BR112018009470B1 - Véu híbrido, laminado compósito, pré-forma fibrosa configurada para infusão de resina líquida, préimpregnado, fita fibrosa adequada para uso em um processo de assentamento de fita automatizada (atl) ou colocação de fibra automatizada (afp), tecido que pode ser infundido com uma resina líquida, tecido tecido que é permeável a líquido e gás - Google Patents

Abstract

VÉU HÍBRIDO, LAMINADO COMPÓSITO, PRÉ-FORMA FIBROSA, PRÉ-IMPREGNADO, FITA DE PRÉ- IMPREGNADO, FITA FIBROSA, TECIDO, ESTRUTURA COMPÓSITA POLIMÉRICA REFORÇADA COM FIBRA, E, MÉTODOS PARA FABRICAR UM PRÉ-IMPREGNADO MODIFICADO E PARA FABRICAR UMA ESTRUTURA COMPÓSITA. Trata-se de um véu híbrido flexível de autossuporte que é permeável a líquido e gás. O véu híbrido inclui: (a) fibras aleatoriamente arranjadas entremeadas na forma de uma estrutura não tecida; (b) partículas dispersas por toda a estrutura não tecida, em que uma maioria das partículas é penetrante através da espessura da estrutura não tecida; e (c) um aglutinante polimérico ou resinoso presente por todo o véu. Tal véu híbrido pode ser incorporado em laminados compósitos, pré-impregnados, tecidos e préformas fibrosas.

Description

[001] O uso de compósitos de polímero reforçados com fibra se torna mais prevalente em estruturas de aeronave primárias, por exemplo, fuselagem de aeronave, assim como em bens esportivos de alto desempenho, estruturas de energia marinha e eólica. As vantagens dos compósitos de polímero reforçados com fibra incluem alta razão de força-peso, excelente tolerância à fadiga, resistência à corrosão e flexibilidade, permitindo uma redução significativa em partes de componente, e reduzindo a necessidade de fechos e juntas.

[002] Métodos convencionais para produzir materiais compósitos reforçados com fibra incluem impregnar fibras de reforço com uma resina de matriz curável para formar pré-impregnados. Esse método é frequentemente chamado de método de “pré-impregnamento”. Partes compósitas estruturais podem ser feitas moldando-se múltiplas camadas de pré-impregnados em uma superfície de molde seguido por consolidação e cura.

[003] Mais recentemente, partes compósitas de polímero reforçadas com fibra são feitas por processos de infusão de resina líquida, que incluem Moldagem de Transferência de Resina (RTM) e Moldagem de Transferência de Resina Auxiliada por Vácuo (VARTM). Em um processo de infusão de resina típica, uma pré-forma pré-modelada de materiais fibrosos secos é colocada em um molde, então a resina líquida é injetada, geralmente sob alta pressão, no molde de modo a infundir a pré-forma diretamente IN-SITU. A pré- forma é composta de múltiplas camadas de fibras de reforço sem resina ou tecidos sem tecido, que são moldados de modo similar ao modo que os pré- impregnados impregnados com resina são moldados. Após a infusão com resina, a pré-forma infundida com resina é curada de acordo com um ciclo de cura para prover um artigo compósito acabado. Na infusão com resina, a pré- forma a ser infundida com a resina é um elemento crucial - a pré-forma é, em essência, a parte estrutural que aguarda resina. A tecnologia de infusão de resina líquida é especialmente útil na fabricação de estruturas conformadas complexas que são difíceis de serem fabricadas de outra maneira com o uso de tecnologias de moldagem de pré-impregnado convencionais.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[004] A Figura 1 é uma ilustração esquemática do véu híbrido de acordo com uma modalidade da presente descrição.

[005] A Figura 2 é uma imagem reconstruída em 3D obtida por Tomografia Computadorizada de um véu híbrido real que foi formado por um processo de obtenção por via úmida.

[006] As Figuras 3A e 3B ilustram esquematicamente um laminado compósito curado que contém um véu híbrido na região interlaminar em comparação a um laminado compósito curado similar que contém um véu não tecido com partículas enrijecidas dispersas na superfície do véu.

[007] As Figuras 4A e 4B ilustram esquematicamente as forças que atuam em um laminado compósito sobre uma superfície de moldagem côncava e uma superfície de moldagem convexa, respectivamente.

[008] As Figuras 5A a 5D mostram várias modalidades para fabricar um pré-impregnado modificado com véu (ou véus) híbridos integrados no mesmo.

[009] A Figura 6 ilustra esquematicamente um tecido tecido de acordo com uma modalidade da presente descrição.

[0010] A Figura 7 mostra uma imagem de vista de topo de um véu híbrido exemplificador tomado por microscopia de Elétron de Varredura (SEM).

[0011] As Figuras 8A e 8B mostram vistas em corte transversal de dois painéis compósitos curados, que são intercalados com diferentes véus híbridos, que mostram a propagação de trajetória de rachadura depois de serem submetidos a um teste de GIc .

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0012] Uma fraqueza principal de compósitos de múltiplas camadas de fibra/resina (ou laminados compósitos) convencionais é sua baixa tenacidade de fratura interlaminar, que permite delaminação das camadas compósitas mediante impacto de alta força de energia. A delaminação ocorre quando duas camadas se soltam uma da outra. Um compósito curado com resistência aprimorada à delaminação é aquele com Resistência de Compressão Após Impacto Aprimorada (CSAI) e tenacidade de fratura. CAI mede a capacidade de um material compósito de tolerar danos. No teste para medir CAI, o material compósito é submetido a um impacto de uma dada energia e então carregado em compressão. A tenacidade de fratura é um modo quantitativo de expressar uma resistência do material a fratura frágil quando uma rachadura está presente e pode ser quantificada como a taxa de liberação de energia de tensão (Gc), que é a energia dissipada durante a fratura por unidade de área de superfície de fratura recém-criada. Gc inclui GIc (Modo 1 - modo de abertura) ou GIIc (Modo II - em cisalhamento plano). O subscrito “Ic” denota a abertura de rachadura de Modo I, que é formada sob um estresse de tensão normal perpendicular à rachadura, e o subscrito “IIc” denota rachadura de Modo II produzida por um estresse de cisalhamento que atua paralelo ao plano da rachadura e perpendicular à parte frontal de rachadura. A iniciação e crescimento de uma delaminação é frequentemente determinada examinando-se tenacidade de fratura de Modo I e Modo II.

[0013] Devido à propriedade fraca na direção através da espessura dos compósitos de múltiplas camadas ou laminados compósitos, rachaduras interlaminares ou delaminações são um modo de falha principal de interesse em compósitos de múltiplas camadas, especialmente visto que tais modos de falha são frequentemente não externamente visíveis. A tenacidade de fratura interlaminar é um parâmetro principal para analisar o desempenho de compósitos sob condições tais como fadiga, compressão, ou compressão após impacto. Sob essas condições, delaminações devido a carregamento de Modo I e II é uma causa principal de falha de material. Rachaduras e imperfeições resultantes de delaminação podem aparecer a partir de variabilidade local em propriedades de materiais, vãos ou outras imperfeições que ocorrem durante a fabricação, ou através de danos sofridos em serviço.

[0014] Ademais, partes compósitas complexas com seções de dobramento tais como seções em formato de L, U ou Z que são fabricados de acordo com processo de moldagem de pré-impregnado convencional frequentemente mostram uma espessura diminuída em regiões de dobramento. Tal fenômeno causa a necessidade de reanalisar a estrutura para verificar se os requisitos de resistência a carregamento podem ser ainda atendidos pelas partes mais finas sem nenhuma falha mecânica tal como delaminação ou rachaduras. Quando a razão de espessura para raio aumenta, as variações de espessura também aumentam e, portanto, cada dobra de pré- impregnado em um laminado compósito tem uma razão crucial acima da qual a mesma não pode ser usada. Embora uma força de compactação extra possa ser aplicada durante a consolidação do laminado compósito para minimizar o fenômeno de afinamento, a arquitetura do reforço de fibra e composição de resina são ainda o fator de limitação ao produzir geometrias e componentes cada vez mais complexos.

[0015] Estruturas compósitas com geometrias mais complexas podem ser fabricadas por meio de processos de infusão de resina líquida, tais como RTM e VaRTM. Em um processo de infusão com resina, a pré-forma é posicionada em um molde, que é injetado com uma resina líquida curável para molhar as camadas de fibras. A resina de matriz para sistemas de RTM e VaRTM precisa ter uma viscosidade de injeção muito baixa para permitir umidificação completa e infusão da pré-forma. Tentativas anteriores de aprimorar a tenacidade do material compósito incluíram adicionar agentes intensificadores de tenacidade termoplásticos solúveis à resina antes que a mesma seja injetada ao molde. No entanto, a adição de agentes intensificadores termoplásticos na resina causa um aumento de viscosidade e, consequentemente, a quantidade de agentes intensificadores de tenacidade que podem ser adicionados é limitada pela baixa viscosidade que é necessária para injeção de resina líquida. Essa limitação torna a adição de agentes intensificadores de tenacidade convencionalmente adicionada a pré- impregnados inadequada em aplicações de infusão de resina líquida.

[0016] Uma solução alternativa foi dispersar partículas enrijecidas de termoplástico insolúvel ou borracha na resina antes da infusão com resina. No entanto, a menos que as partículas sejam muito pequenas (por exemplo, dimensionadas em submícron), as partículas serão filtradas pelas fibras de reforço na pré-forma, resultando em uma distribuição não-uniforme das partículas e concentrações localizadas indesejáveis de partículas no produto final. Ademais, esse efeito de filtração pode causar bloqueio completo da pré- forma de injeção adicional ou infusão da resina. Novamente, o tipo e quantidade de partículas que podem ser adicionadas a uma resina líquida a ser usada em infusão com resina é limitada.

[0017] Permanece uma necessidade de uma solução de tenacidade interlaminar multifuncional adequada para múltiplas formas de produto compósito incluindo pré-impregnados, pré-formas para infusão com resina, tecidos e produtos têxteis secos adequados para métodos de deposição automatizada, por exemplo, Colocação de Fibra Automatizada (AFP) e Moldagem de Fita Automatizado (ATL). Seria desejável ter um material interlaminar multifuncional que pode aprimorar simultaneamente a tenacidade de fratura e propriedades de força compressiva dos laminados curados enquanto mantém ou aprimora a condutividade de massa, e também pode superar as limitações de material atuais conectadas aos problemas de afinamento em partes compósitas com seções de dobramento.

[0018] Um véu multifuncional, também denominado como “véu híbrido”, é descrito no presente documento assim como laminados compósitos, pré-impregnados, tecidos, e pré-formas fibrosas que têm tal véu incorporado no mesmo.

Véu Híbrido

[0019] O véu híbrido que é descrito no presente documento é um véu multifuncional de baixo peso por área que pode ser usado como um material interlaminar em compósitos de polímero reforçados com fibra. O véu híbrido é uma estrutura não tecida flexível de autossuporte composta por fibras aleatoriamente arranjadas entremeadas e partículas dispersa por toda a estrutura não tecida, em que uma maioria das partículas é penetrantes através da espessura da estrutura não tecida. Em uma modalidade, as partículas são dispersas de modo homogêneo por toda a estrutura não tecida. O véu também contém uma pequena quantidade de aglutinante polimérico ou resinoso em quantidade suficiente para reter as fibras e partículas unidas e para manter a integridade do véu. O aglutinante está presente por todo o véu. Sendo assim, o véu tem autossuporte - o que significa que o mesmo é uma estrutura separada que não exige outro portador de suporte. As partículas são entremeadas com as fibras e pelo menos algumas das partículas poliméricas estão presentes entre as fibras da estrutura não tecida. As partículas são retidas em posição por toda a estrutura não tecida devido à combinação do aglutinante e os mecanismos de intertravamento mecânicos criados pelas fibras entremeadas. A Figura 1 é uma ilustração esquemática de um véu híbrido exemplificador, que mostra vista em corte transversal. A Figura 2 é uma imagem reconstruída em 3D (tridimensional) de um véu real que foi formado por um processo de obtenção por via úmida e submetido à varredura por Tomografia Computadorizada. O véu mostrado na Figura 2 é composto por fibras de carbono não tecidas e partículas de poli-imida. Espécimes não tecidos que medem 5 X 5 X 25 mm em tamanho foram submetidos a varredura em uma resolução de 325 nm. 1.600 radiografias de raio X 2D individuais foram capturadas e reconstruídas em um volume em 3D. Fibras de carbono e partículas foram então segmentadas para permitir para o mapeamento e identificação da arquitetura não tecida.

[0020] O véu híbrido pode ter um peso por área menor ou igual a 12 gsm, por exemplo, 5 gsm a 12 gsm. A razão em peso entre fibras e partículas no véu pode ser 5:1 a 1:1.

[0021] As fibras não tecidas que compõem o véu híbrido podem ser fibras de carbono ou fibras termoplásticas, ou uma combinação de fibras diferentes. As fibras de carbono podem ser revestidas com metal. O revestimento de metal pode ser de qualquer metal adequado que inclui, porém, sem limitação, prata, ouro, platina, paládio, níquel, cobre, chumbo, estanho, alumínio, titânio, ligas e misturas dos mesmos.

[0022] Fibras termoplásticas incluem fibras compostas de poliamidas, tais como poliamidas alifáticas (PA), poliamidas cicloalifáticas, poliamidas aromáticas, poliftalamidas (PPA), poliamidas de bloco de éter ou éster (PEBAX, PEBA), polifenilenossulfetos (PPS), polieterimidas (PEI), poli- imidas (PI), poli-imidas que têm estrutura de feniltrimetilindano, poliamidoamidas (PAI), polissulfonas, poliarilssulfonas, tais como polieterssulfona (PES), polieterssulfona-etereterssulfona (PES:PEES), polietereterssulfona (PEES), poliariletercetona (PAEK) tais como polietercetona (PEK), polieteretercetona (PEEK), polituretanos, polituretanos termoplásticos, policarbonatos, poliacetais, polifenilenóxidos (PPO), poliésteres, poliéteres, polieternitrilas, polibenzimidazóis, elastômeros termoplásticos, polímeros de cristal líquido (LCPs), combinações e copolímeros dos mesmos.

[0023] Em algumas modalidades, as fibras não tecidas no véu são fibras picadas que têm comprimentos na faixa de 3 mm a 18 mm. A maioria das fibras não tecidas tem diâmetros de corte transversal na faixa de cerca de 3,0 μm a 15 μm e, em algumas modalidades, < 5,5 μm de diâmetro.

[0024] Quando o véu híbrido é incorporado em compósitos de polímero reforçados com fibra, as partículas funcionam como um material de tenacidade interlaminar. As partículas que são adequadas para os propósitos descritos no presente documento incluem partículas termoplásticas e elastoméricas, partículas compósitas formadas a partir de uma mistura de diferentes materiais, e partículas de casca e núcleo. A partícula de casca e núcleo se refere a uma partícula que tem um núcleo circundadas por um ou mais cascas.

[0025] Mais especificamente, as partículas podem ser formas particuladas de polímeros selecionados dentre: poliamidas alifáticas (PA), poliamidas cicloalifáticas, poliamidas aromáticas, poliftalamida (PPA), poliamidas de bloco de éter ou éster (PEBAX, PEBA), poliariletercetonas (PAEK), tais como polieteretercetona (PEEK) e polietercetonacetona (PEKK), sulfeto de polifenileno (PPS), poliamideimida (PAI),polifenilenóxidos (PPO), poliésteres, polituretanos, polituretanos termoplásticos, poliéteres, polieternitrilas, polibenzimidazóis, elastômeros termoplásticos, polímeros de cristal líquido (LCPs), copolímeros dos mesmos e derivados dos mesmos. São particularmente adequadas partículas de poliamida, tais como PA-10,10 ou PA-12 microcristalino.

[0026] Em algumas modalidades, a composição das partículas poliméricas contém pelo menos um polímero elastomérico ou material selecionado dentre: polibutadieno reticulado, borracha de butila, poliacrílica, poliacrilonitrila, poliestireno, metilmetacrilato, copolímeros dos mesmos e derivados dos mesmos.

[0027] Além disso, determinados graus de partículas de poli-imida podem ser adequados. Por exemplo, poli-imidas preparadas a partir de dianidrido de ácido tetracarboxílico de benzofenona (BTDA), 4,4’- metilenedianilina (MDA), e 2,4-toluenodiamina (TDA), e que tem um conteúdo de carbono sem ftalimida que contém entre 90 e 92 por cento de carbonos aromáticos.

[0028] Exemplos de partículas comercialmente disponíveis que são adequadas incluem DuoMod DP5045 vendido por Zeon Chemicals Inc., poli- imida P84™ da HP Polymer Inc., poliamidas biobaseadas em Vestamid® Terra e poliamidas de grau CX Trogamid® da Evonik, PA9T (uma poliamida híbrida aromática alifática) da Kuraray, Japão.

[0029] Partículas poliméricas adequadas também incluem partículas de polímero termoplástico reticulado tais como aqueles descritos no Documento de Patente no U.S. 8.846.818 e na Publicação no U.S. 2010/0304118, ambas as quais são incorporadas ao presente documento a título de referência.

[0030] Partículas termoplásticas solúveis com resina também podem ser usados. Exemplos incluem polímeros termoplásticos particulados selecionados dentre: poliarilssulfonas, por exemplo, polieteressulfona (PES), polietereterssulfona (PEES), copolímero de PES-PEES, polieterimida (PEI) e poli-imidas (PI). Essas partículas termoplásticas solúveis com resina são partículas sólidas (por exemplo, pó) em temperatura ambiente (20°C-25°C) mas dissolverá em uma resina termoestável quando a resina é aquecida, por exemplo, durante o ciclo de cura da resina termoestável. Consequentemente, essas partículas não permanecem como partículas discretas na matriz de resina curada.

[0031] Conforme usado no presente documento, “dissolver” em uma resina significa formar uma fase homogênea ou contínua com a resina. “Partícula discreta”, conforme usado no presente documento, se refere a uma partícula que é discernível em uma resina de matriz, e que pode ser detectado com o uso de microscopia de Elétron de Varredura (SEM), Microscopia Óptica, ou Microscopia de Contraste de Interferência Diferencial (DIC).

[0032] Em outras modalidades, as partículas são formadas a partir de uma mistura de polímero (ou polímeros) e material condutor (ou materiais condutores). Os polímeros são conforme descrito acima para partículas poliméricas. Os materiais condutores podem ser selecionados dentre metais, materiais condutores não metálicos, materiais revestidos com metal e combinações dos mesmos, que têm uma condutividade elétrica de mais do que cerca de 1x 103 S/m. Metais adequados incluem quaisquer metais adequados que incluem, porém, sem limitação, prata, ouro, platina, paládio, níquel, cobre, chumbo, estanho, alumínio, titânio, ligas e misturas dos mesmos. Materiais condutores adequados não metálicos incluem, porém, sem limitação, carbono e grafite. A condutividade elétrica dos materiais condutores supracitados pode ser determinada com o uso de métodos de quatro pontos ou com o uso do método de corrente parasita de acordo com DIN EN 2004-1 e ASTM E 1004. Um exemplo específico desse tipo de partículas é as partículas compósitas descritas na Publicação Internacional no WO 2014/011293, que é incorporado ao presente documento a título de referência.

[0033] São também contempladas partículas que têm uma estrutura de núcleo e casca, isto é, um núcleo circundado por uma ou mais cascas. Exemplos incluem núcleo polimérico revestido com metal, núcleo polimérico revestido com carbono, núcleo de cerâmica revestido com metal, núcleo de cerâmica revestido com carbono, esferas de vidro revestidas com metal, revestidas com esferas de vidro ocas de metal.

[0034] As partículas discutidas acima podem ser de qualquer formato tridimensional, que inclui formatos esféricos ou de haste. As partículas podem ter uma razão de aspecto de menos do que 5:1, preferencialmente, a razão de aspecto é cerca de 1:1. Em referência às partículas, o termo “razão de aspecto” se refere à razão da maior dimensão de corte transversal à menor dimensão de corte transversal da partícula.

[0035] Para partículas esféricas (com razão de aspecto de aproximadamente 1:1), o tamanho de partícula médio se refere ao seu diâmetro. Para partículas não esféricas, o tamanho de partícula médio se refere à maior dimensão de corte transversal das partículas.

[0036] Para os propósitos descritos no presente documento, as partículas podem ter uma distribuição de tamanho de partícula (d50) de menos do que 100 μm, particularmente, dentro da faixa de 10 μm a 50 μm, ou dentro da faixa de 15 μm a 35 μm, conforme medido por uma técnica de difração por laser, por exemplo, com o uso de um instrumento Malvern Mastersizer 2000, que opera na faixa de 0,002 nanômetro - 2000 mícron. “d50” representa o mediano da distribuição de tamanho de partícula, ou, alternativamente, é o valor na distribuição de modo que 50% das partículas tenha um tamanho de partícula desse valor ou menos.

[0037] O véu híbrido tem uma quantidade suficiente de aglutinante para reter as fibras e partículas poliméricas unidas, mas a quantidade de aglutinante é pequena o suficiente para deixar o véu poroso resultante e permeável a fluidos (líquido e gás). A permeabilidade de ar através de espessura do véu pode ser medida de acordo com um experimento de fluxo saturado em uma taxa de fluxo de volume constante. Esse método envolve registrar a queda de pressão através de um espécime de teste. A queda de pressão registrada é então usada para determinar a permeabilidade do espécime com o uso da seguinte fórmula de queda de pressão:

em que: K3 = permeabilidade Q = Taxa de fluxo de volume I] = viscosidade do fluido de teste h= Espessura do espécime ΔP= Queda de pressão através do espécime A= área de corte transversal do canal de fluxo cilíndrico

[0038] Os transdutores de pressão, que são montados em qualquer lado do espécime, registram a queda de pressão do fluido de teste, que é idêntico ao fluido usado para o experimento em plano. Um programa National Instruments LabVIEW™ pode ser usado para adquirir e avaliar os dados experimentais para produzir um valor de permeabilidade para esses dados através de espessura.

[0039] A quantidade de aglutinante no véu pode ser de cerca de 2% a cerca de 30% em peso, em algumas modalidades, cerca de 5% a cerca de 25% em peso, em outras modalidades, cerca de 10% a cerca de 20% em peso, com base no peso total do véu. O aglutinante pode ser um aglutinante termoplástico, termoestável ou elastomérico. Aglutinantes adequados incluem vinilas, tais como álcool polivinílico (PVA). álcool polietileno vinílico (PEVOH), acetato de polivinila, polivinil éter, cloreto de polivinila (PVC) e éster de polivinila, butadienos tais como butadieno de poliestireno e acrilonitrila de polibutadieno, silicones, poliésteres, copoliésteres, poliamidas, copoliamidas, poliésteres reticulados, acrílicos, tais como acrílicos de estireno e acrílicos de acrilonitrila, epóxis, fenóxis, fenólicos, polituretanos, resinas de fenol-formaldeído ou ureia-formaldeído, combinações e copolímeros dos mesmos. Exemplos de aglutinantes comercialmente disponíveis incluem Acronal® 888 e Acrodur® 950 aglutinantes acrílicos de BASF, Baybond® PU330 e XP2569 da Bayer, Vinamul® 8828 da Celanese Corp., Filco® 309 da COIM.

[0040] O véu híbrido discutido no presente documento pode ser produzido por um processo de obtenção por via úmida convencional, como um exemplo. Em um processo de obtenção por via úmida, fibras picadas e partículas poliméricas são dispersas em pasta fluida aquosa que pode conter um aglutinante, e opcionalmente, aditivos tais como tensoativo (ou tensoativos), modificador (ou modificadores) de viscosidade, agente (ou agentes) antiformação de espuma, agentes de drenagem e/ou outros agentes químicos. Os aditivos específicos são selecionados para alcançar uma dispersão estável de fibras em água para a duração do processo de fabricação de obtenção por via úmida. Uma vez que as fibras cortadas são introduzidas na pasta fluida, a pasta fluida é intensamente agitada de modo que as fibras se tornem dispersas. A pasta fluida contendo as fibras e partículas é então depositada sobre uma tela móvel onde uma porção substancial da água é removida para formar uma lâmina. Subsequentemente, o líquido pode ser removido da lâmina por secagem a vácuo e/ou ar quente. Quando ambos os métodos de remoção de líquido são usados, é preferencial que secagem de ar quente é aplicada posteriormente visto que a mesma pode ser usada para fundir ou curar o aglutinante. Tais processos de obtenção por via úmida são tipicamente usados quando uma distribuição uniforme de fibras e/ou peso é desejada.

[0041] O mediano da espessura do véu híbrido depois de ser submetido a uma pressão de 0,1 Mpa (1 bar) é preferencialmente 80 μm, conforme medido com o uso de um micrômetro de peso morto. Em algumas modalidades, a razão entre o véu espessura em mícrons depois de ser submetida à pressão de 0,1 Mpa (1 bar) e o peso por área de véu (A/W) em gsm é menor do que 10.

[0042] A espessura mediana do véu conforme discutido no presente documento pode ser determinada medindo-se 25 amostras em um padrão quadrado: cinco para baixo e cinco através de em uma amostra de véu de 300 mm x 300 mm.

Laminados Compósitos

[0043] O véu híbrido descrito acima pode ser usado como uma intercamada ou intercalagem em um laminado compósito. Em uma modalidade, o laminado compósito é uma moldagem de pré-impregnados arranjados em um arranjo de empilhamento e pelo menos um véu híbrido é inserido ou intercalado entre duas dobras de pré-impregnado adjacentes. Em uma modalidade preferencial, há uma pluralidade de véus híbridos que intercalam a moldagem de pré-impregnado com cada véu interposto entre dobras de pré-impregnado adjacentes.

[0044] O termo “pré-impregnado” conforme usado no presente documento se refere a uma camada de fibras de reforço que foi pré- impregnada com uma resina de matriz curável dentro de pelo menos uma porção do volume fibroso. A resina de matriz que impregna as fibras de reforço pode estar em um estado parcialmente curado ou não curado. O pré- impregnado é um material maleável ou flexível que está pronto para moldagem e modelamento em uma configuração tridimensional, seguida por cura em uma parte compósita final. A consolidação aplicando-se pressão (com ou sem calor) pode ser realizada antes de cura para evitar a formação de vãos dentro da moldagem. Esse tipo de pré-impregnados é particularmente adequado para fabricar partes estruturais que portam carga, tais como asas, fuselagens, anteparos e superfícies de controle de aeronaves. Propriedades importantes dos pré-impregnados curados são alta força e rigidez com peso reduzido.

[0045] O termo “impregnar” conforme usado no presente documento se refere à introdução de um material de resina de matriz curável às fibras de reforço a fim de encapsular parcial ou completamente as fibras com a resina. A resina de matriz para produzir pré-impregnados pode tomar a forma de filmes de resina ou líquidos. Ademais, a resina de matriz está em um estado curável ou não curado antes da ligação. A impregnação pode ser facilitada pela aplicação de calor e/ou pressão.

[0046] A camada de fibras de reforço no pré-impregnado pode estar na forma de fibras ou estopas contínuas, unidirecionalmente alinhadas (ou “unidirecionais”), tecido tecido, ou tecido multiaxial não tecido (por exemplo, tecido não enrugado ou NCF). Estopas contínuas são compostas de múltiplos filamentos de fibras, por exemplo, 3.000 a 24.000 filamentos.

[0047] As fibras de reforço podem ser feitas de materiais selecionados dentre, porém, sem limitação, vidro (incluindo Elétrico ou E-glass), carbono (incluindo grafite), aramida, poliamida, polietileno de alto módulo (PE), poliéster, poli-p-fenileno-benzoxazol (PBO), boro, quartzo, basalto, cerâmica e combinações dos mesmos. Para a fabricação de materiais compósitos de alta força, por exemplo, materiais para aplicações em aeroespaço e automotivos, é preferencial que as fibras de reforço tenham a resistência à tração de mais do que 3.447 MPa (500 ksi), conforme medido de acordo com ASTM C1557 - 14.

[0048] Como exemplo, o método de impregnação para produzir os pré-impregnados pode incluir: (1) mover continuamente fibras unidirecionais contínuas ou manta de tecido através de um lote (aquecido) de composição de resina de matriz de impregnação fundida para molhar completamente ou substancialmente completamente as fibras; ou (2) processo termofusível que inclui prensar um filme de resina contra pelo menos um lado de fibras unidirecionais contínuas ou uma manta de tecido, e aplicar calor para fundir o filme de resina.

[0049] Em uma modalidade preferencial, as fibras de reforço nos pré- impregnados são fibras de carbono ou grafite unidirecionais contínuas, assentadas no mesmo plano. Os pré-impregnados dentro da moldagem podem ser posicionados em uma orientação selecionada uma em relação à outra. Por exemplo, a moldagem de pré-impregnado pode incluir pré-impregnados que têm fibras unidirecionais orientadas em um ângulo selecionado θ, tais como 0°, 45°, ou 90°, em relação ao comprimento da moldagem.

[0050] Mediante consolidação e cura da moldagem de pré- impregnado, a resina de matriz nos pré-impregnados penetra através dos vãos ou lacunas na intercalagem, véu (ou véus) poroso, resultando em uma estrutura compósita integrada. A consolidação se refere a um processo que ocorre sob a ação de um ou mais dentre aquecimento, vácuo e pressão aplicada, na qual a resina de matriz flui a fim de deslocar espaços de vão. Por exemplo, a consolidação pode resultar em, porém, sem limitação, fluxo de resina em espaços de vão entre fibras no pré-impregnado, espaços de vão entre pré-impregnados e similares. A consolidação e cura pode ser realizada em um estágio único ou separadamente.

[0051] Durante o processo de cura, a arquitetura de véu evita a infiltração das partículas enrijecidas nas camadas estruturais de fibras de reforço. Desse modo, uma alta concentração de partículas enrijecidas é criada na região interlaminar entre as camadas estruturais, e uma zona de deformação plástica constante e controlada na parte frontal de rachadura em propagação é alcançada para a estrutura compósita curada. A arquitetura do véu híbrido confina a zona de deformação plástica às delimitações interlaminares e, portanto, a rachadura não aparece nas interfaces entre a intercamada e as fibras de reforço. Consequentemente, valores maiores na tenacidade de fratura interlaminar de Modo I e II e CSAI podem ser alcançadas.

[0052] Ademais, visto que as partículas são química e mecanicamente confinadas no véu não tecido, as partículas não podem ser comprimidas nos agrupamentos de fibras de reforço, desse modo, a criação de regiões onduladas pode ser evitada. Tais regiões onduladas são normalmente responsáveis para a redução nas propriedades de força compressiva compósitas.

[0053] Em algumas modalidades, a espessura mediana da região interlaminar criada pelo véu híbrido em uma estrutura compósita curada formada a partir de uma moldagem de pré-impregnado é menor do que 60 μm. A espessura mediana é determinada tomando-se medições em diferentes localizações e calculando-se o valor médio.

[0054] As Figuras 3A e 3B ilustram esquematicamente um laminado compósito curado que contém o véu híbrido na região interlaminar em comparação a um laminado compósito curado similar que contém um véu não tecido com partículas enrijecidas dispersas na superfície do véu. O laminado compósito na Figura 3B contém uma região interlaminar não controlada ondulada com uma seção deficiente de partícula. Em contraste, o laminado compósito na Figura 3A contém uma região interlaminar controlada devido ao confinamento das partículas no véu.

[0055] Adicionalmente, quando o véu consiste em fibras condutivas (por exemplo, fibras de carbono) e as partículas enrijecidas poliméricas são uniformemente distribuídas por toda a estrutura não tecida do véu, a condutividade de massa do laminado compósito curado pode ser tanto mantida como aprimorada.

[0056] Constatou-se que a incorporação do véu híbrido em estruturas compósitas é uma solução eficaz ao problema de afinamento de aresta normalmente observada em partes compósitas com seções em formato de L, U ou Z. As Figuras 4A e 4B ilustram esquematicamente as forças que atuam em um laminado compósito sobre uma superfície de moldagem côncava e uma superfície de moldagem convexa, respectivamente, durante o ciclo de cura do compósito em uma configuração de bolsa de vácuo de autoclave fora de autoclave.

[0057] Em referência à Figura 4A, em uma aresta côncava, a superfície de ferramenta (ST) é maior do que a superfície de bolsa (SP). Em referência à Figura 4B, em uma aresta convexa, a superfície de ferramenta (ST) é menor do que a superfície de bolsa (SP). A superfície de bolsa é sempre exposta a 0,10 Mpa (1 atm) de pressão (P). Para satisfazer o equilíbrio de forças, a pressão de reação da ferramenta em uma aresta côncava é menos do que 0,10 Mpa (1 atm) (P-ΔP), enquanto a pressão de reação da ferramenta em uma aresta convexa é mais do que 0,10 Mpa (1 atm) (P+ΔP). “T” se refere ao estresse longitudinal por tensão e <P se refere a uma pressão de compactação inferior. Consequentemente, as arestas côncavas são geralmente submetidas a espessamento de aresta, e arestas convexas geralmente exibem afinamento de aresta.

[0058] A distribuição substancialmente uniforme de partículas enrijecidas no véu híbrido nas regiões interlaminares de um laminado compósito pode reduzir substancialmente ou eliminar a ocorrência do fenômeno de afinamento sem reduzir a força de feixe curvado, que é uma medição do momento por largura de unidade que causes uma delaminação à forma.

Pré-Forma Configurada Para Infusão Com Resina

[0059] Em outra modalidade, um ou mais do véu híbrido descrito no presente documento é/são usados como intercamada (ou intercamadas)/intercalagem (ou intercalagens) em uma pré-forma configurada para receber resina líquida por meio de processo de infusão com resina tal como RTM e VaRTM. A pré-forma consiste em múltiplas camadas de fibras de reforço secas com um ou mais véus híbridos interpostos entre camadas de fibras de reforço secas adjacentes.

[0060] Com o uso do véu híbrido, os problemas supracitados associados à adição de agentes de tenacidade aos sistemas de resina líquida para aplicações de RTM e VaRTM podem ser evitados.

[0061] As camadas de fibras de reforço na pré-forma pode ser qualquer tipo de produtos têxteis conhecidos na técnica anterior para fabricar materiais compósitos. Exemplos de tipos ou configurações de tecido adequados incluem, porém, sem limitação: todos os tecidos sem tecido, exemplos são ponto de tafetá, ponto sarjado, cetim, ponto em espiral, e unitecelagem; todos os tecidos multiaxiais, cujos exemplos incluem, tecidos cardados em malha de teia, e tecidos não enrugados (NCF); tecidos em malha; tecidos entrelaçados; todos os tecidos sem tecido, cujos exemplos incluem, porém, sem limitação, tecidos de esteira compostos por filamentos de fibra picados e/ou contínuos, feltros, e combinações dos tipos de tecido supracitados. As fibras de reforço na pré-forma são feitas de materiais descritos acima em referência a pré-impregnados. Em modalidades preferenciais, pelo menos algumas das camadas de fibras na pré-forma são compostas por fibras de carbono ou grafite.

[0062] O molde para infusão de resina líquida pode ser um molde fechado de dois componentes ou um molde de bolsa a vácuo vedada de lado único. O uso de molde fechado de dois componentes é conhecido e é descrito, por exemplo, no Documento de Patente no U.S. 4.891.176. O uso de molde de bolsa a vácuo vedada de lado único é também conhecido, consultar por exemplo, os Documento de Patente no U.S 4.942.013, no U.S 4.902.215, no U.S 6.257.858, e no U.S 8.652.371.

[0063] Antes da infusão com resina, a pré-forma de fibra seca pode ser estabilizada dispersando-se uma pequena quantidade de aglutinante polimérico entre camadas adjacentes da pré-forma e então modeladas na configuração desejada. Um aglutinante adequado para estabilização é que o aglutinante termoplástico-epóxi descrito no Documento de Patente no U.S. 8.927.662, cujo conteúdo é incorporado ao presente documento a título de referência em sua totalidade.

[0064] O véu híbrido descrito no presente documento pode ser fixado a uma dobra de tecido para formar um tecido modificado que pode ser usado para formar uma pré-forma que pode ser infundida com uma infusão de resina líquida por meio de processos de infusão com resina tais como RTM e VaRTM. A fixação do véu ao tecido pode ser realizada tanto por um fio de costura ou malha ou por fusão pura e consolidação de um aglutinante entre o véu e o tecido. Em uma modalidade, um ou mais véu (ou véus) híbrido é/são incorporados em um tecido não enrugado multiaxial (NCF). NCF consiste em camadas de fibra não enrugada, que são conectadas por fios de costura. Cada camada de fibra no NCF consiste em fibras unidirecionais contínuas que são orientadas em uma direção diferente das fibras em outra camada de fibra. Um ou mais véus híbridos podem ser intercalados entre camadas adjacentes de fibras para formar um NCF modificado, que pode ser usado para formar a pré- forma para infusão com aplicação de resina.

[0065] Em outra modalidade, o véu híbrido é fendido em tiras estreitas que são tecidas com estopas de fibra unidirecional em um padrão de tecelagem para formar um tecido tecido conforme ilustrado na Figura 6. Esse tecido é permeável de líquido e pode ser usado para formar uma pré-forma que pode ser infundido com resina líquida por meio de processos de infusão com resina tais como RTM e VaRTM.

[0066] Em algumas modalidades, a espessura mediana da região interlaminar criada pelo véu híbrido em uma estrutura compósita curada formada a partir de uma pré-forma infundida com resina é menor do que 80 μm ou menor do que 60 μm. A espessura mediana é determinada tomando-se medições em diferentes localizações e calculando-se o valor médio.

Pré-Impregnados

[0067] Em uma modalidade, o véu híbrido é laminado diretamente em uma ou ambas as superfícies de um pré-impregnado existente se aplicando calor e pressão para formar um pré-impregnado modificado com véu (ou véus) integrados no mesmo. A Figura 5A ilustra um exemplo dessa modalidade. O véu híbrido V é prensado contra um pré-impregnado 10 contínuo em movimento com o auxílio de um par de cilindros espremedores de pressão superior e inferior 11 e 12. Calor também pode ser aplicado ao pré- impregnado e véu por meio dos cilindros espremedores de pressão 11 e 12. O pré-impregnado 10 inicial é composto por uma camada de fibras de reforço (por exemplo, fibras de carbono unidirecionais) que foram pré-impregnadas ou infundidas com uma resina curável.

[0068] Em outra modalidade, o véu híbrido é integrado ao pré- impregnado durante a fabricação do pré-impregnado. Primeiro, uma resina é revestida em um papel de liberação para obter um filme de resina fino. O véu híbrido é então combinado com o filme de resina e uma camada de fibras de reforço ensanduichando-se o véu entre a camada de fibras de reforço e o filme de resina, e então aplicando calor e pressão às camadas combinadas. A Figura 5B ilustra um exemplo dessa modalidade. Uma camada de fibras de reforço contínuas 13 (denominado doravante como “camada de fibra”) é ensanduichada entre um filme de resina superior 14 e um filme de resina inferior 15, e um véu híbrido V é inserido entre o filme de resina superior 14 e a camada de fibra 13. Cada um dos filmes de resina 14 e 15 pode ser sustentado por um papel de liberação, que é posicionado como a camada mais externa no arranjo mostrado na Figura 5B. Calor e pressão são aplicados pelos cilindros 11 e 12 às camadas combinadas para formar um pré-impregnado impregnado com resina que tem um véu híbrido embutido no mesmo. Opcionalmente, um segundo véu híbrido pode ser inserido entre a camada de fibra 13 e o filme de resina inferior 15 antes da aplicação de calor e pressão.

[0069] A Figura 5C mostra outra modalidade que é similar à mostrada na Figura 5B, mas o véu híbrido V entra em contato com uma superfície externa do filme de resina superior 14 de modo que o filme de resina 14 esteja entre o véu V e a camada de fibra 13. Nesse arranjo, o papel de liberação que sustenta o filme de resina superior 14 é removido antes de o mesmo entrar em contato com o véu V.

[0070] Em ainda outra modalidade, o véu híbrido é impregnado com uma composição de resina curável para produzir um véu híbrido impregnado com resina. Então, o véu pré-impregnado é combinado com uma camada de fibra com o uso de calor e pressão para formar um pré-impregnado com o véu integrado nos mesmos. A Figura 5D ilustra um exemplo dessa modalidade. A camada de fibra contínua 13 é ensanduichada entre um véu pré-impregnado 20 e o filme de resina inferior 15. O calor e pressão são aplicados às camadas combinadas por cilindros 11 e 12 para consolidar as camadas. Alternativamente, o filme de resina inferior 15 é substituído por um segundo véu pré-impregnado. Fitas ATL/AFP

[0071] O véu híbrido descrito no presente documento pode ser incorporado em fitas de pré-impregnado contínuas adequadas para uso em um processo de Assentamento de fita automatizada (ATL) ou Colocação de Fibra Automatizada (AFP). Em uma modalidade, um pré-impregnado que tem um ou mais véus híbridos incorporados no mesmo é formado conforme descrito acima, e então fendido em fitas estreitas com largura de ATL (por exemplo, 152 a 305 mm (6 a 12 polegadas) ou largura de AFP (por exemplo, 3,17 a 38,1 mm (0,125 a 1,5 polegadas), incluindo 6,35 a 12,77 mm (0,25 a 0,50 polegadas)) adequadas. As fitas podem ter um comprimento contínuo que é pelo menos dez vezes sua largura.

[0072] ATL e AFP são processos que usam robótica guiada por computador para assentar camadas sucessivas de fitas de pré-impregnado em uma superfície de molde (por exemplo, um mandril) para criar uma estrutura compósita. Aplicações exemplificadoras incluem revestimentos e fuselagens de asa de aeronave. O processo de ATL/AFP envolve dispensar uma ou mais fitas lado a lado em uma superfície de mandril para criar uma camada de largura e comprimento desejados, e então camadas adicionais são formadas em uma camada anterior para prover uma moldagem com uma espessura desejada. O sistema de ATL/AFP pode ser equipado com meios para dispensar e compactar fitas de pré-impregnado diretamente na superfície de mandril.

[0073] AFP coloca automaticamente múltiplas estopas pré- impregnadas individuais ou fitas fendidas estreitas (por exemplo, 3,17 a 38,1 mm (0,125 a 1,5 polegadas) em um mandril para compor uma dada largura de banda de pré-impregnado total. A colocação de material é realizada em alta velocidade, com o uso de uma cabeça de colocação numericamente controlada para dispensar, prender, cortar e recomeçar cada estopa durante a colocação. A máquina de ATL assenta fitas unidirecionais de pré-impregnado ou tiras contínuas de tecido, que são maiores do que as estopas únicas ou fita fendida usada em AFP. Tipicamente, com ambos os processos, material é aplicado por meio de uma cabeça roboticamente controlada, que contém o mecanismo necessário para colocação de material. AFP é tradicionalmente usado em superfícies muito complexas e menor.

[0074] Em outra modalidade, o véu híbrido é combinado com fibras de reforço unidirecionais para formar fitas fibrosas secas que são adequadas para uso em processos de ATL e AFP. Nesse caso, as fitas fibrosas secas são assentadas por meio de ATL ou AFP para formar uma pré-forma que é configurada para processos de infusão de resina líquida, tais como RTM e VaRTM.

[0075] Para formar as fitas fibrosas secas, um véu híbrido é laminado a uma camada de fibras de reforço unidirecionais contínuas, por exemplo, fibras de carbono, com o auxílio de um aglutinante, que pode estar em forma de pó ou forma líquida. Opcionalmente, a estrutura laminada é adicionalmente exposta a um segundo aglutinante em forma líquida de modo a aprimorar a resistência a desgaste do material fibroso tratado com aglutinante durante a formação de fendas. O material tratado com aglutinante é então fendido em fitas de largura estreita que são adequadas para processos de ATL ou AFP.

[0076] De acordo com uma modalidade, o método para fabricar a fita seca inclui: aplicar um primeiro aglutinante, em forma de pó ou forma líquida, a um manta de fibra seca de fibras de reforço unidirecionais contínuas (por exemplo, fibras de carbono); ligar um véu híbrido a pelo menos um lado da manta de fibra para formar um laminado fibroso; aplicar um segundo aglutinante, na forma de uma composição líquida, ao laminado fibroso, por exemplo, por revestimento por imersão; e secar o laminado tratado com aglutinante, por exemplo, em um forno. Alternativamente, o primeiro aglutinante é aplicado ao véu e o véu é então ligado às fibras unidirecionais. O laminado seco tratado com aglutinante é então fendido em fitas de largura estreita que são adequadas para ATL/AFP, e opcionalmente, as fitas fendidas são envoltas em bobinas.

[0077] A presença do segundo aglutinante líquido adicionalmente ao primeiro aglutinante pode evitar o desgaste das fitas durante a formação de fenda assim como criar fitas de baixa massa. Tal propriedade de “baixa- massa” é desejável devido ao fato de que a pré-forma formada pelas fitas fibrosas secas exibe uma propriedade de baixa massa mediante aquecimento conforme determinado pelo processo de aquecimento e formação do processo de colocação automatizada, e pela espessura curada da estrutura compósita após a infusão com resina e cura. Consequentemente, pré-compactação da pré-forma antes de curar é mínima (ou totalmente desnecessária) devido ao fato de que a pré-compactação ocorre durante o processo de ATL/AFP visto que as fitas tratadas com aglutinante são assentadas para formar a pré-forma.

[0078] Materiais aglutinantes adequados para formar as fitas fibrosas secas podem ser selecionados dentre: i. um aglutinante que é um sólido em uma temperatura de até 50 °C, tem um ponto de suavização em uma temperatura na faixa de 75 °C a 125 °C conforme medido por DSC, e é formada por uma mescla de resina epóxi e polímero termoplástico, mas é vazio de qualquer catalisador ou agente de reticulação que é ativo acima de 75 °C; ii. uma composição que compreende pelo menos uma resina epóxi multifuncional; pelo menos um polímero termoplástico; e pelo menos um tensoativo selecionado dentre tensoativos aniônicos e tensoativos não iônicos; iii. copolímero parcial ou completamente reticulado de poli- hidroxiéter e polituretano; iv. polituretano, que é não reticulado, parcial ou completamente reticulado, ou polímero de poliuretano modificado; v. epóxi, que é não-reticulado, parcial ou completamente reticulado, ou epóxi modificado; e vi. resina de poli(hidroxiéter), que é não-reticulado, parcial ou completamente reticulado.

[0079] Um aglutinante particularmente adequado é o aglutinante de termoplast-epóxi descrito no Documento de Patente no U.S. 8.927.662, cujo conteúdo é incorporado no presente documento a título de referência em sua totalidade. Esse aglutinante de termoplast-epóxi pode ser aplicado em forma de pó. Outro aglutinante particularmente adequado é a composição de aglutinante líquido descrita na Publicação no U.S. 2014/0179187, cujo conteúdo é incorporado ao presente documento a título de referência em sua totalidade. Qualquer um desses aglutinantes pode ser aplicado ao véu ou fibras de reforço unidirecionais como o único aglutinante ou como o primeiro dos dois aglutinantes diferentes.

[0080] Um aglutinante líquido que pode ser usado na fabricação da fita fibrosa seca é a composição de aglutinante líquido que contém copolímero de poli-hidroxiéter-polituretano descrito na Publicação no U.S. 2014/0370237, cujo conteúdo é incorporado ao presente documento a título de referência em sua totalidade. Outros aglutinantes líquidos adequados podem ser selecionados dentre dispersões originadas na água que contêm um dentre: polituretano, polímero de poliuretano modificado, resina epóxi, e resina de poli(hidroxiéter). Opcionalmente, um reticulador é incluído nessas dispersões originadas na água. Aglutinantes líquidos adequados podem ser aqueles descritos na Publicação no U.S. 2015/0375461.

[0081] A quantidade total de materiais aglutinantes na fita fibrosa seca (incluindo o aglutinante no véu) é cerca de 15% ou menos em peso, por exemplo, cerca de 0,1 a cerca de 15% em peso, com base no peso total da fita seca. A quantidade total de aglutinante (ou aglutinantes) é suficientemente pequena de modo que as fitas fibrosas tratadas com aglutinante permaneçam porosas e permeáveis à resina líquida usada em processos de infusão com resina.

Resina de Matriz

[0082] A resina de matriz curável para impregnar ou infundir as fibras de reforço e pré-formas discutidas acima é preferencialmente uma resina endurecível ou termoestável que contêm uma ou mais resinas termoestáveis não curadas, que incluem, porém, sem limitação, resinas de epóxi, imidas (tais como poli-imida ou bismaleimida), resinas de vinil éster, resinas de éster de cianato, isocianato resinas de epóxi modificado, resinas fenólicas, resinas furânicas, benzoxazinas, resinas condensadas de formaldeído (tais como com ureia, melamina ou fenol), poliésteres, acrílicos, híbridos, mesclas e combinações dos mesmos.

[0083] Resinas de epóxi adequadas incluem derivados de poliglicidila de diamina aromática, aminas primárias mono aromáticas, aminofenóis, fenóis poli-hídricos, álcoois poli-hídricos, ácidos policarboxílicos. Exemplos de resinas de epóxi adequadas incluem éteres de poliglicidila dos bisfenóis tais como bisfenol A, bisfenol F, bisfenol S e bisfenol K; e éteres de poliglicidila de cresol e novolacas à base de fenol.

[0084] Exemplos específicos são derivados de tetraglicidila de 4,4’- diaminodifenilmetano (TGDDM), diglicidil éter de resorcinol, triglicidil-p- aminofenol, triglicidil-m-aminofenol, diglicidil éter de bromobisfenol F, derivados de tetraglicidila de diaminodifenilmetano, triglicidil éter de metano de tri-hidroxifenil, poliglicidileter de novolaca de fenol-formaldeído, poliglicidileter de novolaca de o-cresol ou tetraglicidil éter de tetrafeniletano.

[0085] Resinas de epóxi comercialmente disponíveis adequadas para uso na resina de matriz hospedeira incluem difenilmetano de diamino de N,N,N’,N’-tetraglicidila (por exemplo, MY 9663, MY 720, e MY 721 da Huntsman); N,N,N’,N’-tetraglicidil-bis(4-aminofenil)-1,4-di-iso- propilbenzeno (por exemplo, EPON 1071 da Momentive); N,N,N’,N’- tetraclicidil-bis(4-amino-3,5-dimetilfenil)-1,4-di-isopropilbenzeno, (por exemplo, EPON 1072 da Momentive); triglicidil éteres de p-aminofenol (por exemplo, MY 0510 da Hunstman); triglicidil éteres de m-aminofenol (por exemplo, MY 0610 da Hunstman); diglicidil éteres de materiais à base de bisfenol A tais como 2,2-bis(4,4’-di-hidroxi fenil) propano (por exemplo, DER 661 da Dow, ou EPON 828 da Momentive, e resinas de Novolac preferencialmente de viscosidade de 8 a 20 P;rs a 25 °C; glicidil éteres de resinas de Novolac de fenol (por exemplo, DEN 431 ou DEN 438 da Dow); novolaca fenólica à base de di-ciclopentadieno (por exemplo, Tactix 556 da Huntsman); 1,2-ftalato de diglicidila (por exemplo, GLY CEL A-100); derivado de diglicidila de metano de difenila de di-hidróxi (bisfenol F) (por exemplo, PY 306 da Huntsman). Outras resinas de epóxi incluem cicloalifáticos, tais como carboxilato de 3’,4’-epoxiciclohexil-3,4- epoxiciclohexano (por exemplo, CY 179 da Huntsman).

[0086] Em geral, a resina de matriz curável contém uma ou mais resinas termoestáveis em combinação com outros aditivos, tais como agentes de cura, catalisadores de cura, comonômeros, agentes de controle de reologia, acentuadores de pegajosidade, cargas inorgânicas ou orgânicas, termoplástico e/ou polímeros elastoméricos como agentes de tenacidade, estabilizadores, inibidores, pigmentos, corantes, retardadores de chamas, diluentes reativos, e outros aditivos conhecidos aos elementos versados na técnica para modificar as propriedades da resina de matriz antes e/ou após a cura. No entanto, aditivos opcionais que podem ser adicionados à resina para infusão de resina líquida são limitados pelo requisito de baixa viscosidade e efeito de filtração discutidos acima.

[0087] Se houverem, agentes de tenacidade para a resina de matriz curável podem incluir, porém, sem limitação, homopolímeros ou copolímeros tanto sozinhos como em combinação de poliamidas, copoliamidas, poli- imidas, aramidas, policetonas, polieterimidas (PEI), polietercetonas (PEK), polietercetonacetona (PEKK), polieteretercetonas (PEEK), polieterssulfonas (PES), polietereterssulfonas (PEES), poliésteres, poliuretanos, polissolfonas, polissulfetos, óxido de polifenileno (PPO) e PPO modificado, óxido de (poli)etileno (PEO) e óxido de polipropileno, poliestirenos, polibutadienos, poliacrilatos, polimetacrilatos, poliacrílicos, polifenilssulfona, polímeros de hidrocarboneto de alto desempenho, polímeros de cristal líquido, elastômeros e elastômeros segmentados.

[0088] A adição de agente (ou agentes) de cura e/ou catalisador (ou catalisadores) na resina de matriz curável é opcional, mas o uso de tal pode aumentar a taxa de cura e/ou reduzir as temperaturas de cura, se for desejado. O agente de cura é adequadamente selecionado dentre agentes de cura conhecidos, por exemplo, aminas aromáticas ou alifáticas, ou derivados de guanidina. Um agente de cura de amina aromática é preferencial, preferencialmente uma amina aromática que tem pelo menos dois grupos amino por molécula, e são particularmente preferenciais sulfonas de diaminodifenila, por exemplo, onde os grupos amino estão nas meta- ou nas para-posições em relação ao grupo sulfona. Exemplos particulares são 3,3’- e 4-,4’-diaminodifenilssulfona (DDS); metilenodianilina; bis(4-amino-3,5- dimetilfenil)-1,4-di-isopropilbenzeno; bis(4-aminofenil)-1,4-di- isopropilbenzeno; 4,4’metilenebis-(2,6-dietil)-anilina (MDEA da Lonza); 4,4’metilenobis-(3-cloro, 2,6-dietil)-anilina (MCDEA da Lonza); 4,4’metilenobis-(2,6-di-isopropil)-anilina (M-DIPA da Lonza); 3,5-dietil tolueno-2,4/2,6-diamina (D-ETDA 80 da Lonza); 4,4’metilenobis-(2- isopropil-6-metil)-anilina (M-MIPA da Lonza); 4-clorofenil-N,N-dimetil- ureia (por exemplo, Monuron); 3,4-diclorofenil-N,N-dimetil-ureia (por exemplo, DIURON TM) e dicianodiamida (por exemplo, AMICURE TM CG 1200 da Pacific Anchor Chemical).

[0089] Agentes de cura adequados também incluem anidridos, particularmente anidridos policarboxílicos, tais como anidrido nadico, anidrido metilnadico, anidrido ftálico, anidrido tetra-hidroftálico, anidrido hexa-hidroftálico, anidrido metiltetra-hidroftálico, anidrido endometileno- tetra-hidroftálico, e anidrido trimelítico.

[0090] “De cura” ou “cura” na presente descrição se referem ao endurecimento de um material polimérico pela reticulação química das cadeias poliméricas. O termo “curável” em referência à composição significa que a composição tem capacidade de ser submetida a condições que levarão a composição para um estado endurecido ou termoestável.

[0091] O termo “cerca de” conforme usado na presente descrição representa uma quantidade próxima à quantidade declarada que ainda realiza uma função desejada ou alcança um resultado desejado. Por exemplo, o termo “cerca de” pode se referir a uma quantidade que está dentro de menos do que 1% da quantidade declarada.

EXEMPLOS Materiais

[0092] PY306 se refere a Araldite® PY 306, uma resina de diglicidlila de bisfenol F da Huntsman. MY0510 se refere a Araldite® MY 0510, um triglicidil éter de resina de p-aminofenol da Huntsman, e SUMIKAEXCEL 5003P se refere a um polímero de polieteressulfona da Sumitomo Chemical Co. 4,4’ DDS se refere a 4,4’-diaminodifenilssulfona.

[0093] Partículas de PA-10,10 (poliamida) são fornecidas pela Evonik sob o nome comercial Vestamid® Terra 9161, um produto de policondensação de 1,10-decametilenediamina (D) e ácido 1,10- decanedicarboxílico (ácido sebácico, S), com uma Tg de 37 °C, pico de fusão a 206 °C. tamanho médio de partícula (d50) de aproximadamente 26 μm.

[0094] P84G é uma mescla de 70:30 de poli-imida (mescla P84 325) e P84 grafite revestido com poli-imida (70% de grafite: 30% P84, em peso), fornecido pela HP Polymer Inc.; tamanho médio de partícula (d50) de 22μm.

[0095] PILT se refere a partículas passíveis de inchaço de copolímero de PES-PEES reticulado, que foram produzidas de acordo com o método descrito no Documento de Patente no U.S. 8.846.818, que tem um tamanho médio de partícula (d50) de 34μm.

[0096] PA9T é uma poliamida termoplástica disponível junto à Kuraray, Japão, sintetizada por policondensação de fase sólida de ácido tereftálico, 1, 9 nonanediamina e 2-metil-1, 8 octanediamina, que tem uma Tg de 120 a 130 °C, dois pontos de fusão a 260 °C e 271 °C, e uma temperatura de cristalização acima de 200 °C. O polímero foi fiado em fibras e o produto resultante foi picado em fibras de comprimentos desejados.

[0097] CX7323 se refere a Trogamid® CX7323 da Evonik, uma poliamida amorfa semiaromática/alifática sintetizada por policondensação de diaminas cicloalifáticas e ácido dodecanodioico com uma Tg de 140 °C, uma temperatura de fusão de 260 °C, e um tamanho médio de partícula (d50) de 13 μm.

[0098] Todas as distribuições de tamanho de partícula descritas nos Exemplos foram medidas por um Malvern Mastersizer 2000.

Exemplo 1

[0099] Cinco diferentes composições de resina foram preparadas de acordo com as formulações descritas na Tabela 1. Todas as quantidades estão em porcentagens de peso em peso (p/p).

[00100] R1 é um sistema de linha de base enrijecida de modo homogêneo sem partículas interlaminares, e as outras quatro versões modificadas de R1 contêm partículas P84G ou PA10,10 em 5% e 10% em p/p.

[00101] As composições de resina foram então usadas para produzir diferentes pré-impregnados unidirecionais (UD) com o uso de um processo de impregnação de fusão a quente. Filmes de resina foram produzidos revestindo-se a composição de resina em um papel de liberação. Em seguida, dois de tais filmes de resina foram laminados em lados opostos de uma camada de fibras unidirecionais de carbono contínuas (TENAX®- E IMS65 E23 24K 830tex da Toho Tenax, Alemanha), sob o auxílio de calor e pressão, para formar um pré-impregnado. O peso por área de fibra (FAW) em gsm (ou g/m2) e teor de resina em porcentagem em peso dos pré-impregnados fabricados são mostrados na Tabela 2.

[00102] Véus híbridos de diferentes pesos por área foram fabricados com o uso de um processo de obtenção por via úmida ou produção de papel. As fibras de carbono módulo intermediário picado (IM) (IM7G 12K da Hexcel) com diâmetro de aproximadamente 5,2 μm e partículas termoplásticas selecionadas foram usadas para formar os véus híbridos. A Tabela 3 provê um resumo da composição de véu, teor de partícula termoplástica, teor de fibra de carbono, e peso por área de véu. Na Tabela 3, IM7 se refere às fibras de carbono IM7G.

[00103] Para formar cada um dos véus, uma mistura de fibras picadas e partículas termoplásticas foram primeiro suspensas em água então a pasta fluida foi depositada em uma tela porosa para remover a água, resultando na formação de uma manta não tecida, e a manta não tecida foi então estabilizada aplicando-se um aglutinante acrílico de estireno líquido (Acronal® 888 da Basf) e secando o produto não tecido em um forno para evaporar qualquer água restante e para reticular o aglutinante. O produto resultante, que foi caracterizado pela integridade estrutural tanto na direção de máquina (MD) quanto na direção de manta cruzada (CD), foi envolto em roletes.

[00104] A Figura 7 mostra uma imagem de vista de topo do véu híbrido V1 (P84G/IM7) tomado por microscópio de elétron de varredura (SEM). Partículas são mostradas como sendo entremeadas com as fibras de carbono e substancial e uniformemente distribuídas por todo a estrutura de véu. As partículas termoplásticas estão presentes através da espessura do véu. Muitas partículas são coletadas nas interseções de múltiplas fibras dentro da estrutura de véu, capturada em “agrupamentos” de aglutinante e simplesmente retidas na posição pela arquitetura de véu.

Exemplo 2 Caracterização Mecânica - Pré-Impregnados de UD

[00105] Painéis compósitos foram feitos moldando-se os pré- impregnados (P1, P2, P3) descritos na Tabela 2. Cada painel foi compreendido por um número específico de dobras de pré-impregnado orientadas de acordo com a configuração de moldagem relatada na Tabela 4. As moldagens de pré-impregnado P1 foram também intercaladas com os diferentes véus híbridos descritos na Tabela 3, seguidos por consolidação e cura em autoclave a 180°C por 2 horas e em uma pressão de 0,58 Mpa (85 psi). Para fins de comparação, a mesma moldagem de pré-impregnado P1 foi intercalada com véus de 4 gsm e carbono IM7G. Uma variedade de propriedades mecânicas foram medidas para avaliar os esforços da arquitetura de véu e composição no desempenho de laminado. Testes foram realizados de acordo com os métodos de teste relatados na Tabela 4.

[00106] RT se refere à temperatura ambiente (25 °C). DCB se refere ao Feixe de Cantilever Duplo e ENF se refere à Flexão Dentada Final.

[00107] Os resultados de CAI, GIc e GIIc são relatados nas Tabelas 5 a 7. o denota a variação padrão.

[00108] Conforme mostrado na Tabela 5, o uso de véus híbridos como intercalagens para pré-impregnados unidirecionais pode produzir um aprimoramento de até 50% na força de compressão após um impacto de 30J conforme comparado aos laminados produzidos a partir dos pré-impregnados de linha de base (P1).

[00109] Notavelmente, a distribuição homogênea de pequenas quantidades (1.83 gsm) de partículas de PA-10,10 no véu V2 (PA10,10/IM7) resultou em um aprimoramento de 40% no CAI sobre o painel de compósito impregnado de linha de base P1. De modo mais interessante, a arquitetura de véu híbrido que compreende fibras de carbono e partículas de PA-10,10 mostrou efeitos sinérgicos inesperados - aprimorar o CAI acima e além dos valores medidos para painéis de pré-impregnado enrijecidos tanto por véus de carbono como por partículas enrijecidas separadamente. Quando o véu V2 foi usado como intercalagens para painéis de pré-impregnado, aprimoramentos de 12%, 25% e 22% em CAI foram constatados em relação ao painel de pré- impregnado com véu de carbono de 4 gsm IM7 como intercalagem e o painéis de pré-impregnado (P2, P3) modificados com partículas de PA-10,10.

[00110] Os painéis de pré-impregnado que contêm o véu V1 (P84G/IM7) e véu V4 (PILT/IM7/PA9T) como intercalagens produziram aprimoramento de 45% a 50% em CAI comparado ao painel de pré- impregnado de linha de base P1 não intercalado enquanto véus V2, V3 e V5 intensificaram o desempenho de CAI por 33% a 37% sobre os mesmos painéis de pré-impregnado P1 não-intercalados. Adicionalmente, a arquitetura de véu híbrido descrita se provou mais eficiente do que véus de carbono puro para acentuar a tolerância a danos e desempenho de resistência dos painéis compósitos curados. Todos os véus híbridos descritos na Tabela 3 entregaram valores de CAI 10% a 20% maiores conforme comparado ao painel com véus de carbono 4 gsm IM7 como intercalagens, apesar do fato de que todos os véus híbridos continham aproximadamente a mesma quantidade de fibras de carbono em peso. A arquitetura de véu híbrido descrita também resultou em reduções substanciais na área de dano de laminado curada após um impacto de 30 J em relação aos painéis de pré-impregnado de linha de base P1 (aproximadamente -50%) e em relação ao mesmo painel de pré-impregnado com véus de carbono de 4 gsm como intercalagens (reduções entre 10% e 50%).

[00111] Conforme mostrado na Tabela 6, o uso de véus híbridos como intercalagens para pré-impregnados unidirecionais pode render um aprimoramento de até 70% a resistência de força de delaminação no modo I sobre o painel de compósito impregnado P1 não modificado de linha de base (sem partículas, sem véu).

[00112] Mais especificamente, a inclusão de véus de carbono que contém partículas PA-10,10, P84G, PILT e CX7323 produzidas, respectivamente, aprimoramentos de 33%, 50%,33% e 67% sobre painel de pré-impregnado P1 não-intercalado. De modo mais interessante, os mesmos véus híbridos produziram aprimoramentos entre 15% e 40% conforme comparado aos painéis com véus de carbono 4 gsm IM7 como intercalagens.

[00113] Adicionalmente, a arquitetura de véu inovadora se provou tão eficiente quanto as partículas interlaminares para enrijecer pré-impregnados em uma fração do teor de partícula. Como exemplo, o véu V2, que compreendeu somente 1,8 gsm de partículas PA10,10 em sua estrutura, rendeu valores GIc bem acima daqueles medidos para o painel de pré- impregnado P2 que contém 5% de partículas de PA-10,10 na resina e comparáveis a um painel de pré-impregnado P3 que contém 10% de partículas de PA-10,10 em sua resina.

[00114] Os resultados mecânicos na Tabela 7 mostram que a estrutura de véu híbrido pode render aprimoramento de até 4 vezes no desempenho de resistência de fratura interlaminar de Modo II conforme comparado aos painéis de pré-impregnado de linha de base P1.

[00115] Notavelmente, a distribuição homogênea de um muito teor muito baixo de partículas de PA-10,10 (1.83% em p/p) in véu V2 resultou em, respectivamente, aprimoramento de 25% e 40% em GIIc sobre painéis de pré- impregnado que contêm as mesmas partículas interlaminares dispersas na resina (P2, P3).

[00116] Adicionalmente, o véu V1 (que contêm uma distribuição homogênea de concentração muito pequena (1,8 gsm) de partículas P84G) e véu V5 (que contém uma concentração muito pequena (0,5 gsm) de CX7323 partículas) produzidas, respectivamente, aprimoramento de 12% e 36% em GIIc conforme comparado a um painel que contém véus de carbono 4 gsm IM7 como intercalagens.

[00117] A Figura 8A mostra vistas em corte transversal de um painel compósito curado com véus híbridos CX7323/IM7 (V5) como intercalagens e a Figura 8B mostra um painel compósito curado com P84G/IM7 (V1) véus híbridos como intercalagens, depois de ser submetido a teste de GIc. Conforme pode ser visto a partir das Figuras 8A e 8B, devido à arquitetura de véu inovadora, uma concentração relativamente alta de partículas enrijecidas foi criada na região interlaminar resultando em uma zona de deformação plástica constante e controlada na parte frontal de rachadura em propagação. EXEMPLO 3 Condutividade Elétrica

[00118] Cupons de teste foram extraídos de painéis compósitos produzidos no Exemplo 2, e sua condutividade de direção Z foi medida em condições de DC de acordo com um método de teste com 4 sondas. Os resultados de condutividade elétrica de direção Z para os compósitos curados são mostrados na Tabela 8.

[00119] Conforme comparado ao painel compósito de linha de base produzido a partir do painel de compósito impregnado de linha de base (P1), o painel compósito modificado com 5% (P2) ou 10% (P3) de partículas de PA- 10,10 resultou em uma redução substancial na condutividade de direção Z de mais do que uma ordem de magnitude. Tal redução na condutividade através da espessura determinaria provavelmente os fenômenos de brilho de borda nas estruturas de asas compósitas de aeronave.

[00120] Em contraste, os painéis compósitos que contêm os véus híbridos como intercalagens resultaram em valores de condutividade z bem acima do painel de linha de base enrijecido (P1; 0,7 S/m).

[00121] Constatou-se que a adição de partículas enrijecidas dielétricas no véu híbrido não resultou em nenhuma perda substancial na condutividade de direção Z conforme comparado aos laminados intercalados com véus de carbono. De modo mais interessante, painéis que contêm véus modificados com partículas CX7323 e P84 excederam em desempenho o painel com véus de carbono de 4 gsm em condutividade de direção Z. Véus que compreendem partículas de PILT e PA-10,10 distribuídas de modo homogêneo renderam valores de condutividade de direção Z de compósito marginalmente inferior conforme comparado a aquele para o painel com véus de carbono. Todavia, acredita-se que os níveis de condutividade resultante sejam suficientes para limitar o fenômeno de brilho de borda em asas compósitas de aeronave. Os resultados são, de fato, ainda 5 a 10 vezes maior do que o medido para o painel de linha de base P1, demonstrando mais uma vez que a arquitetura de véu descrita é uma solução versátil que pode superar problemas conectados à redução em condutividade através da espessura quando elementos de tenacidade dielétricos são incorporados em estruturas compósitas.

Exemplo 4 Caracterização de Cisalhamento de Feixe Curvado

[00122] A força de feixe curvado de vários painéis compósitos foi determinada de acordo com ASTM D6415. Cada painel foi formado moldando-se 24 dobras de pré-impregnado de acordo com configuração [+,0,,90]3s, seguido pela cura em autoclave a 180 °C por 2 horas e em uma pressão de 0,58 Mpa (85 psi). Os pré-impregnados (P1, P2 e P3) descritos no Exemplo 1 foram usados para formar as moldagens de pré-impregnado. Duas moldagens de pré-impregnado foram intercaladas com véus de 4 gsm e carbono IM7G, e uma moldagem de pré-impregnado foi intercalada com véu híbrido PA10,10/IM7 (V2). Os componentes de painel são descritos na Tabela 9 assim como os resultados de força de feixe curvado (CBS) para os painéis compósitos curados. Espécimes de teste de feixe curvado em 90° foram usados para todos os testes. A força de feixe curvado representa o momento por largura de unidade que faz com que delaminação (ou delaminações) se forme.

[00123] Os resultados relatados na Tabela 9 demonstram que a inclusão de partículas interlaminares de poliamida em pré-impregnados P2 e P3 resultou em reduções substanciais no desempenho de força de cisalhamento de feixe curvado (CBS) dos painéis compósitos curados conforme comparado ao painel de linha de base P1. Uma redução de 25% em valores de CBS foi medida para o painel de pré-impregnado modificado com 10% de partículas de PA-10,10 (P3). O véu de carbono IM7 de baixo peso por área (4 gsm) não afetou o desempenho de CBS, que está alinhado com o painel de linha de base P1 não modificado.

[00124] A inclusão do véu híbrido V2 (PA10,10/IM7) resultou em redução mínima em valor de CBS conforme comparado aos laminados feitos de pré-impregnado de linha de base P1 enquanto a combinação de véu de carbono IM7G de 4 gsm e pré-impregnados (P3) modificados por partícula mostraram valor de CBS substancialmente inferior conforme comparado ao painel de linha de base P1 (-20%). Nesse caso, a força experimental é a média numérica dos valores medidos para os dois modificadores diferentes (véu de carbono e partículas de PA-10,10).

[00125] Em contraste ao que é observado para painéis de pré- impregnado enrijecidos com partículas termoplásticas, a arquitetura de véu híbrido teve capacidade de manter altos valores de CBS e a presença de partículas enrijecidas específica simultaneamente aprimorou o desempenho mecânico e elétrico dos compósitos curados.

Exemplo 5

[00126] Para componentes de canal e ângulo formados a partir de laminados compósitos, a distorção em formato será visível por uma mudança de ângulo. Esse fenômeno é frequentemente denominado como spring-in e é um resultado de expansão diferente na direção em plano e na direção através da espessura do laminado. O raio de aresta não afeta o ângulo de spring-in se o laminado for ortotrópico homogêneo através da espessura. No entanto, quando uma aresta é produzida por autoclave em que somente uma metade da ferramenta é rígida, o afinamento/espessamento de aresta local durante processamento é esperado. Durante a fabricação de pré-impregnado tradicional, sabe-se que o espessamento de aresta pode ocorrer em arestas de ferramenta fêmeas e afinamento de aresta podem ocorrer em arestas macho. Uma mudança de espessura significa uma mudança em fração de volume de fibra que afeta o spring-in.

[00127] Os painéis compósitos foram fabricados em uma ferramenta com um raio convexo para investigar o efeito em espessura e spring-in. [0]24 moldagens de pré-impregnado foram formadas na ferramenta com o uso de pré-impregnados P1, P2, P3, seguidos por cura em autoclave em 180 °C por 2 horas e em uma pressão de 0,58 Mpa (85 psi). A moldagem de pré- impregnado P1 foi também intercalada com véu de carbono IM7G de 4 gsm e véu de IM7/PA10,10 híbrido V2, enquanto P3 com intercalado com o véu de carbono de 4 gsm conforme indicado na Tabela 10.

[00128] A ferramenta foi produzida a partir de compósito de fibra de carbono com um raio convexo de R8. Isso significa que os painéis fabricados na aresta convexa terão um raio interno e externo de 8 mm e 12 mm, respectivamente. O afinamento de raio foi calculado como diferença entre a espessura de flange médio e raio um. O fator de massa foi calculado como variação percentil em comparação à espessura de painel nominal.

[00129] Os resultados da análise de afinamento de raio são mostrados na Tabela 10.

[00130] Constatou-se que o painel de compósito impregnado de linha de base (P1) curado em uma autoclave em uma ferramenta convexa mostrou aproximadamente 5% de diminuição de massa no raio e uma diferença de 12% de espessura conforme comparado às seções de flange. A presença de partículas de PA-10,10 interlaminares pode reduzir parcialmente tal fenômeno. Os fatores de menor massa e a diferença mínima de espessura entre o raio e as porções de flange foram medidas no painel modificado com o véu híbrido V2. Em todos os outros casos, mesmo se fatores de massa inferior fossem calculados para a porção de raio, fenômenos de espessamento substancial foram observados no flange especialmente para o painel de linha de base P1 e painéis modificados por partícula (P2, P3).

[00131] A Tabela 11 mostra resultados para painéis de pré-impregnado produzidos de acordo com o mesmo método descrito acima, mas a configuração de moldagem é quase isotrópica, mais especificamente, [+,0,,90]3s. Resultados similares foram encontrados para os painéis quase isotrópicos, consultar a Tabela 11. Os fatores de menor massa foram medidos para o painel com véus híbridos V2 como intercalagens. De modo similar ao que é observado para os painéis de UD, o material não modificado mostrou um afinamento de 5% do raio e um afinamento de 2,5% na espessura de flange conforme comparado ao painel de pré-impregnado de linha de base P1. Fatores de alta massa foram também observados para os flanges dos painéis modificados por partícula (P2, P3).

Exemplo 6

[00132] Um tecido não enrugado unidirecional IMS65E24K de 196 gsm (UD-NCF), fornecido pela Saertex (UK, Reino Unido), foi usado para produzir laminados compósitos por infusão de resina líquida. O tecido continua fio de costura de poliéster de 4 gsm para manter as estopas de carbono unidas. 5 gsm dos fios de poliéster finos foram assentados através do tecido para prover integridade lateral e estabilidade ao tecido.

[00133] O tecido foi revestido com 5 gsm de aglutinante à base de epóxi modificado com termoplástico (Cycom® 7720 da Cytec Engineered Materials). Um método de dispersão de pó foi usado para depositar cerca de 5 gsm da composição aglutinante em ambas as faces de cada tecido. Os tecidos com o pó disperso foram passados através de uma prensa de correia dupla para direcionar mais o aglutinante através da manta de fibra e garantir uma coesão satisfatória da manta de fibra de UD. Isso é chamado de etapa de estabilização. Então, os tecidos estabilizados foram fendidos em fitas de 50 mm de largura que têm uma variação de largura de menos do que +/-1,0 mm. A qualidade de borda das fitas fendidas foi suficientemente clara com fibras em ponte limitadas, penugem, e outros defeitos observados.

[00134] O tecido não enrugado foi cortado em dobras menores, e as dobras foram assentadas em uma sequência de empilhamento [+/0/-/90]3s para formar uma moldagem. Moldagens de UD-NCF foram intercaladas com o uso de V1, V4 e um véu de carbono de IM7 de 4 gsm. As moldagens de UD-NCF intercaladas com véu foram então consolidadas pela pré-formação da moldagem em um forno a 130°C por 30 minutos e infundidas com Prism® EP2400 (sistema de epóxi enrijecido disponível junto à Cytec Industries Inc.). Painéis que tem um Vf (fração de volume de fibra) na faixa de 54% a 55% foram produzidos após a cura das pré-formas infundidas a 180°C por 2 h.

[00135] Para fins de comparação, o mesmo tecido de pristina unidirecional não enrugado foi usado para preparar um painel de teste de outro modo idêntico. CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA - TECIDO NÃO ENRUGADO (NCF)

[00136] Uma variedade de propriedades mecânicas foi medida para avaliar os esforços da arquitetura de véu e composição no desempenho de compósito curado. Testes foram realizados de acordo com os métodos de teste relatados na Tabela 12.

[00137] RT se refere à temperatura ambiente (25 °C). DCB se refere ao Feixe de Cantilever Duplo e ENF se refere à Flexão Dentada Final.

[00138] Os resultados de CAI, GIc e GIIc são relatados nas Tabelas 13 e 14. o denota a variação padrão.

[00139] Conforme mostrado na Tabela 13, o uso de véus híbridos como intercalagens para tecidos não enrugados pode produzir um aprimoramento de até 30% na força de compressão após um impacto de 30 J conforme comparado ao mesmo painel formado a partir de tecidos não enrugados não modificados. Mais particularmente, a distribuição homogênea de pequenas quantidades (1,83 gsm) de partículas PILT no véu V4 produziu um aprimoramento de 40% em CAI sobre o painel de compósito impregnado de linha de base P1. Ademais, a arquitetura de véu híbrido V4, que contém fibras de carbono, fibras de PA9T e partículas PILT, rendeu efeitos sinérgicos inesperados - aprimorando o CAI acima dos valores medidos para NCFs intercalados com 4 gsm de véus de carbono. NCFs intercalados com véus V1 produziu aprimoramento de aproximadamente 25% em CAI conforme comparado aos tecidos de linha de base não intercalados.

[00140] Conforme mostrado na Tabela 14, o uso de véus híbridos como intercalagens para tecidos não enrugados unidirecionais pode produzir um aprimoramento de até 35% na resistência de força de delaminação em modo I sobre tecidos não enrugados intercalados de carbono de 4 gsm.

[00141] Mais particularmente, a inclusão de véus de carbono não tecidos que contêm partículas dispersas de modo homogêneo rendeu aprimoramentos de 35% e 10%, respectivamente, para P84G e PILT em relação aos tecidos não enrugados intercalados com véus de carbono. Ademais, o véu V4 (fibras PA9T e de carbono combinados com partículas de PILT) aprimorou o desempenho de GIc em aproximadamente 15% conforme comparado aos tecidos não enrugados intercalados com véus de carbono.

[00142] Os resultados mecânicos na Tabela 14 mostram que a arquitetura de véu descrita pode prover um aprimoramento de até 40% no desempenho de resistência de fratura interlaminar de modo II em comparação aos tecidos não enrugados intercalados com véus de carbono.

[00143] Notavelmente, o véu V1 (que contém um teor muito baixo (1,9% em p/p) de partículas P84G) e véu V3 (que contém um baixo teor (2,4%) de partículas de PILT) produziu, respectivamente, um aprimoramento de 30% e 40% em GIIc sobre tecidos não enrugados intercalados com véus de carbono. Embora a combinação de fibras PA9T, fibras de carbono IM7 e partículas PILT em véu V4 tenha produzido aumento de aproximadamente 45% em GIIc conforme comparado aos tecidos não enrugados intercalados com véus de carbono.

Claims (15)

1. Véu híbrido caracterizado pelo fato de ser flexível, autossuportável, e ser permeável a líquido e gás, compreendendo: (a) fibras aleatoriamente arranjadas entremeadas na forma de uma estrutura não tecida, as referidas fibras sendo fibras de carbono, fibras termoplásticas ou combinação das mesmas; (b) partículas dispersas por toda a estrutura não tecida, em que uma maioria das partículas é penetrante através da espessura da estrutura não tecida; e (c) um aglutinante polimérico ou resinoso presente por todo o véu, o aglutinante estando presente em uma quantidade de 5% a 25% em peso, ou 10% a 20% em peso, com base no peso total do véu, em que as fibras da estrutura não tecida são fibras picadas que têm comprimentos na faixa de 3 mm a 18 mm.

2. Véu híbrido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o véu híbrido tem um peso por área menor ou igual a 12 gsm.

3. Véu híbrido de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que razão em peso entre fibras e partículas no véu está dentro da faixa de 5:1 a 1:1.

4. Véu híbrido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as partículas são selecionadas dentre partículas poliméricas, partículas de casca e núcleo e partículas compósitas formadas dentre uma mistura de diferentes materiais.

5. Véu híbrido de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as partículas são partículas poliméricas que compreendem um ou mais polímeros selecionados dentre: polímeros termoplásticos, polímeros elastoméricos e polímeros termoplásticos reticulados.

6. Véu híbrido de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que as partículas são partículas compósitas formadas a partir de uma mistura que compreende pelo menos um polímero e pelo menos um material condutor.

7. Véu híbrido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que as partículas têm uma distribuição de tamanho de partícula d50 na faixa de 10 μm a 50 μm, conforme medido por difração por laser.

8. Véu híbrido de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o aglutinante compreende um componente selecionado dentre: vinilas, incluindo álcool polivinílico (PVA), álcool polietileno vinílico (PEVOH), acetato de polivinila, polivinil éter, cloreto de polivinila (PVC) e éster de polivinila; butadienos, incluindo butadieno de poliestireno e acrilonitrila de polibutadieno; silicones; poliésteres; poliamidas; poliésteres reticulados; acrílicos, incluindo acrílicos de estireno e acrílicos de acrilonitrila; epóxis; fenóxis; fenólicos; polituretanos; resina de fenol-formaldeído; resina de ureia-formaldeído; copolímeros dos mesmos e combinações dos mesmos.

9. Laminado compósito, caracterizado pelo fato de que compreende: uma moldagem de dobras de pré-impregnado arranjadas em um arranjo de empilhamento, sendo que cada dobra de pré-impregnado compreende uma camada de fibras de reforço que foi impregnada com uma resina de matriz curável; e pelo menos um véu híbrido como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, intercalado entre duas dobras de pré-impregnado adjacentes.

10. Pré-forma fibrosa configurada para infusão de resina líquida, caracterizada pelo fato de que compreende: uma pluralidade de camadas fibrosas que são permeáveis à resina líquida; pelo menos um véu híbrido como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, intercalado entre duas camadas fibrosas adjacentes.

11. Pré-forma fibrosa de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as camadas fibrosas são selecionadas dentre: tecidos tecidos e não tecidos e tecidos multiaxiais.

12. Pré-impregnado, caracterizado pelo fato de que compreende: fibras de reforço impregnadas com uma resina curável; e um véu híbrido como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, embutido na resina curável.

13. Fita fibrosa adequada para uso em um processo de Assentamento de Fita Automatizada (ATL) ou Colocação de Fibra Automatizada (AFP), caracterizada pelo fato de que compreende: uma camada de fibras de reforço unidirecionais laminadas a um véu híbrido como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, em que a fita fibrosa tem uma largura estreita de 3,17 mm a 305 mm e um comprimento contínuo que é pelo menos dez vezes sua largura, e em que a fita fibrosa é permeável à resina líquida.

14. Tecido que pode ser infundido com uma resina líquida caracterizado pelo fato de que compreende: pelo menos uma dobra de tecido que compreende fibras unidirecionais; e um véu híbrido como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, fixado à dobra de tecido.

15. Tecido tecido que é permeável a líquido e gás, caracterizado pelo fato de que compreende: estopas de fibra unidirecional arranjadas paralelas entre si; e tiras de um material não tecido entrelaçado com as estopas de fibra unidirecional em um padrão de tecelagem, em que cada estopa de fibra unidirecional é composta por uma pluralidade de filamentos de fibra contínuos, e em que o material não tecido é o véu híbrido como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8.

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