BR112020001795A2 - método, sistema de fabricação e método para fabricação de um artigo pultrudado - Google Patents

Abstract

Processo de formação de peças compósitas compreendendo a pultrusão de uma resina e material de fibra através de uma matriz de pultrusão reduzida, expondo a resina pultrudada e o material de fibra a uma bobina de aquecimento por indução alinhada, para ficar em alinhamento com a matriz de pultrusão, a fim de curar a resina e o material de fibra, em que um ou mais dos materiais de resina e/ou fibra incluem um componente metálico para facilitar a cura através da bobina de aquecimento por indução.

Description

MÉTODO, SISTEMA DE FABRICAÇÃO E MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO PULTRUDADO CAMPO TÉCNICO

[001] Os presentes ensinamentos referem-se, em geral, à formação de estruturas compósitas, utilizando uma etapa de aquecimento por indução. Mais particularmente, os ensinamentos são direcionados a compósitos formados por extrusão e/ou pultrusão com uma etapa de aquecimento por indução em linha.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os esforços para reduzir o peso da maioria dos modos de transporte levaram a um aumento do uso de materiais poliméricos nos veículos de transporte, em um esforço para minimizar estruturas metálicas pesadas. A fabricação dessas estruturas poliméricas normalmente envolve o uso de moldes caros e temperaturas extremas para processos de moldagem por injeção. Além disso, uma alteração na forma e/ou tamanho de uma peça normalmente requer um novo molde e, portanto, requer tempo e custo adicionais significativos.

[003] Os processos de extrusão e pultrusão para a formação de peças compósitas poliméricas também são conhecidos, mas esses processos requerem máquinas grandes e significativas e longos tempos de ciclo para garantir a cura adequada das peças compósitas.

[004] Exemplos de estruturas compósitas são ilustrados na publicação WO2007/008569, pedidos de patente US2011/0039470 e US2012/0251863, e patente US7581932, todos incorporados por referência para todos os fins. Ver também as patentes US6855652, US7125461 e US7318873 e os pedidos de patente US2003/0039792, US2010/0289242, US2011/0278802 e US2009/0202294, incorporados por referência para todos os fins.

[005] O presente pedido também está relacionado e incorpora por referência para todos os fins o pedido de Patente GB1318595.4, depositado em 21 de outubro de 2013.

[006] Além do acima exposto, polímeros termoplásticos com pelo menos um grupo epóxido foram descritos nas patentes US5115075, US4438254, US6011111 e publicação WO98/14498 (ver, por exemplo, páginas 3-8), juntamente com condições de síntese ilustrativas, todas incorporadas por referência aqui (ver também as patentes US3317471 e US4647648, também aqui incorporadas por referência). Exemplos de tais materiais também podem ser encontrados, sem limitação, nos parágrafos 15-25 do pedido de patente US2007/0270515, incorporado por referência para todos os fins.

[007] A publicação WO2017/007823 divulga o uso de aquecimento por indução para uma variedade de adesivos e substratos poliméricos e é aqui incorporada por referência para todos os fins.

[008] O que é necessário é um sistema de formação de peças poliméricas que permita uma formação sem o uso de moldes e sem o longo tempo de ciclo de pultrusão e extrusão, enquanto inclui ainda uma etapa de aquecimento para auxiliar na cura das estruturas compósitas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] Uma ou mais das necessidades acima são atendidas pelos presentes ensinamentos, que contemplam estruturas e métodos compósitos para a fabricação dessas estruturas compósitas que utilizam uma etapa de aquecimento por indução durante a fabricação.

[010] Os compósitos poliméricos aqui descritos podem incluir uma ou mais fibras. Essas fibras podem ser fibras metálicas. Essas fibras podem ser fibras de carbono. Estas fibras podem ser fibras que facilitam o aquecimento dos compósitos por aquecimento por indução. As fibras podem estar localizadas em um material de resina e, assim, após exposição a uma serpentina de aquecimento indutiva, as fibras podem agir para aquecer a resina circundante. No caso de serem usadas fibras metálicas (por exemplo, fibras de carbono), o compósito restante pode estar livre de compostos metálicos adicionais.

[011] As resinas utilizadas para as estruturas compósitas, descritas neste documento, normalmente requerem calor para a cura ou pós-processamento por termoformagem. Embora essas resinas frequentemente contenham fibras (por exemplo, fibras de vidro), essas fibras são geralmente termicamente isolantes, resultando em tempos de aquecimento mais longos, tempos de cura mais longos e distribuição de calor heterogênea. As estruturas e o sistema de aquecimento por indução, aqui descritos, podem facilitar um aquecimento mais homogêneo e um aquecimento mais rápido de toda a estrutura.

[012] Como uma opção, compostos metálicos podem ser misturados homogeneamente na resina e posteriormente aquecidos por indução para produzir aquecimento da resina. O aquecimento por indução desses compostos metálicos ocorre muito mais rapidamente que o aquecimento condutivo. O aquecimento por indução dos compostos metálicos (por exemplo, partículas) que são distribuídos homogeneamente através da resina, fornecerá aquecimento homogêneo através de toda a estrutura. Esse processo de aquecimento por indução minimiza os efeitos da distribuição de calor não homogênea e o comportamento isolante das fibras de reforço. Além disso, ao minimizar a variação de temperatura na estrutura, a distribuição homogênea de calor pode minimizar as variações de tensão interna e minimizar a deformação do compósito.

[013] Os sistemas de aquecimento por indução, que são integrados ao processo de fabricação, podem fornecer aquecimento para pós-formação e/ou cura de um sistema de resina compósita termoplástica/termofixa. O aquecimento por indução pode ainda fornecer calor para derreter uma resina termoplástica/termofixa para as aplicações pós-ligação. O aquecimento por indução pode facilitar a cura mais rápida, permitindo assim uma redução significativa do comprimento da ferramenta e da linha de fabricação no caso de sistemas de extrusão e pultrusão. A bobina de indução pode ser variada de forma que fique alinhada com a linha de extrusão/pultrusão. Assim, a matriz de extrusão/pultrusão precisa fornecer apenas uma forma inicial ao compósito (por exemplo, “descascando” ou curando apenas o exterior da peça), em vez de moldar e curar toda a peça. O comprimento da matriz de extrusão/pultrusão pode, assim, ser reduzido, exigindo apenas um comprimento para moldar, enquanto a cura pode ser realizada fora da matriz por uma bobina de indução em linha.

[014] O sistema de aquecimento por indução aqui descrito pode permitir que acessórios não metálicos sejam pós-colados nos sistemas de resina termoplástica. O sistema de aquecimento por indução pode permitir o uso de materiais de menor custo para um ou mais elementos do ferramental. Por exemplo, uma ou mais partes do ferramental podem ser feitas de uma ou qualquer combinação de cerâmica, amida fundida, poliamida ou semelhante, em oposição a uma ferramenta de metal.

[015] A eficiência do processo de aquecimento por indução pode ser ajustada modificando a densidade dos compostos/partículas metálicas. A eficiência do processo de aquecimento por indução pode ser ajustada pelo uso de fibras de reforço com revestimento metálico ou filamentos metálicos.

[016] O uso de composto/partículas metálicas também pode fornecer propriedades mecânicas melhoradas da peça compósita resultante. O uso de fibras de reforço com revestimento metálico ou filamentos metálicos como fibras de reforço também pode fornecer propriedades mecânicas aprimoradas da peça compósita resultante.

[017] A adição de compostos/partículas metálicas pode adicionar peso às partes gerais e, portanto, a quantidade de composto metálico deve ser apenas suficiente para formação/cura por indução, evitando adição significativa de peso. A adição de materiais metálicos também pode resultar em corrosão, onde nenhum estava presente anteriormente com peças totalmente poliméricas. Também podem ser necessárias medidas adicionais para ajudar a resina a se ligar a quaisquer fibras metálicas de reforço, se utilizadas. Além disso, pode ser necessário tomar medidas para alinhar as fibras e/ou distribuir as partículas metálicas uniformemente, para que o calor seja estendido uniformemente na peça sem “queimar” algumas áreas da peça enquanto outras podem não curar completamente. Além disso, no caso de utilização de compostos/partículas metálicas, eles podem ter uma tendência a filtrar a resina devido à sua maior densidade. Assim, um componente pode ser adicionado ao compósito para ajustar a densidade de uma ou mais das resinas e/ou partículas metálicas, de modo que as densidades de ambas sejam mais uniformemente correspondentes.

[018] Os sistemas de aquecimento por indução aqui descritos podem ser utilizados em qualquer estrutura compósita que é ativada, curada, modelada, reformada e/ou reciclada pela adição de calor.

[019] Em um esforço para aquecer de maneira mais uniforme a totalidade da peça, é possível que um pequeno inserto de matriz possa ser aquecido por indução enquanto o restante da ferramenta/matriz é feito de um material de isolamento térmico (por exemplo, plástico). Nesse caso, pode ser possível gerar calor internamente e também gerar calor no inserto da matriz que seria transferido para o material por condução, tendo assim dois mecanismos de aquecimento por indução no processo de pultrusão ao mesmo tempo. Também seria possível o aquecimento por indução da ferramenta e do material de extrusão/pultrusão, em que tradicionalmente seria um processo de moldagem por transferência de resina ou um processo tradicional de estampagem térmica.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[020] Os presentes ensinamentos atendem a uma ou mais das necessidades acima pelos dispositivos e métodos aprimorados aqui descritos. As explicações e ilustrações aqui apresentadas visam familiarizar os versados na técnica com os ensinamentos, seus princípios e sua aplicação prática. Os versados na técnica podem adaptar e aplicar os ensinamentos em suas inúmeras formas, o que pode ser mais adequado aos requisitos de um uso específico. Por conseguinte, as formas de concretização específicas dos presentes ensinamentos, conforme expostas, não pretendem ser exaustivas ou limitativas dos ensinamentos. O escopo dos ensinamentos deve, portanto, ser determinado não com referência à descrição acima, mas deve ser determinado com referência às reivindicações anexas, juntamente com o escopo completo de equivalentes aos quais essas reivindicações têm direito. As divulgações de todos os artigos e referências, incluindo pedidos de patente e publicações, são incorporadas por referência para todos os fins. Outras combinações também são possíveis, como será obtido a partir das reivindicações a seguir, que também são aqui incorporadas por referência a esta descrição.

[021] Este pedido reivindica o benefício da data de depósito do pedido provisório US62/545452, depositado em 14 de agosto de 2017, sendo o conteúdo desse pedido aqui incorporado por referência para todos os fins.

[022] O presente pedido também está relacionado aos ensinamentos do pedido PCT no. PCT/US14/070853, depositado em 17 de dezembro de 2014; pedido provisório US61/916884, depositado em 17 de dezembro de 2013; e pedido

PCT no. PCT/US14/61531, depositado em 21 de outubro de 2014, sendo o conteúdo desses pedidos aqui incorporado por referência para todos os fins.

[023] Os compósitos aqui descritos podem ser formados utilizando um processo de aquecimento por indução em linha para moldar e/ou curar uma estrutura compósita. O processo de aquecimento por indução pode ser utilizado como um meio de baixo custo para reduzir o comprimento de linha e o tempo do ciclo nos processos tradicionais de moldagem, extrusão e/ou pultrusão. Os compósitos podem incluir um ou mais materiais de resina e uma ou mais estruturas de fibra. Os compósitos também podem incluir camadas adicionais, como camadas adesivas ou selantes. Tais camadas de adesivo ou selante podem ser ativadas para formar espuma e/ou curar. Uma ou mais camadas de adesivo ou selante podem ser ativadas à temperatura ambiente (por exemplo, um adesivo de “espuma in situ”). Alternativamente, o adesivo ou selante ativável pode ser ativado usando um estímulo (por exemplo, calor por indução). Uma ou mais camadas adesivas podem ser um adesivo bombeável. Uma ou mais camadas adesivas ou selantes podem ser formadas como um filme. Uma ou mais camadas adesivas ou selantes podem ser extrudadas ou pultrudadas.

[024] A resina pode ser uma resina termoplástica ou termofixa. A resina pode incluir um componente retardador de chama. A resina pode incluir um componente metálico, que pode ser um componente metálico particulado ou pode ser formado como fibras. O componente metálico pode ser partículas de ferro. O componente metálico pode ser fibras de carbono.

[025] Os compósitos podem ser formados utilizando uma pluralidade de fibras de reforço que podem ser impregnadas com um ou mais do adesivo ou resina, que pode ser uma resina termoplástica ou termofixa. Os compósitos podem ser termoformados como pré-impregnados. O pré- impregnado pode incluir um material termoplástico que pode ser um material termoplástico incluindo pelo menos um grupo de epóxido. Os compósitos podem ser formados utilizando um ou mais materiais fibrosos, que podem ser um material fibroso não tecido sobrelevado, como os descritos nas patentes US8365862, US9033101, US9315930, US9546439, cujo conteúdo é incorporado por referência aqui para todos os fins. O material fibroso pode ser um material tecido. O material fibroso pode ter uma propriedade de capilaridade. O material fibroso pode ser utilizado para preenchimento de lacunas ou como matriz para uma resina líquida. As fibras podem ser unidas por um adesivo e/ou material de resina. A resina pode ser uma resina acrílica, uma resina epóxi ou qualquer combinação dos mesmos. Os compósitos podem ser formados de um material termofixo. Os compósitos podem ser formados de um material de poliuretano.

[026] Os compósitos podem incluir um ou mais materiais para selar os compósitos. O material selante pode ser um material ativável que se expande e/ou cura após exposição a um estímulo. O adesivo pode ser um material que também sela. Os compósitos podem incluir adesivos, selantes, resinas ou outros materiais/estruturas que facilitam a ligação de materiais diferentes.

[027] Os compósitos podem incluir materiais que podem ser reciclados após o uso. Especificamente, os compósitos podem estar substancialmente livres de quaisquer materiais termofixos. Os compósitos podem incluir um ou mais materiais termoplásticos que podem ser aquecidos para serem reciclados.

[028] Os materiais compósitos aqui descritos também podem incluir materiais fibrosos que empregam uma fase distribuída (por exemplo, uma fase fibrosa) e um material polimérico termoplástico (por exemplo, uma resina reformável, um produto de reação termoplástico com pelo menos um grupo epóxido). O material oferece o benefício de propriedades mecânicas tipicamente obtidas através do uso de materiais poliméricos termofixos (por exemplo, um material epóxi termofixo) como parte ou como toda a fase matricial de um compósito. No entanto, o material possui vários atributos físicos que o tornam adequado para manuseio, processamento e/ou recuperação pós vida útil, reciclagem e/ou reutilização.

[029] Os ensinamentos aqui apresentados fornecem aquecimento por indução de estruturas compósitas pultrudadas, extrudadas e/ou moldadas. Os ensinamentos aqui apresentados também fornecem um método para fabricar essa estrutura em um sistema de aquecimento por indução e pultrusão em linha compreendendo um ou mais dos seguintes procedimentos: puxamento de uma pluralidade de fibras contínuas através de uma matriz para definir um perfil contínuo; introdução de uma bobina de indução no perfil para moldar e/ou curar o perfil; moldagem de um ou mais dispositivos de fixação e fixação no perfil contínuo; e extrusão de um material secundário para o perfil contínuo.

[030] O método pode incluir o aquecimento do perfil com uma bobina de indução para unir-se a um componente secundário. O método pode incluir a pultrusão do perfil e depois aquecimento do perfil para curar o perfil. O perfil pode incluir um componente condutor. A pluralidade de fibras pode atenuar a diferença de expansão térmica entre o perfil e qualquer componente secundário a ele ligado. O perfil pode ser instalado em um veículo após o veículo concluir um tratamento por forno de cozimento de pintura.

[031] Os ensinamentos contemplam a possibilidade de que uma estrutura possa ser fabricada usando um material termoplástico ou termofixo de acordo com os ensinamentos geralmente aqui apresentados. Em particular, a estrutura pode ser feita de um material termoplástico ou termofixo de acordo com os presentes ensinamentos, que é reforçado com uma fase de reforço (por exemplo, um componente metálico como descrito aqui). A fase de reforço pode ser distribuída em uma matriz do material termoplástico ou termofixo (por exemplo, uma poliamida, um poliuretano e/ou um material de resina reformável, como aqui descrito). Por exemplo, a fase de reforço pode ser pelo menos grande parte (em volume) do material total. Pode ser superior a cerca de 60% em volume ou superior a cerca de 70% em volume. Ele pode estar abaixo de cerca de 90% em volume, abaixo de cerca de 80% em volume ou abaixo de cerca de 70% em volume. Qualquer fase de reforço pode ser distribuída aleatoriamente, geralmente de maneira uniforme e/ou em um ou mais locais pré-determinados da peça.

[032] A razão em peso de resina polimérica para as fibras pode variar de cerca de 1:10 a cerca de 100:1 (por exemplo, pode variar de cerca de 1:5 a cerca de 10:1, cerca de 1:3 a cerca de 5:1 ou mesmo cerca de 1:2 a cerca de 2:1).

[033] O material da fase distribuída pode incluir um material orgânico, um material inorgânico ou uma combinação de cada um. O material pode ser um material de ocorrência natural (por exemplo, uma borracha, uma celulose, sisal, juta, cânhamo ou algum outro material de ocorrência natural). Pode ser um material sintético (por exemplo, um polímero (que pode ser um homopolímero, um copolímero, um terpolímero, uma mistura ou qualquer combinação dos mesmos)). Pode ser um material derivado de carbono (por exemplo, fibra de carbono, grafite, grafeno ou outro). A fase distribuída pode, assim, incluir fibras selecionadas dentre fibras minerais (orgânicas ou inorgânicas) (por exemplo, fibras de vidro, como fibras de vidro E, vidro tipo S, vidro tipo B ou outras), fibras poliméricas (por exemplo, uma fibra de aramida, uma fibra de celulose, ou de outro modo), fibras de carbono, fibras metálicas, fibras naturais (por exemplo, derivadas de uma fonte agrícola) ou qualquer combinação delas. A pluralidade de fibras alongadas pode ser orientada geralmente paralela uma à outra. Elas podem ser trançadas. Elas podem ser torcidas. Coleções de fibras podem ser tecidos e/ou não tecidos.

[034] O material da fase distribuída pode incluir uma pluralidade de fibras com um comprimento de pelo menos cerca de 1 cm, 3 cm ou mesmo 5 cm ou mais. As fibras da fase distribuída podem ter um diâmetro médio de cerca de 1 a cerca de 50 micra (por exemplo, cerca de 5 a cerca de 25 micra). As fibras podem ter um revestimento selante adequado. As fibras podem estar presentes em cada camada, ou no inserto fibroso em geral, em uma quantidade de pelo menos cerca de 20%, 30%, 40% ou mesmo 50% em peso. As fibras podem estar presentes em cada camada, ou no inserto fibroso em geral, em uma quantidade abaixo de cerca de 90%, 80% ou mesmo cerca de 70%, em peso. A título de exemplo, as fibras podem estar presentes em cada camada, ou no inserto fibroso, em uma quantidade de cerca de 50% a cerca de 70% em peso. O teor de fibras em peso pode ser determinado de acordo com a norma ASTM D2584-11.

[035] Fitas e/ou folhas (por exemplo, filmes) para uso em uma ou mais das porções de um material compósito fibroso neste documento podem ser feitas por extrusão, pultrusão ou de outra forma. Dessa maneira, pode ser possível obter a ordem das fibras nas fitas e/ou folhas. A fita e/ou folha podem ser formadas a partir do material polimérico termoplástico. A fita e/ou folha podem incluir uma fase fibrosa ou, alternativamente, podem estar substancialmente livres de qualquer fase fibrosa.

[036] Os materiais compósitos fibrosos dos presentes ensinamentos podem incluir uma ou mais camadas (por exemplo, elas podem ter 2, 3, 4, 6 ou 15 ou mais camadas) que são consolidadas no sentido de que incluem uma pluralidade de fibras ou outras formas segmentadas de uma fase distribuída, que são distribuídas em uma massa coesa do material da matriz polimérica. Múltiplas camadas podem ser consolidadas juntas para formar uma massa coesa,

incluindo as camadas múltiplas. As múltiplas camadas podem ser consolidadas de modo a formar uma forma predeterminada na forma de um inserto tridimensional. Por exemplo, o inserto fibroso pode empregar uma pluralidade de camadas que incluem uma pluralidade de fibras alongadas (por exemplo, com um comprimento de pelo menos 1 cm, 3 cm ou até 5 cm ou mais) que são orientadas geralmente paralela ou geralmente unidirecionalmente uma à outra e são distribuídas em uma matriz polimérica geralmente contínua (por exemplo, em uma matriz contínua do segundo material polimérico). Uma operação de modelagem (por exemplo, termoformagem, moldagem, passagem através de uma matriz, laminação ou outro) pode ser realizada. A operação de modelagem pode incluir ainda uma etapa de curvamento do composto.

[037] É possível que uma ou mais das resinas ou fibras possam incluir um material de enchimento metálico que auxilia no aquecimento do material. Esse material de carga metálico pode incluir qualquer carga metálica adequada, mas pode incluir especificamente uma ou qualquer combinação de níquel, ferrita, zinco, manganês ou ferro. O material de enchimento metálico pode compreender uma porção significativa da resina e/ou fibras. O material de enchimento magnético pode estar presente em uma quantidade de pelo menos 10% em peso da resina total e/ou fibras. O material de enchimento magnético pode estar presente em uma quantidade de pelo menos 20% em peso da resina total e/ou fibras. O material de enchimento magnético pode estar presente em quantidade de pelo menos 30% em peso da resina total e/ou fibras. O material de enchimento magnético pode estar presente em uma quantidade de pelo menos 40% em peso da resina total e/ou fibras. O material de enchimento magnético pode estar presente em quantidades inferiores a 80% em peso da resina total e/ou fibras. O material de enchimento magnético pode estar presente em uma quantidade inferior a 60% em peso da resina total e/ou fibras. O material de enchimento magnético pode estar presente em uma quantidade inferior a 50% em peso da resina total e/ou fibras.

[038] Os materiais úteis nos presentes ensinamentos podem ter uma temperatura de transição vítrea (Tg) relativamente baixa. Pode ser possível ter uma Tg abaixo de cerca de 100°C, abaixo de cerca de 90°C, abaixo de 80°C, abaixo de cerca de 70°C, ou mesmo abaixo de cerca de 65°C, conforme medido por calorimetria de varredura diferencial de acordo com ASTM E1356 - 08 (2014). O material dos presentes ensinamentos pode ter uma temperatura de transição vítrea, medida por calorimetria de varredura diferencial, de acordo com ASTM E1356 - 08 (2014) de pelo menos cerca de 45°C, pelo menos cerca de 55°C ou mesmo pelo menos cerca de 60°C. O uso de tais materiais tem a capacidade de aumentar substancialmente a produtividade. O consumo de energia pode ser reduzido. Os tempos de construção podem ser reduzidos. Ainda assim, os materiais resultantes podem resultar em materiais com características mecânicas e/ou autoadesivas muito interessantes.

[039] Os compósitos resultantes podem exibir uma ou qualquer combinação das seguintes características: resistência à tração no escoamento (de acordo com ASTM D638 - 14) de pelo menos cerca de 15 MPa (por exemplo, pelo menos cerca de 30 MPa ou 45 MPa), uma resistência à tração por ruptura (de acordo com ASTM D638 - 14) de pelo menos cerca de 40 MPa (por exemplo, pelo menos cerca de 45 ou 55 MPa); um alongamento à ruptura (de acordo com ASTM D638-14) de pelo menos cerca de 15% (por exemplo, pelo menos cerca de 20%, 25 ou 30%); e/ou um módulo de elasticidade à tração (de acordo com ASTM D638 - 14) de pelo menos cerca de 0,5 GPa (por exemplo, pelo menos cerca de 1 GPa, 1,8 GPa ou 2,7 GPa).

[040] Um método para fazer um artigo de acordo com os presentes ensinamentos pode ser realizado de maneira contínua. Por exemplo, material fibroso de um suprimento contínuo (por exemplo, um carretel do material fibroso desejado (por exemplo, em sua forma desejada, como um filamento, um fio, um tecido, uma manta não tecido ou de outra forma como descrito aqui) para uso como a fase distribuída) pode ser conduzido continuamente para e através de uma matriz. O material fibroso pode ser contatado (por exemplo, por meio de uma operação de revestimento adequada, como revestimento em rolo, ou de outro modo) com uma resina ou produto de reação antes ou no momento em que o material fibroso é passado através da matriz. O material fibroso pode ser contatado (por exemplo, por meio de uma operação de revestimento adequada, como revestimento em rolo ou de outro modo) com os reagentes para um produto de reação de polímero antes ou no momento em que o material fibroso é passado através da matriz. Ao sair da matriz, obtém-se uma massa compósita. Nesse ponto, apenas o exterior da massa pode ser curado ou “descascado”, enquanto o contato com uma bobina de indução conclui o processo de cura, resultando em menor tempo e menor comprimento da linha.

[041] Como pode ser apreciado, uma variedade de perfis compósitos adequados é possível como resultado dos ensinamentos. Os perfis podem incluir um eixo longitudinal. Os perfis compósitos podem ser simétricos ou assimétricos em relação ao eixo longitudinal. Os perfis compósitos podem incluir uma ou mais nervuras longitudinalmente orientadas. Os perfis compósitos podem incluir um ou mais flanges que se estendem transversalmente. Os perfis compósitos podem ter uma ou mais superfícies externas. O perfil compósito pode ter uma ou mais superfícies internas. Os perfis compósitos podem incluir uma sobreposição compósita que inclui ou consiste em uma massa compósita dos presentes ensinamentos. Os perfis compósitos dos ensinamentos podem incluir uma sobreposição compósita que inclui ou consiste em uma massa compósita dos presentes ensinamentos. A sobreposição compósita pode cobrir toda ou parte de uma superfície externa ou interna. A sobreposição compósita pode incluir ou consistir em uma massa compósita dos presentes ensinamentos, que pode definir toda ou parte de uma nervura, um flange (por exemplo, um flange orientado transversalmente) ou ambos. Os perfis compósitos podem incluir uma massa compósita que é pelo menos parcialmente ou mesmo completamente embutida no material de base sobre algum em todo o comprimento do perfil compósito.

[042] Outros materiais para formar os compósitos aqui descritos incluem uma poliamida, uma poliolefina (por exemplo, polietileno, polipropileno ou outro modo), um policarbonato, um poliéster (por exemplo, tereftalato de polietileno), um material à base de epóxi, um poliuretano termoplástico, um polímero reforçado com fibra de carbono ou qualquer combinação dos mesmos. Pode ser preferido empregar uma poliamida (por exemplo, poliamida 6, poliamida 6,6, poliamida 9, poliamida 10, poliamida 12 ou semelhante). Os materiais de um compósito e qualquer camada, sobreposição e/ou inserção podem ser geralmente compatíveis entre si, na medida em que são capazes de formar uma interconexão mecânica ou outra física (por exemplo, uma interconexão microscópica) entre eles, em que são capazes de formar uma ligação química entre eles, ou ambos. Por exemplo, o primeiro e o segundo material podem ser tais que se fundem (por exemplo, na ausência de qualquer adesivo) quando aquecidos acima do ponto de fusão e/ou do ponto de amolecimento. Os compósitos também podem ser sobremoldados com um material secundário, esse material secundário pode ser um material polimérico, como uma poliolefina, uma poliamida, um poliéster, um poliuretano, uma polissulfona ou semelhante ou um polímero expansível (por exemplo, uma espuma estrutural ou uma espuma acústica).

[043] Desejavelmente, cada uma das camadas adjacentes é unida como uma massa coesa. Por exemplo, cada uma das camadas pode ser unida pelo material de resina das respectivas camadas para formar uma série de camadas contínuas. As camadas podem ser unidas na ausência de qualquer adesivo.

[044] A estrutura compósita resultante pode ser uma de várias formas adequadas. Por exemplo, pode ser uma peça alongada. Ela pode ter um comprimento e pode ser sólida ao longo de todo ou parte do comprimento. Ela pode ter um comprimento e ser oca ao longo de todo ou parte do comprimento. A estrutura pode ter uma espessura de parede, medida a partir de uma primeira superfície exposta a uma superfície exposta, em geral oposta à primeira. A espessura da parede pode ser de pelo menos cerca de 0,5 mm, cerca de 1 mm, cerca de 2 mm, cerca de 5 mm, cerca de 10 mm ou cerca de 20 mm. A espessura da parede pode estar abaixo de cerca de 100 mm, abaixo de cerca de 80 mm, abaixo de cerca de 60 mm ou abaixo de cerca de 40 mm.

[045] A estrutura pode ter uma forma predeterminada. A forma pode incluir uma ou mais porções alongadas. A forma pode incluir uma ou mais porções ocas. A forma pode incluir uma ou mais paredes que definem pelo menos uma cavidade. A estrutura pode incluir uma pluralidade de porções, cada uma com uma forma diferente. A estrutura pode ser configurada para definir uma fáscia, que opcionalmente pode ser suportada por uma estrutura subjacente. A estrutura pode ser configurada para definir um suporte subjacente a uma fáscia.

[046] O calor pode ser aplicado de qualquer maneira adequada. Uma abordagem pode ser empregar aquecimento localizado. Por exemplo, é possível empregar aquecimento por indução para aquecer seletivamente pelo menos uma porção da estrutura descrita acima. Para ilustrar, é possível que a estrutura seja feita com um polímero (por exemplo, uma poliamida e/ou um material de resina reformável conforme ensinado aqui, que pode ser reforçado conforme descrito aqui, com uma fibra ou outra fase), e tenha uma espessura de parede. Um item metálico

(que pode ser um componente que se deseja anexar à estrutura) pode ser aproximado (que pode ou não estar em contato em relação a) à estrutura no local desejado de fixação. Um dispositivo de aquecimento por indução pode ser aproximado ao item metálico para aquecer o item metálico, que por sua vez aquecerá a estrutura no local afetado quando a energia for fornecida ao dispositivo de aquecimento por indução. Outros dispositivos de aquecimento também podem ser empregados para obter aquecimento localizado.

[047] As estruturas aqui descritas podem incluir materiais diferentes. Por exemplo, uma parte pode incluir um material de resina dos presentes ensinamentos. A outra parte pode incluir um poliuretano, uma poliolefina (por exemplo, um polipropileno), uma poliamida, um acrilato, um metacrilato, um policarbonato, um poliéster ou qualquer combinação dos mesmos; a outra parte pode incluir um material termofixo; a outra parte pode ser feita de um composto de moldagem de chapa.

[048] O método pode incluir uma etapa de moldagem pelo menos parcialmente da estrutura compósita. Por exemplo, uma ferramenta pode ser pré-aquecida a uma temperatura acima da temperatura de amolecimento e/ou da temperatura de fusão de um polímero de pelo menos uma camada compósita antes de colocar o compósito na cavidade da ferramenta. O método pode incluir uma etapa de moldagem pelo menos parcialmente do compósito depois que ele é colocado na cavidade da ferramenta e durante a moldagem da massa de material polimérico. Por exemplo, calor e/ou pressão resultantes da introdução da massa de material polimérico na cavidade (por exemplo, por aquecimento por indução), podem pelo menos parcialmente fazer com que o compósito assuma uma forma determinada por uma ou mais paredes que definem a cavidade. Assim, é possível que o compósito não seja pré-formado antes da colocação na cavidade e assuma sua forma final somente enquanto estiver na cavidade.

[049] É previsto que os materiais aqui divulgados possam ser pintáveis. A capacidade de pintura pode ser desejável, por exemplo, se qualquer superfície estiver visivelmente exposta. O material pode ser impresso com jato de tinta. O material pode ser pintável, pois pode ter uma afinidade para receber acabamentos com tinta. Isso pode ser devido, pelo menos em parte, à polaridade do material e/ou à funcionalidade hidroxila da cadeia principal (por exemplo, cadeia de polímero de cadeia principal geralmente linear) no caso de o material da matriz ser uma resina reformável.

[050] As peças aqui contidas podem ser empregadas para diversos fins. Por exemplo, elas podem ser empregadas para reforçar estruturalmente um veículo de transporte, como um veículo automotivo. A este respeito, uma peça pode ser colocada na cavidade da estrutura da carroçaria do veículo, como uma estrutura do veículo. Depois de aplicar uma camada de revestimento pintado por eletrodeposição ao chassi do veículo (por exemplo, dentro da cavidade), a peça pode ser submetida ao calor de um forno, o que faz com que o material ativável seja ativado (por exemplo, expanda e preencha a cavidade) e se torne colado ao chassi do veículo.

[051] O sistema de fabricação também pode incluir uma ou mais etapas de aquecimento por indução e uma ou mais etapas de pultrusão.

A título de exemplo, um possível sistema de fabricação pode ser empregado para uma etapa de aquecimento por indução para reduzir o tempo e o tamanho da operação de pultrusão e/ou extrusão.

A matéria-prima para formar um corpo de material polimérico de base pode ser alimentada em um receptáculo associado a uma pultrusora.

A pultrusora pode ter uma matriz através do qual a matéria- prima é passada para formar um perfil de corpo moldado (por exemplo, um perfil de pultrusão). Uma massa de fibras pode ser puxada através da matriz e infiltrada na matriz com a matéria-prima.

A matéria-prima (que pode ser uma mistura de componentes reativos de um componente ou de vários componentes) pode ter uma viscosidade relativamente baixa, que seja suficiente para permitir que a matéria-prima impregne a massa de fibras e, posteriormente, o exterior possa curar apenas o suficiente a fim de manter a forma do perfil.

O perfil pode então ser aquecido e totalmente curado fora da matriz por meio de uma bobina de indução.

Um sistema de alimentação pode alimentar um material fibroso (por exemplo, por meio de rolos) para a matriz, na qual a matéria-prima para formar uma matriz polimérica é contatada com o material fibroso (por exemplo, a massa de fibras). Em um exemplo, onde o material pultrudado tem características termoplásticas (por exemplo, um epóxi termoplástico) um rolo de formação (ou outro dispositivo de modelagem do tipo de extrusão adequado) pode então definir ainda mais a forma desejada do material compósito fibroso resultante.

O rolo de formação também pode servir para ajudar a unir o material compósito fibroso a qualquer perfil de corpo de base com formato opcional.

[052] Voltando agora a uma discussão com mais detalhes da formação de produtos perfilados, com o uso de um material termoplástico ou termofixo de acordo com os ensinamentos gerais desse material, é previsto um método de combinação de reagentes e contato com os reagentes combinados e/ou produto da reação dos reagentes com uma massa de fibras na presença de uma bobina de aquecimento por indução.

[053] Embora alguns ensinamentos deste documento sejam descritos em conexão com um epóxi termoplástico, os ensinamentos deste documento são mais gerais e podem aplicar-se à pultrusão de outros materiais, bem como materiais termofixos. Exemplos de outros materiais podem incluir poliésteres, poliuretanos, epóxis ou outros. A matriz pode ter cerca de 0,1 a cerca de 1 (por exemplo, 0,2) metros de comprimento. A taxa de pultrusão é de pelo menos cerca de 0,5 (1, 2 ou 3) metros por minuto. A matriz pode incluir uma abertura, na qual os reagentes são introduzidos para que a etapa de contato ocorra dentro da matriz.

[054] Conforme aqui usado, a menos que indicado de outra forma, os ensinamentos preveem que qualquer membro de um gênero (lista) possa ser excluído do gênero; e/ou qualquer membro de um grupo Markush possa ser excluído do grupo.

[055] Salvo indicação em contrário, quaisquer valores numéricos aqui mencionados incluem todos os valores do valor mais baixo ao mais alto em incrementos de uma unidade, desde que haja uma separação de pelo menos 2 unidades entre qualquer valor mais baixo e qualquer valor mais alto. A título de exemplo, se for declarado que a quantidade de um componente, uma propriedade ou um valor de uma variável do processo, como, por exemplo, temperatura, pressão, tempo e similares, for, por exemplo, de 1 a 90, preferencialmente de 20 a 80, mais preferencialmente de 30 a 70, então valores de faixa intermediária (como por exemplo, 15 a 85, 22 a 68, 43 a 51, 30 a 32 etc.) estarão de acordo com os ensinamentos desta especificação. Da mesma forma, valores intermediários individuais também estão dentro dos presentes ensinamentos. Para valores inferiores a um, uma unidade é considerada 0,0001, 0,001, 0,01 ou 0,1, conforme apropriado. Estes são apenas exemplos do que é especificamente concebido e todas as combinações possíveis de valores numéricos entre o valor mais baixo e o valor mais alto enumerado devem ser consideradas como expressamente declaradas neste pedido de maneira semelhante. Como pode ser visto, o ensinamento das quantidades expressas como “partes em peso” aqui também contempla as mesmas faixas expressas em termos de porcentagem em peso. Assim, uma expressão em uma faixa em termos de “pelo menos ‘x’ partes em peso da composição resultante” também contempla um ensinamento de faixas da mesma quantidade indicada de “‘x’ em porcentagem em peso da composição resultante”.

[056] Salvo indicação em contrário, todas as faixas incluem pontos finais e todos os números entre os pontos finais. O uso de “cerca de” ou “aproximadamente” em conexão com uma faixa se aplica às duas extremidades da faixa. Assim, “cerca de 20 a 30” destina-se a abranger “cerca de 20 a cerca de 30”, incluindo pelo menos os pontos de extremidade especificados.

[057] As divulgações de todos os artigos e referências, incluindo pedidos de patente e publicações, são incorporadas por referência para todos os fins. O termo “consistindo essencialmente” para descrever uma combinação deve incluir os elementos, ingredientes, componentes ou etapas identificados e outros elementos ingredientes, componentes ou etapas que não afetam materialmente as características básicas e novas da combinação. O uso dos termos “compreendendo” ou “incluindo” para descrever combinações de elementos, ingredientes, componentes ou etapas aqui também contempla formas de concretização que consistem em, ou consistem essencialmente em elementos, ingredientes, componentes ou etapas.

[058] Elementos, ingredientes, componentes ou etapas plurais podem ser fornecidos por um único elemento, ingrediente, componente ou etapa integrada. Alternativamente, um único elemento, ingrediente, componente ou etapa integrado pode ser dividido em vários elementos, ingredientes, componentes ou etapas separados. A divulgação de “uma” ou “um” para descrever um elemento, ingrediente, componente ou etapa não se destina a excluir elementos, ingredientes, componentes ou etapas adicionais.

[059] Entende-se que a descrição acima se destina a ser ilustrativa e não restritiva. Muitas formas de concretização, bem como muitas aplicações, além dos exemplos fornecidos, serão evidentes para os versados na técnica após a leitura da descrição acima. O escopo da invenção deve, portanto, ser determinado não com referência à descrição acima, mas sim com referência às reivindicações anexas, juntamente com o escopo completo de equivalentes aos quais essas reivindicações têm direito.

As divulgações de todos os artigos e referências, incluindo pedidos de patente e publicações, são incorporadas por referência para todos os fins.

A omissão nas reivindicações a seguir de qualquer aspecto do assunto divulgado neste documento não é uma isenção de responsabilidade desse assunto, nem deve ser considerado que os inventores não consideraram esse assunto como parte da matéria inventiva divulgada.

Claims (30)

REIVINDICAÇÕES

1. MÉTODO caracterizado por compreender: pultrusão de uma resina e de um material de fibra através de uma matriz de pultrusão reduzida; exposição da resina pultrudada e do material de fibra a uma bobina de aquecimento por indução alinhada, para ficar em alinhamento com a matriz de pultrusão, a fim de moldar e/ou curar o material de resina e fibra, para formar uma peça; em que um ou mais do material de resina e/ou fibra incluem um componente metálico para facilitar a cura através da bobina de aquecimento por indução.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo componente metálico ser um componente de fibra.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo componente metálico ser um componente particulado.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 3, caracterizado pelo material de fibra ser uma fibra de carbono.

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 4, caracterizado pelo comprimento da matriz de pultrusão ser inferior em cerca de 1 metro.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 5, caracterizado pelo comprimento da matriz de pultrusão ser inferior em cerca de 0,8 metro.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 6, caracterizado pelo comprimento da matriz de pultrusão ser inferior em cerca de 0,4 metro.

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 7, caracterizado pela resina incluir um material de poliuretano.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 8, caracterizado pela resina incluir um material de resina reformável.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 9, caracterizado pela bobina estar localizada imediatamente adjacente à matriz de pultrusão.

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 10, caracterizado pelo componente metálico incluir um material de ferro.

12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 11, caracterizado pelo método formar uma peça para inserção em uma cavidade.

13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 12, caracterizado pelo método formar uma peça oca alongada.

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 13, caracterizado pela peça ser pelo menos parcialmente curada em uma porção de uma superfície externa antes da exposição à bobina de indução.

15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 14, caracterizado pela peça ser pelo menos parcialmente não curada antes da exposição à bobina de indução.

16. SISTEMA DE FABRICAÇÃO, caracterizado por compreender: uma matriz de pultrusão reduzida; uma bobina de aquecimento por indução alinhada com a matriz de pultrusão reduzida.

17. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pela matriz de pultrusão ter um comprimento inferior a 1 metro.

18. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pela matriz de pultrusão ter um comprimento inferior a 0,8 metro.

19. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pela matriz de pultrusão ter um comprimento inferior a 0,5 metro.

20. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 a 19, caracterizado pela bobina estar localizada imediatamente adjacente à matriz de pultrusão.

21. MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO PULTRUDADO, caracterizado por compreender as etapas de: a) puxamento de uma pluralidade de fibras contínuas através de uma matriz, a fim de definir um perfil contínuo que tenha pelo menos duas porções que não sejam coplanares e que tenham espessura diferente uma em relação à outra; b) contato de uma pluralidade de fibras contínuas com um ou mais reagentes, a fim de formar continuamente um polímero para uma matriz polimérica geralmente contínua do artigo pultrudado resultante;

c) exposição do artigo pultrudado a uma bobina de aquecimento por indução, de modo que uma quantidade suficiente de energia seja aplicada, a fim de produzir a cura do artigo pultrudado.

22. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelas fibras compreenderem um componente metálico.

23. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pela matriz compreender um componente metálico.

24. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 23, caracterizado pelo material da matriz ser um material termofixo.

25. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 23, caracterizado pelo material da matriz ser um material termoplástico.

26. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 25, caracterizado pelas fibras serem fibras de carbono.

27. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 25, caracterizado pelas fibras serem fibras de vidro.

28. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 27, caracterizado pelo material da matriz incluir um componente de ferro.

29. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 28, caracterizado pelo componente secundário ser anexado ao perfil antes da exposição à bobina de aquecimento.

30. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 a 28, caracterizado pelo componente secundário ser anexado ao perfil após exposição à bobina de aquecimento.