BRPI0616918B1 - Método para produzir um produto reforçado com fibra - Google Patents

Abstract

método para produzir um produto reforçado com fibra, membro poroso, uso de um membro poroso, compósito reforçado com fibra, e, lâmina 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

(54) Título: MÉTODO PARA PRODUZIR UM PRODUTO REFORÇADO COM FIBRA (51) lnt.CI.: B29C 70/34; B29C 70/54 (30) Prioridade Unionista: 04/10/2005 DK PA 2005 01390 (73) Titular(es): LM GLASFIBER A/S (72) Inventor(es): TIM MOLLER HANSEN

1/24 “MÉTODO PARA PRODUZIR UM PRODUTO REFORÇADO COM FIBRA,”

Campo da invenção [001] A presente invenção refere-se a um método para produzir um produto reforçado com fibra, a um membro poroso tendo uma estrutura permitindo o fluxo através e no plano da estrutura, ao uso desse membro poroso na produção das estruturas reforçadas com fibra e às estruturas produzidas de acordo com o mencionado método.

Fundamentos [002] Estruturas compósitas de resina reforçadas com fibra são usadas na fabricação de partes e bens acabados em várias indústrias como as indústrias 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 de recreação e equivalentes.

[003] Dois tipos de processos de molde podem ser usados para construir as estruturas reforçadas com fibra, ou seja, processos de molde aberto ou de molde fechado. O processo de molde aberto compreende dispor ou colocar tanto fibras secas quanto fibras impregnadas de resina dentro de um molde aberto da forma desejada. No processamento de molde fechado, as fibras e/ou meios de reforço, também chamados de “pré-formado”, são cortados para encaixar e, então, colocados no molde. Um método de fechar e pressionar o pré-formado contra o molde é, então, empregado. O molde pode ser fechado, por exemplo, com uma bolsa de vácuo em formação de vácuo ou com um molde macho/fêmea correspondente. A resina, se não pré-pregueada, é introduzida no pré-formado através de portas para dentro do recinto e, por exemplo, quando usando a técnica de injeção por vácuo, o vácuo pode facilitar a introdução da resina. Quando da cura da resina, o fechamento do molde é, primeiro, removido, seguido pela parte acabada.

[004] A injeção por vácuo é um processo de molde

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2/24 fechado freqüentemente usado para produzir componentes para a indústria de energia eólica, por exemplo, lâminas de turbina eólica. A injeção por vácuo utiliza uma 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 ou membrana flexível, é colocado um membro poroso sobre o topo do préformado. No caso da bolsa ou membrana de vácuo reutilizável, os canais de distribuição podem ser incorporados na bolsa. O vácuo é, então, aplicado e transfere resina através das linhas de alimentação para dentro do molde e através do pré-formado das fibras. Essa técnica é freqüentemente referida como injeção/infusão por vácuo de superfície, visto que a resina é introduzida na superfície de topo do laminado.

[005] EP 525 263 A1 descreve um processo de injeção por vácuo onde a resina é introduzida a partir do lado de molde e tendo as saídas de vácuo sobre o lado de membrana. O documento descreve a disposição dos membros de distribuição de resina, a lona de descamamento e o assentamento de fibra no molde. Entretanto, esse documento não descreve a aplicação do revestimento de gel no molde na produção da estrutura reforçada com fibra. Além disso, a aplicação da resina através das entradas no molde não é flexível, ou seja, ela não pode ser mudada para, por exemplo, a aplicação da resina através da membrana ou de outras partes.

[006] Tradicionalmente, no processo de injeção por vácuo, a disposição dos materiais é essencialmente como segue: a superfície interna do molde é coberta com uma substância de cera para impedir que o objeto formado adira ao molde. Depois disso, uma camada de revestimento de gel é aplicada à superfície e o revestimento de gel pode formar gel. Sobre o topo do revestimento de gel as camadas de fibras são colocadas e, depois disso, o membro 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

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3/24 resina no molde.

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

[008] O revestimento de gel é aplicado na forma, por exemplo, de borrifamento, que, depois disso, forma gel para formar uma camada fina uniforme sobre a superfície do molde. Os materiais de revestimento de gel tradicionais 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 essas camadas de revestimento de gel formam gel, fumos tóxicos podem ser formados e o tempo de formação de gel também pode estender o tempo para o processo de moldagem. Um outro problema com as camadas de revestimento de gel tradicionais é a formação de bolsas de ar, bolhas ou vazios na camada que enfraquecerão o produto final à medida que essas bolsas podem fazer o revestimento de gel quebrar no clima frio, gelado.

[009] Os métodos da técnica anterior de produzir estrutura reforçada com fibra são de trabalho intensivo, incluem múltiplas etapas e adicionar e remover camadas e são custosos, à medida que algumas das camadas somente podem ser usadas durante a produção, não podem ser reutilizadas e precisam ser descartadas posteriormente. Além disso, durante a produção, é somente depois que o processo de moldagem tiver terminado que possíveis falhas, por exemplo, distribuição desigual da resina, podem ficar

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4/24 visíveis. Essas falhas terão de ser corrigidas manualmente depois da moldagem, o que prolonga o tempo de produção e é difícil e de trabalho intensivo.

[0010] É objetivo da presente invenção prover um método fácil de produzir o produto reforçado com fibra com uma superfície lisa dura.

[0011] É um outro objetivo da presente invenção prover um método mais amigável ambientalmente de produzir um produto reforçado com fibra.

[0012] É ainda um outro objetivo da presente invenção prover um método mais econômico de produzir o produto reforçado com fibra.

[0013] É um objetivo adicional da presente invenção prover um método para produzir estruturas reforçadas com fibra que produzem produtos de alta qualidade.

[0014] Um objetivo adicional da invenção é prover um método que reduz o tempo de produção das estruturas reforçadas com fibra.

[0015] As falhas acima podem ser superadas e os objetivos acima satisfeitos pela presente invenção. As camadas de superfície providas por uma estrutura porosa não foram descritas antes da presente invenção. Além disso, não foi descrito antes usar uma camada de superfície porosa que coalesça quando exposta a influências externas específicas (química, calor etc), e forme uma camada de superfície contínua no produto final tendo as mesmas ou características semelhantes aos materiais de revestimento de gel tradicionais como pensada pela presente invenção.

Sumário da invenção [0016] A presente invenção refere-se a um método para produzir um produto 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

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5/24 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.

[0017] Além disso, a invenção se refere a um membro poroso tendo uma estrutura de chapa tridimensional permitindo o fluxo de uma fase líquida através da estrutura de chapa e em um plano da estrutura, o mencionado membro poroso sendo capaz de coalescer para formar uma camada contínua na presença das resinas para produzir um produto reforçado com fibra.

[0018] Ainda adicionalmente a invenção se refere ao uso de um membro poroso tendo uma estrutura de chapa tridimensional permitindo o fluxo de uma fase líquida através da estrutura e chapa e no plano da estrutura, o mencionado membro poroso sendo capaz de coalescer para formar uma camada contínua na presença das resinas para produzir um produto reforçado com fibra como uma camada na produção dos produtos reforçados com fibra.

[0019] A presente invenção também se refere ao uso de um membro poroso tendo uma estrutura de chapa tridimensional permitindo o fluxo de uma fase líquida através da estrutura e chapa e no plano da estrutura, o mencionado membro poroso sendo capaz de coalescer para formar uma camada contínua externa na presença das resinas para produzir um produto reforçado com fibra.

[0020] Além disso a presente invenção refere-se a um compósito reforçado com fibra produzido de acordo com o método mencionado acima.

[0021] Descrição resumida dos desenhos [0022] A Figura 1 ilustra a produção de técnica anterior de um laminado por meio do método VARTM.

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6/24 [0023] As Figuras 2-3 ilustram diferentes modos de realização do método de acordo com a presente invenção onde um membro poroso é usado para a distribuição de resina.

[0024] A Figura 4 ilustra diversos modos de realização de um membro poroso de acordo com a presente invenção.

Definições [0025] O termo ‘revestimento de gel’ como usado aqui é bem conhecido para alguém experiente na técnica. Ele representa uma camada protetora rija de resina que é borrifada ou pincelada no molde antes das fibras de reforço serem dispostas. As fibras são dispostas uma vez que o revestimento “forme gel”, daí o nome. O revestimento de gel também protege os tecidos e resinas de reforço no produto completado a partir de luz UV e abrasão. O material de revestimento de gel também pode incluir pigmentos para dar um produto colorido. Esses produtos não precisam, portanto, ser pintados depois do processo de moldagem.

[0026] O termo ‘molde’, ou formado, como usado aqui, também é bem conhecido para alguém experiente na técnica. Um ‘molde’ de acordo com a presente invenção deve ser entendido como um quadro sobre o, ou ao redor do qual um objeto é construído. O ‘molde’ compreende todas as partes que contribuem para a formação da estrutura reforçada com fibra.

[0027] O termo ‘fibra’, como usado aqui, significa fibras filamentosas finas, mas também podem ser mechas (feixes de fibra), bandas de mechas ou tapetes, que podem ser tapetes feltro de fibras unitárias ou tapetes de mechas de fibra. Alternativamente, a fibra na forma de tapete ou tecido de fibra enrolada cozida não tecida pode ser impregnada com uma resina de matriz de poliéster modificada para formar um pré-pregueado para o uso em uma variedade de processos de fabricação. Fibras picadas ou moídas também podem ser usadas. As fibras usadas na presente invenção são, de preferência, fibras de vidro ou fibras de carbono. O termo fibra de carbono significa qualquer uma das fibras carbonizadas ou grafitadas obtidas por

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7/24 processos conhecidos a partir desses precursores de fibra ou filamento orgânicos como raiom, poliacrilonitrila, piche ou o equivalente.

[0028] O termo ‘resina’, como usado aqui, significa uma resina natural ou sintética ou um polímero adequado. A resina, é, de preferência, uma combinação de um monômero líquido não-saturado etilenicamente e poliéster não-saturado para formar uma composição de resina de poliéster. A resina é, mais de preferência, poliéster, vinil éster e resina de epóxi.

[0029] Entretanto, a resina no contexto da presente invenção também pode ser um sistema combinado incluindo outros químicos como catalisadores, 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 invenção incluem as resinas padrão no mercado, por exemplo, a partir da Reichhold Inc.

[0030] O termo ‘cura’, como usado aqui, significa que a resina se torna um sólido duro quimicamente resistente. As moléculas na resina farão ligação cruzada assistidas pelos catalisadores ou agentes de endurecimento, e o processo é uma reação química não-reversível.

[0031] O termo “tratamento externo” , como usado aqui, é usado para designar uma influência que é externa em relação ao membro poroso. O tratamento pode, por exemplo, ser a aplicação de calor externo ou a influência a partir do calor formado durante a cura ou uma combinação dos mesmos ou a influência a partir de solventes ou constituintes de uma composição de resina contra o membro poroso é estável somente temporariamente.

[0032] O termo “poroso” , como usado aqui, é usado para descrever uma estrutura de material cheia de vazios ou poros e se refere a uma estrutura tridimensional que permite o fluxo de uma fase líquida em várias direções da estrutura, tal como um material tricotado, tecido, costurado

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8/24 ou de crochê, em forma de espuma, ou igual a filtro.

Descrição detalhada [0033] A presente invenção refere-se a um método para produzir um produto 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 membro poroso para as camadas de fibra; e

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

[0034] Em um modo de realização da invenção, o membro poroso é colocado de modo a formar uma camada mais externa quando coalescida. Nesse modo de realização, o membro poroso funciona como um membro de distribuição durante o preenchimento do molde, depois do que, ele é coalescido e forma uma camada externa.

[0035] Desse modo, em um modo de realização, a invenção refere-se a um método para produzir um produto reforçado com fibra tendo uma camada de superfície contínua externa em uma superfície do mesmo usando um molde que é provido com uma parte tendo uma ou mais aberturas de entrada para introduzir resina dentro do molde, método que compreende as etapas de:

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

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

c) fechar o molde;

d) introduzir a resina no molde através da(s) abertura(s) de entrada do molde e do membro poroso em uma quantidade para encher o

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9/24 vazio na(s) camada(s) de fibra de reforço; e

e) permitir à resina curar e ao membro poroso coalescer para formar a camada de superfície contínua externa em uma superfície do produto reforçado com fibra.

[0036] A invenção é baseada na verificação de que é possível combinar o revestimento de gel e o membro de distribuição de resina em uma camada, e, por meio dessa combinação, o processo de produzir componentes reforçados com fibra, como lâminas de turbina eólica, pode ser simplificado, horas trabalhadas podem ser economizadas e os custos podem ser reduzidos.

[0037] Também é considerado um modo de realização da invenção em que o membro poroso não constitui a superfície externa total do produto, mas somente uma parte da mesma, deixando espaço para um póstratamento para preparar as propriedades ou efeitos de superfície desejados.

[0038] As etapas do método da invenção podem ser realizadas na ordem descrita acima, mas também podem ser realizadas em uma ordem diferente, sem se desviar do ponto principal da invenção.

[0039] Quando usando o método descrito acima, a camada correspondendo a um revestimento de gel que é aplicada ao molde fica inicialmente na forma de um membro poroso, mas o produto final compreende uma camada contínua em alguns casos, formando a superfície externa do produto. Nos casos onde o membro poroso fica localizado entre camadas das fibras de reforço, o membro poroso pode constituir uma camada contínua no corpo do produto final. Conseqüentemente, a etapa de aplicar um membro de distribuição de resina, que precisa ser removido depois da moldagem, é evitada. Isso economizará custos, reduzirá o tempo de produção para cada produto e será mais amigável ambientalmente. Parte do material de resina também está incluído na camada de distribuição descartada e, desse modo, será perdido.

[0040] Em um outro modo de realização da invenção,

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10/24 o membro poroso é colocado de modo a formar uma camada interna quando coalescido.

[0041] Alternativamente, quando o membro poroso fica localizado entres camadas das fibras de reforço, o membro pode fundir-se na resina durante a cura do mesmo formando uma zona ou camada interna tendo uma composição diferente e propriedades diferentes que podem ser controladas como desejado.

[0042] Quando aplicando um ou mais membros porosos de acordo com o método da presente invenção entre as camadas de fibra para fins de distribuição, a resina é mais provavelmente aplicada através de entradas localizadas na junção entre o molde rígido e a membrana, o que suprirá resina aos membros porosos. Nesse processo é opcional aplicar camadas adicionais do revestimento de gel tradicional ou um membro poroso da a presente invenção no molde, onde é relevante, por exemplo, no molde ou adjacente à membrana.

[0043] Além disso, o controle de qualidade do processo de moldagem é tornado mais fácil. Durante o processo de moldagem a resina introduzida poderia não alcançar algumas áreas, ou, muito pouca, uma quantidade de resina poderia ser transportada para uma área. Usando os métodos do estado da técnica, esse problema somente se tornará visível depois do compósito ter sido removido do molde e exige horas trabalhadas e materiais adicionais para ser corrigido. Usando-se membranas transparentes para fechar o molde, é possível inspecionar visualmente através da membrana durante o processo, se a resina alcançou todas as áreas no laminado em uma quantidade suficiente. Conseqüentemente, a produção de compósitos de alta qualidade produzidos se elevará 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 o molde rígido e a membrana, se usada, as falhas ficarão mais provavelmente sobre o lado do item moldado que se volta para dentro no produto final. Conseqüentemente, as reparações também se voltarão para

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11/24 dentro e o lado do item moldado voltando-se para fora está livre de falhas desde o início.

[0044] As entradas de resina também podem ser colocadas na membrana ou outras partes do molde fechado para fins de reparação. Conseqüentemente, se houver resina insuficiente em algumas partes do molde, resina adicional pode ser aplicada às entradas localizadas naquela ou ao redor daquela área para fins de reparação.

[0045] Em um modo de realização adicional da invenção a coalescência do membro poroso é causada por um tratamento químico, ou por influência do calor, radiação ou vibrações ou uma combinação dos mesmos.

[0046] Em um modo de realização ainda adicional a coalescência da camada porosa para formar uma camada contínua é causada pelo menos parcialmente durante a cura da resina.

[0047] Em ainda um outro modo de realização a coalescência da camada porosa para formar uma camada contínua é causada pelo menos parcialmente pela ação do estireno presente durante a cura da resina.

[0048] Em um outro modo de realização, a coalescência da camada porosa para formar uma camada contínua é causada pelo menos parcialmente pelo calor produzido durante a cura da resina.

[0049] Em ainda um outro modo de realização, o método é um processo de injeção por vácuo.

[0050] Em ainda um outro modo de realização, o produto reforçado com fibra produzido é uma parte de uma concha de uma lâmina de turbina eólica.

[0051] Em um outro aspecto, a invenção refere-se a um membro poroso tendo uma estrutura de chapa tridimensional permitindo o fluxo de uma fase líquida através da estrutura de chapa e no plano da estrutura, o mencionado membro poroso sendo capaz de coalescer para formar

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12/24 uma camada contínua na presença de resinas para produzir um produto reforçado com fibra.

[0052] 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.

[0053] Materiais tricotados, tecidos, costurados ou de crochê, espumado, ou iguais a filtro podem ser feitos a partir de materiais fibrosos em uma maneira conhecida por si para a formação de materiais fibrosos.

[0054] Materiais adequados para formar um membro poroso de acordo com a invenção são materiais tendo propriedades capacitando a coalescência do membro poroso ser causada pelo menos parcialmente por um tratamento químico ou por influência do calor, radiação ou vibrações ou uma combinação dos mesmos.

[0055] Em um modo de realização da invenção, o membro poroso é feito a partir de um material tal, que a coalescência do membro poroso pode ser causada durante a cura da resina.

[0056] Em um modo de realização da invenção, o membro poroso é feito a partir de um material tal que a coalescência da camada porosa pode, pelo menos parcialmente, ser causada pela ação do estireno presente durante a cura da resina.

[0057] O membro poroso de acordo com a invenção também pode ser feito a partir de um material tal que a coalescência da camada porosa para formar uma camada contínua pode ser causada, pelo menos parcialmente, pelo calor produzido no processo de cura da resina.

[0058] A presente invenção também se refere ao uso de uma membrana porosa de acordo com a invenção na produção de um produto reforçado com fibra.

[0059] Em um outro modo de realização, a invenção se refere ao uso de um membro poroso tendo uma estrutura de chapa

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13/24 tridimensional permitindo o fluxo de uma fase líquida através da estrutura de chapa e no plano da estrutura, o mencionado membro poroso sendo capaz de coalescer para formar uma camada contínua na presença das resinas para produzir um produto reforçado com fibra como uma camada na produção dos produtos reforçados com fibra.

[0060] Em um modo de realização adicional, a invenção refere-se ao uso de um membro poroso tendo uma estrutura de chapa tridimensional permitindo o fluxo de uma fase líquida através da estrutura de chapa e no plano da estrutura, o mencionado membro poroso sendo capaz de coalescer para formar uma camada contínua externa na presença de resinas para produzir um produto reforçado com fibra.

[0061] Em um uso de acordo com a invenção, o membro poroso é feito adequadamente de um material termoplástico sendo capaz de coalescer para formar uma camada contínua a uma temperatura alcançada pelo calor produzido no processo de cura da resina.

[0062] A invenção também se refere a uma lâmina de turbina eólica compreendendo um produto compósito reforçado com fibra de acordo com a invenção.

[0063] A presente invenção também se refere a um compósito reforçado com fibra produzido de acordo com o método mencionado acima.

[0064] Revestimentos de gel para artigos compósitos são geraimente formulações de componentes múltiplos consistindo de um sistema de resina de base tendo vários carregadores, pigmentos e outros aditivos incorporados no mesmo. Embora a seleção desses constituintes represente um papel importante na determinação das propriedades finais do revestimento de gel e da adequabilidade para uma dada aplicação, a seleção do sistema de resina de base dita o desempenho de uso final total do revestimento de gel como um todo. É bem conhecido que polímeros baseados em éster não-saturado são convencionalmente utilizados como a espinha

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14/24 dorsal primária nos sistemas de revestimento de gel compósitos, especialmente devido às demandas de durabilidade e estéticas. Essas resinas de poliéster não-saturado são tipicamente usadas junto com um diluente reativo, usualmente um monômero orgânico não-saturado etilenicamente. Os monômeros orgânicos não-saturados são selecionados de modo que eles copolimerizem através de cura de radical livre a temperatura ambiente com a resina de poliéster para formar o revestimento de gel. Como geralmente usados, os monômeros orgânicos não-saturados incluem estireno, alfa-metilestireno, vinil-tolueno e di-vinil-benzeno.

[0065] A camada de distribuição de resina usada na produção dos compósitos reforçados com fibra é mais frequentemente colocada sobre o topo de uma lona de descamamento para ajudar no despacho e distribuição da resina líquida para baixo e/ou pelos lados através da pilha de laminado. A camada de distribuição de resina é usualmente uma chapa de filamentos tecidos que é removida do compósito reforçado com fibra produzido depois da moldagem. As camadas de distribuição de resina são frequentemente não incluídas no produto final, e elas não contribuem para o produto de nenhum modo diferente daquele de assistir no processo de produção. As camadas de distribuição de resina tradicionais são feitas primariamente de materiais termoplásticos, por exemplo, nylon.

[0066] O membro poroso de acordo com a presente invenção serve parcialmente aos mesmos fins que a camada de distribuição de resina mencionada acima. O membro poroso tem uma estrutura porosa e, como resultado de um tratamento externo, ele coalesce para formar uma camada contínua. A estrutura porosa do material que forma o membro pode, por exemplo, 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 provê de algum outro modo passagem para líquidos a partir de um lado da camada de membro poroso para o outro lado da camada ou pelos lados através do laminado de uma maneira fácil de igualmente distribuída. O membro poroso de

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15/24 acordo com a invenção também pode, inicialmente, ser na forma de um líquido ou espuma que é borrifado sobre o molde e que, subseqüentemente, forma uma camada porosa como descrito acima.

[0067] O membro poroso de acordo com a presente invenção é feito de material que pode ser formado para obter a estrutura mencionada acima e que pode, devido ao tratamento externo, se tornar uma camada contínua. A camada externa final do produto é lisa e dura e, como o membro poroso original, também pode conter pigmentos, a camada contínua produzida pode ser colorida. Conseqüentemente, a superfície da estrutura produzida pode não precisar de tratamento adicional para se obter sua aparência final.

[0068] Materiais adequados para o uso no membro poroso descrito acima são, por exemplo, materiais que se “fundem” ou dissolvem para formar uma camada contínua devido ao tratamento químico, tratamento por calor, radiação, vibrações ou qualquer outro meio que obtenha o mesmo resultado ou uma combinação dos mesmos. Esses materiais podem constituir o membro poroso ou ser uma parte do membro poroso.

[0069] Em um modo de realização da invenção, o membro poroso de acordo com a presente invenção é feito de um material termoplástico que não é solúvel na resina usada a fim de impedir que o membro se dissolva durante a 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.

[0070] Em um outro modo de realização, o material usado para produzir o membro poroso de acordo com a invenção é feito a partir de um material que tem uma tolerância de curto tempo ao efeito químico dos constituintes da resina, mas que amolecerá e coalescerá devido à ação dos constituintes da resina para formar uma camada contínua.

[0071] Muitas resinas e outros materiais usados nos

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16/24 compósitos reforçados com fibra exibem uma propriedade comum importante, pelo fato de que elas são compostas moléculas semelhantes a cadeia longas consistindo de muitas unidades repetitivas simples. Essas resinas podem ser classificadas sob dois tipos, ‘termoplásticas’ e ‘termocuráveis’, de acordo com o efeito do calor sobre suas propriedades.

[0072] Os termoplásticos amolecem com o aquecimento e eventualmente se fundem e endurecem de novo durante o esfriamento. O processo de passar do ponto de amolecimento ou fusão sobre a escala de temperatura pode ser repetido tão frequentemente quanto desejado sem qualquer efeito apreciável sobre as propriedades do material em qualquer um dos estados. Termoplásticos típicos incluem nylon, polietileno, polipropileno e ABS, e estes podem ser reforçados, embora, usualmente, somente com fibras picadas curtas como vidro.

[0073] Materiais termocuráveis são formados por uma reação química no local, onde a resina e o endurecedor ou a resina e o catalisador são misturados e, então, passam por uma reação química não reversível para formar um produto infusível, duro. Em alguns materiais termocuráveis, como resinas fenólicas, substâncias voláteis são produzidas como subprodutos, enquanto outras resinas termocuráveis, como poliéster e epóxi, curam por meio de mecanismos que não produzem quaisquer subprodutos voláteis. Uma vez curados, os materiais termocuráveis não se tornarão líquidos novamente se aquecidos, embora acima de uma determinada temperatura suas propriedades mecânicas mudem significativamente devido à decomposição.

[0074] De acordo com a presente invenção, o uso de materiais termocuráveis é vantajoso, à medida que esses materiais usualmente se compreendem em uma combinação incluindo outros químicos que podem ser utilizados no método da invenção. Esses químicos podem fazer o membro poroso descontínuo coalescer e se tornar contínuo. Além disso, esses processos são frequentemente exotermais, o que pode contribuir para o

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17/24 processo de coalescência.

[0075] Em um modo de realização adicional, o material de resina termocurável compreende um monômero líquido, de preferência, um monômero vinilaromático, mais de preferência, estireno, que é copolimerizado com o mencionado material de resina termocurável. De acordo com um modo de realização, a resina é uma resina de poliéster não-saturado (resina de poliéster ortoftálico) dissolvida em estireno a 40-45%.

[0076] Em um modo de realização adicional da invenção, o material termocurável é combinado com estireno. O estireno é um solvente que é conhecido por ser capaz de dissolver muitos polímeros nãopolares. O estireno desempenha a função vital de capacitar a resina a curar a partir de um estado líquido para um estado sólido por meio da ligação cruzada das cadeias moleculares do poliéster sem a formação de quaisquer subprodutos. Essas resinas podem, portanto, ser moldadas sem o uso de pressão e são, portanto, freqüentemente chamadas resinas de baixa pressão. Entretanto, o estireno no molde fechado pode dissolver os polímeros que formam o membro poroso e fazer o membro poroso descontínuo coalescer e se tornar contínuo. O calor formado na reação exotermal pode, ao mesmo tempo, contribuir para o processo de coalescência.

[0077] Também é vantajoso que o processo de cura do material termocurável seja exotermal, à medida que o calor pode contribuir para a coalescência do membro poroso.

[0078] Controlando-se a quantidade de estireno, o calor produzido e outras características, o processo de coalescência pode ser controlado a fim de assegurar os melhores resultados. Quando o membro poroso é colocado adjacente ao molde, deve ser evitado que a coalescência comece muito cedo, enquanto a composição de fibra/resina não tiver curado o suficiente ou não estiver distribuída igualmente, mas a coalescência não pode, por outro lado, ser igualmente muito lenta, a fim de assegurar as propriedades desejadas do produto final.

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18/24 [0079] Materiais vantajosos na presente invenção para o uso no membro poroso ou sendo parte do membro poroso são os materiais termoplásticos. Os materiais adequados coalescem devido à temperatura elevada. A temperatura pode ser devida a um processo de cura exotermal da resina ou ela pode ser aplicada a partir de fora, por exemplo, aquecendo-se o molde. Termoplásticos vantajosos podem amolecer e coalescer à temperatura de endurecimento do produto ou a temperaturas que não são prejudiciais às propriedades do produto final.

[0080] Materiais vantajosos na presente invenção para o uso no membro poroso ou que são uma parte do membro poroso são os materiais termocuráveis. 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/ou formulações especiais.

[0081] Outros materiais adequados na presente invenção par o uso no membro poroso ou sendo uma parte do membro poroso satisfazem um ou mais 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 do membro poroso.

[0082] O material também pode ser feito de, ou incluir nanopartículas e/ou POSS (silesquixano oligomérico poliédrico). Algumas nanopartículas podem contribuir para a resistência da camada. Além disso, o material é, de preferência, barato, facilmente acessível e ambientalmente amigável.

[0083] Materiais adequados podem se dissolver devido ao tratamento químico com um solvente, por exemplo, estireno. O

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19/24 estireno é usado na cura da resina no molde. Conseqüentemente, os materiais que se dissolvem na presença de estireno são vantajosos, à medida que não exigirão a adição de outros 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-coalquilmaleimido), poli-etileno-glicol-fumarato etc.

[0084] O processo de produção de um compósito reforçado com fibra de acordo com a presente invenção, nesse caso uma lâmina de turbina eólica, será explicado em maior detalhe com referência aos desenhos mostrando alguns modos de realização da invenção.

Descrição dos modos de realização preferidos [0085] A invenção será agora descrita em maior detalhe com referência aos desenhos.

[0086] A Figura 1 ilustra a manufatura de um laminado 101 por meio de um assim chamado processo VARTM (Moldagem por Transferência de Resina Assistida por Vácuo), como conhecido na técnica, onde as camadas 102 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 de formado ou molde 103 pode ser revestido no lado de dentro com uma substância cerosa 109 para impedir a adesão entre o produto moldado e o molde. Essa superfície encerada pode ser reutilizada para de um processo de moldagem, antes que ela precise ser reaplicada. Depois disso, uma camada de revestimento de gel 111 é aplicada à superfície e o revestimento de gel pode formar gel. Isso dá uma superfície algo dura ao produto acabado com um alto acabamento. Uma quantidade de camadas 102 é disposta no molde 103. Em algumas áreas um material de núcleo (por exemplo, balsa) pode ser disposto igualmente entre as camadas de fibra, formando uma construção em sanduíche. As camadas 102 podem, por exemplo, compreender camadas ou tapetes de materiais fibrosos, como fibras

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20/24 de vidro ou fibras de carbono e podem ser tanto tecido e/ou não-tecido quanto de fibras picadas. A resina é distribuída e infundida via uma quantidade de entradas 104 que são normalmente colocadas sobre as camadas 102, como ilustrado na figura 1. Essas entradas são distribuídas sobre as camadas de modo a assegurar uma distribuição igual e uniforme da resina, evitando bolsas de vazio onde as camadas não são impregnadas. A fim de facilitar e aperfeiçoar a distribuição da resina, um assim chamado membro de distribuição de resina ou espaçador 106 é freqüentemente aplicado próximo aos tubos de entrada. As camadas são cobertas e o molde é fechado com uma membrana ou película de vácuo 105 que pode ser fixada de diversas maneiras ao longo das bordas da parte de formado (não mostrada), de modo que a cavidade de molde entre a membrana de vácuo e o molde seja vedada. O vácuo na cavidade de molde é estabelecido antes da injeção, por exemplo, a partir de ao longo da borda de molde ou a partir dos tubos na parte de formado. Depois disso, a resina é distribuída a partir das entradas 104 e para fora e para baixo através do membro de distribuição de resina 106 impregnando as camadas 102 por meio da infusão causada pelo vácuo e/ou pela injeção onde o suprimento de resina está sob pressão.

[0087] Quando o laminado é produzido e pelo menos parcialmente curado, a membrana de vácuo é removida e freqüentemente também as entradas de resina. O membro de distribuição de resina pode, então, opcionalmente, ser deixado para se tornar uma parte integrada do laminado acabado, que, entretanto, constitui uma camada muito rica em resina sem quaisquer, ou com somente benefícios estruturais muito limitados, mas, pelo contrário, adicionando-se de modo desfavorável ao peso do produto. Alternativamente, o membro de distribuição de resina pode ser removido e descartado junto com a resina absorvida nele.

[0088] Nas figuras 2-3 a seguir, as várias partes do processo usado na presente invenção são designadas com os mesmos números de referência que na figura 1.

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21/24 [0089] A figura 2 ilustra em uma vista em seção transversal um modo de realização de um método de produção de acordo com a presente invenção no qual um membro poroso é empregado para otimizar o método de fabricação junto com o laminado acabado. Aqui, um membro poroso 203, também formado uma parte da invenção, é disposto no molde 103 como a camada mais externa junto com uma quantidade de camadas reforçadas com fibra 102. A resina é, então, em um modo de realização, introduzida através de uma quantidade de entradas 104 no molde ou parte de formado 103.

[0090] Alternativamente, as entradas também podem ser na forma de tubos perfurados finos colocados próximos ao membro poroso 203 que, então, são deixados para se tornarem parte integrada do laminado acabado. O membro poroso 203 é uma estrutura tridimensional que permite à resina ser facilmente distribuída através e ao longo do membro poroso, facilitando e maximizando, desse modo, a distribuição de resina por todo o laminado. Diferentes estruturas de membros porosos de acordo com a invenção são esboçadas na figura 4. De acordo com a invenção o membro poroso coalesce para formar uma camada contínua, desse modo, tornando a camada de revestimento de gel supérflua. Uma vantagem adicional da presente invenção é que a injeção e a distribuição de resina a partir do lado de formado ou molde torna possível verificar, por exemplo, por meio de inspeção visual a partir do outro lado do laminado, quaisquer possíveis bolsas ou áreas com resina insuficiente ou ausente. Essas áreas que não receberam resina suficiente podem, então, ser tratadas localmente por meio da aplicação de resina através de uma ou mais entradas de resina secundárias 208, que, por exemplo, poderíam estar na forma de tubos ou outros tipos de entradas perfurando a membrana de vácuo.

[0091] O tempo de cura depende de vários fatores e de sua combinação, por exemplo, temperatura, agente de cura, sistema de resina, processo de injeção, espessura de laminado etc.

[0092] O processo de cura é exotermal e durante o

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22/24 processo de cura o estireno a partir da composição de resina é distribuído/evaporado dentro do molde fechado. No membro poroso 203, o estireno dissolve os polímeros para formar uma superfície protetora, a quantidade de estireno e o polímero no membro poroso 203 são selecionados de modo que o tempo entre a introdução da resina no molde 103, onde o membro poroso 203 funciona como uma camada de distribuição de resina, e o tempo antes do estireno começar a influênciar o membro poroso 203 é otimizado.

[0093] Quando o processo de cura tiver terminado, a membrana de vácuo 105 é liberada do molde 103 e o produto acabado, por exemplo, uma parte de uma lâmina de turbina eólica é removida do molde 103.

[0094] A figura 3 mostra um outro modo de realização de um método de produção de acordo com a presente invenção em uma vista em seção transversal. Esse processo é essencialmente o mesmo descrito na figura 2. Entretanto, aqui, as camadas incluem um membro poroso secundário 309 de acordo com a presente invenção entre algumas das camadas de fibra 104. A resina aqui, é, então, introduzida na cavidade de molde a partir de ao longo de algumas ou de todas as bordas do molde ou parte de formado 103 e para dentro do mencionado membro poroso 309. Desse modo, o membro poroso 309 assegurará uma distribuição apropriada e ótima da resina. Alternativamente, a resina pode ser introduzida através de tubos de entrada colocados adjacentes ao membro poroso 309. À medida que o membro poroso 309, aqui, é colocado em camadas entre as chapas de fibra, ele não será removido depois da moldagem. Em um modo de realização, o membro poroso coalesce como descrito acima para formar uma camada contínua dentro do laminado acabado. Em um modo de realização adicional, o membro poroso coalesce e flui mais ou menos para dentro das, ou é absorvido pelas camadas vizinhas dos materiais 102, desse modo, cessando de constituir uma camada discreta no laminado acabado. Um membro poroso secundário colocado internamente, como descrito acima, pode ser vantajoso, por exemplo, na

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23/24 produção de laminados muito espessos, onde a resina, desse modo, pode ser injetada e distribuída aparelho de posições mais espessas por todo o laminado.

[0095] Um ou mais membros porosos secundários colocados internamente 309 podem ser usados em combinação com um membro poroso colocado mais externo 103, como descrito com referência à figura 2. Um membro poroso adicional 103 também pode ser colocado adjacente à membrana de vácuo 105, primariamente, para fins de distribuição.

[0096] A figura 4 mostra vários modos de realização do membro poroso 103. O modo de realização mostrado em (a) é tecido, aquele em (b) é tricotado, em (c) o material tem uma quantidade de poros, por exemplo, como em uma espuma com células abertas, em (d) o material é de uma estrutura porosa indefinida, por exemplo, como uma esponja, e o material em (e) é de uma estrutura igual a malha ou igual a filtro.

Exemplos

Exemplo 1

Dissolução de polímeros em estireno [0097] Polímeros selecionados são colocados em um copo contendo estireno. Os polímeros selecionados são (a) poliestireno, (b) acetato de polivinil e (c) poliuretano. A capacidade do estireno de dissolver os polímeros selecionados é observada e assinalada como uma função do tempo transcorrido.

Exemplo 2

Dissolução de polímeros em estireno quando calor externo é suprido [0098] Os mesmos polímeros que no exemplo 1 são testados, bem como (d) poli(estireno-co-alquilmaleimido) e (e) poli-etilenoglicol-fumarato. Os polímeros selecionados são colocados em copos contendo estireno. Os copos são colocados sobre uma fonte de calor, e o calor externo é suprido. A temperatura aplicada depende do polímero selecionado. A capacidade do estireno de dissolver os polímeros selecionados é observada e

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24/24 assinalada como uma função da temperatura e tempo transcorrido.

Exemplo 3

Dissolução de polímeros em estireno e/ou resina de poliéster/vinil éster/epóxi e formação de uma camada de “revestimento de gel” [0099] Copos são do espécime delineado dos polímeros usados no Exemplo 2 e a resina com o endurecedor é derramada dentro do copo. A resina é curada e durante a cura o estado dos polímeros selecionados (por exemplo, intactos, dissolvidos e parcialmente dissolvidos) é observado e assinalado como uma função do tempo transcorrido.

Exemplo 4

Dissolução de polímeros em estireno e/ou resina de poliéster/vinil éster/epóxi e formação de uma camada de “revestimento de gel” durante o tratamento com calor [00100] O procedimento do exemplo 3 é repetido, mas, adicionalmente, uma fonte de calor é colocada ao redor do lado de fora do copo. O estado dos polímeros selecionados é observado e assinalado como uma função da temperatura e do tempo transcorrido.

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Claims (8)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Método para produzir um produto reforçado com fibra, compreendendo as etapas de:

   a) colocar pelo menos um membro poroso em um molde (103);

   b) colocar uma ou mais camadas (102) de fibras de reforço no (103) molde;

   c) introduzir resina para distribuição através do membro poroso para as camadas de fibra (102); e

   d) permitir à resina curar e ao membro de distribuição coalescer para formar uma camada contínua, caracterizado pelo fato de que o membro poroso é colocado de modo a formar uma camada mais externa quando coalescido, referida camada mais externa tendo as mesmas características de materiais gel revestidos tradicionais.
2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o membro poroso é colocado de modo a formar uma camada interna quando coalescido.
3. 3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a coalescência do membro poroso é causada por um tratamento químico, ou por influência do calor, radiação ou vibrações ou uma combinação dos mesmos.
4. 4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato a coalescência da camada porosa para formar uma camada contínua é causada pelo menos parcialmente durante a cura da resina.
5. 5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a coalescência da camada porosa para formar uma camada contínua é causada pelo menos parcialmente pela ação do estireno presente durante a cura da resina.

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6. 6. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a coalescência da camada porosa para formar uma camada contínua é causada pelo menos parcialmente pelo calor produzido no processo de cura da resina.
7. 7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o método é um processo de formação de vácuo (105).
8. 8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o produto reforçado com fibra é uma parte de uma concha para uma lâmina de turbina eólica (101).

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