BRPI0610476A2

BRPI0610476A2 - dispositivo para injetar uma resina em pelo menos uma camada de fibra de um produto reforçado com fibra, método para fabricar um produto oco reforçado com fibras, e, uso de um dispositivo

Info

Publication number: BRPI0610476A2
Application number: BRPI0610476-2A
Authority: BR
Inventors: Tjaard Sijpkes; Peet Vergouwen; Bert Thuis
Original assignee: Stork Sp Aerospace B V
Priority date: 2005-05-03
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2012-10-30
Also published as: CA2606808C; CA2606808A1; JP2008540165A; CN101171121B; ES2545539T3; WO2006118442A1; EP1888322B1; US20080191387A1; CN101171121A; JP5519149B2; EP1888322A1; US8501073B2

Abstract

DISPOSITIVO PARA INJETAR UMA RESINA EM PELO MENOS UMA CAMADA DE FIBRA DE UM PRODUTO REFORçADO COM FIBRA, MéTODO PARA FABRICAR UM PRODUTO OCO REFORçADO COM FIBRAS, E, USO DE UM DISPOSITIVO. A invenção provê um dispositivo para injetar uma resina em pelo menos uma camada de fibra de um produto reforçado com fibra (5) a ser fabricado, compreendendo um molde (2) tendo uma cavidade de molde (4) cercada por uma parede do molde para confinamento do produto contra a mesma na condição fechada do molde. Uma parte rígida (3a, 3b, 3c, 3d) da parede do molde é móvel em relação à outra parte da parede do molde na condição fechada do molde, de modo a assegurar um confinamento contínuo da parte móvel da parede do molde dentro dos produtos quando retração da resina causada por sua cura ocorre subseqüente ao processo de injeção.

Description

"DISPOSITIVO PARA INJETAR UMA RESINA EM PELO MENOS UMA CAMADA DE FIBRA DE UM PRODUTO REFORÇADO COM FIBRA, MÉTODO PARA FABRICAR UM PRODUTO OCO REFORÇADO COM FIBRAS, E, USO DE UM DISPOSITIVO"

DESCRIÇÃO

A presente invenção refere-se a um dispositivo para injetar uma resina em pelo menos uma camada de fibra de um produto reforçado com fibra a ser fabricado, compreendendo um molde tendo uma cavidade de molde que é cercada por uma parede de móvel para encosto do produto contra a mesma na condição fechada do molde. Mais especificamente, a invenção refere-se a um dispositivo por meio do qual membros de construção reforçados com fibra podem ser fabricados. Em particular, para uso em aeronaves, por exemplo, como (uma parte de) sistemas de trem de aterrissagem, lâminas de hélice e lâminas de helicóptero e, especialmente, membros de construção ocos.

É conhecido o uso de uma tecnologia de moldagem líquida, referida como RTM (moldagem por transferência de resina) para fabricar tais membros de construção. O dispositivo de acordo com o parágrafo introdutório é conhecido em relação ao uso da mencionada tecnologia RTM. Com esta tecnologia, os reforços de fibra são, primeiro, completamente montados em um pré-formado, após o que o mencionado pré-formado é injetado coma resina líquida em um molde negativo. Tradicionalmente, um molde interno e um externo definindo uma cavidade de molde entre eles têm sido usados para formar membros de construção ocos. Os reforços de fibra são colocados mais ou menos em forma de um tapete na mencionada cavidade, após o que a resina líquida é injetada na cavidade de molde e, assim, nos reforços de fibra. Após a cura, o produto assim formado é removido do molde para ser sujeito a etapas adicionais de processamento para se obter um membro de construção reforçado com fibra como produto final. Um problema que ocorre durante o processo de cura da resina é o fato de um certo grau de retração da resina poder ocorrer, pela extensão de algum percentual (por exemplo, 2% ou 3%), resultando no produto tender a se afrouxar da parede do molde contra a qual o produto se apóia no início do processo de injeção. Isto pode conduzir à formação de fissuras externas, bem como, internas no material, causadas, por exemplo, por delaminação, e/ou imperfeições na superfície. Estes efeitos negativos aumentam, uma vez que a espessura do material do produto aumenta.

O objetivo da presente invenção é superar os efeitos negativos mencionados anteriormente da retração da resina. Para realizar o objetivo, uma parte rígida da parede de molde é, tipicamente, móvel em relação à outra parte da parede do molde na condição fechada do molde, de modo a assegurar um confinamento contínuo da parte móvel da parede do molde com os produtos quando da retração da resina causada por sua cura ocorre subseqüente ao processo de injeção. Desse modo, pode ser assegurado que nenhum vazio seja formado quando da retração da resina, o que poderia ser condutor de formação de fissuras ou que, de outro modo, poderia causar falhas do produto. Pelo uso do dispositivo de acordo com a invenção, é possível continuar a exercer a pressão (constante) sobre a superfície (final) livre dos produtos durante o processo de cura da resina. O fato das partes móveis serem rígidas leva, adicionalmente, a que um controle da estrutura superficial final dos produtos e seus contornos seja retido. O molde forma uma ferramenta semi-rígida neste caso, o que torna possível reter um controle preciso da geometria e a estrutura superficial do produto. Um modo de realização preferido especial para uso na

fabricação de um produto completo é obtido se o molde compreender um molde interno para ser posicionado na cavidade do produto e um molde externo para ser posicionado sobre o lado externo do produto, onde pelo menos uma parte rígida do molde interno é move na condição fechada do molde.

Um modo de realização muito adequado do dispositivo de acordo com a invenção é obtido caso a parede do molde compreenda segmentos de parede do molde rígidos que são interconectados por meio de um material flexível, mais preferidamente, um material resiliente. Desse modo, a parede do molde pode acompanhar prontamente a movimentação do produto quando da retração da resina.

Um confmamento ótimo das partes móveis da parede do molde contra o produto durante a retração da resina é obtido caso o dispositivo seja provido com meios de pressão para pressionar a parte move da parede do molde contra o produto quando da retração da resina. Tais meios de pressão poderiam ser constituídos de molas de compressão, por exemplo.

Alternativamente e, possivelmente, mesmo em combinação com os mesmos, os meios de pressão mais preferidamente compreendem uma câmara de pressão sobre o lado da parte move da parede do molde remota do produto para pressionar a parte móvel da parede do molde contra o produto na retração da resina sob a influência da pressão que prevalece no interior da câmara de pressão. Uma vantagem importante no uso de tal câmara de pressão é a possibilidade de controlar a força pela qual a parte móvel da parede do molde se apóia contra o produto, o que pode ser feito variando-se a

pressão no interior da câmara de pressão.

Um modo de realização altamente eficiente é obtido caso a câmara de pressão, pelo menos substancialmente, se unir a toda a circunferência do molde interno.

Para aquecer a resina de modo a estabelecer o processo de cura, o molde é, de preferência, provido de canais de aquecimento para um fluido de aquecimento por meio dos quais o produto no molde pode ser aquecido.

Por outro lado, o molde é mais preferidamente (também) provido de canais de resfriamento para um refrigerante, por meio dos quais o produto no molde pode ser resfriado. Deve-se imaginar a este respeito que o processo de cura de resina, em particular resina epóxi, é um processo exotérmico.

De acordo com um seu outro aspecto, a presente invenção refere-se a um método para fabricar um produto oco reforçado com fibra, compreendendo as etapas de:

- injetar uma resina em um espaço intermediário formado por um molde externo e um molde interno, bem como, no produto a ser formado, que esteja presente no espaço intermediário, e

- curar a resina subseqüente a sua injeção, onde as partes de parede do molde externo e/ou do interno acompanham a movimentação do produto a se fabricado quando de sua retração.

As vantagens de usar tal método já foram referidas acima, na explicação do dispositivo de acordo com a presente invenção.

A presente invenção refere-se ainda ao uso de um dispositivo de acordo com a presente invenção para fabricar um produto oco reforçado com fibra consistindo de resina e fibras.

A presente invenção será explicada agora em mais detalhe por meio de uma descrição de dois modos de realização preferidos do dispositivo de acordo com a invenção, na qual é feita referência às seguintes figuras esquemáticas:

a Fig. 1 é uma vista em seção transversal de um primeiro modo de realização preferido de um dispositivo de acordo com a invenção;

a Fig. 2 mostra um detalhe da Fig. 1; e

a Fig. 3 mostra um detalhe, em uma posição comparável à posição na Fig. 2, de um segundo modo de realização preferido de um dispositivo de acordo com a invenção.

A Fig. 1 mostra um molde 1 constituído de um molde externo 2 e um interno 3. Presente entre o molde externo 2 e interno 3 há uma cavidade de molde 6, que é completamente carregada com um produto oco 5 ou, pelo menos, um seu pré-formado, compreendendo pelo menos uma camada de fibra com fibras de, por exemplo, vidro, carbono, aramide (Kevlar) ou poliamida. O produto 5 tem forma retangular, pelo menos em vista em seção transversal, e circunda completamente o molde interno 3, confinando contra a circunferência externa do molde interno. Por outro lado, o produto 5 é posicionado dentro do molde externo 2. Embora o molde externo 2 esteja mostrado como um todo na Fig. 1, o mencionado molde externo 2 consiste de pelo menos duas partes na prática, que podem ser desconectadas uma da outra para tornar possível colocar o produto 5 na cavidade de molde 4 e remove-lo novamente mais tarde.

Como adicionalmente mostrado na Fig. 1, o produto5 tem uma forma substancialmente retangular vazada, com os lados curtos tendo uma espessura de parede relativamente grande e lados longos tendo uma espessura de parede relativamente pequena.

O molde interno 3 compreende quarto segmentos de parede do molde em forma de prato 31, 3b, 3c, 3d, feitos de um metal como uma liga de aço-níquel (por exemplo, invar), aço ou aço inox. Os segmentos de parede do molde 3a, 3b, 3c,3d são interconectados por meio de um material flexível, como borracha, um elastômero ou silicone, no local dos cantos entre os lados longos e curtos do molde interno 3. O mencionado material de conexão, tendo propriedades resilientes, flexíveis, possibilita que os segmentos de parede do molde 3a, 3b, 3c, 3d se movam um em relação ao outro e em relação ao molde externo 2.

Um espaço fechado é definido entre os segmentos de parede de molde 3a, 3b, 3c,3d, cujo espaço forma uma câmara de pressão pneumática 6, na qual a pressão pneumática pode ser variada por meio de um compressor, um cilindro de pressão ou de gás nitrogênio. Os segmentos de parede de molde 3a, 3b, 3c,3d tendem a se mover para fora, a partir do centro do molde interno 3, sob a influência de uma pressão elevada dentro da câmara de pressão 6, cuja movimentação se torna possível pela natureza flexível da conexão 7 entre os segmentos de parede de molde 3a, 3b, 3c,3d.

O molde interno 3 (bem como, o molde interno 13 do segundo modo de realização preferido a ser discutido adiante) pode também ter funcionado como um mandril de enrolamento durante um estágio anterior, ao redor de cujo mandril as fibras do produto 5 foram enroladas ou entrelaçadas.

No uso do molde 1, uma resina é injetada no produto 5 via canais de resina (não mostrados) no molde externo 2 e/ou molde interno 3. Para esta finalidade, uma pressão sub-atmosférica pode ter sido gerada na cavidade de molde 4 primeiro para assistir no espalhamento do material de resina entre as fibras de pelo menos uma sua camada de fibra. Alternativamente, ou em combinação com os mesmos, a resina também pode ser injetada sob uma pressão elevada. Após tal processo de injeção, a cura do residente ocorre sob uma pressão elevada (por exemplo, de até 0,6MPa) e uma temperatura elevada. A temperatura elevada pode ser obtida pelo transporte de um fluido aquecido, por exemplo, óleo, através dos canais de aquecimento (não mostrados) providos no molde externo 2 e/ou molde interno 3.

Um certo grau de retração (tipicamente, 2%ou 3%) do material ocorrerá durante o seu processo de cura, em qualquer caso no qual uma resina epóxi for usada), resultando em que o produto 5 tenda a ficar frouxo do molde externo 2 e/ou o molde interno 3. Esta tendência será a máxima no local de segmentos de parede de molde 3b e 3d, uma vez que a espessura de parede do produto 5 é máxima neste local.

Um confinamento contínuo do molde interno 3, mas especificamente dos segmentos de parede de molde 3b e 3d, contra o produto 5 pode ser assegurado, a despeito da retração do produto 5 no local de seus lados curtos, por exercer uma pressão adequada dentro da câmara de pressão 6, resultando em um risco significativamente reduzido de formação de fissura ou da ocorrência de outras imperfeições (superficiais).

Durante um estágio posterior do processo, os canais de aquecimento também podem ser suados para transportar um refrigerante através dos mesmos coma finalidade de refrigerar o produto 5 durante o processo de cura da resina em seguida a sua injeção, o que pode se necessário por conta da natureza exotérmica do processo de cura.

Após a resina no produto 5 ter curado, o produto 5 é removido da cavidade de molde 4 para ser sujeito a etapas adicionais de processamento para se obter um produto final, como um membro de construção oco reforçado com fibra, por exemplo, para uso na indústria aeroespacial.

A Fig. 3 mostra um modo de realização alternativo de um dispositivo de acordo com a invenção, que pode ser combinado também com o primeiro modo de realização preferido como mostrado nas Figs. 1 e 2. O molde 11, apenas um detalhe do qual está mostrado na Fig. 3, cujo detalhe corresponde ao detalhe mostrado na Fig. 2, compreende um molde externo 12 3 um molde interno 13 de um material sólido, que pode também ser substituído por um molde interno 3 de acordo com as Figs. 1 e 2. Definida entre o molde externo 12 o molde interno 13, há uma cavidade de molde 14, dentro da qual o produto 15 está presente, com a forma da cavidade de molde 14 e o produto 15 correspondendo essencialmente àquela da cavidade de molde 4 e do produto 5, respectivamente, de acordo com as Figs. 1 e 2.

Como já indicado anteriormente, a resina tende a retrair durante o seu processo de cura após ter sido injetada no produto 15, resultando no produto 15 tender a se soltar do molde externo 2. Para impedir isto, um segmento de parede de molde 18 é provido no loca dos lados curtos do molde externo 2, sobre cujo lado remoto do produto 15 uma câmara de pressão 16 é provida. A pressão na câmara de pressão 16 pode ser variada por meio de um compressor. Um confinamento contínuo do segmento de parede de molde 18 contra o lado externo do (lado curto do) produto 15 durante o processo de retração da resina pode ser efetuado pelo aumento da pressão no interior da câmara de pressão 16.

Claims

1. Dispositivo para injetar uma resina em pelo menos uma camada de fibra de um produto reforçado com fibra a ser fabricado, caracterizado pelo fato de compreender um molde tendo uma cavidade de molde que é cercada por uma parede do molde para confinamento do produto contra a mesma na condição fechada do molde, onde uma parte rígida da parede do molde é móvel em relação à outra parte da parede do molde na condição fechada do molde, de modo a assegurar um confinamento contínuo da parte móvel da parede do molde com os produtos quando a retração da resina causada pela sua cura ocorre subseqüente ao processo de injeção.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 para injetar uma resina em pelo menos uma camada de um produto reforçado com fibra a ser fabricado, caracterizado pelo fato do molde compreender um molde interno para ser posicionado na cavidade do produto e um molde externo para ser posicionado sobre o lado externo do produto, onde pelo menos uma parte rígida do molde interno é móvel na condição fechada do molde.

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato da parede do molde compreender segmentos de parede de molde rígidos que são interconectados por meio de um material flexível.

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato do mencionado material flexível ser resiliente.

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato do dispositivo ser provido com meios de pressão para pressionar a parte móvel da parede do molde contra o produto quando da retração da resina.

6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato dos meios de pressão compreenderem uma câmara de pressão sobre o lado da parte móvel da parede do molde remota do produto para pressionar a parte móvel da parede do molde contra o produto quando da retração da resina sob a influência da pressão que prevalece no interior da câmara de pressão.

7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2 e reivindicação -6. caracterizado pelo fato da câmara de pressão, pelo menos substancialmente, se unir a toda a circunferência do molde interno.

8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato do molde ser provido com canais de aquecimento para um fluido de aquecimento por meio dos quais o produto no molde pode ser aquecido.

9. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato do molde ser provido com canais de resfriamento para um refrigerante por meio dos quais o produto no molde pode ser resfriado.

10. Método para fabricar um produto oco reforçado com fibras, compreendendo as etapas de: - injetar uma resina em um espaço intermediário formado por um molde externo e um molde interno, bem como, no produto a ser fabricado, que está presente no espaço intermediário, caracterizado pela cura da resina subseqüente a sua injeção, onde as partes de parede do molde externo e/ou do interno acompanham a movimentação do produto a ser fabricado quando de sua retração.

11. Uso de um dispositivo como definido em qualquer uma das reivindicações 1-9, caracterizado pelo fato de ser para fabricar um produto oco reforçado com fibra consistindo em resina e fibras.