BR112020010169A2 - vidraça laminada aeronáutica com alta resistência à ruptura ao choque com ave - Google Patents

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Abstract

A presente invenção refere-se a -uma vidraça laminada para um veículo ou um edifício, caracterizada pelo faro de que compreende uma folha de material polimérico estrutural interior e uma folha de vidro estrutural exterior tendo uma tensão de ruptura de 350 a 1000 MPa com características de solicitação de um choque com ave; - o uso desta vidraça laminada como vidraça de avião sujeito aos requisitos de resistência ao choque com ave.

Description

“VIDRAÇA LAMINADA AERONÁUTICA COM ALTA RESISTÊNCIA À RUPTURA AO CHOQUE COM AVE”
[0001] O dimensionamento mecânico das vidraças aeronáuticas é regido pelo requisito de resistência ao impacto por ave. A massa das vidraças é, portanto, fortemente governada pela exigência de resistência aos choques com ave. Esta invenção é uma composição de vidraça com massa reduzida constituída de um vidro estrutural de alta tensão de ruptura e um plástico estrutural resistente. A tensão de ruptura também é chamada de módulo de ruptura (em inglês "Module of Rupture" - MOR -).
[0002] Atualmente, as vidraças aeronáuticas são constituídas de pelo menos duas camadas, a fim de proporcionar segurança em caso de ruptura de uma camada. Uma terceira camada pode ser adicionada na face externa para gerar os requisitos aerodinâmicos e/ou como um suporte para a função de aquecimento para o descongelamento.
[0003] As camadas que fornecem as propriedades mecânicas são chamadas de camadas estruturais: são elas ou: - duas camadas de vidro com alta tensão de ruptura; ou - duas ou mais camadas de material polimérico: poli (metacrilato de metila (PMMA) fundido (em inglês "as cast") ou estirado, policarbonato (PC), poliuretano (PU).
[0004] O ganho de massa é um requisito permanente da indústria aeronáutica. As vidraças com duas camadas estruturais de vidro por um lado, de PMMA estirado por outro lado, permitem o acesso a massas substancialmente semelhantes de vidraças laminadas.
[0005] As vidraças de policarbonato permitem uma redução de massa, mas o policarbonato também tem muitos defeitos: - alta sensibilidade a arranhões; - degradação contínua do desempenho mecânico ao longo do tempo; - amarelecimento sob radiação UV; - tendência à delaminação;
- falha por fadiga (com as alternâncias de aumentos e diminuições de pressão) no nível de anexos (orifícios na folha de PC para o aparafusamento); - módulo elástico mais fraco que causa deformações significativas das vidraças sob os efeitos da pressurização do avião.
[0006] Quando há um impacto de uma ave, a vidraça é flexionada localmente, o que induz tensões sobre as vidraças. É a superfície mais distante do choque que recebe as tensões mais altas que podem causar a ruptura da camada estrutural interior da vidraça laminada do avião. Pelo contrário, a camada estrutural exterior é muito pouco solicitada em extensão ou mesmo em compressão, o que a preserva. Na direção do choque com a ave, do exterior para o interior do avião, o bloco estrutural da vidraça laminada é submetido a tensões de compressão e depois a tensões de extensão, os dois tipos de tensões sendo separados por um plano chamado "fibra neutra" (carga zero) dentro do bloco estrutural.
[0007] A invenção tem como objetivo combinar duas folhas estruturais para empurrar o limite de ruptura da vidraça laminada ao choque com ave. Este objetivo é alcançado pela invenção que, consequentemente, se refere a uma vidraça laminada para um veículo ou um edifício, caracterizada pelo fato de que compreende uma folha de material polimérico estrutural interior e uma folha de vidro estrutural exterior de espessura compreendida entre 3 e 20 mm, com uma tensão de ruptura de 350 a 1000 MPa, com as características de solicitação de um choque com ave.
[0008] A invenção consiste na produção de um bloco estrutural formado por um vidro com alta tensão de ruptura na face mais exterior do bloco estrutural e de um material polimérico colocado na face interna da vidraça e caracterizado por um baixo módulo de elasticidade.
[0009] O vidro tem um alto módulo de elasticidade em torno de 70GPa, muito mais alto que o dos materiais poliméricos (alguns GPa sob condições de solicitação de um choque com ave). Portanto, é o vidro que governa principalmente as deformações da vidraça.
[0010] Comparada a uma vidraça com dois vidros estruturais, a fibra neutra (de carga zero) é movida em direção à parte exterior do bloco estrutural na posição de montagem da vidraça laminada, mais precisamente ao interior do vidro estrutural exterior: sua carga é, portanto, aumentada. Em outras palavras, a folha de vidro estrutural exterior está aqui sob tensão de extensão. A folha de material polimérico estrutural interior é levemente deformada devido à rigidez do vidro. Além disso, devido ao seu baixo módulo de elasticidade, o material polimérico requer maiores deformações do que o vidro para se carregar.
[0011] Graças à invenção, é possível otimizar a massa da vidraça laminada buscando atender simultaneamente o limite de ruptura no vidro e no material polimérico, o que é impossível quando as duas camadas estruturais são da mesma natureza.
[0012] Comparado a uma vidraça laminada de avião na qual as duas camadas estruturais são feitas de vidro ou PMMA, a da invenção fornece melhor desempenho ao choque com ave, em especial, e ganho de massa do bloco estrutural da ordem de 20%, por exemplo.
[0013] O encapsulamento total da folha de vidro estrutural exterior permite a escolha de reforços químicos de superfície, permitindo acesso a níveis mais altos de reforço do que os vidros de reforço profundo. É especificado que o reforço profundo permite evitar a perda de desempenho mecânico por arranhão da superfície, o que não pode ocorrer no caso de encapsulamento.
[0014] De acordo com outras características da vidraça laminada da invenção: - a folha de material polimérico estrutural é feita de poli (metacrilato de metila) (PMMA) estirado ou não estirado, de poliuretano (PU) estrutural ou de policarbonato (PC), de espessura compreendida entre 5 e 22 mm; - a folha de vidro estrutural exterior é feita de vidro soda-cal ou aluminossilicato; - a folha de vidro estrutural exterior é reforçada quimicamente; o reforço químico consiste, por exemplo, na substituição de íons de sódio por íons de potássio, ou de íons de lítio por íons de sódio, ou seja, cada vez com íons maiores, na superfície das folhas de vidro; é isso que aumenta a tensão de compressão da superfície e a tensão de ruptura; - as folhas estruturais interior e exterior são coladas uma às outra por meio de uma primeira camada adesiva intercalar de espessura compreendida entre 0,5 e 5, de preferência entre 1,8 e 3,2 mm; - a vidraça laminada compreende, no lado da folha de vidro estrutural exterior oposta à folha de material polimérico estrutural interior, uma folha de vidro exterior de espessura compreendida entre 0,5 e 5 mm; esta folha de vidro exterior, fina e não estrutural, constitui a superfície exterior da vidraça laminada, em contato com a atmosfera exterior; - a folha de vidro exterior é do tipo soda-cal ou aluminossilicato; - a folha de vidro exterior é semi-temperada ou reforçada quimicamente; - a folha de vidro exterior é colada à folha de vidro estrutural exterior por meio de uma segunda camada adesiva intercalar de espessura compreendida entre 2 e 12, de preferência 3 e 7 mm; - a face da folha de vidro exterior voltada para a folha de vidro estrutural exterior suporta uma rede de fios de aquecimento e/ou uma camada eletrocondutora de aquecimento; fios de cobre, camada de óxido de índio dopado com estanho ITO (em inglês: "indium tin oxide"), conectados a uma fonte de energia elétrica por meio de coletores (em inglês "bus-bars"); esse posicionamento da função de aquecimento fornece o descongelamento da superfície da vidraça laminada em contato com a atmosfera exterior, sob todas as condições de uso, minimizando a energia elétrica necessária (proximidade ao gelo); - uma face da folha estrutural interior ou exterior suporta uma rede de fios de aquecimento e/ou uma camada eletrocondutora de aquecimento, conforme descrito acima; este posicionamento da função de aquecimento fornece o desembaçamento da superfície da vidraça laminada em contato com a atmosfera da cabine do avião; - a face da folha de vidro exterior oposta à folha de vidro estrutural exterior está nivelada com a estrutura de montagem; em outras palavras, essa face está em continuidade com a estrutura (cabine do avião); uma função essencial da folha de vidro exterior é o desempenho aerodinâmico do avião e, em menor grau, a função de aparência; - uma camada adesiva intercalar compreende um polivinil butiral (PVB), um poliuretano (PU), um copolímero de etileno-acetato de vinila (EVA) ou semelhante; - a vidraça laminada é curva (concavidade voltada para o interior do veículo ou do edifício na posição de montagem); - uma folha de reforço é inserida entre as folhas de vidro estruturais interior e exterior, em pelo menos parte de uma zona periférica da vidraça laminada; trata-se de uma tira de material de reforço tal como metálica, compósito de fibra (Kevlar® ou similar), ao longo de uma parte significativa da zona periférica da vidraça laminada; esta folha de reforço está sujeita à tensão local aplicada pela prensa de gelo e que poderia arriscar quebrar localmente o vidro estrutural exterior em pedaços pequenos; a folha de reforço evita rasgar a camada adesiva intercalar no nível do limite de contato entre a prensa de gelo e a vidraça.
[0015] A invenção também se refere ao uso de uma vidraça laminada, tal como descrita acima, na aeronáutica, em particular como vidraça de avião comercial, regional ou de negócio sujeitos aos requisitos de resistência ao choque com ave.
[0016] A invenção é agora ilustrada pelo exemplo de modalidade a seguir. Exemplo
[0017] Uma vidraça laminada de cabine de avião comercial pressurizado é constituída, do interior do avião para o exterior: - de uma folha estrutural interior de 10 mm de espessura de PMMA estirado; - de uma folha estrutural exterior de 8 mm de espessura de vidro soda-cal quimicamente reforçado com tensão de ruptura de 500 MPa; e - de uma folha de vidro soda-cal exterior de 3 mm de espessura semi-
temperado (tensão de superfície de 50 MPa).
[0018] As duas folhas estruturais são coladas por meio de uma camada adesiva intercalar de PVB de 2 mm de espessura.
[0019] A folha de vidro estrutural exterior e a folha de vidro exterior são coladas por meio de uma camada adesiva intercalar de PU com 10 mm de espessura.
[0020] A face da folha de vidro exterior voltada para a folha de vidro estrutural exterior carrega uma camada de aquecimento descongelante de ITO. Este é em especial o caso de uma vidraça anticongelante frontal de cabine de avião. Como especificado acima, no caso de uma vidraça de desembaçamento, a função de aquecimento pode ser suportada por qualquer superfície do bloco estrutural no laminado.
[0021] A face exterior da folha de vidro exterior está nivelada com a cabine do avião, o ambiente de montagem da vidraça laminada.
[0022] Esta vidraça laminada apresenta uma resistência melhorada ao choque com ave.

Claims (17)

REIVINDICAÇÕES
1. Vidraça laminada para um veículo ou um edifício, caracterizada pelo fato de que compreende uma folha de material polimérico estrutural interior e uma folha de vidro estrutural exterior de espessura compreendida entre 3 e 20 mm tendo uma tensão de ruptura de 350 a 1000 MPa com características de solicitação de um choque com ave.
2. Vidraça laminada, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a folha de material polimérico estrutural interior é feita de poli (metacrilato de metila) (PMMA) estirado ou não estirado, de poliuretano estrutural (PU) ou de policarbonato (PC), de espessura compreendida entre 5 e 22 mm.
3. Vidraça laminada, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a folha de vidro estrutural exterior é feita de vidro soda-cal ou aluminossilicato.
4. Vidraça laminada, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a folha de vidro estrutural exterior é quimicamente reforçada.
5. Vidraça laminada, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que as folhas estruturais interior e exterior são coladas uma às outras por meio de uma primeira camada adesiva intercalar de espessura compreendida entre 0,5 e 5, de preferência entre 1,8 e 3,2 mm.
6. Vidraça laminada, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que compreende, no lado da folha de vidro estrutural exterior oposta à folha de material polimérico estrutural interior, uma folha de vidro exterior de espessura compreendida entre 0,5 e 5 mm.
7. Vidraça laminada, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a folha de vidro exterior é do tipo soda-cal ou aluminossilicato.
8. Vidraça laminada, de acordo com a reivindicação 6,
caracterizada pelo fato de que a folha de vidro exterior é semi-temperada ou reforçada quimicamente.
9. Vidraça laminada, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a folha de vidro exterior é colada à folha de vidro estrutural exterior por meio de uma segunda camada adesiva intercalar de espessura compreendida entre 2 e 12, de preferência 3 e 7 mm.
10. Vidraça laminada, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a face da folha de vidro exterior voltada para a folha de vidro estrutural exterior suporta uma rede de fios de aquecimento e/ou uma camada eletrocondutora de aquecimento.
11. Vidraça laminada, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que uma face da folha estrutural interior ou exterior suporta uma rede de fios de aquecimento e/ou uma camada eletrocondutora de aquecimento.
12. Vidraça laminada, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a face da folha de vidro exterior oposta à folha de vidro estrutural exterior está nivelada com a estrutura de montagem.
13. Vidraça laminada, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou 9, caracterizada pelo fato de que uma camada adesiva intercalar compreende um polivinil butiral, um poliuretano, um copolímero de etileno-acetato de vinila ou semelhante.
14. Vidraça laminada, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que é curva.
15. Vidraça laminada, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que uma folha de reforço é inserida entre as folhas de vidro estruturais interior e exterior, em pelo menos parte de uma zona periférica da vidraça laminada.
16. Uso de uma vidraça laminada conforme definida em qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizada pelo fato de que é na aeronáutica.
17. Uso de uma vidraça laminada, de acordo com a reivindicação
16, caracterizada pelo fato de que é como vidraça de avião comercial, regional ou de negócios sujeito aos requisitos de resistência ao choque com ave.
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