BR112015012130B1

BR112015012130B1 - Método para moldar uma pré-forma fibrosa

Info

Publication number: BR112015012130B1
Application number: BR112015012130-6A
Authority: BR
Inventors: Robert Blackburn; James EASTBURY; Samuel HILL
Original assignee: Cytec Industries Inc
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2021-07-13
Also published as: AU2013361406A1; MX361646B; MY182139A; ES2604906T3; JP6161175B2; CA2895813A1; EP2909014B1; RU2635623C2; US9259859B2; EP2909014A1; BR112015012130A2; CA2895813C; CN104812556B; JP2016503098A; MX2015007284A; TW201433433A; KR102085014B1; US20140175709A1; KR20150096484A; RU2015129498A

Abstract

métodos para moldar uma pré-forma fibrosa e para fabricar uma parte composta um método para modelar o material de pré-forma seca antes da infusão de resina é divulgado. a matéria-prima a ser modelada é uma pré-forma em branco (por exemplo, folha plana) de material seco e fibroso. o processo de modelagem é um processo que se baseia no controle da velocidade vácuo, pressão e deformação, para produzir uma pré-forma modelada com configuração tridimensional de vácuo. a finalidade do processo de modelagem aqui descrito é permitir um processo automatizado para substituir a mão convencional da operação bandeja.

Description

FUNDAMENTOS

[0001] Nos últimos anos, o uso de materiais compósitos de polímero reforçados com fibra tornou-se mais prevalente em indústrias como a aeroespacial e automotiva. Estes materiais compósitos apresentam alta resistência, bem como propriedades resistentes à corrosão em ambiente áspero. Além disso, sua propriedade de pouco peso é particularmente vantajosa em comparação com peças semelhantes, construídas a partir de metais.

[0002] Compósitos de polímero reforçado com fibra têm sido tradicionalmente feitos de pré-impregnados, que são formados de fibras impregnadas com uma resina matriz curável, tais como epóxi. O conteúdo de resina no pré-impregnada é relativamente alto, normalmente 20% - 50% em peso. Múltiplas camadas pré-impregnadas podem ser cortadas para postura, então posteriormente montadas e moldadas em uma ferramenta de moldagem. No caso onde a pré-impregnada não pode ser facilmente adaptada à forma do molde da ferramenta, aquecimento pode ser aplicado para as extremidades pré-impregnadas gradualmente deformar-se com a forma da superfície do molde.

[0003] Mais recentemente, compósitos de polímero reforçados com fibra são feitos utilizando processos de moldagem líquida que envolvem tecnologias de infusão de resina, que incluem a Moldagem de Transferência de Resina (RTM), Infusão de Resina Líquida (LRI), Moldagem da Transferência de Resina Assistida no Vácuo (VARTM), Infusão de Resina com Ferramental Flexível (RIFT), Infusão de Resina Assistida por Vácuo (VARI), Infusão de Película de Resina (RFI), Infusão de Resina de Pressão Atmosférica Controlada (CAPRI), VAP (Processo Assistido por Vácuo), Injeção de Linha Única (SLI) e Infusão de Pressão Constante (CPI) entre outros. Em um processo de infusão de resina, fibras ligantes secas são as primeiras dispostas em um molde como uma pré-forma e então injetadas ou infundidas diretamente in situ com resina matriz líquida. O termo "ligantes" como usado aqui significa que um ligante tem sido aplicado. A pré-forma normalmente consiste de uma ou mais camadas (ou seja, camadas) do material seco e fibroso que são montados em um arranjo de empilhamento onde normalmente um ligante de pó, véu ou película é utilizado para manter a geometria desejada antes da infusão de resina. Após a infusão de resina, a pré- forma infundido na resina é curada de acordo com um ciclo de polimerização para fornecer um artigo composto acabado. Infusão de resina é usado não somente para fabricar peças pequenas, em forma complexa, mas agora também é usado para fabricar peças grandes de aeronaves como a ala.

[0004] Na infusão de resina, fabricação da pré-forma para ser infundido com resina é um elemento crítico - a pré-forma é, em essência, a parte estrutural, aguardando a resina. A bandeja da mão normalmente tem sido usada no passado para criar pré-formas compostas com geometrias detalhadas. No entanto, esta é considerada uma operação demorada, com alto risco de variação de parte a parte. Assim, ainda existe uma necessidade de melhorias na fabricação das pré-formas fibrosas secas para a infusão de resina subsequentes.

SUMÀRIO

[0005] A divulgação presente está relacionada com a formação de material seco da pré-forma antes da infusão de resina. A matéria-prima a ser moldada é uma pré-forma em branco (por exemplo, folha plana) de material seco, ligante, e fibroso. O processo de modelagem é uma processo que se baseia no controle da velocidade vácuo, pressão e deformação, para produzir uma pré-forma moldada com configuração tridimensional de vácuo. A finalidade do processo de modelagem aqui descrito é permitir um processo altamente controlado para substituir a mão convencional da operação bandeja. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0006] As FIGS. 1A-1D ilustram um vácuo formando o processo para moldar uma pré-forma lisa de acordo com uma modalidade.

[0007] As FIGS. 2A-2C ilustram um método para fabricação de uma pré-forma moldada com uma etapa intermediária de usinagem.

[0008] A FIG. 3 mostra um alojamento da ferramenta que contém um molde para dar forma a uma pré-forma de acordo com um exemplo.

[0009] A FIG. 4 ilustra a configuração para a formação de uma pré- forma com uma seção transversal em forma de L.

[00010] A FIG. 5 mostra uma pré-forma moldada representando uma seção da longarina que foi produzida por implementar a configuração ilustrada na FIG. 4.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00011] A pré-forma em branco para ser moldada é uma folha plana composta de uma pluralidade de camadas fibrosas (ou dobras) montadas em um arranjo de empilhamento. As camadas fibrosas da pré-forma são mantidas no lugar (ou seja, "estabilizadas") por ligação usando um ligante para manter o alinhamento e a estabilizar as camadas fibrosas. Por ter o ligante, desgastam-se ou separam-se do material da fibra seca podendo ser evitada durante o armazenamento, transporte e manuseio. Além disso, a injeção ou infusão de resina matriz pode exigir injeção pressurizada, que pode resultar no deslocamento local de uma pré-forma instabilizada ou fibras. Assim, o ligante mantém as fibras na posição durante tal injeção pressurizada.

[00012] O termo "estabilização" ou "estabilizada" é usado aqui para significar a estabilização de várias folhas, camadas ou lonas de camadas fibrosas ou tecidos, de modo que eles possam ser moldados ou deformados sem desgastar, desfiar, desfazer, flambar, enrugar ou, de outra forma, reduzir a integridade das camadas fibrosas ou tecidos. Processo de Formação de Vácuo

[00013] O vácuo formando o processo envolve uma afinação dupla da membrana, que inclui um diafragma superior e um diafragma inferior, que devem ser colocados sobre um alojamento da ferramenta (veja a FIG. 1A). A câmara ferramental contém um único (mostrado) ou vários moldes com uma superfície tridimensional, não polar que representa a forma desejada da estrutura final. Além disso, o corpo da ferramenta é conectado a uma fonte de vácuo através de um dispositivo de aspiração (por exemplo, bomba de vácuo). Os diafragmas são flexíveis e podem ser não elasticamente deformáveis ou folhas elásticas do material como borracha, silicone, nylon ou material similar que tenha um alongamento para falha acima de 100%. Como etapa inicial, uma pré-forma plana é colocada entre as folhas flexíveis. Cada diafragma é anexado a uma moldura para manter a forma desejada do diafragma através de um perímetro com suporte.

[00014] Os diafragmas com a pré-forma entre eles são então colocados no alojamento da ferramenta (FIG. 1B). As estruturas do diafragma são seladas para o alojamento da ferramenta através de um mecanismo de fixação mecânica a fim de criar uma câmara selada, interligando o diafragma inferior e o alojamento da ferramenta, e definir uma bolsa selada entre os diafragmas. A bolsa selada entre os diafragmas é conectado a um meio adequado para aspiração através de uma conexão da válvula. Em seguida, a cavidade selada entre os diafragmas é parcialmente evacuada para remover o ar. Nesta fase, a pré-forma é firmemente realizada entre os diafragmas.

[00015] A pressão do vácuo entre os diafragmas é aplicado para alcançar a estabilidade para as camadas fibrosas na pré-forma, para assegurar a consolidação entre as camadas e para evitar a deformação adversa ou enrugar o material fibroso durante a formação. Além disso, o nível do vácuo entre os diafragmas seletivamente é aplicado para alcançar a inter camada de cisalhamento do material fibroso, mantendo a estabilidade adequada da pré- forma. Estabilização da pré-forma é importante para manter o alinhamento de boa fibra e espessura da camada uniforme a temperaturas elevadas. Pressão de vácuo adequada equilibra a estabilidade da pré-forma e a capacidade de deformar a pré-forma ao molde desejado. Em uma modalidade, a pressão do vácuo entre os diafragmas é definido como menos de 1 atmosfera, de preferência menos de 800 mbar, por exemplo, 500 mbar.

[00016] O termo "pressão do vácuo" como usado aqui inclui pressões de vácuo de menos de 1 atmosfera (ou menos de 1013 mbar).

[00017] Em seguida, o aquecimento é realizado para permitir o amaciamento do ligante dentro da pré-forma. Aquecimento pode ser feito, por exemplo, colocando a montagem dos diafragmas e alojamento da ferramenta em um forno, ou usando uma matriz das lâmpadas de aquecimento infravermelha ou uma esteira aquecida. O ligante na pré-forma, que está em uma fase sólida à temperatura ambiente (20°C-25°C), suaviza após aquecimento e permite telas fibrosas a serem formadas. A temperatura de formação é ditada pela viscosidade do ligante entre as camadas do material fibroso na pré-forma. A viscosidade do ligante é otimizada para reduzir a tensão de cisalhamento dentro da pré-forma a fim de permitir o movimento das camadas sem criar distorções de fibra e/ou rugas. O ligante que é apropriado para o efeito neste documento contém uma mistura de resina termofixa e resina termoplástica, e podem representar menos de 20% da pré- forma em massa, de preferência menos de 10% da pré-forma em massa, mais de preferência, na faixa de 2% - 6% da pré-forma em massa. Em determinadas modalidades, a composição do ligante contém o conteúdo termoplástico suficiente para permitir o sucesso da deformação a elevadas temperaturas e pode ser entregue em forma de pó. O mínimo da deformação da temperatura é a temperatura na qual o ligante é suavizado para um estado fundido que permite que a camada da pré-forma fibrosa deformar-se. A viscosidade do ligante preferencial nesta fase pode ser abaixo de 100.000.000 m^Pas, de preferência abaixo de 10,000,000 m^Pa, mais de preferência abaixo de 3.000.000 m^Pa. Uma vez que a pré-forma alcançou uma ótima deformação da temperatura, o alojamento da ferramenta é evacuado a uma taxa predeterminada de 1 mbar/15 min ou mais rápido, até o alojamento atingir o nível de vácuo desejado de menos de 980 pressão de mbar absoluta, mas menos da pressão do vácuo no alojamento da ferramenta, mais de preferência, menos de 900 pressão de mbar absoluta e pressão absoluta idealmente menos de 850 mbar, aquecimento é mantido através do tempo da deformação total. Como o corpo da ferramenta está sendo evacuado, os diafragmas com a pré-forma imprensada entre eles são puxados para o molde e conformados com a forma da superfície do molde.

[00018] Ao atingir o nível do vácuo desejado do alojamento da ferramenta, a pressão do vácuo entre os diafragmas é reduzida a um nível de vácuo menor do que entre o alojamento da ferramenta para garantir a compactação completa da pré-forma. Isto também permite que o operador adeque a compactação da pré-forma e consequentemente, as características de manipulação e permeabilidade da pré-forma. Neste ponto, a pré-forma é resfriada.

[00019] A pré-forma moldada é então resfriada para abaixo da temperatura de amolecimento do ligante. Neste ponto, o ligante na pré-forma re-endurece e a pré-forma retém sua geometria recém-formada. Ao atingir a temperatura resfriada, o vácuo entre os diafragmas é aliviado pela ventilação para a atmosfera, o diafragma superior é levantado para longe do diafragma inferior e a pré-forma moldada é removida (FIG. 1D). É então pré-introduzido ar dentro do alojamento de ferramenta, e o processo de formação do vácuo está pronto para ser repetido. A pré-forma removida manterá sua forma desejada para a infusão de resina subsequente.

[00020] O arranjo duplo do diafragma descrito acima ajuda na deformação das pré-formas fibrosas, permitindo uma pressão mais baixa da compactação a ser definida entre os diafragmas, aumentando assim a mobilidade das camadas adjacentes entre outra devido às forças de atrito mais baixas. Uma pressão reduzida entre os dois diafragmas também minimiza a fricção da força de contato para que os diafragmas possam alongar-se independentemente da pré-forma. No vácuo formando o processo divulgado neste documento, compactação completa com a forma de raio desejado pode ser alcançada, uma vez que o nível de vácuo completo no alojamento da ferramenta foi aplicado após a deformação. A capacidade de controlar o nível de compactação na formação, a taxa de formação e o comportamento de cisalhamento do ligante leva a uma geometria melhorada do raio.

[00021] O vácuo formando o processo descrito acima não requer uma ferramenta complexa com as partes de modelagem superior e inferior. Em vez disso, o processo de formação do vácuo se baseia no controle da velocidade de deformação, a temperatura e a pressão de vácuo. A taxa do vácuo entre os diafragmas e dentro do alojamento da ferramenta pode ser otimizada para evitar a formação das rugas excessivas, distorção de fibra e para controlar a espessura do raio.

[00022] Convencionalmente, a usinagem pós-cura das peças estruturais é feita para conseguir a geometria da peça final. Uma máquina de eixo 8 de moagem é geralmente usada para tais operações. Esta fase do processo de fabricação apresenta um elevado nível de risco, porque é uma das últimas etapas do processamento a ser realizada. Danos causados durante esta etapa podem resultar na parte sendo demolida. Além disso, a operação também é geralmente muito demorada.

[00023] Assim, a fabricação da pré-forma moldada pode ser ainda otimizada pela inclusão de uma etapa de usinagem após a fabricação do branco da pré-forma, mas antes de modelar através do vácuo formando o processo descrito acima. Isso garante que a usinagem eficiente e fácil pode ser feita em uma forma automatizada ao invés da programação avançada e posicionamento da pré-forma tridimensional dentro de uma máquina complexa, se a cura pós usinagem é feita. Esta etapa de usinagem pode ser alcançada através de uma pré-consolidação da pré-forma plana em branco para um nível de compactação desejada para estabilização e qualidade da borda.

[00024] As FIGS. 2A-2C ilustra um método para fabricação de uma pré-forma moldada com uma etapa intermediária de usinagem. Referindo-se à FIG. 2A, uma grande folha plana do material da pré-forma (ou seja, da pré- forma em branco) é fabricado pela imposição de uma pluralidade das camadas fibrosas que são consolidadas no ponto de depositar para baixo ou seguido de compactação ou consolidação. Folha da pré-forma é então cortada para um padrão desejado por usinagem, Ver FIG. 2B. Referindo-se a FIG. 2C, a folha padronizada é então moldada através do vácuo formando o processo descrito acima para produzir uma configuração não plana, tridimensional, por exemplo, uma estrutura com seção transversal em forma de L. A geometria final da pré-forma moldada depende da configuração de molde é usada.

[00025] O vácuo formando o processo aqui descrito permite a produção eficaz e eficiente das pré-formas tridimensionais em uma forma automatizada, o que permite maior repetibilidade e fabricação em grande escala. Como exemplo, este processo é apropriado para a fabricação das estruturas de reforço aeroespacial como seções de longarinas para peles de asa curvada em forma de L, longarinas das asas em forma de C ou em forma de U. Além disso, deformação rápida é possível através deste vácuo, processo de formação, por exemplo, 5-15 minutos do ciclo para deformar uma pré-forma plana em branco consistiu 33 camadas de tecidos da fibra de carbono que contém 5% em peso do ligante em uma estrutura em forma de L ou em U.

Material da Pré-forma

[00026] A pré-forma no presente contexto é um conjunto de fibras secas ou camadas de fibras secas que constituem o componente de reforço de um composto e é/são uma forma apropriada para a aplicação de infusão de resina como RTM.

[00027] A pré-forma plana em branco para ser moldada consiste de múltiplas camadas ou camadas de material fibroso, que pode incluir tapetes de não tecidos, tecidos, tecidos de malha e tecidos não frisados. Um "tapete" é um tecido não tecido feito de fibras dispostas aleatoriamente, como filamentos de fibra picada (para produzir o tapete de fibra picada) ou filamentos rodados (para produzir tapete de fio contínuo) com um ligante aplicado para manter sua forma. Tecidos apropriados incluem aqueles que têm fibras alinhadas direcionais ou não direcionais em forma de malha, estopas, fitas, tela, tranças e semelhantes. As fibras nas camadas fibrosas ou tecidos podem ser fibras orgânicas ou inorgânicas, ou suas misturas. As fibras orgânicas são selecionadas a partir de polímeros duros ou rígidos tais como aramidas (incluindo Kevlar), poliéster, polietileno de alto módulo (PE), poli- p-fenilenobenzobisoxazol (PBO) e suas combinações híbridas. Fibras inorgânicas incluem fibras feitas de carbono (incluindo grafite), vidro (incluindo E-vidro ou fibra de vidro S), quartzo, alumina, zircônia, carboneto de silício e outras cerâmicas. Para fazer estruturas compostas de alta resistência, tais como partes principais de um avião, as fibras de pré-forma de preferência tem uma força elástica de 3500 MPa > (ou > 500 ksi).

[00028] Para formar a pré-forma em branco de acordo com uma modalidade, a composição do ligante é aplicado a cada camada fibrosa (por exemplo, dobras de tecido), e uma pluralidade de camadas fibrosas revestidas então são montadas pelo empilhamento de uma espessura desejada. O ligante pode ser aplicado para as camadas fibrosas antes ou durante a bandeja das camadas fibrosas. A montagem das camadas fibrosas pode ser feita por um processo da bandeja da mão ou um processo da bandeja automatizada como a colocação de bandas automatizadas (ATL) e colocação de fibra automatizada (AFP) ou outros métodos automatizados de depositar as fibras ou camadas em uma boa forma ampla ou pré-preparadas. A pilha de camadas fibrosas é então consolidada ou compactada por meio da aplicação de calor e pressão. Quando bandeja automatizada é utilizada, a compactação é realizada durante a bandeja. Durante a compactação, o ligante que é sólido à temperatura ambiente suaviza após aquecimento e permite que o tecido da camada ligue uns aos outros como é aplicado a uma pressão de consolidação. Alguns ligantes exigem a manutenção da pressão de consolidação enquanto esfria o ligante.

Sistema do Ligante

[00029] O ligante para ligação das camadas fibrosas na pré-forma em branco pode ser de várias formas, incluindo pó, pulverização, líquido, colar, película, fibras e véus de não tecidos. O material ligante pode ser selecionado de polímeros termoplásticos, resinas termofixas e suas combinações. Em determinadas modalidades, o ligante pode assumir a forma das fibras poliméricas, formado a partir de material termoplástico ou material termofixo ou uma mistura de materiais termoplásticos e termofixos. Em outras modalidades, o ligante é uma mistura de fibras termoplásticas (ou seja, formadas a partir de material termoplástico das fibras) e fibras termofixas (ou seja, formadas a partir do material termofixo das fibras). Tais fibras poliméricas podem ser incorporadas na pré-forma em branco como um véu não tecido composto por fibras poliméricas dispostas aleatoriamente para ser inserido entre as camadas fibrosas da pré-forma.

[00030] Como no exemplo, o material ligante pode ser uma resina epóxi em forma de pó. Como outro exemplo, o material ligante pode ser uma mistura de um ou mais polímeros termoplásticos e termofixos e uma ou mais resinas em uma forma de pó. Como outro exemplo, o material ligante é um véu de não tecido composto por fibras termoplásticas.

[00031] Se aplicado em forma de pulverização, o material ligante pode ser convenientemente dissolvido em um solvente como diclorometano. Quando o solvente é usado, a remoção posterior do solvente é necessária. Em forma de película, uma composição de resina aglutinante pode ser depositada (por exemplo, carcaça) em um papel de liberação para formar uma película, que é então transferida para a camada fibrosa da pré-forma. Em forma de pó, o ligante pode ser espalhado sobre a camada fibrosa. Quando o véu não tecido das fibras poliméricas é usado como material ligante, cada véu é inserido entre as camadas fibrosas adjacentes durante a colocação da pré-forma.

[00032] De preferência, a quantidade do ligante na pré-forma fibrosa é igual a ou menos de cerca de 20% em peso, com base no peso total da pré- forma, de preferência, 0,5%-10%, em peso, mais de preferência, 0,5%-6% em peso.

[00033] Em uma modalidade preferencial, o ligante é uma composição de resina que é isenta de qualquer catalisador, agente de cura ou de reticulação que pode ser ativado na temperatura de fabricação de pré-forma (por exemplo, as temperaturas durante a bandeja e modelagem), e ainda é inerentemente termicamente estável à temperatura de fabricação das pré- formas.

[00034] O material termoplástico adequado como material ligante inclui um ou mais polímeros termoplásticos, selecionados a partir de poliéster, poliamida, poliimida, policarbonato, poliuretano, poli(metacrilato de metil), poliestireno, poliaromáticos, poliesteramida, poliamidaimida, polieterimida, poliaramida, poliarilato, poliacrilato, carbonato de poli(ester), poli(acrilato de butil/metacrilato de metil), polisulfona, copolímeros e suas combinações.

[00035] Em uma modalidade, o material termoplástico é um polímero de poliarilsufona tendo unidades de arilsulfona, representadas por:

[00036] De preferência, o polímero de poliarilsufona tem um peso molecular médio (Mn) na faixa de 2.000-20,000. O polímero de poliarilsulfona também pode ter grupos de extremidades reativas como amina ou hidroxila reativas para grupos de epóxido ou um agente de cura. Poliarilsulfonas apropriadas incluem polietersulfona (PES), polieteretersulfona (PEES) e um copolímero respectivos (PES-PEES). Um polímero poliarilsulfona particularmente adequado é um copolímero de PES- PEES com grupos de amina terminal.

[00037] O material termofixo apropriado como material ligante pode ser selecionado do grupo constituído de resina epóxi, resina bismaleimida, resinas condensadas de formaldeído (incluindo a resina de fenol- formaldeído), resina de cianato, resina de isocianato, resina fenólica e suas misturas. A resina epóxi pode ser mono ou poli-glicidílicos derivado de um ou mais compostos selecionados do grupo constituído por diaminas aromáticas, aminas aromáticas monoprimária, aminofenóis, fenóis polifuncionais, álcoois poli-hídricos, e ácidos policarboxílicos. Particularmente apropriadas são as resinas multifuncionais epóxi, incluindo epóxis bi-funcional, tri-funcional e tetra-funcional.

[00038] De acordo com uma modalidade, o ligante é uma composição de resina contendo uma ou mais resinas epóxi multifuncionais e um polímero de poliarilsulfona com grupos(s) final reativo(s) e tem um ponto de amolecimento de aproximadamente 80°C-90°C.

[00039] Tem sido encontrado que certas combinações de polímero termoplástico e resina(s) termofixa operam com efeito sinérgico no que diz respeito ao controle do fluxo e a flexibilidade da mistura. O componente termoplástico serve para fornecer controle do fluxo para a mistura, dominando as resinas termofixas tipicamente de baixa viscosidade e garantindo que o ligante preferencialmente molha a superfície das fibras na pré-forma. O componente termoplástico também fornece flexibilidade para a mistura, dominando as resinas termofixas normalmente frágeis.

[00040] O ligante na pré-forma é adequado para uso com uma ampla variedade das resinas de matriz para serem injetadas na pré-forma por técnicas de infusão de resina líquida, tais como RTM. Além disso, o ligante é selecionado para ser quimicamente e fisicamente compatíveis com a resina de matriz a ser injetado na pré-forma.

[00041] Quando a pré-forma seca é usada em um processo de injeção de resina como RTM, é desejável que o ligante não forme uma película impermeável na superfície das camadas fibrosas, que podem impedir que a resina matriz penetre satisfatoriamente na espessura do material da pré-forma durante o ciclo de injeção de resina.

[00042] O exemplo a seguir é fornecido para ilustrar um método de modelar uma pré-forma de acordo com uma modalidade do vácuo formando o processo aqui descrito. Este exemplo é apenas para fins ilustrativos e não deve ser interpretado como limitando ao âmbito das reivindicações acrescentadas.

EXEMPLO

[00043] A pré-forma plana em branco (600 x 200 mm) formou-se pela imposição de 33 camadas dos tecidos da fibra de carbono. Antes da acumulação, utilizou-se um método de dispersão de pó para depositar 5 gsm de um ligante de resina em forma de pó para cada lado da camada do tecido. As camadas do tecido com o pó espalhado nela foram imobilizadas e pressionadas juntas usando calor e pressão, onde a pilha seca das camadas foram compactadas sob pressão atmosférica, através da aplicação de um vácuo e em seguida aquecido a 130° C por 15 minutos antes de ser resfriado à temperatura e a consolidação de vácuo removida. Isto é chamado uma etapa pré-formação.

[00044] Este ligante contém uma mistura das resinas de epóxi mutifunctionais e de um copolímero de PES-PEES e tem um ponto de amolecimento de cerca de 90°C.

[00045] A pré-forma plana em branco foi consolidada de acordo com o processo de pré-formação descrito acima. A configuração inclui um alojamento da ferramenta que contém um bloco de moldagem, ver FIG. 3, e duas folhas flexíveis (superior e inferior dos diafragmas) feitas de borracha de silicone. Esta configuração foi usada para formar uma pré-forma moldada com uma seção transversal em forma de L e é ilustrado pela FIG. 4. Tal configuração de pré-forma é apropriada para fazer uma seção da longarina na asa de um avião.

[00046] Inicialmente, os diafragmas com a pré-forma plana imprensada entre eles foram colocados no alojamento da ferramenta. A estrutura do diafragma foi fixada ao perímetro do alojamento da ferramenta, criando assim um selo apertado do vácuo interligando o diafragma baixo e alojamento da ferramenta e uma bolsa selado entre os diafragmas superior e inferior.

[00047] Próximo, o ar foi removido entre os diafragmas superior e inferior através da aplicação de uma fonte do vácuo, até que a pressão do vácuo atingiu 500 mbar. Nesse ponto, a pré-forma plana foi firmemente apoiada por ambos os diafragmas.

[00048] A configuração da ferramenta foi então colocada em um forno e aquecida a 140°C a uma taxa de 5°C/min. Durante o aquecimento, o alojamento da ferramenta foi aberto à pressão atmosférica para garantir nenhuma expansão do ar dentro da câmara.

[00049] Uma vez a temperatura da pré-forma tinha alcançado 140°C, o alojamento da ferramenta foi evacuado. O ar foi removido à taxa de 100 mbar/min até que a pressão de vácuo no alojamento da ferramenta foi abaixo de 10 mbar. Nesta ocasião, os diafragmas juntamente com a pré-forma foram puxados para a superfície do molde e eventualmente conformados aos mesmos. Aquecimento foi mantido durante todo esse tempo.

[00050] Em cima do vácuo total no alojamento da ferramenta (abaixo de 10 mbar), a pressão entre os diafragmas foi reduzida até o estábulo, a pressão de vácuo abaixo 10 mbar. Nesse ponto, o aquecimento estava desligado, e a pré-forma foi permitida para esfriar. Vácuo no alojamento da ferramenta foi mantido abaixo de 10 mbar durante o resfriamento.

[00051] Quando a pré-forma foi esfriada para 40°C, o vácuo entre os diafragmas foi aliviado pela ventilação para a atmosfera e a membrana superior foi levantada. A pré-forma moldada posteriormente foi retirada a instalação da configuração. Depois foi removida a pré-forma moldada, o ar foi re-introduzido no alojamento da ferramenta.

[00052] A pré-forma resultante é mostrada na FIG. 5. Tem uma seção de curvas em forma de L com um raio de curvatura de 8,5 m ao longo de seu comprimento.

[00053] O tempo de ciclo para o processo de modelagem da pré-forma plana previamente consolidada foi 15 minutos - desde o início do aquecimento da pré-forma plana em branco até o estabelecimento da forma final.

Claims

1. Método para moldar uma pré-forma fibrosa, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) fornecer uma pré-forma fibrosa substancialmente plana, a dita pré-forma fibrosa compreendendo um conjunto de materiais fibrosos ligados uns aos outros por um ligante de resina; (b) fornecer um diafragma flexível superior e um diafragma flexível inferior, os ditos diafragmas sendo formados de um material elastomérico e impermeáveis ao gás; (c) fornecer um alojamento com um molde posicionado no mesmo, o referido molde tendo uma superfície de moldagem não plana; (d) manter a pré-forma fibrosa entre os diafragmas superior e inferior de forma estanque, criando uma bolsa selada entre os diafragmas; (e) posicionar os diafragmas com a pré-forma entre eles sobre o alojamento, de forma a definir uma câmara selada, interligando o diafragma inferior e o alojamento e tal que o diafragma inferior está posicionado acima da superfície do molde; (f) remover o ar entre os diafragmas para estabelecer uma pressão de vácuo de menos de 954 03 Pa (950 mbar) e menos que a pressão no alojamento; (g) aquecer a pré-forma fibrosa a uma temperatura acima do ponto de amolecimento do ligante de resina; (h) criar um vácuo dentro da câmara selada entre o diafragma inferior e o alojamento, removendo o ar a uma taxa de 100 Pa/15 minutos (1 mbar/15 minutos) ou mais rápido, até uma pressão de vácuo de 954 03 Pa (950 mbar) ou abaixo é atingida, enquanto o aquecimento é mantido, através do qual os diafragmas com a pré-forma entre eles são puxados em direção à superfície de moldagem e, eventualmente, se conformam-se a ela, formando assim uma pré-forma moldada; (i) reduzir a pressão do vácuo entre os diafragmas para 1000 Pa (10 mbar) ou abaixo; (j) resfriar pré-forma moldada para uma temperatura abaixo da temperatura de amolecimento do ligante de resina; (k) aliviar o vácuo entre os diafragmas; (l) retirar o diafragma superior da pré-forma resfriada, mantendo o vácuo dentro da câmara selada entre o diafragma inferior e o alojamento; e (m) remover a pré-forma resfriada e moldada do diafragma inferior.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de aquecimento (g) é realizada até que a viscosidade do ligante de resina esteja na faixa de menos de 1,0 x 108 m^Pa.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a quantidade total do ligante de resina na pré-forma fibrosa é de 0,5% a 10%, em peso, com base no peso total da pré-forma fibrosa.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de ainda compreender a usinagem da pré-forma fibrosa substancialmente plana de acordo com um padrão anterior da etapa (d).

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a referida pré-forma fibrosa compreende uma pluralidade de camadas fibrosas estabelecidas em um arranjo de empilhamento, e o ligante de resina é aplicado a pelo menos uma superfície de cada camada fibrosa.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as referidas camadas fibrosas são camadas de tecido, fitas ou correias.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o ligante de resina compreende um componente termoplástico ou um componente termofixo ou ambos.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o ligante de resina compreende um componente termoplástico, e um componente termofixo e componente termoplástico compreende um polímero de poliarilsulfona e o componente termofixo compreende uma ou mais resinas de epóxi.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o polímero de poliarilsulfona é um copolímero de polietersulfona (PES) e polieteretersulfona (PEES) com grupos terminais amina.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o ligante de resina compreende um polímero termoplástico, selecionado a partir de: poliéster, poliamida, poliimida, policarbonato, poliuretano, poli (metacrilato de metil), poliestireno, poliaromáticos, poliesteramida, poliamidaimida, polieterimida, poliaramida, poliarilato, poliacrilato, carbonato de poli(ester), poli(acrilato de butil/metacrilato de metil), polisulfona, copolímeros e suas combinações.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o ligante de resina está na forma de um pó, líquido, pasta ou película.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o ligante de resina está na forma de fibras poliméricas, que são uma mistura de fibras de termoplásticas e fibras termofixas ou fibras formadas a partir de uma mistura de polímeros termoplásticos e termofixos.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o ligante de resina está na forma de um véu não tecido compreendido por fibras poliméricas dispostas aleatoriamente, que são formadas de um ou mais polímeros selecionados a partir dos polímeros termoplásticos, polímeros termofixos e suas combinações.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que os materiais fibrosos compreendem as fibras de um material selecionado a partir de: aramida, polietileno de alto módulo (PE), poliéster, poli-p-fenilenobenzobisoxazol (PBO), carbono, vidro, quartzo, alumina, zircônia, carboneto de silício e suas combinações.