anterior é solucionado e pelo menos um dos objetivos é alcançado com o uso de um reforço unidirecional ou multiaxial costurado para a fabricação de compósitos reforçados de fibra por um dentre um processo de modelagem por transferência de resina e um processo de moldagem de infusão a vácuo, o reforço unidirecional ou multiaxial costurado compreendendo ao menos uma camada de fios preliminares unidirecionais contínuos dispostos no reforço, ligados um ao outro através de costura e sendo dotado de meios para facilitar, quando se umedece uma pilha de reforços com resina, o fluxo de resina em uma direção transversal à direção dos fios preliminares unidirecionais, sendo que os meios de facilitação de impregnação são meios distintos e delgados para formar passagens de fluxo para resina dispostos em posição transversal aos fios preliminares unidirecionais ou multiaxiais, e os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos formando em seus lados passagens de fluxo estendendo-se de uma borda do reforço unidirecional ou multiaxial costurado até sua borda oposta.

[0061] De forma similar, ao menos um dos problemas da técnica anterior é solucionado e pelo menos um dos objetivos é alcançado com o uso de um método para produzir um reforço unidirecional ou multiaxial costurado para compósitos reforçados por fibra compreendendo as etapas de:a) dispor fios preliminares contínuos unidireccionalmente lado a lado para formar ao menos uma camada,b) dispor o meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto em uma direção transversal à direção dos fios preliminares unidirecionais pelo menos sobre os fios preliminares contínuos da dita camada,c) costurar o meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto e os fios preliminares contínuos uns aos outros para formar um reforço.

[0062] Outros elementos característicos do reforço unidirecional ou multiaxial costurado da presente invenção e método de sua fabricação são revelados nas reivindicações da patente em anexo.

[0063] Com a presente invenção, pelo menos algumas das seguintes vantagens podem ser alcançadas:- a permeabilidade dos reforços unidirecionais ou multiaxiais costurados é aprimorada até um nível tal que facilita um bom fluxo de resina,- simultaneamente ao umedecimento do produto, o ar remanescente escapa do produto para que, na prática, nenhuma bolha de gás ou regiões secas entre os filamentos UD permaneçam no produto após a impregnação,- a distância avançada pela resina na direção transversal é aumentada consideravelmente, nos experimentos conduzidos para ao menos 2,5 vezes,- o tempo necessário para a impregnação é reduzido consideravelmente, nos experimentos conduzidos para ao menos um sexto do tempo necessário com os reforços da técnica anterior,- as desvantagens das estruturas de geração de fluxo espesso da técnica anterior para uma estrutura costurada são reduzidas,- as desvantagens relacionadas às perturbações químicas são minimizadas, e- o produto final tem excelentes propriedades de resistência e fadiga.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0064] A seguir, o reforço unidirecional ou multiaxial costurado da presente invenção e o método para sua produção são discutidos em mais detalhes com referência às figuras em anexo, nas quais

[0065] As figuras 1a e 1b ilustram esquematicamente uma comparação entre os comportamentos de um meio de formação de passagem de fluxo distinto e delgado, neste caso monofilamentos, e um fio multifilamento sob compressão entre dois reforços ou camadas de fios preliminares,

[0066] A figura 2 ilustra esquematicamente o processo de produção do reforço unidirecional ou multiaxial costurado de acordo com uma modalidade preferencial da presente invenção,

[0067] As figuras 3a a 3d ilustram várias opções para substituir um monofilamento distinto por um feixe de monofilamentos ligados juntos, e

[0068] A figura 4 compara um reforço costurado da técnica anterior com dois reforços costurados da presente invenção em termos da distância do fluxo de resina na direção transversal.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[0069] No exposto acima, quatro fatos diferentes relacionados ao arranjo de passagens de fluxo transversais para resina com relação aos reforços foram discutidos. Primeiramente, que o uso de fios termoplásticos revestidos não é desejável devido à incompatibilidade do material termoplástico com o material da matriz. Em segundo lugar, que se um cordão, após ter sido submetido à compressão devido ao vácuo no molde, tiver uma espessura na direção Z de 0,35 a 0,4 mm, o cordão será muito espesso, resultando em um alto risco de serem criadas microfraturas na carga dinâmica do produto final. Em terceiro lugar, que um cordão multifilamento sem revestimento torna-se achatado ou ovalado sob compressão, destruindo assim as propriedades de fluxo da resina. Em quarto lugar, a fabricação de objetos reforçados compridos como, por exemplo, "spar caps" para pás de turbinas eólicas é, na prática, impossível sem uma forma eficaz de dispor o fluxo de resina e impregnação da pilha de reforços, isto é, a chamada pré-forma, em uma direção em ângulos retos, isto é, transversal à direção dos fios preliminares de reforço unidirecional. Devido aos fatos acima, o uso de meios distintos delgados e transversais para formar passagens de fluxo para resina de diâmetro muito menor foram testados e os laminados finais foram comparados com os laminados da técnica anterior formados com o uso de multifilamentos transversais cuja função principal era conferir ao reforço estabilidade transversal. Deve-se compreender aqui que as frases "meios distintos delgados para formar passagens de fluxo" ou "meio de formação de passagem de fluxo distinto e delgado" incluem, mas não se limitam a, monofilamentos, conforme discutido em mais detalhes nas figuras 3a a 3d. Também poderia ser considerado que os multifilamentos criam passagens de fluxo para a resina entre as camadas de reforço costuradas. Após muitos testes, incluindo a comparação da distância de impregnação e testes de fadiga, constatou-se que uma faixa ótima para o diâmetro dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos dispostos transversalmente situa-se entre 100 e 200 μm, de preferência, entre 130 e 170 μm. Entretanto, em casos com reforços leves podem ser usados diâmetros um pouco menores, isto é, até 70 μm e, de forma similar, com reforços especialmente pesados, podem ser usados diâmetros de até 300 μm. Quanto à discussão acima relacionada ao diâmetro assim como às várias discussões relacionadas ao diâmetro apresentadas posteriormente neste relatório descritivo, deve-se compreender que, no caso em que o monofilamento ou meio de formação de passagem de fluxo delgado é um pouco compressível, o diâmetro deve ser considerado como significando a dimensão na direção Z do monofilamento ou meio de formação de passagem de fluxo delgado. Os testes mostraram que a resina fluiu muito rapidamente para as cavidades e forçou todo o ar residual para fora de onde ele estava aprisionado durante o estágio de aplicação de vácuo e antes do início da infusão. Quando a distância de impregnação da pilha de camadas de reforço com meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos tendo uma espessura na direção Z de 170 μm foi comparada com a do laminado da técnica anterior sem passagens de fluxo transversais, observou-se que a distância de impregnação da pilha da invenção foi de pelo menos 6 vezes. Além disso, quando o laminado assim formado foi deixado endurecer, suas propriedades de fadiga foram testadas e comparadas com as do laminado da técnica anterior sem passagens de fluxo transversais, e observou-se que as propriedades de fadiga do laminado da invenção foram, na prática, iguais às do laminado da técnica anterior. Em alguns laminados, foram observadas propriedades ainda melhores que as do laminado da técnica anterior. A única razão para propriedades de fadiga possivelmente aprimoradas é a melhor remoção de ar da pilha de reforços, isto é, a chamada pré-forma, no estágio de infusão a vácuo. Dessa forma, a distância de impregnação foi aumentada em pelo menos 6 vezes sem a necessidade de sacrificar as propriedades de resistência do laminado.

[0070] O próximo experimento foi testar se cordões, isto é, multifilamentos, poderiam ser usados para criar as passagens de fluxo. Uma vez que os experimentos anteriores ensinaram que a disposição de um meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto, isto é, um monofilamento, tendo uma espessura na direção Z ou diâmetro de 170 μm não reduziu as propriedades de fadiga do laminado final, o experimento teve por objetivo descobrir que tipo de fio multifilamento é necessário para garantir que sua dimensão na direção Z sob compressão seja aproximadamente igual a dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos nos experimentos anteriores. Em outras palavras, entre as camadas de reforço foram colocados esses multifilamentos, os quais não afastaram muito os fios preliminares quando compactados, não mais que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos dos experimentos anteriores. Dessa forma, fica evidente que as propriedades de resistência e fadiga do laminado não seriam diminuídas pela espessura do cordão.

[0071] Constatou-se imediatamente que a distância de impregnação da pilha de reforços, isto é, a chamada pré- forma, foi substancialmente mantida no nível baixo do laminado da técnica anterior, isto é, um laminado compreendendo uma pilha de reforço sem cordões ou fios transversais, exceto os pontos de costura.

[0072] As figuras 1a e 1b ilustram esquematicamente a comparação da seção transversal entre os comportamentos de um meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto da presente invenção, neste caso um monofilamento, e um fio multifilamento sob compressão do processo de infusão a vácuo entre dois reforços ou camadas de fios preliminares. A figura 1a ilustra uma seção transversal de dois reforços sobrepostos 2 e 4 produzidos a partir de feixes de fios preliminares, cada um costurado através de costura transversal (não visível), unidos como uma camada que tem um monofilamento 6 entre os mesmos disposta em ângulos retos em relação aos fios preliminares UD. A figura 1b mostra os mesmos reforços 2 e 4 produzidos a partir de feixes de fios preliminares costurados através de costura transversal, unidos como uma camada que tem um fio multifilamento 8 entre os mesmos disposta em ângulos retos em relação aos fios preliminares. A figura 1a mostra que o monofilamento adicionalmente empurra ou mantém os fios preliminares dos reforços 2 e 4 afastados um do outro para que sejam formadas passagens de fluxo abertas 10 entre os reforços 2 e 4 nos lados do monofilamento 6. A figura 1b mostra os fios preliminares dos reforços 2 e 4 afastados de maneira igual à da figura 1a, isto é, a espessura dos dois reforços com o monofilamento ou multifilamento transversal é a mesma. Entretanto, pode-se ver que o fio multifilamento 8 necessário para empurrar ou manter os fios preliminares espaçados tem tamanho e área em seção transversal totalmente diferentes. Ele tornou-se ovalado ou achatado sob compressão, de modo que, na prática, não há passagens de fluxo reais 12 nos lados do fio multifilamento 8.

[0073] A razão é que os fios multifilamento são produzidos a partir de dezenas ou centenas de filamentos individuais, cada filamento tendo um diâmetro de 5 a 10 μm. Quando o fio multifilamento é submetido à pressão de compactação, isto é, no estágio de infusão a vácuo no molde, os filamentos dos fios multifilamento são forçados a se mover lateralmente para que a dimensão da direção Z do fio multifilamento seja uma fração do diâmetro aparente original do multifilamento, mesmo que o mesmo esteja torcido. A torção é tipicamente muito baixa, da ordem de 20 a 40 voltas por metro, uma vez que é importante que a resina seja capaz de penetrar também entre os filamentos de fio torcido para evitar pontos secos. De acordo com os testes realizados, constatou-se que um multifilamento, isto é, um fio de poliéster que tem uma espessura de 130 μm sob compressão a uma pressão de 0,5 bar (pequena em comparação com uma compressão de infusão de 0,95 bar), tem um número dtex de 1120 dtex enquanto que um monofilamento com um diâmetro similar de 130 μm com e sem compressão tem um número dtex muito menor de 167. Um fio de fibra de vidro pode ter, sob as mesmas condições, um número dtex cerca de 18 vezes maior em comparação com o de um monofilamento. Isto significa, em termos de fluxo de resina, que cada filamento que se move lateralmente reduz a seção transversal da cavidade do lado do multifilamento, de modo que a seção transversal do canal seja finalmente, na prática, desprezível. Isto impede que a resina flua através desses espaços vazios ou canais.

[0074] Fios com alta torção, da ordem de 150 TPM (TPM = voltas por metro) ou mais, poderiam ser eficazes em resistir ao efeito compressivo do vácuo. Todavia, eles não são preferidos para o uso final do compósito devido às suas propriedades de penetração de resina lentas e incompletas e também devido às suas fibras serem formadas em espiral com resposta elástica desfavorável sob carga de tração em comparação com seus fios de fio preliminar não torcidos adjacentes. Além disso, fios torcidos têm caráter rígido, levando a dobras nos fios preliminares UD de reforço. Quando são usados fios torcidos, sua torção é tipicamente relativamente baixa, isto é, da ordem de 20 a 40 TPM, uma vez que é importante que a resina seja capaz de penetrar entre os filamentos de fio torcido.

[0075] O mesmo fenômeno se aplica a pontos de costura apertados em torno de feixes de fios preliminares, de modo que o formato em seção transversal originalmente redondo do fio seja transformado em "formato de fita" oval ou mesmo plano de modo que a espessura da fita seja da ordem de 5 a 40 μm.

[0076] A figura 2 ilustra esquematicamente o processo de produção do reforço unidirecional ou multiaxial costurado de acordo com uma modalidade preferencial da presente invenção. A fabricação de um reforço unidirecional ou multiaxial costurado ocorre da seguinte forma: Primeiro, uma camada uniforme 20 de fios preliminares unidirecionais (preferencialmente, mas não necessariamente de cabos de fibra de vidro ou fibra de carbono ou também fibras de aramida linho, cânhamo, juta, sisal, cocos, kenaf, basalto ou outras fibras naturais) é formada puxando-se os fios das embalagens 22 e dispondo-os lado a lado ou em uma distância controlada uns dos outros, dependendo do peso por área pretendido. Deste ponto em diante, a expressão "fios preliminares"será usada para se referir a todos dentre cabos, fios preliminares, fibras, etc., que são usados na fabricação de reforços unidirecionais. Dessa forma, os fios preliminares são dispostos lado a lado em uma ou mais camadas de fios preliminares.

[0077] A camada 20 é então encaminhada para um dispositivo 24 que introduz ou coloca os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos sobre a camada transversalmente à direção de passagem da camada. O meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto da presente invenção tem um diâmetro de 70 a 300 μm, de preferência, de 100 a 200 μm, e com mais preferência, entre 130 a 170 μm. Nesse estágio, deve-se compreender que o meio de formação de passagem de fluxo tem de ser escolhido para que, mesmo que o meio de formação de passagem de fluxo seja um pouco compressível, a dimensão na direção Z do meio de formação de passagem de fluxo, quando compactado no estágio de infusão, seja da ordem de 70 a 300 μm, de preferência, de 100 a 200 μm, com mais preferência, entre 130 a 170 μm. O diâmetro, ou espessura na direção Z, é ideal no caso de a viscosidade da mistura agente de cura da resina infundida situar-se no nível de 200 a 350 mPas à temperatura ambiente. Se a viscosidade diferir claramente dessa faixa, pode ser necessário ajustar a distância entre os meios de formação de passagem de fluxo ou o diâmetro/espessura na direção Z dos mesmos. Aqui a palavra 'transversal' deve ser entendida de forma ampla, uma vez que a direção do meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto pode ficar entre ±45 graus, isto é, de -45 graus a +45 graus, da direção em ângulos retos aos fios preliminares da manta unidirecional, isto é, a direção do meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto desvia pelo menos ±45 da direção dos fios preliminares unidirecionais da camada. O meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto pode ser disposto sobre a camada 20 em '24' com o uso de um sistema bem conhecido de transporte de fio de máquinas de produção multiaxiais, isto é, por meio de uma ferramenta que passa transversalmente para trás e para frente acima da camada, depositando um determinado número de meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos sobre a camada de cada vez. A deposição pode, por exemplo, ser facilitada com um manipulador de movimento servolinear com arranjo de alimentação do meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto.

[0078] Uma outra forma possível de depositar o meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto é dispor uma roda giratória em '24' em um plano em ângulos substancialmente retos em relação à camada em torno da camada, de modo que a roda enrole o meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto em torno da camada. Usando a roda giratória, os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos são dispostos simultaneamente sobre as superfícies de topo e de fundo da camada. Quando se usa este tipo de aplicação para enrolar os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos em torno da camada, deve-se garantir que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos não sejam capazes de fletir os fios preliminares nos lados da camada e, dessa forma, estreitando-os. Dessa forma, a firmeza dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos deve ser ajustada adequadamente e, de preferência, meios para impedir a flexão têm de ser dispostos entre a aplicação do meio de formação de passagem de fluxo delgado e a costura. Os meios podem ser, por exemplo, trilhos de guia que se estendem ao longo das bordas da camada 20 a partir do aparelho que enrola o meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto em torno da camada e fora dos trilhos de guia até a próxima etapa de processo, isto é, a costura 26.

[0079] Uma característica vantajosa da presente invenção é que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos são dispostos sobre a camada em uma formação reta e paralela, isto é, os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos estendem-se linear e uniformemente de uma borda da camada até sua borda oposta, ou, em outras palavras, o meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto, por exemplo, não forma os laços encontrados tipicamente nos padrões de costura. A formação essencialmente reta, isto é, linear e horizontal dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos através dos fios preliminares de reforço unidirecionais assegura um tempo de fluxo de resina mais curto entre as bordas de reforço, uma vez que a linha reta é o caminho mais curto entre dois pontos. Independentemente de sua localização real, os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos são dispostos em intervalos regulares, isto é, de cerca de 2 a 50 mm, de preferência, de 5 a 25 mm, com mais preferência, de cerca de 10 a 20 mm da distância lateral ou espaçamento um do outro em ambos os lados do reforço. A distância exata precisa ser otimizada de acordo com a viscosidade da resina e com o peso em gramas da camada. Devido à operação posterior de costura, os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos podem se deslocar localmente para os lados, criando áreas locais onde dois meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos possam ficar lado a lado.

[0080] Entretanto, deve-se compreender que a discussão acima se refere ao método de fabricação mais simples do reforço. Basicamente, o mesmo método pode ser aplicado na fabricação de reforços com várias camadas unidirecionais. Se um reforço multiaxial tendo várias camadas precisar ser fabricado como muitos meios adicionais para formar novas camadas, pelo menos um tendo uma nova orientação para fios preliminares e meios para dispor os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos sobre as novas camadas serão dispostos um após o outro, conforme o número de camadas adicionais.

[0081] Nesse caso, os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos podem ser colocados sobre as superfícies de topo e/ou de fundo do reforço ou entre as suas camadas. Também é possível fabricar reforços multiaxiais que incluem reforços unidirecionais, biaxiais, triaxiais, e quadraxiais com meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos estendendo-se transversalmente às fibras de reforço reais. Depois de formado o número desejado de camadas, o conjunto de camadas é levado para o próximo estágio do processo, isto é, união por costura.

[0082] Na etapa de união 26 o conjunto de camadas, isto é, uma manta multiaxial e os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos são costurados um ao outro para formar um reforço unitário 28 tendo fios preliminares unidirecionais ou multiaxiais e meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos transversais ligados um ao outro. Posteriormente, o reforço 28 é enrolado em 30 para entrega a um consumidor. De acordo com uma outra modalidade preferencial da presente invenção, os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos são dispostos entre quaisquer duas camadas de fios preliminares em um reforço unidirecional ou multiaxial costurado, isto é, não apenas sobre pelo menos as superfícies de topo e/ou de fundo do reforço, mas também entre as camadas de fios preliminares. Em outras palavras, se o reforço compreender quatro camadas de fios preliminares, os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos poderão ser posicionados entre cada camada de fios preliminares ou entre a segunda e terceira camadas, isto é, na direção do centro do reforço. Na prática, isto significa que a colocação de fios preliminares unidirecionais durante a formação da manta e a colocação dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos têm de ser feita em uma sequência tal que, primeiro, uma camada, ou camadas, de fios preliminares unidirecionais são dispostas, depois disso um conjunto de meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos, e posteriormente a(s) próxima(s) camada(s) de fios preliminares unidirecionais, etc. Apenas após a formação de camadas desejada dos reforços e dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos, as camadas e meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos são unidos uns aos outros através de costura.

[0083] De acordo com uma modalidade adicional preferida da presente invenção que pode ser aplicada a ambas as modalidades discutidas acima, a costura e o posicionamento dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos, mais especificamente, o comprimento dos pontos de costura e a distância ou espaçamento entremeios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos adjacentes ou vizinhos devem ser dispostos de modo que no máximo um meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto seja deixado dentro do ponto. Na teoria, isto significa que o comprimento de um ponto é menor que o vão entre meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos vizinhos. Entretanto, como a colocação do meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto não necessariamente resulta em meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos que se estendem de maneira exatamente linear, o comprimento do ponto deve ser claramente menor que o vão entre meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos vizinhos. A razão para essa medida preventiva é que se dois ou mais meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos se situarem dentro de um ponto, o fio de costura aproximará os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos, isto é, dispondo-os lado a lado, de modo que um vão real até o próximo meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto adjacente seja muito longo para infusão adequada de resina.

[0084] Conforme mostrado esquematicamente na figura 1a, os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos 6 usados entre as camadas de reforço 2 e 4 para melhorar a permeabilidade da pilha de reforços à resina na direção transversal e a remoção de ar do espaço entre a pilha de camadas de reforço cria pequenas passagens de fluxo 10 em ambos os lados e entre os fios preliminares unidirecionais de reforço.

[0085] A pilha de reforços da presente invenção funciona no estágio de infusão de modo que a resina em infusão irá fluir através das passagens de fluxo 10 transversalmente aos fios preliminares de reforço e, então, penetrar entre os fios preliminares ou filamentos de reforço individuais e manter o rápido fluxo de resina e boa impregnação. Durante a infusão, a resina que avança empurra as bolhas de ar remanescentes ao longo das câmaras ou cavidades dentro da estrutura de reforço até as passagens de fluxo e finalmente para fora do produto. Tanto o avanço da resina como a remoção do ar podem ser ainda facilitados mediante a pressurização da alimentação da resina no caso de moldes superiores rígidos estarem em uso como em RTM ou RTM com luz (embora raramente usado) nas primeiras extremidades das passagens de fluxo e/ou mediante a aplicação de vácuo nas extremidades opostas das passagens de fluxo.

[0086] Os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos 6 usados entre as camadas de reforço 2 e 4 para melhorar a permeabilidade da pilha de reforços à resina na direção transversal e a remoção de ar do espaço entre a pilha de camadas de reforço criam pequenas passagens de fluxo 10 em ambos os lados e entre os fios preliminares unidirecionais de reforço, conforme mostrado esquematicamente na figura 1a. Os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos são formados, de preferência, de monofilamentos de poliamida (PA), copoliamida ou copoliéster (co-PET) que podem ter, por exemplo, uma seção transversal redonda, quadrada ou oval ou uma seção transversal em X ou oca. Os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos podem, também, ser bicomponente ou multicomponente. Em outras palavras, como os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos são fabricados a partir de um material polimérico adequado, por exemplo, por extrusão, a seção transversal dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos pode ser, na prática, escolhida livremente para otimizar as propriedades de fluxo da resina. Em vista da presente invenção, é vantajoso usar uma seção transversal dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos que crie uma seção transversal geométrica máxima ou aumente a distância entre os fios preliminares de reforço em duas camadas sobrepostas com um dado volume, enquanto mantém a quantidade de material sem função de reforço (o polímero monofilamento) no mínimo.

[0087] O meio para criar passagens de fluxo para a resina é, normalmente, um único filamento tendo um diâmetro ou espessura na direção Z da ordem de 70 a 300 μm, de preferência, de 100 a 200 μm, com mais preferência, entre 130 e 170 μm. Entretanto, os meios de criação de passagem de fluxo da presente invenção têm várias outras opções. Os meios de criação de passagem de fluxo podem ser formados de um feixe de monofilamentos, isto é, por exemplo, filamentos, possivelmente 5 ou mais filamentos (vide figuras 3a a 3d) dispostos em comunicação uns com os outros de modo a criar um vão desejado com uma dimensão na direção Z entre os reforços quando colocados uns sobre os outros.

[0088] Uma opção é usar um feixe de alguns monofilamentos que podem ser torcidos de maneira frouxa juntos de modo que o feixe se achate sob compressão. Nesse caso, a espessura na direção Z do feixe final após a compressão corresponde ao diâmetro de cada monofilamento, de modo que o diâmetro de cada monofilamento é, de preferência, da ordem de 70 a 300 μm, de preferência, de 100 a 200 μm, com mais preferência, entre 130 e 170 μm.

[0089] Uma outra opção é dispor inúmeros monofilamentos em comunicação uns com os outros de modo quea seção transversal do feixe permaneça substancialmente a mesma sob compressão. Na prática, isto significa que os monofilamentos têm de ser, de acordo com uma modalidade preferencial adicional da presente invenção, presos uns aos outros, conforme ilustrado nas figuras 3a a 3d, de modo que sejam formados meios de criação de passagem de fluxo maiscompactos e a razão de aspecto (razão largura/altura) do feixe de monofilamentos fique facilmente abaixo de 2,0. Osmonofilamentos do feixe podem ser, durante sua fase de aplicação, termo-tratados ou pulverizados com umaglutinante líquido de modo que os monofilamentos se fixem uns aos outros, conforme mostrado na figura 3a, e, assim, não sejam capazes de se mover sob compressão. O feixe de monofilamentos pode, também, ser embebido em um material de revestimento adequado, conforme mostrado na figura 3b, ou os monofilamentos de um feixe podem ser monofilamentos bicomponente revestidos com um aglutinante específico, conforme mostrado na figura 3c. Em todos os casos acima, será vantajoso se o aglutinante usado na união dos monofilamentos for compatível com a matriz de resina do futuro laminado. Um outro pré-requisito para o material aglutinante é que o meio de formação de passagem de fluxo unido resultante seja tão flexível quanto possível para evitar a formação de dobras no laminado. Além disso, os monofilamentos podem ser fundidos uns aos outros, conforme mostrado na figura 3d. Quando se usa tais meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos unidos, o diâmetro, ou de fato a dimensão na direção Z, dos meios de formação é da ordem de 70 a 300 μm, de preferência, de 100 a 200 μm, com mais preferência, entre 130 e 170 μm. A dimensão na direção Z real dos meios de formação depende da permeabilidade das fibras de reforço reais e do diâmetro das fibras.

[0090] Dessa forma, para assegurar que as passagens de fluxo formadas pelos vários meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos sejam tão eficientes quanto possível em relação à quantidade de matéria estranha trazida sobre o reforço pelos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos, o feixe de monofilamentos deve ser o mais compacto possível, o que significa que sua razão de aspecto (razão largura/altura) deve ser igual ou menor que 2,0, de preferência, menor que 1,5, com a máxima preferência o mais próximo possível de 1,0 quando o meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto é submetido a vácuo, isto é, compressão no estágio de umedecimento ou impregnação. Razão de aspecto 2 significa, por exemplo, dois monofilamentos dispostos lado a lado.

[0091] Independentemente do diâmetro ou seção transversal detalhada ou outra estrutura dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos transversais, é evidente que o meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto, de acordo com a presente invenção, não confere nenhuma estabilidade transversal específica ao reforço, mas a estabilidade só é garantida pelo uso de pontos de tecnologia de costura de urdidura ou fios multifilamento convencionais ou fios orientados aleatórios sob a forma de manta.

[0092] Quanto ao formato e tamanho dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos, assim como seu posicionamento nas camadas de reforço, isto é, a distância lateral uns dos outros, todas estas características (dentre outras) têm de ser consideradas cuidadosamente quanto ao umedecimento e impregnação adequados da pilha de reforço com resina. As passagens de fluxo de resina formadas nos lados dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos não devem ser excessivamente abertas para que a resina tenha tempo para se impregnar nos fios preliminares e não fluir diretamente de um lado da pilha de reforço onde a resina é introduzida até o lado oposto da pilha de reforço. Naturalmente, quanto mais curta for a distância entre os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos adjacentes, mais abertas, isto é, de maior seção transversal, podem ser as passagens de fluxo transversais nos lados dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos, e vice- versa. Outro aspecto que precisa se levado em conta é a espessura ou peso em gramas da camada de reforço. Quanto mais espessa for a camada de reforço, mais tempo será necessário para impregnar adequadamente uma camada com resina. Com a presente invenção é possível ajustar a permeabilidade do reforço para assegurar que as fibras de reforço individuais serão bem impregnadas e nenhuma área seca ou espaços vazios serão deixados entre as fibras. Entretanto, independentemente do diâmetro ou seção transversal detalhada ou outra estrutura dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos transversais, o meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto não confere nenhuma estabilidade transversal substancial ao reforço, mas, no caso de um reforço unidirecional ou multiaxial, a estabilidade só e garantida pelo uso de pontos.

[0093] De acordo com uma modalidade preferencial adicional da presente invenção, uma propriedade ideal para o material polimérico para os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos é que o material não retarde a cura ou tenha de outro modo um efeito negativo sobre as propriedades químicas, térmicas ou mecânicas da resina que forma a matriz. Nos experimentos conduzidos, foram usados meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos de poliamida (PA), copoliamida ou co-PET. Contudo, outros materiais que funcionam de maneira desejada podem, também, ser usados.

[0094] Uma outra propriedade opcional preferida para o material polimérico para os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos é que o material seja, ao menos parcialmente, solúvel na resina. Todavia, a solubilidade deve ser tão fraca ou lenta para que o reforço tenha tempo de ser impregnado pela resina antes de os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos "desaparecerem" ou "achatarem". Entretanto, a vantagem dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos ao menos parcialmente solúveis é que os canais formados pelos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos desaparecem, e o produto fica ainda mais homogêneo do que quando são usados meios de formação de passagem de fluxo muito delgados e distintos não solúveis. Como um exemplo das variantes discutidas acima, pode-se mencionar uma estrutura de meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto bicomponente compreendendo um monofilamento, ou um feixe de monofilamentos, dotado de uma camada externa de material polimérico com diferentes propriedades, a camada externa sendo solúvel no material da matriz. A solubilidade da camada externa é, de preferência, escolhida de modo que a camada se dissolva na resina após a resina ter impregnado a pilha de reforços. A vantagem dessa estrutura de meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto é que a parte do núcleo do meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto em si pode ter um diâmetro de 7 0 μm, e a espessura da camada externa de 50 μm. Assim, o diâmetro do meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto bicomponente é, durante a impregnação, de 170 μm, e após a dissolução da camada externa de 70 μm, de modo que os fios preliminares no produto final se aproximam uns dos outros. Isto reduz ainda mais o risco de falha prematura do laminado para virtualmente zero nas junções entre os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos e os fios preliminares.

[0095] A técnica anterior já ensinou, por exemplo, que, quando se usa fios de fibra de vidro revestidos termofusíveis transversais para unir fios preliminares de reforço unidirecionais uns aos outros, os filamentos transversais do fio de fibra de vidro podem se romper sob carga transversal do laminado e, como resultado, criar pequenas microfraturas. As microfraturas podem ter eventos adversos sobre as propriedades estáticas e dinâmicas do laminado, uma vez que podem servir como iniciadores para fraturas maiores, levando a danos visíveis na estrutura laminada e finalmente danificar completamente a peça. Naturalmente, o mesmo risco também se aplica aos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos.

[0096] Dessa forma, o alongamento no rompimento do meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto deve ser pelo menos igual ao da matriz. Por exemplo, o alongamento no rompimento de uma matriz de epóxi é de cerca de 6 %, de modo que o alongamento no rompimento do meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto deve ser maior que 6 %, de preferência, cerca de 10 %, com mais preferência, cerca de 20 %. O valor exato depende principalmente do tipo de resina usado. Uma outra forma de definir e comparar as propriedades do material da matriz e dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos é avaliar seus módulos de elasticidade. Em outras palavras, de modo a funcionar adequadamente e com segurança em todas as aplicações, o módulo de elasticidade do meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto deve ser menor, de preferência, claramente menor que o do material da matriz. Como o módulo da elasticidade do material de matriz como epóxi, poliéster ou éster vinílico é de cerca de 3 GPa, o módulo da elasticidade do meio de formação de passagem de fluxo delgado e distinto deve ser, de preferência, da ordem de 2 GPa, ou menos.

[0097] Outro aspecto que precisa ser compreendido é que o uso discutido anteriormente dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos transversais para criar de passagens de fluxo transversais uniformes para a resina usada para impregnar uma pilha de reforços em um molde pode não apenas ser aplicado em conjunto com os reforços unidirecionais ou multiaxiais costurados, mas também em conjunto com todos os tipos de reforços, incluindo, mas não se limitando a reforços multiaxiais ou tecidos, etc. Por exemplo, em reforços tecidos, os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos podem ser usados como fios de trama, de modo que os fios, quando passam entre as superfícies superior e inferior do reforço, agem não apenas como passagens de fluxo em uma direção transversal aos fios preliminares do reforço UD, mas também na direção Z. Nesse caso, os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos são de preferência, mas não necessariamente, dispostos como feixes de até cerca de 5 filamentos, uma vez que os fios de trama devem conferir ao reforço sua estabilidade de manuseio. Os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos podem, também, ser aplicados por carrinhos convencionais ou modificados usados em máquinas multiaxiais ou sistemas de inserção de trama em tecelagem.

[0098] A aplicação mencionada acima do reforço unidirecional ou multiaxial costurado na fabricação de laminados "spar cap" para pás de turbinas eólicas é apenas uma das inúmeras aplicações onde esses tipos de reforços são usados. O reforço da presente invenção encontra melhor uso quando existe uma necessidade por um reforço orientado uni-ou multidirecionalmente com altas propriedades mecânicas, especialmente fadiga, mas também propriedades estáticas. Entretanto, deve-se compreender que o reforço unidirecional ou multiaxial costurado da invenção pode ser usado em qualquer aplicação onde matrizes reforçadas com fibras são usadas.

[0099] A figura 4 é uma ilustração que compara aspropriedades de fluxo da resina de um reforço da técnicaanterior com aquelas do reforço unidirecional ou multiaxialda presente invenção tendo duas configurações diferentes demeios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos. No experimento conduzido, foram preparados três reforços diferentes. Na fabricação de todos os reforços, foram usados os mesmos fios preliminares unidirecionais, o mesmo fio de costura e o mesmo tipo de ponto. A única diferença estava nas fibras transversais que foram dispostas por carrinhos de fio de trama típicos para máquinas multiaxiais e, então, costuradas. Na fabricação de um reforço de referência da técnica anterior, um fio multifilamento (68 tex, 400 filamentos, cada um tendo um diâmetro de 16 μm) foi disposto em um espaçamento de 10 mm e em ângulos de + 45 e -45 graus em relação à direção dos fios preliminares unidirecionais. No primeiro reforço de acordo com a presente invenção, meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos sob a forma de monofilamentos (CoPET - copolímero de tereftalato de polietileno) tendo um diâmetro de 170 μm foram dispostos em ângulos retos aos fios preliminares unidirecionais, sendo os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos, isto é, os monofilamentos, dispostos em um espaçamento de 10 mm. No segundo reforço de acordo com a presente invenção os mesmos monofilamentos do primeiro reforço da invenção foram dispostos em ângulos retos aos fios preliminares unidirecionais, sendo os monofilamentos colocados com espaçamento de 3 mm.

[00100] Para o experimento, foram cortadas de cada reforço duas folhas igualmente dimensionadas. Em cada experimento, as duas folhas similares foram colocadas no molde de teste compreendendo uma folha de vidro na parte de baixo de modo que o filme plástico cobriu os reforços. A embalagem foi produzida para ser hermética ao ar com massa de vedação usual. Posteriormente, o molde foi submetido a vácuo de 0,95 bar para remoção de ar durante 10 minutos, e depois disso, uma resina epóxi tendo uma viscosidade de 300 mPas foi introduzida transversalmente nos fios preliminares de reforço para dentro do molde à temperatura ambiente de 23 °C. Um gráfico foi traçado com o registro da distância de impregnação deslocada pela resina em função do tempo.

[00101] A figura 4 ilustra a distância de impregnação pela qual a resina fluiu como uma função do tempo. A curva mais inferior do gráfico mostra a velocidade de fluxo de resina no reforço da técnica anterior. São necessários cerca de 25 minutos para a resina avançar 8 cm. A posição da frente de fluxo segue tipicamente a bem conhecida lei de Darcy, onde a posição é inversamente proporcional à raiz quadrada do tempo. Dessa forma, há um determinado valor máximo, que pode ser aproximado do infinito, mas nunca atingido. A diferença na permeabilidade determina a distância real da frente de fluxo, isto é, a distância de impregnação, se outros parâmetros como viscosidade e temperatura forem mantidos constantes. Como a curva mais inferior do gráfico (técnica anterior) é quase horizontal em 25 minutos, a expectativa era de que mesmo um aumento considerável no tempo de impregnação não aumentaria muito a distância de impregnação. A curva intermediária do gráfico mostra a velocidade do fluxo de resina em um reforço onde os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos transversais estavam afastados 10 mm um do outro. Para avançar 8 cm, a resina precisou de 4 minutos e 5 segundos. Em outras palavras, a velocidade do fluxo de resina foi cerca de 6 vezes maior em comparação ao reforço de referência, e uma distância de umedecimento/impregnação de 20 cm foi atingida em 25 minutos. Mediante o aumento do tempo de impregnação, a distância de impregnação ainda aumentaria em alguns centímetros. A curva mais superior do gráfico mostra a velocidade do fluxo de resina em um reforço onde os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos transversais estavam afastados 3 mm um do outro. Aqui, foi necessário um tempo de 1 minuto e 50 segundos para a resina fluir 8 cm, isto é, a velocidade do fluxo de resina foi 13,6 vezes maior em comparação com a do reforço de referência e uma distância de impregnação de cerca de 38 cm foi alcançada em 25 minutos. Mediante o aumento do tempo de impregnação, a distância poderia aumentar ainda em cerca de dez centímetros. Em outras palavras, os experimentos conduzidos sugerem que, se for necessária uma distância de impregnação curta, o uso dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos de acordo com a presente invenção reduz o tempo de impregnação para cerca de um décimo do tempo necessário para os reforços da técnica anterior, ou se for necessária uma distância de impregnação longa, o uso dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos de acordo com a presente invenção aumenta a distância em cerca de 6 vezes em comparação com os reforços da técnica anterior.

[00102] Os experimentos acima mostram claramente a grande vantagem do novo design de passagens de fluxo transversais formadas pelo uso dos meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos. E como já discutido acima, não é apenas uma questão de infusão em "velocidade alta" que aumenta significativamente a velocidade de produção, mas também uma questão de remoção muito eficiente do gás da pilha de reforços, garantindo um laminado isento de espaços vazios sem áreas secas ou semi-impregnadas e uma questão de um laminado que tem propriedades de resistência e fadiga melhores do que os laminados da técnica anterior usados para os mesmos propósitos.

[00103] O reforço da presente invenção pode ser usado com todos os tipos de métodos de infusão, incluindo, mas não se limitando a métodos de infusão a vácuo, RTM com luz ou RTM. Outros casos de laminação onde a impregnação da resina é de importância crítica ou retardada de outro modo por fibras dispostas firmemente ou outro material presente na estrutura laminada como materiais em sanduíche, materiais de retardamento de fogo, cargas, pigmentos etc., onde a viscosidade da resina pode ser extremamente alta, podem ser aprimorados através do reforço da presente invenção

[00104] Os reforços da presente invenção podem ser usados na fabricação de pré-formas ou produtos finais, isto é, laminados como, por exemplo, pás de turbinas eólicas. As pré-formas podem ser fabricadas a partir de pelo menos dois reforços, mediante a colocação dos reforços um sobre o outro, de modo que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos de um primeiro reforço fiquem voltados para o segundo reforço situado abaixo ou acima do primeiro reforço e usando um aglutinante adequado, se necessário (algumas vezes o mero aquecimento dos reforços e do aglutinante aplicado anteriormente para unir os fios preliminares é suficiente), para unir os reforços para formar a pré-forma. Os reforços unidirecionais podem ser posicionados uns sobre os outros de modo que os fios preliminares de todos os reforços sejam paralelos ou de modo que os fios preliminares de um primeiro reforço sejam dispostos em um ângulo em relação aos fios preliminares de um segundo reforço, de modo a formar uma pré-forma multiaxial.

[00105] De forma similar, um laminado pode ser fabricado a partir do reforço da invenção ou a partir da pré-forma discutida acima. No método de fabricação do laminado, pelo menos dois reforços, ou pré-formas, são dispostos um sobre o outro no molde de modo que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos de um primeiro reforço estão voltados para o segundo reforço situado acima do primeiro reforço, uma cobertura está posicionada sobre os reforços, o molde é fechado, e uma diferença de pressão é fornecida para evacuar ar do molde e para impregnar os reforços com resina.

[00106] Uma outra opção é usar apenas um reforço unidirecional no molde de modo que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos estejam voltados para o fundo e para a cobertura do molde.

[00107] É evidente que a invenção não se limita aos exemplos acima mencionados, mas pode ser implementada em muitas outras modalidades diferentes dentro do escopo da ideia da invenção. Também é evidente que os elementos em cada modalidade descrita acima podem ser usados com relação às outras modalidades sempre que possível.

Claims

1. Reforço unidirecional ou multiaxial costurado, para fabricação de compósitos reforçados com fibra por um dentre um processo de moldagem por transferência de resina e processo de moldagem por infusão a vácuo, o reforço unidirecional ou multiaxial costurado (28) compreendendo pelo menos uma camada de fios preliminares unidirecionais contínuos dispostos no reforço, e meios de facilitação, quando impregna uma pilha de reforços (28) com resina, de fluxo de resina em uma direção transversal à direção dos fios preliminares unidirecionais, sendo os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) sendo dispostos em posição transversal aos fios preliminares unidirecionais, e os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) formando em seus lados passagens de fluxo (10) que se estendem a partir de uma borda do reforço unidirecional ou multiaxial costurado (28) até a borda oposta do mesmo, a pelo menos uma camada e os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) sendo aderidos uns aos outros por meio de costura, caracterizado pelo fato de que os meios de facilitação de fluxo de resina são meios delgados e distintos (6) para a formação de passagens de fluxo para resina tendo um diâmetro de 70 - 300 μm, sendo as mechas unidirecionais dispostas lado a lado.

2. Reforço unidirecional ou multiaxial costurado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) são dispostos em ângulos retos em relação à direção dos fios preliminares unidirecionais ou sua direção desvia no máximo 45 graus dos mesmos.

3. Reforço unidirecional ou multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o reforço (2, 4, 28) é formado por duas ou mais camadas de fios preliminares e os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) são dispostos entre pelo menos duas camadas de fios preliminares ou apenas sobre as superfícies de topo e/ou de fundo do reforço unidirecional ou multiaxial (2, 4, 28).

4. Reforço unidirecional ou multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) são dispostos sobre pelo menos uma dentre a superfície de topo e a superfície de fundo do reforço unidirecional ou multiaxial (2, 4, 28).

5. Reforço unidirecional ou multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) são dispostos em um espaçamento de 2 a 50 mm no reforço unidirecional ou multiaxial (28).

6. Reforço unidirecional ou multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) são monofilamentos únicos (6) ou um feixe de monofilamentos aderidos uns aos outros.

7. Reforço unidirecional ou multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) têm um diâmetro de 100 a 200 μm.

8. Reforço unidirecional ou multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada ponto tem um comprimento e que a distância ou espaçamento entre meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) adjacentes ou vizinhos é maior do que o comprimento do ponto.

9. Reforço unidirecional ou multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) têm um alongamento na ruptura maior do que o da matriz circundante no produto final.

10. Reforço unidirecional ou multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os fios preliminares são fibras artificiais ou naturais, isto é, fibras tais como vidro, carbono, aramida, basalto, linho, cânhamo, juta, linho.

11. Reforço unidirecional ou multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) têm, sob compressão, uma razão de aspecto menor do que 2, de preferência, menor do que 1,5.

12. Reforço unidirecional ou multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) são feitos de poliamida (náilon), politereftalato de etileno, polipropileno, tereftalato de polibutileno, copoliamida ou copoliéster (co-PET).

13. Pré-forma, caracterizada por ser fabricada de pelo menos dois reforços costurados, conforme definido nas reivindicações 1 a 12.

14. Laminado, caracterizado por compreender um ou mais reforços costurados, conforme definido nas reivindicações 1 a 12.

15. Método para produzir um reforço unidirecional ou multiaxial costurado, para compósitos reforçados com fibra, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) dispor fios preliminares contínuos unidirecionalmente para formar pelo menos uma camada (20); b) dispor os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6), sob compressão, tendo um diâmetro de 70 - 300 μm em uma direção transversal à direção dos fios preliminares unidirecionais pelo menos sobre os fios preliminares contínuos da pelo menos uma camada; c) costurar os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) e os fios preliminares contínuos unidirecionais um ao outro para formar um reforço (28); as etapas (a) até (c) sendo executadas na mesma sequência uma após a outra.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pela sequência de etapas de: a) dispor uma ou mais camadas de fios preliminares unidirecionais; b) dispor os meios de formação de passagem de fluxo distintos em uma ou mais camadas; c) dispor uma ou mais camadas de fios preliminares unidirecionais nos meios de formação de passagem de fluxo distintos e, depois disso; d) costurar as camadas com os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) juntos para produzir um reforço unidirecional ou multiaxial costurado.

17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 ou 16, caracterizado por, na etapa (a), dispor diversas em suas próprias camadas unidirecionais das quais pelo menos uma tem uma nova orientação dos fios preliminares para formar um reforço multiaxial.

18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 ou 16, caracterizado por, na etapa (b), colocar os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) em um ângulo que desvia no máximo +/- 45 graus de uma direção em ângulos retos em relação à direção dos fios preliminares unidirecionais.

19. Método para fabricar uma pré-forma, caracterizado por compreender as etapas de: a) dispor os reforços um sobre o outro, de modo que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) de um primeiro reforço estejam voltados para um segundo reforço situado abaixo ou acima do primeiro reforço; b) aderir os reforços juntos para formar a pré- forma.

20. Método para fabricar uma pré-forma, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por usar adesivo apropriado na etapa (b).

21. Método para fabricar uma pré-forma, de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 ou 20, caracterizado por posicionar os reforços na pré-forma de modo que os fios preliminares do primeiro reforço sejam dispostos em um ângulo em relação aos fios preliminares do segundo reforço.

22. Método para fabricar um laminado, compreendendo as etapas de fabricação de um reforço unidirecional ou multiaxial costurado de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender as etapas de: a) dispor pelo menos dois reforços costurados um sobre o outro em um molde de modo que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) de um primeiro reforço estejam voltados para um segundo reforço situado abaixo ou acima do primeiro reforço, ou dispor um reforço costurado no molde; b) posicionar uma cobertura sobre o um ou mais reforços; c) fechar o molde, e prover uma diferença de pressão para evacuar ar do molde e para impregnar os reforços com resina.

23. Método para fabricar um laminado,compreendendo as etapas de fabricação de um reforço unidirecional ou multiaxial costurado, conforme definido na reivindicação 15, caracterizado por compreender as etapas de: d) dispor os reforços um sobre o outro tal que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) de um primeiro reforço estejam voltados para um segundo reforço situado abaixo ou acima do primeiro reforço; e) aderir os reforços juntos para formar a pré-forma; f) dispor pelo menos duas pré-formas uma sobre a outra em um molde de modo que os meios de formação de passagem de fluxo delgados e distintos (6) de uma primeira pré-forma estejam voltados para uma segunda pré-forma situada abaixo ou acima da primeira pré-forma; g) posicionar uma cobertura sobre as pré-formas; h) fechar o molde, e i) prover uma diferença de pressão para evacuar ar do molde e para impregnar as pré-formas com resina.