BRPI0616918A2 - método para produzir um produto reforçado com fibra, membro poroso, uso de um membro poroso, compósito reforçado com fibra, e, lámina de turbina eólica - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA PRODUZIR UM PRODUTO REFORçADO COM FIBRA, MEMBRO POROSO, USO DE UM MEMBRO POROSO, COMPóSITO REFORçADO COM FIBRA, E, LáMINA DE TURBINA EóLICA. A presente invenção refere-se a um método de RTM de produzir um produto reforçado com fibra, método que compreende as etapas de: a) colocar pelo menos um membro poroso (104) em um molde (103); b) colocar uma ou mais camadas de fibras de reforço (102) no molde; c) introduzir resina para distribuição através do membro poroso para as camadas de fibra; e d) permitir à resina curar e ao membro de distribuição coalescer para formar uma camada contínua, bem como aos compósitos reforçados com fibra produzidos. A invenção, além disso, refere-se ao uso de um membro poroso de um material que é capaz de coalescer para formar uma camada contínua no produto reforçado com fibra acabado. A invenção supera os problemas relacionados ao uso dos materiais de gel de revestimento convencionais e forma uma camada de superficie do produto final tendo as mesmas ou características semelhantes aos materiais de revestimento de gel tradicionais.

Description

"MÉTODO PARA PRODUZIR UM PRODUTO REFORÇADO COMFIBRA, MEMBRO POROSO, USO DE UM MEMBRO POROSO,COMPÓSITO REFORÇADO COM FIBRA, E, LÂMINA DE TURBINAEÓLICA"

Campo da invenção

A presente invenção refere-se a um método para produzir umproduto reforçado com fibra, a um membro poroso tendo uma estruturapermitindo o fluxo através e no plano da estrutura, ao uso desse membroporoso na produção das estruturas reforçadas com fibra e às estruturasproduzidas de acordo com o mencionado método.

Fundamentos

Estruturas compósitas dè resina reforçadas com fibra sãousadas na fabricação de partes e bens acabados em várias indústrias como asindústrias de turbina eólica, automotiva, de caminhão, aeroespacial, marinha,ferroviária, de utensílios, de contêiner, de construções, de anticorrosão,elétrica e medica, bem como em equipamentos elétricos, veículos derecreação e equivalentes.

Dois tipos de processos de molde podem ser usados paraconstruir as estruturas reforçadas com fibra, ou seja, processos de moldeaberto ou de molde fechado. O processo de molde aberto compreende disporou colocar tanto fibras secas quanto fibras impregnadas de resina dentro deum molde aberto da forma desejada. No processamento de molde fechado, asfibras e/ou meios de reforço, também chamados de "pré-formado", sãocortados para encaixar e, então, colocados no molde. Um método de fechar epressionar o pré-formado contra o molde é, então, empregado. O molde podeser fechado, por exemplo, com uma bolsa de vácuo em formação de vácuo oucom um molde macho/fêmea correspondente. A resina, se não pré-pregueada,é introduzida no pré-formado através de portas para dentro do recinto e, porexemplo, quando usando a técnica de injeção por vácuo, o vácuo podefacilitar a introdução da resina. Quando da cura da resina, o fechamento domolde é, primeiro, removido, seguido pela parte acabada.

A injeção por vácuo é um processo de molde fechadofreqüentemente usado para produzir componentes para a indústria de energiaeólica, por exemplo, lâminas de turbina eólica. A injeção por vácuo utilizauma parte de molde rígida dura e uma bolsa ou membrana flexível que,quando reunidas, são vedadas para formar um molde "fechado", formando,desse modo, a outra parte do molde. Tipicamente, antes de aplicar a bolsa oumembrana flexível, é colocado um membro poroso sobre o topo do pré-formado. No caso da bolsa ou membrana de vácuo reutilizável, os canais dedistribuição podem ser incorporados na bolsa. O vácuo é, então, aplicado etransfere resina através das linhas de alimentação para dentro do molde eatravés do pré-formado das fibras. Essa técnica é freqüentemente referidacomo injeção/infusão por vácuo de superfície, visto que a resina é introduzidana superfície de topo do laminado.

EP 525 263 Al descreve um processo de injeção por vácuoonde a resina é introduzida a partir do lado de molde e tendo as saídas devácuo sobre o lado de membrana. O documento descreve a disposição dosmembros de distribuição de resina, a lona de descamamento e o assentamentode fibra no molde. Entretanto, esse documento não descreve a aplicação dorevestimento de gel no molde na produção da estrutura reforçada com fibra.

Além disso, a aplicação da resina através das entradas no molde não éflexível, ou seja, ela não pode ser mudada para, por exemplo, a aplicação daresina através da membrana ou de outras partes.

Tradicionalmente, no processo de injeção por vácuo, adisposição dos materiais é essencialmente como segue: a superfície interna domolde é coberta com uma substância de cera para impedir que o objetoformado adira ao molde. Depois disso, uma camada de revestimento de gel éaplicada à superfície e o revestimento de gel pode formar gel. Sobre o topo dorevestimento de gel as camadas de fibras são colocadas e, depois disso, omembro poroso e a bolsa ou membrana flexível incluem o conjunto inteiro,quando a resina é introduzida através das entradas sobre o lado de membrana,o membro poroso assegura a distribuição apropriada e completa da resina nomolde.

Alguns compósitos também exigem o uso de uma lona dedescamamento. Uma lona de descamamento é uma camada colocada entre asfibras e o molde. Mais freqüentemente, a lona de descamamento é colocadaentre as fibras e a membrana flexível. A lona de descamamento permite àresina passar através, mas não aderir à resina uma vez que ela cure. Uma lonade descamamento é freqüentemente usada nos processos que não incluem umrevestimento de gel e provê superfícies que são condicionadas para aaplicação de tinta ou outros tipos de revestimento. Uma lona dedescamamento é mais freqüentemente feita de plástico, por exemplo,materiais de nylon®, poliéster ou Kevlar®.

O revestimento de gel é aplicado na forma, por exemplo, deborrifamento, que, depois disso, forma gel para formar uma camada finauniforme sobre a superfície do molde. Os materiais de revestimento de geltradicionais são materiais tixotrópicos que podem ser distribuídos igualmente,não "correm" no molde antes de formar gel e têm as propriedades desejadas,como uma superfície lisa dura depois da moldagem. Entretanto, quando essascamadas de revestimento de gel formam gel, fumos tóxicos podem serformados e o tempo de formação de gel também pode estender o tempo para oprocesso de moldagem. Um outro problema com as camadas de revestimentode gel tradicionais é a formação de bolsas de ar, bolhas ou vazios na camadaque enfraquecerão o produto final à medida que essas bolsas podem fazer orevestimento de gel quebrar no clima frio, gelado.

Os métodos da técnica anterior de produzir estrutura reforçadacom fibra são de trabalho intensivo, incluem múltiplas etapas e adicionar eremover camadas e são custosos, à medida que algumas das camadas somentepodem ser usadas durante a produção, não podem ser reutilizadas e precisamser descartadas posteriormente. Além disso, durante a produção, é somentedepois que o processo de moldagem tiver terminado que possíveis falhas, porexemplo, distribuição desigual da resina, podem ficar visíveis. Essas falhasterão de ser corrigidas manualmente depois da moldagem, o que prolonga otempo de produção e é difícil e de trabalho intensivo.

É objetivo da presente invenção prover um método fácil deproduzir o produto reforçado com fibra com uma superfície lisa dura.

É um outro objetivo da presente invenção prover um métodomais amigável ambientalmente de produzir um produto reforçado com fibra.

E ainda um outro objetivo da presente invenção prover ummétodo mais econômico de produzir o produto reforçado com fibra.

É um objetivo adicional da presente invenção prover ummétodo para produzir estruturas reforçadas com fibra que produzem produtosde alta qualidade.

Um objetivo adicional da invenção é prover um método quereduz o tempo de produção das estruturas reforçadas com fibra.

As falhas acima podem ser superadas e os objetivos acimasatisfeitos pela presente invenção. As camadas de superfície providas por umaestrutura porosa não foram descritas antes da presente invenção. Além disso,não foi descrito antes usar uma camada de superfície porosa que coalesçaquando exposta a influências externas específicas (química, calor etc), eforme uma camada de superfície contínua no produto final tendo as mesmasou características semelhantes aos materiais de revestimento de geltradicionais como pensada pela presente invenção.

Sumário da invenção

A presente invenção refere-se a um método para produzir umproduto reforçado com fibra, método que compreende as etapas de:a) colocar pelo menos um membro poroso em um molde;

b) colocar uma ou mais camadas de fibras de reforço no

molde;

c) introduzir resina para distribuição através do membro5 poroso para as camadas de fibra; e

d) permitir à resina curar e ao membro de distribuiçãocoalescer para formar uma camada contínua.

Além disso, a invenção se refere a um membro poroso tendouma estrutura de chapa tridimensional permitindo o fluxo de uma fase líquidaatravés da estrutura de chapa e em um plano da estrutura, o mencionadomembro poroso sendo capaz de coalescer para formar uma camada contínuana presença das resinas para produzir um produto reforçado com fibra.

Ainda adicionalmente a invenção se refere ao uso de ummembro poroso tendo uma estrutura de chapa tridimensional permitindo ofluxo de uma fase líquida através da estrutura e chapa e no plano da estrutura,o mencionado membro poroso sendo capaz de coalescer para formar umacamada contínua na presença das resinas para produzir um produto reforçadocom fibra como uma camada na produção dos produtos reforçados com fibra.

A presente invenção também se refere ao uso de um membroporoso tendo uma estrutura de chapa tridimensional permitindo o fluxo deuma fase líquida através da estrutura e chapa e no plano da estrutura, omencionado membro poroso sendo capaz de coalescer para formar umacamada contínua externa na presença das resinas para produzir um produtoreforçado com fibra.

Além disso a presente invenção refere-se a um compósitoreforçado com fibra produzido de acordo com o método mencionado acima.

Descrição resumida dos desenhos

A Figura 1 ilustra a produção de técnica anterior de umlaminado por meio do método VARTM.As Figuras 2-3 ilustram diferentes modos de realização dométodo de acordo com a presente invenção onde um membro poroso é usadopara a distribuição de resina.

A Figura 4 ilustra diversos modos de realização de ummembro poroso de acordo com a presente invenção.

Definições

O termo 'revestimento de gel' como usado aqui é bemconhecido para alguém experiente na técnica. Ele representa uma camadaprotetora rija de resina que é borrifada ou pincelada no molde antes das fibrasde reforço serem dispostas. As fibras são dispostas uma vez que orevestimento "forme gel", daí o nome. O revestimento de gel também protegeos tecidos e resinas de reforço no produto completado a partir de luz UV eabrasão. O material de revestimento de gel também pode incluir pigmentospara dar um produto colorido. Esses produtos não precisam, portanto, serpintados depois do processo de moldagem.

O termo 'molde', ou formado, como usado aqui, também ébem conhecido para alguém experiente na técnica. Um 'molde' de acordocom a presente invenção deve ser entendido como um quadro sobre o, ou aoredor do qual um objeto é construído. O 'molde' compreende todas as partesque contribuem para a formação da estrutura reforçada com fibra.

O termo 'fibra', como usado aqui, significa fibras filamentosasfinas, mas também podem ser mechas (feixes de fibra), bandas de mechas outapetes, que podem ser tapetes feltro de fibras unitárias ou tapetes de mechasde fibra. Alternativamente, a fibra na forma de tapete ou tecido de fibraenrolada cozida não tecida pode ser impregnada com uma resina de matriz depoliéster modificada para formar um pré-pregueado para o uso em umavariedade de processos de fabricação. Fibras picadas ou moídas tambémpodem ser usadas. As fibras usadas na presente invenção são, de preferência,fibras de vidro ou fibras de carbono. O termo fibra de carbono significaqualquer uma das fibras carbonizadas ou grafitadas obtidas por processosconhecidos a partir desses precursores de fibra ou filamento orgânicos comoraiom, poliacrilonitrila, piche ou o equivalente.

O termo 'resina', como usado aqui, significa uma resinanatural ou sintética ou um polímero adequado. A resina, é, de preferência,uma combinação de um monômero líquido não-saturado etilenicamente epoliéster não-saturado para formar uma composição de resina de poliéster. Aresina é, mais de preferência, poliéster, vinil éster e resina de epóxi.

Entretanto, a resina no contexto da presente invenção tambémpode ser um sistema combinado incluindo outros químicos comocatalisadores, agentes de endurecimento, acelerador e aditivos (por exemplo,tixotrópicos, de pigmento, carregadores, de resistência química/ao fogo etc).As resinas comercialmente disponíveis preferidas usadas na presente invençãoincluem as resinas padrão no mercado, por exemplo, a partir da Reichhold Inc.

O termo 'cura', como usado aqui, significa que a resina setorna um sólido duro quimicamente resistente. As moléculas na resina farãoligação cruzada assistidas pelos catalisadores ou agentes de endurecimento, eo processo é uma reação química não-reversível.

O termo "tratamento externo" , como usado aqui, é usado paradesignar uma influência que é externa em relação ao membro poroso. Otratamento pode, por exemplo, ser a aplicação de calor externo ou a influênciaa partir do calor formado durante a cura ou uma combinação dos mesmos ou ainfluência a partir de solventes ou constituintes de uma composição de resinacontra o membro poroso é estável somente temporariamente.

O termo "poroso" , como usado aqui, é usado para descreveruma estrutura de material cheia de vazios ou poros e se refere a uma estruturatridimensional que permite o fluxo de uma fase líquida em várias direções daestrutura, tal como um material tricotado, tecido, costurado ou de crochê, emforma de espuma, ou igual a filtro.

Descrição detalhada

A presente invenção refere-se a um método para produzir umproduto reforçado com fibra, método que compreende as etapas de:

a) colocar pelo menos um membro poroso em um molde;

b) colocar uma ou mais camadas de fibras de reforço nomolde;

c) introduzir resina para distribuição através do membroporoso para as camadas de fibra; e

d) permitir à resina curar e ao membro de distribuiçãocoalescer para formar uma camada contínua.

Em um modo de realização da invenção, o membro poroso écolocado de modo a formar uma camada mais externa quando coalescida.

Nesse modo de realização, o membro poroso funciona como um membro dedistribuição durante o preenchimento do molde, depois do que, ele écoalescido e forma uma camada externa.

Desse modo, em um modo de realização, a invenção refere-sea um método para produzir um produto reforçado com fibra tendo umacamada de superfície contínua externa em uma superfície do mesmo usandoum molde que é provido com uma parte tendo uma ou mais aberturas deentrada para introduzir resina dentro do molde, método que compreende asetapas de:

a) colocar um membro poroso em contato com a parte domolde que é provida com a(s) abertura(s) de entrada;

b) colocar uma ou mais camadas de fibras de reforço sobre otopo do membro poroso;

c) fechar o molde;

d) introduzir a resina no molde através da(s) abertura(s) deentrada do molde e do membro poroso em uma quantidade para encher ovazio na(s) camada(s) de fibra de reforço; e

e) permitir à resina curar e ao membro poroso coalescer paraformar a camada de superfície contínua externa em uma superfície do produtoreforçado com fibra.

A invenção é baseada na verificação de que é possívelcombinar o revestimento de gel e o membro de distribuição de resina em umacamada, e, por meio dessa combinação, o processo de produzir componentesreforçados com fibra, como lâminas de turbina eólica, pode ser simplificado,horas trabalhadas podem ser economizadas e os custos podem ser reduzidos.

Também é considerado um modo de realização da invençãoem que o membro poroso não constitui a superfície externa total do produto,mas somente uma parte da mesma, deixando espaço para um pós-tratamentopara preparar as propriedades ou efeitos de superfície desejados.

As etapas do método da invenção podem ser realizadas naordem descrita acima, mas também podem ser realizadas em uma ordemdiferente, sem se desviar do ponto principal da invenção.

Quando usando o método descrito acima, a camadacorrespondendo a um revestimento de gel que é aplicada ao molde ficainicialmente na forma de um membro poroso, mas o produto finalcompreende uma camada contínua em alguns casos, formando a superfícieexterna do produto. Nos casos onde o membro poroso fica localizado entrecamadas das fibras de reforço, o membro poroso pode constituir uma camadacontínua no corpo do produto final. Conseqüentemente, a etapa de aplicar ummembro de distribuição de resina, que precisa ser removido depois damoldagem, é evitada. Isso economizará custos, reduzirá o tempo de produçãopara cada produto e será mais amigável ambientalmente. Parte do material deresina também está incluído na camada de distribuição descartada e, dessemodo, será perdido.

Em um outro modo de realização da invenção, o membroporoso é colocado de modo a formar uma camada interna quando coalescido.

Alternativamente, quando o membro poroso fica localizadoentres camadas das fibras de reforço, o membro pode fundir-se na resinadurante a cura do mesmo formando uma zona ou camada interna tendo umacomposição diferente e propriedades diferentes que podem ser controladascomo desejado.

Quando aplicando um ou mais membros porosos de acordocom o método da presente invenção entre as camadas de fibra para fins dedistribuição, a resina é mais provavelmente aplicada através de entradaslocalizadas na junção entre o molde rígido e a membrana, o que suprirá resinaaos membros porosos. Nesse processo é opcional aplicar camadas adicionaisdo revestimento de gel tradicional ou um membro poroso da a presenteinvenção no molde, onde é relevante, por exemplo, no molde ou adjacente àmembrana.

Além disso, o controle de qualidade do processo de moldagemé tornado mais fácil. Durante o processo de moldagem a resina introduzidapoderia não alcançar algumas áreas, ou, muito pouca, uma quantidade deresina poderia ser transportada para uma área. Usando os métodos do estadoda técnica, esse problema somente se tornará visível depois do compósito tersido removido do molde e exige horas trabalhadas e materiais adicionais paraser corrigido. Usando-se membranas transparentes para fechar o molde, épossível inspecionar visualmente através da membrana durante o processo, sea resina alcançou todas as áreas no laminado em uma quantidade suficiente.

Conseqüentemente, a produção de compósitos de alta qualidade produzidos seelevará e a taxa de rejeição dos produtos pode ser reduzida. Além disso,aplicando-se a resina através das entradas no molde ou na junção entre omolde rígido e a membrana, se usada, as falhas ficarão mais provavelmentesobre o lado do item moldado que se volta para dentro no produto final.Conseqüentemente, as reparações também se voltarão para dentro e o lado doitem moldado voltando-se para fora está livre de falhas desde o início.

As entradas de resina também podem ser colocadas namembrana ou outras partes do molde fechado para fins de reparação.Conseqüentemente, se houver resina insuficiente em algumas partes domolde, resina adicional pode ser aplicada às entradas localizadas naquela ouao redor daquela área para fins de reparação.

Em um modo de realização adicional da invenção acoalescência do membro poroso é causada por um tratamento químico, ou porinfluência do calor, radiação ou vibrações ou uma combinação dos mesmos.

Em um modo de realização ainda adicional a coalescência dacamada porosa para formar uma camada contínua é causada pelo menosparcialmente durante a cura da resina.

Em ainda um outro modo de realização a coalescência dacamada porosa para formar uma camada contínua é causada pelo menosparcialmente pela ação do estireno presente durante a cura da resina.

Em um outro modo de realização, a coalescência da camadaporosa para formar uma camada contínua é causada pelo menos parcialmentepelo calor produzido durante a cura da resina.

Em ainda um outro modo de realização, o método é umprocesso de injeção por vácuo.

Em ainda um outro modo de realização, o produto reforçadocom fibra produzido é uma parte de uma concha de uma lâmina de turbinaeólica.

Em um outro aspecto, a invenção refere-se a um membroporoso tendo uma estrutura de chapa tridimensional permitindo o fluxo deuma fase líquida através da estrutura de chapa e no plano da estrutura, omencionado membro poroso sendo capaz de coalescer para formar umacamada contínua na presença de resinas para produzir um produto reforçadocom fibra.Um membro poroso de acordo com a invenção tem,adequadamente, uma estrutura de chapa na forma de um material tricotado,tecido, costurado ou de crochê, espumado, ou igual a filtro.

Materiais tricotados, tecidos, costurados ou de crochê,espumado, ou iguais a filtro podem ser feitos a partir de materiais fibrosos emuma maneira conhecida por si para a formação de materiais fibrosos.

Materiais adequados para formar um membro poroso deacordo com a invenção são materiais tendo propriedades capacitando acoalescência do membro poroso ser causada pelo menos parcialmente por umtratamento químico ou por influência do calor, radiação ou vibrações ou umacombinação dos mesmos.

Em um modo de realização da invenção, o membro poroso éfeito a partir de um material tal, que a coalescência do membro poroso podeser causada durante a cura da resina.

Em um modo de realização da invenção, o membro poroso éfeito a partir de um material tal que a coalescência da camada porosa pode,pelo menos parcialmente, ser causada pela ação do estireno presente durante acura da resina.

O membro poroso de acordo com a invenção também pode serfeito a partir de um material tal que a coalescência da camada porosa paraformar uma camada contínua pode ser causada, pelo menos parcialmente,pelo calor produzido no processo de cura da resina.

A presente invenção também se refere ao uso de umamembrana porosa de acordo com a invenção na produção de um produtoreforçado com fibra.

Em um outro modo de realização, a invenção se refere ao usode um membro poroso tendo uma estrutura de chapa tridimensionalpermitindo o fluxo de uma fase líquida através da estrutura de chapa e noplano da estrutura, o mencionado membro poroso sendo capaz de coalescerpara formar uma camada contínua na presença das resinas para produzir umproduto reforçado com fibra como uma camada na produção dos produtosreforçados com fibra.

Em um modo de realização adicional, a invenção refere-se aouso de um membro poroso tendo uma estrutura de chapa tridimensionalpermitindo o fluxo de uma fase líquida através da estrutura de chapa e noplano da estrutura, o mencionado membro poroso sendo capaz de coalescerpara formar uma camada contínua externa na presença de resinas paraproduzir um produto reforçado com fibra.

Em um uso de acordo com a invenção, o membro poroso éfeito adequadamente de um material termoplástico sendo capaz de coalescerpara formar uma camada contínua a uma temperatura alcançada pelo calorproduzido no processo de cura da resina.

A invenção também se refere a uma lâmina de turbina eólicacompreendendo um produto compósito reforçado com fibra de acordo com ainvenção.

A presente invenção também se refere a um compósitoreforçado com fibra produzido de acordo com o método mencionado acima.

Revestimentos de gel para artigos compósitos são geralmenteformulações de componentes múltiplos consistindo de um sistema de resinade base tendo vários carregadores, pigmentos e outros aditivos incorporadosno mesmo. Embora a seleção desses constituintes represente um papelimportante na determinação das propriedades finais do revestimento de gel eda adequabilidade para uma dada aplicação, a seleção do sistema de resina debase dita o desempenho de uso final total do revestimento de gel como umtodo. E bem conhecido que polímeros baseados em éster não-saturado sãoconvencionalmente utilizados como a espinha dorsal primária nos sistemas derevestimento de gel compósitos, especialmente devido às demandas dedurabilidade e estéticas. Essas resinas de poliéster não-saturado sãotipicamente usadas junto com um diluente reativo, usualmente um monômeroorgânico não-saturado etilenicamente. Os monômeros orgânicos não-saturados são selecionados de modo que eles copolimerizem através de curade radical livre a temperatura ambiente com a resina de poliéster para formaro revestimento de gel. Como geralmente usados, os monômeros orgânicosnão-saturados incluem estireno, alfa-metil-estireno, vinil-tolueno e di-vinil-benzeno.

A camada de distribuição de resina usada na produção doscompósitos reforçados com fibra é mais freqüentemente colocada sobre otopo de uma lona de descamamento para ajudar no despacho e distribuição daresina líquida para baixo e/ou pelos lados através da pilha de laminado. Acamada de distribuição de resina é usualmente uma chapa de filamentostecidos que é removida do compósito reforçado com fibra produzido depoisda moldagem. As camadas de distribuição de resina são freqüentemente nãoincluídas no produto final, e elas não contribuem para o produto de nenhummodo diferente daquele de assistir no processo de produção. As camadas dedistribuição de resina tradicionais são feitas primariamente de materiaistermoplásticos, por exemplo, nylon.

O membro poroso de acordo com a presente invenção serveparcialmente aos mesmos fins que a camada de distribuição de resinamencionada acima. O membro poroso tem uma estrutura porosa e, comoresultado de um tratamento externo, ele coalesce para formar uma camadacontínua. A estrutura porosa do material que forma o membro pode, porexemplo, ser devida ao fato de que o material é tecido, tricotado, costurado,de crochê, espumado ou igual a filtro, está na forma de uma esponja ou provêde algum outro modo passagem para líquidos a partir de um lado da camadade membro poroso para o outro lado da camada ou pelos lados através dolaminado de uma maneira fácil de igualmente distribuída. O membro porosode acordo com a invenção também pode, inicialmente, ser na forma de umlíquido ou espuma que é borrifado sobre o molde e que, subseqüentemente,forma uma camada porosa como descrito acima.

O membro poroso de acordo com a presente invenção é feitode material que pode ser formado para obter a estrutura mencionada acima eque pode, devido ao tratamento externo, se tornar uma camada contínua. Acamada externa final do produto é lisa e dura e, como o membro porosooriginal, também pode contar pigmentos, a camada contínua produzida podeser colorida. Conseqüentemente, a superfície da estrutura produzida pode nãoprecisar de tratamento adicional para se obter sua aparência final.

Materiais adequados para o uso no membro poroso descritoacima são, por exemplo, materiais que se "fundem" ou dissolvem para formaruma camada contínua devido ao tratamento químico, tratamento por calor,radiação, vibrações ou qualquer outro meio que obtenha o mesmo resultadoou uma combinação dos mesmos. Esses materiais podem constituir o membroporoso ou ser uma parte do membro poroso.

Em um modo de realização da invenção, o membro poroso deacordo com a presente invenção é feito de um material termoplástico que nãoé solúvel na resina usada a fim de impedir que o membro se dissolva durantea cura das resinas e se torne uma parte da combinação de fibra/resina.Materiais termoplásticos também são vantajosos quando condições externas,como calor, são usadas para disparar a coalescência do membro poroso.

Em um outro modo de realização, o material usado paraproduzir o membro poroso de acordo com a invenção é feito a partir de ummaterial que tem uma tolerância de curto tempo ao efeito químico dosconstituintes da resina, mas que amolecerá e coalescerá devido à ação dosconstituintes da resina para formar uma camada contínua.

Muitas resinas e outros materiais usados nos compósitosreforçados com fibra exibem uma propriedade comum importante, pelo fatode que elas são compostas moléculas semelhantes a cadeia longas consistindode muitas unidades repetitivas simples. Essas resinas podem ser classificadassob dois tipos, 'termoplásticas' e 'termocuráveis', de acordo com o efeito docalor sobre suas propriedades.

Os termoplásticos amolecem com o aquecimento eeventualmente se fundem e endurecem de novo durante o esfriamento. Oprocesso de passar do ponto de amolecimento ou fusão sobre a escala detemperatura pode ser repetido tão freqüentemente quanto desejado semqualquer efeito apreciável sobre as propriedades do material em qualquer umdos estados. Termoplásticos típicos incluem nylon, polietileno, polipropilenoe ABS, e estes podem ser reforçados, embora, usualmente, somente comfibras picadas curtas como vidro.

Materiais termocuráveis são formados por uma reação químicano local, onde a resina e o endurecedor ou a resina e o catalisador sãomisturados e, então, passam por uma reação química não reversível paraformar um produto infusível, duro. Em alguns materiais termocuráveis, comoresinas fenólicas, substâncias voláteis são produzidas como subprodutos,enquanto outras resinas termocuráveis, como poliéster e epóxi, curam pormeio de mecanismos que não produzem quaisquer subprodutos voláteis. Umavez curados, os materiais termocuráveis não se tornarão líquidos novamentese aquecidos, embora acima de uma determinada temperatura suaspropriedades mecânicas mudem significativamente devido à decomposição.

De acordo com a presente invenção, o uso de materiaistermocuráveis é vantajoso, à medida que esses materiais usualmente secompreendem em uma combinação incluindo outros químicos que podem serutilizados no método da invenção. Esses químicos podem fazer o membroporoso descontínuo coalescer e se tornar contínuo. Além disso, essesprocessos são freqüentemente exotermais, o que pode contribuir para oprocesso de coalescência.

Em um modo de realização adicional, o material de resinatermocurável compreende um monômero líquido, de preferência, ummonômero vinilaromático, mais de preferência, estireno, que écopolimerizado com o mencionado material de resina termocurável. Deacordo com um modo de realização, a resina é uma resina de poliéster não-saturado (resina de poliéster ortoftálico) dissolvida em estireno a 40-45%.

Em um modo de realização adicional da invenção, o materialtermocurável é combinado com estireno. O estireno é um solvente que éconhecido por ser capaz de dissolver muitos polímeros não-polares. Oestireno desempenha a função vital de capacitar a resina a curar a partir de umestado líquido para um estado sólido por meio da ligação cruzada das cadeiasmoleculares do poliéster sem a formação de quaisquer subprodutos. Essasresinas podem, portanto, ser moldadas sem o uso de pressão e são, portanto,freqüentemente chamadas resinas de baixa pressão. Entretanto, o estireno nomolde fechado pode dissolver os polímeros que formam o membro poroso efazer o membro poroso descontínuo coalescer e se tornar contínuo. O calorformado na reação exotermal pode, ao mesmo tempo, contribuir para oprocesso de coalescência.

Também é vantajoso que o processo de cura do materialtermocurável seja exotermal, à medida que o calor pode contribuir para acoalescência do membro poroso.

Controlando-se a quantidade de estireno, o calor produzido eoutras características, o processo de coalescência pode ser controlado a fim deassegurar os melhores resultados. Quando o membro poroso é colocadoadjacente ao molde, deve ser evitado que a coalescência comece muito cedo,enquanto a composição de fibra/resina não tiver curado o suficiente ou nãoestiver distribuída igualmente, mas a coalescência não pode, por outro lado,ser igualmente muito lenta, a fim de assegurar as propriedades desejadas doproduto final.

Materiais vantajosos na presente invenção para o uso nomembro poroso ou sendo parte do membro poroso são os materiaistermoplásticos. Os materiais adequados coalescem devido à temperaturaelevada. A temperatura pode ser devida a um processo de cura exotermal daresina ou ela pode ser aplicada a partir de fora, por exemplo, aquecendo-se omolde. Termoplásticos vantajosos podem amolecer e coalescer à temperaturade endurecimento do produto ou a temperaturas que não são prejudiciais àspropriedades do produto final.

Materiais vantajosos na presente invenção para o uso nomembro poroso ou que são uma parte do membro poroso são os materiaistermocuráveis. Os materiais adequados coalescem devido à interação química,por exemplo, a partir de um solvente a partir do processo de cura da resina.Materiais adequados são, por exemplo, poliestireno (PS), poliuretano (PUR),óxido de polipropileno (PPO), polipropileno, plásticos de ABS (acrilonitrila-butadieno-estireno-terpolímero), PVAc (acetato de polivinil), misturas e/ouformulações especiais.

Outros materiais adequados na presente invenção par o uso nomembro poroso ou sendo uma parte do membro poroso satisfazem um oumais dos critérios listados abaixo. Eles:

- se dissolvem na presença de um solvente

- podem suportar temperaturas elevadas

- podem formar o membro poroso ou se tornar uma parte domembro poroso.

O material também pode ser feito de, ou incluir nanopartículase/ou POSS (silesquixano oligomérico poliédrico). Algumas nanopartículaspodem contribuir para a resistência da camada. Além disso, o material é, depreferência, barato, facilmente acessível e ambientalmente amigável.

Materiais adequados podem se dissolver devido ao tratamentoquímico com um solvente, por exemplo, estireno. O estireno é usado na curada resina no molde. Conseqüentemente, os materiais que se dissolvem napresença de estireno são vantajosos, à medida que não exigirão a adição deoutros químicos. Esses materiais solúveis em estireno podem, por exemplo,ser acetato de polivinil (PVAc), copolímeros de PVAc e poliestireno (PS),lignina butirizada, polibutadieno, poli(estireno-co-alquilmaleimido), poli-etileno-glicol-fumarato etc.

O processo de produção de um compósito reforçado com fibrade acordo com a presente invenção, nesse caso uma lâmina de turbina eólica,será explicado em maior detalhe com referência aos desenhos mostrandoalguns modos de realização da invenção.

Descrição dos modos de realização preferidosA invenção será agora descrita em maior detalhe comreferência aos desenhos.

A Figura 1 ilustra a manufatura de um laminado 101 por meiode um assim chamado processo VARTM (Moldagem por Transferência deResina Assistida por Vácuo), como conhecido na técnica, onde as camadas102 no laminado são impregnadas com resina, totalmente ou parcialmente,por meio de vácuo. VARTM é um método de produção muito usado, usado,por exemplo, na produção de partes para lâminas de turbina eólica. A parte deformado ou molde 103 pode ser revestido no lado de dentro com umasubstância cerosa 109 para impedir a adesão entre o produto moldado e omolde. Essa superfície encerada pode ser reutilizada para de um processo demoldagem, antes que ela precise ser reaplicada. Depois disso, uma camada derevestimento de gel 111 é aplicada à superfície e o revestimento de gel podeformar gel. Isso dá uma superfície algo dura ao produto acabado com um altoacabamento. Uma quantidade de camadas 102 é disposta no molde 103. Emalgumas áreas um material de núcleo (por exemplo, balsa) pode ser dispostoigualmente entre as camadas de fibra, formando uma construção emsanduíche. As camadas 102 podem, por exemplo, compreender camadas outapetes de materiais fibrosos, como fibras de vidro ou fibras de carbono epodem ser tanto tecido e/ou não-tecido quanto de fibras picadas. A resina édistribuída e infundida via uma quantidade de entradas 104 que sãonormalmente colocadas sobre as camadas 102, como ilustrado na figura 1.Essas entradas são distribuídas sobre as camadas de modo a assegurar umadistribuição igual e uniforme da resina, evitando bolsas de vazio onde ascamadas não são impregnadas. A fim de facilitar e aperfeiçoar a distribuiçãoda resina, um assim chamado membro de distribuição de resina ou espaçador106 é freqüentemente aplicado próximo aos tubos de entrada. As camadas sãocobertas e o molde é fechado com uma membrana ou película de vácuo 105que pode ser fixada de diversas maneiras ao longo das bordas da parte deformado (não mostrada), de modo que a cavidade de molde entre a membranade vácuo e o molde seja vedada. O vácuo na cavidade de molde é estabelecidoantes da injeção, por exemplo, a partir de ao longo da borda de molde ou apartir dos tubos na parte de formado. Depois disso, a resina é distribuída apartir das entradas 104 e para fora e para baixo através do membro dedistribuição de resina 106 impregnando as camadas 102 por meio da infusãocausada pelo vácuo e/ou pela injeção onde o suprimento de resina está sobpressão.

Quando o laminado é produzido e pelo menos parcialmentecurado, a membrana de vácuo é removida e freqüentemente também asentradas de resina. O membro de distribuição de resina pode, então,opcionalmente, ser deixado para se tornar uma parte integrada do laminadoacabado, que, entretanto, constitui uma camada muito rica em resina semquaisquer, ou com somente benefícios estruturais muito limitados, mas, pelocontrário, adicionando-se de modo desfavorável ao peso do produto.Alternativamente, o membro de distribuição de resina pode ser removido edescartado junto com a resina absorvida nele.

Nas figuras 2-3 a seguir, as várias partes do processo usado napresente invenção são designadas com os mesmos números de referência quena figura 1.

A figura 2 ilustra em uma vista em seção transversal um modode realização de um método de produção de acordo com a presente invençãono qual um membro poroso é empregado para otimizar o método defabricação junto com o laminado acabado. Aqui, um membro poroso 203,também formado uma parte da invenção, é disposto no molde 103 como acamada mais externa junto com uma quantidade de camadas reforçadas comfibra 102. A resina é, então, em um modo de realização, introduzida atravésde uma quantidade de entradas 104 no molde ou parte de formado 103.

Alternativamente, as entradas também podem ser na forma detubos perfurados finos colocados próximos ao membro poroso 203 que, então,são deixados para se tornarem parte integrada do laminado acabado. Omembro poroso 203 é uma estrutura tridimensional que permite à resina serfacilmente distribuída através e ao longo do membro poroso, facilitando emaximizando, desse modo, a distribuição de resina por todo o laminado.Diferentes estruturas de membros porosos de acordo com a invenção sãoesboçadas na figura 4. De acordo com a invenção o membro poroso coalescepara formar uma camada contínua, desse modo, tornando a camada derevestimento de gel supérflua. Uma vantagem adicional da presente invençãoé que a injeção e a distribuição de resina a partir do lado de formado ou moldetorna possível verificar, por exemplo, por meio de inspeção visual a partir dooutro lado do laminado, quaisquer possíveis bolsas ou áreas com resinainsuficiente ou ausente. Essas áreas que não receberam resina suficientepodem, então, ser tratadas localmente por meio da aplicação de resina atravésde uma ou mais entradas de resina secundárias 208, que, por exemplo,poderiam estar na forma de tubos ou outros tipos de entradas perfurando amembrana de vácuo.

O tempo de cura depende de vários fatores e de suacombinação, por exemplo, temperatura, agente de cura, sistema de resina,processo de injeção, espessura de laminado etc.

O processo de cura é exotermal e durante o processo de cura oestireno a partir da composição de resina é distribuído/evaporado dentro domolde fechado. No membro poroso 203, o estireno dissolve os polímeros paraformar uma superfície protetora, a quantidade de estireno e o polímero nomembro poroso 203 são selecionados de modo que o tempo entre a introduçãoda resina no molde 103, onde o membro poroso 203 funciona como umacamada de distribuição de resina, e o tempo antes do estireno começar ainfluênciar o membro poroso 203 é otimizado.

Quando o processo de cura tiver terminado, a membrana devácuo 105 é liberada do molde 103 e o produto acabado, por exemplo, umaparte de uma lâmina de turbina eólica é removida do molde 103.

A figura 3 mostra um outro modo de realização de um métodode produção de acordo com a presente invenção em uma vista em seçãotransversal. Esse processo é essencialmente o mesmo descrito na figura 2.

Entretanto, aqui, as camadas incluem um membro poroso secundário 309 deacordo com a presente invenção entre algumas das camadas de fibra 104. Aresina aqui, é, então, introduzida na cavidade de molde a partir de ao longo dealgumas ou de todas as bordas do molde ou parte de formado 103 e paradentro do mencionado membro poroso 309. Desse modo, o membro poroso309 assegurará uma distribuição apropriada e ótima da resina.

Alternativamente, a resina pode ser introduzida através de tubos de entradacolocados adjacentes ao membro poroso 309. A medida que o membro poroso309, aqui, é colocado em camadas entre as chapas de fibra, ele não seráremovido depois da moldagem. Em um modo de realização, o membro porosocoalesce como descrito acima para formar uma camada contínua dentro dolaminado acabado. Em um modo de realização adicional, o membro porosocoalesce e flui mais ou menos para dentro das, ou é absorvido pelas camadasvizinhas dos materiais 102, desse modo, cessando de constituir uma camadadiscreta no laminado acabado. Um membro poroso secundário colocadointernamente, como descrito acima, pode ser vantajoso, por exemplo, naprodução de laminados muito espessos, onde a resina, desse modo, pode serinjetada e distribuída aparelho de posições mais espessas por todo o laminado.

Um ou mais membros porosos secundários colocadosinternamente 309 podem ser usados em combinação com um membro porosocolocado mais externo 103, como descrito com referência à figura 2. Ummembro poroso adicional 103 também pode ser colocado adjacente àmembrana de vácuo 105, primariamente, para fins de distribuição.

A figura 4 mostra vários modos de realização do membroporoso 103. O modo de realização mostrado em (a) é tecido, aquele em (b) étricotado, em (c) o material tem uma quantidade de poros, por exemplo, comoem uma espuma com células abertas, em (d) o material é de uma estruturaporosa indefinida, por exemplo, como uma esponja, e o material em (e) é deuma estrutura igual a malha ou igual a filtro.

Exemplos

Exemplo 1

Dissolução de polímeros em estireno

Polímeros selecionados são colocados em um copo contendoestireno. Os polímeros selecionados são (a) poliestireno, (b) acetato depolivinil e (c) poliuretano. A capacidade do estireno de dissolver os polímerosselecionados é observada e assinalada como uma função do tempotranscorrido.

Exemplo 2

Dissolução de polímeros em estireno quando calor externo é

suprido

Os mesmos polímeros que no exemplo 1 são testados, bemcomo (d) poli(estireno-co-alquilmaleimido) e (e) poli-etileno-glicol-fumarato.Os polímeros selecionados são colocados em copos contendo estireno. Oscopos são colocados sobre uma fonte de calor, e o calor externo é suprido. Atemperatura aplicada depende do polímero selecionado. A capacidade doestireno de dissolver os polímeros selecionados é observada e assinaladacomo uma função da temperatura e tempo transcorrido.

Exemplo 3

Dissolução de polímeros em estireno e/ou resina depoliéster/vinil éster/epóxi e formação de uma camada de "revestimento degeT

Copos são do espécime delineado dos polímeros usados noExemplo 2 e a resina com o endurecedor é derramada dentro do copo. Aresina é curada e durante a cura o estado dos polímeros selecionados (porexemplo, intactos, dissolvidos e parcialmente dissolvidos) é observado eassinalado como uma função do tempo transcorrido.

Exemplo 4

Dissolução de polímeros em estireno e/ou resina depoliéster/vinil éster/epóxi e formação de uma camada de "revestimento degel" durante o tratamento com calor

O procedimento do exemplo 3 é repetido, mas,adicionalmente, uma fonte de calor é colocada ao redor do lado de fora docopo. O estado dos polímeros selecionados é observado e assinalado comouma função da temperatura e do tempo transcorrido.

Claims (21)

1. Método para produzir um produto reforçado com fibra,caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:a) colocar pelo menos um membro poroso em um molde;b) colocar uma ou mais camadas de fibras de reforço nomolde;c) introduzir resina para distribuição através do membroporoso para as camadas de fibra; ed) permitir à resina curar e ao membro de distribuiçãocoalescer para formar uma camada contínua.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o membro poroso é colocado de modo a formar uma camada maisexterna quando coalescido.

3. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de que o membro poroso é colocado de modo a formar uma camadainterna quando coalescido.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-3, caracterizado pelo fato de que a coalescência do membro poroso é causadapor um tratamento químico, ou por influência do calor, radiação ou vibraçõesou uma combinação dos mesmos.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-4, caracterizado pelo fato a coalescência da camada porosa para formar umacamada contínua é causada pelo menos parcialmente durante a cura da resina.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que a coalescência da camada porosa para formar uma camadacontínua é causada pelo menos parcialmente pela ação do estireno presentedurante a cura da resina.

7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que a coalescência da camada porosa para formar uma camadacontínua é causada pelo menos parcialmente pelo calor produzido no processode cura da resina.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o método é um processo de formação devácuo.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o produto reforçado com fibra é uma partede uma concha para uma lâmina de turbina eólica.

10. Membro poroso, caracterizado pelo fato de ter umaestrutura de chapa tridimensional permitindo o fluxo de uma fase líquidaatravés da estrutura de chapa e em um plano da estrutura, o mencionadomembro poroso sendo capaz de coalescer para formar uma camada contínuana presença das resinas para produzir um produto reforçado com fibra.

11. Membro poroso de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que a estrutura de chapa fica na forma de ummaterial tricotado, tecido, costurado ou de crochê, um material de espuma ouigual a filtro.

12. Membro poroso de acordo com a reivindicação 10 ou 11,caracterizado pelo fato de que a coalescência do membro poroso pode sercausada pelo menos parcialmente por um tratamento químico, ou porinfluência do calor, radiação ou vibrações ou uma combinação dos mesmos.

13. Membro poroso de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que a coalescência do membro poroso pode sercausada durante a cura da resina.

14. Membro poroso de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que a coalescência da camada porosa pode, pelomenos parcialmente, ser causada pela ação do estireno presente durante a curada resina.

15. Membro poroso de acordo com a reivindicação 13 ou 14,caracterizado pelo fato de que a coalescência da camada porosa para formaruma camada contínua pode ser causada pelo menos parcialmente pelo calorproduzido no processo de cura da resina.

16. Uso de um membro poroso como definido em qualqueruma das reivindicações 10 a 15, caracterizado pelo fato de ser na produção deum produto reforçado com fibra.

17. Uso de um membro poroso, caracterizado pelo fato de teruma estrutura de chapa tridimensional permitindo o fluxo de uma fase líquidaatravés da estrutura e chapa e no plano da estrutura, o mencionado membro poroso sendo capaz de coalescer para formar uma camada contínua napresença das resinas para produzir um produto reforçado com fibra como umacamada na produção dos produtos reforçados com fibra.

18. Uso de um membro poroso, caracterizado pelo fato de teruma estrutura de chapa tridimensional permitindo o fluxo de uma fase líquidaatravés da estrutura e chapa e no plano da estrutura, o mencionado membroporoso sendo capaz de coalescer para formar uma camada contínua externa napresença das resinas para produzir um produto reforçado com fibra.

19. Uso de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizadopelo fato de que o membro poroso é feito de um material termoplástico que écapaz de coalescer para formar uma camada contínua a uma temperaturaalcançada pelo calor produzido no processo de cura da resina.

20. Compósito reforçado com fibra, caracterizado pelo fato deser produzido de acordo com o método como definido em qualquer uma dasreivindicações 1 a 10.

21. Lâmina de turbina eólica, caracterizada pelo fato decompreender um compósito reforçado com fibra como definido nareivindicação 20.