BRPI0617642A2 - processo para revestir um componente de material compósito reforçado com fibra - Google Patents

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Abstract

PROCESSO PARA REVESTIR UM COMPONENTE DE MATERIAL COMPóSITO COM FIBRA. Um processo para revestir um componente de material compósito reforçado com fibra, em que (a) primeiro um compósitindo de componentes orgânicos e metálicos é aplicado por meio de pulverização térmica como uma camada adesiva a uma superficie do componente a ser revestido; (b) uma camada predominantemente compreendendo componentes metálicos é aplicada por meio de pulverização térmica ou cinéticas como uma camada intermediária à referida camada adevisa; c (c) uma camada de cobertura funcional consistindo de metal, um compósito metal-carbeto, cerâmica de oxido ou misturas de referidos materiais é aplicada à referida camada intermediária por meio de pulverização térmica ou cinética.

Description

"PROCESSO PARA REVESTIR UM COMPONENTE DE MATERIAL COMPÓSITO REFORÇADO COM FEBRA"
A invenção refere-se à geração de superfícies funcionais sobre materiais compósitos reforçados com fibras pela aplicação de pulverização térmica e cinética, em que a proteção da superfície do componente contra desgaste, danos mecânicos e adesões, assim como uma melhora da liberação da folha (comportamento de liberação), são consideradas como sendo de particular importância.
Os materiais compósitos, particularmente os compreendendo uma matriz de polímero assim como polímeros reforçados com fibra de carbono, permitem a produção de componentes tendo características mecânicas e físicas extraordinárias, como baixa densidade, elevada resistência à tração e torção, e um módulo elevado de elasticidade ou uma elevada rigidez, respectivamente. Uma multiplicidade de materiais de fibra de alta resistência pode ser usada, incluindo fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de carbeto de silício, assim como fibras de muitos outros óxidos, carbetos e outros materiais. Também uma grande multiplicidade de materiais poliméricos pode ser usada, incluindo resinas fenólicas, resinas epóxi e muitos outros materiais. As fibras podem ser muito longas e podem ser dispostas em padrões específicos, ou elas podem ser relativamente curtas e aleatoriamente distribuídas. Quando fibras longas são dispostas em padrões específicos, elas podem ser orientadas em uma direção única, ou elas podem ser dispostas em padrões que são projetados para conferir uma resistência bi- ou tri-dimensional ao material compósito reforçado com fibra. Assim, as características mecânicas da estrutura do material compósito reforçado com fibra podem ser adaptadas às exigências específicas de um componente.
Infelizmente, as superfícies dos materiais compósitos reforçados com fibras tem uma baixa resistência ao desgaste, particularmente contra desgaste adesivo, abrasivo e erosivo, e as características adesivas e umectantes das mesmas são insuficientes para muitas aplicações, como na indústria de papel. Além disso, elas são com freqüência susceptíveis à oxidação e outros tipos de corrosão, requerem proteção térmica, e não dispõem das características ópticas e elétricas requeridas, e outros. Assim, a capacidade de uso de materiais compósitos reforçados com fibras é limitada em muitas aplicações ou requer o uso de insertos metálicos ou cerâmicos ou revestimentos nas regiões que são expostas a um contato com outros componentes ou material e, assim, são expostas a um desgaste alimentado.
Mesmo assim, o uso de rolos feitos de materiais compósitos reforçados com fibras é de particular interesse na indústria da impressão, papel e folha, porque eles são substancialmente mais leves e mais rígidos, e assim podem ser manipulados com maior facilidade e segurança do que os rolos feitos de, por exemplo, aço. Devido à suas menores inércias, eles ainda precisam de menos energia e tempo para aceleração e frenagem.. Isto permite economias de custo não somente na manipulação e montagem, mas também na operação. A fim de prover as superfícies de trabalho dos rolos com as características necessárias, os rolos compreendem um revestimento de metais, cerâmicas ou carbetos ou misturas dos mesmos com plástico, cujo revestimento oferece a resistência ao desgaste requerida e outras características necessárias. Quando usando processos de pulverização térmica, uma grande multiplicidade de camadas metálicas e cerâmicas, camadas de "cermet", isto é, partículas de carbeto incrustadas em uma matriz metálica, assim como alguns revestimentos poliméricos, podem ser produzidos.
A família de processos de pulverização térmica inclui a pulverização com detonação (dentre outros, Super D-Gun ™), a pulverização de chama em alta velocidade e variações dos mesmos, por exemplo pulverização com ar-combustível, a pulverização com plasma, a pulverização com chama e a pulverização com arco de fio elétrico. Na maior parte dos processos de revestimento térmico, o material de pulverização é aquecido em 1
forma de pó, fio ou haste, a uma temperatura que corresponde a ou está levemente acima do ponto de fusão do mesmo, e gotículas ou partículas em fusão do material são aceleradas em uma corrente de gás. As gotículas são dirigidas para a superfície do substrato a ser revestido, onde elas aderem, solidificam e formam uma camada contínua tendo uma estrutura lamelar. No caso do processo de pulverização com detonação de operação descontínua, a camada é desenvolvida por pontos de pulverização individuais, sobrepostos, rigidamente ligados. Estes processos são bem conhecidos do versado e são descritos em detalhes em numerosos trabalhos. Apesar do fato de que muitas tentativas foram feitas para
aplicar camadas de pulverização térmica à base de metal, cerâmica ou carbeto, diretamente sobre as superfícies dos materiais compósitos reforçados com fibras, geralmente somente uma aderência muito fraca da camada pode ser obtida. Com freqüência, as camadas não aderem ao substrato reforçado com fibra ou já formam flocos quando da deposição de uma espessura de camada pequena. Geralmente, a superfície do componente é tornada áspera antes da aplicação da camada de pulverização térmica a fim de melhorar a aderência. A superfície áspera é formada principalmente por jateamento com corundo da superfície. Ojateamento de corundo ou a formação de outros tipos de superfícies ásperas a serem revestidas, no entanto, pode resultar em uma erosão inaceitável da matriz de polímero combinado com uma exposição de fibras. Esta última pode prejudicar fortemente as características da camada.
Estes e outros problemas, por exemplo, se tornam evidentes quando aplicando o processo descrito em US-A 5 857 950. Neste caso, a superfície de um rolo de fibra de carbono é jateado com areia quando então um revestimento de zinco é aplicado com um protetor do calor. Após novo jateamento com areia do rolo agora revestido com zinco, um revestimento adesivo é aplicado, cujo revestimento pode consistir de uma mistura de alumínio bronze e poliéster. Subseqüentemente, o revestimento de adesivo é *
jateado com areia, e um revestimento de pulverização de cerâmica é aplicado e gravado. Este processo demonstrou ser inaceitável.
Um processo alternativo é descrito em EP 0 514 640 BI. Neste caso, em primeiro lugar, uma camada consistindo de uma mistura de uma resina sintética e partículas metálicas dispersas na mesma, é produzida sobre a superfície de um material compósito reforçado com fibra. Quando da cura desta camada, a superfície é usinada a fim de expor as partículas dispersas, de modo que o material de partícula pode quimicamente combinar com o material de uma camada externa que é termicamente pulverizada sobre a primeira camada. Apesar do fato de que um sucesso limitado pode ser atingido com este processo, a mistura de resina sintética e material de partículas não pode aderir de modo apropriado ao material compósito e tende a formar sobre a superfície glóbulos de material, pelo que não é apropriado para produção comercial. Em conformidade com DE 100 37 212 Al, uma superfície a
colar é aplicada sobre uma superfície de plástico por um processo de pulverização térmica, em que esta superfície a colar pode consistir de zinco, ligas de zinco, ligas de alumínio e/ou materiais, como ligas de níquel- alumínio, que reagem exotermicamente no curso do processo de pulverização. Subseqüentemente, um revestimento funcional do mesmo modo produzido por um processo de pulverização térmica é aplicado sobre a superfície a colar.
Além disso, EP 1 129 787 Bl descreve um processo de revestimento em que um substrato de material compósito reforçado com fibra é revestido com uma primeira camada contendo somente polímero, uma segunda camada de uma mistura polímero / metal e subseqüentemente um revestimento de pulverização térmica. A fim de obter uma resistência de colagem suficiente entre as camadas, materiais poliméricos apropriados para as primeiras duas camadas de revestimento devem ser selecionados.
O problema básico à presente invenção consiste em prover materiais compósitos reforçados com fibras revestidos em que a aderência das camadas de revestimento ao material compósito é ainda melhorada. A presente invenção particularmente refere-se ao objeto para melhorar a resistência ao desgaste de materiais plásticos reforçados com fibras ao combinar dois ou mais sistemas de camadas termicamente ou cineticamente pulverizados.
Em conformidade com a invenção, este problema é resolvido em que, em primeiro lugar, um compósito consistindo de componentes orgânicos e metálicos é aplicado por meio de pulverização térmica como uma camada adesiva na superfície do material plástico reforçado com fibra; que uma camada termicamente ou cineticamente pulverizada predominantemente compreendendo componentes metálicos é aplicada na referida camada adesiva como uma camada intermediária; e que uma camada de cobertura funcional termicamente ou cineticamente pulverizada, consistindo de metal, CERMET (compósito metal-carbeto), cerâmicas de óxido ou misturas de referidos materiais ou misturas dos mesmos com material plástico é aplicada na referida camada intermediária. Uma mistura de dois ou mais diferentes materiais pode ser usada na pulverização do compósito metal-plástico que é aplicado como a camada adesiva. Em vez de usar durante o processo de pulverização duas ou mais correntes parciais, o material de pulverização em forma de fios ou pó, sozinho, pode consistir do compósito de material.
O fim da camada adesiva acima mencionada consiste em prover, via seu componente plástico, uma colagem melhorada à matriz do material de base reforçado com fibra, e assegurar simultaneamente uma melhor umectação de quaisquer fibras expostas, o que do mesmo modo é favorável para a aderência das camadas. O fim dos componentes metálicos da camada adesiva é permitir uma colagem à camada intermediária metálica que deve ser aplicada subseqüentemente.
Esta camada intermediária é essencial à aplicação final da
camada de cobertura funcional. Ela serve como uma base estável para a camada de cobertura resistente ao desgaste, principalmente quebradiça e provê, simultaneamente, uma correspondência moderada dos módulos de elasticidade da camada adesiva e a camada de cobertura. Além disso, a camada intermediária metálica provê uma distribuição uniforme e dissipação do calor introduzido durante a outro revestimento do componente por, por exemplo, pulverização de chama em alta velocidade ou pulverização com detonação. Sem uma dissipação de calor suficiente, uma evaporação local do aglutinante orgânico do corpo do substrato pode ocorrer, o que iria resultar em descolamento de todo o sistema de camada.
O processo atualmente sugerido permite a produção de componentes revestidos de material compósito reforçado com fibra que são apropriados também para cargas dinâmicas elevadas, assim como componentes tendo uma área de camada maior. As formas de realização preferidas da invenção seguem as sub-
reivindicações.
Preferivelmente, o componente orgânico da camada adesiva, por exemplo poliéster, atinge entre 5 e 60%, mais preferivelmente entre 20 e 50%, e o mais preferivelmente entre 30 e 40%. O componente metálico da camada adesiva, por exemplo,
alumínio, cobre ou níquel, preferivelmente atinge entre 40 e 90%, e mais preferivelmente entre 60 e 80%.
A espessura da camada adesiva preferivelmente está entre 0,1 e 2 mm, mais preferivelmente entre 0,1 e 1 mm, e o mais preferivelmente entre 0,2 e 0,4 mm.
Em xima forma de realização particularmente preferida, uma camada adesiva de 0,2 mm de espessura é aplicada por pulverização de plasma e consiste de um compósito metal- poliéster. Em outra forma de realização particularmente preferida, uma camada de metal tendo uma /13 ilJ
espessura de cerca de 0,1 a 1 mm é pulverizada por um processo de pulverização térmica sobre a camada adesiva.
Em uma forma de realização, a espessura da camada intermediária está entre 0,5 e 2 mm. Antes de aplicação a camada de cobertura, a camada intermediária pode ser usinada, por exemplo, por retifica ou torno, a fim de nivelar a irregularidade causada pelas etapas de processo precedentes.
É favorável aplicar a camada intermediária metálica por um processo não envolvendo combustão, como pulverização de arco, pulverização de plasma ou pulverização cinética, de modo que a entrada de calor no material de base de plástico reforçado com fibra possa ser mantida tão baixa como possível.
Também é favorável usar para a camada intermediária um material metálico tendo uma ductilidade tão elevada como possível. Em uma outra forma de realização, já a camada intermediária
consiste de um compósito de metal e material duro, por exemplo, uma camada compósita de alumínio-alumina cineticamente pulverizada, a fim de proporcionar um aumento da resistência.
Quando o revestimento do material reforçado com fibra visa particularmente aumentar a resistência ao desgaste, a camada de cobertura funcional do sistema de camadas preferivelmente consiste de cerâmica de oxido (por exemplo óxido de cromo) ou de CERMET (compósito de metal - carbeto, por exemplo partículas de carbeto de tungstênio incrustadas em uma matriz de cobalto metálico).

Claims (7)

1. Processo para revestir um componente de material compósito reforçado com fibra, caracterizado pelo fato de que (a) primeiro um compósito consistindo de componentes orgânicos e metálicos é aplicado por meio de pulverização térmica como uma camada adesiva a uma superfície do componente a ser revestido; (b) uma camada predominantemente compreendendo componentes metálicos é aplicada por meio de pulverização térmica ou cinética como uma camada intermediária à referida camada adesiva; e (c) uma camada de cobertura funcional consistindo de metal, um compósito metal-carbeto, cerâmica de oxido ou misturas de referidos materiais é aplicada à referida camada intermediária por meio de pulverização térmica ou cinética.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o componente orgânico da camada adesiva atinge entre 5 e 60%, preferivelmente entre 20 e 50%, e o mais preferivelmente entre 30 e 40%.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o componente metálico da camada adesiva atinge entre 40 e 90%, e preferivelmente entre 60 e 80%.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a espessura da camada adesiva está entre 0,1 e 2 mm, preferivelmente entre 0,1 e 1 mm, e mais preferivelmente entre 0,2 e 0,4 mm.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o componente metálico da camada intermediária atinge até 60% ou mais.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a espessura da camada intermediária está entre 0,1 e 2 mm, preferivelmente entre 0,2 e I mm, e o mais preferivelmente entre 0,3 e 0,6 mm.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a camada intermediária é usinada Mites da aplicação da camada de cobertura.
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