BR112019019665A2

BR112019019665A2 - construção de ligação de um material de frp a uma estrutura e método de ligação de um material de frp a uma estrutura

Info

Publication number: BR112019019665A2
Application number: BR112019019665A
Authority: BR
Inventors: Nakamura Hitoshi; Matsui Takahiro; Matsumoto Yukihiro; Ochi Yutaka
Original assignee: National Univ Corporation Toyohashi Univ Of Technology; Univ Tokyo Metropolitan; Toray Industries
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2020-04-22
Also published as: JP7075343B2; WO2018199032A1; EP3617424A1; EP3617424A4; PH12019502064A1; CN110494617B; CN110494617A; US20200070429A1; KR102539633B1; KR20200002803A; JPWO2018199032A1

Abstract

são fornecidas: uma construção de ligação de um material de frp a uma estrutura caracterizada por uma camada de ligação formada a partir de um substrato fibroso e uma resina ser interposta entre a estrutura e o material de frp, e a camada de ligação ser projetada de uma borda do material de frp; e um método de ligação. o reparo ou reforço de uma estrutura existente pode ser feito de maneira fácil e confiável em um local de construção com um material de frp necessário e, em particular, uma força de ligação de forma suficiente forte pode ser exercida entre a estrutura e o material de frp para reparo ou reforço e um reparo direcionado ou desempenho de reforço devido ao material de frp pode ser exibido para a estrutura de forma mais confiável.

Description

“CONSTRUÇÃO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA E MÉTODO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA”

Campo da invenção [001] A presente invenção refere-se a uma construção de ligações e um método de ligação de um material de FRP (plástico reforçado com fibra) a uma estrutura e, de forma específica, a uma construção de ligações e um método de ligação de um material de FRP a uma estrutura na qual, em relação a um estrutura existente que requer mudança de aplicação ou uma estrutura existente tendo uma deficiência seccional causada por corrosão ou similar, é possível reparar ou reforçar por um material de FRP requerido de maneira fácil e confiável, mesmo em um local de construção sem realizar a união por parafusos ou soldagem, aprimorando ou recuperando com segurança um desempenho desejado da estrutura existente.

Antecedentes da Invenção [002] No caso do desempenho de uma estrutura existente (por exemplo, uma estrutura cujo material de superfície é um aço ou um FRP) ser melhorado junto com sua troca de aplicação, a união por parafusos ou solda é usada para unir um membro estrutural, tal como uma placa de apoio de aço a ser adicionada e a estrutura existente. Nestes métodos, no entanto, por exemplo, porque um furo de parafuso se torna uma deficiência seccional, e porque uma tensão residual é introduzida na peça de união soldada, o material mãe pode suportar uma carga para causar um novo defeito. Além disso, no caso em que o membro estrutural a ser adicionado é feito de um aço, porque o peso aumenta, não apenas a força a ser considerada no projeto pode aumentar, mas também pode causar um problema na trabalhabilidade no canteiro de obras.

[003] Além disso, no caso de haver uma deficiência seccional em

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2/23 uma estrutura e ser reparada para recuperar o desempenho da estrutura, por exemplo, no caso em que uma estrutura de aço que tenha sido reduzida em espessura por corrosão etc. seja reparada, é conhecida uma tecnologia em que folhas de fibra de reforço, em particular, folhas de fibra de carbono, são utilizadas e o desempenho é recuperado através da aplicação de folhas de fibra de carbono correspondentes à rigidez perdida pela redução de espessura.

[004] Como tal, uma tecnologia de reparação para uma estrutura que utiliza um plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP), para além de uma tecnologia de reparação em um local de construção por colocação manual e uma tecnologia de reparação por ligação de uma placa plana CFRP moldada em uma fábrica com um adesivo tipo massa, recentemente, foi proposta uma tecnologia de reparo por VaRTM (RTM assistida por vácuo, RTM: Moldagem por transferência de resina). Esta tecnologia de reparo VaRTM é uma tecnologia na qual as folhas de fibra de reforço secas são sobrepostas em um local de construção, elas são cobertas com um filme de cima, o interior é descomprimido com uma bomba de vácuo e então uma resina é injetada, o substrato de fibra de reforço e a resina e a estrutura são integrados entre si. A fim de assegurar a integração e obter um efeito de reparo, é importante despejar a resina com segurança até a superfície de ligação e endurecer a resina para exibir uma força de ligação desejada. Contudo, nas tecnologias convencionais, existe um problema em que a resina não flui de forma suficiente à volta, a resina não alcança de forma suficiente a superfície de ligação do material de FRP e a estrutura, e a resistência de ligação do adesivo não é de forma suficiente exibida.

[005] Por exemplo, no documento de Patente 1, embora seja descrito reforço pelo VaRTM, não há descrição em relação a uma estrutura para exercer uma força de ligação. Portanto, o conceito da camada de substrato para ligação não existe, e existe o receio de que não seja possível

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3/23 fluir a resina até uma peça necessária, e garantir uma força de união estável. Além disso, no caso de laminação de multicamadas, embora a propriedade de impregnação de resina nas camadas de reforço possa ser assegurada pela inserção intermediária de um material fibroso de alta permeabilidade, a resina não flui de forma suficiente até a superfície de ligação e, além disso, há um temor de que a força de ligação possa ser reduzida.

[006] Por outro lado, no documento de Patente 2, um método para reforçar uma estrutura de concreto usando uma folha pré-impregnada é divulgado. Como o substrato de fibra de reforço é uma chapa de préimpregnação impregnada de resina, embora a resistência da ligação possa ser garantida, o tempo de processo aumenta e, dependendo da resina, a cura da resina inicia antes da sucção a vácuo após a vedação. Teme-se que o ar possa permanecer na superfície de ligação e possa causar redução da força de adesão. Além disso, como o membro a ser adicionado é uma chapa préimpregnada, embora a qualidade seja alta, uma vez que a construção é realizada durante o aquecimento, é necessária uma instalação de fonte de calor ou similar, e há um problema, em que o procedimento de operação se torna complicado.

Documentos do Estado da Técnica [007] Documentos de patentes:

Documento de patente 1: JP-A-10-513515;

Documento de patente 2: JP-A-11-148230.

Descrição Resumida da Invenção [008] Problemas a serem resolvidos pela invenção:

Por conseguinte, um objeto da presente invenção é proporcionar uma construção de ligação e um método de ligação de um material de FRP a uma estrutura em que, em relação a uma estrutura existente que requer alteração de aplicação ou uma estrutura existente com uma deficiência setorial

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4/23 causada por corrosão ou semelhante, é possível reparar ou reforçar por um material de FRP requerido de maneira fácil e confiável em um local de construção sem realizar a união por parafusos ou soldagem, melhorando ou recuperando com segurança um desempenho desejado da estrutura existente. Em particular, um objetivo da presente invenção é exercer uma força de ligação de forma suficiente alta entre a estrutura a ser reparada ou reforçada e o material de FRP como um material de reforço e para fazer com que a estrutura exiba de forma confiável o desempenho de reparo ou reforço pelo material de FRP.

[009] Meios para resolver os problemas:

Para alcançar os objetivos acima descritos, uma construção de ligação de um material de FRP a uma estrutura, de acordo com a presente invenção é caracterizada por uma camada de ligação formada a partir de um substrato fibroso e uma resina é interposta entre a estrutura e o material de FRP, e a camada de ligação é projetada de uma borda do material de FRP.

[010] Em tal construção de ligação de um material de FRP para uma estrutura, de acordo com a presente invenção, em uma configuração em que o material de FRP, como um material de reforço, é ligado à estrutura a ser reparada ou reforçada, a camada de ligação para exercer uma força de ligação da estrutura e do material de FRP existe claramente entre a estrutura e o material de FRP, e a camada de ligação é interposta entre a estrutura e o material de FRP, e o material de FRP é ligado à estrutura com uma força de ligação de forma suficiente alta. Esta camada de ligação é formada a partir de um substrato fibroso e uma resina, e em particular, formada impregnando a resina no substrato fibroso para formar a camada de ligação, mas para fazer com que a camada de ligação exerça uma força de ligação de forma suficiente elevada e para suprimir a variação da força de ligação a ser pequena, é necessário impregnar de forma suficiente a resina no substrato fibroso. Embora

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5/23 haja também uma resina que é impregnada do lado do substrato de fibra de reforço para formar o material de FRP ao substrato fibroso, apenas por isso, é frequentemente difícil esperar suficiente impregnação de resina para o substrato fibroso, e em muitos casos, não se pode esperar que ela forme uma camada de ligação exercendo uma força de ligação de forma suficiente alta. Portanto, na presente invenção, é empregue a configuração na qual a camada de ligação a ser formada é saliente da borda do material de FRP. Nomeadamente, o substrato fibroso para formar a camada de ligação é projetado a partir da borda do substrato de fibra de reforço, formando o material de FRP. Uma vez que não é necessário impregnar a resina nesta porção saliente do substrato fibroso através do substrato de fibra de reforço para formar o material de FRP, e a resina pode ser facilmente impregnada diretamente na porção saliente que aparece no exterior, através da porção saliente, a resina para ser impregnada flui no substrato fibroso de modo a fluir em torno, e torna-se possível impregnar a resina de forma suficiente bem ao longo do substrato fibroso (isto é, de forma suficiente bem em um estado em que os poros restantes são minimizados). Em particular, se for utilizado um substrato com uma elevada propriedade de impregnação de resina como substrato fibroso, torna-se mais fácil impregnar a resina de forma suficiente bem sobre todo o substrato fibroso. A camada de ligação formada no estado em que a resina é impregnada de forma suficiente sobre todo o substrato fibroso e os poros remanescentes são minimizados pode exibir uma força de ligação de forma suficiente alta, e também torna-se possível suprimir a variação da força de ligação elevada desejada à ser pequena e através desta camada de ligação, o material de FRP é ligado à estrutura com uma força de ligação de forma suficiente alta. Em outras palavras, a construção de ligação do material de FRP à estrutura com uma força de ligação tão desejável de forma suficiente elevada é alcançada pela configuração de interposição da camada de ligação

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6/23 entre a estrutura e o material de FRP e a estrutura saliente da camada de ligação da extremidade do material de FRP, como a estrutura após a ligação. A propósito, no caso em que não há porção saliente da camada de ligação como descrito acima, por exemplo, no caso em que a área de presença da camada de ligação e a área de presença do material de FRP são quase do mesmo tamanho, porque impregnação de resina no substrato fibroso através da porção saliente como descrito acima não pode ser esperado, é difícil formar uma camada de ligação capaz de exibir uma força de ligação de forma suficiente alta.

[011] Na construção de ligação acima descrita de um material de FRP a uma estrutura, de acordo com a presente invenção, é preferível que o comprimento de protusão da camada de ligação a partir da borda do material de FRP seja de 5 mm ou mais e 50 mm ou Menos. Em outras palavras, a distância linear desde a borda do substrato de fibra de reforço até à borda do substrato fibroso que sobressai da borda acima descrita é o comprimento da protuberância. No caso em que a distância entre ambas as bordas não é constante a partir de tal razão que a linha da borda do substrato fibroso não é paralela à linha da borda do substrato de fibra de reforço, a distância máxima entre ambas as bordas é empregada. Além disso, uma vez que esta parte saliente, em particular, a parte saliente do substrato fibroso para formar a camada de ligação a partir da borda do substrato de fibra de reforço para formar o material de FRP torna-se uma entrada da resina a ser impregnada em todo o substrato fibroso, se o comprimento da protuberância for muito pequeno, não é de esperar uma impregnação de resina boa e rápida. Do ponto de vista de boa e rápida impregnação de resina, pode ser um comprimento de protuberância grande, mas se o comprimento de protuberância for muito grande, uma parte de camada de ligação que substancialmente não tem a função de reparo ou reforço da estrutura se torna desnecessariamente grande,

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7/23 e o material é usado com desperdício e a aparência da estrutura é prejudicada. Por conseguinte, o comprimento de protuberância é de preferência suprimido ao mínimo necessário e tendo em conta a razão acima descrita, é mais preferível que seja de 10 mm ou mais e 30 mm ou menos.

[012] Além disso, embora a construção de ligação de um material de FRP a uma estrutura, de acordo com a presente invenção pode ser particularmente aplicado, de forma adequada, a um caso em que a superfície da estrutura na qual a camada de ligação é instalada compreende um aço, também pode ser aplicado a um caso em que a superfície da estrutura sobre a qual a camada de ligação está instalada compreende um FRP. Além disso, como outros casos, também é aplicável a um caso em que a superfície da estrutura na qual a camada de ligação é instalada compreende um material capaz de exercer uma força de ligação de forma suficiente alta da camada de ligação.

[013] O substrato fibroso acima descrito, utilizado para a camada de ligação não é particularmente limitado, e por exemplo, é preferido que seja feito em uma forma de pelo menos um de uma forma semelhante a uma esteira (mat-like form) na qual fibras contínuas são orientadas de forma aleatória, uma forma semelhante a uma folha de malha (mesh sheet-like form) possuindo poros e uma forma semelhante a uma esteira composta por fibras de corte curto. Se tal forma, é possível desejar boa e rápida impregnação de resina a partir da porção saliente acima mencionada para todo o substrato fibroso, mesmo em um substrato fibroso relativamente fino.

[014] Embora o teor de volume de fibra da camada de ligação acima descrita não seja particularmente limitado, se for muito baixo, a camada não é diferente de uma simples camada de ligação de resina, e a resistência da própria camada de ligação torna-se muito baixa e o material de FRP para reparo ou reforço pode facilmente descolar da estrutura e, caso contrário, se for

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8/23 muito alto, a taxa de impregnação da resina da porção saliente pode ser reduzida ou a resina pode não ser facilmente impregnada, e pode tornar-se difícil para impregnar de forma suficiente a resina sobre todo o substrato fibroso, e pode ser difícil exercer uma força de ligação de forma suficiente elevada da camada de ligação. Por conseguinte, o teor em volume de fibra encontra-se de preferência em uma faixa de 5% a 40%. Uma vez que a própria camada de ligação é responsável por exercer uma força de ligação elevada e não visa aumentar a resistência do reforço, não é necessário um teor de volume de fibra extremamente elevado.

[015] Além disso, para o substrato fibroso utilizado para a camada de ligação descrita acima, é desejável a impregnação de resina boa e rápida a partir da porção saliente acima mencionada para todo o substrato fibroso, a fim de satisfazer isto, é preferido que o substrato fibroso seja um substrato no qual uma resina é impregnada facilmente a um certo nível ou mais. A facilidade de impregnação da resina em um substrato pode ser expressa, por exemplo, como uma medida da permeabilidade ao gás do substrato. A permeabilidade ao gás do substrato é de forma geral considerada como uma medida correspondente à área seccional dos poros do substrato. Deste ponto de vista, mais concretamente, é preferido que a área seccional dos poros por unidade de largura de uma única folha do substrato fibroso utilizado na camada de ligação esteja na faixa de 0,05 mm²/ mm a 1,0 mm²/ mm.

[016] Além disso, na construção de ligação de um material de FRP a uma estrutura, de acordo com a presente invenção, é preferível que a resina da camada de ligação seja a mesma que uma resina de matriz do material de FRP. Se as resinas forem as mesmas, a afinidade entre a camada de ligação e o material de FRP é extremamente alta, e um problema como a delaminação da camada entre as duas camadas não ocorre.

[017] Além disso, na construção de ligação de um material de

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FRP a uma estrutura, de acordo com a presente invenção, também pode ser empregue uma formação em que um substrato fibroso para sucção intermediária se estende em uma seção de instalação do material de FRP (em particular, estendendo-se em direção plana do material de FRP instalado em uma posição intermediária na direção da espessura do material de FRP) e projetando-se da borda do material de FRP é fornecida, e o substrato fibroso para sucção intermediária é sobreposto sobre o substrato fibroso que forma a camada de ligação em uma posição saliente da borda do material de FRP. Se tal formação for empregada, mesmo no caso em que o substrato de fibra de reforço para formar o material de FRP seja um substrato relativamente espesso e difícil de ser impregnado com uma resina na sua direção de espessura, tornase possível impregnar bem a resina no substrato de fibra de reforço para formar o material de FRP através do substrato fibroso para sucção intermediária. Por conseguinte, este substrato fibroso para a sucção intermediária é desejavelmente um substrato ao qual a resina é facilmente impregnada, e de preferência um substrato com elevada permeabilidade ao gás acima mencionado.

[018] A presente invenção também fornece um método de ligação de um material de FRP a uma estrutura, que compreende:

uma etapa de tratamento superficial de uma superfície de ligação da estrutura;

uma etapa de disposição de um substrato fibroso formando uma camada de ligação e um substrato de fibra de reforço formando o material de FRP, nesta ordem, na superfície de ligação da estrutura de forma que o substrato fibroso seja projetado de uma borda do substrato de fibra de reforço e fixando temporariamente ambos os substratos;

uma etapa de selar o substrato fibroso e o substrato de fibra de reforço e descomprimir um interior vedado;

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10/23 uma etapa de injetar uma resina no interior selado descomprimido; e uma etapa de endurecimento e cura da resina injetada.

[019] No método de ligação acima descrito de um material de FRP a uma estrutura, de acordo com a presente invenção, a superfície de ligação da estrutura compreende, de preferência, um aço, mas também no caso em que a superfície de ligação da estrutura compreende um FRP, a presente invenção pode ser aplicada. Além disso, também para outros casos, a presente invenção é aplicável no caso em que a superfície de ligação da estrutura é feita de um material que pode ser selado e pode exercer uma força de ligação de forma suficiente elevada da camada de ligação.

[020] Além disso, no método de ligação de um material de FRP a uma estrutura, de acordo com a presente invenção, também pode ser realizado que a mesma resina que a resina injetada seja aplicada à superfície de ligação da estrutura antes de colocar o substrato fibroso. Deste modo, mesmo no caso de uma estrutura na qual existe uma irregularidade fina na superfície de ligação, a superfície de ligação pode ser formada como uma superfície plana antecipadamente antes de formar a camada de ligação pela aplicação de resina, uma camada de ligação desejável pode ser facilmente formada e a força de ligação da camada de ligação à superfície de ligação da estrutura pode também ser segura, de forma antecipada, a um nível desejado pela aplicação de resina. Além disso, a resina não curada aplicada antecipadamente também pode ser usada como uma para fixação temporária ao instalar o substrato fibroso e o substrato de fibra de reforço.

[021] Além disso, no método de ligação de um material de FRP a uma estrutura, de acordo com a presente invenção, é preferível que a resina seja injetada de forma simultânea em relação ao substrato fibroso e ao substrato de fibra de reforço. Deste modo, a porção adicional para reparação

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11/23 ou reforço, incluindo o material de FRP e a camada de ligação, pode ser formada mais rapidamente, e o seu trabalho pode também ser facilitado. Como substrato fibroso, é preferível usar um substrato com excelente fluidez de resina tanto quanto possível, por exemplo, esteira de fibra de vidro picado, manta de fibra contínua de fibra de vidro, manta de fibra de vidro, manta de fibra de polipropileno, folha de malha de resina epóxi ou similar pode ser usado.

[022] Além disso, no método de ligação de um material de FRP a uma estrutura, de acordo com a presente invenção, também pode ser realizado que na etapa de disposição descrita acima do substrato de fibra de reforço, um substrato fibroso para sucção intermediária seja disposto de modo a prolongarse em uma seção de instalação do substrato de fibra de reforço, sobressair de uma borda do substrato de fibra de reforço e sobrepor-se sobre o substrato fibroso em uma posição saliente. É preferível usar um substrato excelente na fluidez da resina, tanto quanto possível, como substrato fibroso para sucção intermediária, por exemplo, esteira de fibra de vidro cortada, esteira de fibra contínua de fibra de vidro, malha de fibra de vidro, esteira de fibra de vidro, folha de malha de polipropileno, folha de malha de resina epóxi, ou semelhante pode ser usado. Dispondo um substrato fibroso para a sucção intermediária, como acima mencionado, mesmo no caso em que o substrato de fibra de reforço para formar o material de FRP é um substrato relativamente espesso e difícil de ser impregnado com uma resina na sua direção de espessura, tornase possível impregnar bem a resina no substrato de fibra de reforço para formar o material de FRP através do substrato fibroso para a sucção intermediária.

[023] Além disso, no método de ligação de um material de FRP a uma estrutura, de acordo com a presente invenção, o método também pode compreender ainda uma etapa de disposição de um substrato de liberação, que

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12/23 cobre todo o substrato fibroso e o substrato de fibra de reforço, que pode ser descascado após o endurecimento da resina injetada, entre a etapa de fixação temporária e a etapa de vedação e descompressão. Deste modo, como mostrado na forma de realização descrita mais tarde, após impregnação e endurecimento da resina para formar o material de FRP e a camada de ligação e cura, um elemento tipo película cobrindo o todo para selar e descomprimir e um elemento tipo folha proporcionado para promover fluxo de resina, que se torna desnecessário após a formação do material de FRP e a camada de ligação, pode ser facilmente removido juntamente com o substrato de liberação, e torna-se possível melhorar a eficiência de toda a operação.

[024] Efeito, de acordo com a invenção.

[025] Assim, de acordo com a construção de ligação e o método de ligação de um material de FRP a uma estrutura, de acordo com a presente invenção, o reparo ou reforço de uma estrutura existente pode ser feito de maneira fácil e confiável em um local de construção com um material de FRP necessário e, em particular, torna-se possível que uma força de ligação de forma suficiente alta seja exercida entre a estrutura e o material de FRP para reparo ou reforço e um desempenho de reparo ou reforço direcionado devido ao material de FRP ser exibido para a estrutura de maneira mais confiável. Além disso, a porção saliente da camada de ligação pode contribuir para o relaxamento da tensão gerada em uma porção final, e torna-se possível dificultar a remoção mesmo em relação às forças geradas repetidamente.

Breve Descrição das Figuras [026] A Figura 1 é um diagrama esquemático que mostra o método de ligação e construção de ligação de um material de FRP a uma estrutura, de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

[027] A Figura 2 é um diagrama esquemático que mostra o método de ligação e construção de ligação de um material de FRP a uma

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13/23 estrutura, de acordo com outra forma de realização da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção [028] A seguir, as formas de realização da presente invenção serão explicadas com referência às Figuras.

[029] A Figura 1 mostra uma construção de ligação e um método de ligação de um material de FRP a uma estrutura, de acordo com uma forma de realização da presente invenção e, em particular, mostra um estado no momento da construção. Na Figura 1, o símbolo (100) representa uma estrutura, em particular, uma estrutura de aço deteriorada, na superfície alvo desta estrutura de aço (100) como um alvo para reparação ou reforço, um material de FRP para reparação ou reforço é ligado. A Figura 1 mostra um estado em que um substrato de fibra de reforço é disposto antes de um material de FRP compreendendo o substrato de fibra de reforço e uma resina matriz ser formada (antes da resina matriz ser impregnada e endurecida).

[030] Na construção para reparo ou reforço mostrado na Figura 1, primeiro, um tratamento de superfície, que remove a poeira ou elimina desníveis desnecessários em relação à superfície da estrutura de aço (100) (superfície de ligação (1)) a ser submetida a reparo ou reforço, é executado. Este tratamento de superfície não é particularmente limitado desde que a formação da camada de ligação na presente invenção seja levada a cabo sem problemas, e uma limpeza ordinária para remoção de óleo e ferrugem e, conforme seja o caso, polimento de superfície com uma lixa ou semelhante pode ser executado.

[031] Na superfície de ligação (1) da estrutura de aço tratada (100), uma camada de substrato fibroso (2) para formar uma camada de ligação e uma camada de substrato de fibra de reforço (3) para formar um material de FRP são laminados nesta ordem, e após o substrato fibroso (2) estar disposto de modo a sair da borda do substrato de fibra de reforço (3),

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14/23 sendo ambos os substratos (2) e (3) temporariamente fixados. O comprimento de protuberância do substrato fibroso (2) é ajustado para, por exemplo, 5 mm ou mais, de forma preferida 10 mm ou mais. Como a forma da porção saliente (4) do substrato fibroso (2) a partir da borda do substrato de fibra de reforço (3), qualquer de uma forma saliente de pelo menos uma borda do substrato de fibra de reforço (3), de preferência das bordas de ambos os lados, e forma saliente a partir da borda circundante substancialmente inteiro do substrato de fibra de reforço (3), pode ser empregue.

[032] Como acima mencionado, a forma do substrato fibroso (2) é formada, por exemplo, em uma forma de pelo menos uma de uma forma semelhante a uma esteira na qual fibras contínuas são orientadas de forma aleatória, uma forma semelhante a folha de malha tendo poros, e uma forma semelhante a uma esteira composta por fibras de corte curto. Embora o tipo de fibras utilizadas para o substrato fibroso (2) não seja particularmente limitado, por exemplo, um equivalente ao tipo de fibras utilizadas para o substrato de fibra de reforço (3) para formar o material de FRP, por exemplo, fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de aramida, fibras de fenol, combinações dos mesmos e similares podem ser exemplificadas e, além disso, uma vez que a camada de ligação é uma camada responsável pela transferência de carga, outras fibras orgânicas ou fibras inorgânicas também podem ser usadas. De modo análogo, uma vez que a camada de ligação é uma camada responsável pela transferência de carga, a espessura da camada após a formação ou o substrato fibroso (2) pode não ser tão grande, por exemplo, como a espessura antes da impregnação da resina, a espessura pode ser de cerca de 0,2 a 0,70 mm. O teor em volume de fibra deste substrato fibroso (2) em relação à camada de ligação formada após impregnação e endurecimento da resina está de forma preferencial na faixa de 5 a 40% como acima mencionado.

[033] Além disso, embora o substrato fibroso (2) seja impregnado

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15/23 com a resina principalmente a partir da porção saliente (4) como descrito mais adiante, a fim de fazer com que esta impregnação de resina seja realizada de forma rápida e fiável, como acima mencionado, é preferível que a área seccional de poros por unidade de largura de uma única folha do substrato fibroso (2), como um índice que mostra a facilidade da impregnação de resina, está na faixa de 0,05 mm²/ mm a 1,0 mm²/ mm.

[034] Quando, embora seja omitido para mostrar na Figura, a mesma resina que a resina a ser injetada descrita mais tarde também pode ser aplicada à superfície de ligação (1) da estrutura de aço (100) antes de dispor o substrato fibroso (2) como acima mencionado. Além disso, embora o estado de cura da resina no momento da passagem para a próxima etapa não seja limitado, ela também pode ser usada para fixar temporariamente o substrato fibroso e o substrato de fibra de reforço.

[035] Depois do substrato fibroso (2) e o substrato de fibra de reforço (3) estarem dispostos em uma forma predeterminada, o substrato fibroso (2) e o substrato de fibra de reforço (3) são selados, a pressão no interior selado é reduzida e a resina é injetada no interior selado descomprimido. Na forma de realização mostrada na Figura 1, um substrato de liberação (5), que cobre todo o substrato fibroso (2) e o substrato de fibra de reforço (3) e que pode ser retirado após o endurecimento da resina injetada, é colocado entre a etapa de fixação temporária acima descrita e a etapa de selagem e descompressão acima descrita. Como este substrato de liberação (5), por exemplo, pode ser usado um pano de fibra de vidro revestido com resina à base de flúor, uma folha de polietileno, uma folha de polipropileno, etc. Contudo, no caso em que uma folha de fluxo de resina (6) descrita mais tarde é deixada na superfície do material de FRP e é integrada, o substrato de liberação (5) pode ser disposto na folha de fluxo de resina (6) e o descolamento de uma película de vedação (7) descrita mais tarde pode ser causada por

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16/23 descolamento do substrato de liberação (5) de forma que a película de vedação (7) possa ser removida com segurança, ou no caso em que a película de vedação (7) pode ser removida mesmo sem o substrato de liberação (5), a definição do substrato de liberação (5) pode ser omitida.

[036] Além disso, na forma de realização mostrada na Figura 1, uma folha de fluxo de resina (6) (também denominada como uma folha de distribuição de resina) é disposta no substrato de liberação (5) acima descrito, a fim de distribuir rápida e uniformemente, a resina é injetada em toda a região necessária, conforme descrito posteriormente. Porque a resina da folha de fluxo de resina (6) é impregnada no substrato de fibra de reforço (3) e no substrato fibroso (2), um substrato permeável a resina é usado para o substrato de libertação (5). Como esta folha de fluxo de resina (6), por exemplo, uma folha de malha de nylon, uma folha de malha de polietileno, uma folha de malha de poliéster pode ser utilizada uma folha de malha de polipropileno ou semelhante.

[037] Após o substrato de liberação (5) e a folha de fluxo de resina (6) serem dispostas, o todo incluindo o substrato fibroso (2) e o substrato de fibra de reforço (3) é coberto com a película de vedação (7), e o interior é selado pela vedação por um material de vedação (8). Como a película de vedação (7), por exemplo, pode ser usada uma película de nylon, uma película de polietileno, uma película de poliéster, uma folha de silicone ou semelhante. O interior selado (9) coberto com a película de vedação (7) é evacuado através de uma bomba de sucção a vácuo (10), e a resina é injetada no interior selado descomprimido (9). Na forma de realização mostrada na Figura 1, uma resina liquefeita (14) em um recipiente de resina (13) o exterior é entregue a um caminho de injeção de resina (12) disposto no lado de injeção de resina (11) por sucção, devido à pressão reduzida, e a partir daí a resina entregue (14) é enviada principalmente para o substrato de fibra de reforço (3) através do fluxo

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17/23 de resina (6) e impregnada, e é impregnada principalmente da porção saliente (4) do substrato fibroso (2) para todo o substrato fibroso (2). No lado de sucção de vácuo (15), um caminho de sucção de vácuo (16) está disposto, e daí, o escape do interior vedado (9) e a sucção de vácuo para a injeção de resina é realizada por evacuação através da bomba de sucção a vácuo (10). A impregnação de resina no substrato de fibra de reforço (3) e a impregnação da resina no substrato fibroso (2) são realizadas de forma substancialmente simultânea.

[038] Após a injeção de resina e impregnação, a resina injetada é endurecida e curada. Embora o endurecimento possa ser realizado a uma temperatura ambiente, se houver uma temperatura mais adequada para o endurecimento separadamente, a temperatura ambiente pode ser controlada a essa temperatura. Por endurecimento da resina, o material de FRP (não mostrado) na presente invenção no qual a resina é impregnada e endurecida no substrato de fibra de reforço (3) e a camada de ligação (não mostrada) na presente invenção na qual a resina é impregnada e endurecida no substrato fibroso (2) são formados. Na camada de ligação formada, uma porção saliente da borda do material de FRP, que é equivalente àquela mostrada na Figura 1, é deixada no estado em que é formada. Antes ou após a conclusão deste endurecimento e cura da resina, a folha de fluxo de resina (6), a película de vedação (7), o material de vedação (8), o caminho de injeção de resina (12) e o caminho de sucção de vácuo (16), que são desnecessários para a estrutura de aço (100) executada com reparo ou reforço, são destacados e removidos juntos do substrato de liberação (5).

[039] Através da camada de ligação assim formada, o material de FRP é ligado à estrutura de aço (100) com uma força de ligação estável alta, o que torna possível que um desempenho de reparação ou reforço desejado da estrutura de aço (100) seja exercida.

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18/23 [040] A Figura 2 mostra o método de ligação e construção de ligação de um material de FRP a uma estrutura, de acordo com outra forma de realização da presente invenção e, em particular, mostra o estado no momento da construção. Na Figura 2, em comparação com a forma de realização mostrada na Figura 1, é proporcionado um substrato fibroso para a sucção intermediária (21) fornecido na etapa de disposição do substrato de fibra de reforço (3), este substrato fibroso para sucção intermediária (21) é disposto de modo a se estender na seção de instalação do substrato de fibra de reforço (3), saliente da borda do reforço do substrato de fibra (3) e sobreposição no substrato fibroso (2) (na porção saliente (4) do substrato fibroso (2)) na sua posição saliente. No que diz respeito à instalação do substrato fibroso para a sucção intermediária (21), por exemplo, como mostrado na Figura, o substrato de fibra de reforço (3) é dividido na direção da espessura, e o substrato fibroso para a sucção intermediária (21) é disposto na primeira camada do substrato de fibra de reforço (3), e sobre ele, o substrato de fibra de reforço de segunda camada (3) é empilhado. Uma vez que a configuração é substancialmente a mesma que a mostrada na Figura 1, para além da instalação do substrato fibroso para a sucção intermediária (21), os mesmos símbolos que os mostrados na Figura 1 são referidos às mesmas partes que as mostradas na Figura 1, omitindo assim a explicação do mesmo.

[041] Ao colocar o substrato fibroso acima descrito para a sucção intermediária (21), de modo a se estender através da seção de instalação do substrato de fibra de reforço (3) e se projetar da borda do substrato de fibra de reforço (3), a resina injetada fluindo da porção saliente flui rapidamente através do interior do substrato fibroso para sucção intermediária (21), e pode ser impregnado no substrato de fibra de reforço (3). Nomeadamente, pela impregnação de resina através do substrato fibroso para sucção intermediária (21), a impregnação de resina para o conjunto de substrato de fibra de reforço

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19/23 (3) no interior vedado (9) pode ser promovida. Por conseguinte, mesmo no caso em que o substrato de fibra de reforço (3) para formar o material de FRP é um substrato relativamente espesso e difícil de ser impregnado com a resina na direção da espessura, dispondo o substrato fibroso acima descrito para sucção intermediária (21) em uma posição intermediária na direção da espessura, torna-se possível impregnar bem a resina no substrato de fibra de reforço (3) para formar o material de FRP. Outras operações e efeitos correspondem àqueles na forma de realização mostrada na Figura 1.

[042] Exemplos:

A seguir, a fim de confirmar o efeito, de acordo com a presente invenção, a força de ligação de CFRP e materiais de aço preso usando VaRTM foi confirmada no seguinte procedimento.

[043] Preparação do espécime de teste:

Utilizando duas chapas planas de aço (módulo de elasticidade: 206 kN/ mm²) cada uma com espessura de 12 mm, largura de 200 mm e comprimento de 250 mm, fixando-as em um estado unido entre si em uma condição não unida, um substrato fibroso para a camada de ligação foi colocada nas duas chapas planas de aço incluindo a porção adjacente, e sobre esta, 7 camadas de folhas de fibra de carbono unidirecionais com diferentes comprimentos para formar um material de FRP na presente invenção, tecido Torayca UM 46-40 (fornecido pela Toray Industries, Inc., quantidade de fibra de carbono: 400 g/ m², módulo de elasticidade: 440 kN/ mm²), foram empilhados.

[044] O substrato de fibra de reforço formado por folhas de fibra de carbono empilhadas tem um comprimento de fixação de 100 mm onde sete camadas são continuadas, e um cone (comprimento: 60 mm) formado pelo encurtamento da folha de fibra de carbono a intervalos de 10 mm no final da folha de fibra de carbono.

[045] Colocou-se um substrato de liberação no substrato fibroso

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20/23 acima descrito e substrato de fibra de reforço, e sobre o mesmo foi colocada uma placa de fluxo de resina. Uma fita de vedação, um tubo para sucção e um tubo para injeção de resina foram dispostos ao redor do substrato e, além disso, uma película de vedação foi coberta e depois aspirada com uma bomba de vácuo para evacuar o espaço coberto pela película de vedação.

[046] Posteriormente, enquanto a bomba de vácuo estava sendo operada, uma resina epóxi AUP40 de dois componentes do tipo curável em temperatura ambiente (fornecida pela Toray ACE Corporation) foi injetada, e depois que a resina foi impregnada, a bomba de vácuo foi parada e ambos os tubos foram selados, e a resina foi curada até ficar endurecida.

[047] Após a resina ser endurecida e um plástico CFRP reforçado com fibra de carbono foi formado, o espécime de teste foi cortado de modo a ter uma largura de 15 mm para preparar uma amostra de ensaio de ligação de cisalhamento por tração. Utilizando uma máquina de ensaios mecânicos, a amostra de ensaio de ligação foi agarrada em ambas as extremidades, e a amostra de teste foi puxada até o CFRP ser removido.

[048] Método de medição da área seccional de poros de substrato fibroso para camada de ligação.

[049] A espessura do substrato (mm) foi medida com base no método de teste de tecido de fibra de carbono JIS R 7602. Em seguida, o substrato foi cortado a 100 mm x 100 mm e o peso por 10.000 mm² (peso de fibra) foi medido. Em seguida, a espessura da densidade do substrato foi calculada a partir da densidade do material a ser utilizado pela seguinte equação. Depois, subtraindo a espessura da densidade da espessura do substrato, calculou-se a área de seção dos poros (mm²/ mm) por unidade de largura de uma única folha.

[050] Espessura da densidade (mm) = peso da fibra (g/ m²) -? densidade da fibra (g/ cm³).

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21/23 [051] Área seccional dos poros de uma única folha (mm²/ mm) = espessura do substrato (mm) - espessura da densidade (mm).

[052] Resultados do teste:

A carga de tração obtida pela máquina de ensaios mecânicos foi dividida pela área calculada pela multiplicação da largura do corpo de prova pelo comprimento de fixação, e isso foi considerado como a força de adesão.

[053] Resistência de união (N/ mm²) = carga de tração (N)Z (largura do corpo de prova (mm) x comprimento de fixação (mm)).

[054] Como mostrado na Tabela 1, a comparação dos respectivos níveis de teste foi realizada não apenas usando uma média AVE, mas também, tendo em conta o desvio padrão o, usando uma força de ligação gerada com 99,7% de probabilidade.

[055] Como resultado da comparação, ao projetar o substrato fibroso para a camada de ligação do substrato de fibra de reforço, a média e a variação foram reduzidas e a resistência de ligação foi aumentada. Além disso, no caso em que uma folha de malha é utilizada para o substrato fibroso ou uma resina é aplicada antecipadamente à camada de ligação, a força de ligação pode ser ainda melhorada.

[056] Tabelai

Nível	Camada de ligação	Força de ligação (N/mm²)
Substrato	Área seccional dos poros (mm²/mm)	Especificação	AVE,	σ	AVE -3o
1	Esteira de vidro	0,3	Mesmo comprimento do que o substrato de fibra de reforço	17,2	0,7	15,1
2	Esteira de superfície	0,11	Mesmo comprimento do que o substrato de fibra de reforço	20,2	1,2	16,6
3	Esteira de vidro	0,3	Projetando-se por 1 cm de cada borda do substrato de fibra de reforço	18,3	0,5	16,8
4	Folha de malha de polipropileno	0,48	Projetando-se por 1 cm de cada borda do substrato de fibra de reforço	22,2	0,4	21,0

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Nível	Camada de ligação	Força de ligação (N/mm²)
Substrato	Área seccional dos poros	Especificação	AVE,	σ	AVE -3σ
5	Esteira de vidro	0,3	Projetando-se por 1 cm de cada borda do substrato de fibra de reforço Reparo de VaRTM em condição de aplicação de resina anteriormente e em estado de resina não curada	19,0	0,4	17,8
6	Esteira de vidro	0,3	Projetando-se por 1 cm de cada borda do substrato de fibra de reforço Reparo de VaRTM em condição de aplicação de resina anteriormente e depois da resina curada	18,6	0,4	17,4

[057] Aplicabilidade Industrial:

A presente invenção é aplicável não apenas a uma infraestrutura, mas também a reparo ou reforço de materiais de metal em campos como aeronaves, carros e navios.

[058] Explicação de símbolos:

1: superfície de ligação;

2: substrato fibroso;

3: substrato de fibra de reforço;

4: porção saliente;

5: substrato de liberação;

6: folha de fluxo de resina;

7: filme de selagem;

8: material de vedação;

9: interior selado;

10: bomba de sucção a vácuo;

11: lado de injeção de resina;

12: caminho de injeção de resina;

13: vaso de resina;

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14: resina;

15: lado de sucção a vácuo;

16: caminho de sucção a vácuo;

21: substrato fibroso para sucção intermediária;

100: estrutura de aço.

Claims

Reivindicações

1. CONSTRUÇÃO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, caracterizada por uma camada de ligação formada a partir de um substrato fibroso e uma resina ser interposta entre a estrutura e o material de FRP, e a camada de ligação é projetada a partir de uma borda do material de FRP.
2. CONSTRUÇÃO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por um comprimento de protuberância da camada de ligação a partir da borda do material de FRP ser de 5 mm ou mais e 50 mm ou menos.
3. CONSTRUÇÃO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada por uma superfície da estrutura na qual a camada de ligação é instalada compreender um aço.
4. CONSTRUÇÃO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada por uma superfície da estrutura na qual a camada de ligação é instalada compreender um FRP.
5. CONSTRUÇÃO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo substrato fibroso utilizado na camada de ligação ser feito na forma de pelo menos uma de uma forma semelhante a uma esteira (mat-like form), na qual fibras contínuas são orientadas de forma aleatória, uma forma semelhante a uma folha de malha (mesh sheet-like form) possuindo poros e uma forma semelhante a uma esteira composta de fibras de corte curto.
6. CONSTRUÇÃO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada por um teor de volume de fibra da camada de ligação estar em

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2/4 uma faixa de 10% a 40%.
7. CONSTRUÇÃO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada por uma área seccional de poros por unidade de largura de uma única folha do substrato fibroso utilizado na camada de ligação estar na faixa de 0,05 mm²/ mm a 1,0 mm²/ mm.
8. CONSTRUÇÃO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada por a resina da camada de ligação ser a mesma que uma resina de matriz do material de FRP.
9. CONSTRUÇÃO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada por um substrato fibroso para sucção intermediária que se estende em uma seção de instalação do material de FRP e que se projeta de uma borda do material de FRP ser fornecido, e o substrato fibroso para a sucção intermediária é sobreposto sobre o substrato fibroso, formando a camada de ligação em uma posição saliente da borda do material de FRP.
10. MÉTODO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, caracterizado por compreender:

uma etapa de tratamento superficial de uma superfície de ligação da estrutura;

uma etapa de disposição um substrato fibroso formando uma camada de ligação e um substrato de fibra de reforço formando o material de FRP nesta ordem na superfície de ligação da estrutura de forma que o substrato fibroso seja projetado de uma borda do substrato de fibra de reforço e fixando temporariamente ambos os substratos;

uma etapa de selar o substrato fibroso e o substrato de fibra de reforço e descomprimir um interior vedado;

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3/4 uma etapa de injetar uma resina no interior selado descomprimido; e uma etapa de endurecimento e cura da resina injetada.
11. MÉTODO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a superfície de ligação da estrutura compreender um aço.
12. MÉTODO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a superfície de ligação da estrutura compreender um FRP.
13. MÉTODO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado por a mesma resina que a resina injetada ser aplicada à superfície de ligação da estrutura antes de colocar o substrato fibroso.
14. MÉTODO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado por a resina ser injetada de forma simultânea em relação ao substrato fibroso e ao substrato de fibra de reforço.
15. MÉTODO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado por, na etapa de disposição do substrato de fibra de reforço, um substrato fibroso para sucção intermediária ser disposto, de modo a se estender em uma seção de instalação do substrato de fibra de reforço, sobressair de uma extremidade do substrato de fibra de reforço e sobrepor sobre o substrato fibroso em uma posição saliente.
16. MÉTODO DE LIGAÇÃO DE UM MATERIAL DE FRP A UMA ESTRUTURA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 15, caracterizado por compreender ainda uma etapa de disposição de um substrato de liberação, que cobre todo o substrato fibroso e o substrato de fibra

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4/4 de reforço e que pode ser descascado depois de endurecer a resina injetada, entre a etapa de fixação temporário e a etapa de selagem e descompressão.