BRPI0607568A2

BRPI0607568A2 - método para fabricar um membro estrutural oco reforçado com fibra, e, membro estrutural oco reforçado com fibra

Info

Publication number: BRPI0607568A2
Application number: BRPI0607568-1A
Authority: BR
Inventors: Tjaard Sijpkes; Peet Vergouwen; Bert Thuis
Original assignee: Stork Sp Aerospace B V
Priority date: 2005-05-03
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2010-04-06
Also published as: EP1877240B1; JP2013014875A; CA2606810C; US20080187699A1; CA2606810A1; CN101171122B; US8940378B2; EP1877240A1; JP2008540166A; JP5404869B2; WO2006118448A1; CN101171122A

Abstract

MéTODO PARA FABRICAR UM MEMBRO ESTRUTURAL OCO REFORçADO COM FIBRA, E, MEMBRO ESTRUTURAL OCO REFORçADO COM FIBRA. A invenção provê um método para fabricar um membro estrutural oco reforçado com fibra, em particular para veículos aéreos, compreendendo as etapas de prover uma primeira camada de entrelaçamento circular, posicionar um corpo de reforço plano compreendendo pelo menos uma camada de tecido tendo fibras de urdidura e uma fibra de trama contra uma parte da superficie da primeira camada de entrelaçamento, prover uma segunda camada de entrelaçamento ao redor da primeira camada de entrelaçamento e do corpo de reforço, posicionar a combinação da primeira camada de entrelaçamento, o corpo de reforço e a segunda camada de entrelaçamento em um molde, impregnar a combinação com resina, remover a combinação impregnada com uma resina do molde.

Description

"MÉTODO PARA FABRICAR UM MEMBRO ESTRUTURAL OCOREFORÇADO COM FIBRA, E, MEMBRO ESTRUTURAL OCOREFORÇADO COM FIBRA"

DESCRIÇÃO

A presente invenção refere-se a um membro estrutural ocoreforçado com fibra, em particular para uso com veículos aéreos, porexemplo, como (parte de) trens de aterrissagem, lâminas para hélices e hélicespara helicóptero. Membros estruturais para veículos aéreos, como escoras ebraçadeiras para trens de aterrissagem de aeronaves, usados para transferir amaior parte das cargas unidirecionais, são feitos tradicionalmente em metais,como aço, alumínio ou titânio. Considerável redução de peso pode ser obtidapelo uso de material plástico reforçado com fibra. Um exemplo de um talmaterial é matriz de resina de epóxi com reforço de fibras de carbono. Estesmateriais são tradicionalmente usados em naves espaciais em construçõesesbeltas, de parede de fina como asas ou empenagens.

Um dos problemas de aplicação destes materiais no trem deaterrissagem são as cargas altamente concentradas no trem de aterrissagem,exigindo espessuras de parede muito espessas em relação a sua largura. Estasgrandes espessuras de parede só podem ser fabricadas em compósitoslaminados pela pilha de um grande número de camadas relativamente finasuma sobre a outra, tornando este processo muito intensivo em trabalho e, porconseguinte, dispendioso. No passado, esforços foram feitos para fabricarestes tipos de componentes em compósitos de material de fibra de vidro pré-impregnado tradicionais, mas que nunca obtiveram sucesso devido ao altocusto de material e mão-de-obra.

Um dos métodos para reduzir custo é usar tecnologias demoldagem líquida, como RTM (moldagem por transferência de resina). Comestes métodos, os reforços de fibra são, primeiro, completamente montadosem uma pré-forma, após o que esta pré-forma é injetada com a resina líquidaem um molde negativo. Embora isto possa significar um aperfeiçoamento emrelação ao custo, a quantidade de trabalho envolvida na feitura da pré-forma éainda muito elevada.

Diversos métodos para mecanizar a fabricação da pré-formaforam desenvolvidos no passado, como entrelaçamento em 2D e 3D,tricotagem em 3D, tecidos não-amassáveis e tecidos costurados. Todos estesmétodos sofrem de limitações específicas na geometria e arranjos que podemser fabricados. Todos estes métodos não são adequados como componentestipo viga para componentes de trem de aterrissagem de aeronave.

A presente invenção, por um lado, objetiva reduzir custos paraa fabricação de membros estruturais ocos reforçados com fibra e, por outrolado, melhorar sua qualidade. Por conseguinte, o método de acordo com ainvenção compreende as etapas de:

- prover uma primeira camada de entrelaçamento circular,

- posicionar um corpo de reforço plano compreendendo pelomenos uma camada de tecido tendo fibras de urdidura e uma fibra de tramacontra uma parte da superfície da primeira camada de entrelaçamento,

- prover uma segunda camada de entrelaçamento ao redor daprimeira camada de entrelaçamento e do corpo de reforço,

- posicionar a combinação da primeira camada deentrelaçamento, o corpo de reforço e a segunda camada de entrelaçamento emum molde,

- impregnar a combinação com resina,

- remover a combinação impregnada com uma resina domolde.

Membros estruturais fabricados de acordo com a invenção têma vantagem importante de poderem ser carregados a partir de mais direções,por exemplo, para oferecer resistência contra forças laterais e forças defrenagem durante o uso dos membros estruturais, uma vez que as fibras deurdidura e fibras de trama contribuem para a resistência e rigidez do membroestrutural em questão. Sem o uso de um corpo de reforço como a presenteinvenção, em comparação, mais camadas de entrelaçamento devem serusadas, fazendo com que a espessura da parede aumente.

A vantagem do reforço é, em particular, obtida quando, deacordo com um outro modo de realização preferido, o corpo de reforçocompreende uma pilha de camadas de tecido.

Uma boa conexão entre as camadas entrelaçadas e o corpo dereforço pode ser obtida pela injeção, a pressão elevada e temperatura elevada,de uma resina, de preferência, uma resina termocurável, o corpo de reforçoplano e pelo menos uma camada de entrelaçamento no molde.

De preferência, a fibra de entrelaçamento, fibras de urdidurae/ou fibra de trama é uma fibra de vidro, uma fibra de carbono, uma fibra dearamida (Kevlar) ou uma fibra de poliamida, cujas fibras têm boaspropriedades de reforço para o membro estrutural em questão.

A presente invenção, finalmente, refere-se também a ummembro estrutural oco reforçado com fibra fabricado de acordo com ométodo previamente descrito de acordo com a presente invenção.

Em geral, o objetivo da invenção é reduzir custo enquantomelhora a qualidade de braçadeiras de compósito em comparação com atécnica anterior. Isto pode ser atingido pela combinação em um métodoconvencional (manual), mas otimizado, de colocar reforços de fibra na pré-forma, com um método totalmente automatizado de colocar camadas de lonatransversais na pré-forma. Mais especificamente, o número principal decamadas pode ser mecanicamente cortado de uma pilha de tecido pré-formada, resultando em uma pilha de tamanho líquido de camadas naorientação correta e com as dimensões corretas para a pré-forma. Estas pilhassão colocadas no local e orientação corretos sobre um mandril. Antes e depoisda colocação das pilhas pré-cortadas, uma camada de tecido é entrelaçadasobre o conjunto de mandril. Isto pode ser efetuado em uma assim chamadamáquina de entrelaçar, consistindo de uma máquina de entrelaçar com ummecanismo para mover o mandril e pré-forma na direção longitudinal aolongo da linha central de rotação da máquina. Pela movimentação do mandrildurante o entrelaçamento, uma camada tecida é criada sobre o mandril. Notopo desta camada, pilhas de pré-cortada podem ser colocadas em posiçõesespecíficas novamente, e o processo é repetido novamente com outra camadade entrelaçamento.

Uma das variáveis neste processo de entrelaçamento repetido éa relação entre a velocidade rotacional das bobinas de entrelaçamento e avelocidade longitudinal do mandril, bem como, a circunferência do mandrilcom camadas já presentes, uma vez que ambas determinam o ângulo dasfibras e a espessura da camada em cada seção transversal. Pela variaçãodestes parâmetros, a espessura das camadas ou o ângulo das fibras de entrelaçamento pode se variado.

Em seguida, a invenção será elucidada com referência àdescrição de um modo de realização preferido da presente invenção e àsfiguras esquemáticas a seguir:

a Fig. 1 mostra uma seção transversal de um membroestrutural durante sua fabricação usando o método de acordo com a invenção;e

a Fig. 2 mostra uma vista em perspectiva do membro estruturaldurante um estágio inicial de sua fabricação.

A Fig. 1 mostra um mandril 1 tendo uma seção transversal retangular com cantos arredondados. O mandril 1 fica localizado no lugar daparte interna final de um membro estrutural oco reforçado com fibra que foifabricado de acordo com um primeiro modo de realização preferido dométodo de acordo com a invenção. Uma primeira camada de entrelaçamentocircunferencial 2 é entrelaçada ao redor do mandril 1. Por questão de clareza,uma certa distância está presente na Fig. 1 entre o mandril 1 e a primeiracamada de entrelaçamento 2, cuja distância realmente não existe.

O entrelaçamento da primeira camada de entrelaçamento (bemcomo, da segunda camada de entrelaçamento 3 e terceira camada deentrelaçamento 4 a ser discutidas) é realizado pelo suprimento de fibra deentrelaçamento de um ponto de suprimento 5 de acordo com uma linhapontilhada 8 em direção ao mandril 1 durante a rotação simultânea do mandril1 ao redor da linha central 8 de acordo com a seta 7. Simultaneamente, omandril 1 é movido perpendicularmente para frente e para trás ao plano dodesenho, fazendo com que as fibras definam, em vista lateral, uma forma emV tendo um ângulo de ápice, por exemplo, de 90 graus ou 120 graus,dependendo, por um lado, da velocidade rotacional do mandril 1 e, por outrolado, da velocidade com a qual o mandril 1 é movido para frente e para trásperpendicular ao plano do desenho. Como uma alternativa, é possível tambémque o ponto de suprimento 5 gire ao redor (a linha central 5 do) mandril 1 nadireção da seta 9 e/ou que o ponto de suprimento 5 (no lugar do mandril 1 ou,possivelmente, mesmo simultaneamente com o mandril 1) se mova parafrente e para trás perpendicular à fase do desenho. O movimento relativo entrea fibra 8 e o mandril 1 é relevante a este respeito. Caso desejado, uma pare dafibra 8 que acabou de ser enrolada pode, durante o entrelaçamento, serpressionada por rolos de pressão.

Uma vez que a primeira camada de entrelaçamento 2 tenhaalcançado uma espessura desejada, o entrelaçamento ou, em outras palavras, omovimento relativo entre o ponto de suprimento 5 e o mandril 1, bem como, osuprimento de fibra 8 via o ponto de suprimento 5, é interrompido, após o queum primeiro corpo de reforço 10 é provido nos locais curtos opostos domandril 1 sobre o lado externo da primeira camada de entrelaçamento 2, peloposicionamento destes corpos de reforço 10 de modo manual oumecanicamente, por exemplo, com a ajuda de um robô de pegar e colocar,contra as partes em questão sobre o lado externo da primeira camada deentrelaçamento 2, e a fixação neste local, por exemplo, com a ajuda de umauxiliar de colagem, pinos mecânicos ou outros meios de fixação.

Cada corpo de reforço é constituído por um número decamadas de tecido tendo fibras de urdidura e fibras de trama, cujas camadassão empilhadas uma sobre a outra. Durante estágios mais cedo, as camadas detecido foram interconectadas com o uso, por exemplo, de um aglutinantetermoplástico a temperatura e pressão elevadas.

Em seguida, o processo de entrelaçamento é continuado,fazendo com que uma segunda camada de entrelaçamento 3 comece a sedesenvolver, cuja segunda camada de entrelaçamento 3 pressiona os corposde reforço 10 contra a primeira camada de entrelaçamento 2. A Fig. 2 refere-se a esta situação. Em seguida, corpos de reforço adicionais, como corpos dereforço 11 na Fig. 1 e camadas de entrelaçamento adicionais, como a terceiracamada de entrelaçamento 4 na Fig. 1, podem ser feitas de uma maneirasimilar, dependendo também da resistência e rigidez necessárias.

Assim que a quantidade desejada de camadas deentrelaçamento e corpos de reforço seja provida, em uma etapa seguinte ototal, incluindo o mandril 1, é colocado em um molde rígido que circundacompletamente o todo, após o que as camadas de entrelaçamento 2, 3, 4 e oscorpos de reforço 10, 11 são injetados com uma resina, por exemplo, umaresina termo-endurecível como resina epóxi, a temperatura e pressãoelevadas. Após o endurecimento da resina, o molde externo é aberto e omandril 1 é removido, resultando em um membro estrutural oco reforçadocom fibra que pode ser processado mecanicamente, por exemplo, porusinagem, perfuração ou corte. Tal produto pode ser aplicado, por exemplo,como parte de um trem de aterrissagem, uma lâmina de hélice ou como hélicepara um helicóptero.

Embora os corpos de reforço 10, 11 no modo de realizaçãopreferido acima descrito sejam providos em lados planos, é possível também,dentro da estruturação da presente invenção, que os corpos de reforço 10, 11sejam providos em locais arredondados, por exemplo, no local dos cantosarredondados do mandril 1.

Claims

1. Método para fabricar um membro estrutural oco reforçadocom fibra, em particular para veículos aéreos, caracterizado pelo fato decompreender as etapas de:- prover uma primeira camada de entrelaçamento circular,- posicionar um corpo de reforço plano compreendendo pelomenos uma camada de tecido tendo fibras de urdidura e uma fibra de tramacontra uma parte da superfície da primeira camada de entrelaçamento,- prover uma segunda camada de entrelaçamento ao redor daprimeira camada de entrelaçamento e do corpo de reforço,- posicionar a combinação da primeira camada deentrelaçamento, o corpo de reforço e a segunda camada de entrelaçamento emum molde,- impregnar a combinação com resina,- remover a combinação impregnada com uma resina do molde.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato do corpo de reforço compreender uma pilha de camadas de tecido.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2,caracterizado pelo fato da injeção do corpo de reforço plano e da pelo menosuma camada de entrelaçamento no molde a pressão elevada e a temperaturaelevada com uma resina sendo, de preferência, uma resina termocurável.

4. Método de acordo com a reivindicações 1, 2 ou 3,caracterizado pelo fato da fibra de entrelaçamento, fibras de urdidura e/oufibra de trama ser uma fibra de vidro, uma fibra de carbono, uma fibra dearamida ou uma fibra de poliamida.

5. Membro estrutural oco reforçado com fibra, caracterizadopelo fato de ser fabricado por um método como definido em uma dasreivindicações 1-4.