BR112021010933A2 - Estrutura composta de resina laminada e fibra de vidro - Google Patents

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Abstract

Estrutura laminada compósita compreendendo um núcleo de mate não-tecido termoplástico/mistura de fibra de vidro, uma camada superior localizada em um lado do dito núcleo, o dito topo incluindo uma fita estrutural unidirecional de vidro/termoplástico tecido; e uma camada inferior, em um lado do dito núcleo oposto à dita camada superior, sendo que a dita camada inferior inclui uma fita estrutural unidirecional de vidro/termoplástico tecido, sendo que as ditas camadas superior e inferior são fundidas a quente ao dito núcleo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "RESINA LAMINADA COMPÓSITA E ESTRUTURA DE FIBRA DE VIDRO".
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[001] Esse pedido reivindica a prioridade do pedido de patente provisório dos EUA nº U.S 62/776.798 depositado em 7 de dezembro de 2018 e 62/867.571 depositado em 27 de junho de 2019, cujas reve- lações completas são incorporadas, a título de referência, como se to- talmente reescritas no presente documento.
[002] A presente invenção refere-se a uma resina laminada com- pósita e fibra de vidro material e método de fabricação do compósito, e em particular, a um material e processo para produção de um material de compósito leve que é particularmente adequado para o uso em construção de edifícios, veículos recreativos e caminhões e conver- sões dos mesmos e/ou para o uso em várias localizações em um au- tomóvel ou outro veículo de transporte, incluem estruturas de painel e/ou uma proteção sob o corpo.
[003] Na indústria de veículos comerciais (incluindo a indústria de veículos recreativos, caminhões e veículos de conversão), é comum usar painéis de parede, incluindo reforço de fibra de vidro para a su- perfície externa de um veículo. Os painéis podem ter uma variedade de larguras e comumente caem em uma faixa de 2,44 a 3,05 metros (8 a 10 pés). Também é comum estabelecer comprimentos para os pai- néis, que incluem painéis que podem ter até 12,19 metros (40 pés) ou mais. Muitos dos presentes processos usados são complicados a par- tir de uma perspectiva do processo de fabricação que inclui muitos movimentos dos painéis para várias estações, o que aumenta o custo dos mesmos. Um exemplo de criação de tais painéis é revelação na Patete nº U.S 6.755.633 B2 de Miller, a totalidade da qual é incorpora- da no presente documento pela referência.
[004] Em um processo conhecido e usado atualmente, um mate-
rial compósito começa primeiro com a utilização de um molde alonga- do. O molde é um pouco maior tanto em largura quanto em compri- mento do que os painéis a serem feitos para facilitar a aparagem dos painéis. A superfície do molde dos painéis é acabada para fornecer uma superfície substancialmente plana e lisa, e a superfície no molde pode ser usada para formar a superfície externa visível do painel.
[005] Em um método conhecido da técnica anterior de fabricação de painéis, um molde é primeiro pulverizado com um revestimento co- nhecido como um revestimento de gel, que cura para formar uma su- perfície externa de alto brilho para o painel. Uma vez curada, uma re- sina e fibra de vidro são aplicadas à superfície superior do revestimen- to de gel, e então uma pluralidade de painéis, tipicamente placa dura, tais como painéis de luan são posicionados lado a lado no topo da fi- bra de vidro. As costuras entre os painéis são cobertas com um mate- rial de costura e um saco de vácuo é colocado sobre o topo dos pai- néis e um leve vácuo é introduzido, o qual atrai a resina para os pai- néis de luan para formar um produto acabado. Um produto completo é então retirado do molde e cortado e aparado ao tamanho adequado.
[006] Um método de aplicação do revestimento de gel é manter o molde alongado em uma forma estacionária e então mover o pulveri- zador de revestimento de gel longitudinalmente ao longo trilhos e pul- verizar todo o comprimento de molde alongado. Isso pode fornecer um revestimento de gel suficiente no molde, mas devido ao movimento do pulverizador, capturar os vapores do revestimento de gel pode ser difí- cil. Além disso, como a manutenção do molde é necessária, os moldes são movidos para dentro e para fora das várias posições dos mesmos por meio de um guindaste suspenso, o qual devido ao tamanho de molde alongado, pode ser uma operação difícil. Um objetivo da inven- ção é, portanto, superar as deficiências do estado da técnica.
[007] Outro produto reforçado com fibra moldável e método de produção é revelado na Patente nº U.S. 8.540.830 B2 de Brentrup et al., cuja totalidade é incorporada no presente documento a título de referência. Bentrup et al. revela um método contínuo para produzir um produto semiacabado termoplasticamente moldável de um produto termoplástico e fibras de reforço. O método inclui a mesclagem de fi- bras termoplásticas e fibras de reforço juntas para formar uma mescla não tecida, consolidando a mescla não tecida por agulhamento ou por um tratamento térmico, aquecendo a mescla não tecida consolidada a uma temperatura acima da temperatura suavizante do termoplástico, que comprime a mescla não tecida consolidada sucessivamente em um molde de compressão aquecido e em um molde de compressão resfriado em uma pressão menor que 0,08 MPa (0,8 bar) for pelo me- nos 3 segundos e, opcionalmente, aplicando camadas funcionais ao semiproduto acabado. O produto preferencial é um produto semiaca- bado termoplasticamente moldável de um produto termoplástico e fi- bras de reforço com um comprimento médio de 20 a 60 mm e um teor de poros de ar de 35 a 65% em volume.
[008] É um objetivo da presente invenção fornecer um produto e método de fabricação melhorados.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[009] Em uma modalidade da invenção, é fornecida uma estrutu- ra laminada compósita que inclui um núcleo de fosco misto de fibra de vidro/termoplástico não tecido, uma camada superior localizada em um lado do núcleo, em que a camada superior tem uma fita estrutural uni- direcional de compósitos de vidro/termoplástico tecido, e uma camada inferior localizada em um lado do núcleo oposto à camada superior. A camada inferior inclui uma fita estrutural unidirecional de compósitos de vidro/termoplástico tecido. As camadas superior e inferior são ve- dadas ao núcleo.
[0010] As camadas superior e inferior incluem termoplástico refor-
çado com fibra de vidro de 0° a 90° contínuo. O núcleo pode incluir um fosco puncionado por agulha, e o núcleo inclui um fosco tratado termi- camente. Em uma modalidade, o núcleo tem um peso de área de 100 a 2500 g/m2 e uma espessura de 0,5 a 6 mm.
[0011] As camadas superior e inferior podem ser fundidas por ca- lor ao fosco misto de fibra de vidro/termoplástico não tecido, e o núcleo pode incluir fibras termoplásticas e de reforço fornecidas na forma de fios multifibra. Os fios multifibra podem ser cardados de modo que haja are poucos fios fechados e parcialmente abertos e o fosco tenha uma aparência homogênea. O fosco cardado pode ter uma aparência ele- vada antes de vedar o mesmo com as camadas superior e inferior.
[0012] Em uma modalidade, as camadas superior e inferior têm compósitos contínuos unidirecionais orientados perpendicularmente um ao outro.
[0013] Em outra modalidade da invenção, um método de fabrica- ção de uma estrutura laminada compósita inclui as etapas de forneci- mento de um núcleo de fosco misto de fibra de vidro/termoplástico não tecido, que fornece uma camada superior em que a camada superior inclui um termoplástico reforçado com fibra de vidro de 0° a 90° contí- nuo; que localiza a camada superior em um lado do núcleo, e que for- nece uma camada inferior que inclua termoplástico reforçado com fibra de vidro de 0° a 90° contínuo. A camada inferior está localizada em um lado do núcleo oposto a camada superior, e as camadas superior e inferior são vedadas ao núcleo.
[0014] A camada superior pode incluir uma fita estrutural unidireci- onal de compósitos de vidro/termoplástico tecido, e a camada inferior pode também incluir fita estrutural unidirecional de compósitos de vi- dro/termoplástico tecido.
[0015] O método de fabricação a estrutura laminada compósita pode também incluir a etapa de puncionar com agulha o núcleo antes de vedar as camadas superior e inferior.
[0016] O método de fabricação a estrutura laminada compósita pode também incluir a etapa de tratar termicamente o fosco antes de vedar o mesmo às camadas superior e inferior. Em uma modalidade, o núcleo tem um peso de área de 100 a 2500 g/m2 e uma espessura de 0,5 a 6 mm.
[0017] O método de fabricação a estrutura laminada compósita pode incluir também as etapas de fusão por calor das camadas supe- rior e inferior ao fosco misto de fibra de vidro/termoplástico não tecido, e fornecimento de fibras termoplásticas e de reforço na forma de fios multifibra, mesclagem dos fios multifibra em uma corrente de ar, e de- pósito dos fios multifibra em uma correia móvel,
[0018] O método de fabricação a estrutura laminada compósita pode incluir também as etapas de cardar fios multifibra para reduzir fios fechados e parcialmente abertos e fornecer o fosco em uma apa- rência homogênea.
[0019] Em uma modalidade, o método de fabricação de uma estru- tura laminada compósita inclui a etapa de orientação do termoplástico reforçado com fibra de vidro unidirecional nas camadas superior e infe- rior perpendicularmente uma à outra.
[0020] Os ensinamentos no presente documento são direcionados a uma estrutura laminada compósita que compreende: um núcleo de fosco misto de fibra de vidro/termoplástico não tecido; uma camada superior localizada em um lado do dito núcleo, sendo que a dita supe- rior inclui fita estrutural unidirecional de vidro/termoplástico tecido; e uma camada inferior, em um lado do dito núcleo oposto a dita camada superior, sendo que a dita camada inferior inclui fita estrutural unidire- cional de vidro/termoplástico tecido, sendo que as ditas camadas su- perior e inferior são fundidas por calor ao dito núcleo. As camadas su- perior e inferior podem incluir termoplástico reforçado com fibra de vi-
dro de 0 ° a 90 ° contínuo.
[0021] O compósito pode ter uma espessura de cerca de 0,13 cm (0,05 polegada) a cerca de 2,54 cm (1 polegada). O laminado tem a coeficiente de expansão térmica de cerca de 3,0E-06 a cerca de 10,0E-06 conforme medido por ASTM D6341. O compósito pode ter uma cepa em 6,89 MPa (1000 psi) de cerca de 0,05% a cerca de 0,3%, ou mesmo de cerca de 0,1% a cerca de 0,2% conforme medido por ASTM D3039-08. O compósito pode ter uma cepa em 17,23 MPa (2500 psi) de cerca de 0,1% a cerca de 0,7%, ou mesmo de cerca de 0,3% a cerca de 0,5% conforme medido por ASTM D3039-08. O com- pósito pode ter uma resistência final de cerca de 55,15 Mpa (8000 psi) a cerca de 137,89 Mpa (20000 psi), ou mesmo de cerca de 68,94 Mpa (10000 psi) a cerca de 117,21 Mpa (17000 psi) conforme medido por ASTM D3039-08. O compósito pode ter a densidade de cerca de 480,55 kg/m3 (30 lb/ft3) a cerca de 800,92 kg/m3 (50 lb/ft3), ou mesmo de cerca de 560,64 kg/m3 (35 lb/ft3) a cerca de 640,73 kg/m3 (40 lb/ft3) conforme medido por ASTM D1622. O compósito pode ter a taxa de queima de cerca de 0,25 a cerca de 2,54 cm/minuto (0,1 a cerca de 1 polegada/minuto).
[0022] O material termoplástico pode ser selecionado a partir de polietileno, poliamida, acrílico, poliéster, poliestireno ou polipropileno. As fibras podem ter um comprimento de pelo menos cerca de 1 cm, 3 cm ou mesmo 5 cm. As fibras podem ter um diâmetro médio de cerca de 1 a cerca de 50 micrômetros, ou mesmo de cerca de 5 a cerca de 25 micrômetros.
[0023] O calor pode ser aplicado por um processo de laminação. O calor pode ser aplicado por um processo de moldagem. O compósito pode incluir uma colmeia, espuma ou camada pré-impregnada. As fi- bras podem ser orientadas em um padrão repetido consistente in uma ou mais camadas do compósito. As fibras podem ser distribuídas alea-
toriamente em uma ou mais camadas do compósito. A estrutura pode ser formada sob o tempo e a pressão em um laminador de correia.
[0024] Os ensinamentos no presente documento são ainda direci- onados para uma estrutura laminada compósita que compreende: um núcleo que tem um Termoplástico Reforçado com Fibra Contínua (CFRT) orientado em uma direção de fibra muito específica; e as ca- madas superior e inferior de fosco híbrido não cardado e não puncio- nado por agulha consistem de polipropileno/reforço de fibra de vi- dro/aglutinantes termoendurecível.
[0025] O material termoplástico pode ser selecionado a partir de polietileno, poliamida, acrílico, poliéster, poliestireno, polipropileno, ou qualquer combinação dos mesmos. O material termoendurecível pode ser selecionado a partir de poliuretano, epóxi, metacrilato, silicone, re- sina fenólica, poliéster, ou qualquer combinação dos mesmos. O CFRT pode incluir uma pluralidade de fibras selecionadas a partir de fibras de vidro, fibras de carbono, fibras naturais ou qualquer combina- ção dos mesmos. O CFRT pode incluir uma pluralidade de fibras que tem um comprimento de pelo menos cerca de 1 cm, 3 cm ou mesmo 5 cm. O CFRT pode incluir uma pluralidade de fibras que tem um com- primento de pelo menos cerca de 1 cm, 3 cm ou mesmo 5 cm.
[0026] Os ensinamentos no presente documento são ainda direci- onados ao uso das estruturas do compósito laminado descritas no presente documento como uma estrutura de parede ou piso em um veículo comercial, tal como um material para construção de edifícios, ou como um painel de veículo de transporte.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0027] O que foi acima mencionado e outras vantagens e objetivos dessa invenção e a maneira de atingir os mesmos se tornarão mais evidentes e a própria invenção será melhor compreendida com refe- rência às descrições a seguir de modalidades da invenção tomadas em conjunto com as Figuras anexas, em que:
[0028] A Figura 1 é uma vista em perspectiva explodida de uma resina laminada compósita e estrutura de fibra de vidro, de acordo com uma modalidade da presente invenção;
[0029] A Figura 2 é uma vista lateral da resina laminada compósita e fibra de vidro estrutura da Figura 1 e uma condição montada; e
[0030] A Figura 3 é uma vista lateral de outra modalidade da in- venção.
[0031] Os caracteres de referência correspondentes indicam as partes correspondentes se houver mais que uma vista. Embora o de- senho (ou desenhos) represente uma modalidade da presente inven- ção, o desenho (ou desenhos) não está necessariamente em escala e certas características podem ser exageradas a fim de melhor ilustrar e explicar a presente invenção. A exemplificação estabelecida no pre- sente documento ilustra uma modalidade da invenção, e tais exempli- ficações não devem ser interpretadas como limitantes ao escopo da invenção de qualquer maneira.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES DA INVENÇÃO
[0032] As explicações e ilustrações apresentadas no presente do- cumento são destinadas a familiarizar outros técnicos no assunto com a invenção, princípios de aplicação prática da mesma. Consequente- mente, as modalidades específicas da presente revelação conforme estabelecido não se destinam a ser serem exaustivas ou limitantes. O escopo da revelação deve, portanto, ser determinado com referência às reivindicações anexas, em conjunto com o escopo total de equiva- lentes aos quais tais reivindicações são designadas. As revelações de todos os artigos e referências, incluindo pedidos de patentes e publi- cações, são incorporados pela referência para todos os fins. Outras combinações também são possíveis como será compilado a partir das seguintes reivindicações, as quais também são incorporadas por meio do presente documento pela referência nesta descrição descrita.
[0033] Com o fim de promover uma compreensão dos princípios da invenção, uma referência será feita agora às modalidades ilustra- das no desenho (ou desenhos), os quais são descritos abaixo. Ficará, contudo, entendido que nenhuma limitação do escopo da revelação é, assim, pretendida. A invenção inclui quaisquer alterações e modifica- ções adicionais nos dispositivos ilustrados e métodos descritos e apli- cações adicionais dos princípios da invenção, os quais normalmente ocorreriam a um técnico no assunto ao qual a invenção se refere.
[0034] As estruturas compósitas descritas no presente documento podem incluir uma ou mais componentes de fibra. O um ou mais com- ponentes de fibra podem ser fibras tecidas ou não tecidas. As fibras podem formar uma tela, uma esteira, um retalho ou alguma combina- ção dos mesmos. As fibras podem ser fibras contínuas ou fibras curtas descontínuas. As fibras podem ser fibras poliméricas. As fibras podem ser fibras de vidro. As fibras podem ser fibras de carbono. As fibras podem ser fibras orgânicas ou inorgânicas.
[0035] As fibras podem ser embutidas em um material secundário ou resina. O material secundário pode ser um material termoplástico. O material secundário pode ser um material termoendurecível. O ma- terial secundário pode ser um material polimérico. O material secundá- rio pode ser um material à base de polietileno. O material secundário pode ser um material à base de poliamida. O material secundário pode incluir um ou mais de acrílicos, poliésteres, poliestirenos ou polipropi- leno. O material secundário pode incluir poliuretano, epóxi, metacrilato, borracha, silicone, resina fenólica ou alguma combinação dos mes- mos.
[0036] Cada fibra pode compreender uma pluralidade de materiais diferentes. Cada fibra pode compreender um primeiro material subs- tancialmente cercado por um segundo material. Cada fibra pode com-
preender um único material. Uma ou mais fibras de materiais diferen- tes podem ser combinadas para formar uma camada de fibra do com- pósito. As fibras podem ser selecionadas para atuar como fibras de reforço. As fibras podem ser selecionadas para derreter em uma tem- peratura especificada para atuar como um aglutinante. As fibras po- dem ser selecionadas para ter capacidades adesivas quando expostas a um estímulo (por exemplo, calor, luz ultravioleta ou semelhantes). A camada de fibra pode ser descrita como uma camada de núcleo.
[0037] As fibras podem ser utilizadas para formar uma camada de pele (por exemplo, uma camada superior e/ou inferior). As fibras po- dem ser integradas em um material termoplástico. As fibras podem ser integradas em um material adesivo. As fibras podem ser integradas em um material de fita. As fibras podem ser incluídas de um painel termoplástico reforçado. Tais fibras de reforço podem ser contínuas e se estender ao longo de todo o painel. Alternativamente, as fibras po- dem ser localizadas em somente certas localizações ao longo de um painel para fornecer reforço selecionado em tais localizações.
[0038] As fibras podem ser utilizadas como filamentos de fios úni- cos podem ser fios multifibra. As fibras podem ser selecionadas para que todos tenham comprimentos similares ou podem ser selecionadas para ter comprimentos diferentes. É possível que as fibras que formam uma camada do compósito possa ser fibras descontínuas curtas, en- quanto que as fibras que formam uma segunda camada do compósito possa ser fibras contínuas longas.
[0039] As fibras podem ter um comprimento de pelo menos cerca de 1 cm, 3 cm ou mesmo 5 cm ou mais. As fibras podem ter um diâ- metro médio de cerca de 1 a cerca de 50 micrômetros (por exemplo, cerca de 5 a cerca de 25 micrômetros). As fibras podem ter um reves- timento adequado localizado nas mesmas, que pode aumentar o diâ- metro das fibras. As fibras podem ser apresentadas em uma ou mais camadas do compósito em uma quantidade de pelo menos cerca de 10%, 20%, 30% ou mesmo 50% em peso. As fibras podem ser apre- sentadas em uma ou mais camadas do compósito em uma quantidade abaixo de cerca de 90%, 80%, ou mesmo abaixo de cerca de 70%, em peso. A título de exemplo, as fibras podem estar presentes em cada camada, em uma quantidade de cerca de 20% a cerca 70% em peso. Conteúdos de fibra em peso podem ser determinados de acordo com ASTM D2584-11.
[0040] A razão de fibras (porcentagem em peso) para o material secundário (em uma única camada do compósito ou em todo o com- pósito) pode ser de cerca de 1:40 a cerca de 40:1. A razão de fibras para material secundário pode ser de cerca de 1:20 a cerca de 20:1. A razão de fibras para material secundário pode ser de cerca de 01:10 a cerca de 10:1. A razão de fibras para material secundário pode ser de cerca de 1:2 a cerca de 2:1. A razão pode ser selecionada para maxi- mizar a cobertura das fibras pelo material secundário.
[0041] Uma ou mais camadas da estrutura de compósito podem ser formadas a partir de um material de colmeia, um material pré- impregnado, um material de espuma ou combinações dos mesmos. Uma ou mais camadas podem ser formadas de uma pluralidade de fibras embutidas em um material de matriz (o qual pode ser o material secundário). O material de matriz pode ser um material termoplástico. O material de matriz pode ser um material termoendurecível.
[0042] Uma ou mais camadas podem permanecer em contato pla- no direto com uma camada adjacente, mas sem o uso de qualquer adesivo ou meio de fixação adicional. Alternativamente, uma ou mais camadas podem incluir um material adesivo ou um material que tem qualidades adesivas em certas temperaturas predeterminadas. Por exemplo, a estrutura de compósito pode estar localizada em um molde ou dispositivo de laminação em que pode experimentar temperaturas aumentadas que fazem com que um ou mais materiais dentro do com- pósito se elevem acima das respectivas temperaturas de transição ví- trea dos mesmos (Tg). Isso pode causar adesão entre uma ou mais camadas do material compósito. Também é possível que a uma ou mais camadas incluam um componente de metal, de modo que um processo de aquecimento por indução possa ser utilizado para elevar a temperatura de um ou mais componentes do compósito camadas. Também é possível que uma ou mais camadas sejam formadas de um material de fita. Tal material de fita pode incluir um único lado ou lados múltiplos que tenham capacidade adesiva. A fita pode ser um material sensível à pressão que adere após a exposição a uma quantidade de pressão predeterminada.
[0043] O compósito pode incluir somente duas camadas. O com- pósito pode incluir somente três camadas. O compósito pode incluir somente quatro camadas. O compósito pode incluir somente cinco camadas.
[0044] Agora com referência às Figuras 1 e 2, um compósito ter- moplástico reforçado com fibra de vidro de múltiplas camadas ou es- trutura, projetado para aplicações de painel compósito leve, é revelado e mostrado geralmente indicado em uma vista explodida como 10.
[0045] O material de núcleo consiste de um fosco misto de fibra de vidro/termoplástico não tecido, termicamente tratado e/ou puncionado com agulha , geralmente indicado como 12. Em um método de criação de um tal fosco misto de fibra de vidro/termoplástico, as fibras termo- plásticas e de reforço podem ser fornecidas na forma de fios multifibra, mesclados em uma corrente de ar, e depositados em uma correia mó- vel. As fibras, que nessa fase podem estar na forma de fios, fios parci- almente abertos e fibras podem estar sujeitos a uma ou mais opera- ções de cardagem. Segundo a cardagem, o número de fios fechados e parcialmente abertos é baixo, de modo que a esteira parece para ser relativamente homogênea. Segundo o agulhamento, uma aparência muito homogênea é alcançada, com virtualmente nenhum fio observá- vel a olho nu. O produto da esteira é elevado. As fibras podem ser lon- gas ou curtas como é conhecido na técnica. Em uma modalidade, o material de núcleo 12 tem um peso de área de 100 a 2500 g/m2 e a espessura a cerca de 0,5 a 6 mm.
[0046] O material de núcleo 12 é imprensado entre as camadas superior e inferior, geralmente indicadas como 14, 16, respectivamen- te. Em uma modalidade preferencial, boa resistência é alcançada atra- vés do uso de peles compósitas termoplásticas reforçadas com fibra de vidro de 0° a 90° contínuas como camadas superior e inferior 14 e
16. Em particular, fita estrutural unidirecional de compósitos de vi- dro/termoplástico tecido pode ser usada para camadas superior e infe- rior.
[0047] Em um método de fabricação o compósito termoplástico reforçado com fibra de vidro de múltiplas camadas ou estrutura 10, as peles ou camadas superior e inferior 14, 16 são fundidas por calor a um núcleo/termoplástico leve reforçado com fibra de vidro não tecido, puncionado por agulha 12. Isso cria um compósito do tipo "I-Beam" que é leve, mas rígido.
[0048] A construção 10 exibe excelente resistência ao impacto e rigidez flexural, ao usar uma construção leve. A densidade do núcleo, razão de reforço de resina para fibra, colocação de fibra, tamanho/tipo da fibra e espessura do núcleo podem ser ajustados para atender às propriedades mecânicas desejadas. Além disso, a densidade da pele, a razão de reforço da resina para fibra, a colocação/alinhamento da fibra, o tamanho/tipo da fibra e a espessura da pele pode ser ajustada para atender a diferentes propriedades mecânicas.
[0049] Agora com referência à Figura 3, outra modalidade de uma nova construção é mostrada, geralmente indicada como 110, através da qual diferentes camadas de materiais são combinadas de modo preciso para então serem colocadas através de um laminador de cor- reia ou aquecidas por outros meios, tais como infravermelho, criando assim uma única construção compósito que pode então ser usada de muitas formas. Esta construção resultante pode ser moldada por calor para criar formatos específicos que são mais leves e mais resistentes do que os materiais tradicionais ou pode ser usada como uma camada de componente que adiciona resistência em outras construções. A construção é nova tanto no material usado quanto na configuração real das camadas. A singularidade da configuração está no núme- ro/materiais das camadas usadas na ordem em que as camadas com- ponentes são empilhadas e no tempo/pressão em que a construção está no laminador de correia, se tal for usado.
[0050] As camadas primárias na pilha de construção 110 podem incluir um fosco híbrido não cardado, não perfurado por agulha que consiste de polipropileno/reforço de fibra de vidro/aglutinantes termo- endurecível, (os quais podem ser conhecidos como Material-X); um Termoplástico Reforçado com Fibra Contínua (CFRT) orientado em uma direção de fibra muito específica; esteiras de fibra tecida ou trico- tada feitas de fibra de vidro, fibra de carbono, fibras naturais, etc.; e/ou outros tipos de esteiras fibrosas/PP com fibras de comprimentos varia- dos orientadas em de uma forma aleatória.
[0051] Em particular, um exemplo de uma construção 110, que pode ser usada como uma proteção de automóvel sob o corpo, entre outras coisas, inclui um núcleo camada de um Termoplástico Reforça- do com Fibra Contínua (CFRT) que é mostrado, geralmente indicado como 112 na Figura 3. A camada central CFRT 112 é imprensada en- tre duas camadas de um fosco híbrido não cardado, não puncionado com agulha, que consiste em polipropileno/reforço de fibra de vi- dro/aglutinantes termoendurecíveis (Material-X), que são geralmente indicados como uma camada superior 114 e uma camada inferior 116.
[0052] As vantagens e novidade da construção 110 incluem, mas não estão limitadas a: Camadas superior e inferior do Material-X, 114 e 116, respectivamente, fornecem camadas de superfície acabadas e adicionam massa ao compósito. Além disso, o Material-X é um fosco híbrido que consiste em polipropileno/reforço de fibra de vi- dro/aglutinantes termoendurecíveis. O polipropileno adiciona formabili- dade e ductilidade, o reforço de vidro adiciona rigidez e o aglutinante termoendurecível fornece maior deflexão por calor, umedecimento de fibra adicional e rigidez. O Termoplástico Reforçado com Fibra Contí- nua (CFRT) adiciona estrutura, rigidez e resistência ao impacto. Esses materiais combinados em camadas criam um compósito de resistência de ultra-alto com excelente durabilidade e baixo peso. Esta construção difere imensamente dos compósitos moldados de vidro não teci- do/polipropileno típicos usados por toda a indústria hoje.
[0053] Em outras modalidades, as esteiras de fibra tecida ou trico- tada feitas de fibra de vidro, fibra de carbono, fibras naturais, etc.; e/ou outros tipos de esteiras fibrosas/PP com fibras de comprimentos varia- dos orientadas de forma aleatória podem ser substituídas pela camada de núcleo 112 ou qualquer uma ou ambas adicionadas como camadas adicionais no laminado.
[0054] Para produzir o Material-X, ele pode ser formado como um fosco em camadas úmidas que compreende uma lama com água que é formada em uma corrente com a fibra de vidro e o polipropileno adi- cionados e então, secos e enrolados. A construção pode ser ativada por calor em um laminador de correia usando temperaturas, por exemplo, na faixa de 100 a 300 °C ou pode ser aquecida usando infra- vermelho ou outras técnicas de aquecimento. A pressão aplicada ao laminado pode ser muito baixa ou nenhuma pressão, tal como ao ape- nas aquecer por infravermelho para ativar os aglutinantes termoendu-
recíveis, ou pressões de até cerca de 2 MPa (20 bar) podem ser apli- cadas usando um laminador de correia.
[0055] A abordagem geral da presente invenção varia imensamen- te de construções típicas. O vidro contínuo combinado com os agluti- nantes termoendurecíveis e não tecidos criam uma solução muito mais durável com menor peso geral do painel do que os painéis atualmente conhecidos.
[0056] Os materiais compósitos descritos no presente documento também têm propriedades físicas adicionais que fornecem um melhor desempenho, embora também minimizem os desafios de fabricação. As amostras de vários materiais, conforme descrito no presente docu- mento, são submetidas a uma variedade de testes para determinar certas características físicas. As seguintes propriedades de tração nas Tabelas 1 e 2 abaixo são medidas de acordo com ASTM D3039-08. As densidades conforme mostrado na Tabela 3 são medidas de acordo com ASTM D1622. Os coeficientes lineares de expansão térmica, con- forme mostrado nas Tabelas 4 e 5, são medidos de acordo com ASTM D6341-10. TABELA 1 Amostra Largura Espessu- Cepa em Cepa em Módulo de Carga Resis- Modo de Nº (in) ra (in) 6,89 Mpa 17,23 elasticidade final kgf tência falha (1000 Mpa da corda (lbf) máxima psi) (%) (2500 psi) (Mpa) (Mpa (%) (psi)) D1 2,593 0,488 0,15 0,37 4647,06 1016,04 78,60 L, M, V (1,021 ) (0,192) (6,74E+05) (2240) (11400) D2 2,586 0,467 0,17 0,43 4061,01 1165,73 94,45 L, M, V (1,018) (0,184) (5,89E+05) (2570) (13700) D3 2,588 0,467 0,15 0,37 4722,90 1093,15 88,94 L, M, V (1,019) (0,184) (6,85E+05) (2410) (12900) D4 2,57 0,495 0,13 0,33 5164,17 1224,69 99,28 L, M, V (1,012) (0,195) (7,49E+05) (2700) (14400) D5 2,568 0,47 0,13 0,33 5233,12 1301,81 105,48 G, A, T (1,011) (0,185) (7,59E+05) (2870) (15300) Médio 2,581 0,472 0,15 0,36 4764,27 1160,28 93,07 (1,016) (0,186) (6,91E+05) (2558) (13500)
TABELA 2 Amostra Largura Espessu- Cepa em Cepa em Módulo de Carga Resis- Modo de Nº (cm (in)) ra (cm 6,89 17,23 elasticidade final kgf tência falha (in)) MPa MPa da corda (lbf) máxima (1000 psi) (2500 psi) (Mpa) (Mpa (%) (%) (psi)) E1 2,548 0,503 0,13 0,34 5157,27 1465,10 112,38 L, M, V (1,003) (0,198) (7,48E+05) (3230) (16300) E2 2,515 0,488 0,14 0,35 4998,69 1401,60 112,38 L, W, B (0,990) (0,192) (7,25E+05) (3090) (16300) E3 2,548 0,5 0,14 0,34 4998,69 1428,81 109,62 L, W, B (1,003) (0,197) (7,25E+05) (3150) (15900) E4 2,545 0,503 0,13 0,33 5143,48 1474,17 113,07 L, A, T (1,002) (0,198) (7,46E+05) (3250) (16400) E5 2,548 0,472 0,15 0,37 4660,85 1215,62 99,28 L, A, B (1,003) (0,186) (6,76E+05) (2680) (14400) Médio 2,54 0,493 0,14 0,35 4991,80 1397,06 109,62 (1,000) (0,194) (7,24E+05) (3080) (15900) Códigos de falha: L - Linha de falha lateral; S - Linha de falha de divi- são longitudinal; G - Área de medição; A - Em Grip/Tab; M - meio; B - inferior; T - Top TABELA 3 Amostra Espessu- Largura Compri- Massa (g) Volume (cm3 Peso por m2 Densidade Nº ra (in) (in) mento (in) (in3)) (ft2) (kg/m2 (kg/m3 (lb/ft3)) (lb/ft2)) D1 0,475 15,204 15,207 67,380 109,79 (6,70) 2,914 613,50 (38,3) (0,187) (5,986) (5,987) (0,5969) D2 0,48 15,23 15,189 65,710 111,10 (6,78) 2,840 591,72 (0,189) (5,996) (5,980) (0,5818) (36,94) D3 0,485 15,227 15,215 66,340 112,41 (6,86) 2,863 590,28 (0,191) (5,995) (5,990) (0,5865) (36,85) E1 0,503 15,283 15,278 68,250 117,49 (7,17) 2,923 581,14 (0,198) (6,017) (6,015) (0,5987) (36,28) E2 0,503 15,286 15,27 69,810 117,33 (7,16) 2,990 594,60 (0,198) (6,018) (6,012) (0,6126) (37,12) E3 0,495 15,235 15,286 69,330 115,36 (7,04) 2,977 601,01(37,52) (0,195) (5,998) (6,018) (0,6098)
TABELA 4 Tipo de Tempe- Umida- Compri- Compri- Compri- Compri- Compri- amostra ratura de (%) mento (in) mento (in) mento (in) mento (in) mento (in) (ºC (°F)) D1 D2 D3 D4 D5 D -34,44 (- N/A 30,127 30,127 30,378 30,135 30,152 30) (11,861) (11,861) (11,860) (11,864) (11,871) D 22,77 50 30,142 30,147 30,142 30,15 30,178 (73) (11,867) (11,869) (11,867) (11,870) (11,881) D 60 (140) 49 30,15 30,152 30,145 30,157 30,183 (11,870) (11,871) (11,868) (11,873) (11,883) α1(mm/mm)/ 7,83E-06 8,57E-06 7,99E-06 8,41E-06 11,66E-06 °C ((in/in)/°F) (4,35E-06) (4,76E-06) (4,44E-06) (4,67E-06) (6,48E-06) Coeficiente médio de expansão térmica ((mm/mm)/°C ((in/in)/°F)): 8,89E-06 (4,94E-06) TABELA 5 Tipo de Tempe- Umida- Compri- Compri- Compri- Compri- Compri- amostra ratura de (%) mento (in) mento (in) mento (in) mento (in) mento (in) (°F) E1 E2 E3 E4 E5 E -34,44 (- N/A 30,424 30,409 30,417 30,417 30,297 30) (11,978) (11,972) (11,975) (11,975) (11,928) E 22,77 49 30,447 30,432 30,439 30,434 30,315 (73) (11,987) (11,981) (11,984) (11,982) (11,935) E 60 (140) 49 30,452 30,452 30,442 30,442 30,315 (11,989) (11,989) (11,985) (11,985) (11,935) α1(mm/mm)/ 10,01E-06 7,61E-06 8,96E-06 6,48E-06 6,79E-06 °C (in/in)/°F (5,56E-06) (4,23E-06) (4,98E-06) (3,60E-06) (3,77E-06) Coeficiente médio de expansão térmica ((mm/mm)/°C ((in/in)/°F)): 7,97E-06 (4,43E-06) TABELA 6 Amostra Resistên- Módulos de Peso por Densida- Coeficiente Taxa de Aprova- cia máxi- elasticidade m2 (ft2) de de expansão queima do/Reprovad ma (Mpa (Mpa (psi)) (kg/m2 3 (kg/m ) térmica (cm/min o no teste de (psi)) (lb/ft2)) (ASTM (mm/mm)/°C (in/min)) queima (ASTM D1622) ((in/in)/°F) (aprovado = D3039-08) (ASTM menos de 4 D6341) in/min) A (polifibra 76,53 4309,22 2,902 534,21 9,13E-06 1,98 Aprovado de vidro) (11100) (6,25E+05) (0,5945) (33,35) (5,07E-06) (0,78) B (fita 1) 100,66 5040,06 2,853 593,32 6,14E-06 1,14 Aprovado (14600) (7,31E+05) (0,5844) (37,04) (3,41E-06) (0,45) C (fita 2) 84,80 5343,43 2,796 646,34 7,43E-06 2,43 Aprovado (12300) (7,75E+05) (0,5727) (40,35) (4,13E-06) (0,96)
Amostra Resistên- Módulos de Peso por Densida- Coeficiente Taxa de Aprova- cia máxi- elasticidade m2 (ft2) de de expansão queima do/Reprovad ma (Mpa (Mpa (psi)) (kg/m2 (kg/m3) térmica (cm/min o no teste de (psi)) (lb/ft2)) (ASTM (mm/mm)/°C (in/min)) queima (ASTM D1622) ((in/in)/°F) (aprovado = D3039-08) (ASTM menos de 4 D6341) in/min) D (amostra 93,07 4764,27 2,872 598,44 8,89E-06 0,78 Aprovado +fita 2) (13500) (6,91E+05) (0,5884) (37,36) (4,94E-06) (0,31) E (amostra 109,62 49991,80 2,963 592,36 7,97E-06 0,88 Aprovado +fita 1) (15900) (7,24E+05) (0,6070) (36,98) (4,43E-06) (0,35)
[0057] Partes em peso como as usadas no presente documento se referem a 100 partes em peso da composição especificamente referi- da. Quaisquer valores numéricos recitados no pedido acima incluem todos os valores do valor inferior ao valor superior em incrementos de uma unidade fornecida, desde que haja uma separação de pelo menos 2 unidades entre qualquer valor inferior e qualquer valor superior. Co- mo um exemplo, se for declarado que as quantidades de um compo- nente ou um valor de uma variável de processo, tal como, por exem- plo, temperatura, pressão, tempo e semelhantes é, por exemplo, de cerca de 1 a 90, preferencialmente de cerca de 20 a 80, mais prefe- rencialmente cerca de 30 a 70, se pretende que valores, tais como 15 a 85, 22 a 68, 43 a 51, 30 a 32 etc., sejam expressamente enumera- dos neste relatório descritivo. Para valores que são menores que um, uma unidade deve ser considerada como 0,0001, 0,001, 0,01 ou 0,1 conforme apropriado . Esses são somente exemplos do que se pre- tende especificamente e todas as combinações possíveis de valores numéricos entre o valor mais baixo e o valor mais alto enumerados devem ser consideradas a serem expressamente estabelecidas neste pedido de uma maneira similar. Salvo indicação em contrário, todas as faixas incluem tanto terminais quanto todos os números entre os ter- minais. O uso de "cerca de" ou "aproximadamente" em conexão com uma faixa se aplica a ambas as extremidades da faixa. Desse modo, "cerca de 20 a 30" é destinado a cobrir "cerca de 20 a cerca de 30",
inclusive pelo menos os terminais especificados. O termo "consiste essencialmente de" para descrever uma combinação deve incluir os elementos, ingredientes, componentes ou etapas identificadas, e ou- tros tais elementos ingredientes, componentes ou etapas que não afe- tam materialmente as características básicas e novas da combinação. O uso dos termos "que compreende" ou "que inclui" para descrever combinações de elementos, ingredientes, componentes ou etapas no presente documento também contemplam modalidades que consistem essencialmente dos elementos, ingredientes, componentes ou etapas. Elementos plurais, ingredientes, componentes ou etapas podem ser fornecidos por um único elemento, ingrediente, componente ou etapa integrada. Alternativamente, um único elemento, ingrediente, compo- nente ou etapa integrado pode ser dividido em elementos, ingredien- tes, componentes ou etapas plurais separadas. A revelação de "um" ou "uma" para descrever um elemento, ingrediente, componente ou etapa não se destinam a excluir elementos, ingredientes, componentes ou etapas adicionais.
[0058] Embora a invenção tenha sido ensinada com referência es- pecífica a essas modalidades, um técnico no assunto reconhecerá que mudanças podem ser feitas na forma e nos detalhes sem se afastar do espírito e do escopo da invenção. As modalidades descritas devem ser consideradas em todos os aspectos somente como ilustrativas e não como restritivas. Como tal, o escopo da invenção é indicado pelas se- guintes reivindicações em vez de pela descrição.

Claims (27)

REIVINDICAÇÕES
1. Estrutura laminada compósita, caracterizada pelo fato de que compreende: um núcleo de fosco misto de fibra de vidro/termoplástico não tecido; uma camada superior localizada em um lado do dito núcleo, sendo que a dita superior inclui fita estrutural unidirecional de vi- dro/termoplástico tecido; e uma camada inferior em um lado do dito núcleo oposto à dita camada superior, sendo que a dita camada inferior inclui fita estru- tural unidirecional de vidro/termoplástico tecido, sendo que as ditas camadas superior e inferior são fundidas por calor ao dito núcleo.
2. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizada pelo fato de que as ditas camadas externas su- perior e inferior incluem termoplástico reforçado de fibra de vidro de 0° a 90° contínuo.
3. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizada pelo fato de que o compósito tem uma espes- sura de cerca de 0,13 cm (0,05 polegada) a cerca de 2,54 cm (1 pole- gada).
4. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizada pelo fato de que o compósito tem um coeficien- te de expansão térmica de cerca de 3,0E-06 a cerca de 10,0E-06 con- forme medido por ASTM D6341.
5. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizada pelo fato de que o compósito tem uma cepa em 6,89 MPa (1000 psi) de cerca de 0,05% a cerca de 0,3%, ou mesmo de cerca de 0,1% a cerca de 0,2% conforme medido por ASTM D3039-08.
6. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivindi-
cação 1, caracterizada pelo fato de que o compósito tem uma cepa em 17,23 MPa (2500 psi) de cerca de 0,1% a cerca de 0,7%, ou mesmo de cerca de 0,3% a cerca de 0,5% conforme medido por ASTM D3039-08.
7. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizada pelo fato de que o compósito tem uma resis- tência final de cerca de 55,15 Mpa (8000 psi) a cerca de 137,89 Mpa (20000 psi), ou mesmo de cerca de 68,94 Mpa (10000 psi) a cerca de 117,21 Mpa (17000 psi) conforme medido por ASTM D3039-08.
8. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizada pelo fato de que o compósito tem uma densi- dade de cerca de 480,55 kg/m3 (30 lb/ft3) a cerca de 800,92 kg/m3 (50 lb/ft3), ou mesmo de cerca de 560,64 kg/m3 (35 lb/ft3) a cerca de 640,73 kg/m3 (40 lb/ft3) conforme medido por ASTM D1622.
9. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizada pelo fato de que o compósito tem uma taxa de queima de cerca de 0,25 a cerca de 2,54 cm/minuto (0,1 a cerca de 1 polegada/minuto).
10. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivin- dicação 1, caracterizada pelo fato de que o material termoplástico é selecionado a partir de polietileno, poliamida, acrílico, poliéster, polies- tireno ou polipropileno.
11. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivin- dicação 1, caracterizada pelo fato de que as fibras têm um comprimen- to de pelo menos cerca de 1 cm, 3 cm ou mesmo 5 cm.
12. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivin- dicação 1, caracterizada pelo fato de que as fibras têm um diâmetro médio de cerca de 1 a cerca de 50 micrômetros, ou mesmo de cerca de 5 a cerca de 25 micrômetros.
13. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivin-
dicação 1, caracterizada pelo fato de que o calor é aplicado por um processo de laminação.
14. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivin- dicação 1, caracterizada pelo fato de que o calor é aplicado por um processo de moldagem.
15. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivin- dicação 1, caracterizada pelo fato de que o compósito inclui uma col- meia, espuma ou camada pré-impregnada.
16. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivin- dicação 1, caracterizada pelo fato de que as fibras são orientadas em um padrão repetido consistente em uma ou mais camadas do compó- sito.
17. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivin- dicação 1, caracterizada pelo fato de que as fibras são distribuídas aleatoriamente em uma ou mais camadas do compósito.
18. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivin- dicação 1, caracterizada pelo fato de que a estrutura é formada sob o tempo e a pressão em um laminador de correia.
19. Estrutura laminada compósita, caracterizada pelo fato de que compreende: um núcleo que tem um Termoplástico Reforçado com Fibra Contínua (CFRT) orientado em uma direção de fibra muito específica; e camadas superior e inferior de fosco híbrido não cardado e não puncionado por agulha que consiste de polipropileno/reforço de fibra de vidro/aglutinantes termoendurecível.
20. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivin- dicação 19, caracterizada pelo fato de que o material termoplástico é selecionado a partir de polietileno, poliamida, acrílico, poliéster, polies- tireno, polipropileno, ou qualquer combinação dos mesmos.
21. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivin- dicação 19, caracterizada pelo fato de que o material termoendurecível é selecionado a partir de poliuretano, epóxi, metacrilato, silicone, resi- na fenólica, poliéster, ou qualquer combinação dos mesmos.
22. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivin- dicação 19, caracterizada pelo fato de que o CFRT inclui uma plurali- dade de fibras selecionadas a partir de fibras de vidro, fibras de carbo- no, fibras naturais ou qualquer combinação dos mesmos.
23. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivin- dicação 19, caracterizada pelo fato de que o CFRT inclui uma plurali- dade de fibras que tem um comprimento de pelo menos cerca de 1 cm, 3 cm ou mesmo 5 cm.
24. Estrutura laminada compósita, de acordo com a reivin- dicação 19, caracterizada pelo fato de que o CFRT inclui uma plurali- dade de fibras que tem um comprimento de pelo menos cerca de 1 cm, 3 cm ou mesmo 5 cm.
25. Uso da estrutura laminada compósita, como definida na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é uma estrutura de pa- rede ou piso em um veículo comercial.
26. Uso da estrutura laminada compósita, como definida na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é um material para construção de edifícios.
27. Uso da estrutura laminada compósita, como definida na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é um painel de veículo de transporte.
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