BR122016030994B1

BR122016030994B1 - Preformas tecidas, respectivo método de fabrico e estrutura composta tridimensional reforçada com as mesmas

Info

Publication number: BR122016030994B1
Application number: BR122016030994-0A
Authority: BR
Inventors: Goering Jonathan
Original assignee: Albany Engineered Composites, Inc.
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2018-02-06
Also published as: BRPI0618526B1; CA2866029C; TWI361234B; KR101422653B1; AU2006317054B2; WO2007061586A1; BRPI0618526A2; CA2629546A1; PT1948856E; RU2415976C2; AU2006317054A8; AU2006317054C1; KR20080076954A; NO20082769L; CA2866029A1; CA2629546C; US7655581B2; CN101310053A; JP5429779B2; USRE45777E1

Abstract

uma pré-forma tecida usada para reforçar uma estrutura composta que inclui uma parte central tendo uma pluralidade de camadas entrelaçadas. a preforma inclui também primeira e segunda partes de extremidade tendo uma pluralidade de camadas tecidas independentes que são integralmente tecidas com a pluralidade de camadas entrelaçadas na parte central e que se estende ao longo do comprimento inteiro da preforma. entremeada entre a pluralidade de camadas tecidas independentes na primeira e na segunda partes de extremidade estão dobras de compensação.

Description

(54) Título: PREFORMAS TECIDAS, RESPECTIVO MÉTODO DE FABRICO E ESTRUTURA COMPOSTA TRIDIMENSIONAL REFORÇADA COM AS MESMAS (51) Int.CI.: D03D 11/02; D03D 25/00; B29C 70/24 (30) Prioridade Unionista: 17/11/2005 US 11/281,063 (73) Titular(es): ALBANY ENGINEERED COMPOSITES, INC.

(72) Inventor(es): JONATHAN GOERING

1/17 “PREFORMAS TECIDAS, RESPECTIVO MÉTODO DE FABRICO

E ESTRUTURA COMPOSTA TRIDIMENSIONAL

REFORÇADA COM AS MESMAS”

RELATÓRIO DESCRITIVO

PEDIDO DIVIDIDO

DO PEDIDO DE PATENTE DE INVENÇÃO PI 0618526-6

Antecedentes da Invenção

Campo da Invenção [01] A presente invenção relaciona-se com a configuração geométrica de preformas tecidas tridimensionais para estruturas compostas reforçadas tendo reforço quase isotrópico ou direcional múltiplo em uma ou duas extremidades da estrutura e reforço aproximadamente unidirecional em todas as outras áreas.

Antecedentes [02] O uso de materiais compostos reforçados para produzir componentes estruturais está, agora, difundido, particularmente em aplicações em que são procuradas as suas características desejáveis por serem de peso leve, fortes, duros, termicamente resistentes, autosustentados e de adaptabilidade a serem formados e conformados. Esses componentes são usados, por exemplo, nas indústrias aeronáutica, aeroespacial, de satélites e de bateria, assim como também para usos recreativos tais como em barcos e automóveis de corrida, e em incontáveis outras aplicações. Um tecido tridimensional geralmente consiste em fibras orientadas em três direções com cada fibra estendendo-se ao longo de uma direção perpendicular às outras fibras, isto é, ao longo das direções axiais X, Y e Z.

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2/17 [03] Tipicamente, os componentes formados a partir desses tecidos consistem em materiais de reforço embutidos em materiais de matriz. O componente de reforço pode ser feito a partir de materiais tais como vidro, carbono, cerâmica, aramida (por exemplo, “KEVLAR®”), polietileno e/ou outros materiais que exibem as propriedades físicas, térmicas, químicas e/ou outras pretendidas, dentre as quais a principal é grande resistência contra falha por esforço. Através do uso desses materiais de reforço, que, em última instância, se tornam um elemento constituinte do componente terminado, as características desejadas dos materiais de reforço tais como resistência muito elevada, são comunicadas ao componente composto completado. Os materiais constituintes de reforço podem ser tipicamente tecidos, tricotados ou orientados de outra forma em configurações e formatos pretendidos para preformas de reforço. Normalmente, é dada atenção particular para assegurar a utilização ótima das propriedades para as quais estes materiais de reforço componentes têm sido selecionados. Em geral, essas preformas de reforço são combinadas com material de matriz para formar os componentes terminados pretendidos ou produzir material de estoque para a última produção de componentes terminados.

[04] Depois que foi construída uma preforma de reforço desejada, o material de matriz pode ser introduzido e combinado com a preforma, de forma que a preforma de reforço fica envolvida no material de matriz de tal forma que o material de matriz enche as áreas intersticiais entre os elementos constituintes da preforma de reforço. O material de matriz pode ser qualquer de uma ampla variedade de materiais, tais como epóxi, poliéster, vinil-éster, cerâmica, carbono e/ou outros materiais, que também exibam as propriedades físicas, térmicas, químicas e/ou outras pretendidas. Os materiais escolhidos para uso como matriz podem ou não ser os mesmos que aquele da preforma de reforço e podem ou não ter propriedades físicas, químicas, térmicas e/ou outras comparáveis. Tipicamente, porém, eles não serão dos mesmos materiais nem terão propriedades físicas, químicas, térmicas e/ou outras

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3/17 comparáveis, como a preforma de reforço, visto que um objetivo habitual procurado no uso de composições é, em primeiro lugar, alcançar uma combinação de características no produto acabado que não é atingível pelo uso de um material constituinte apenas.

[05] Quando combinados, a preforma de reforço e o material de matriz podem, então, ser curados e estabilizados na mesma operação por termocura ou outros métodos conhecidos e, então, sujeitos a outras operações no sentido da produção do componente desejado. É significativo notar que, depois de serem assim curadas, as massas então solidificadas do material de matriz ficam normalmente muito fortemente aderidas ao material de reforço (por exemplo, a preforma de reforço). Como resultado, o esforço sobre o componente terminado, particularmente via o seu material de matriz atuar como um adesivo entre fibras, pode ser eficazmente transferido e limitado pelo material constituinte da preforma de reforço.

[06] Tipicamente, os tecidos simples, bidimensionais ou as fibras unidirecionais são produzidos por um material provedor e enviadas para um cliente que corta os padrões e elabora a parte final dobra a dobra. Os materiais tecidos mais simples são estruturas planas, substancialmente bidimensionais com fibras em apenas duas direções. Eles são formados por entrelaçamento de dois conjuntos de filamentos perpendiculares um ao outro. Em tecelagem bidimensional, os filamentos a 0° são chamados fibras ou filamentos de urdidura e os filamentos a 90° são chamados de trama ou fibras ou filamentos de enchimento. Para a moldagem por transferência de resina, pode ser combinada uma série de tecidos para formar um elaborado seco, que é colocado num molde e injetado com resina. Estes tecidos podem ser preformados usando uma técnica de “corte e costura” ou formados termicamente e “unificadas” usando uma agenda de resina.

[07] As estruturas tecidas bidimensionais, porém, têm limitações. A etapa de preformação exige extensivo trabalho manual na elaboração

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4/17 (lay up). As estruturas tecidas bidimensionais não são tão fortes nem resistentes ao estiramento ao longo dos eixos de 0° e 90°, particularmente em ângulos mais afastados dos eixos da fibra. Um método para reduzir esta limitação possível é adicionar fibras de compensação à tecitura, fibras tecidas para atravessar o tecido num ângulo intermediário, de preferência a ±45° com o eixo das fibras de enchimento.

[08] As preformas de tecidos simples também são colocadas em camadas únicas. Isto limita a resistência possível do material. Uma solução possível é aumentar o tamanho da fibra. Outra é usar camadas múltiplas ou dobras. Uma vantagem adicional de usar camadas múltiplas é que algumas camadas podem ser orientadas de tal modo que os eixos da urdidura e da trama de camadas diferentes ficam em direções diferentes, atuando, assim, como as fibras de compensação previamente discutidas. Se estas camadas forem uma pilha de camadas únicas laminadas em conjunto com a resina, porém, então, surge o problema da delaminação. Se as camadas são costuradas em conjunto, então muitas das fibras tecidas podem ser danificadas durante o processo de costura e a resistência à tração global pode sofrer. Além disso, tanto para a laminação como a costura de múltiplas dobras, uma operação de lay up é normalmente necessária para alinhar as camadas. Alternativamente, as camadas podem ser entrelaçadas como parte do processo de tecelagem. Criar camadas entrelaçadas múltiplas de tecido, particularmente com fibras de compensação integral, tem sido um problema difícil.

[09] Um exemplo do caso em que os materiais compostos são usados para produzir componentes estruturais está na produção de tirantes e escoras. Os tirantes e escoras incluem tipicamente uma coluna central tendo orelhas sobre cada extremidade da estrutura. Estas orelhas podem ter configurações de macho e fêmea (forquilha) e são usadas para prender o tirante ou a escora à estrutura que estão reforçando ou envolvendo. Como previamente discutido, a fim de conseguir resistência aumentada da estrutura composta, são usadas camadas ou dobras

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5/17 múltiplas para as partes de orelha e coluna dos tirantes e escoras. Embora o uso de camadas múltiplas seja vantajoso, visto que as camadas individuais podem ser orientadas de modo a proporcionar reforço nas direções de 0° e 90°, assim como podem também ser orientadas sobre a compensação para propiciar reforço em direções adicionais, tais como as direções a ±45°, se laminadas em conjunto com a resina, a delaminação das camadas pode ser problemática. Alternativamente, se as camadas forem costuradas em conjunto, então, como previamente discutido, muitas das fibras tecidas podem ser danificadas durante o processo de costura, reduzindo a resistência global à tração da estrutura final.

[010] Existem muitos exemplos de orelhas laminadas, alguns usando materiais híbridos (isto é, dobras alternadas de carbono e titânio), mas as orelhas de laminado não têm sido combinadas com uma coluna tecida tridimensional. A viabilidade de orelhas laminadas compostas para estruturas muito altamente carregadas foi demonstrada em vários programas subsidiados pelo Governo. Contudo, que seja do conhecimento da Requerente, nenhum destes programas considerou o uso de preformas tecidas tridimensionais.

[011] Deste modo, são desejáveis as preformas tridimensionais para uso em tirantes e escoras, tendo extremidades ou partes de orelha laminadas e uma coluna central tecida tridimensional monolítica. As vantagens de usar uma construção tridimensional na parte central da preforma são que reduz o trabalho exigido para cortar e coletar todas as dobras exigidas para uma combinação espessa e proporciona melhor tolerância a danos do que as composições laminadas convencionais. A vantagem das camadas independentes nas extremidades é que o laminado pode ser desenhado sob medida de forma a ter propriedades específicas.

[012] Conseqüentemente, existe uma necessidade de uma preforma tecida tendo uma parte central tridimensional integralmente tecida com

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6/17 extremidades de orelha laminadas compreendidas de camadas independentes, tecidas.

Sumário da Invenção [013] É, portanto, um objetivo principal da invenção proporcionar uma preforma tecida tridimensional tendo uma parte de coluna entrelaçada e uma pilha de tecidos individualmente tecidos nas extremidades

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7/17 de orelha para uso numa estrutura composta.

[014] É um objetivo adicional da invenção prover uma preforma tecida para uma estrutura composta espessa que tenha reforço quase isotrópico ou direcional múltiplo em uma ou duas extremidades e reforço quase unidirecional em todas as áreas.

[015] Ainda outro objetivo da invenção é fornecer uma estrutura composta que possa ser usada para carregar grandes cargas concentradas.

[016] Estes e outros objetivos e vantagens são propiciados pela presente invenção. A este respeito, a presente invenção é direcionada para uma preforma tecida que é usada para reforçar uma estrutura composta e um método de fabrico dessa preforma. A preforma tecida compreende uma parte central com uma pluralidade de camadas tecidas em conjunto. A preforma inclui uma primeira parte de extremidade tendo uma pluralidade de camadas independentemente tecidas que são integralmente tecidas com a pluralidade de camadas entrelaçadas na parte central e que se estende ao longo do comprimento integral da preforma. A preforma também inclui uma segunda parte de extremidade tendo uma pluralidade de camadas independentemente tecidas que são integralmente tecidas com a pluralidade de camadas entrelaçadas na parte central e que se estende ao longo do comprimento inteiro da preforma. Entremeada entre a pluralidade de camadas independentemente tecidas na primeira e na segunda partes de extremidade estão dobras de compensação. A fim de proporcionar intervalos entre as camadas independentemente tecidas na primeira e na segunda partes de extremidade para as dobras de compensação, as camadas de fibras ou filamentos de urdidura são tecidas fora da preforma. Além disso, uma preforma tecida tendo uma única extremidade de orelha e uma extremidade de parte de coluna pode ser construída de acordo com qualquer das modalidades reveladas.

[017] Outro aspecto da presente invenção é direcionado para uma

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8/17 estrutura composta reforçada tridimensional construída usando uma preforma tecida aqui revelada. A estrutura composta reforçada inclui uma parte central que tem reforço unidirecional e primeira e segunda partes de extremidade que são reforçadas quase isotropica ou multidirecionalmente. A estrutura composta reforçada pode ser também construída de maneira a ter uma parte de coluna numa extremidade e uma parte de orelha na outra extremidade.

[018] As várias características de novidade que caracterizam a invenção são assinaladas com particularidade nas Reivindicações anexas e que fazem parte desta descrição. Para uma melhor compreensão da invenção, suas vantagens operacionais e objetivos específicos atingidos pelos seus usos, é feita referência à matéria descritiva anexa em que as modalidades preferidas da invenção são ilustradas nos desenhos anexos em que componentes correspondentes são identificados pelos mesmos números de referência.

Breve Descrição dos Desenhos [019] A descrição detalhada seguinte, dada à guisa de exemplo e não com a intenção de limitar a presente invenção somente a eles, será melhor observada em conjunto com os desenhos anexos, em que números de referência semelhantes denotam elementos e partes semelhantes, em que:

[020] a Figura 1 é uma vista plana de uma estrutura composta tendo uma parte de coluna com extremidades de orelha tendo uma configuração macho;

[021] a Figura 2 é uma vista plana de uma estrutura composta tendo uma parte de coluna com extremidades de orelha tendo uma configuração fêmea ou de forquilha;

[022] a Figura 3 é uma vista plana de uma preforma construída de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[023] a Figura 4A é uma vista plana de uma preforma tendo extremidades de orelha com uma configuração simétrica constru

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9/17 ída de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[024] a Figura 4B é uma vista plana de uma preforma tendo extremidades de orelha com uma configuração simétrica construída de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[025] a Figura 4C é uma vista plana de uma preforma tendo extremidades de orelha com uma configuração assimétrica construída de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[026] a Figura 4D é uma vista plana de uma preforma tendo extremidades de orelha com uma configuração assimétrica construída de acordo com uma modalidade da presente invenção; e [027] a Figura 5 é uma vista plana de uma preforma construída de acordo com uma modalidade da presente invenção.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas [028] A presente invenção será, agora, descrita mais completamente adiante com referência aos desenhos anexos, em que são mostradas modalidades preferidas da invenção. Esta invenção pode, porém, ser materializada de muitas formas diferentes e não deve ser interpretada como limitada às modalidades aqui descritas. Ao contrário, estas modalidades ilustradas são propiciadas de forma que esta revelação seja integral e completa e exponha completamente o escopo da invenção para aquelas pessoas qualificadas na técnica.

[029] Na descrição seguinte, caracteres de referência semelhantes designam partes semelhantes ou correspondentes ao longo das Figuras. Além disso, na descrição seguinte, fica entendido que termos tais como “superior”, “inferior”, “parte superior” e “parte inferior” e semelhantes são palavras de conveniência e não devem ser interpretadas como termos limitativos.

[030] A presente invenção é um conceito de preforma para uma estrutura ou viga composta que tem reforço quase isotrópico ou direcional

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10/17 múltiplo em uma ou duas extremidades e reforço quase unidirecional em todas as outras áreas. Esta configuração é desejável para estruturas que têm que carregar grandes cargas concentradas, tais como tirantes e escoras. As extremidades reforçadas quase isotrópicas ou direcionalmente múltiplas proporcionam boas propriedades de suporte e resistências à tensão, à compressão e esforços de torque mais equilibradas, tornando-as boas escolhas para as extremidades de orelha da estrutura. Estas extremidades de orelha podem ter configurações de macho ou fêmea (forquilha). A parte unidirecional proporciona elevada dureza axial, que serve para prevenir o empenamento ou incapacitação de coluna, tornando-a uma boa escolha para a coluna principal de um tirante ou escora. Representada na Figura 1 está uma coluna ou escora 2 tendo extremidades de orelha 4 e uma parte de coluna principal tridimensional 6. As extremidades de orelha 4 na Figura 1 têm uma configuração de macho. A Figura 2 representa um tirante ou escora 8 com uma parte de coluna principal tridimensional 10 e extremidades de orelha 12 tendo uma configuração de fêmea ou forquilha.

[031] As vantagens de usar uma construção tridimensional na parte central da preforma são que reduz o trabalho exigido para cortar e coletar todas as dobras exigidas para um composto espesso e proporciona melhor tolerância a danos do que as composições laminadas convencionais. A vantagem das camadas independentes nas extremidades da estrutura é que o laminado pode ser desenhado sob medida, de maneira a ter propriedades específicas. Conforme revelado, as extremidades de orelha são consideradas como reforçadas quase isotropica ou multidirecionalmente, mas poderiam ser de praticamente qualquer configuração laminada.

[032] A presente preforma é compreendida de uma parte tecida tridimensional consistindo em várias camadas e um número semelhante de camadas de compensação independentes. Na parte central ou de coluna da peça tecida tridimensional, todas as camadas são entrelaçadas ou integralmente tecidas em conjunto formando um bloco monolítiPetição 870160080267, de 29/12/2016, pág. 89/109

11/17 co de material tecido. A arquitetura de fibra usada nesta parte pode ser qualquer padrão convencional para uma preforma espessa, inclusive, mas sem limitação, dobra a dobra, através da espessura, interbloqueio angular ou arquiteturas ortogonais. Nas extremidades da estrutura, as camadas individuais tecem independentemente uma da outra de maneira a formar uma pilha de tecidos com reforço nas direções de 0° e 90°, em que 0° é ao longo do comprimento da estrutura. As camadas de compensação ou dobra, que são construídas separadamente proporcionam reforço em direções adicionais à direção 0°/90° tal como na direção a ±45°, são entremeadas entre as camadas tecidas de 0°/90° de modo a formar um laminado mais convencional. As camadas de compensação ou dobras podem ser tecidas usando fibras de urdidura e trama ou filamentos ou podem ser não tecidas, tricotadas ou uma ordem de fibras ou filamentos MD ou CD. Nas Figuras seguintes, a direção de urdidura é ao longo da direção de 0° ou ao longo do comprimento da estrutura e é indicado pela seta 100.

[033] Todas as camadas que compreendem a preforma, incluindo a parte central ou de coluna, são tecidas com fibras ou filamentos de urdidura e fibras ou filamentos de trama ou enchimento usando um tear de Jacquard e lançadeira capturada, porém, pode ser usada qualquer técnica de tecelagem convencional para tecer as camadas. As fibras ou filamentos podem ser materiais sintéticos ou naturais tais como, mas sem limitação, carbono, fibra sintética, rayon, poliéster, fibra de vidro, algodão, vidro, cerâmica, aramida (“KEVLAR®”) e polietileno. A preforma tecida completada é, então, processada numa estrutura composta tecida /laminada com a introdução de um material de matriz tal como, mas, sem limitação, epóxi, poliéster, vinil-éster, cerâmica, carbono e/ou outros materiais, que também exibam as propriedades físicas, térmicas, químicas e/ou outras desejadas, usando técnicas convencionais tais como, mas, sem limitação, moldagem por transferência de resina ou infiltração de vapor químico.

[034] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a

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Figura 3 representa um segmento de uma estrutura 14 tendo uma parte central espessa 16 que é inteiriça com duas extremidades de orelha de macho mais finas 18 que ficam posicionadas de cada lado da parte central 16. Como pode ser visto na Figura 3, a parte central espessa 16 é uma coluna tecida monolítica, tridimensional compreendida de uma pluralidade de camadas tecidas 20 que são entrelaçadas ou tecidas em conjunto. A fim de formar as extremidades de orelha de macho mais finas 18, as camadas de fibras de urdidura da coluna central espessa 16 são tecidas fora da preforma de maneira a proporcionar uma transição diminuída 22 da coluna 16 até às extremidades de orelha mais finas18.

[035] Uma vez que o número desejado de camadas de fibra de urdidura seja tecido fora da preforma para diminuir a coluna até à espessura de orelha desejada, são tecidas as camadas adicionais de fibras de urdidura fora da preforma nas extremidades de orelha mais finas 18 para proporcionar um intervalo ou espaço para as dobras do tecido de compensação. As fibras de urdidura restantes nas extremidades de orelha mais finas 18, que são integralmente tecidas com a pluralidade de camadas 20 na coluna ou parte central 16 e são contínuos ao longo do comprimento da estrutura, formam camadas individuais de dobras 24 que são tecidas independentemente umas das outras. Esta pilha de dobras ou tecidos proporcionam reforço nas extremidades de orelha mais finas 18 nas direções de 0° e 90°. Visto que as dobras de 0°/90° 24 não são entrelaçadas umas com as outras, as dobras de compensação 26 que propiciam reforço em direções adicionais, tais como a direção de ±45°, podem ser entremeadas nos intervalos entre as dobras de 0°/90° 24, formando uma pilha de tecidos que, quando é aplicado um material de matriz, forma uma estrutura laminada que proporciona reforço quase isotrópico ou direcional múltiplo nas extremidades de orelha mais finas 18. Além disso, conforme representado na Figura 3, a estrutura tem uma fibra de superfície contínua 28 que é o resultado das fibras de urdidura externa da coluna espessa 16.

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13/17 [036] Se pretendido, em contraste com a estrutura previamente descrita para esta modalidade que tem uma parte central 16 com duas extremidades de orelha mais finas 18 em cada lado da parte central 16, pode ser construída uma estrutura tendo apenas uma extremidade de orelha mais fina 18 de acordo com a modalidade descrita. Nesse caso, a estrutura compreenderá uma extremidade semelhante à parte tecida central monolítica, tridimensional 16 e uma extremidade de orelha mais fina 18, como descrito acima. Uma estrutura construída desta maneira parecer-se-á mais proximamente com a Figura 3.

[037] Outra modalidade da presente invenção é representada nas Figuras 4A-4D, que mostram um segmento de uma estrutura 30 que compreende duas extremidades de orelha 32 que são mais espessas do que a parte da coluna central tecida tridimensional monolítica 34 da estrutura 30. Como é o caso na modalidade anterior, a parte de coluna central 34 é compreendida de uma pluralidade de camadas tecidas 35 que são entrelaçadas ou tecidas em conjunto. Nesta configuração, porém, não há necessidade de tecer fora fibras de urdidura 36 da parte de coluna 34, a fim de formar as extremidades de orelha mais espessas

32. Ao invés, todas as fibras de urdidura 36 usadas para construir a parte de coluna 34 são usadas para construir as extremidades de orelha mais espessas 32. As fibras de urdidura 36 da parte de coluna 24, porém, não são entrelaçadas umas com as outras nas extremidades de orelha mais espessas 32. Isto permite que as dobras de compensação 38 sejam entremeadas entre as fibras de urdidura 40 nas extremidades de orelha mais espessas 32, que são as dobras que proporcionam reforço na direção de 0°/90°. Portanto, as extremidades de orelha mais espessas 32 têm uma pilha de tecidos que consistem em dobras ou tecidos orientados a 0°/90° e dobras construídas separadamente orientadas em direções diferentes da direção de 0°/90°, por exemplo, dobras ou tecidos orientados a ±45°, o que, quando é aplicado um material de matriz, resulta numa orelha laminada tendo reforço quase isotrópico ou multidirecional. Além disso, como pode ser visto nas

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Figuras 4A-4D, estruturas construídas de acordo com esta modalidade terão uma transição alternada 42 a partir da extremidade de orelha laminada mais espessa 32 para a parte de coluna monolítica 34, melhorando, assim, a transferência de carga de uma parte para a outra.

[038] Como pode ser visto nas Figuras 4A-4D, o comprimento e o posicionamento das dobras de compensação 38 variam de Figura para Figura. As Figuras 4A e 4B representam a extremidade de uma orelha 32 tendo uma configuração simétrica. Isto é, o comprimento e o posicionamento das dobras de compensação 38 na extremidade de orelha 32 são simétricos sobre a linha do centro ou eixo longitudinal A-A. A Figura 4A representa uma configuração simétrica em que o comprimento de sucessivas dobras de compensação 38 aumenta na metade superior 39 e na metade inferior 41 da extremidade de orelha 32, à medida que se desloca a partir da linha central A-A em direção à superfície superior 43 e à superfície inferior 45 da extremidade de orelha 32. A Figura 4B representa uma configuração simétrica em que o comprimento de sucessivas dobras de compensação 38 diminui em ambas as metades, 39 e 41, da extremidade de orelha 32, à medida que se desloca a partir da linha central A-A em direção à superfície superior 43 e à superfície inferior 45 da extremidade de orelha 32.

[039] As Figuras 4C e 4D representam uma extremidade de orelha 32 tendo uma configuração assimétrica. Isto é, o comprimento das sucessivas dobras de compensação 38 na extremidade de orelha 32 só aumenta ou diminui, à medida que se desloca a partir da superfície inferior 45 para a superfície superior 43 da extremidade de orelha 32. A Figura 4C mostra uma configuração assimétrica em que o comprimento das sucessivas dobras de compensação 38 na extremidade de orelha 32 aumenta, à medida que se desloca a partir da superfície inferior 45 para a superfície superior 43 da extremidade de orelha 32. Como mostrado na Figura 4D, pode também ser construída uma extremidade de orelha assimétrica 32 em que o comprimento de sucessivas dobras de compensação 38 diminui, à medida que se desloca a

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15/17 partir da superfície inferior 45 para a superfície superior 43 da extremidade de orelha 32.

[040] Se assim pretendido, diferentemente das estruturas previamente descritas para esta modalidade que têm uma parte central 34 com duas extremidades de orelha mais espessas 32 de cada lado da parte central 34, pode ser construída uma estrutura tendo apenas uma extremidade de orelha mais espesso 32 de acordo com a modalidade descrita. Nesse caso, a estrutura compreenderá uma extremidade semelhante à parte central tecida tridimensional, monolítica, 34 e uma extremidade de orelha mais espessa 32, conforme revelado acima. Uma estrutura construída desta maneira parecer-se-á mais com as estruturas representadas nas Figuras 4A-4D.

[041] Noutra modalidade da presente invenção, a Figura 5 representa um segmento de uma estrutura 44 tendo uma parte de coluna central tecida tridimensional monolítica 46 com duas orelhas ou forquilhas fêmeas 48. Como pode ser visto na Figura 5, as extremidades de orelha fêmeas 48 são anguladas em relação à parte de coluna central 46, de tal modo que as extremidades de orelha fêmeas 48 não estão alinhadas nem colineares com a parte de coluna central 46. De maneira semelhante à modalidades prévias, a parte de coluna central 46 é compreendida de uma pluralidade de camadas tecidas 50 que são entrelaçadas ou tecidas em conjunto. A fim de formar as extremidades de orelha ou forquilhas fêmeas 48, a parte de coluna monolítica 46 é tecida de tal maneira que bifurca 52 para formar ambas as metades das forquilhas. As camadas a 0°/90° na primeira parte ou parte angulada 56 de cada metade das forquilhas continuam a ser entrelaçadas em conjunto.

[042] A fim de proporcionar um intervalo entre as camadas de reforço a 0°/90° 58 para as dobras do tecido de compensação 60 nas partes paralelas ou de extremidade 62 da forquilha, são tecidas fibras de urdidura fora das partes anguladas 56 da preforma. As fibras de urdidura restantes nas extremidades de orelha 48, que são integralPetição 870160080267, de 29/12/2016, pág. 94/109

16/17 mente tecidas com a pluralidade de camadas tecidas 50 na parte da coluna central 46 e partes anguladas 54, formam camadas individuais que são tecidas independentemente umas das outras e propiciam reforço na forquilha 48 nas direções de 0° e 90°. Visto que as camadas a 0°/90° 58 não são entrelaçadas umas com as outras, o reforço em direções diferentes da direção 0°/90°, por exemplo, a direção a ±45° é proporcionado pelas dobras de compensação 60 que são entremeadas entre as dobras a 0°/90° 58, formando pilhas de tecido nas forquilhas que proporcionam reforço quase isotrópico ou direcional múltiplo, quando for adicionado um material de matriz à preforma.

[043] Se assim pretendido, diferentemente da estrutura previamente descrita para esta modalidade que tem uma parte central 46 com duas extremidades de orelha ou forquilhas fêmeas 48 de cada lado da parte central 46, pode ser construída uma estrutura tendo apenas uma extremidade de orelha fêmea 48 de acordo com a modalidade descrita. Nesse caso, a estrutura compreenderá uma extremidade semelhante à parte central tecida tridimensional, monolítica, 46 e uma extremidade ou forquilha de orelha fêmea 48 conforme descrito acima. Uma estrutura construída desta maneira parecer-se-á mais com a estrutura representada na Figura 5.

[044] Em todas as modalidades descritas, depois de as dobras de compensação serem inseridas nas extremidades de orelha, a preforma tecido pode ser sobretrançada com uma dobra de material de vidro, a fim de melhorar a resistência à abrasão da preforma.

[045] Como é evidente para aquelas pessoas qualificadas na técnica, as estruturas acima descritas podem ter muitas formas além daquelas aqui reveladas. Por exemplo, as estruturas podem ter uma coluna tecida tridimensional monolítica espessa com configurações de orelha ou forquilha fêmea. A estrutura também pode ter uma coluna tecida tridimensional monolítica espessa com uma orelha macho numa extremidade e uma orelha fêmea na outra extremidade. Além disso, a

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17/17 estrutura pode ter uma coluna tecida tridimensional monolítica fina com orelha fêmea em cada extremidade ou uma orelha macho numa extremidade e uma orelha fêmea na outra extremidade. Ultimamente, todas as configurações podem ter: ambas as orelhas alinhadas ou colineares com a parte de coluna principal; ambas as orelhas anguladas em relação à parte de coluna principal; ou uma orelha pode ser colinear com a parte principal e uma orelha pode ser angulada em relação à parte principal. Embora, conforme descrito acima, as extremidades de orelha sejam consideradas como reforçadas quase isotropica ou multidirecionalmente, as extremidades de orelha podem ter praticamente qualquer configuração laminada. Portanto, as estruturas presentes, por exemplo, um tirante ou uma escora, podem ser projetadas de forma a ter diferentes configurações, a fim de proporcionar vários tipos de reforço ou envolvimento baseados na necessidade específica da estrutura ou no uso pretendido.

[046] Embora uma modalidade preferida da presente invenção e modificações da mesma tenham sido aqui descritas em detalhe, deve ficar entendido que esta invenção não está limitada a esta modalidade e modificações exatas e que outras modificações e variações podem ser efetivadas por uma pessoa qualificada na técnica sem sair do espírito e escopo da invenção conforme definida pelas Reivindicações anexas.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Preforma Tecida, usada para reforçar uma estrutura compósita, que compreende:

uma parte central (16, 34, 46) que tem uma pluralidade de camadas entrelaçadas, cada uma das camadas entrelaçadas tendo uma pluralidade de fibras de urdidura entrelaçadas com uma pluralidade de fibras de trama em três dimensões (X, Y e Z);

uma primeira parte de extremidade (18, 32, 48) tendo uma pluralidade de camadas tecidas independentes; e uma segunda parte de extremidade (18, 32, 48) tendo uma pluralidade de camadas tecidas independentes;

em que dobras da dita pluralidade de camadas tecidas independentes se estendem ao longo do comprimento integral da dita preforma em dita parte central de modo a formar uma montagem de tecido tridimensional;

CARACTERIZADA pelas referidas dobras serem tecidas independentemente nas citadas partes de extremidade, de maneira a formar uma pilha de tecido entretecido; e em que as dobras de compensação (26, 38, 60) são entremeadas entre a dita pluralidade de dobras tecidas independentes nas ditas primeira e segunda partes de extremidade, em que a referida preforma tecida compreende uma ou mais fibras de urdidura numa superfície externa da citada preforma que se prolongam continuamente sobre a superfície exterior ao longo de todo o comprimento da dita preforma tecida; e em que a referida preforma tecida compreende uma ou mais fibras de urdidura que se prolongam ao longo de todo o comprimento da referida preforma tecida e uma pluralidade de fibras de urdidura que tecem da referida preforma tecida

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2/5 e proporcionam uma transição da citada parte central para pelo menos uma das ditas primeira e segunda extremidades.

2. Método Para Fabricar Preforma Tecida, conforme definida na reivindicação 1, compreendendo as etapas de:

tecer uma pluralidade de camadas em conjunto para formar uma parte central (16, 34, 46), cada uma das camadas tendo uma pluralidade de fibras de urdidura entrelaçadas com uma pluralidade de fibras de trama em três dimensões (X, Y, e Z) para formar uma parte central tridimensional;

tecer uma pluralidade de camadas independentes para formar uma primeira parte de extremidade (18, 32, 48), cada uma das camadas independentes tendo uma pluralidade de fibras de urdidura com uma pluralidade de trama em três dimensões (X, Y, e Z) para formar uma primeira parte tridimensional de extremidade;

tecer a referida pluralidade de camadas independentes para formar uma segunda parte de extremidade (18, 32, 48), cada uma das camadas independentes tendo uma pluralidade de fibras de urdidura entrelaçadas com uma pluralidade de fibras de trama em três dimensões (X, Y e Z) para formar uma segunda parte tridimensional de extremidade;

em que as dobras da citada pluralidade de camadas tecidas independentes se estende ao longo do comprimento integral de dita preforma, em que as referidas dobras são tecidas integralmente na citada parte central de modo a formar uma montagem de tecido tridimensional, e

CARACTERIZADA por que as citadas dobras são tecidas independentemente em ditas partes de extremidade de maneira a formar uma pilha de tecido entretecido; e entremear dobras de compensação (26, 38, 60) entre a referida pluralidade de dobras tecidas independentes na citada primeira e em dita segunda partes de extremidade,

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3/5 em que a preforma tecida compreende uma ou mais fibras de urdidura sobre uma superfície externa da citada preforma tecida que se estenderem ao longo de todo o comprimento da dita preforma tecida; e em que a referida preforma tecida compreende uma ou mais fibras de urdidura que se estendem continuamente sobre a superfície externa ao longo de todo o comprimento da referida preforma tecida e uma pluralidade de fibras de urdidura que tecem da dita preforma tecida e proporcionam uma transição da citada parte central para pelo menos uma das referidas primeira e segunda partes de extremidade.

3. Preforma Tecida, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo: uma parte central (16, 34, 46) que tem uma pluralidade de camadas entrelaçadas, cada uma das camadas entrelaçadas compreendendo uma pluralidade de fibras de trama em três dimensões (X, Y e Z);

uma primeira parte de extremidade (18, 32, 48) tendo uma pluralidade de camadas tecidas independentes, em que a dita pluralidade de camadas tecidas independentes são totalmente tecidas com a dita pluralidade de camadas entrelaçadas na dita parte central e se estendem ao longo do comprimento integral da dita preforma tecida e uma segunda parte de extremidade (18, 32, 48) tendo uma pluralidade de camadas tecidas independentes, em que a dita pluralidade de camadas tecidas independentes são totalmente tecidas com a dita pluralidade de camadas entrelaçadas na dita parte central e se estendem ao longo do comprimento integral da dita preforma tecida;

CARACTERIZADA pelas dobras de compensação (26, 38, 60) serem entremeadas entre a dita pluralidade de camadas tecidas independentes nas ditas primeira e segunda partes de extremidade;

em que a referida preforma tecida compreende uma ou mais fibras de

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4/5 urdidura sobre uma superfície externa da citada preforma que se estende continuamente sobre a superfície exterior ao longo de todo o comprimento da dita preforma tecida; e em que duas ou mais fibras de urdidura em camadas adjacentes trocam posição através de uma espessura da parte central numa bifurcação numa extremidade da citada parte central; e um material matriz.

4. Método Para Fabricar Preforma Tecida, conforme definida na reivindicação 1, CARACTERIZADO por que compreende a etapa de:

tecer uma pluralidade de camadas em conjunto para formar uma parte central (16, 34, 46), cada uma das camadas tendo uma pluralidade de fibras de urdidura entrelaçadas com uma pluralidade de fibras de trama em três dimensões (X, Y e Z) para formar uma parte central tridimensional da preforma do tecido, de tal modo que uma ou mais fibras de urdidura se estendem continuamente sobre a superfície exterior da parte central tridimensional da preforma e se estendem ao longo de todo o comprimento de dita preforma tecida;

em que duas ou mais fibras de urdidura em camadas adjacentes da parte central são tecidas para trocar de posição através de uma espessura da parte central numa bifurcação numa extremidade da citada parte central.
5. Preforma Tecida, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA por a pluralidade de fibras de trama compreender primeiros filamentos, estendendo-se numa direção de trama;

a pluralidade das fibras de urdidura compreender segundo filamentos estendendo-se numa direção de urdidura, em que os primeiros e segundos filamentos formam camadas entrelaçadas na parte central; e haver um maior número de segundos filamentos numa primeira região da

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5/5 parte central tecida do que numa segunda região da parte central tecida.
6. Método Para Formar Preforma Tecida, conforme definida na reivindicação 1, CARACTERIZADO por que compreende as etapas de:

tecer primeiros filamentos que se estendem numa direção de trama e segundos filamentos que se prolongam numa direção de urdidura para formar a parte central tecida tridimensionalmente numa primeira região da preforma;

tecer segundos filamentos selecionados em três dimensões (X, Y e Z) numa segunda região da preforma para reduzir uma espessura da parte central tecida tridimensionalmente na segunda região.
7. Preforma Tecida, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA por um ou mais filamentos de urdidura se estenderem ao longo de todo o comprimento da referida preforma e um ou mais filamentos de urdidura se estenderem menos do que todo o comprimento da citada preforma.

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