BR112018013475B1

BR112018013475B1 - Pré-forma tridimensional tecida, método para formar a mesma, compósito e método para formar o mesmo

Info

Publication number: BR112018013475B1
Application number: BR112018013475-9A
Authority: BR
Inventors: Jonathan Goering
Original assignee: Albany Engineered Composites, Inc
Priority date: 2016-01-04
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2022-06-21
Also published as: DK3400328T3; TW201726372A; WO2017120060A1; CN108474148B; US20170190138A1; MX2018008305A; CN108474148A; US9962901B2; JP6641014B2; RU2720339C2; CA3009634A1; EP3400328B1; KR20180101450A; BR112018013475A2; KR102085893B1; RU2018122821A; CA3009634C; RU2018122821A3; ES2839298T3; JP2019502037A

Abstract

PRÉ-FORMA COM PREENCHEDORES DE VÃOS INTEGRADOS. Trata-se de uma pré-forma tridimensional preenchida por vãos e um método para formar uma pré-forma tridimensional preenchida por vãos. As pré-formas compreendem uma seção de base (200) de todas as camadas tecidas integralmente, uma porção dessa base separada em três seções, sendo que as duas seções externas (212,214) compreendem camadas tecidas integralmente, e a seção intermediária (210) que compreende um preenchedor de vãos integrado. O preenchedor de vãos integrado pode compreender uma seção central de uma camada tecida, camadas tecidas independentemente, camadas tecidas integralmente ou uma pluralidade de camadas de fibras de urdidura que não são entrelaçadas com fibras de trama. As camadas do preenchedor de vãos integrado comprimem-se ou amassam-se na seção intermediária e preenchem o vão ou os vãos formados, enquanto as camadas tecidas das seções externas são dobradas para formar o formato da pré-forma.

Description

ANTECEDENTES 1. CAMPO DA INVENÇÃO

[001] Esta invenção refere-se, de modo geral, a pré- formas tridimensionais (3D) de tecido e particularmente se refere a pré-formas tecidas em 3D usadas em materiais compósitos reforçados. Mais particularmente, a presente invenção se refere a pré-formas que podem ser formadas em um formato de T. Ainda mais particularmente, a presente invenção se refere a pré-formas que podem ser formadas em um "formato de T" com vãos formados que são preenchidos com material integrado.

2. TÉCNICA RELACIONADA

[002] O uso de materiais compósitos reforçados para produzir componentes estruturais é agora amplamente difundido, particularmente em aplicações em que suas características desejáveis de peso leve, resistência alta, tenacidade, resistência térmica e capacidade para serem formados e conformado podem ser usadas para grande vantagem. Tais componentes são usados, por exemplo, em aplicações aeronáuticas, aeroespaciais, satélites, produtos recreativos de alto desempenho, marinho e outras aplicações.

[003] Tipicamente, tais componentes consistem em materiais de reforço embutidos em um material de matriz. O componente de reforço pode ser produzido a partir de materiais como vidro, carbono, cerâmica, aramida, polietileno e/ou outros materiais que exibam propriedades físicas, térmicas, químicas e/ou outras desejadas, entre as quais a principal é grande resistibilidade contra falha de tensão. Esses materiais são frequentemente fabricados em fibras e usados como fibras de reforço, ou as fibras são formadas em fios que são usados como fios de reforço no componente.

[004] Através do uso de tais materiais de reforço, que finalmente se tornam um elemento constituinte de um componente completo, as características desejáveis dos materiais de reforço, como resistência muito alta, são conferidas ao componente de compósito completo. Os materiais de reforço constituintes típicos podem ser tecidos, tricotados, trançados, laminados ou de outro modo orientados nas configurações desejadas para pré-formas de reforço. Em muitos casos, uma atenção especial é dada para assegurar a utilização otimizada das propriedades para as quais os materiais de reforço constituintes foram selecionados. Normalmente essas pré-formas de reforço são combinadas com material de matriz para formar componentes acabados desejados ou para produzir estoque de trabalho para a produção final de componentes acabados.

[005] Após a pré-forma de reforço desejada ter sido construída, uma resina ou material de matriz pode ser introduzido na pré-forma, de modo que tipicamente a pré- forma de reforço fique encapsulada no material de matriz e o material de matriz preencha as áreas intersticiais entre os elementos constituintes da pré-forma de reforço. O material de matriz pode ser qualquer um de uma grande variedade de materiais, como epóxi, bismaleimida, poliéster, éster vinílico, cerâmica, carbono e/ou outros materiais, que também exibem propriedades físicas, térmicas, químicas e/ou outras desejadas. Os materiais escolhidos para uso como matriz podem ou não ser os mesmos que os da pré-forma de reforço e podem ou não ter propriedades térmicas, químicas ou físicas comparáveis. Normalmente, no entanto, não serão do mesmo material ou terão propriedades físicas, químicas, térmicas ou outras comparáveis, visto que um objetivo comum buscado no uso de compósitos é conseguir uma combinação de características no produto final que não é atingível através do uso de apenas um material constituinte. Assim combinados, a pré-forma reforçada e o material de matriz podem então ser curados e estabilizados na mesma operação por meio de termoendurecimento ou outros métodos conhecidos, e depois sujeitos a outras operações para produzir o componente desejado. É significativo notar nesse ponto que depois de estarem tão curadas, as massas então solidificadas do material de matriz normalmente são muito fortemente aderidas ao material de reforço (por exemplo, a pré-forma de reforço). Como resultado, a tensão no componente acabado, particularmente através de seu material de matriz que atua como um adesivo entre fibras, pode ser efetivamente transferida para e suportada pelo material constituinte da pré-forma de reforço. Qualquer quebra ou descontinuidade na pré-forma de reforço limita a capacidade da pré-forma de transferir e suportar a tensão aplicada ao componente acabado.

[006] Em certas aplicações, são desejadas estruturas compósitas tridimensionais (3D) de tecido como membros de transporte de carga primários. Um formato útil de uma pré- forma para esses membros é geralmente denominado como uma pré-forma em "T", denominada porque se assemelha à letra T em uma vista axial. Outras pré-formas úteis podem ter diferentes formatos de corte transversal, como Pi (n), H, I ou L, por exemplo. Pré-formas de fibra com formatos estruturais específicos podem ser tecidas em um tear vai e vem convencional, e várias patentes existentes descrevem o método para tecer tais estruturas.

[007] Uma das desvantagens do uso dessas pré-formas é que formam vãos quando são bifurcadas ou divididas. Esses vãos são normalmente preenchidos de acordo com métodos convencionais, adicionando-se material adicional à pré- forma. Mas preencher o vão com material adicionado remove a continuidade geral da pré-forma. Além disso, exigir a adição de novo material acrescenta mão-de-obra, materiais e custo à fabricação da pré-forma. Finalmente, o material adicionado não está integralmente conectado à pré-forma, o que reduz a integridade estrutural da pré-forma.

[008] Para manter a integridade estrutural da pré-forma, em muitos casos, a adição de reforços no vão é necessária. O reforço é muitas vezes na forma de folhas de material, tipicamente material tecido adicional. O reforço adicional cria um aumento localizado na espessura e no peso da pré- forma. O reforço pode criar uma concentração de peso localizada no próprio vão reforçado.

[009] Outros métodos conhecidos podem requerer fixadores mecânicos, por exemplo, parafusos ou rebites, para fixar o reforço à pré-forma no vão. No entanto, o uso de parafusos ou rebites de metal na interface de tais componentes é muitas vezes inaceitável porque tais fixadores requerem furos que comprometem ainda mais a integridade da estrutura de compósito. Prejudicialmente, os fixadores adicionam peso e introduzem diferentes coeficientes de expansão térmica entre esses elementos e o material circundante.

[010] Os métodos da técnica anterior não abordaram adequadamente a necessidade de pré-formas tecidas em 3D com capacidade para serem formadas em preenchedores de vãos sem a adição de outros materiais e o aumento resultante na espessura localizada e no peso adicional. A presente invenção aborda as deficiências da técnica anterior ao fornecer uma pré-forma tecida em 3D com seus vãos preenchidos com material integrado sem a necessidade de material adicional com um aumento associado na espessura localizada e no peso adicional e diminuição na integridade estrutural.

SUMÁRIO DA REVELAÇÃO

[011] Consequentemente, a presente invenção se refere a uma pré-forma tecida em 3D e a um método para produzir uma pré-forma tecida em 3D com vãos preenchidos por material integrado sem requerer a entrada de material adicional. O vão da pré-forma é formado dobrando-se dois braços de uma estrutura de tecido dividido de um modo substancialmente plano, formando assim um vão entre os dois braços dobrados. Nessa invenção, os termos "3D" e "múltiplas camadas" são usados de forma intercambiável. Adicionalmente, nessa invenção, o termo "preenchido por vãos" é usado para descrever uma pré-forma tecida em 3D com vãos preenchidos por material integrado.

[012] Os termos "filamentos", "fibras" e "fios" são usadosde forma intercambiável na seguinte descrição. "Filamentos", "fibras" e "fios" conforme usados no presente documento podem se referir a monofilamentos, fios multifilamentares, fios torcidos, cabos multifilamento, fios texturizados, cabos trançados, fios revestidos, fios monofilamentares bicomponentes, bem como fios produzidos a partir de fibras rompidas estiradas ou quaisquer outros materiais. O termo "painel" conforme usado no presente documento pode se referir a qualquer componente estrutural ou de material que se estabelece em outro componente. O termo "base", como aqui utilizado, pode se referir à porção vertical ou longitudinal da pré-forma que pode ser cortada e/ou formada em uma pré-forma conformada.

[013] O termo "tecida integralmente" conforme usado no presente documento se refere a camadas de fibras que são entrelaçadas entre camadas. O termo "tecida independentemente" conforme usado no presente documento se refere a camadas de fibras que não são entrelaçadas entre camadas. Os termos "superior", "inferior", "vertical" e "horizontal" são usados no presente documento por conveniência na descrição da pré-forma e não devem ser interpretados como limitando a pré-forma ou a sua orientação.

[014] A presente invenção também se refere a uma estrutura compósita reforçada que compreende uma pré-forma tecida em 3D que pode ser formada em uma pré-forma preenchida por vãos sem exigir pano ou materiais de matriz adicionais.

[015] Uma modalidade da presente invenção é uma pré- forma tridimensional (3D) tecida que tem uma pluralidade de camadas tecidas. A pré-forma tecida includes uma seção de base da pré-forma com camadas tecidas integralmente. Pelo menos uma porção de extremidade da seção de base da pré- forma é separada em pelo menos três seções que incluem pelo menos uma seção intermediária e pelo menos duas seções externas que têm camadas tecidas integralmente. As pelo menos duas seções externas são dobradas para formar um formato da pré-forma, e a pelo menos uma seção intermediária é comprimida ou amassada em um vão formado entre as pelo menos duas seções externas.

[016] Outra modalidade da presente invenção se refere a uma pré-forma tecida em 3D que é um pano de múltiplas camadas que inclui uma ou mais porções longitudinais que têm um intertravamento de tecido de camada total de pano e uma ou mais porções longitudinais que tem duas ou mais camadas de tecido de intertravamento de pano independentemente e um ou mais panos de camadas tecidas separadas. As camadas separadas estão localizadas entre as camadas intertravadas de pano. As duas ou mais camadas intertravadas de pano são dobradas separadas uma da outra, o que forma um ou mais vãos entre as camadas intertravadas. As camadas separadas estão entre as camadas de intertravamento e, na modalidade, são formadas em um estado comprimido nos vãos.

[017] A pré-forma tecida em 3D pode conter pelo menos um vão que tem formato substancialmente triangular. Adicionalmente, a pré-forma tecida em 3D pode estar no formato de corte transversal de um "T", "L", "H", "I" ou "Pi" ("π").

[018] A pré-forma tecida em 3D pode ser formada cortando- se (ou bifurcando-se) a pré-forma ao longo da porção longitudinal da pré-forma em três seções. Além disso, a pré- forma tecida em 3D pode ser tecida de modo que existam duas seções tecidas integralmente no exterior (que eventualmente formam o topo do “T”), e uma camada central que pode ser uma camada tecida, uma série de camadas tecidas independentemente, série de camadas tecidas integralmente, ou camadas de fios de urdidura que não estão entrelaçados com fios de trama.

[019] Além disso, ambas as extremidades da pré-forma tecida em 3D podem ser bifurcadas. Alternativamente, uma extremidade da pré-forma tecida em 3D pode ser bifurcada e uma extremidade da pré-forma tecida em 3D pode ser tecida de modo que a pré-forma tenha formato de Pi com uma manilha entre suas pernas.

[020] Além disso, podem existir pelo menos duas das pré- formas tecidas em 3D fixadas ou tecidas lado a lado de modo que, quando em uso, dois lados adjacentes das duas pré-formas formem um vão entre as porções verticais (bases) no formato de "T", por exemplo, para inserção de um painel de metal ou compósito que pode ser uma parede ou antepara na fuselagem de uma aeronave, por exemplo. Essas pelo menos duas pré- formas lado a lado podem ser as mesmas que as modalidades acima, ou diferentes.

[021] As especificações das pré-formas tecidas em 3D (por exemplo, comprimentos de perna, relação entre comprimentos de perna e comprimentos de base, dimensões de fio, espessura, número de camadas tecidas integralmente ou independentes) podem variar.

[022] A pré-forma tecida em 3D pode conter fibras de urdidura e de trama que são produzidas a partir de material como vidro, carbono, cerâmica, aramida, polietileno ou outro material adequado. A pré-forma tecida em 3D pode também ser uma estrutura compósita reforçada que compreende um material de matriz como epóxi, bismaleimida, poliéster, éster vinílico, cerâmica, carbono ou outro material conhecido dos especialistas na técnica.

[023] Adicionalmente, a presente invenção se refere a um método para formar uma pré-forma tecida em 3D. Os fios ou fibras de urdidura são tecidos com fios ou fibras de trama para formar um pano de múltiplas camadas que incluem uma ou mais porções longitudinais que têm um intertravamento de tecido de camada total de pano e uma ou mais porções longitudinais que tem duas ou mais camadas de tecido de intertravamento de pano independentemente e uma ou mais camadas tecidas separadas de pano. As camadas separadas estão localizadas entre as camadas intertravadas de pano. A pré- forma pode ser cortada em um ou mais locais, de modo que um ou mais cortes dividam a pré-forma em segmentos de camadas de intertravamento tecidas independentemente com camadas separadas posicionadas entre as camadas de intertravamento. A pré-forma é dobrada ao longo da projeção do plano dos ditos cortes de modo que duas ou mais das ditas camadas de intertravamento sejam dobradas em direções opostas uma à outra, o que forma um ou mais vãos entre as ditas camadas de intertravamento. Em uma pré-forma em T, as áreas dobradas são substancialmente coplanares. Os fios das camadas separadas são comprimidos entre as camadas de intertravamento nos vãos. A pré-forma pode ser impregnada com um material de matriz para se tornar um compósito.

[024] Como uma modalidade alternativa, a pré-forma é tecida para que as camadas centrais sejam tecidas com um padrão de fios de trama, de modo que as camadas centrais não estejam fixadas às camadas exteriores tecidas integralmente. As camadas centrais podem ser apenas uma camada tecida, podem ser independentemente tecidas umas das outras se existir mais do que uma camada, ou todas as camadas podem ser tecidas integralmente em conjunto.

[025] Note-se que nessa invenção e particularmente nas reivindicações e/ou parágrafos, os termos como "compreende", "compreendido", "que compreende" e semelhantes podem ter o significado que lhe é atribuído na lei de patentes dos EUA; por exemplo, podem significar "inclui", "incluído", "que inclui" e semelhantes; e que termos como "que consiste essencialmente em e" consistem essencialmente em ter o significado atribuído a eles na lei de patentes dos EUA, por exemplo, eles permitem elementos não explicitamente recitados, mas excluem elementos que são encontrados na técnica anterior ou que afetam uma característica básica ou nova da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[026] A seguinte descrição detalhada, dada a título de exemplo, mas não destinada a limitar a invenção apenas às modalidades específicas descritas, pode ser melhor entendida em conjunção com os desenhos anexos, nos quais referências semelhantes denotam elementos e partes semelhantes ou similares, e em qual:

[027] A Figura 1 ilustra uma vista lateral de uma pré- forma tecida em 3D da técnica anterior no formato de uma pré-forma em “T” produzida a partir de um pano de intertravamento de múltiplas camadas de bifurcação.

[028] A Figura 2 ilustra uma vista lateral de uma pré- forma tecida em 3D de acordo com uma modalidade da invenção.

[029] As Figuras 3A - 3B ilustra uma pré-forma tecida em 3D em formato de H de acordo com uma modalidade da invenção.

[030] A Figura 4 ilustra uma pré-forma tecida em 3D em formato de Pi de acordo com uma modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[031] As modalidades da invenção são descritas abaixo com referência aos desenhos anexos, os quais representam modalidades das aplicações exemplificadoras e de pré-formas divulgados da mesma. No entanto, é para ser entendido que as aplicações da pré-forma divulgada não estão limitadas às modalidades ilustradas. Além disso, a invenção não está limitada às modalidades representadas e aos seus detalhes, que são fornecidos para fins de ilustração e não de limitação.

[032] A presente invenção se refere a pré-formas tridimensionais tecidas (3D) que podem ser formadas em pré- formas conformadas com preenchedores de vãos integrados sem a adição de materiais separados ou adicionais no vão e a um método para formar tais pré-formas. Outras configurações de pré-formas em 3D são possíveis. Isto é, a presente técnica pode ser aplicada a pré-formas com um vão formado a partir da dobragem de porções da pré-forma. Em particular, tais vãos podem resultar quando porções tecidas do pano são formadas em pernas da pré-forma.

[033] As Figuras 1A - 1B ilustram a formação de uma pré- forma em T tecida em 3D da técnica relacionada. Na Figura 1A, estrutura plana 100, compreende uma superfície principal substancialmente plana 102 e uma superfície principal oposta geralmente paralela 102', e pelo menos uma superfície de borda 104. Uma seção de base 106 ao longo do comprimento longitudinal da estrutura de pré-forma 100 é compreendida por uma pluralidade de camadas tecidas integralmente. Outra seção 108 da estrutura plana 100 é cortada 110 no primeiro segmento 112 e no segundo segmento 114. O corte 110 é produzido através de uma profundidade da estrutura da pré- forma 100 na localização do corte para a superfície principal 102. O plano de corte 110 é perpendicular à estrutura da pré-forma 100 e a estrutura da superfície principal 102 na localização do corte.

[034] Na Figura 1A, a estrutura 100 é formada de duas porções. A seção de base 106 é formada por uma ou mais camadas tecidas integralmente 112 e uma ou mais camadas tecidas integralmente 114 de fios de urdidura e de trama, sendo que as camadas são tecidas em conjunto ao longo de toda a largura da estrutura. Em uma segunda porção de extremidade da estrutura 100, as camadas 112 não são tecidas em conjunto com as camadas 114 ao longo de uma bifurcação 110. Alternativamente, as camadas 112 e 114 podem ser tecidas integralmente em conjunto e separadas por corte ao longo da bifurcação 110 ao longo do comprimento da estrutura 100.

[035] Relações dimensionais entre os segmentos 112, 114 e D1 influenciam as características do vão formado 158.

[036] A Figura 1B ilustra uma pré-forma em formato de T 150, que resulta dos segmentos de dobragem 112 e 114 ao longo da bifurcação 110 da Figura 1A de um modo substancialmente plano para formar um braço esquerdo 152 e um braço direito 154. Pelo menos uma porção de base 156 ao longo do comprimento longitudinal da pré-forma 150 é compreendida por uma pluralidade de camadas tecidas integralmente. Um vão 158 é formado dobrando-se o braço 152 e o braço 154 de um modo substancialmente plano para formar uma pré-forma em formato de T 150 cortando-se a pré-forma ao longo do eixo geométrico L. O vão 158 resulta dos raios inerentes formados a partir da dobragem dos braços 152, 154. O vão 158 é substancialmente triangular. Esses vãos podem ser preenchidos de modo que a pré-forma apresente uma superfície substancialmente plana. Também vãos como 158, se não forem preenchidos, podem resultar em uma fraqueza na pré-forma.

[037] A Figura 2 ilustra uma pré-forma tecida em 3D em formato de T de acordo com uma modalidade desta invenção. Na Figura 2A, a estrutura 200 compreende uma superfície principal 202 e uma superfície oposta geralmente paralela 202', e pelo menos um canto 204. Pelo menos uma porção de extremidade 206 ao longo de um comprimento longitudinal da estrutura de pré-forma 200 é compreendida por uma pluralidade de camadas tecidas integralmente. A porção de extremidade 208 é dividida por bifurcações 216 e 218, formando assim três segmentos 210, 212, 214 de porção de extremidade 208. As bifurcações 216 e 218 são produzidas através de uma profundidade D2 de estrutura de pré-forma 200 e podem ser substancialmente iguais em profundidade. As bifurcações planas 216 e 218 podem ser perpendiculares à estrutura da pré-forma 200 e a estrutura da superfície principal 202 na localização de cada bifurcação. A porção 210 é pelo menos uma camada de fibras não tecidas de urdidura e de trama que existe entre as bifurcações 216 e 218.

[038] Em modalidades da presente invenção, os segmentos 212 e 214 têm a mesma profundidade D2 e são de comprimentos iguais ou substancialmente o mesmo comprimento, ao longo do comprimento L da estrutura. Em algumas modalidades, os cortes de bifurcação 216, 218 são de diferentes profundidades. Outras relações dimensionais entre os segmentos 212, 214 podem influenciar as características do vão formado (ou vãos formados) 258, 260. Modalidades da presente invenção podem ser alcançadas usando-se passagens de ligação durante a tecelagem da estrutura. Ao longo da seção apropriada (ou seções apropriadas) da estrutura, as passagens de ligação são omitidas, o que permite que uma bifurcação seja formada quando os braços separados da pré-forma são dobrados abertos.

[039] A Figura 2B ilustra uma pré-forma em T 250, que resulta dos segmentos de dobragem 212 e 214 ao longo das bifurcações 216 e 218 de um modo substancialmente plano para formar um braço esquerdo 252 e um braço direito 254. Pelo menos uma porção de base 206 ao longo do comprimento longitudinal da pré-forma 250 é compreendida por uma pluralidade de camadas tecidas integralmente. Dois vãos 258 e 260 são formados dobrando-se os braços 252 e 254 de um modo substancialmente plano para formar uma pré-forma em T 250. As camadas de fibras separadas tecidas independentemente 262 permanecem entre os braços 252 e 254 e os vãos 258 e 260. Conforme discutido acima, a profundidade das bifurcações 216, 218 podem afetar o vão (ou os vãos) 258, 260 e os comprimentos relativos dos braços 252, 254. Ou seja, uma maior profundidade de uma bifurcação permitirá um maior comprimento de um braço resultante.

[040] A Figura 2C ilustra uma pré-forma em formato de T 280, que é o produto resultante da compressão ou do amassamento das camadas de fibra separadas independentemente 262 da Figura 2B para baixo para preencher os vãos 258 e 260 para formar uma superfície superior substancialmente coplanar 284 da pré-forma com os braços 252, 254. A estrutura resultante, que inclui o vão preenchido 282, pode ser infundida com resina ou material de matriz, como, mas não limitado a, epóxi, bismaleimida, poliéster, éster vinílico, cerâmica, carbono ou outros materiais que exibam propriedades físicas, térmicas, químicas, ou outras propriedades desejadas, com o uso de técnicas convencionais como, mas não limitadas a, moldagem por transferência de resina ou infiltração por vapor químico, o que resulta em uma estrutura compósita reforçada. A pré-forma em T 280 resultante tem braços 252 e 254, que estão em uma disposição substancialmente coplanar e estão conectados pelo vão preenchido 282.

[041] Uma modalidade da presente invenção é direcionada a uma pré-forma tecida em 3D compreendida por uma primeira porção de uma primeira seção da pré-forma que tem camadas de fibras de urdidura não tecidas com fibras de trama, uma segunda porção de uma primeira seção da pré-forma que tem fibras de urdidura e de trama integralmente entrelaçadas em uma ou mais camadas em um primeiro lado da primeira porção e uma terceira porção da primeira seção que tem fibras de urdidura e de trama integralmente entrelaçadas em uma ou mais camadas em um lado oposto da primeira porção. A segunda e a terceira porções são dobradas para formar um formato do pré-forma em T, e as camadas não tecidas das fibras de urdidura são comprimidas ou amassadas em um vão formado entre a segunda e a terceira porções. Além disso, em uma segunda seção da pré-forma, as fibras de urdidura e de trama da primeira seção são tecidas em camadas. Adicionalmente, as camadas da primeira, da segunda e da terceira porções na segunda seção de base estão todas entrelaçadas em conjunto.

[042] Outra modalidade da presente invenção é direcionada para uma pré-forma tecida em 3D compreendida por uma primeira seção longitudinal que tem fibras de urdidura e de trama tecidas integralmente em camadas pelo menos algumas das quais estão intertravadas e uma segunda seção longitudinal que tem duas ou mais porções, cada uma das duas ou mais porções, que incluem fibras de urdidura e de trama tecidas integralmente em camadas de intertravamento, e que tem uma ou mais porções de fibras não tecidas de urdidura. A porção não tecida é posicionada entre as porções de camadas de intertravamento e duas sou mais das porções de camadas de intertravamento são dobradas para formar um ou mais vãos entre as ditas porções dobradas de camadas de intertravamento. Além disso, a porção não tecida é amassada nos vãos formados. Uma outra modalidade é direcionada a uma pré-forma que tem duas porções de camadas de intertravamento. Uma modalidade adicional é direcionada a uma que tem duas porções de camadas de intertravamento que são dobradas para formar um pré-forma em T e com fibras de urdidura não tecidas amassadas no vão formado entre as duas porções de camadas de intertravamento dobradas.

[043] A superfície das partes dobradas das duas porções de camadas de intertravamento tecidas integralmente pode ser substancialmente coplanar. As fibras ou fios de urdidura e de trama podem ser produzidos a partir de qualquer material adequado como, mas não se limitando a, vidro, carbono, cerâmica, aramida e polietileno. A pré-forma pode estar na forma de um compósito que foi impregnado por um material de matriz. O material da matriz pode preencher toda a estrutura, incluindo o vão de modo que uma superfície superior do vão seja substancialmente coplanar com as partes dobradas das duas porções de camadas de intertravamento. O material da matriz pode ser qualquer material adequado como, mas não limitado a, epóxi, bismaleimida, poliéster, éster vinílico, cerâmica e carbono.

[044] Outra modalidade da presente invenção é direcionada a um método de formação de uma pré-forma tridimensional (3D) tecida que tem uma pluralidade de camadas tecidas integralmente. O método envolve a formação de uma primeira porção de uma primeira seção da pré-forma que tem fibras de urdidura não tecidas com fibras de trama, que forma uma segunda porção de uma primeira seção da pré-forma que tem fibras de urdidura e de trama entrelaçadas em uma ou mais camadas em um primeiro lado da primeira porção e que forma uma terceira porção da primeira seção que tem fibras de urdidura e de trama entrelaçadas em uma ou mais camadas em um lado oposto da primeira porção. O método envolve então a dobragem da segunda e da terceira porções para formar um formato da pré-forma, e amassar as fibras não tecidas em um vão formado entre a segunda e a terceira porções. O método pode envolver a formação de uma segunda seção da pré-forma tecendo-se integralmente fibras de urdidura e de trama da primeira seção em camadas. O método também pode envolver tecer integralmente as camadas da primeira, da segunda e da terceira porções na segunda seção em conjunto.

[045] Uma modalidade adicional da presente invenção é direcionada a um método para formar uma pré-forma tridimensional (3D) tecida que tem uma pluralidade de camadas tecidas que compreende as etapas de tecer uma primeira seção longitudinal que tem fibras de urdidura e de trama em camadas pelo menos algumas das quais são de intertravamento, tecer integralmente uma segunda seção longitudinal que tem duas ou mais porções, cada uma das duas ou mais porções incluem fibras de urdidura e de trama de camadas de intertravamento, e que tem uma ou mais porções de fibras de urdidura não tecidas, posicionar a porção não tecida entre as porções de camadas de intertravamento, dobrar duas ou mais das porções de camadas de intertravamento para formar um ou mais vãos entre as ditas porções dobradas de camadas de intertravamento e amassar a porção não tecida nos vãos formados. O método pode envolver a formação de duas porções de camadas de intertravamento. O método também pode envolver dobrar as duas porções de camadas de intertravamento para formar uma pré-forma em T e amassar as fibras não tecidas no vão entre as duas porções de camadas de intertravamento dobradas. O método pode incluir a produção de uma superfície das partes dobradas das duas porções de camadas de intertravamento que são substancialmente coplanares. Além disso, o método pode incluir o uso de fibras ou fios de urdidura e de trama produzidos a partir de qualquer material adequado, incluindo, mas não se limitando a vidro, carbono, cerâmica, aramida e polietileno.

[046] Outra modalidade da presente invenção é direcionada a um método de fabricação de um compósito que compreende um método de fabricação de uma estrutura de pré- forma tecida em 3D com dois braços e um vão entre os quais o dito vão é preenchido com material integral à pré-forma tecida e impregnando-se um material de matriz na pré-forma. O método pode incluir o preenchimento de toda a estrutura, incluindo o vão formado com um material de matriz de modo que uma superfície superior do vão seja substancialmente coplanar com as partes dobradas das duas porções de camadas de intertravamento. O método também pode utilizar qualquer material de matriz que inclui, mas não limitado a, epóxi, bismaleimida, poliéster, éster vinílico, cerâmica e carbono.

[047] Outra modalidade da presente invenção é direcionada a um método de fabricação de uma pré-forma tecida em 3D compreendida por corte de qualquer uma dentre as pré- formas anteriores, ambas na extremidade superior e na extremidade inferior e por separar a extremidade superior e a extremidade inferior em pelo menos três seções.

[048] As Figuras 3A - 3B ilustram uma modalidade da presente invenção direcionada a uma pré-forma tecida em 3D formada em uma pré-forma 300 em formato de H (ou em formato de l). A pré-forma em formato de H é compreendida por qualquer uma das pré-formas anteriormente descritas, em que tanto uma primeira porção de extremidade 350a quanto uma segunda porção de extremidade 350b da pré-forma tecida em 3D 350 são, cada uma, separadas em pelo menos três seções. A primeira porção de extremidade 350a é separada nas seções 310a, 312a, 314a e a segunda porção de extremidade 350b é separada nas seções 310b, 312b e 314b. Conforme descrito acima no presente documento, cada uma dentre a primeira e a segunda porções de extremidade é dobrada formando uma manilha ou vãos 370a, 370b entre as mesmas. As fibras 360a, 360b das partes centrais não tecidas 310a, 310b estão amassadas nos vãos 370a, 370b formando superfícies planas substancialmente paralelas. Os vãos 320 resultam a partir da pré-forma em H formada. A pré-forma pode ser impregnada conforme discutido no presente documento. Os vãos 320 podem ser usados para montagem, por exemplo, um painel 330, vidro, acrílico ou outro objeto.

[049] Alternativamente, uma pré-forma 300 em formato de H (ou em formato de l) pode ser formada a partir de duas pré-formas em T 310a, 310b. Nessa modalidade, as pré-formas em T 310a, 310b são unidas nas suas bases em um ponto 380. Qualquer método de união das pré-formas em T conhecidas para àqueles de habilidade comum, como colagem, etc., pode ser usado.

[050] A Figura 4 ilustra que uma modalidade da presente invenção é direcionada a uma pré-forma tecida em 3D formada em uma pré-forma em formato de Pi 400. Nessa modalidade, as duas pré-formas em T 410a, 410b são tecidas por qualquer um dos métodos discutidos acima no presente documento. Conforme descrito acima no presente documento, cada uma dentre as primeiras porções de extremidade 450a, 450b é dobrada formando respectivos vãos 470a, 470b entre as mesmas. A pré- forma em T 410a, 410b pode ser disposta adjacente uma à outra, formando assim a pré-forma em Pi 400 com manilha ou vão 420 entre as mesmas. As pré-formas em T podem ser unidas em conjunto nas respectivas extremidades de flange 490a, 490b por qualquer método conhecido em um local 480. As fibras 460a, 460b das porções centrais não tecidas estão amassadas nos vãos 470a, 470b que formam superfícies planas substancialmente paralelas ao longo da superfície superior da pré-forma em Pi resultante. A manilha ou vão 420 resultam da pré-forma em Pi formada. A pré-forma pode ser impregnada conforme discutido no presente documento. O vão 420 pode ser usado para montagem, por exemplo, um painel 430, vidro, acrílico ou outro objeto.

[051] Outra modalidade da presente invenção é direcionada a um método de fabricação de uma pré-forma tecida em 3D compreendida por tecer duas das pré-formas anteriores adjacentes entre si, formando assim uma manilha entre as mesmas.

[052] Uma modalidade da presente invenção é direcionada a uma pré-forma tecida em 3D compreendida por qualquer uma das pré-formas anteriores em que a extremidade superior da pré-forma tecida em 3D é separada em pelo menos três seções e a extremidade inferior da pré-forma tecida em 3D é tecida de modo que a pré-forma tenha formato de Pi ("n").

[053] Outra modalidade da presente invenção é direcionada a um método de fabricação de uma pré-forma tecida em 3D compreendida pelo corte de qualquer uma das pré-formas anteriores ambas na extremidade superior da pré-forma tecida em 3D, separando assim a extremidade superior em pelo menos três seções e tecendo a extremidade inferior da pré-forma tecida em 3D para que a pré-forma tenha formato de Pi ("n").

[054] Outras modalidades estão dentro do escopo das reivindicações seguintes.

Claims

1. Pré-forma tridimensional tecida (3D) que tem uma pluralidade de camadas tecidas, a pré-forma tecida caracterizada pelo fato de que compreende: uma seção de base da pré-forma que compreende camadas tecidas integralmente; pelo menos uma porção de extremidade da seção de base da pré-forma separada em pelo menos três seções que compreendem: pelo menos uma seção intermediária; pelo menos duas seções externas que compreendem camadas tecidas integralmente; em que as pelo menos duas seções externas são dobradas para formar um formato da pré-forma, e a pelo menos uma seção intermediária é comprimida ou amassada em um vão formado entre as pelo menos duas seções externas.

2. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as pelo menos três seções são formadas cortando-se a pelo menos uma porção da base.

3. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as pelo menos três seções são formadas tecendo-se a pelo menos uma porção de extremidade da base.

4. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que passagens de ligação são usadas para tecer a pré-forma e são omitidas nos lados da pelo menos uma porção de extremidade da base, o que permite que uma bifurcação seja formada quando os braços separados da pré-forma são dobrados abertos.

5. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a pelo menos uma seção intermediária compreende uma ou mais camadas tecidas independentemente.

6. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a pelo menos uma seção intermediária compreende duas ou mais camadas tecidas integralmente.

7. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a pelo menos uma seção intermediária compreende fibras de urdidura não tecidas com fibras de trama.

8. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as pelo menos duas seções externas são dobradas para formar uma pré-forma em T.

9. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que as pelo menos duas seções externas dobradas formam uma superfície superior substancialmente coplanar.

10. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o material de matriz preenche o vão de modo que uma superfície superior do vão seja substancialmente coplanar com as pelo menos duas seções externas dobradas.

11. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o material de matriz é selecionado a partir do grupo que consiste em epóxi, bismaleimida, poliéster, éster vinílico, cerâmica e carbono.

12. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que pelo menos duas das pré-formas tecidas em 3D são fixadas lado a lado para que pelo menos dois lados adjacentes das pelo menos duas pré-formas tecidas em 3D formem um vão entre suas bases.

13. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que um painel é inserido entre o vão formado entre as pelo menos duas bases de pré-forma tecida em 3D.

14. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que as pelo menos duas pré-formas tecidas em 3D são pré-formas em T tecidas em conjunto para formar uma manilha entre as pré-formas em T.

15. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que tanto uma primeira extremidade quanto uma segunda extremidade da pré-forma tecida em 3D são separadas em pelo menos três seções.

16. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma primeira porção de extremidade da pré-forma tecida em 3D é separada em pelo menos três seções e uma segunda porção de extremidade da pré-forma tecida em 3D é tecida para que a pré-forma tenha formato de Pi ("n").

17. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende fibras ou fios de urdidura e de trama produzidos a partir de um material selecionado a partir do grupo que consiste em vidro, carbono, cerâmica, aramida e polietileno.

18. Compósito caracterizado pelo fato de que compreende: uma pré-forma, conforme definida na reivindicação 1; e um material de matriz que impregna a pré-forma.

19. Método para formar uma pré-forma tridimensional (3D) de tecido que tem uma pluralidade de camadas tecidas caracterizado pelo fato de que compreende: formar uma primeira porção de uma base que tem camadas tecidas integralmente; e formar pelo menos uma porção de extremidade da base que tem pelo menos três seções, sendo que as pelo menos três seções incluem: pelo menos uma seção intermediária; e pelo menos duas seções externas que têm camadas tecidas integralmente; e dobrar as pelo menos duas seções externas para formar um formato da pré-forma; e comprimir ou amassar a pelo menos uma seção intermediária em um vão formado entre as pelo menos duas seções externas.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que as pelo menos três seções são formadas cortando-se pelo menos uma porção de extremidade ao longo do comprimento (L) da base.

21. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que as pelo menos três seções são formadas tecendo-se a pelo menos uma porção de extremidade da base.

22. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que as passagens de ligação são usadas na tecelagem da pré-forma e as pelo menos três seções são formadas omitindo-se passagens de ligação nos lados da pelo menos uma porção de extremidade da base, o que permite que uma bifurcação seja formada quando os braços separados da pré-forma são dobrados abertos.

23. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que uma ou mais camadas da pelo menos uma seção intermediária são tecidas independentemente.

24. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que duas ou mais camadas da pelo menos uma seção intermediária são tecidas integralmente.

25. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma seção intermediária compreende fibras de urdidura não tecidas com fibras de trama.

26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que compreende: dobrar as pelo menos duas seções externas para formar uma pré-forma em T; e comprimir ou amassar as fibras não tecidas no vão entre as pelo menos duas seções externas.

27. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que uma superfície das partes dobradas das pelo menos duas seções externas é substancialmente coplanar.

28. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que pelo menos duas das pré-formas tecidas em 3D são fixadas lado a lado para que pelo menos dois lados adjacentes das pelo menos duas pré-formas tecidas em 3D formem uma manilha entre suas bases.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que um painel é inserido entre a manilha formada entre as pelo menos duas bases de pré-forma tecida em 3D.

30. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que as pelo menos duas pré-formas tecidas em 3D são formadas em um formato de Pi ("n").

31. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que tanto uma extremidade superior quanto uma extremidade inferior da pré-forma tecida em 3D são separadas em pelo menos três seções.

32. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que uma primeira porção de extremidade da pré-forma tecida em 3D é separada em pelo menos três seções e uma segunda porção de extremidade da pré-forma tecida em 3D é tecida para que a pré-forma tenha formato de Pi ("n").

33. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende fibras ou fios de urdidura e de trama produzidos a partir de um material selecionado a partir do grupo que consiste em vidro, carbono, cerâmica, aramida e polietileno.

34. Método de fabricação de um compósito caracterizado pelo fato de que compreende: formar uma pré-forma de acordo com o método, conforme definido na reivindicação 19; e impregnar a pré-forma com um material de matriz.

35. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o material de matriz é preenchido no vão de modo que uma superfície superior do vão seja produzida substancialmente coplanar com as partes dobradas das pelo menos duas seções externas.

36. Método, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o material de matriz é selecionado a partir do grupo que consiste em epóxi, bismaleimida, poliéster, éster vinílico, cerâmica e carbono.