BRPI0613327A2 - processo de realização de reforço para material compósito e dispositivo para prática de tal processo - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE REALIZAçAO DE REFORçO PARA MATERIAL COMPóSITO E DISPOSITIVO PARA PRATICA DE TAL PROCESSO. O objeto da invenção é um processo de realização de um reforço (10) para material compósito compreendendo pelo menos duas camadas (12, 14) destinadas a serem mergulhadas em uma matriz polimérica, caracterizado pelo fato de pelo menos uma camada (14) ser constituída de fios (16) contínuos segundo uma direção principal (F), e pelo fato de os fios (16) serem dispostos conforme um espaçamento variável ao longo desta direção principal (F).

Description

"PROCESSO DE REALIZAÇÃO DE REFORÇO PARA MATERIALCOMPÓSITO E DISPOSITIVO PARA PRÁTICA DE TAL PROCESSO"

A presente invenção refere-se a um processo de realizaçãode reforço para material compósito com perfil deresistência variável. A invenção também se refere aoreforço obtido e ao produto comportando pelo menos umreforço obtido pela prática de tal processo.

É conhecido o principio geral dos materiais compósitoscada vez mais utilizados em todas as áreas, como nosprodutos esportivos, produtos da área náutica ouautomobilística, para citar apenas alguns exemplos.Este princípio geral consiste em incluir um reforço emuma matriz polimérica. Este reforço serve para conferirao material compósito o essencial de sua resistênciamecânica. Estes reforços são geralmente constituídos defibras de material natural, porém mais geralmente desíntese, e muito comumente de fibras de vidro.

Em função dos diâmetros das fibras, de seus comprimentosde sua natureza, em função dos arranjos internos dascamadas de fibras tecidas, não tecidas, costuradas,coladas ou soldadas, em função de suas disposições, danatureza dos polímeros constituintes das matrizes, obtém-se uma combinação infinita de realizações em função dasnecessidades e das aplicações.

Em função das necessidades, pode-se precisar reforçarmais uma zona do que uma outra.

Neste caso, é conhecido o fato de dispor nesta zona umapeça de reforço, eventualmente recortada em função doperfil da zona, que é superposta ao reforço contínuo dapeça.

Isto evita dispor um reforço contínuo de granderesistência sobre toda a extensão da peça quando apenasuma zona delimitada precisa de uma resistência maior.Existe um outro problema que atualmente não estáresolvido e que o processo de acordo com a presenteinvenção se propõe a solucionar.

De fato, toma-se como exemplo, de maneira totalmenteilustrativa e não limitativa de aplicação, a realizaçãode uma prancha de esqui ou de snow-board. De maneirageral, constata-se que é prevista uma superposição decamadas de reforços mergulhadas em uma matriz de resinaou de polímero termoplástico.

Uma vez obtido, o produto bruto é recortado e recebeacabamento.

Durante a etapa de realização da prancha bruta, osreforços são superpostos e a resistência sobre toda aextensão é idêntica e corresponde pelo menos àresistência mais elevada necessária, ou seja, a da zonamais solicitada da dita prancha.

É possível dispor camadas suplementares de reforço nocentro da prancha na zona mais solicitada. Compreende-seque esta solução apresenta vários inconvenientes.

Em primeiro lugar, a espessura é aumentada na zonacomportando o reforço.

Além disso, a prancha obtida não apresentacaracterísticas ótimas, pois não há uma boa transiçãoentre a zona não reforçada e a zona reforçada.

A resistência geral da prancha também é prejudicada, poisnão há continuidade de uma extremidade à outra dasfibras. A progressividade das deformações sob esforçossobre o comprimento não é mais assegurada e a curvaturanão é mais homogênea.

Economicamente, também se constatam os inconvenientesdecorrentes. No caso em que o reforço é inutilmenteprolongado sobre todo o comprimento, o fabricante perdenão somente a parte do reforço inútil na prancha acabada,mas também o reforço inútil da parte recortada econsiderada como descarte.

O processo da arte anterior também gera mais reciclagemde resíduos.

O processo de acordo com a invenção permite remediarestes problemas propondo a utilização de fibras contínuasna direção principal de solicitação, porém com umaresistência reforçada em pelo menos uma zona por meio deuma distribuição diferente.

O processo de acordo com a presente invenção é descrito aseguir, segundo um modo de realização particular, nãolimitativo, sendo ilustrado por um exemplo particular,não limitativo, sendo o dito exemplo objeto dos desenhosanexos nos quais:

A figura IA representa uma vista de cima de um reforçosimples obtido pelo processo de acordo com a presenteinvenção;

As figuras IB e IC representam dois cortes transversaisdo reforço da figura IA respectivamente segundo as linhasIB-IB e IC-IC;

As figuras 2A e 2B representam duas vistas em cortetransversal de um reforço mais complexo obtido pelo mesmoprocesso, segundo as linhas de cortes idênticas às dafigura IA;

As figuras 3A e 3B ilustram duas vistas de um primeiromeio por pivotamento para permitir a prática do processoa fim de obter um reforço simples;

As figuras 3C e 3D ilustram duas vistas de cimacomplementares para facilitar a compreensão das figuras3A e 3B;

As figuras 4A e 4B, representam duas vistas de um segundomodo de realização por translação para permitir a práticado processo a fim de obter um reforço simples;

- as figuras 5A e 5B representam duas vistas de umterceiro modo de realização por estiramento para permitira prática do processo a fim de obter um reforço simples,e;

A figura 6 é uma vista esquemática ilustrativa de umaprancha de snow-board obtida a partir do reforço obtidosegundo o processo de acordo com a invenção.

O processo de acordo com a presente invenção é descritodetalhadamente a seguir em referência às figuras anexas.Na figura IA, representou-se um reforço 10, composto deuma primeira camada 12, por exemplo, de fibras de vidronão tecidas, sobre a face superior da qual é prevista umasegunda camada 14.

A segunda camada 14 é constituída de fios 16 contínuosorientados no sentido longitudinal, indicado neste casopela seta F.

O processo é praticado continuadamente permitindoreproduzir módulos 18, por exemplo, para a realização deuma prancha de snow-board.

Cada módulo compreende três zonas principais PI, P2 e P3,excluindo as zonas de transição T.

Na primeira zona PI, por exemplo, os fios 16 de reforçosão contínuos, dispostos paralelamente â direçãolongitudinal F, e afastados uns dos outros.Em seguida, a próxima zona principal P2 é uma zona naqual o espaçamento dos fios 16 é modificado e, nestecaso, este espaçamento é diminuído.

Entre estas duas zonas, há uma zona T de transição, umavez que os fios são contínuos.

Na outra extremidade da zona P2 central, nesta aplicaçãopara uma prancha de snow-board, há uma nova zona detransição T para retornar, na zona P3, aos espaçamentosde fios 16 de reforço idênticos aos da zona PI.

Nesta aplicação, o arranjo apresenta uma simetria totalsem que isto deva ser sido considerado como umaobrigação.

Estes fios de reforço previstos para serem aplicadossobre uma base, neste caso a camada 12, devem estar fixospara que os espaçamentos sejam mantidos até que o reforçoseja aplicado e mergulhado na matriz polimérica.Para tal, pode-se utilizar qualquer meio de fixação talcomo, por exemplo, colagem ou costura.

As vistas em corte mostram a superposição das duascamadas 12 e 14.

Nota-se que, na zona P2 representada na figura IC, osfios estão próximos uns dos outros. Evidentemente, asfiguras são esquemáticas e os fios podem estar achatadosdependendo dos produtos, notadamente no caso de costuras.Nas figuras 1, também se representou uma terceira camada20 na parte inferior, sob a primeira camada 12, que é umacamada de acabamento, por exemplo uma tela.0 processo permite a obtenção de um produto representadona figura 6. Nota-se que uma vez que um ou mais reforçosforam mergulhados em uma resina polimérica e que areticulação foi obtida, o produto está geralmente prontopara o corte.

No caso representado, trata-se de uma prancha de snow-board, e o corte é representado por um traço descontínuona figura 6.

Constata-se que na zona central P2 os fios 16 estãodensifiçados em relação â superfície estreita e,portanto, reduzida, o que proporciona uma resistênciamaior nesta zona muito solicitada mecanicamente e devendoapresentar uma rigidez maior.

Nas zonas de extremidade Pl e P3 os fios estão afastadose a densidade é menor proporcionando uma menorresistência mecânica desta zona menos solicitada, porémuma maior flexibilidade, o que é necessário para conferirboa qualidade à prancha.

As zonas de transição T podem ser adaptadas para sergraduais com a proporcionalidade desejada.A resistência do conjunto é, por outro lado,completamente preservada através da continuidade dos fiosde reforço. Esta continuidade também permite transmitiros esforços e interligar as partes anterior, média eposterior.

Nota-se também que o descarte D é otimizado e que os fiosde reforço são quase completamente utilizados. Neste modode realização, cálculos mostraram que houve uma economiade 25% de matéria prima utilizada.

O peso do produto acabado também é otimizado uma vez quenão foi necessário densificar os fios 16 de reforço naszonas de extremidade da mesma forma que na zona média.

No sentido transversal, a resistência pode ser melhoradaou modificada, e isto de um modo conhecido por integraçãode fios de reforço no sentido transversal, de maneiraregular, durante a fabricação da primeira camada 12.O processo pode ser aplicado a qualquer produto no qualse deseja modificar a resistência mecânica de um materialcompósito em uma zona determinada e segundo uma direçãodeterminada.

É possível adaptar o processo a uma infinidade devariantes, pois a natureza, o diâmetro e o tipo dos fiosde reforço, a quantidade, o espaçamento, o comprimento, onúmero de zonas de transição, a angulação, são parâmetrosmodificáveis e ajustáveis.

Na figura IA, foi ilustrado um modo de realizaçãosimples, porém também é possível prever várias variaçõessucessivas e diferentes no mesmo comprimento dos fios dereforço.

O reforço 10 obtido pelo processo de acordo com ainvenção também pode comportar uma sucessão de camadas,sendo representado nas figuras 2A e 2B uma superposiçãode duas camadas 14 e 14' de fios 16 e 16' de reforço.

Neste caso é possível atingir um grande número decombinações intervindo nos diâmetros, espaçamentos,superposições ou não de zonas densificadas bem como todosos outros parâmetros mencionados acima.

A fabricação dos reforços é realizada continuadamente demaneira que os módulos 18 se sucedem.

Portanto, é preciso recorrer a dispositivos adaptadospara obter um resultado preciso e repetitivo, e capazesde operar em velocidades elevadas.

Um primeiro modo de realização é ilustrado nas figuras 3Aa 3D.

Este dispositivo compreende de maneira conhecida umaesteira rolante 22 sobre o qual está posicionado umconjunto constituído pela camada 12 e a camada 20, sobreo qual se deve depositar a camada 14 constituída pelosfios 16.

Os fios 16 provenientes de bobinas passam através demeios de distribuição 24 com espaçamento variável. Nomodo de realização representado, estes meios compreendemuma guia horizontal 26 capaz de se posicionartransversalmente à direção longitudinal F como mostradonas figuras 3A e 3C, no sentido da movimentação S. Estaguia 2 6 compreende aberturas 2 8 independentes umas dasoutras.

O número e os espaçamentos entre as aberturas sãoadaptados aos espaçamentos de base determinados paraefetuar o depósito dos fios da camada 14 quando a guiaestá perpendicular.

Quando o espaçamento deve ser reduzido, como mostrado nasfiguras 3B e 3D, a guia é orientada para formar um ânguloincidente diferente de 90°, sendo que quanto maisafastado de 90° for o ângulo, menor será o espaçamentoentre os fios 16.

A velocidade de rotação da guia para uma velocidade deavanço dada no sentido S condiciona o perfil da zona detransição T correspondente.

Este modo de realização possui, em certas realizações, oinconveniente de acarretar depósitos de fios diferentesnas extremidades das zonas de transição. Contudo, épossível inclinar a guia para compensar esta diferença,porém isto pode complicar a organização.

Uma variante representada nas figuras 4A e 4B visautilizar uma guia 26-1 que compreende espaçadores comparedes inclinadas, sendo a dita guia móvelverticalmente.

Meios de liberação dos fios 16 são associados a estaguia.

Assim, ao se variar a posição relativa da guia 26-1 e dosmeios de fixação, os fios ficam alojados na parteinferior ou na parte superior. Em sendo as paredesinclinadas, é possível assim fazer variar o espaçamentoentre os fios 16.

Segundo uma outra variante, a guia 2 6-2 é um suporte 34com hastes 36 articuladas capaz de se posicionar devárias maneiras ocasionando, como mostrado nas figuras 5Ae 5B, espaçamentos diferentes conforme o afastamento ou aaproximação das hastes.

As representações são esquemáticas, sendo possível preveroutras variantes e notadamente dispor polias guiadorassobre um suporte com espaçamentos variáveis por meiomovimento de carnes.

Claims (8)

1. Processo de realização de reforço para materialcompósito, comportando o dito reforço (10) pelo menosduas camadas (12, 14) destinadas a serem mergulhadas__emuma matriz polimérica, caracterizado pelo fato de pelomenos uma camada (14) ser constituída de fios (16)contínuos segundo uma direção principal (F), e pelo fatode os fios (16) serem dispostos conforme um espaçamentovariável ao longo desta direção principal (F).

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de os fios (16) de pelo menos umacamada (14) estarem aplicados em pelo menos uma outracamada.

3. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de os fiosserem aplicados por colagem ou costura.

4. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato decompreender várias camadas (14, 14') de fios (16, 16')com espaçamentos variáveis.

5. Dispositivo para prática do processo de realização dereforço para material compósito, caracterizado pelo fatode compreender uma esteira rolante (22) sobre o qual estáposicionada pelo menos uma camada (12), bem como meios dedistribuição (24) com espaçamentos variáveis paradepositar a camada (14) constituída dos fios (16).

6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de os meios de distribuição (24)com espaçamentos variáveis comportarem uma guiahorizontal (26) capaz de se posicionar transversalmente àdireção principal (F) dotada de aberturas (28)independentes umas das outras, sendo a dita guia capaz dese posicionar segundo diferentes posições angulares demaneira que o espaçamento entre os fios (16) varie.

7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de os meios de distribuição (24)com espaçamentos variáveis compreenderem uma guia (26-1)comportando espaçadores com paredes inclinadas, bem comomeios de liberação dos fios (16) , sendo a dita guia e osmeios de liberação móveis uma em relação aos outros.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de os meios de distribuição (24)com espaçamentos variáveis compreenderem um suporte (34)com hastes (36) articuladas capaz de se posicionar devárias maneiras ocasionando espaçamentos diferentesconforme o afastamento ou a aproximação das hastes.