BR112017011811B1 - Dispositivo de moldagem para fabricação de componentes compósitos e método de fabricação de componentes compósitos - Google Patents

Abstract

a invenção se refere a um dispositivo de moldagem (1) e a um método de fabricação de componentes compósitos estruturados ou semi-estruturados compreendendo uma resina de polímero (50) e um substrato fibroso (51). de acordo com a invenção, o dispositivo compreende um molde (2) que compreende um fundo e uma superfície lateral, uma parte (10) que é móvel ao longo da superfície lateral do molde, compreendendo uma superfície de compressão (14) que forma uma cavidade (7) com o fundo e a superfície lateral (5) do referido molde (2), caracterizado por a parte móvel (10) compreender um canal de geração de vácuo (13, 23) que se abre para uma câmara (25, 42) localizada acima da cavidade e em comunicação com a dita cavidade (7).

Description

CAMPO DE INVENÇÃO

[0001] A invenção está relacionada ao campo de moldagem de componentes compósitos.

[0002] Mais particularmente, a invenção refere-se a um dispositivo de moldagem para fabricação de componentes compósitos que utilizam resinas de polímeros líquidas. A invenção também se refere a um método de fabricação de componentes compósitos executado com o dispositivo de moldagem, os componentes obtidos pelo referido método bem como as resinas utilizadas para a realização do método.

[0003] O método de acordo com a invenção permite a injeção de um componente ou de vários componentes de resinas de polímeros. A seguir, utilizaremos o termo resina de polímero para uma resina de polímero antes da polimerização e o termo resina polimerizada para uma resina de polímero após polimerização.

TÉCNICA ANTERIOR

[0004] Determinados componentes ou certos conjuntos de componentes, tais como os mencionados acima, são, por vezes, sujeitos a grandes esforços mecânicos ou cargas mecânicas. Tais componentes são, portanto, muito frequentemente feitos a partir de materiais compósitos.

[0005] Um material compósito é uma montagem de pelo menos dois componentes imiscíveis. Um efeito de sinergia é obtido com tal montagem, de modo que o material compósito obtido possui propriedades mecânicas e/ou térmicas notáveis que cada um dos componentes iniciais não possui, ou possui, mas a um grau inferior em comparação com o material compósito.

[0006] Além disso, um material compósito consiste de pelo menos um material de reforço que dê ao dito material compósito boas propriedades mecânicas, nomeadamente um bom comportamento sob as cargas mecânicas as quais o material compósito é submetido e um material de matriz, ou mais simplesmente uma matriz, formando uma fase contínua e assegurando a coesão do dito material compósito. Entre os vários tipos de compósitos utilizados industrialmente, os compósitos com matrizes orgânicas são os mais comuns. No caso de compósitos com matrizes orgânicas, o material de matriz é geralmente um polímero. Este polímero pode ser um polímero termorrígido, ou um polímero termoplástico.

[0007] O material compósito é preparado por mistura do material de matriz e do material de reforço, ou por molhagem ou impregnação do material de reforço com o material da matriz, seguido pela polimerização do sistema obtido. A matriz de polímero, denominada resina a seguir, e o reforço são misturados em um molde por injeção da referida resina no referido molde.

[0008] Os moldes geralmente utilizados na indústria são moldes com uma ou mais aberturas para manter o equilíbrio da pressão no interior do molde. No entanto, uma abertura bloqueada pode levar a defeitos no componente final obtido após a moldagem. Além disso, uma abertura geralmente deixa uma marca no componente, por isso é necessário posicionar a abertura e/ou o componente de modo que esta marca seja a mais discreta possível, ou de modo que seja produzida em uma porção do componente que sofra processamento após moldagem.

[0009] Para superar estes problemas, os moldes foram projetados sem aberturas, trabalhando sob vácuo. Antes de injetar a resina, é criado um vácuo no molde para permitir a impregnação ótima do substrato com a resina e para obter componentes compósitos possuindo o menor número possível de defeitos ou imperfeições.

[0010] Deste modo, o documento DE 20 2012 104 148 descreve uma ferramenta de moldagem formada a partir de duas partes de molde complementares que podem entrar em contato uma com a outra para formar uma cavidade. A parte inferior da ferramenta de moldagem compreende um canal ligado a um ponto de vácuo e que passa através da parede da referida parte inferior. A parte superior é notavelmente móvel, entre uma posição dita "aberta" na qual uma extremidade do canal abre para dentro da cavidade, de modo que pode então ser criado um vácuo na referida cavidade e uma posição dita "fechada" na qual a extremidade interna do canal é bloqueada pela parte superior. Os vedantes posicionados ao longo da parede da parte superior da ferramenta proporcionam uma boa hermeticidade entre a cavidade e o canal, e assim entre a cavidade e o exterior. A parte inferior da ferramenta de moldagem compreende uma entrada de injeção, através da qual é injetada uma resina quando vácuo é criado na cavidade e a ferramenta de moldagem está na posição fechada.

[0011] No entanto, uma ferramenta de moldagem deste tipo é muito cara e a sua utilização pode ser complicada. Além disso, o volume da cavidade diminui consideravelmente entre a posição aberta da ferramenta de moldagem e a posição fechada. Esta grande diminuição no volume é devido ao deslocamento da parte superior, que se move para mais perto da parte inferior. Esta mudança de volume é acompanhada por uma alteração na pressão dentro da cavidade, de modo que a pressão durante a etapa de injeção da resina na cavidade é maior do que a pressão durante a etapa anterior de criação do vácuo na referida cavidade. Esta diferença de pressão pode causar defeitos e/ou imperfeições nos compósitos obtidos.

[0012] Além disso, o volume que permite o vácuo ser gerado é pequeno, uma vez que é determinado pelo volume do canal incluído na parte inferior da ferramenta de moldagem. Agora, o diâmetro do canal não pode ser maior do que o espaço localizado entre os vedantes proporcionados na parte superior da ferramenta de moldagem. Deste modo, a taxa de geração de vácuo é baixa e o tempo de moldagem é elevado, tornando uma ferramenta de moldagem deste tipo imprópria para aplicações industriais com uma taxa de produção elevada.

[0013] O documento EP 0792903 descreve um molde e um processo de moldagem para a fabricação de compósitos por meio de uma resina de poliimida e um material de reforço fibroso. O molde compreende uma parte superior e uma parte inferior, destinadas a serem unidas juntas. A parte superior e a parte inferior delimitam uma cavidade para receber reforço fibroso e uma resina. A parte superior penetra na parte inferior, de modo que existe um movimento de deslocamento desta parte durante o fechamento do molde. A forma da parte superior do molde é tal que esta parte pode mover-se para a parte inferior. Além disso, o molde compreende um canal de geração de vácuo localizado acima da cavidade e que se comunica com a referida cavidade.

[0014] O documento DE 10 2013 207668 descreve um dispositivo de moldagem para a fabricação de material compósito com reforço fibroso. O molde compreende duas partes destinadas a serem conectadas e para delimitar uma cavidade para receber o reforço e a resina. O dispositivo de moldagem compreende um componente constituído por uma haste que se desloca no canal da parte superior do molde. O dispositivo também compreende um canal para evacuação de gás que está localizado acima da cavidade e se comunica com ela. A função da haste é permitir que a moldagem seja removida após a abertura do molde.

[0015] O objetivo da invenção é, portanto, corrigir as desvantagens da técnica anterior, propondo um dispositivo de moldagem para a fabricação de componentes a partir de material compósito à base de resina de polímero, tornando possível a obtenção de componentes que são livres de defeitos ou que tem um pequeno número de defeitos e/ou imperfeições. O dispositivo de moldagem de acordo com a invenção também permite uma etapa de geração de vácuo rápida, com uma taxa de fluxo elevada. Um dispositivo deste tipo também torna possível manter um volume constante da cavidade de moldagem, assim como uma alteração de pressão desprezível entre a geração do vácuo e a injeção da resina no dispositivo de moldagem.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0016] Para esta proposta, a invenção refere-se a um dispositivo de moldagem para a fabricação de componentes compósitos estruturados ou semiestruturados compreendendo uma resina de polímero e um substrato fibroso, caracterizado por compreender: - um molde que compreende um fundo e uma superfície lateral, - uma parte móvel que é capaz de se mover ao longo da superfície lateral do molde, compreendendo uma superfície de compressão, formando uma cavidade com o fundo e a superfície lateral do referido molde, principalmente caracterizado pelo fato de a parte móvel compreender um canal de geração de vácuo que se abre para uma câmara localizada acima da cavidade e que se comunica com a referida cavidade.

[0017] De acordo com outra característica, o molde compreende uma parte inferior e uma parte superior capazes de entrar em contato com a referida parte inferior de modo a fechar o molde.

[0018] A parte móvel compreende ainda uma punção que é capaz de se mover ao longo da superfície lateral do molde e uma cabeça de injeção, a referida cabeça de injeção sendo dotada de uma parede que define uma coluna de injeção que se comunica com a cavidade através de uma abertura.

[0019] De acordo com outra característica, o molde compreende ainda um pistão que compreende uma parte inferior dotada de uma superfície inferior, uma parte superior e um recesso, sendo o referido pistão capaz de se mover ao longo da coluna de injeção entre pelo menos uma primeira posição, chamada de uma posição aberta, na qual a sua superfície inferior define, com a parede da cabeça de injeção e a abertura, uma porção inferior da coluna de injeção e pelo menos uma segunda posição na qual o pistão bloqueia a abertura da coluna de injeção.

[0020] De acordo com uma primeira modalidade, - o canal de geração de vácuo consiste em um primeiro canal que passa através da parede da cabeça de injeção e abre para a câmara que consiste na porção inferior da coluna de injeção, - o canal de geração de vácuo é também um canal para injetar resina de polímero, - a cabeça de injeção compreende ainda um segundo canal que passa através da parede da cabeça de injeção, permitindo a evacuação da resina da coluna, - na posição fechada, ao nível do seu recesso, o pistão forma, com a parede da cabeça de injeção, o primeiro canal, e o segundo canal, um circuito para recirculação de resina não injetada.

[0021] De acordo com uma segunda modalidade, a parte móvel compreende ainda um rebordo que é capaz de se mover ao longo da superfície lateral da punção, entre pelo menos uma primeira posição, denominada uma posição aberta, na qual a superfície inferior do rebordo define, com a superfície lateral da punção, um espaço de contração que comunica com a cavidade através de uma abertura e pelo menos uma segunda posição, denominada posição fechada, na qual o rebordo bloqueia a referida abertura, - o espaço de contração compreende uma ranhura periférica localizada na punção, - o canal de geração de vácuo consiste em um canal localizado na punção e que abre para dentro da câmara formada pelo espaço de contração ou na ranhura periférica do referido espaço de contração, - a cabeça de injeção compreende ainda pelo menos um primeiro canal que passa através da sua parede para injetar a resina e pelo menos um segundo canal que passa através da sua parede para evacuar a resina da cabeça de injeção, - o primeiro canal e o segundo canal formam, com a superfície inferior do êmbolo e a abertura da coluna de injeção, um circuito para recirculação de resina não injetada.

[0022] De acordo com uma terceira modalidade, a cabeça de injeção compreende ainda, na sua parede, em pelo menos um primeiro canal inferior para injetar a resina e, pelo menos, um primeiro canal superior para evacuar a resina da referida cabeça de injeção, os referidos primeiros canais inferior e superior sendo posicionados diretamente um acima do outro e formando, com o recesso do pistão e a parede da cabeça de injeção, pelo menos um circuito para recircular a resina não injetada, - a cabeça de injeção compreende ainda, na sua parede, em pelo menos um segundo canal inferior para injetar a resina e pelo menos um segundo canal superior para evacuar a resina da referida cabeça de injeção, os referidos segundo canais inferior e superior estando posicionados diretamente um acima do outro e formando, com o recesso do pistão e a parede da cabeça de injeção, pelo menos um circuito para recircular a resina não injetada, - a cabeça de injeção compreende, na sua parede, n canais inferiores para injetar a resina e m canais superiores para evacuar a resina da coluna de injeção, sendo n maior ou igual a 2, sendo m maior ou igual a 2, sendo n igual ou diferente de m, de modo a formar n circuitos para recircular a resina não injetada se n for menor que m, ou m circuitos de recirculação quando m é menor que n, - a parte superior da coluna de injeção consiste em um espaço que se destina a ser colocado sob pressão, e é capaz de receber a parte superior do pistão, o referido pistão sendo hidráulico, de modo a permitir o deslocamento do referido pistão ao longo da coluna de injeção.

[0023] A invenção também se refere a um método de fabricação de componentes compósitos estruturados ou semi-estruturados compreendendo uma resina de polímero e um substrato fibroso, caracterizado principalmente por ser realizado utilizando um dispositivo de injeção, e compreende as seguintes etapas: a) posicionamento do substrato fibroso na cavidade, b) gerar o vácuo na cavidade através do canal de geração de vácuo localizado na parte móvel do dispositivo de moldagem, c) impregnação do substrato fibroso por injeção de uma quantidade pré- determinada de resina de polímero na cavidade através do canal de injeção de resina, depois compressão da referida resina pela parte móvel do dispositivo de moldagem.

[0024] De acordo com outra característica, o método compreende ainda uma etapa de limpeza da resina não injetada na cavidade, e a referida etapa de limpeza pode ser realizada antes, durante ou após a etapa de compressão de resina.

[0025] Antes da etapa de injeção de resina, o método compreende uma etapa de fechamento de câmara.

[0026] A etapa de fechamento da câmara consiste em bloquear a abertura da porção inferior da coluna de injeção pela superfície inferior do pistão, pelo deslocamento do referido pistão para a posição fechada.

[0027] A etapa de fechamento da câmara consiste em bloquear a abertura do espaço de contração pela superfície inferior do rebordo, pelo deslocamento do referido rebordo para a posição fechada.

[0028] O método permite a injeção de um componente da resina de polímero com as três concretizações do dispositivo de moldagem e mais vantajosamente com a primeira e segunda formas de realização.

[0029] O método permite a injeção de dois componentes da resina de polímero com a terceira modalidade do dispositivo de moldagem.

[0030] A invenção refere-se também a uma resina de polímero líquida para a realização do método de fabricação de componente único, selecionado de resinas de poliéster termorrígidas, resinas de éster de vinila termorrígidas, resinas acrílicas termorrígidas, misturas das referidas resinas de poliéster, éster de vinila e acrílicas termorrígidas, resinas acrílicas termoplásticas, resinas de poliamida termoplásticas.

[0031] A invenção refere-se também a uma resina de polímero líquida para a realização do método de fabricação de dois componentes, selecionado de resinas de poliéster termorrígidas, resinas de éster de vinila termorrígidas, resinas acrílicas termorrígidas, misturas das referidas resinas de poliéster, éster de vinila e acrílicas termorrígidas, resinas de poliuretano termorrígidas, resinas epoxídicas termorrígidas, resinas acrílicas termoplásticas, resinas de poliamida termoplásticas.

[0032] A invenção também se refere a um componente compósito estruturado ou semi-estruturado, obtido por realização do método de fabricação, sendo o referido componente utilizável no campo de automóveis, transporte rodoviário por exemplo para caminhões, transporte ferroviário, marítimo e aeronáutico, energia eólica, fotovoltaica, (térmica) solar, construção, engenharia civil, mobiliário e infra-estrutura urbana, sinalização, esportes e atividades de lazer.

[0033] De acordo com uma característica vantajosa, o componente compósito estruturado ou semi-estruturado obtido é chamado de "net-shape", isto é, não compreende qualquer canal de moldagem residual e é utilizável após a liberação do molde sem qualquer tratamento de acabamento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0034] Outras vantagens e características da invenção serão claras na leitura da descrição a seguir, dada como exemplo ilustrativo e não limitativo, com referência aos diagramas esquemáticos do dispositivo de moldagem ilustrado nas figuras anexas: Fig. 1, , uma vista seccional do dispositivo de moldagem na etapa de geração de vácuo, de acordo com uma primeira modalidade da invenção. Fig. 2, , uma vista seccional do dispositivo de moldagem na etapa de injeção de resina, de acordo com uma primeira modalidade da invenção. Fig. 3, , uma vista seccional do dispositivo de moldagem nas etapas de limpeza e compressão de resina, de acordo com uma primeira modalidade da invenção. Fig. 1, , uma vista seccional do dispositivo de moldagem na etapa de geração de vácuo, de acordo com uma segunda modalidade da invenção. Fig. 2, , uma vista seccional do dispositivo de moldagem na etapa de fechamento do rebordo, de acordo com uma segunda modalidade da invenção. Fig. 3, , uma vista seccional do dispositivo de moldagem na etapa de injeção de resina, de acordo com uma segunda modalidade da invenção. Fig. 4, , uma vista seccional do dispositivo de moldagem nas etapas de limpeza e compressão de resina, de acordo com uma segunda modalidade da invenção. Fig. 1, , uma vista seccional do dispositivo de moldagem na etapa de geração de vácuo, de acordo com uma terceira modalidade da invenção. Fig. 2, , uma vista seccional do dispositivo de moldagem na etapa de fechamento do rebordo, de acordo com uma terceira modalidade da invenção. Fig. 3, , uma vista seccional do dispositivo de moldagem na etapa de injeção de resina, de acordo com uma terceira modalidade da invenção. Fig. 4, , uma vista seccional do dispositivo de moldagem nas etapas de limpeza e compressão de resina, de acordo com uma terceira modalidade da invenção. Fig. 4, um diagrama esquemático de um sistema de retorno em ângulo. Fig. 5, um diagrama esquemático de meios de armazenamento de resina. Fig. 6, um diagrama esquemático de meios de estreitamento periféricos.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0035] Na descrição dada a seguir, o dispositivo de moldagem de acordo com a invenção é primeiro apresentado em termos gerais e, em seguida, o dispositivo é descrito em mais detalhes com base em três formas de realização particulares.

[0036] Descrição geral do dispositivo de moldagem.

[0037] O termo "monômero"como aqui usado refere-se a uma molécula que pode sofrer polimerização.

[0038] O termo "polimerização"como aqui usado refere-se ao processo de transformação de um monômero ou de uma mistura de monômeros em um polímero. Um oligômero é um polímero compreendendo um pequeno número de monômeros.

[0039] "Injeção de múltiplos componentes" significa a injeção de uma resina compreendendo pelo menos dois componentes, sendo os referidos componentes colocados em contato apenas a partir da etapa de injeção da referida resina em um dispositivo de moldagem. O presente documento apresenta, em particular, a injeção de dois componentes, isto é, a injeção de uma resina compreendendo dois componentes A e B, sendo os referidos componentes apenas colocados em contato a partir da etapa de injeção da referida resina em um dispositivo de moldagem.

[0040] "Injeção de um componente" significa a injeção de uma resina compreendendo pelo menos dois componentes, sendo os referidos componentes colocados em contato antes da utilização da resina para a realização de um processo de moldagem. A mistura resultante é geralmente armazenada a baixa temperatura para impedir a sua polimerização antes de ser utilizada.

[0041] O dispositivo de moldagem 1 compreende um molde 2 que compreende uma parte inferior 3 e uma parte superior 4 que é capaz de entrar em contato com a referida parte inferior, de modo que se apoia na parte fixa, para fechar o molde. O molde 2 compreende um fundo 6 proporcionado na sua parte inferior 3, destinado a receber o reforço fibroso. O fundo é limitado perifericamente pela superfície lateral 5 do molde.

[0042] O dispositivo de moldagem também compreende uma parte móvel 10 que é capaz de se mover ao longo da superfície lateral 5 do molde. A referida parte móvel compreende uma superfície de compressão 14 que forma uma cavidade 7 com a parede lateral 5 do molde e o fundo 6 do molde. A parte móvel compreende também uma punção 11 que é capaz de se mover ao longo da superfície lateral 5 do molde 1, bem como uma cabeça de injeção 20 que está compreendida dentro da referida punção, de modo que está rodeada pela referida punção de acordo com uma primeira modalidade, ou dentro de um rebordo 40, alojado na punção 11 de acordo com a segunda e terceira formas de realização descritas abaixo.

[0043] A parte móvel 10 compreende também um canal de geração de vácuo 23 ou 13, com a intenção de ser ligado a um dispositivo de geração de vácuo, tal como uma bomba de vácuo, por exemplo. O canal abre para uma câmara 25 ou 42 de acordo com as formas de realização descritas em detalhe a seguir. Esta câmara 25 ou 42 está localizada acima da cavidade 7 e comunica com a referida cavidade 7 através de uma abertura 26 nesta cavidade.

[0044] Vantajosamente, o dispositivo de moldagem 1 compreende ainda um sistema para aplicar movimento 60 à parte móvel 10, em particular a punção, tornando possível aplicar uma pressão constante sobre a referida parte móvel de modo a comprimir a montagem de resina-substrato à medida que a resina polimeriza, durante a reação de polimerização da referida resina.

[0045] De fato, durante a polimerização da resina 50, seguida a impregnação do substrato fibroso 51 com a referida resina, é observado um fenômeno de contração em volume da referida resina. O volume ocupado pelo conjunto resina-substrato diminui à medida que a reação de polimerização da resina prossegue, de modo que o volume ocupado pelo conjunto polimerizado resina-substrato obtido no final da reação de polimerização é menor do que o volume ocupado pela montagem resina-substrato inicial. O sistema descrito torna possível obter uma impregnação ótima do substrato fibroso com a resina, uma vez que permite que a parte móvel 10 e em particular a superfície de compressão 14 da referida parte móvel permaneçam em contato com a montagem resina-substrato e comprima a referida montagem resina-substrato ao longo da reação de polimerização.

[0046] Vantajosamente, o sistema compreende um sistema de retorno em ângulo 60 em translação, como mostrado na Fig. 4. O sistema compreende um macaco (cilindro) 61 que aplica uma carga sobre um retorno em ângulo na translação 62, o referido retorno em ângulo sendo posicionado de modo a ser deslocado por um ângulo α com o eixo longitudinal do macaco. O retorno em ângulo está ligado a uma punção 11 e transmite a carga a punção, permitindo que a referida punção descreva um movimento de translação e deslize ao longo da superfície lateral 12 do molde.

[0047] Para a realização do método de fabricação de componentes compósitos, é necessário ter um controle preciso do movimento e posicionamento da parte móvel 10, e em particular da punção 11, durante todas as etapas do método. Para este efeito, o macaco 61 é, de preferência, um macaco de ação dupla.

[0048] O sistema 60 descrito vantajosamente permite o deslocamento da punção 11 enquanto compensa a contração da resina durante a polimerização da referida resina aplicando uma pressão constante sobre a punção. A pressão exercida é notavelmente determinada em função do tipo de resina e do volume de resina injetada. Este sistema 60 torna possível obter uma excelente homogeneidade de impregnação do substrato fibroso com a resina, proporcionando componentes compósitos possuindo boas propriedades mecânicas bem como um bom acabamento superficial, sem asperezas.

[0049] O dispositivo de moldagem 1 compreende vantajosamente meios de armazenamento que permitem receber um excesso de resina injetada, quando o volume de resina injetado é maior do que o volume necessário para a impregnação ótima do substrato fibroso no molde. Os meios de armazenamento, como mostrado na Fig. 5, compreende vantajosamente uma câmara de reserva 70 capaz de receber o excesso de resina injetada 50, a referida câmara de reserva estando ligada à cavidade 7 por uma linha 71. Desta forma, quando o volume de resina injetada é maior do que o volume necessário para uma impregnação ótima do substrato fibroso, a resina excedente faz uso da linha e entra na câmara de reserva 70.

[0050] A presença desta câmara de reserva 70 proporciona uma janela mais larga para injeção de resina, porque quando o volume de impregnação ótimo é excedido, o excedente entrará na câmara de reserva. Deste modo, estes meios de armazenamento podem garantir uma impregnação ótima do substrato fibroso, de modo que componentes compósitos possuindo boas propriedades mecânicas são obtidos.

[0051] Em todas as três formas de realização, o dispositivo de moldagem compreende vantajosamente meios para o estreitamento periférico da seção transversal do componente consistindo em uma alteração na geometria da superfície inferior da punção e/ou do fundo do molde. Os meios de estreitamento, tal como ilustrado na Fig. 6 estão localizados perto da superfície lateral 12 da punção e/ou da superfície lateral 5 do molde e são ilustrados por três variantes de configuração que suportam as referências 80, 81 e 82 na Fig. 6.

[0052] Na primeira variante, a superfície inferior 15 da punção é curvada de modo a formar um rebordo 80. Na segunda variante, a superfície inferior da punção compreende um entalhe 81. Na terceira configuração, a superfície inferior da punção e o fundo 6 do molde compreendem uma mudança de declive, de modo a formar uma inclinação.

[0053] Os referidos meios (80, 81, 82) para o estreitamento periférico da seção transversal do componente dão boa homogeneidade de impregnação do substrato fibroso 51 com a resina 50, nomeadamente evitando a formação de zonas secas correspondentes a zonas do substrato onde a impregnação do referido substrato com a resina é ligeira ou mesmo inexistente. Os referidos meios (80, 81, 82) para o estreitamento periférico da seção transversal do componente tornam assim possível a obtenção de componentes compósitos possuindo boas propriedades mecânicas.

[0054] Exemplo detalhado das três formas de realização do dispositivo de moldagem e fabricação de componentes compósitos de acordo com esses três formas de realização.

[0055] A seguir será mencionada uma cabeça de injeção "de baixa pressão"ou uma cabeça de injeção de "alta pressão". A chamada cabeça de injeção “de baixa pressão” refere-se à primeira modalidade e a segunda modalidade, e a chamada cabeça de injeção “de alta pressão” refere-se a terceira modalidade.

[0056] Primeira modalidade ilustrada nas Figs. 1.1, 1.2 e 1.3

[0057] O dispositivo de moldagem 1 compreende um molde 2 que compreende uma parte inferior 3 e uma parte superior 4 que é capaz de entrar em contato com a referida parte inferior de modo a fechar o molde. O molde compreende um fundo 6 proporcionado na sua parte inferior, sendo o referido fundo delimitado na periferia pela superfície lateral 5 do molde.

[0058] O dispositivo de moldagem permite a injeção de um componente da resina 50. Conforme descrito acima, compreende uma parte móvel 10 que pode deslocar-se ao longo da superfície lateral 5 do molde, uma punção 11 disposto nesta parte móvel, capaz de se mover ao longo da superfície lateral do molde, e uma cabeça de injeção 20 localizada na punção. A cabeça de injeção 20 é integral com a punção, de modo que um deslocamento da punção conduz a um deslocamento correspondente da referida cabeça de injeção. A superfície inferior 15 da punção constitui a superfície de compressão 14, formando a cavidade 7 com a parede lateral 5 do molde e o fundo 6 do molde.

[0059] A cabeça de injeção 20 é uma cabeça de injeção de baixa pressão, utilizada nomeadamente quando a pressão de injeção da resina 50 está entre 1 bar e 20 bar. Compreende uma parede 21 que delimita uma coluna de injeção aproximadamente vertical 22, sendo a referida coluna de injeção destinada, em particular, a receber a resina de polímero enquanto se realiza o processo para a fabricação de componentes compósitos de acordo com a invenção.

[0060] A cabeça de injeção 20 compreende, na sua parede 21, um primeiro canal 23 e um segundo canal 24 oposto ao primeiro canal e localizado a um nível diferente do referido primeiro canal em relação ao eixo longitudinal da cabeça de injeção. O primeiro canal 23 é chamado "mais baixo" e o segundo canal é chamado "mais alto". Além disso, o primeiro canal 23 pode ser ligado a um dispositivo de geração de vácuo (não ilustrado), tal como uma bomba de vácuo, para extrair o vácuo. O primeiro canal 23 também constitui um canal de entrada para a resina na coluna de injeção durante a injeção da resina. Deste modo, o primeiro canal 23 serve, por um lado, para gerar vácuo para dentro da cavidade e, por outro lado, para injetar a resina na coluna de injeção. Esta função dupla é implementada por meio de um sistema de comutação, não mostrado, vantajosamente proporcionado a montante da cabeça de injeção.

[0061] A parte móvel 10 compreende um pistão 30 capaz de se mover na coluna de injeção 22 da cabeça de injeção entre pelo menos uma primeira posição chamada de posição aberta e pelo menos uma segunda posição chamada posição fechada. Na posição aberta, a extremidade inferior 32 do pistão, a parede 21 da cabeça de injeção e a abertura 26 da coluna delimitam a câmara 25, o que corresponde na prática a uma porção da coluna 22 que se comunica com a cavidade 7 através da abertura 26 e se comunicando com o primeiro canal 23. Na posição fechada, a abertura 26 da coluna é bloqueada pela extremidade inferior 32 do pistão.

[0062] O pistão 30 compreende um recesso 31 em uma parte do seu comprimento, cuja dimensão é variável e depende das dimensões da cabeça de injeção e do dispositivo de moldagem. A seção transversal do pistão ao longo do recesso é reduzida em relação à seção transversal do corpo do pistão. O referido recesso delimita, com a superfície interna da coluna de injeção, um circuito para recircular a resina de polímero não injetada.

[0063] O vácuo é gerado através do primeiro canal 23 proporcionado na parede da cabeça de injeção. Durante a etapa de geração de vácuo, o pistão 30 está na posição aberta, bloqueando o segundo canal 24 sem bloquear o primeiro canal, de modo que é criado um vácuo na cavidade 7 do molde e na câmara formada pela porção de coluna 25 da cabeça de injeção 20, sem qualquer fuga de ar através da cabeça de injeção, em particular através do segundo canal 24.

[0064] A resina 50 é então injetada na cavidade 7 do molde através do primeiro canal 23 da cabeça de injeção de modo a impregnar o substrato fibroso 51 colocado previamente na referida cavidade. Durante a injeção de resina, o pistão 30 permanece na posição aberta, de modo a bloquear o segundo canal 24 sem bloquear o primeiro canal 23.

[0065] Quando a quantidade desejada de resina é injetada, o pistão 30 é deslocado para a posição fechada de modo a bloquear a abertura 26 da porção da coluna de injeção. Na posição fechada, o recesso 31 do pistão forma, com a parede 21 da cabeça de injeção, o primeiro canal 23 e o segundo canal 24, um circuito para recircular a resina não injetada. Durante a etapa de limpeza da resina não injetada, a resina circula na coluna de injeção 22 através do primeiro canal 23, circula no recesso 31 da punção e deixa a referida coluna através do segundo canal 24, permitindo a evacuação da resina.

[0066] Após limpar o circuito de recirculação, a punção 11 move-se ao longo da superfície lateral 5 do molde até atingir uma posição baixa, a qual varia dependendo do tipo e volume de resina injetada, de modo que entra em contato com a referida resina injetada. A parte móvel 10 comprime a resina, permitindo o espalhamento máximo da resina sobre toda a superfície do substrato fibroso, bem como a impregnação ótima do substrato fibroso com a referida resina. A etapa de limpeza do circuito de recirculação de resina pode ser realizada antes, durante ou após a etapa de compressão. Preferencialmente, as etapas de limpeza e compressão ocorrem simultaneamente.

[0067] Quando o processo de moldagem é conduzido com o dispositivo de moldagem descrito nesta modalidade é possível obter um volume da cavidade 7 que permanece constante entre a etapa de geração de vácuo e a etapa de injeção de resina. De fato, a punção 11 está na posição elevada e permanece na posição elevada enquanto a etapa de geração de vácuo e a etapa de injeção de resina são realizadas. Essa invariância da cavidade não é encontrada com os dispositivos de moldagem da técnica anterior, para os quais o volume da cavidade diminui e a pressão na cavidade aumenta entre a etapa de geração de vácuo e a etapa de injeção de resina.

[0068] Segunda modalidade ilustrada nas Figs. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4

[0069] O dispositivo de moldagem compreende todos os elementos descritos na primeira modalidade anterior e um rebordo 40. O dispositivo de moldagem destina-se à injeção de resina de um único componente. De fato, na segunda modalidade, a parte móvel 10 do referido dispositivo de moldagem 1 compreende um rebordo 40 no qual está localizada uma cabeça de injeção "de baixa pressão"20, de modo que o referido rebordo envolve a referida cabeça de injeção de baixa pressão. O rebordo 40 é capaz de se mover ao longo da superfície lateral 12 da punção 11, e em relação a superfície lateral 5 do molde. Em particular, o rebordo é capaz de se mover entre pelo menos uma primeira posição chamada posição aberta e pelo menos uma segunda posição chamada posição fechada.

[0070] Quando o rebordo está na posição aberta, a sua superfície inferior 41 delimita, com a superfície lateral 12 da punção e uma abertura 44, uma câmara que consiste em um espaço de contração 42 que se comunica com a cavidade 7 através da referida abertura e abre para dentro de um canal 13.

[0071] O espaço de contração 42 compreende uma ranhura periférica 43 localizada na superfície lateral 12 da punção. A referida ranhura é de preferência de seção transversal retangular e estende-se por toda a periferia da superfície lateral da punção. A presença de uma ranhura periférica torna possível obter um volume de geração de vácuo muito elevado e uma taxa de geração de vácuo muito elevada e, assim, um tempo de geração de vácuo que é grandemente reduzido em comparação com os dispositivos normalmente utilizados na indústria. Um dispositivo de moldagem deste tipo permite nomeadamente obter um tempo de geração de vácuo inferior ou igual a 5 segundos para um componente com uma área superficial igual a 1 m2, enquanto que o tempo de geração obtido na indústria é geralmente superior a 1 minuto.

[0072] O vácuo é gerado através do canal 13 localizado na punção da parte móvel 10, uma extremidade que abre para a câmara formada pelo espaço de contração 42, em particular na ranhura periférica 43 do espaço de contração que se comunica com a cavidade 7, e a outra extremidade se abre para o exterior da punção e está ligada a um sistema de geração de vácuo, tal como uma bomba de vácuo, por exemplo.

[0073] Na etapa de geração de vácuo, o pistão 30 está na posição fechada e bloqueia a abertura 26 da coluna de injeção 22. A punção 11 está na posição elevada e o rebordo 40 está na posição aberta de modo a formar o espaço de contração 42. Quando um vácuo é criado na cavidade e no espaço de contração, o rebordo desloca- se ao longo da superfície lateral 12 da punção até ficar na posição fechada, enchendo assim o espaço de contração 42. O rebordo obstrui a ranhura para impedir a entrada de ar através do canal 13 para dentro da cavidade 7 durante as etapas subsequentes do processo. Na posição fechada, a superfície inferior 41 do rebordo 40 está localizada ao mesmo nível que a superfície inferior 15 da punção, de modo que as referidas superfícies inferiores do rebordo e da punção constituem uma superfície de compressão 14. O rebordo é então fixado na punção, tornando-se integral com a referida punção, para garantir a hermeticidade da cavidade.

[0074] A resina 50 é então injetada na cavidade 7 do molde 2 de modo a impregnar previamente o substrato fibroso 51 colocado na referida cavidade. Durante a injeção da resina, a punção 11 permanece na posição elevada e o rebordo permanece na posição fechada. De modo semelhante à primeira modalidade, a resina é injetada através do primeiro canal 23 da cabeça de injeção, flui ao longo da coluna de injeção e depois entra em contato com o substrato fibroso na cavidade.

[0075] De modo semelhante à primeira modalidade anterior, quando a quantidade desejada de resina foi injetada na cavidade do molde, o pistão 30 é deslocado para a posição fechada de modo a bloquear a abertura 26 da porção da coluna de injeção 25. Na posição fechada, o recesso 31 do pistão 30 forma um circuito de recirculação de resina com a parede da cabeça de injeção, o primeiro canal 23 e o segundo canal 24. Durante a etapa de limpeza, a resina 50 circula no primeiro canal de injeção 23, circula na coluna de injeção no recesso do pistão, e deixa a referida coluna através do segundo canal 24, permitindo a evacuação da resina.

[0076] Após a limpeza, a parte móvel 10 do dispositivo de moldagem desloca-se ao longo da parede do molde até atingir uma posição baixa, a qual varia dependendo do tipo e volume de resina injetada, de modo que a superfície de compressão 14 entre em contato com referida resina injetada. A parte móvel comprime a resina, permitindo o espalhamento máximo da resina sobre toda a superfície do substrato fibroso 51, bem como a impregnação ótima do substrato fibroso com a referida resina. A etapa de limpeza pode ocorrer antes, durante ou após a etapa de compressão. Preferencialmente, as etapas de limpeza e compressão ocorrem simultaneamente.

[0077] Terceira modalidade ilustrada nas Figuras 3.1, 3.2, 3.3, 3.4

[0078] O dispositivo de moldagem compreende os elementos 2, 3, 4 e 11 descritos na segunda modalidade anterior, mas difere em relação à estrutura e ao funcionamento da cabeça de injeção e do pistão que é móvel na referida cabeça de injeção. O dispositivo de moldagem se destina principalmente à injeção de dois componentes de resina, mas também permite a injeção de um único componente de resina.

[0079] Na verdade, a chamada cabeça de injeção de “alta pressão” 20 pode ser utilizada com uma pressão de injeção de resina geralmente entre 50 bar e 100 bar. Ela compreende, na sua parede 21, um primeiro canal inferior 23.1 e um primeiro canal superior 23.2 localizado diretamente um acima do outro, bem como um segundo canal inferior 24.1 e um segundo canal superior 24.2 localizado diretamente um acima do outro. O primeiro e segundo canais inferiores são opostos um ao outro e ficam face um ao outro. De modo semelhante, o primeiro e o segundo canais superiores são opostos uns em relação aos outros e ficam face um ao outro.

[0080] A cabeça de injeção 20 adicionalmente compreende um pistão hidráulico 30 que compreende um recesso 31 sobre uma parte do seu comprimento, sendo o referido pistão hidráulico capaz de se mover ao longo da coluna 22 da referida cabeça de injeção entre pelo menos uma primeira posição, denominada posição aberta, e uma segunda posição, denominada posição fechada.

[0081] Na posição aberta, a extremidade inferior 32 do pistão, a parede 21 da cabeça de injeção e a abertura 26 da coluna delimitam uma porção de coluna 25 especificamente destinada a receber uma resina de polímero antes de ser injetada na cavidade 7.

[0082] Na posição fechada, a abertura da coluna 26 é bloqueada pela extremidade inferior 32 do pistão. Além disso, o recesso 31 proporcionado sobre uma parte do pistão hidráulico e os canais superior e inferior formam circuitos para a circulação da resina de polímero. Um primeiro circuito é formado pelo recesso 31 do pistão, pelo primeiro canal inferior 23.1 e pelo primeiro canal superior 23.2. Um segundo circuito é formado pelo recesso 31 do pistão, pelo segundo canal inferior 24.1 e pelo segundo canal superior 24.2.

[0083] Conforme descrito acima, o pistão 30 é um pistão hidráulico que permite a injeção da resina de polímero em alta pressão. De modo a poder aplicar essa pressão sobre o pistão, a cabeça de injeção compreende um espaço 27 capaz de receber a extremidade superior 33 do pistão.

[0084] A geração do vácuo é realizada de forma semelhante à segunda forma de realização, através de um canal 13 localizado na punção da parte móvel, uma extremidade da qual abre para a câmara formada pelo espaço de retração 42, em particular na ranhura periférica 43 do espaço de encolhimento que comunica com a cavidade 7 através de uma abertura 44 e a outra extremidade se abre para o exterior da punção e está ligada a um sistema de geração de vácuo, tal como uma bomba de vácuo, por exemplo.

[0085] Na etapa de geração de vácuo, o pistão está na posição fechada e bloqueia a abertura 26 da coluna de injeção. A punção 11 está na posição elevada e o rebordo 40 está na posição aberta de modo a formar o espaço de retração 44. Os componentes A e B são recirculados na cabeça de injeção, no primeiro circuito e no segundo circuito, respectivamente. A velocidade de recirculação dos componentes A e B é ajustada de modo a permitir uma mistura ótima dos referidos componentes a alta pressão durante a etapa subsequente de injeção de resina. Em particular, a taxa de recirculação dos componentes A e B pode ser a mesma ou diferente da velocidade de injeção da resina durante a etapa subsequente de injeção de resina.

[0086] Quando é criado um vácuo na cavidade e no espaço de contração, o rebordo 40 desloca-se ao longo da superfície lateral 12 da punção até ficar na posição fechada, enchendo assim o espaço de contração 42. O rebordo obstrui a ranhura 43 de modo a impedir a entrada de ar através do canal 13 para dentro da cavidade 7 durante as etapas subsequentes do método. Na posição fechada, a superfície inferior 41 do rebordo está localizada ao mesmo nível que a superfície inferior 15 da punção, de modo que as referidas superfícies inferiores do rebordo e da punção formam uma superfície de compressão 14. O rebordo é então fixo à punção, tornando-se integral com a referida punção, para garantir a hermeticidade da cavidade.

[0087] A resina 50 é então injetada na cavidade 7 do molde de modo a impregnar previamente o substrato fibroso 51 colocado na referida cavidade antecipadamente. Na etapa de injeção de resina, o pistão 30 está na posição aberta, e o primeiro canal inferior 23.1 e o segundo canal inferior 24.1 abrem assim na porção de coluna 25.

[0088] Os componentes A e B são injetados através do primeiro canal inferior e do segundo canal inferior, respectivamente, na porção de coluna onde entram em contato um com o outro em alta pressão. A pressão de injeção e a taxa de injeção dos componentes A e B podem ser selecionadas para serem iguais ou diferentes da pressão de recirculação e da taxa de recirculação dos referidos componentes A e B.

[0089] Colocar os componentes A e B em contato na porção de coluna em alta pressão e com uma taxa de fluxo elevada torna possível obter uma mistura homogênea dos referidos componentes e assim obter uma resina de polímero homogênea para uma impregnação ótima do material fibroso substrato.

[0090] Quando a quantidade desejada de resina foi injetada na cavidade do molde, o pistão 30 é deslocado para a posição fechada de modo a bloquear a abertura 26 da porção da coluna de injeção. Os componentes A e B são então recirculados na cabeça de injeção, no primeiro circuito e no segundo circuito, respectivamente, como na etapa de geração de vácuo.

[0091] Depois da recirculação da resina, a parte móvel 10 do dispositivo de moldagem desloca-se ao longo da superfície lateral 5 do molde até atingir uma posição baixa, a qual varia dependendo do tipo e volume de resina injetada, de modo que a superfície de compressão 14 entra em contato com a referida resina injetada. A parte móvel comprime a resina, permitindo o espalhamento máximo da resina sobre toda a superfície do substrato fibroso, bem como a impregnação ótima do substrato fibroso com a referida resina. A etapa de recirculação da resina pode ser realizada antes, durante ou após a etapa de compressão. Preferencialmente, as etapas de recirculação e de compressão ocorrem simultaneamente.

[0092] A injeção pode ser realizada em um molde de componente único ou de dois componentes.

[0093] Os componentes A e B podem ser também diferentes e cada um pode consistir de uma resina de polímero diferente, levando a injeção de dois componentes de duas resinas poliméricas diferentes.

[0094] A injeção pode ser realizada no modo multi-componente, isto é, com um número de componentes maior ou igual a 2, adaptando adequadamente o número de canais inferiores e superiores, bem como o número de circuitos para recirculação de resina.

[0095] Alternativamente, é também possível injetar apenas o componente A ou apenas o componente B, no modo de componente único, cada um consistindo em uma resina de polímero.

MÉTODO DE FABRICAÇÃO DOS COMPONENTES DE COMPÓSITO ESTRUTURADOS OU SEMI-ESTRUTURADOS

[0096] O dispositivo de moldagem descrito permite a fabricação de componentes de compósito estruturados ou semi-estruturados. Os componentes são obtidos como descrito com as várias formas de realização por moldagem utilizando resina de polímero, nomeadamente com uma ou mais resinas de polímero termoplásticas ou termorrígidas, e um substrato fibroso. Estas resinas de polímero podem também ser chamadas de pré-polímeros, uma vez que são os precursores da matriz polimérica do material compósito obtido após ser sujeito à polimerização no dispositivo de moldagem utilizado no processo de moldagem.

[0097] O método compreende mais particularmente as etapas de: - posicionar um substrato fibroso 51 sobre o fundo 6 da cavidade 7 do dispositivo de moldagem. O molde 2 do dispositivo de moldagem está na posição aberta para permitir o posicionamento do substrato fibroso na cavidade do referido molde. O dispositivo de moldagem é então fechado por meio do contato da parte superior 4 e da parte inferior 3 do referido dispositivo de moldagem e, em seguida, pressionando a referida parte superior contra a referida parte inferior por meio de um sistema de fechamento, tal como uma prensa, por exemplo, ou qualquer outro sistema de fechamento do dispositivo de molde comumente usado na indústria. - criar um vácuo na cavidade 7, ou gerar vácuo para dentro da cavidade, através do canal previsto para este fim. O canal de geração de vácuo está localizado na parte móvel do dispositivo de moldagem e abre para a câmara 25 ou 40 que comunica com a cavidade 7. O canal de geração de vácuo destina-se a ser ligado a um sistema de geração de vácuo, tal como uma bomba de vácuo, por exemplo, para executar a etapa de geração de vácuo para dentro da cavidade. Assim, no final da etapa de geração de vácuo, um vácuo é criado na câmara e na cavidade. - impregnar um substrato fibroso, previamente posicionado na cavidade 7 do dispositivo de moldagem, com a resina de polímero, no molde de componente único ou multi-componente, em particular no molde de dois componentes.

[0098] A etapa de impregnação compreende uma etapa de injeção de resina para a cavidade e então uma etapa de compressão substrato fibroso.

[0099] A resina é injetada através do canal de injeção localizado na parte móvel 10, que é a mesma que a utilizada anteriormente para gerar vácuo na primeira modalidade. Este canal é proporcionado na parede da cabeça de injeção 20 e compreende uma extremidade que abre para a coluna de injeção 22 e outra extremidade que se abre para o exterior da cabeça de injeção. Uma quantidade predeterminada de resina 51 é injetada através do canal, passa através da cabeça de injeção e depois entra na cavidade, entrando em contato com o substrato fibroso 51 para formar um material compósito. Após polimerização da resina, obtém-se uma resina polimerizada, que constitui a matriz polimérica do material compósito.

[00100] O método de moldagem realizado com o dispositivo de moldagem de acordo com a invenção torna possível obter um volume da cavidade 7 que não varia entre a etapa de geração de vácuo e a etapa de injeção de resina 50. O dispositivo de moldagem proposto também torna possível obter uma pressão que é invariante ou quase invariante entre a etapa de geração de vácuo e a etapa de injeção de resina. "Pressão quase invariante" significa uma variação desprezível da pressão na cavidade, bem como efeitos desprezíveis da referida variação de pressão sobre a qualidade dos componentes compósitos obtidos.

[00101] Na verdade, na primeira modalidade, a posição da punção 11 não muda entre a geração do vácuo e a injeção da resina. Nas segunda e terceira modalidades, a punção permanece fixa e apenas o rebordo 40 se move da posição aberta para a posição fechada, para encher a câmara formada pelo espaço de retração 42. O aumento da pressão na cavidade 7 devido ao deslocamento do rebordo é desprezável, uma vez que a proporção da área da abertura 26 do espaço de contração para a área total da cavidade e, portanto, da área do componente obtido é inferior a 5%.

[00102] O dispositivo de moldagem para a fabricação de componentes compósitos de acordo com a segunda e terceira modalidades da invenção também torna possível obter uma área muito grande de estiramento a vácuo e assim gerar um vácuo superior a 10 MPa (100 mbar), de preferência superior a 5 MPa (50 mbar), em menos de 10 segundos, preferencialmente menos de 5 segundos. Vácuo muito elevado significa uma pressão no molde e de preferência na cavidade abaixo de 10 MPa (100 mbar), de preferência abaixo de 5 MPa (50 mbar).

[00103] Um dispositivo de moldagem deste tipo permite, consequentemente, obter componentes compósitos com um número menor de defeitos e / ou imperfeições e impregnação ótima do substrato fibroso com a resina polimérica.

SUBSTRATO FIBROSO

[00104] Em relação ao substrato fibroso, o referido substrato tem, de preferência, dimensões correspondentes às dimensões da cavidade de moldagem, de modo que o referido substrato fibroso cobre completamente ou quase completamente o fundo da referida cavidade de moldagem.

[00105] O substrato fibroso compreende preferencialmente fibras longas, cuja razão L / D (razão entre comprimento e diâmetro) é superior a 1000, de preferência superior a 2000, vantajosamente superior a 3000, mais vantajosamente superior a 5000, ainda mais vantajosamente superior a 6000, ainda mais vantajosamente superior a 7500, e mais vantajosamente superior a 10000.

AS FIBRAS

[00106] As fibras do substrato podem ser contínuas e na forma de uma montagem, que pode ser uma pré-forma. Podem estar sob a forma de reforço unidirecional (UD) ou multidirecional (2D, 3D). Em particular, podem estar na forma de tecidos, roupas, camadas, tiras ou tranças e podem também ser cortados, por exemplo, sob a forma de não-tecidos (tapetes) ou sob a forma de feltros.

[00107] As fibras do substrato têm um diâmetro entre 0,005 μm e 100 μm, preferencialmente entre 1 μm e 50 μm, mais preferencialmente entre 3 μm e 30 μm, e vantajosamente entre 5 μm e 25 μm.

[00108] As fibras do substrato podem ser selecionadas de: - fibras minerais, estas últimas tendo de preferência, pontos de fusão Tm elevados, acima das temperaturas de aplicação, - fibras de polímero ou poliméricas, tendo preferencialmente um ponto de fusão Tm' ou na ausência de Tm', uma temperatura de transição vítrea Tg', bem acima das temperaturas de aplicação, - ou misturas das fibras acima mencionadas.

[00109] Mais particularmente, as fibras podem ser selecionadas como segue: - as fibras minerais podem ser selecionadas de: fibras de carbono, fibras de nanotubo de carbono, fibras de vidro, notavelmente do tipo E, R ou S2, fibras de boro, fibras de cerâmica, notavelmente fibras de carboneto de silício, fibras de carboneto de boro, fibras de carbonitreto de boro, fibras de nitreto de silício, fibras de nitreto de boro, fibras de basalto, fibras ou filamentos à base de metais e/ou ligas de metal, fibras à base de óxidos de metal tais como Al2O3, fibras metalizadas tais como fibras de vidro metalizadas e fibras de carbono metalizadas ou misturas das fibras acima mencionadas, e - as fibras de polímero ou poliméricas, sob as condições mencionadas acima, são selecionados de: fibras de polímeros termoplásticos, mais particularmente selecionados de: tereftalato de polietileno (PET), tereftalato de politubileno (PBT), fibras de poliamidas, fibras de aramida (tal como Kevlar®) e poliamidas aromáticas tais como aquelas que correspondem a uma das fórmulas: PPD.T, MPD.I, PAA e PPA, onde PPD e MPD são p- e m-fenilenodiamina respectivamente, PAA significa poliarilamidas e PPA significa poliftalamidas, fibras de copolímeros em bloco de poliamida tais como poliamida/poliéter, fibras de poliariletercetonas (PAEK) tais como polieteretercetona (PEEK), polietercetonacetona (PEKK), polietercetonaetercetonacetona (PEKEKK).

[00110] As fibras de reforço preferidas são fibras longas selecionadas de: fibras de carbono incluindo as fibras metalizadas, fibras de vidro incluindo as metalizadas do tipo E, R, S2, fibras de aramidas (tais como Kevlar®) ou de poliamidas aromáticas, fibras de poliariletercetonas (PAEK) tais como polieteretercetona (PEEK), fibras de polietercetonacetona (PEKK), fibras de polietercetonaetercetonacetona (PEKEKK) ou misturas das mesmas.

[00111] As fibras mais particularmente preferidas são selecionadas de: fibras de vidro, fibras de carbono, fibras de cerâmica e fibras de aramidas (tais como Kevlar®) ou misturas das mesmas.

[00112] As referidas fibras podem representar níveis de 40 a 70 % em volume, preferencialmente de 45 a 70 % em volume e ainda mais preferencialmente de 50 a 65 % em volume do referido material compósito.

[00113] A montagem de fibras pode ser aleatória (mat), unidirecional (UD) ou multidireccional (2D, 3D ou alguma outra). O seu "peso", isto é, o seu peso por metro quadrado, pode variar de 100 a 1000 g/m2, de preferência de 150 a 900 g/m2 e ainda mais preferencialmente de 200 a 700 g/m2.

A RESINA DE POLÍMERO

[00114] A resina de polímero indicada pela referência 50 nas figuras é injetada para o dispositivo de moldagem 1.

[00115] Aqui, resina de polímero significa uma composição química líquida viscosa compreendendo componentes que compreendem grupos reativos. Quando é injetada no dispositivo de moldagem 1, a referida resina torna possível, por impregnação do substrato fibroso 51 e subsequente polimerização da referida resina, formando assim uma resina polimerizada, para se obter um componente compósito para várias aplicações, por exemplo nos campos do transporte ferroviário, da aeronáutica ou da construção e edificação.

[00116] As resinas utilizadas são resinas reativas, permitindo a polimerização in situ. Estas resinas são líquidas, com uma viscosidade inferior ou igual a 10 000 mPa.s a uma determinada temperatura inferior ou igual a 300 °C.

[00117] A injeção de uma resina de polímero pode ser realizada no modo de componente único de acordo com a primeira modalidade e a segunda modalidade, ou no modo de múltiplos componentes e, em particular, no modo de dois componentes de acordo com a terceira modalidade.

[00118] A resina compreende um xarope que compreende pelo menos um polímero ou oligômero que pode ou não ser reativo e pelo menos um monômero ou um extensor de cadeia capaz de reagir com o referido monômero ou oligômero se o referido polímero ou oligômero for reativo. A resina também compreende pelo menos um iniciador ou catalisador destinado a reagir com o monômero ou extensor de cadeia para iniciar a polimerização.

[00119] Em particular, a polimerização da resina pode ser uma polimerização por radical, ou uma poliadição ou policondensação.

[00120] No caso de injeção de componente único: - Por polimerização radicalar: a resina compreende um xarope que compreende pelo menos um polímero ou oligômero, que pode ou não ser reativo, e pelo menos um monômero. A resina também compreende pelo menos um iniciador destinado a reagir com o monômero e / ou polímero ou oligômero, se o referido polímero ou oligômero é reativo, para iniciar a polimerização. - Por poliadição ou policondensação: a resina compreende um xarope que compreende pelo menos um polímero ou oligômero reativo. A resina também compreende pelo menos um extensor de cadeia destinado a reagir com o polímero ou oligômero reativo, para iniciar a polimerização.

[00121] A injeção de componente único de resina pode ser empregada com todas as três modalidades do dispositivo de moldagem da invenção e mais vantajosamente com a primeira e segunda modalidades.

[00122] As resinas usadas para injeção de componente único compreendem: - Resinas de poliéster termorrígidas, consistindo em polímeros de poliéster insaturados diluídos em um ou mais monômeros reativos, na presença de aditivos. O polímero e/ou os polímeros e o monômero e/ou monômeros são polimerizáveis por polimerização radicalar, iniciando-se a polimerização por um iniciador tal como um peróxido, por exemplo, com ou sem um acelerador. O monômero reativo é geralmente estireno, mas também pode compreender outros monômeros vinílicos, tais como monómeros (met)acrílicos, mesmo que não em combinação com estireno. - Resinas de éster vinílico termorrígidas, consistindo em polímeros epóxi metacrilados diluídos em um ou mais monômeros reativos, na presença de aditivos. O polímero e/ou os polímeros e monômero e/ou monômeros são polimerizáveis por polimerização radicalar, iniciando-se a polimerização por um iniciador tal como um peróxido, por exemplo, com ou sem um acelerador. O monômero reativo é geralmente estireno, mas também pode compreender outros monômeros vinílicos, tais como monômeros (met) acrílicos, quer sejam ou não em combinação com estireno. - Resinas acrílicas termorrígidas, consistindo em polímeros de uretano (met) acrilados ou poliésteres (met)acrilados diluídos em um ou mais monômeros reativos, na presença de aditivos. O polímero e/ou os polímeros e monômero e/ou monômeros são polimerizáveis por polimerização radicalar, iniciando-se a polimerização por um iniciador tal como um peróxido, por exemplo, com ou sem um acelerador. O monômero reativo é geralmente metacrilato de metila, mas também pode compreender outros monômeros vinílicos, tais como estireno ou monômeros (met)acrílicos, quer se encontrem ou não em combinação com metacrilato de metila. - Misturas dos três tipos de resinas descritas acima. - Resinas acrílicas termoplásticas consistindo em pelo menos um polímero e pelo menos um monômero, e um iniciador para iniciar a polimerização do referido pelo menos um monômero. O monômero ou monômeros são polimerizáveis por polimerização radicalar, iniciando-se a polimerização por um iniciador tal como um peróxido, por exemplo, com ou sem um acelerador. O monômero reativo é geralmente metacrilato de metila, mas pode também compreender outros monômeros vinílicos, tais como monómeros (met)acrílicos, quer se encontrem ou não em combinação com metacrilato de metila. - Resinas de poliamida termoplásticas (PA e PAHT), tais como aquelas descritas nos documentos EP 1191050 e EP 2586585, incorporados por referência. Particularmente e como um exemplo, podemos mencionar resinas de poliamida termoplásticas compreendendo pelo menos um monômero de lactama, tais como β,β- dimetilpropiolactama, α,α-dimetilpropiolactama, amilolactama, caprolactama, capril- lactama e lauril-lactama.

[00123] No caso da chamada injeção de dois componentes: - Por polimerização radicalar: a resina compreende um componente A consistindo em um xarope que compreende pelo menos um polímero ou oligômero, que pode ou não ser reativo, e pelo menos um monômero. A resina também compreende um componente B compreendendo pelo menos um iniciador destinado a reagir com o monômero e / ou polímero ou oligômero, se o referido polímero ou oligômero for reativo, para iniciar a polimerização. - Por poliadição ou policondensação: a resina compreende um componente A consistindo em um xarope que compreende pelo menos um polímero ou oligômero reativo. A resina também compreende um componente B compreendendo pelo menos um extensor de cadeia destinado a reagir com o polímero ou oligômero reativo, para iniciar a polimerização.

[00124] Os componentes A e B são colocados em contato durante a injeção da resina de polímero em um dispositivo de moldagem, evitando assim uma etapa de armazenamento de uma mistura de componentes A e B a baixa temperatura.

[00125] A injeção de resina com dois componentes pode ser realizada com a terceira modalidade do dispositivo de moldagem da invenção.

[00126] As resinas usadas para injeção de multi-componentes, em particular a injeção de dois componentes, compreendem: - Resinas de poliéster termorrígidas, consistindo em polímeros de poliéster insaturados diluídos em um ou mais monômeros reativos, na presença de aditivos. O polímero e / ou os polímeros e os monômeros e / ou monômeros são polimerizáveis por polimerização radicalar, iniciando-se a polimerização por um iniciador tal como um peróxido, por exemplo, com ou sem um acelerador. O monômero reativo é geralmente estireno, mas também pode compreender outros monômeros vinílicos, tais como monômeros (met)acrílicos, mesmo que não em combinação com estireno. - Resinas de éster vinílico termorrígidas, consistindo em polímeros epóxi metacrilados diluídos em um ou mais monômeros reativos, na presença de aditivos. O polímero e / ou os polímeros e monômero e / ou monômeros são polimerizáveis por polimerização radicalar, iniciando-se a polimerização por um iniciador tal como um peróxido, por exemplo, com ou sem um acelerador. O monômero reativo é geralmente estireno, mas também pode compreender outros monómeros vinílicos, tais como monómeros (met)acrílicos, quer sejam ou não em combinação com estireno. - Resinas acrílicas termorrígidas, consistindo em polímeros de uretano (met)acrilados ou poliésteres (met)acrilados diluídos em um ou mais monômeros reativos, na presença de aditivos. O polímero e/ou os polímeros e monômero e/ou monômeros são polimerizáveis por polimerização radicalar, iniciando-se a polimerização por um iniciador tal como um peróxido, por exemplo, com ou sem um acelerador. O monômero reativo é geralmente metacrilato de metila, mas também pode compreender outros monómeros vinílicos, tais como estireno ou monômeros (met)acrílicos, quer se encontrem ou não em combinação com metacrilato de metila. - Misturas dos três tipos de resinas descritos abaixo. - Resinas de poliuretano termorrígidas, à base de polímeros ou oligômeros com funções isocianato, na presença de aditivos e / ou diluentes. A polimerização é realizada por poliadição ou policondensação de um poliol ou de uma poliamina, opcionalmente na presença de um acelerador. - Resinas epóxi termorrígidas, à base de polímeros ou oligômeros com funções epóxi, na presença de aditivos e / ou diluentes. A polimerização é realizada por poliadição ou policondensação de uma poliamina ou de um anidrido, opcionalmente na presença de um acelerador. - Resinas acrílicas termoplásticas consistindo de pelo menos um polímero e pelo menos um monômero, e um iniciador para iniciar a polimerização do referido pelo menos um monômero. O monômero ou monômeros são polimerizáveis por polimerização radicalar, iniciando-se a polimerização por um iniciador tal como um peróxido, por exemplo, com ou sem um acelerador. O monômero reativo é geralmente metacrilato de metila, mas pode também compreender outros monômeros vinílicos, tais como monômeros (met) acrílicos, quer se encontrem ou não em combinação com metacrilato de metila. - Resinas de poliamida termoplásticas (PA e PAHT), tais como aquelas descritas nos documentos EP 1191050 e EP 2586585, incorporadas por referência. Notavelmente e como um exemplo. Podemos mencionar as resinas de poliamida termoplásticas compreendendo pelo menos um monômero de lactama, tais como β,β- dimetilpropiolactama, α,α-dimetilpropiolactama, amilolactama, caprolactama, capril- lactama d-lauril-lactama.

OS COMPONENTES COMPÓSITOS

[00127] O dispositivo de moldagem e o método acima descritos tornam possível produzir um componente compósito, ou um componente compósito estruturado ou semi-estruturado, em particular um componente que não compreende qualquer canal de moldagem residual e que pode ser utilizado após a liberação do molde sem qualquer Tratamento de acabamento.

[00128] Mais particularmente, o referido componente é "net-shape" de acordo com o termo que é corrente na indústria de moldagem, que significa que não requer qualquer usinagem ou acabamento especial antes da utilização final. Isto está ligado às condições específicas de fabricação e em particular à moldagem em um molde que funciona sob vácuo e, portanto, sem a necessidade de uma ventilação, a qual normalmente (quando presente) requer, no desmoldamento, a remoção do canal de saída formado em conexão com esta ventilação, por usinagem adicional e acabamento. Esta é uma diferença importante na estrutura final e uma vantagem adicional significativa em relação à técnica anterior neste campo. De fato, o dispositivo é adequado para a fabricação industrial de componentes compósitos estruturados ou semi-estruturados; notavelmente, existe um ganho de produtividade, sem desperdícios e componentes mecânicos livres de defeitos, com consequências em termos de propriedades mecânicas melhoradas.

[00129] O componente estruturado ou semi-estruturado assim obtido pode ser utilizado para várias aplicações finais, em particular nos sectores de automóveis, transporte rodoviário, tais como componentes para caminhões, transporte ferroviário, marítimo e aeronáutico, fotovoltaica, solar (térmica) em particular componentes das centrais eléctricas solares, da energia eólica, do espaço, da construção e da engenharia civil, do mobiliário e da infra-estrutura urbana, das atividades de sinalização, desportivas e de lazer.

Claims (22)

1. Dispositivo de moldagem (1) para a fabricação de componentes compósitos estruturados ou semi-estruturados compreendendo uma resina de polímero (50) e um substrato fibroso (51), caracterizado pelo fato de que compreende: - um molde (2) compreendendo um fundo e uma superfície lateral, e uma parte inferior (3) e uma parte superior (4) que é capaz de entrar em contato com a referida parte inferior de modo a fechar o molde, - uma parte móvel (10) capaz de se mover ao longo da superfície lateral do molde, compreendendo uma superfície de compressão (14) que forma uma cavidade (7) com o fundo e a superfície lateral (5) do referido molde (2), a parte móvel (10) compreendendo um canal de geração de vácuo (13, 23) aberto para uma câmara (25, 42) localizada acima da cavidade e em comunicação com a referida cavidade (7), e em que a parte móvel (10) adicionalmente compreende uma punção (11) capaz de se mover ao longo da superfície lateral do molde, e uma cabeça de injeção (20), a referida cabeça de injeção sendo dotada de uma parede (21) que define uma coluna de injeção (22) em comunicação com a cavidade (7) por uma abertura (26).

2. Dispositivo de moldagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende um pistão (30) que compreende uma parte inferior (32) dotada de uma superfície inferior, uma parte superior (33), e um recesso (31), o referido pistão sendo capaz de se mover ao longo da coluna de injeção (22) entre pelo menos uma primeira posição chamada posição aberta, na qual a sua superfície inferior define, com a parede da cabeça de injeção e a abertura, uma porção inferior da coluna de injeção, e pelo menos uma segunda posição, na qual o pistão bloqueia a abertura da coluna de injeção.

3. Dispositivo de moldagem, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que o canal de geração de vácuo (23) consiste de um primeiro canal que passa através da parede da cabeça de injeção (20), e abre para a câmara que consiste da porção inferior (25) da coluna de injeção (22).

4. Dispositivo de moldagem, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o canal de geração de vácuo (23) é também um canal para injetar resina de polímero (50).

5. Dispositivo de moldagem de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a cabeça de injeção (20) adicionalmente compreende um segundo canal (24) que passa através da parede da cabeça de injeção, e permite a evacuação da resina (50) da coluna (22).

6. Dispositivo de moldagem, de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que, na posição fechada, o pistão (30) forma, no nível de seu recesso (31), com a parede da cabeça de injeção, primeiro canal (23), e o segundo canal (24), um circuito para recirculação de resina não injetada.

7. Dispositivo de moldagem, de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a parte móvel (10) adicionalmente compreende um rebordo (40) capaz de se deslocar ao longo da superfície lateral da punção (11), entre pelo menos uma primeira posição, chamada posição aberta, na qual a superfície inferior do rebordo (40) define, com a superfície lateral da punção, um espaço de retração (42) em comunicação com a cavidade (7) através de uma abertura (44), e pelo menos uma segunda posição, chamada posição fechada, na qual o rebordo bloqueia a referida abertura (44).

8. Dispositivo de moldagem, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o espaço de retração (42) compreende uma ranhura periférica (43) localizada na punção (30).

9. Dispositivo de moldagem, de acordo com as reivindicações 1, 7 e 8, caracterizado pelo fato de que o canal de geração de vácuo (13) consiste de um canal localizado na punção e aberto para a câmara (42) consistindo do espaço de contração, ou para a ranhura periférica (43) do referido espaço de retração.

10. Dispositivo de moldagem, de acordo com as reivindicações 1, e 7 a 9, caracterizado pelo fato de que a cabeça de injeção (20) adicionalmente compreende pelo menos um primeiro canal (23) que passa através de sua parede para injetar a resina e pelo menos um segundo canal (24) que passa através de sua parede para evacuar a resina da cabeça de injeção.

11. Dispositivo de moldagem, de acordo com as reivindicações 1, 2 e 10, caracterizado pelo fato de que o primeiro canal (23) e o segundo canal (24) formam, com o recesso (31) do pistão e a parede (21) da cabeça de injeção, um circuito para recirculação de resina não injetada.

12. Dispositivo de moldagem, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que a cabeça de injeção (20) adicionalmente compreende, em sua parede, pelo menos um primeiro canal inferior (23.1) para injetar a resina e pelo menos um primeiro canal superior (23.2) para evacuar a resina da referida cabeça de injeção, os referidos primeiros canais inferior e superior posicionados diretamente um acima do outro e formando, com o recesso do pistão e a parede da cabeça de injeção, pelo menos um circuito de recirculação de resina.

13. Dispositivo de moldagem, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que a cabeça de injeção (10) adicionalmente compreende, em sua parede, pelo menos um segundo canal inferior (24.1) para injetar a resina e pelo menos um segundo canal superior (24.2) para evacuar a resina da referida cabeça de injeção, os referidos segundos canais inferior e superior posicionados diretamente um acima do outro e formando, com o recesso do pistão e a parede da cabeça de injeção, pelo menos um circuito de recirculação de resina.

14. Dispositivo de moldagem, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que a cabeça de injeção (20) compreende, em sua parede, n canais inferiores para injetar a resina e m canais superiores para evacuar a resina da coluna de injeção, n sendo maior ou igual a 2, m sendo maior ou igual a 2, n sendo igual ou diferente de m, de modo a formar n circuitos de recirculação de resina se n for menor do que m, ou m circuitos de recirculação quando m for menor do que n.

15. Dispositivo de moldagem, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que a parte superior da coluna de injeção (22) consiste de um espaço (27) destinado a ser pressurizado, e capaz de receber a parte superior do pistão, o referido pistão sendo hidráulico, de modo a permitir o deslocamento do referido pistão ao longo da coluna de injeção.

16. Método de fabricação de componentes compósitos estruturados ou semi-estruturados compreendendo uma resina de polímero e um substrato fibroso, caracterizado pelo fato de ser realizado utilizando um dispositivo de injeção como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 15, e compreendendo as seguintes etapas: a) posicionar o substrato fibroso na cavidade, b) gerar vácuo na cavidade por meio do canal de geração de vácuo localizado na parte móvel do dispositivo de moldagem, c) impregnar o substrato fibroso injetando uma quantidade pré- determinada de resina de polímero na cavidade por meio do canal de injeção de resina, depois comprimindo a referida resina pela parte móvel do dispositivo de moldagem.

17. Método de fabricação, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende uma etapa de limpeza do circuito ou dos circuitos para recirculação da resina não injetada na cavidade, e a referida etapa de limpeza podendo ser realizada antes, durante ou após a etapa de compressão de resina.

18. Método de fabricação, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende uma etapa de fechamento de câmara, antes da etapa de injeção de resina.

19. Método de fabricação, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de fechamento de câmara consiste em bloquear a abertura da porção inferior da coluna de injeção pela superfície inferior do pistão, deslocando o referido pistão para a posição fechada.

20. Método de fabricação de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de fechamento de câmara consiste em bloquear a abertura do espaço de contração pela superfície inferior do rebordo, deslocando o referido rebordo para a posição fechada.

21. Método de fabricação de um componente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 20, utilizando um dispositivo de injeção como definido nas reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que permite a injeção de componente único da resina de polímero.

22. Método de fabricação de um componente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 20, utilizando um dispositivo de injeção como definido nas reivindicações 12 a 15, caracterizado pelo fato de que permite a injeção de dois componentes da resina de polímero.

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