BR112020016880B1 - Um reforço multiaxial costurado e um método de produzir o mesmo - Google Patents

Abstract

A presente invenção se refere a um reforço multiaxial costurado e método de produzir um reforço multiaxial costurado. O reforço multiaxial costurado (40) da presente invenção pode ser usado em todas essas aplicações onde alta qualidade e resistência são necessárias. O reforço multiaxial costurado da presente invenção compreende pelo menos dois conjuntos (26, 28) de multifilamentos ou mono- ligados dispostos transversais um ao outro entre camadas de reforço (20, 32) para garantir boas propriedades de fluxo de resina em direções transversais à direção das mechas unidirecionais (20?, 32).

Description

Campo da Técnica

[0001] A presente invenção se refere a um reforço multiaxial costurado e um método de produzir um reforço multiaxial costurado. O reforço multiaxial costurado da presente invenção pode ser usado em todas essas aplicações em que os reforços são geralmente necessários e especialmente em tais aplicações onde tanto a Tecnologia de Infusão a Vácuo quanto a Tecnologia de Moldagem por Transferência de Resina (RTM) para distribuir a resina no molde é usada. O reforço multiaxial costurado da presente invenção é especialmente aplicável na fabricação de pás de turbina eólica, barcos, equipamento esportivo, tanques de armazenamento, painéis de ônibus, reboque, trem e caminhão, etc., e geralmente em todas essas estruturas que são submetidas à tensão em mais do que uma direção.

Fundamentos da Técnica

[0002] Ao fabricar compósito e produtos laminados usando várias fibras como, por exemplo, vidro, carbono e aramida fibras bem como linho camurça, cânhamo, juta, kenaf, basalto e outras fibras naturais etc. para a fabricação de, por exemplo, painel de barco, automotivo, ônibus, trem, reboque e caminhão ou peças de turbina eólica, por exemplo, a fabricação começa com a produção de um reforço de fibra adequado como tecido ou estrutura de malha que pode ter uma orientação unidirecional ou multiaxial. As estruturas são, então, colocadas em um molde usado na fabricação do produto intermediário ou final. O molde tem, naturalmente, a forma do produto final o que significa que a forma pode às vezes ser muito complicada e requer uma modelagem substancial do reforço quando colocado no molde. Normalmente várias camadas, até dezenas de camadas de reforços são colocadas uma em cima da outra no molde e uma resina de termocura como epóxi misturada com endurecedor ou resina de poliéster insaturada ou resina de éster vinílico é introduzida no molde para formar um artigo compósito reforçado com fibra. A resina também pode ser termoplástico como PA (poliamida) ou CBT (Tereftalato de Polibutileno Cíclico) ou semelhantes. A prática tem mostrado que quando o produto final tem que resistir a altas cargas mecânicas, camadas unidirecionais de mechas de reforço, que podem ser mantidas juntas por meio de costura, são uma escolha preferida em sua fabricação. Nesse caso, em que há cargas mecânicas em mais de uma direção, os reforços multiaxiais são uma escolha preferida. Essas camadas unidirecionais de um reforço são feitas de mechas ou estopas, geralmente chamadas de fibras de reforço.

[0003] O reforço multiaxial é formado de duas ou mais camadas de mechas de reforço, onde as mechas em uma camada são unidirecionais, mas mechas de camadas adjacentes formam um certo ângulo, usualmente 45, 60 ou 90 graus, embora outras orientações de mecha podem como bem ser usadas. A construção do reforço depende do peso de área alvo e o número tex das mechas. Por exemplo, se um peso de área alto ou peso de grama for desejado, uma mecha fina (por exemplo, com E-glass 2400 tex) é usada, e onde um reforço com peso de área baixo é desejada, uma mecha fina (por exemplo, com E-glass 600 tex) é usada em sua fabricação.

[0004] O produto final, isto é, estrutura laminada curada pode ser produzida a partir de vários tais reforços multiaxiais organizando as camadas de reforços de modo que, no produto final, as mechas das camadas sejam orientadas em pelo menos duas direções diferentes de acordo com cargas a construção laminada é submetida a ou pela primeira fabricação de tecidos de várias camadas de reforços unidirecionais de modo que as mechas de camadas adjacentes formem um certo ângulo e, portanto, usando os tecidos assim formados na produção do produto final. Esses tecidos são chamados biaxial, triaxial, quadraxial etc. Os tecidos dependendo do número de orientações de fibra diferentes neles.

[0005] Um reforço multiaxial formado de pelo menos duas camadas de reforço de mechas de reforço unidirecionais por si só é inerentemente instável pela natureza como fios de cada camada de reforço conduzidos em uma única direção. De modo a ser capaz de lidar com um tal reforço, suas mechas têm que ser ancoradas ou ligadas umas às outras em uma maneira adequada. A técnica anterior conhece, em princípio, dois diferentes métodos mecânicos para um tal propósito.

[0006] Um método é prender as mechas por meio de costura (por exemplo, tricô). Os fios de costura formam laços de tricô, isto é, pontos de costura, que seguram as mechas de reforço reais, em seu lugar no reforço. Os pontos de costura são formados por vários elementos de tricô, por exemplo, por agulhas, que penetram na camada ou nas camadas de mechas de reforço de acordo com a técnica de tricô conhecida. Os pontos de costura podem formar vários padrões bem conhecidos como, por exemplo, cadeia ou tricô etc. O fio de costura é tipicamente, mas não necessariamente, fio de filamento de poliéster texturizado ou não texturizado (tereftalato de polietileno) tendo uma espessura de cerca de 34 dtex a cerca de 167 dtex e compreendendo dezenas de filamentos normalmente, por exemplo, 24 ou 48 filamentos.

[0007] Um outro método mecânico é usar técnica de tecelagem para fixar os fios de urdidura longitudinais, isto é, mechas de reforço, com fios de trama leves em seu respectivo lugar. Como os fios de trama tanto os fios revestidos quanto os não revestidos por fusão a quente foram usados. Após o aquecimento e arrefecimento, o aglutinante de fusão a quente deu ao reforço uma estabilidade considerável. Ainda na tecelagem alternativa não é mais considerada favorável uma vez que as mechas de reforço formam dobras ao cruzar aos fios de trama levando às concentrações de tensão e propriedades mecânicas mais baixas do que as versões costuradas. Verificou-se que fios de aglutinante de fusão a quente foram criam distúrbios locais em cura da matriz e são não mais favoráveis no comércio. Da mesma forma, os fios de trama são fios de multifilamento que ficam planos sob compressão independentemente de serem fios de fusão a quente ou não.

[0008] Os reforços costurados são bem conhecidos e eles têm algumas boas propriedades. Em primeiro lugar, sua estabilidade transversal é boa porque os fios de costura embora corram principalmente longitudinalmente formam tais padrões, como tricô, que dão as mechas unidirecionais a integridade estrutural necessária para o reforço. Em segundo lugar, o reforço é fácil de posicionar no molde (isto é, permitir que o reforço siga os contornos do molde) uma vez que o reforço costurado é muitas vezes muito flexível se os parâmetros de costura forem adequadamente escolhidos como comprimento de costura, calibre da agulha e tensão do fio, apenas para citar algumas como um exemplo.

[0009] O uso de pontos de costura, entretanto, pode resultar em um problema, também. O problema pode ser observado ao infundir uma pilha de reforços costurados, isto é, assim chamada pré-forma, com resina. A distribuição de resina em feixes de fibra é supreendentemente lenta e irregular em ambas as direções, isto é, em uma direção paralela às mechas de reforço e em uma direção transversal às mechas de reforço. A descoberta acima é surpreendente, pois à primeira vista um reforço costurado parece incluir passagens de fluxo em três dimensões. Os pontos de costura quando apertados em torno de um feixe de mechas abrem passagens de fluxo através do reforço. Também na direção dos fios de costura paralelos com a superfície do reforço as mechas são comprimidas juntas de modo que as passagens de fluxo na superfície do reforço sejam criadas. E também na direção das mechas o aperto dos pontos de costura pareceria formar passagens de fluxo longitudinais na superfície do reforço. Seria de se esperar que, quando um reforço é colocado em cima um do outro no molde, a pilha de reforços incluiria uma rede tridimensional de passagens de fluxo, que garantiria um rápido fluxo e penetração de resina bem como rápida molhagem da pilha de reforços. Entretanto, como já mencionado acima, não é esse o caso. A principal razão é que antes da alimentação de resina para o molde ser iniciada a pilha de reforços no molde é submetida à compressão. A compressão faz com que os reforços sejam comprimidos um com o outro por essa força que, como os pontos de costura dos reforços não são verticalmente um diretamente acima do outro mas seu posicionamento é aleatório, as mechas “livres” (significando mechas, que não estão sob compressão por um ponto) entre os pontos de costura de um reforço são comprimidos no ponto de costura de um reforço vizinho. Como um resultado a passagem de fluxo na direção da superfície do reforço é mais ou menos totalmente preenchida com as mechas “livres” impedindo fluxo da resina eficiente na direção da superfície de um reforço. Quanto à parte do ponto de costura em que o fio de costura está na direção Z, a passagem de fluxo permanece na pilha, talvez um pouco menor, mas ainda assim. No entanto, agora que as passagens de fluxo na direção da superfície de um reforço estão substancialmente fechadas, a passagem de fluxo na direção Z permanece cheia de ar, que é muito difícil de remover. Isso resulta facilmente na presença de bolhas de gás no produto final, o que, naturalmente, reduz as propriedades de qualidade e resistência do produto final.

[0010] Como boa permeabilidade da resina é vital para a execução prática do processo de moldagem é normalmente acelerada utilizando-se a diferença de pressão ao alimentar a resina no molde. R é uma prática comum para aplicar tanto a Tecnologia de infusão a vácuo quanto a Tecnologia de Moldagem por Transferência de Resina (RTM) para distribuir a resina por todas as camadas de reforço no molde. Entretanto, às vezes, apesar de várias medidas, como vácuo e/ou pressão de alimentação elevada, pequenas cavidades de ar tendem a permanecer no reforço, reduzindo significativamente as propriedades de resistência do laminado. A principal razão para as cavidades de ar é o posicionamento firme das mechas umas contra as outras no reforço, de modo que sua permeabilidade à resina seja nas direções transversal e longitudinal das mechas de reforço, bem como na direção Z limitada. Diante do exposto, novas maneiras de melhorar tanto a remoção de gás da pilha de reforços quanto a permeabilidade do reforço à resina devem ser investigadas.

[0011] Uma forma de melhorar a permeabilidade do reforço é prover o reforço com passagens de fluxo para resina, as passagens de fluxo permitindo que a resina flua rapidamente no reforço. Podem ser encontradas, na técnica anterior, numerosas maneiras de organizar as passagens de fluxo da resina nos reforços ou entre os reforços em uma pilha de reforços, por exemplo, os chamados tecidos de infusão. No entanto, foi aprendido que o uso de tais passagens de fluxo não é muito eficiente, já que o vácuo aplicado na fase de infusão tende a deslocar ou puxar mechas das áreas vizinhas ou reforços e até mesmo mudar suas posições para preencher as passagens/cavidades de fluxo.

[0012] Uma maneira tradicional de organizar canais de fluxo da resina em um reforço é discutida em US-A-2005/0037678. O documento divulga um tecido de grade aberta, que é formado de mechas finas unidirecionais que são costuradas umas às outras de modo que uma tal esteira de mechas unidirecionais seja formada que um espaço aberto é deixado entre mechas paralelas adjacentes. Uma outra estrutura opcional é formar o tecido quadriculado de duas camadas de mechas onde as mechas de uma camada são dispostas em ângulos retos com as da outra camada. As mechas são novamente costuradas umas às outras de modo que um tecido de grade aberta seja formado. O tecido de grade aberta do pedido US é usado como um tecido de infusão, colocando-o entre as camadas de reforço de um laminado para garantir o fluxo desobstruído da resina entre as camadas de reforço para umedecer as camadas de reforço vizinhas na direção Z. Os problemas na construção do pedido US referem-se ao tecido de grade aberta sendo um produto fabricado separadamente e às mechas usadas no tecido. A etapa de fabricação separada aumenta os custos de fabricação de um reforço, e o uso de mechas, que não são ligadas ou torcidas, significa que, a fim de fornecer algum espaço aberto no tecido de grade aberta, as mechas devem ser muito grossas (ver a discussão em conexão com a Figura 1b relativa a um achatamento da mecha sob compressão). As mechas grossas aumentam tanto em peso quanto em despesas nas partes do produto que são necessárias apenas para uma finalidade secundária, isto é, fluxo da resina. A proporção relativamente alta de mechas em uma direção que não é necessária em vista dos aspectos de resistência e fadiga do produto torna o produto nem comercialmente nem no mercado atraente. Uma outra desvantagem deste tipo de tecido de infusão é que ele causa, no produto final, áreas de maior teor de resina do que nas partes contendo apenas camadas de reforço, isto é, o produto não é coeso.

[0013] A técnica anterior conhece também tecidos de infusão biaxial que são fabricados de duas camadas de mechas de tecido em si mesmas, que são primeiro esticadas na direção diagonal de modo que uma camada é transformada em uma camada de -45 graus e uma outra em uma camada de +45 graus, e portanto, costuradas juntas. Ambas as camadas tecidas compreendem fios de fibra de vidro grossos na direção da trama e fios de fibra de vidro finos na direção da urdidura. Os fios na direção da urdidura prendem as mechas em feixes redondos relativamente soltos. Quando as camadas tecidas são distorcidas, os fios da direção da urdidura se apertam e prendem as mechas com mais força (igual a uma seção transversal mais próxima dos feixes). Como um bom exemplo da estanqueidade do fio, pode ser mencionado que os fios de trama longitudinais podem ser girados, por enviesamento, 30 e 45 graus da direção da trama, mas não mais 60 graus. As duas camadas tecidas e esticadas são, então, colocadas uma sobre a outra de modo que as mechas das camadas corram em orientações diferentes, pelo que, após a costura, resulta um produto biaxial. O produto é comercializado para uso como tecido de infusão, que possui canais de fluxo da resina na direção das mechas.

[0014] Entretanto, o tecido de infusão acima tem alguns problemas em sua estrutura, uso e operação. Na prática, neste tipo de produtos há uma correlação clara entre a capacidade de fluxo da resina e o peso em grama, de modo que quanto maior o peso em grama, pior é a capacidade de fluxo (a menos que o número de tex das mechas seja alterado). A razão é que as passagens de fluxo no produto são formadas entre as mechas e ao aumentar o peso em grama o número de mechas é aumentado, pelo que a área aberta entre as mechas é, naturalmente, reduzida. Outra opção seria aumentar o tamanho ou o número de tex das mechas, mas, como as mechas estão disponíveis em apenas 300 tex, 600 tex, 1.200 tex, 2.400 tex, 4.800 tex etc., nem sempre é possível encontrar uma boa partida. Muitas vezes, uma etapa de um tamanho de mecha resultando em um fluxo menos adequado para o próximo tamanho de mecha possível sem aumentar o peso do grama resulta em um tecido de infusão, que é difícil de manusear devido a ter tais lacunas claras entre as mechas que o tecido tem, na prática, nenhuma rigidez. De maneira correspondente, o aumento do peso em grama diminui a capacidade de fluxo da resina (se apenas o número da mecha for aumentado) ou aumenta a área de fluxo aberta (se o tamanho da mecha for aumentado) no tecido de infusão de modo que ele perca sua integridade. Em outras palavras, em muitas aplicações é necessário usar um tecido de infusão, que não é exatamente o desejado, mas um compromisso entre a capacidade de fluxo da resina e o peso em grama. Uma outra característica que deve ser levada em consideração é a não uniformidade do produto final, isto é, o reforço. Se o tecido de infusão contiver mais cavidades abertas do que as próprias camadas de reforço, o que acontece com frequência, no produto final as cavidades abertas são preenchidas com resina. Desse modo, a proporção de resina é claramente maior nas localizações do(s) tecido(s) de infusão, causando áreas de resistência mais fraca no reforço.

[0015] A técnica anterior também conhece outras estruturas onde as mechas são usadas basicamente da mesma maneira que no documento dos EUA, as mechas sendo, no entanto, rodeadas por um fio de poliéster enrolado em volta das mechas para torná-las não compressíveis. Ao tornar as mechas rígidas da maneira acima mencionada, propriedades de fluxo da resina adequadas são obtidas, mas a maneira também tem desvantagens. Em primeiro lugar, o enrolamento do fio PE em torno das mechas não é feito de graça. Em segundo lugar, a disponibilidade de mechas aplicáveis é muito limitada, pelo que o diâmetro do pacote de fios de mechas PE não pode ser escolhido livremente. Em terceiro lugar, o enrolamento de um fio de PE em torno das mechas torna as mechas um pacote bastante apertado, pelo que existe um risco potencial de que a resina possa não ser capaz de molhar as mechas suficientemente bem. Na prática, a combinação das duas últimas áreas problemáticas em mechas enroladas em PE evita, por um lado, que o usuário pegue o melhor diâmetro possível para sua aplicação e, por outro lado, o uso de mechas enroladas em PE espessas. Assim, pode-se ver que o uso de mechas em produtos de infusão ou meios de infusão resulta em pelo menos uma das várias etapas do método, trabalho manual, uso de material a ser desperdiçado etc., todos os quais significam aumentos e, de certa forma, despesas desnecessárias.

[0016] Os vários problemas relacionados ao uso de mechas como os meios de criação de canal de fluxo são tratados em EP-B1-2874803, que divulga um reforço unidirecional ou multiaxial costurado para a fabricação de compósitos reforçados com fibra por um dos processos de moldagem por transferência de resina e processos de moldagem por infusão à vácuo, o reforço unidirecional ou multiaxial costurado compreendendo pelo menos uma camada de mechas unidirecionais contínuas dispostas no reforço e mono- ou multifilamentos, os mono- ou multifilamentos sendo dispostos transversais às mechas unidirecionais e formando os lados das mesmas passagens de fluxo que se estendem de uma borda do reforço unidirecional ou multiaxial costurado à borda oposta do mesmo para facilitar, ao molhar uma pilha de reforços com resina, o fluxo da resina em uma direção transversal à direção das mechas unidirecionais, a pelo menos uma camada e os mono- ou multifilamentos sendo ligados em conjunto por meio de costura, os mono- ou multifilamentos tendo, sob compressão, um diâmetro de 70 a 300 μm.

[0017] O reforço discutida no documento acima é dirigida para o uso na produção de tampas de longarinas de pás de turbina eólica, que tem um comprimento de dezenas de metros e uma largura de algumas dezenas de centímetros. Assim, organizando a alimentação de resina no molde em todo o comprimento da tampa de longarina, isto é, em um lado da pilha de camadas de reforços, a resina apenas necessita fluir algumas dezenas de centímetros para impregnar toda a pilha de camadas de reforço. Assim, a distância de molhagem é tão curta que mesmo a velocidade de impregnação relativamente lenta é considerada aceitável. Uma razão para a velocidade lenta de impregnação é o diâmetro pequeno dos multifilamentos ou mono- ligados, o diâmetro pequeno sendo necessário em vista das propriedades de resistência exigidas pelas tampas de longarinas, isto é, o uso de como diâmetro pequeno como possível minimiza o risco de micro fissuras no laminado da tampa de longarina.

[0018] EP-B1-2918398 discute um compósito reforçado com fibra para fabricar um componente para uma turbina eólica, compreendendo uma pluralidade de primeiras fibras, as fibras sendo dispostas em uma configuração unidirecional ou biax, uma pluralidade de segundas fibras, as segundas fibras sendo dispostas perpendicularmente em relação a uma direção longitudinal das primeiras fibras, e uma resina impregnando as primeiras e segundas fibras, em que um módulo E da resina é igual a um módulo E das segundas fibras de modo que quando o compósito reforçado com fibra é esticado na direção longitudinal as segundas fibras podem contrair em uma mesma taxa como a resina.

[0019] Para ser mais específico, EP-B1- 2918398 discute, por um lado, um compósito reforçado unidirecional tendo as segundas fibras transversais às primeiras fibras de reforço ou as segundas fibras ziguezagueando através da(s) camada(s) da primeira fibras de reforço ou, por outro lado, um compósito reforçado biaxial em que as fibras de reforço estão dispostas em ângulos de +/- 45 graus em relação à direção das segundas fibras e as segundas fibras sendo fixadas nas duas camadas de as primeiras fibras de reforço por meio de costura. O zigue-zague dos monofilamentos na forma do documento EP não parece razoável, pois a infusão da resina ocorre normalmente de um lado do reforço para o outro, e organizando os monofilamentos em outra orientação que não paralela entre si forma canais de alargamento nos quais a resina dificilmente pode entrar (já que dificilmente há qualquer abertura entre os monofilamentos) e canais convergentes nos quais os monofilamentos convergentes e o próprio espaço convergente adicionam resistência ao fluxo e reduzem a velocidade que a resina é capaz de avançar.

[0020] Assim, ambos os documentos EP da técnica anterior citados acima utilizam meios de formação de passagem de fluxo dispostos em uma direção transversal às fibras de reforço ou mechas. O meio de formação de passagem de fluxo pode ser formado por um único monofilamento ou um multifilamento ligado, isto é, um feixe de filamentos. Tal construção é limitada, na prática, a permitir o fluxo da resina em apenas uma direção, o que não pode ser considerado suficiente na fabricação de artigos com uma forma complexa ou de área ampla.

[0021] A técnica anterior ainda inclui documentos como WO-A1-2008/147393, que discute um painel de núcleo reforçado com fibra formado de tiras de espuma de plástico enroladas helicoidalmente com camadas de mechas para formar teias que podem se estender em um padrão de onda ou podem se cruzar transversalmente teias. Tubos ocos podem substituir as tiras de espuma. As mechas axiais cooperam com as mechas helicoidais sobrepostas para formar uma viga ou coluna. Os padrões de mecha enrolada podem variar ao longo das tiras para eficiência estrutural. As tiras enroladas podem alternar com tiras espaçadas e os espaçadores entre as tiras aumentam a resistência à encurvatura da teia. As mechas enroladas continuamente entre tiras espaçadas permitem dobrar para formar painéis com bordas reforçadas. As tiras enroladas continuamente são enroladas em espiral para formar estruturas anulares e os painéis compostos podem combinar resinas termofixas e termoplásticas. As tiras enroladas continuamente ou seções de tiras podem ser continuamente alimentadas longitudinalmente ou lateralmente no aparelho de moldagem que pode receber materiais de pele para formar painéis compósitos reforçados.

[0022] Um outro documento da técnica anterior é EP-A1-1174533, que discute um laminado costurado, em que várias folhas, respectivamente, com várias fibras de carbono tipo estopa dispostas em paralelo umas com as outras são laminadas, com as direções orientadoras dos fios de fibra de carbono das respectivas folhas mantidas em ângulos diferentes contra uma direção de referência e são costuradas integralmente com fios de costura. A finura de cada um dos fios de fibra de carbono está na faixa de 1.200 a 17.000 Tex, e a etapa dos fios de fibra de carbono dispostos está na faixa de 8 a 60 mm. Nas folhas, os fios de fibra de carbono dispostos são alargados na largura do fio para garantir que não existe nenhum intervalo substancialmente entre os fios de fibra de carbono respectivamente adjacentes. Os vários fios de fibra de carbono fornecidos para formar folhas são, respectivamente, colocados em contato com vários rolos, para serem dobrados e alargados na largura do fio.

[0023] Ainda outro documento da técnica anterior é US-A-4677832, que discute um método e um aparelho para colocar grupos de fios de trama transversais para uma máquina de tricô de urdidura, os fios sendo colocados em dois transportadores longitudinais: correndo para o leito de agulhas por meio de um carro que é alternado entre e transversalmente à direção de deslocamento dos transportadores longitudinais. Os fios de trama colocados após o movimento para a frente ficam paralelos aos fios de trama colocados após o movimento para trás e com o mesmo espaçamento do fio de trama adjacente em cada caso. Primeiros grupos de fios de trama são colocados como uma primeira camada e, em seguida, grupos de fios de trama são colocados como uma segunda camada na primeira camada na direção de seus fios de trama, que se formam com a direção dos fios de trama da primeira camada, um ângulo, em particular de pelo menos 20°, que se abre transversalmente à direção de deslocamento dos transportadores longitudinais.

[0024] Em outras palavras, a técnica anterior sugere, por um lado, o uso de fios de multifilamento ou mechas dispostos em duas direções transversais um ao outro e costurados juntos para formar um tecido de grade aberta para fornecer uma grade aberta entre camadas de reforço de um reforço, e por outro lado, o uso de multifilamentos ou mono- ligados para organizar passagens de fluxo para resina em uma única direção transversal para a direção das mechas de reforço.

[0025] Entretanto, a prática tem mostrado que os reforços costurados dos dias atuais têm várias áreas problemáticas, como por exemplo: - os canais de fluxo fornecidos nos reforços ou em conexão com os mesmos são projetados tanto para objetos longos quanto para estreitos onde a resina apenas necessita fluir em uma direção, isto é, rota mais curta através do objeto, ou para objetos mais ou menos redondos ou quadrados, onde é suficiente que a resina flua em um ritmo semelhante em todas as direções, assim a técnica anterior não considera objetos tendo uma tal forma complexa que requer taxa de infusão diferente em direções diferentes, - o uso de tecidos da técnica anterior como meio de infusão é limitado a algumas combinações de grama aplicável - capacidade de fluxo da resina, - em tecidos de infusão da técnica anterior, os canais de fluxo da resina estavam na direção das mechas, o que não garante a infusão adequada e confiável de resina em todo o produto, - a aplicabilidade das mechas como meio para organizar canais de fluxo no reforço é muito limitada, - as mechas têm problemas em sua compressibilidade, em sua infusão de resina e em seu diâmetro, como discutido acima, - os tecidos de infusão da técnica anterior contêm muitas vezes grandes áreas abertas, que são, também no produto final, preenchidas com resina fazendo com que o produto final tenha uma estrutura não uniforme com alterações nos valores de resistência, e - o uso de mechas como meio para organizar canais de fluxo requer várias etapas de produção, o que significa aumento de tempo e custos de produção.

[0026] O uso de multifilamentos ou mono- ligados provou ser uma forma ideal de fornecer canais de fluxo da resina em conexão com reforços unidirecionais na produção de tampas de longarinas de pás de turbina eólica que tinha apenas um pequeno problema, a saber, o risco de formação de microfissuras ao causar dobras nas mechas. No entanto, na produção das tampas de longarinas o problema foi resolvido usando mono- ou multifilamentos muito finos, isto é, o diâmetro sendo menos do que 300 μm.

[0027] Apesar do problema acima mencionado, foi decidido testar o uso de mono- ou multifilamentos ligados em conexão com outros tipos de produtos, isto é, produtos multiaxiais que requerem capacidade de suporte de carga em mais de uma direção e tendo uma maior área em comparação com as tampas de longarinas. Foi logo descoberto que a capacidade de fluxo da resina do tipo de mono- ou multifilamentos ligados usados no EP-B1-2874803 não era suficiente na fabricação de painéis de caminhões ou ônibus ou cascos de barcos.

[0028] Entretanto, foi descoberto, surpreendentemente, que o risco de formação de microfissuras em reforços multiaxiais foi consideravelmente reduzido, embora o diâmetro dos monoou multifilamentos ligados tenha sido aumentado. A conclusão foi que, como os vários painéis, cascos de barcos ou laminados em sanduíche foram submetidos a cargas em diferentes direções e, portanto, exigiram o uso de reforços multiaxiais, que pelo menos uma razão para a descoberta é que, em um sistema biaxial ou qualquer multiaxial produto axial, as mechas das camadas vizinhas em qualquer caso são ligeiramente dobradas ao passarem umas pelas outras, pelo que a possível curvatura ou dobra adicional causada pelos monofilamentos não tem, na prática, muito mais influência. Outro fator que reduz a tendência de formação de microfissuras relaciona-se com a otimização do peso, uma vez que os vários painéis, por exemplo, não têm requisitos de peso tão rigorosos quanto as tampas de longarinas. Foi assim aprendido que mono- ou multifilamentos com um diâmetro maior podem ser usados em reforços multiaxiais, em que os canais de fluxo da resina podem ser aumentados e, assim, a velocidade de fluxo da resina aumentada.

Definições

[0029] As seguintes explicações ilustrativas são fornecidas para facilitar a compreensão de certos termos usados com frequência no relatório descritivo e nas reivindicações que discutem a presente invenção. As explicações são fornecidas como um conveniente e não pretendem limitar a invenção.

[0030] Peso da área - peso (massa) por área de unidade de um tecido.

[0031] Aglutinante - Um material polimérico em várias formas como pó, película ou líquido. Os aglutinantes podem ser feitos de um ou vários aglutinantes individuais tendo diferentes características em propriedades químicas ou físicas como rigidez, ponto de fusão, estrutura polimérica, Tg etc. O aglutinante é usado para fixar junto a estrutura da fibra para formar uma teia e finalmente o reforço. Os aglutinantes adequados são epóxis termoplásticos, co-poliésteres, poliésteres bisfenólicos insaturados ou suas misturas, apenas para citar alguns exemplos.

[0032] Tecido - um material tecido flexível que consiste em uma rede de fibras naturais ou artificiais feitas pelo homem, muitas vezes denominada como linha ou fio. Os tecidos são formados, por exemplo, por tecelagem, tricô, crochê, atadura, agulhamento ou prensagem de fibras (feltro).

[0033] Produto/camada de infusão - um tecido ou não tecido, que é fornecido com canais para facilitar o fluxo da resina no plano do produto. É usado colocando entre camadas de reforço para introduzir resina em toda a área do reforço, de modo que a resina possa ser facilmente absorvida pelas camadas de reforço vizinhas.

[0034] Laminado - Um material que pode ser construído impregnando-se uma ou mais camadas de reforço usando resina apropriada e mistura de endurecedor e deixa endurecer por reação química ou resfriamento de temperatura. O laminado é uma estrutura reforçada com fibra feita de uma matriz reforçada por fibras finas de, por exemplo, vidro, carbono, aramida, etc. A matriz pode ser epóxi, um plástico termoendurecível (mais frequentemente epóxi, poliéster ou viniléster) ou um termoplástico. Os usos finais comuns de reforços de fibra de vidro incluem barcos, peças de automóveis, pás de turbinas eólicas, etc.

[0035] Matriz - material que une os reforços para formar um compósito. Os compósitos usam polímeros especialmente formulados, como epóxi termoendurecível, viniléster ou resina de poliéster insaturada e resinas de fenol formaldeído ou uma resina termoplástica (consulte “Polímero”) apenas para citar alguns exemplos.

[0036] Monofilamento - Um fio composto de um único filamento contínuo tipicamente produzido a partir de material sintético, como poliamida (náilon), tereftalato de polietileno, polipropileno, tereftalato de polibutileno etc.

[0037] Multifilamento - Um fio ou linha composto por uma infinidade de filamentos contínuos tipicamente feitos de material sintético, como poliamida (náilon), tereftalato de polietileno, polipropileno, tereftalato de polibutileno etc. Especialmente, em relação à presente invenção, uma distinção tem para ser feito entre multifilamentos compressíveis soltos formados de filamentos separados e multifilamentos ligados onde os filamentos são ligados uns aos outros para fazer o multifilamento ligado se comportar como um monofilamento.

[0038] Polímero - Geralmente inclui, por exemplo, homopolímeros, copolímeros, tais como, por exemplo, bloco, enxerto, copolímeros aleatórios e alternados, terpolímeros, etc, e misturas e modificações dos mesmos. Além disso, a menos que especificamente limitado de outra forma, o termo “polímero” inclui todas as configurações geométricas possíveis do material. Essas configurações incluem, por exemplo, simetrias isotáticas, sindiotáticas e aleatórias.

[0039] Reforço - uma teia composta por fibras de reforço, as fibras sendo ancoradas umas às outras por meios apropriados. Frequentemente fabricados como contínuo webs. Existem várias maneiras de fabricar o reforço em orientações unidirecionais ou multiaxiais ou aleatórias, por exemplo, através das técnicas de processamento têxtil de tecelagem, tricotagem, trança e costura ou por colagem com um fichário apropriado.

[0040] Fibras de reforço - fibras usadas junto com uma matriz na fabricação de materiais compósitos. As fibras são geralmente feitas pelo homem como o vidro (incluindo todas as suas variantes), carbono (com todas as suas variantes) ou aramida, que podem ser usadas tanto como filamentos contínuos quanto como fibras não contínuas. Também foi utilizada uma ampla variedade de fibras naturais como sisal, linho, juta, cocos, kenaf, cânhamo ou basalto, apenas para citar alguns.

[0041] Moldagem por Transferência de Resina (RTM)- Um processo tendo duas superfícies de molde pelas quais uma resina é bombeada normalmente em baixas viscosidades e baixas ou altas pressões em um conjunto de matriz de molde fechado contendo frequentemente uma pré-forma de reforço seco, isto é, para infundir resina na pré-forma e fazer uma parte do compósito reforçado com fibra.

[0042] Mecha - um feixe longo e estreito não torcido de fibras ou filamentos contínuos, particularmente fibras de vidro. Neste pedido, é sinônimo de estopa, em que a seleção de fibras não contém apenas fibras de vidro, mas também fibras de carbono, basalto e aramida, mais geralmente fibras contínuas artificiais.

[0043] Grupo de mecha ou grupo de estopa - uma ou mais estopas ou mechas que estão muito próximas.

[0044] Fio de costura - Um fio formado de, por exemplo, 24 ou 48 filamentos individuais produzidos a partir de poliéster texturizado. O fio de costura usado normalmente na fabricação de reforços unidirecionais tem normalmente uma densidade de massa linear de 76 ou 110 dtex. O diâmetro de um filamento individual é normalmente 5 a 10 μm.

[0045] Número tex - Uma unidade SI de medida para a densidade de massa linear de fios e é definida como a massa em gramas por 1.000 metros. Tex é mais provável de ser usado no Canadá e na Europa Continental, enquanto o denier permanece mais comum nos Estados Unidos e no Reino Unido. O código da unidade é “tex”. A unidade mais comumente usada em conexão com fibras sintéticas feitas pelo homem é na verdade o decitex, abreviado dtex, que é a massa em gramas por 10.000 metros.

[0046] Têxtil - definição geral para vários tipos de artigos, incluindo folhas, teias, tecidos e esteiras com uma ou mais camadas, as camadas sendo formadas por linhas uni ou multidirecionais

[0047] Termoplástico - Um polímero que é fusível, amolecendo quando exposto ao calor e retornando geralmente ao seu estado não amolecido quando resfriado à temperatura ambiente. Os materiais termoplásticos incluem, por exemplo, cloretos de polivinila, alguns poliésteres, poliamidas, polifluorocarbonos, poliolefinas, alguns poliuretanos, poliestirenos, álcool polivinílico, caprolactamas, copolímeros de etileno e pelo menos um monômero de vinil (por exemplo, poli (etileno vinil acetatos), ésteres de celulose e resinas acrílicas.

[0048] Termoendurecível - Um material polimérico que cura irreversivelmente. A cura pode ser feita por meio de calor (geralmente acima de 200 Celsius), por meio de uma reação química (epóxi de duas partes, por exemplo) ou por irradiação, como processamento por feixe de elétrons.

[0049] Linha - feixe torcido de filamentos ou fibras unitárias, fios.

[0050] Estopa - Na indústria de compósitos, uma estopa é um feixe não torcido de filamentos contínuos e se refere a fibras artificiais, principalmente fibras de carbono (também chamadas de grafite). As estopas são designadas pelo número de fibras que contêm, por exemplo, uma estopa de 12K contém cerca de 12.000 fibras. Aqui sinônimo de mecha.

[0051] Estabilidade de manuseio transversal - Uma força que impede que um reforço unidirecional se deforme ou se rasgue em pedaços. Necessário ao posicionar um reforço em um molde em cima de outro reforço e mover o reforço em uma direção transversal à sua direção longitudinal.

[0052] Direção transversal - Qualquer direção que não seja paralela com a direção de referência, desviando preferencialmente pelo menos 5 graus, mais preferencialmente pelo menos 10 graus, o mais preferencialmente pelo menos 15 graus da direção referenciada.

[0053] Reforço unidirecional (UD) - Reforço em que todas as mechas ou estopas conduzidas na mesma direção, neste caso particular na direção longitudinal, mas um reforço UD também pode ser transversal, isto é, orientado na direção de 90°. Essas mechas são muitas vezes em reforços UD da técnica anterior ligados por meio de costura e, normalmente, usando alguma camada leve adicional de filamentos cortados ou fios multifilamento contínuos para manter as mechas unidas e evitar que se rasguem, ou por tecelagem onde os fios da trama dão estabilidade estrutural. O fio da trama também pode ser revestido por fusão a quente. Outra forma de unir as mechas ou cabos é o uso de um aglutinante, por exemplo, um aglutinante termoplástico ou termoendurecível. Também nesse caso, podem ser utilizadas camadas de estabilização adicionais mencionadas acima.

[0054] Infusão a Vácuo - Um processo usando um molde unilateral que molda o produto final. No lado inferior está um molde rígido e no lado superior uma membrana flexível ou saco a vácuo. Quando o vácuo/sucção é aplicado à cavidade do molde, o ar escapa da cavidade, após o que a resina pode ser infundida pela sucção (ou, adicionalmente, auxiliada por uma pequena sobrepressão no lado da alimentação - um recurso da característica do RTM leve) para umedecimento completo dos reforços e eliminar todos os vazios de ar na estrutura laminada.

[0055] Distância de molhagem - A posição da frente do fluxo ou, na verdade, a distância medida do local onde a resina entrou na pilha de reforço até a posição atual.

[0056] Fio - Um longo comprimento contínuo, muitas vezes torcido, multifilamento, adequado para uso na produção de têxteis, costura, crochê, tricô, tecelagem, costura, bordado e confecção de cordas. Os fios podem ser feitos de fibras naturais ou sintéticas contínuas ou não contínuas.

[0057] Direção Z - A direção perpendicular ao plano da camada ou a pilha de camadas, isto é, direção da espessura.

Breve Sumário da Invenção

[0058] Um objetivo da presente invenção é oferecer uma solução para pelo menos um dos problemas discutidos acima.

[0059] Um outro objeto da presente invenção é desenvolver um novo reforço multiaxial costurado tendo excelente permeabilidade à resina em mais de uma direção transversal às orientações do filamento de reforço.

[0060] Um outro objetivo da presente invenção é desenvolver um novo reforço multiaxial costurado no qual o fluxo da resina em diferentes direções pode ser controlado.

[0061] Ainda um outro objeto da presente invenção é acelerar a produção de reforços multiaxiais, sendo capaz de produzir um reforço multiaxial em uma única etapa de produção.

[0062] Um outro objetivo da presente invenção é desenvolver um novo produto de infusão cuja capacidade de fluxo da resina e peso em grama podem ser escolhidos livremente, isto é, independentemente um do outro.

[0063] A permeabilidade necessária à resina do reforço e a remoção necessária de gás do reforço da presente invenção são garantidas de acordo com uma modalidade preferencial da presente invenção, usando pelo menos dois conjuntos de mono- ou multifilamentos ligados dispostos entre em si mesmas camadas de reforço unidirecionais e orientadas transversalmente umas às outras para formar passagens de fluxo para resina para organizar a área de fluxo livre em mais de uma direção transversal à direção das mechas de reforço, tanto para o ar escapar do reforço e para a resina se impregnar ou molhe o produto de forma eficiente.

[0064] Pelo menos um dos problemas da técnica anterior é resolvido e pelo menos um dos objetos obtidos por meio de um reforço multiaxial costurado para a fabricação de compósitos reforçados com fibra por um dos processos de moldagem por transferência de resina e processos de moldagem por infusão à vácuo, o reforço multiaxial costurado compreendendo pelo menos uma primeira camada de reforço de mechas unidirecionais contínuas tendo uma primeira direção axial, uma segunda camada de reforço de mechas unidirecionais contínuas tendo uma segunda direção axial e um primeiro conjunto de multifilamentos ou mono- ligados; a primeira direção axial e a segunda direção axial deixando um ângulo entre as mesmas; os multifilamentos ou mono- ligados do primeiro conjunto sendo disposto entre a primeira e a segunda camadas de reforço, a primeira e a segunda camadas de reforço e os multifilamentos ou mono- ligados do primeiro conjunto sendo ligado um ao outro por meio de costura, em que um segundo conjunto de multifilamentos ou mono- ligados é disposto entre a primeira e a segunda camadas de reforço em uma direção transversal aos multifilamentos ou mono- ligados do primeiro conjunto de multifilamentos ou mono- ligados.

[0065] Em uma maneira semelhante pelo menos um dos problemas da técnica anterior é resolvido e pelo menos um dos objetos obtidos por meio de um método de produzir um reforço multiaxial costurado para compósitos reforçados com fibra compreendendo as etapas de: a) colocar mechas contínuas unidirecionalmente lado a lado em uma primeira direção axial para formar uma primeira camada de reforço, b) colocar um primeiro conjunto de multifilamentos ou mono- ligados na primeira camada de reforço em uma direção transversal à direção axial das mechas unidirecionais da primeira camada de reforço, c) colocar um segundo conjunto de multifilamentos ou mono- ligados na primeira camada de reforço e no primeiro conjunto de multifilamentos ou mono- ligados em uma direção transversal em ambos os multifilamentos ou mono- ligados do primeiro conjunto e a direção axial das mechas unidirecionais formando a segunda camada de reforço na etapa d), d) colocar mechas contínuas unidirecionalmente lado a lado em uma segunda direção axial na primeira camada de reforço e no primeiro conjunto e o segundo conjunto de multifilamentos ou mono- ligados para formar uma segunda camada de reforço, e) costura a primeira e segunda camadas de reforço e o primeiro conjunto e o segundo conjunto de multifilamentos ou mono- ligados entre as mesmas um ao outro para formar um reforço multiaxial com uma superfície superior e uma superfície inferior.

[0066] Outros recursos característicos do reforço multiaxial costurado da presente invenção e o método de sua fabricação são divulgados nas reivindicações de patente anexas.

[0067] Com a presente invenção pelo menos algumas das seguintes vantagens podem ser alcançadas - a permeabilidade de reforços costurados multiaxiais é melhorada para um nível que facilita um bom fluxo da resina, - o uso de monofilamentos em produtos de infusão garante que a capacidade de fluxo da resina e o peso em grama podem ser escolhidos livremente, independentemente um do outro, para todas as aplicações, - a distância que a resina avança na direção transversal em um determinado período de tempo é aumentada consideravelmente, nos experimentos realizados para pelo menos 2 vezes, - o tempo necessário para a impregnação é reduzido consideravelmente, nos experimentos realizados a pelo menos um quarto do tempo necessário com os reforços da técnica anterior, - as passagens de fluxo da resina em duas direções diferentes garantem que a resina alcance todas as partes do reforço, embora um canal na direção de fluxo da resina primária possa, por algum motivo, ser bloqueado, - reforço mais uniforme devido a uma distribuição de resina mais uniforme em todo o reforço, e - as propriedades de fluxo da resina em diferentes direções podem ser ajustadas variando pelo menos uma das direções e o diâmetro dos mono- ou multifilamentos ligados.

Breve Descrição dos Desenhos

[0068] A seguir, o reforço multiaxial costurado da presente invenção e o método de sua produção são discutidos em mais detalhes com referência às figuras anexas, em que As Figuras 1a e 1b ilustram esquematicamente uma comparação entre os comportamentos dos mono- e multifilamentos da técnica anterior, neste caso um monofilamento e um fio multifilamento sob compressão entre duas camadas de reforço de mechas, As Figuras 2a a 2d ilustram várias opções para substituir um monofilamento por um multifilamento ligado, isto é, um feixe de monofilamentos ligados em conjunto, A Figura 3 ilustra esquematicamente o processo de produção do reforço multiaxial costurado de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, As Figuras 4a a 4c ilustram esquematicamente seções transversais do reforço biaxial fabricado da maneira discutida na Figura 3, e A Figura 5 compara um reforço costurado da técnica anterior com dois reforços costurados da presente invenção em vista da distância de fluxo da resina na direção transversal.

Descrição Detalhada dos Desenhos

[0069] As Figuras 1a e 1b ilustram esquematicamente a comparação da seção transversal entre os comportamentos de um monofilamento ou um multifilamento ligado de EP-B1-2874803, e um fio de multifilamento da técnica anterior (como aquele usado em US-A-2005/0037678) sob compressão de processo de infusão a vácuo entre duas camadas de reforço de mechas. A Figura 1 uma ilustração de uma seção transversal de duas camadas de reforço sobrepostas 2 e 4 produzidas a partir de feixes de mechas unidirecionais costuradas por meio de costura transversa (não mostrada) em conjunto com um reforço tendo um monofilamento 6 disposto em ângulos retos às mechas UD entre as camadas 2 e 4 dos mesmos. A Figura 1b mostra as mesmas camadas de reforço 2 e 4 produzidas a partir de feixes de mechas unidirecionais costuradas por meio de costura transversa em conjunto com um reforço tendo um fio de multifilamento 8 disposto em ângulos retos às mechas entre as camadas 2 e 4 dos mesmos. A Figura 1 um mostra como o monofilamento ainda empurra ou mantém as mechas dos reforços 2 e 4 afastadas de modo que abrem passagens de fluxo 10 são formadas entre os reforços 2 e 4 para os lados do monofilamento 6. A Figura 1b mostra as mechas dos reforços 2 e 4 empurradas afastadas em uma maneira igual à Figura 1a, isto é, a espessura dos dois reforços com o monofilamento transversal ou multifilamento é a mesma. Entretanto, pode ser observado que o fio de multifilamento 8 necessário para empurrar ou manter as mechas afastadas é de tamanho e área de seção transversal totalmente diferentes. R transformou uma forma oval ou plana sob compressão de modo que, na prática não existem verdadeiras passagens de fluxo 12 nos lados do fio de multifilamento 8.

[0070] A razão é que os fios de multifilamento são produzidos a partir de dezenas ou centenas de filamentos individuais, cada filamento tendo um diâmetro de 5 a 10 μm. Quando o fio de multifilamento é submetido à pressão de compressão, isto é, no estágio de infusão à vácuo no molde, os filamentos do fios de multifilamento são forçados a mover lateralmente de modo que a dimensão de direção Z do fio de multifilamento é uma fração do diâmetro original aparente do multifilamento mesmo que esteja torcido. A torção é normalmente bastante baixa, da ordem de 20 a 40 voltas por metro, como é importante que a resina seja capaz de penetrar também entre os filamentos de fio torcido para evitar manchas secas. De acordo com os testes realizados descobriu-se que um multifilamento, isto é, um fio de poliéster tendo uma espessura de 130 μm sob compressão com 0,5 bar (pequena em comparação com a compressão de infusão de 0,95 bar), tem um número dtex de 1120 dtex enquanto um monofilamento tendo um diâmetro semelhante de 130 μm com e sem compressão tem um número dtex muito menor de 167. Um fio de fibra de vidro pode ter nas mesmas condições um número dtex de cerca de 18 vezes em comparação aquele de um monofilamento. Embora as dimensões não sejam necessariamente as mesmas como na presente invenção os ensinamentos permanecem os mesmos, isto é, uma mecha solta se achata da mesma maneira, independentemente do seu diâmetro original. Isto significa, tendo em vista o fluxo da resina, que cada filamento que se move lateralmente diminui a seção transversal da cavidade na lateral do multifilamento, de modo que a seção transversal do canal é finalmente, na prática, insignificante. Isso evita que a resina flua através desses vazios ou canais.

[0071] Os fios com alta torção, da ordem de 150 TPM (TPM = voltas por metro) ou mais, podem ser eficazes na resistência ao efeito compressivo do vácuo. No entanto, eles não são favorecidos no uso final de compósito devido às suas propriedades de penetração de resina lentas e incompletas e também devido às suas fibras estarem em formação de bobina com resposta elástica desfavorável sob carga de tração em comparação com seus fios de mecha não torcidos adjacentes. Além disso, os fios torcidos têm um caráter rígido, levando a dobras no reforço das mechas UD. Quando os fios torcidos são usados, a sua torção é tipicamente relativamente baixa, isto é, da ordem de 20 a 40 TPM, pois é importante que a resina seja capaz de penetrar entre os filamentos do fio torcido.

[0072] Assim, o uso de multifilamentos torcidos não é de forma alguma recomendável, pois ou o multifilamento com baixa torção é capaz de se achatar e, assim, perder sua capacidade de formar passagens de fluxo para a resina ou o multifilamento com alta torção pode não ser capaz de absorver resina. O mesmo problema também pode ser visto se um fio for enrolado no multifilamento para tornar o multifilamento não compressível. Quanto mais rígido e não compressível for o multifilamento, mais fraco ele será capaz de absorver a resina. Além disso, como já mencionado acima, o uso de mechas de fibra de vidro como multifilamento reduz a variabilidade do diâmetro, pois não há muitos “tamanhos” nas mechas aplicáveis. Para resolver o problema acima, o uso de multifilamentos ligados é recomendado, conforme discutido em conexão com as Figuras 2a a 2d.

[0073] O termo anteriormente utilizado “multifilamentos ligados” se refere a um multifilamento, que é formado por um feixe de monofilamentos ligados entre si por meios químicos. Como mostrado nas Figuras 2a a 2d, o multifilamento ligado compreende, por exemplo, 3 filamentos, possivelmente 5 ou mais filamentos dispostos em comunicação uns com os outros de modo que uma lacuna desejada tendo uma dimensão na direção Z seja deixada entre os reforços quando eles são colocados um em cima de outro.

[0074] Outra opção é colocar vários monofilamentos em comunicação uns com os outros, de modo que a seção transversal do feixe permaneça substancialmente a mesma sob compressão. Na prática, isso significa que os monofilamentos têm que ser, de acordo com uma modalidade preferida adicional da presente invenção, fixados uns aos outros, como ilustrado nas Figuras 2a a 2d, pelo que são formados multifilamentos ligados mais compactos e a razão de aspecto (razão largura - altura) do feixe de monofilamentos é facilmente inferior 2,0. A razão de aspecto ou largura - altura é determinada a partir da seção transversal dos multifilamentos ou mono- ligados de modo que a altura seja medida na direção de compressão (isto é, perpendicular ao plano do reforço) e a largura em ângulos retos com a mesma. Os monofilamentos do feixe podem ser, durante a fase de aplicação, tratados termicamente ou pulverizados por um ligante líquido, de modo que os monofilamentos se liguem uns aos outros como mostrado na Figura 2a e, portanto, não sejam capazes de se mover sob compressão. O feixe de monofilamentos também pode ser incorporado em um material de revestimento apropriado, como mostrado na Figura 2b, ou os monofilamentos de um feixe podem ser monofilamentos bicomponentes revestidos com um ligante específico, como mostrado na Figura 2c. Em todos os casos acima, é vantajoso se o aglutinante usado na ligação dos monofilamentos for compatível com a matriz de resina do futuro laminado. Outro pré-requisito para o material ligante é que os multifilamentos ligados resultantes sejam tão flexíveis quanto possível, a fim de evitar a formação de dobras no laminado. Além disso, os monofilamentos podem ser fundidos uns aos outros, como mostrado na Figura 2d. Ao usar tais multifilamentos ligados, o diâmetro, ou na verdade a dimensão na direção Z, dos multifilamentos ligados é da ordem de 50 a 2.000 μm, preferencialmente de 100 a 1.000 μm, mais preferencialmente entre 150 a 900 μm, 200 a 700 μm ou 200 a 500 μm. Outras faixas preferidas são 500 a 1.000 μm, 500 a 900 μm e 500 a 800 μm.

[0075] Assim, para garantir que as passagens de fluxo formadas pelos vários monofilamentos ou multifilamentos ligados sejam tão eficientes quanto possível em relação à quantidade de matéria estranha trazida para o reforço pelos mono- ou multifilamentos ligados, o feixe de monofilamentos deve ser o mais compacto possível, o que significa que sua razão (razão largura/altura) deve ser igual ou inferior a 2,0, de preferência inferior a 1,5, mais preferencialmente o mais próximo possível de 1,0, quando o mono- ou multifilamentos ligados são submetidos a vácuo, isto é, compressão na fase de molhagem ou impregnação. A relação de aspecto 2 significa, por exemplo, dois monofilamentos dispostos lado a lado.

[0076] Os mono- ou multifilamentos ligados são preferencialmente formados de monofilamentos de poliamida (PA), co-poliamida ou copoliéster (co-PET) que podem ter, por exemplo, uma seção transversal redonda, quadrada ou oval ou um X- ou seção transversal oca. Os multifilamentos ou mono- ligados também podem ser bicomponentes ou multicomponentes. Em outras palavras, como os mono- ou multifilamentos ligados são fabricados a partir de um material polimérico adequado por, por exemplo, extrusão, a seção transversal dos mono- ou multifilamentos ligados pode ser, na prática, escolhida livremente para otimizar as propriedades de fluxo da resina. Em vista da presente invenção, é vantajoso usar uma seção transversal de mono- ou multifilamentos ligados que crie uma seção transversal geométrica máxima ou maximize a distância entre as mechas de reforço em duas camadas de reforço sobrepostas com determinado volume, enquanto mantém a quantidade de material de reforço (o polímero monofilamento) ao mínimo.

[0077] Quanto à forma e tamanho dos mono- ou multifilamentos ligados, bem como seu posicionamento nas camadas de reforço, isto é, sua distância lateral um do outro, todas essas características (entre outras) devem ser consideradas cuidadosamente em vista de uma impregnação adequada e umedecimento da pilha de reforço com resina. As passagens de fluxo da resina formadas nas laterais dos mono- ou multifilamentos ligados não devem ser muito abertas para dar à resina tempo suficiente para se impregnar nas mechas e não fluir diretamente do lado da pilha de reforço onde a resina é introduzida o lado oposto da pilha de reforço. Naturalmente, quanto menor for a distância entre mono- ou multifilamentos ligados adjacentes, mais abertas, isto é, maior seção transversal, as passagens de fluxo transversais nos lados dos mono- ou multifilamentos ligados podem ser, e vice-versa. Outra coisa que deve ser levada em consideração é a espessura ou grama de peso da camada de reforço. Quanto mais espessa a camada de reforço, mais tempo leva para umedecer adequadamente a camada de reforço com resina. Com a presente invenção, é possível ajustar a permeabilidade do reforço para se certificar de que as fibras de reforço individuais serão bem impregnadas e nenhuma área seca ou vazia será deixada entre as fibras.

[0078] Uma propriedade ideal para o material polimérico para os mono- ou multifilamentos ligados é que o material não retarda a cura ou não tem efeito negativo nas propriedades químicas, térmicas ou mecânicas da resina que forma a matriz. Nos experimentos realizados, mono- ou multifilamentos ligados de poliamida (PA), co-poliamida ou co-PET foram usados. No entanto, outros materiais que funcionam de maneira desejada também podem ser usados.

[0079] Outra propriedade opcional preferida para material polimérico para os mono- ou multifilamentos ligados é que o material é, pelo menos parcialmente, solúvel na resina. No entanto, a solubilidade deve ser tão fraca ou lenta que o reforço tenha tempo para ser impregnado pela resina antes que os mono- ou multifilamentos ligados “desapareçam” ou “colapsem”. No entanto, a vantagem dos mono- ou multifilamentos ligados pelo menos parcialmente solúveis é que os canais formados pelos mono- ou multifilamentos ligados desaparecem/desaparecem, e o produto, bem como a matriz, fica ainda mais homogêneo do que quando se usa mono- não solúvel - ou multifilamentos ligados. Como um exemplo das variantes discutidas acima, uma estrutura de monofilamentos ou multifilamentos ligados de dois componentes compreendendo um monofilamento ou um feixe de monofilamentos, fornecido com uma camada externa de material polimérico com propriedades diferentes, pode ser mencionada, a camada externa sendo solúvel no material de matriz. A solubilidade da camada externa é preferencialmente escolhida de modo que se dissolva na resina após a resina ter impregnado a pilha de reforços. A vantagem desta estrutura de monofilamento é que a parte central dos próprios monofilamentos pode ter um diâmetro de 200 μm, e a espessura da camada externa de 150 μm. Assim, o diâmetro do monofilamento bicomponente é durante a impregnação de 500 μm, e após a dissolução da camada externa apenas 200 μm, pelo que as mechas no produto final se aproximam umas das outras. Isso minimiza ainda mais o risco de falha prematura do laminado até virtualmente zero nas junções entre os mono- ou multifilamentos e as mechas.

[0080] A Figura 3 ilustra esquematicamente o processo de produção do reforço multiaxial costurado de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção. A fabricação de um reforço multiaxial costurado como prossegue a seguir. Para começar, uma primeira camada de reforço 20 de mechas unidirecionais 20’ (de preferência, mas não necessariamente de fibra de vidro ou fibras de carbono ou cabos ou fibras de aramida, bem como linho, cânhamo, juta, sisal, cocos, kenaf, basalto ou outro natural fibras) é formado puxando as mechas 20’ dos pacotes 22 e organizando-os lado a lado ou a uma distância controlada um do outro, dependendo do peso de área alvo em uma primeira direção axial, aqui +45 (opcionalmente também, por exemplo, 0 ou +60) graus. De agora em diante, a palavra “mechas” é usada para se referir a todos os estopas, mechas, fibras etc. que são usados na fabricação de reforços unidirecionais. Assim, as mechas são dispostas lado a lado em uma ou mais camadas de reforço de mechas.

[0081] Em seguida, na primeira camada de reforço 20 é colocado a partir do meio de alimentação 24, um primeiro conjunto 26 de mono- ou multifilamentos ligados que funcionam na direção da máquina, isto é, em uma direção de deslocamento do reforço a ser produzido, ou pelo menos em uma direção transversal às mechas 20’ da primeira camada de reforço 20. Em seguida, um segundo conjunto 28 de monoou multifilamentos é colocado a partir do meio de alimentação 30 na primeira camada de reforço 20 e no primeiro conjunto 26 de mono- ou multifilamentos ligados, de preferência, mas não necessariamente, transversal à primeira direção axial da primeira camada de reforço 20. Naturalmente, a ordem em que o primeiro e o segundo conjuntos de mono- ou multifilamentos ligados são colocados na primeira camada de reforço 20 pode ser escolhida livremente. Depois disso, uma segunda camada de reforço 32 de mechas unidirecionais 32’ é formada puxando-as das embalagens 34 e organizando-as lado a lado ou a uma distância controlada umas das outras, dependendo do peso de área alvo em uma segunda direção axial, aqui -45 graus (opcionalmente também, por exemplo 90 ou -60). Assim, os mono- ou multifilamentos ligados de ambos os conjuntos 24 e 26 são deixados entre as duas camadas de reforço 20 e 28, pelo que os mono- ou multifilamentos ligados do primeiro e do segundo conjuntos estão em contato direto um com o outro. Os mono- ou multifilamentos ligados da presente invenção têm um diâmetro de 50 a 2.000 μm, preferencialmente de 100 a 1.000 μm, e mais preferencialmente 150 a 900 μm, 200 a 700 μm ou 200 a 500 μm. Outras faixas preferidas são 500 a 1.000 μm, 500 a 900 μm e 500 a 800 μm. O diâmetro, ou espessura na direção Z, é ideal no caso da viscosidade da mistura do agente de cura da resina infundida estar no nível de 200 a 350 mPa.s em temperatura ambiente. Se a viscosidade diferir claramente desta, pode ser necessário ajustar a distância entre os mono- ou multifilamentos ligados ou o diâmetro/espessura da direção Z dos mesmos. Aqui, a palavra “transversal” significa principalmente qualquer direção não paralela. No entanto, se e quando alguma margem de segurança é necessária, a palavra “transversal”, por exemplo, no que diz respeito à direção de mono- ou multifilamentos ligados, significa qualquer direção que se desvia pelo menos 5, 10 ou 15 graus da direção do primeiro e segundas direções axiais das mechas de reforço da primeira e da segunda camada de reforço. O objetivo do desvio é evitar que os mono- ou multifilamentos ligados sejam orientados localmente entre as mechas, pelo que o objetivo de facilitar o fluxo da resina seria perdido ou pelo menos seriamente comprometido. O mesmo deslocamento angular também se aplica às direções do primeiro e do segundo conjuntos de mono- ou multifilamentos ligados, isto é, eles devem, de preferência, mas não necessariamente, formar um ângulo de pelo menos 5, 10 ou 15 graus, também.

[0082] No entanto, como uma segunda modalidade suplementar da presente invenção, deve ser entendido que os conjuntos de mono- ou multifilamentos ligados podem ser dispostos de modo que o primeiro conjunto de mono- ou multifilamentos ligados tenha uma orientação de filamento transversal ao primeiro direção axial da primeira camada de reforço, mas paralela à segunda direção axial da segunda camada de reforço. De uma maneira correspondente, o segundo conjunto de monoou multifilamentos ligados pode ter uma orientação de filamento em paralelo com a primeira direção axial da primeira camada de reforço, mas transversal à segunda direção axial da segunda camada de reforço. Aqui, a ideia é, naturalmente, que os mono- ou multifilamentos ligados do primeiro conjunto de mono- ou multifilamentos ligados, devido à sua rigidez, não são capazes de dobrar na área aberta entre dois mono- ou multifilamentos ligados adjacentes do segundo conjunto de mono- ou multifilamentos ligados para alcançar a superfície da segunda camada de reforço e, assim, bloquear o fluxo da resina entre o mono- ou multifilamento e a camada de reforço e vice-versa. Naturalmente, quanto menor for a distância entre os mono- ou multifilamentos ligados ou ligados de um conjunto, menos rigidez é necessária dos mono- ou multifilamentos ligados do outro conjunto. Assim, para otimizar as propriedades de fluxo da resina dos mono- ou multifilamentos ligados, o diâmetro e a rigidez dos mesmos, bem como a distância entre os monoou multifilamentos ligados vizinhos, devem ser levados em consideração e a melhor combinação deles deve ser selecionada para melhor atender aos requisitos de cada aplicação específica.

[0083] Os multifilamentos ou mono- ligados do segundo conjunto 28, e também aqueles do primeiro conjunto 26, se a direção do primeiro conjunto 26 não for paralela à direção de deslocamento do reforço a ser produzido, podem ser dispostos na primeira camada de reforço 20, usando um sistema de carro de fio bem conhecido de máquinas de produção multiaxiais, isto é, por meio de uma ferramenta que se move transversalmente para frente e para trás acima da primeira camada de reforço, colocando um certo número de mono- ou multifilamentos ligados sobre a primeira camada de reforço de cada vez. O assentamento pode, por exemplo, ser facilitado com manipulador de movimento servolinear com organização de alimentação mono- ou multifilamentos ligados.

[0084] Uma característica vantajosa da presente invenção é que ambos os conjuntos de mono- ou multifilamentos ligados são colocados na primeira camada de reforço 20 em formação reta e paralela cada um, isto é, os mono- ou multifilamentos ligados do primeiro conjunto 26 correm linearmente e uniformemente na direção desejada, de preferência principalmente na direção do curso do reforço 38 a ser produzido, e o segundo conjunto 28 de mono- ou multifilamentos ligados corre linearmente e uniformemente de uma borda da camada de reforço 20 para a borda oposta da mesma, em outras palavras, os mono- ou multifilamentos ligados, por exemplo, não formam laços encontrados tipicamente em padrões de tricô. Essencialmente reta, isto é, a formação linear e plana de multifilamentos unidirecionais ou unidos através das mechas de reforço unidirecionais garantem o menor tempo de fluxo da resina entre as bordas de reforço, já que a linha reta é o caminho mais curto entre dois pontos. Independentemente da localização e direção reais dos mono- ou multifilamentos ligados dos dois conjuntos, eles são dispostos em intervalos regulares, isto é, a cerca de 2 a 50 mm, de preferência 5 a 25 mm, mais preferencialmente a cerca de 5 a 15 mm de distância lateral ou espaçamento um do outro. A distância exata deve ser otimizada de acordo com a viscosidade da resina e o peso em grama da camada de reforço, apenas para citar algumas variáveis.

[0085] No entanto, deve ser entendido que a discussão acima se refere ao método mais simples de fabricação de um reforço multiaxial, neste caso um biaxial. Basicamente, o mesmo método pode ser aplicado na fabricação de reforços tendo várias camadas de reforço unidirecionais em si mesmas. Se um reforço multiaxial com mais de duas camadas de reforço for fabricado, tantos meios adicionais para formar novas camadas de reforço são necessários. Além disso, como é preferível, mas nem sempre necessário, que ambos os conjuntos transversais de mono- ou multifilamentos devem ser colocados entre cada par de camadas de reforço, cada camada de reforço adicional requer meios de alimentação para ambos os conjuntos de mono- ou multifilamentos ligados. Além disso, ao colocar os mono- ou multifilamentos ligados, deve ser lembrado que tal não deve ser nem paralelo nem quase paralelo com as mechas de reforço da camada de reforço mais próxima, isto é, a camada de reforço na qual eles estão descansando, mas, de preferência, mas não necessariamente, a inclinação de pelo menos 5, 10 ou 15 graus deve ser disposta entre eles. No entanto, os monoou multifilamentos ligados podem ser paralelos com as mechas de reforço da camada de reforço mais remota.

[0086] Como uma terceira modalidade suplementar da presente invenção, que traz pelo menos uma grande vantagem, uma estrutura de reforço que contém os dois conjuntos de multifilamentos ou mono- ligados e possivelmente algumas outras características discutidas em conexão com a presente invenção, compreende adicionalmente os conjuntos de multifilamentos ou mono- ligados tendo diâmetros diferentes. Os diferentes diâmetros auxiliam no controle do fluxo da resina entre as camadas de reforço. Se, por exemplo, assumirmos que o diâmetro do primeiro conjunto de multifilamentos ou mono- ligados é 300 μm e que do segundo conjunto de multifilamentos ou mono- ligados é 600 μm, os experimentos realizados mostram que a resina avança na direção dos multifilamentos ou mono- ligados mais espessos mais rápidos ou avança uma certa distância mais rápido. Ao usar tais multifilamentos ou mono- ligados, o diâmetro, ou realmente a dimensão de direção Z, dos multifilamentos ou mono- ligados do conjunto de multifilamentos ou mono- ligados tendo um diâmetro menor pode variar entre 50 e 1.000 μm, preferencialmente entre 150 e 900 μm, mais preferencialmente entre 200 e 700 μm. Esta característica pode ser utilizada quando o reforço a ser produzido possui uma forma complexa e ampla. A estrutura detalhada do reforço da terceira modalidade é discutida em mais detalhes em conexão com as Figuras 4b e 4c.

[0087] R também deve ser entendido como uma quarta modalidade suplementar da presente invenção em que mono- ou multifilamentos ligados podem ser colocados na(s) superfície(s) superior(es) e/ou inferior(es) do reforço, também, isto é, os mono- ou multifilamentos ligados podem ser colocados não apenas entre as camadas de reforço. As mesmas regras para colocar os multifilamentos mono ou ligados nas superfícies superior e inferior dos reforços como ao colocá-los entre as camadas de reforço se aplicam aqui, também, isto é, a orientação dos mono- ou multifilamentos ligados pode não ser a mesma que a das mechas da camada de reforço mais próxima.

[0088] De acordo com uma quinta modalidade suplementar da presente invenção, os reforços triaxiais e quadraxiais podem ser discutidos. Um reforço triaxial é produzido pela adição de uma terceira camada de reforço tendo mechas em uma terceira direção axial, seja abaixo da primeira camada de reforço ou em cima da segunda camada de reforço, quando comparado com a produção discutida em conexão com a Figura 3. Um reforço quadraxial é produzido por adicionar uma terceira camada de reforço tendo mechas em uma terceira direção axial abaixo da primeira camada de reforço e uma quarta camada de reforço tendo mechas em uma quarta direção axial em cima da segunda camada de reforço quando comparada com a produção discutida em conexão com a Figura 3. Além disso, se desejado ou considerado necessário, pelo menos um conjunto de mono- ou multifilamentos ligados pode ser fornecido entre a terceira camada de reforço e a camada de reforço adjacente mais próxima, bem como entre a quarta camada de reforço e a camada de reforço adjacente mais próxima. As mesmas regras que nas modalidades acima, isto é, que os mono- ou multifilamentos ligados de cada conjunto de mono- ou multifilamentos ligados dispostos entre duas camadas de reforço podem não ser paralelos com as mechas da camada de reforço mais próxima, mas, de preferência, mas não necessariamente, a inclinação de pelo menos 5, 10 ou 15 graus deve ser disposta entre os mesmos, aplique aqui também.

[0089] Após um número desejado de camadas de reforço e um número desejado de conjuntos de mono- ou multifilamentos ligados serem colocados um em cima do outro, a pilha de camadas de reforço é levada para uma etapa de colagem 36, onde as camadas de reforço e os conjuntos de mono- ou multifilamentos ligados colocados entre os mesmos são costurados, pontos de costura 38 mostrados por linhas tracejadas, uns aos outros para formar um reforço unitário 40 tendo mechas em configuração multiaxial. Depois disso, o reforço multiaxial 40 é enrolado em 42 para entrega a um cliente.

[0090] Ao ligar os reforços multiaxiais das modalidades acima costurando-se o posicionamento dos multifilamentos ou mono- ligados, mais especificamente o comprimento dos pontos de costura e a distância ou espaçamento entre multifilamentos ou mono- ligados adjacentes ou vizinhos deve ser disposto de modo que no máximo um mono- ou multifilamento ligado é deixado dentro do ponto de costura. Em teoria, isso significa que o comprimento de um ponto de costura é menor do que a lacuna entre multifilamentos ou mono- ligados vizinhos. Entretanto, como a colocação dos multifilamentos ou mono- ligados não necessariamente resultam em condução exatamente linear multifilamentos ou mono- ligados, o comprimento de costura deve ser claramente menor do que a lacuna entre multifilamentos ou mono- ligados vizinhos. A razão para esta medida de precaução é que se dois ou mais ou mais mono- ou multifilamento ligados estão localizados dentro de um ponto de costura, o fio de costura atrai os mono- ou multifilamento ligados em conjunto, isto é, lado a lado, por meio do qual uma verdadeira lacuna para o próximo multifilamento ou mono- ligados adjacentes é muito longo para a infusão adequada de resina.

[0091] Como mostrado esquematicamente na técnica anterior da Figura 1a, os multifilamentos ou mono- ligados 6 usados entre as camadas de reforço 2 e 4 para melhorar tanto a permeabilidade da pilha de reforços à resina em direção transversal quanto a remoção de ar entre a pilha de os camadas de reforço criam pequenas passagens de fluxo 10 em ambos os lados e entre as mechas de reforço unidirecionais.

[0092] A pilha de reforços da presente invenção como mostrado nas Figuras 4a a 4c funciona no estágio de infusão de modo que a resina de infusão flua através das passagens de fluxo 10’ transversalmente às mechas de reforço 32’ e, em seguida, penetre entre as mechas de reforço individuais ou filamentos e fluxo rápido de resina seguro e boa impregnação. Durante a infusão, o avanço da resina empurra as bolhas de ar restantes ao longo das câmaras ou cavidades dentro da estrutura de reforço para as passagens de fluxo e, finalmente, para fora do produto. Tanto o avanço da resina quanto a remoção do ar podem, adicionalmente, ser facilitados pela pressurização da alimentação da resina no caso de moldes superiores rígidos estarem em uso como em RTM ou RTM Light (embora raramente usados) nas primeiras extremidades das passagens de fluxo e/ou organizando vácuo nas extremidades opostas das passagens de fluxo. Agora que os multifilamentos ou mono- ligados dos dois conjuntos são dispostos transversais um ao outro, os mono- ou multifilamentos podem ser orientados na direção desejada, pelo que a direção do fluxo de resina pode ser controlada melhor do que nos produtos da técnica anterior. Isso é especialmente verdade se o diâmetro do primeiro conjunto dos multifilamentos ou mono- ligados for diferente daquele do segundo conjunto dos multifilamentos ou mono- ligados. Em outras palavras, o fluxo da resina pode, por exemplo, ser orientado na direção da dimensão mais curta ou mais longa do produto a ser fabricado dependendo da aplicação.

[0093] Independentemente do diâmetro ou seção transversal detalhada ou outra estrutura dos mono- ou multifilamentos transversais, é claro que os multifilamentos ou mono- ligados não, de acordo com a presente invenção, dão qualquer estabilidade transversal particular ao reforço , mas a estabilidade só é garantida pelo uso de costura.

[0094] As Figuras 4a a 4c ilustram esquematicamente, por um lado, o efeito dos multifilamentos ou mono- ligados dispostos transversalmente um ao outro trazem para o reforço e, por outro lado, o efeito do diâmetro variável dos multifilamentos ou mono- ligados ocasiona. A Figura 4a mostra uma seção transversal do reforço da presente invenção tomada na direção axial das mechas 32’ da segunda camada de reforço e aquela do primeiro conjunto 26 de multifilamentos ou mono- ligados, as mechas 20’ da primeira camada de reforço e o segundo conjunto 28 de multifilamentos ou mono- ligados sendo orientados em ângulos retos em ambas as mechas 32’ da segunda camada de reforço e os multifilamentos ou mono- ligados do primeiro conjunto 26 de multifilamentos ou mono- ligados. Ambas as mechas 32’ da segunda camada de reforço e o primeiro conjunto 26 de multifilamentos ou mono- ligados são mostrados para dobrar sob compressão no estágio de infusão. Na modalidade da Figura 4a, os multifilamentos ou mono- ligados de ambos os conjuntos 26 e 28 têm o mesmo diâmetro. A Figura 4b é semelhante em todos os outros aspectos, mas o primeiro conjunto 26’ de multifilamentos ou mono- ligados tem agora um menor diâmetro do que o do segundo conjunto 28 de multifilamentos ou mono- ligados. Ao comparar as figuras exemplificativas é fácil ver que o mono- ou multifilamento ligado mais fino (do primeiro conjunto 26’) dobra mais e desse modo reduz levemente a área de fluxo da seção transversal de canais de fluxo da resina 10’ na direção dos multifilamentos ou mono- ligados mais espessos (do segundo conjunto 28). Entretanto, o que é mais importante é que a área de fluxo da seção transversal na direção dos multifilamentos ou mono- ligados mais finos (do primeiro conjunto 26’) é reduzida mais, pois as mechas dobradas 32’ da segunda camada de reforço estão, em o mínimo, quase capaz de entrar em contato com aqueles 20’ da primeira camada de reforço no ponto X. Desse modo, o fluxo da resina na direção dos multifilamentos ou mono- ligados mais finos (do primeiro conjunto 26’) é mais restrito do que na direção dos multifilamentos ou mono- ligados mais espessos (do segundo conjunto 28). Basicamente, o mesmo é mostrado na Figura 4c, onde a seção transversal é tomada de modo que o primeiro conjunto mais fino 26’ de multifilamentos ou mono- ligados venha da esquerda para o observador e o segundo conjunto mais espesso 28 de multifilamentos ou mono- ligados da direita em direção ao observador.

[0095] A Figura 5 é um gráfico que compara o fluxo de resina ou propriedades de molhagem de três reforços biaxiais fabricados de acordo com o método discutido na Figura 3. Em outras palavras, as camadas de reforço foram formadas por duas camadas de reforço unidirecionais de +/- 45 graus e os monofilamentos colocados em orientações de 0 e 90 graus entre eles. O experimento foi realizado de forma que três reforços biaxiais diferentes foram preparados. Na fabricação dos reforços utilizavam-se as mesmas mechas unidirecionais, o mesmo fio de costura e o mesmo tipo e tipo de ponto de costura foram usados. A única diferença foi no diâmetros dos conjuntos de monofilamentos que foram colocados com 10 mm espaçamento e dispostos em um ângulo do e 90 graus em relação à direção de deslocamento do reforço a ser produzido entre as duas camadas de reforço de mechas UD. Os diâmetros de monofilamento usados no experimento foram 140 μm, 300 μm e 600 μm. No gráfico o eixo X mostra o tempo usado para a impregnação e o eixo Y a distância a resina foi capaz de avançar.

[0096] Para o experimento, uma folha de 70 cm por 70 cm de reforço biaxial da presente invenção foi cortada de cada reforço biaxial de modo que as mechas formassem ângulos de +/- 45 graus para os lados da folha e os multifilamentos ou mono- ligados eram paralelos aos lados da folha, isto é, em ângulos de 0/90 graus. Em cada experimento a folha foi colocada em molde de teste compreendendo uma folha de vidro no lado inferior de modo que a película de plástico cobrisse o reforço. A embalagem foi feita hermeticamente com a massa de vedação usual. Em seguida, o molde foi submetido a vácuo de -0,95 bar para remoção de ar durante 10 minutos, após o que a resina epóxi com uma viscosidade de 300 mPa.s foi introduzida transversalmente nas mechas de reforço no molde a uma temperatura ambiente de 23 °C. Um gráfico foi elaborado registrando a distância de molhagem que a resina avançou em função do tempo.

[0097] A Figura 5 ilustra a distância de molhagem que a resina percorreu em função do tempo. A posição da frente de fluxo normalmente segue a conhecida lei de Darcy, onde a posição é inversamente proporcional à raiz quadrada do tempo. Assim, existe um certo valor máximo, que pode ser infinitamente aproximado, mas nunca alcançado. A diferença na permeabilidade determina a distância real da frente de fluxo, isto é, a distância de molhagem, se outros parâmetros como viscosidade e temperatura forem mantidos constantes. O gráfico inferior A representa um reforço biaxial onde o diâmetro do monofilamento era 140 μm, o gráfico B no centro representa um reforço biaxial onde o diâmetro do monofilamento era 300 μm, e o gráfico superior C representa um reforço biaxial onde o diâmetro do monofilamento era 600 μm. O gráfico B no centro é, de fato, bastante semelhante ao do produto da técnica anterior discutido no parágrafo [0013] acima. Como pode ser visto na Figura 5, no reforço onde o diâmetro do monofilamento era de 140 μm a velocidade de avanço da resina no reforço é muito lenta, isto é, para avançar 20 cm a resina necessita de cerca de 26 minutos, o que é bastante inadequado na fabricação de objetos complexos e de área ampla. Visto que, o gráfico inferior é quase horizontal em 40 minutos, é esperado que mesmo um aumento considerável no tempo de impregnação não aumentaria muito a distância de impregnação. Assim, o experimento mostra que monofilamentos finos, mesmo quando colocados em duas direções transversais entre as camadas de reforço, não melhoram a propriedade de molhagem de um reforço multiaxial. No segundo experimento, onde o diâmetro do monofilamento era de 300 μm, a velocidade de molhagem foi melhor e corresponde muito bem ao produto da técnica anterior. No entanto, a resina ainda requer 20 minutos para avançar cerca de 50 cm e 40 minutos para avançar cerca de 70 cm. Ao aumentar o tempo de molhagem, a distância de molhagem ainda aumentaria alguns centímetros. No terceiro experimento, onde o diâmetro do monofilamento era de 600 μm, demorou um pouco mais de 10 minutos para a resina avançar cerca de 70 cm. Em outras palavras, a velocidade de molhagem quadruplicou quando comparada ao produto da técnica anterior ou ao experimento com monofilamentos de 300 μm. Ao aumentar o tempo de molhagem, a distância de molhagem aumentaria significativamente. Em outras palavras, os experimentos realizados sugerem que, se for necessária uma distância de impregnação longa, o uso de multifilamentos ou mono- ligados relativamente finos de acordo com a presente invenção reduz o tempo de molhagem para cerca de um quarto em comparação com os reforços da técnica anterior. Outra forma de aumentar a distância de molhagem em um determinado período de tempo é reduzir a distância entre multifilamentos ou mono- ligados adjacentes a 5 mm, por exemplo. Isso, se comparado aos exemplos da Figura 5, reduziria o tempo necessário para que a resina avance cerca de 70 cm para cerca de 5 minutos.

[0098] Os experimentos acima mostram claramente a grande vantagem que o novo projeto de ter passagens de fluxo em duas direções transversais ou não paralelas traz. E, como já discutido acima, não é apenas uma questão de infusão de “alta velocidade” que aumenta significativamente a velocidade de produção, mas também uma questão de remoção de gás muito eficiente da pilha de reforços garantindo laminado livre de vazios sem seco ou semi-impregnado e uma questão de um laminado que tem melhores propriedades de resistência e fadiga do que os laminados da técnica anterior usados para os mesmos fins.

[0099] O reforço multiaxial da presente invenção pode ser usado com todos os tipos de métodos de infusão, incluindo, mas não se limitando a métodos de infusão a vácuo, RTM Light ou RTM. Outros casos de laminação onde a impregnação de resina é crítica ou de outra forma retardada por fibras bem dispostas ou outros materiais estão presentes na estrutura do laminado, como materiais em sanduíche, materiais retardadores de fogo, enchimentos, pigmentos etc., onde a viscosidade da resina pode ser extremamente alta, pode ser melhorado por meio do reforço da presente invenção.

[0100] Os reforços multiaxiais da presente invenção podem ser usados na fabricação de pré-formas ou produtos finais, isto é, laminados como, por exemplo, pás de turbinas eólicas, barcos, equipamentos esportivos, tanques de armazenamento, ônibus, trailer, trem e painel de caminhão, etc. As pré-formas podem ser fabricadas de pelo menos duas camadas de reforço unidirecionais em si mesmas, colocando as camadas de reforço uma em cima da outra, de modo que as direções axiais das mesmas formem um ângulo (para reforços biaxiais de preferência, mas não necessariamente +/- 45 graus, +/- 60 graus ou 0/90 graus), posicionando os multifilamentos ou mono- ligados em pelo menos duas direções transversais entre as camadas de reforço, de modo que a direção dos multifilamentos ou mono- ligados não seja paralela à dimensão axial do mechas da camada de reforço mais próxima, costurando o reforço multiaxial e, finalmente, usando ligante apropriado para unir o reforço para formar a pré-forma.

[0101] Em um maneira semelhante um laminado pode ser fabricado do reforço multiaxial da invenção ou da pré-forma acima discutida. No método de fabricação do laminado pelo menos dois reforços multiaxiais, ou pré- formas, são colocados um em cima do outro no molde, uma tampa é posicionada nos reforços multiaxiais, o molde é fechado e uma diferença de pressão é fornecido para evacuar o ar do molde e para impregnar os reforços multiaxiais com resina.

[0102] O reforço multiaxial da presente invenção também pode ser usado em relação à fabricação de laminados do tipo sanduíche. Os laminados do tipo sanduíche são formados por pelo menos uma camada externa, que é disposta em uma face de uma espessura ou camada central. Normalmente, esses laminados, no entanto, têm duas camadas externas dispostas em ambas as faces opostas de um núcleo ou camada de espessura. A (s) camada (s) externa (s) é (são) formada (s) por um ou mais reforços multiaxiais da presente invenção dispostos, opcionalmente, em conexão com uma ou mais outras camadas de reforço. De preferência, mas não necessariamente, o reforço multiaxial da presente invenção atua como um meio de infusão, introduzindo resina em toda a área do reforço a ser absorvida pelas outras camadas de reforço opcionais. Tal laminado tipo sanduíche pode ser usado em painéis de ônibus, caminhões, reboques ou barcos. Em tais laminados, a espessura ou camada central disposta em conexão com uma camada externa ou entre as camadas externas pode ser formada por pelo menos um de PVC, espumas PE e balsa. O reforço multiaxial da presente invenção também pode ser usado em estruturas onde mais de duas camadas de reforço são necessárias, como por exemplo em pisos de ônibus ou reboques ou fundos de barcos.

[0103] Um outro uso opcional pode ser encontrado em estruturas laminadas que substituem o uso de telas da técnica anterior. As telas são estruturas de rede aberta, que são posicionadas em um ou ambos os lados (superior ou inferior) de uma pilha de reforços em um molde. O objetivo das telas é permitir que a resina seja introduzida rapidamente em toda a superfície do reforço, a partir de onde a infusão de resina em toda a pilha de reforços deve ocorrer. No entanto, o uso de telas tem várias desvantagens. Em primeiro lugar, a tela deve ser removida do molde antes que a resina possa curar, o que significa trabalho manual, por exemplo. Em segundo lugar, a tela uma vez usada não pode ser usada novamente, pois a resina cura na tela. E em terceiro lugar, uma quantidade considerável de resina adere à tela e também é perdida. Agora, ao colocar o reforço biaxial da presente invenção entre as camadas de outros reforços, ele funciona como uma tela, ou seja, espalha a resina por todo o reforço como a tela faz, mas não tem nenhum dos pontos fracos das telas, uma vez que forma uma das camadas de reforço que podem permanecer na armadura. A única compensação pode ser um peso ligeiramente maior.

[0104] É claro que a invenção não está limitada aos exemplos mencionados acima, mas pode ser implementada em muitas outras modalidades diferentes dentro do escopo da ideia inventiva. É também claro que os recursos em cada modalidade descrita acima podem ser usados em conexão com as outras modalidades, sempre que possível.

Claims (23)

1. Reforço multiaxial costurado para a fabricação de compósitos reforçados com fibra por um de processos de moldagem por transferência de resina e processos de moldagem por infusão à vácuo, o reforço multiaxial costurado (38) compreendendo pelo menos uma primeira camada de reforço (20) de mechas unidirecionais contínuas (20’) tendo uma primeira direção axial, uma segunda camada de reforço (32) de mechas unidirecionais contínuas (32’) tendo uma segunda direção axial e um primeiro conjunto (26) de multifilamentos monoou ligados; a primeira direção axial e a segunda direção axial deixando um ângulo entre as mesmas; os multifilamentos monoou ligados do primeiro conjunto (26) sendo dispostos entre a primeira e a segunda camadas de reforço (20, 32), a primeira e a segunda camadas de reforço (20, 32) e os multifilamentos mono- ou ligados do primeiro conjunto (26) sendo ligados um ao outro por meio de costura (36), caracterizado pelo fato de que um segundo conjunto (28) de multifilamentos mono- ou ligados disposto entre a primeira e a segunda camadas de reforço (20, 32) em uma direção transversal aos multifilamentos mono- ou ligados do primeiro conjunto (26) de multifilamentos mono- ou ligados e um (26’) dos conjuntos de multifilamentos mono- ou ligados tem um diâmetro diferente do outro conjunto (28) de multifilamentos mono- ou ligados.

2. Reforço multiaxial costurado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os multifilamentos mono- ou ligados do primeiro conjunto (26) e os do segundo conjunto (28) são transversais à direção axial das mechas de reforço formando a camada de reforço mais próxima (20, 32).

3. Reforço multiaxial costurado, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os multifilamentos mono- ou ligados do primeiro conjunto (26) e os do segundo conjunto (28) são paralelos com a direção axial das mechas de reforço formando a camada de reforço mais remota (20, 32).

4. Reforço multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os multifilamentos mono- ou ligados do segundo conjunto (28) se estendem de uma borda do reforço multiaxial costurado (38) até a borda oposta do mesmo.

5. Reforço unidirecional ou multiaxial costurado, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os multifilamentos mono- ou ligados do primeiro e do segundo conjunto (26, 28) estão dispostos em um ângulo de 5 graus ou mais para a primeira e a segunda direções axiais.

6. Reforço multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os multifilamentos mono- ou ligados (6) têm um diâmetro de 50 a 2.000 μm, preferencialmente entre 100 e 1.000 μm e mais preferencialmente entre 150 e 900 μm.

7. Reforço multiaxial costurado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um (26’) dos conjuntos de multifilamentos mono- ou ligados tem um diâmetro variando entre 50 e 1.000 μm, preferencialmente entre 150 e 900 μm, mais preferencialmente entre 200 e 700 μm.

8. Reforço multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o reforço multiaxial (38) tendo uma superfície superior e uma superfície inferior, e um terceiro conjunto de multifilamentos mono- ou ligados sendo dispostos em pelo menos uma da superfície superior e da superfície inferior do reforço multiaxial (38).

9. Reforço multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que os multifilamentos mono- ou ligados de cada conjunto estão dispostos em um espaçamento de 2 a 50 mm um do outro.

10. Reforço multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que os multifilamentos mono- ou ligados (6) têm uma razão de aspecto de menos do que 2, preferencialmente menos do que 1,5.

11. Reforço multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que cada costura tem um comprimento e que a distância ou espaçamento entre multifilamentos mono- ou ligados adjacentes ou vizinhos é maior do que o comprimento de costura.

12. Reforço multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que as mechas (20’, 32’) das camadas de reforço (20, 32) são feitas pelo homem ou fibras naturais, isto é, fibras como vidro, carbono, aramida, basalto, linho camurça, cânhamo, juta, linho.

13. Reforço multiaxial costurado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo conjunto (26, 26’, 28) de multifilamentos mono- ou ligados formam passagens de fluxo (10’) para resina para os lados dos multifilamentos mono- ou ligados dos mesmos e, desse modo, facilitando, ao molhar uma pilha de reforços (38) com resina, o fluxo de resina em direções transversais à direção das mechas unidirecionais (20’, 32’).

14. Método de produzir um reforço multiaxial costurado para compósitos reforçados com fibra, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) colocar mechas contínuas (20’) unidirecionalmente lado a lado em uma primeira direção axial para formar uma primeira camada de reforço (20), b) colocar um primeiro conjunto (26) de multifilamentos mono- ou ligados na primeira camada de reforço (20) em uma direção transversal à direção axial das mechas unidirecionais (20’) da primeira camada de reforço (20), c) colocar um segundo conjunto (28) de multifilamentos mono- ou ligados na primeira camada de reforço (20) e no primeiro conjunto (26) de multifilamentos mono- ou ligados em uma direção transversal em ambos os multifilamentos mono- ou ligados do primeiro conjunto (26) e da direção axial das mechas unidirecionais (32’) formando a segunda camada de reforço (32) na etapa d), d) colocar mechas contínuas (32’) unidirecionalmente lado a lado em uma segunda direção axial na primeira camada de reforço (20) e no primeiro conjunto (26) e no segundo conjunto (28) de multifilamentos mono- ou ligados para formar uma segunda camada de reforço (32), e) costurar a primeira e segunda camadas de reforço (20, 32) e o primeiro conjunto (26) e o segundo conjunto (28) de multifilamentos mono- ou ligados entre os mesmos um ao outro para formar um reforço multiaxial (38) com uma superfície superior e uma superfície inferior, f) repetir as etapas a) a c) antes da etapa d) para adicionar uma ou mais camadas ao reforço multiaxial.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que, antes da etapa a) colocar mechas contínuas unidirecionalmente lado a lado em uma terceira direção axial para formar uma terceira camada de reforço ao produzir um reforço triaxial.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que, após a etapa d) colocar mechas contínuas unidirecionalmente lado a lado em uma quarta direção axial para formar uma quarta camada de reforço ao produzir um reforço quadraxial.

17. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que, nas etapas b) e c), colocar os multifilamentos mono- ou ligados do primeiro conjunto (26) e do segundo conjunto (28) em ângulos que se desviam pelo menos 5 graus a partir da primeira direção axial e da segunda direção axial das mechas unidirecionais (20’, 32’).

18. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que, nas etapas b) e c), colocar os multifilamentos mono- ou ligados do primeiro conjunto (26) e do segundo conjunto (28) de modo que os multifilamentos mono- ou ligados de pelo menos um conjunto são paralelos com a direção axial das mechas de reforço de uma camada de reforço mais remota.

19. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que fornece um terceiro conjunto de multifilamentos mono- ou ligados em pelo menos uma das superfícies superior e inferior do reforço multiaxial.

20. Laminado em sanduíche, caracterizado pelo fato de que compreende uma camada de núcleo com uma face e pelo menos um reforço multiaxial costurado, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, disposto na face da camada de núcleo.

21. Laminado em sanduíche, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que reforços multiaxiais costurados, conforme definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, são dispostos em ambas as faces da camada de núcleo.

22. Laminado em sanduíche, de acordo com a reivindicação 21 ou 22, caracterizado pelo fato de que as camadas de reforço adicionais são fornecidas em relação aos reforços multiaxiais costurados conforme definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 14.

23. Uso do reforço multiaxial conforme definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que é como uma camada de infusão.