BRPI0708377A2

BRPI0708377A2 - material de base de fibra de reforço para pré-formas, processo para a produção de laminados a partir do mesmo, e assim por diante

Info

Publication number: BRPI0708377A2
Application number: BRPI0708377-7A
Authority: BR
Inventors: Tomoyuki Shinoda; Satoru Nagaoka; Nobuo Asahara
Original assignee: Toray Industries
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2011-06-07
Also published as: CA2635855A1; CN101389457A; JPWO2007099825A1; EP1990169A4; US20090068428A1; EP1990169A1; EP1990169B1; US8236410B2; RU2419540C2; CA2635855C; ES2705448T3; CN101389457B; JP5309561B2; WO2007099825A1; RU2008138598A

Abstract

MATERIAL DE BASE DE FIBRA DE REFORçO PARA PRé-FORMAS, PROCESSO PARA A PRODUçãO DE LAMINADOS A PARTIR DO MESMO, E ASSIM POR DIANTE. A presente invenção fornece (1) um material de base de fibra de reforço possuindo uma trama constituída de ambos os filamentos de fibra de reforço dispostos em uma direção em paralelo um com o outro e fios auxiliares dispostos em outra direção, que satisfaz a relação: L = H/cos <sym> (onde L é o comprimento do fio auxiliar cobrindo um filamento de fibra de reforço e H é a largura de filamento como determinado em tal estado onde os filamentos de fibra de reforço são unificados apenas com os fios auxiliares; e 30<198> <243> <sym> (tensão de cisalhamento em plano) <243> 30<198>) e onde 3 g/m^ 2^ a 40 g/m^ 2^ de uma resina adesiva possuindo uma temperatura de transição de vidro entre 0<198> e 95<198>ç é aderida a pelo menos um lado em pontos, linhas ou linhas descontínuas; (2) um laminado obtido pela laminação de camadas do material de base de fibra de reforço, onde a resina adesiva aderida a cada camada do material de base une parcialmente a uma camada do material de base através de toda a superfície, com o comprimento máximo de cada junta de união sendo não inferior a 1 mm. e não mais do que a largura H de um filamento de fibra de reforço; e (3) uma pré-forma, obtida pela formatação do laminado, possuindo uma fração de volume de fibra de reforço (Vpf) de 45% a 62%.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MATERIALDE BASE DE FIBRA DE REFORÇO PARA PRÉ-FORMAS, PROCESSOPARA A PRODUÇÃO DE LAMINADOS A PARTIR DO MESMO, E ASSIMPOR DIANTE".

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a um material de base de fibra dereforço utilizado na produção de materiais compostos reforçados com fibrapelo processo de moldagem por transferência de resina (pode ser abreviadodoravante como processo RTM).

Adicionalmente, a presente invenção refere-se adicionalmenteao seguinte: um laminado de material de base de fibra de reforço obtido pelalaminação e união parcial de uma pluralidade de camadas de material debase de fibra de reforço; uma pré-forma feita de laminado de material de ba-se de fibra de reforço; e plástico reforçado com fibra obtido pela injeção eendurecimento de uma resina de matriz dentro da pré-forma.

Mais particularmente, a presente invenção se refere a um mate-rial de base de fibra de reforço adequado para a produção de plástico refor-çado por fibra (pode ser abreviado doravante como FRP) possuindo forma-tos complexos e onde alta resistência e alta elasticidade são exigidas, talcomo para o material estrutural e componentes do equipamento de transpor-te, especialmente uma aeronave. Adicionalmente, a presente invenção tam-bém se refere a um laminado do material de base de fibra de reforço, umapré-forma feita a partir do laminado do material de base de fibra de reforço, eFRP utilizando a pré-forma, e um processo para a produção da mesma.

Técnica Antecedentes

Existe uma demanda por materiais estruturais constituindo equi-pamento de transporte tal como uma aeronave para se satisfazer amplamen-te a determinadas características mecânicas, além de menor peso e menorcusto. Entre as mesmas, a mudança para FRP como o material estruturalprimário dos componentes tal como as asas, a cauda e a fuselagem estásendo investigada a fim de se obter um peso reduzido.

Adicionalmente, recentemente tem havido um movimento nosentido de FRPs visto que o peso reduzido em materiais estruturais de au-tomóveis está sendo buscado, e a demanda por redução de custo maior doque a de uma aeronave está se tornando cada vez maior.

A moldagem por autoclave é conhecida como um processo deprodução típico para tais FRPs.

Na moldagem por autoclave, um pre-peg é utilizado como mate-rial FRP, o pre-peg sendo constituído de fibras reforçadas impregnadas comuma resina de matriz antecipadamente. Pela inserção de pre-peg em ummolde no formato do componente e então laminação, aquecimento, e aplica-ção de pressão, um FRP é formado.

Uma característica do pre-peg utilizado aqui é que é possível secontrolar um alto grau de fração de volume de fibra de reforço Vf. Isso tem avantagem de permitir que um FRP com excelentes características mecâni-cas seja obtido. No entanto, o pre-peg propriamente dito é um material caroque exige instalações de refrigeração para armazenamento, e a produtivida-de do mesmo é baixa visto que um autoclave é utilizado. Dessa forma, o pre-peg também é problemático visto que partes moldadas formadas a partir domesmo são altas em termos de custo.

Adicionalmente, no caso no qual o formato de uma parte molda-da é o de um C ou formato similar, apenas a tensão fora do plano do pre-pegou um laminado de pre-pegs laminados é buscado, ao passo que, no casono qual o formato da parte moldada é esférico, parcialmente esférico, ou emformato de bloco, a tensão de cisalhamento em plano é buscada em adiçãoà tensão fora de plano. No entanto, visto que as fibras de reforço do pre-pegsão mantidas no lugar por resina de matriz, a tensão de cisalhamento noplano é essencialmente impossível, e, dessa forma, o drapeamento dos pre-pegs em formatos complexos possuindo curvatura bidimensional é extre-mamente difícil.

Um método de aperfeiçoamento da capacidade de drapeamentoé conhecido no qual, quando da formação de um pre-peg em drapeado co-mo o acima em um formato no qual a tensão de cisalhamento em plano ébuscada, a restrição das fibras de reforço pela resina de matriz é reduzidapela aplicação de calor para reduzir a viscosidade da resina de matriz. Noentanto, visto que as fibras de reforço em um pre-peg são tipicamente dis-postas de forma uniforme e densa, as fibras de reforço não são facilmentemovidas devido à fricção entre as fibras de reforço, mesmo quando a visco-sidade da resina de matriz é reduzida pelo calor. Por essa razão, apesar dea formação de drapeado de um formato que exige a tensão fora do plano, talcomo um formato em C, poder ser aperfeiçoada pela aplicação de calor, e-xiste um problema visto que a forma do drapeamento é dificilmente aperfei-çoada para formatos nos quais a tensão de cisalhamento no plano é busca-da, tal como uma superfície esférica ou formato de bloco. Por essa razão,quando for necessário se drapear um formato possuindo curvatura bidimen-sional, é necessário se processar o pre-peg, tal como pela adição de pré-cortes. No entanto, se os pré-cortes forem adicionados, a continuidade dafibra de reforço é perdida, e existe um novo problema visto que a elasticida-de e a resistência serão reduzidas.

Enquanto isso, os processos de moldagem por injeção de resinatal como a moldagem por transferência de resina (RTM) são conhecidos co-mo sendo processos de moldagem que aperfeiçoam a produtividade FRP ereduzem os custos com moldagem. Nesses processos de moldagem porinjeção de resina, as fibras de reforço que não foram impregnadas com resi-na de matriz são primeiro colocadas dentro de um molde e então a resina dematriz é injetada, impregnando, dessa forma, as fibras de reforço com resinade matriz e formando um FRP. A resina de matriz é então endurecida peloaquecimento utilizando um forno ou equipamento similar.

Visto que o processo de moldagem por transferência de resinautiliza material de base de fibra de reforço a seco, os custos com materialpodem ser reduzidos. Adicionalmente, visto que um autoclave não é utiliza-do, os custos com moldagem podem ser reduzidos.

Normalmente, no processo de moldagem por transferência deresina, primeiro uma pré-forma que mantém o formato do produto final épreparada, a pré-forma sendo construída a partir de material de base de fi-bra de reforço a seco que não foi impregnado com resina de matriz. Depoisda colocação da pré-forma dentro do molde, a resina de matriz é injetada,formando, assim, um FRP.

A pré-forma é obtida pela utilização de um mandril ou molde noformato do produto final, onde o material de base de fibra de reforço é Iami-nado com base em uma configuração de laminação predeterminada, o lami-nado sendo formatado para encaixar no mandril ou molde.

No caso onde a pré-forma é um formato em C, essencialmenteapenas a tensão fora do plano é buscada para o material de base de fibra dereforço ou o laminado feito a partir do material de base de fibra de reforçolaminado, ao passo que no caso onde a pré-forma é esférica, parcialmenteesférica, ou tem formato de bloco, a tensão de cisalhamento em plano tam-bém é buscada.

Os tecidos tramados multiaxiais, tal com os tecidos tramadospossuindo filamentos de fibra dispostos em duas direções axiais, são conhe-cidos como materiais de base de fibra de reforço que permitem a tensão decisalhamento no plano. Tais tecidos tramados formam um material de basede fibra de reforço pela interseção dos filamentos de fibra de reforço um como outro. Desde que as fibras de reforço não sejam restringidas por fibras au-xiliares ou meios similares, é possível que os ângulos pelos quais as fibrasde reforço formam interseções, mudem, permitindo, assim, a tensão de cisa-lhamento no plano. No entanto, visto que os filamentos de fibra de reforçosão dispostos de forma multiaxial, o número de filamentos de fibra de reforçoem cada direção divide essencialmente ao meio no caso de um tecido tra-mado biaxial, por exemplo. Dessa forma, enquanto a capacidade de forma-ção de drapeado é excelente em comparação com o material de base defibra de reforço unidirecional, existe um problema visto que as característicasmecânicas são ruins.

Adicionalmente, um método é conhecido pelo qual, a fim de apré-forma feita a partir do material de base de fibra de reforço manter o for-mato do produto final ou um formato próximo ao do produto final, o materialde base de fibra de reforço é laminado e drapeado em um mandril ou moldepossuindo o formato final. Subseqüentemente, as propriedades adesivas daresina de endurecimento por calor ou resina termoplástica são utilizadas pa-ra unificar o material de base de fibra de reforço e preservar o formato dapré-forma.

Por exemplo, um método foi proposto no qual um agente adesi-vo que contém uma resina de endurecimento por calor é aderido a um mate-rial de base de fibra de reforço, e depois da laminação do material de basede fibra de reforço com base em uma configuração de laminação predeter-minada, uma pressão ampla é aplicada ao laminado, obtendo, assim, umFRP utilizando uma pré-forma que pode manter o formato do produto mes-mo depois da liberação da pressão (conforme Literatura de Patente 1).

No entanto, de acordo com a proposta acima, o laminado do ma-terial de base de fibra de reforço é comprimido com pressão suficiente paramanter o formato do produto mesmo depois da liberação da pressão, e, poressa razão, é extremamente difícil se deformar o laminado após a aplicaçãoda pressão. Por essa razão, é necessário se preparar a pré-forma pela apli-cação de pressão depois do primeiro ajuste do formato do material de basede fibra de reforço pelo drapeamento em um molde ou meios similares noformato do produto. No entanto, em tal método, é necessário se laminar omaterial de base de fibra de reforço, uma camada de cada vez, particular-mente quando o drapeamento do material de base de fibra de reforço ocorreem um formato complexo. Por essa razão, existe um problema visto que oprocesso de drapeamento leva tempo. Ademais, quando se tentando drape-ar um laminado de múltiplas camadas não unificadas em um molde possuin-do um formato complexo, problemas podem ocorrer, tal como o material debase de fibra de reforço desenrolar durante o drapeamento, e, dessa forma,causando problemas para o manuseio.

Para se reagir a esse problema de drapeamento do material debase de fibra de reforço em formatos complexos, os métodos foram propos-tos nos quais, por exemplo, uma pré-forma formatada de modo arbitrário éformatada pelo pendurar de fibras de reforço em um grande número de pi-nos paralelos (conforme Literatura de Patente 2). Nesse método, as fibras dereforço são dispostas em uma estrutura laminada predeterminada pelo ajus-te de posições dos pinos nos quais as fibras de reforço são penduradas. A-dicionalmente, uma pré-forma de largura arbitrária pode ser obtida pelo ajus-te da distância entre os pinos.

No entanto, quando esse método é utilizado para elementospossuindo tanto espessura considerável quanto área de superfície grande,tal como material estrutural para aeronaves, é necessário se dispor de umgrande número de pinos e adicionalmente se pendurar as fibras de reforçomuitas vezes nos pinos. Por essa razão, existe um problema visto que o mé-todo exige uma quantidade grande de trabalho e tempo.

Adicionalmente, um método foi proposto no qual um FRP é for-mado utilizando-se uma pré-forma unida na direção da espessura do materi-al de base de fibra de reforço pela disposição das fibras na direção da es-pessura de um laminado formado pela laminação do material de base defibra de reforço do tecido tramado biaxial (conforme Literatura de Patente 3).

Nesse método, pela disposição de fibras na direção da espessura nas partesonde a tensão não é exigida sem a disposição das fibras na direção da es-pessura nas partes onde a tensão é necessária, a capacidade de drapea-mento é garantida enquanto se aperfeiçoa o manuseio. No entanto, nessemétodo, um tecido tramado biaxial é utilizado. Em um tecido tramado biaxial,as fibras de reforço são tramadas em duas direções, e como tal a contagemde fibra de reforço em cada direção é dividida essencialmente ao meio. A-demais, visto que as fibras verticais e as fibras horizontais possuem quaseque a mesma espessura, uma grande quantidade de aperto nas fibras dereforço ocorre nos pontos de interseção das fibras vertical e horizontal devi-do à dobra da fibra. Como resultado disso, existe um problema visto que ascaracterísticas mecânicas realizadas são aproximadamente apenas metadedas de um pre-peg onde as fibras de reforço são dispostas de forma unidire-cional.

Visto que a característica mecânica extremamente alta é exigidado material estrutural primário para aeronaves em particular, o tecido trama-do biaxial, enquanto excelente em termos de capacidade de drapeamento emanuseio, é problemático visto que as características mecânicas do mesmosão insuficientes.

Esse sendo o caso, um material de base de fibra de reforço uni-direcional combinando capacidade de drapeamento, características mecâni-cas, e manuseio, além de um laminado feito pela laminação e unificação deuma pluralidade de camadas de tal material de base de fibra de reforço, euma pré-forma e FRP feitos a partir do mesmo, não foi obtido, e existe a ne-cessidade de se criar uma tecnologia que satisfaça essas demandas.

Literatura de Patente 1: publicação de pedido de patente japo-nês (tradução do pedido PCT) No. H9-508082

Literatura de Patente 2: publicação de pedido japonês Kokai pu-blicação No. 2004-218133

Literatura de Patente 3: publicação de pedido de patente japo-nês Kokai publicação No. 2004-36055

Descrição da Invenção

Um objetivo da presente invenção, sendo vislumbrado em vistados problemas da técnica anterior, é fornecer: um material de base de fibrade reforço unidirecional possuindo excelente capacidade de drapeamento,características mecânicas, e características de manuseio, além de um lami-nado, pré-forma, e FRP feitos pela laminação e unificação de uma pluralida-de de camadas de tal material de base de fibra de reforço enquanto se retéma capacidade de formatação do material de base de fibra de reforço. Adicio-nalmente, um objetivo da presente invenção é fornecer um processo alta-mente produtivo e de baixo custo para a produção de tal pré-forma e FRP.

A fim de se solucionar o problema acima, um material de basede fibra de reforço unidirecional da presente invenção tem a seguinte confi-guração.

(1) Um material de base de fibra de reforço unidirecional, possu-indo uma trama de filamentos de fibra de reforço dispostos em paralelo emuma única direção, e fibras auxiliares dispostas em pelo menos uma outradireção, onde o comprimento L pelo qual uma fibra auxiliar disposta em pelomenos uma outra direção cruza um filamento de fibra de reforço, a largura Hde um filamento de fibra de reforço, e a tensão de cisalhamento no plano θexistem na relação expressa pelas equações (I) e (II). Adicionalmente, umaresina adesiva possuindo uma temperatura de transição de vidro Tg entre0C e 95 C é aderida à superfície do material de base de fibra de reforço u-nidirecional em pelo menos um lado do mesmo, a quantidade de resina ade-siva sendo entre 2 g/m2 e 40 g/m2 e aderido em pontos, linhas ou linhasdescontínuas.

L= H/cos θ (I) 3 < θ < 30 (II)

Adicionalmente, um laminado de material de base de fibra dereforço da presente invenção que soluciona os problemas acima apresenta aseguinte configuração (2).

(2) Um laminado de material de base de fibra de reforço plano,formado pela laminação de uma pluralidade de camadas de material de basede fibra de reforço unidirecional de acordo com (1), onde a resina adesivaaderida a cada camada do material de base de fibra de reforço unidirecionalune parcialmente a uma camada do material de base de fibra de reforço a-través de toda a superfície do mesmo. Adicionalmente, o comprimento má-ximo de cada junta de união não é inferior a 1 mm. e não superior à larguraH de um filamento de fibra de reforço.

Adicionalmente, um laminado de material de base de fibra dereforço especificamente preferível da presente invenção tem a seguinte con-figuração (3).

(3) O laminado de material de base de fibra de reforço de acordocom (2), onde o espaçamento entre as respectivas juntas de união não éinferior à largura H de um filamento de fibra de reforço e não superior a 100mm.

Adicionalmente, uma pré-forma da presente invenção que solu-ciona os problemas acima tem a seguinte configuração (4).

(4) Uma pré-forma formada pelo drapeamento do laminado dematerial de base de fibra de reforço de acordo com (2) ou (3), a pré-formapossuindo uma fração de volume de fibra de reforço Vpf na faixa de 45% a62%.

Adicionalmente, uma pré-forma mais especificamente preferívelda presente invenção tem a seguinte configuração (5).

(5) A pré-forma de acordo com (4), onde as camadas do materialde base de fibra de reforço são unidas pela resina adesiva através de todasas suas superfícies.

Adicionalmente, um plástico reforçado com fibra da presente in-venção que soluciona o problema acima tem a seguinte configuração (6).

(6) Um produto plástico moldado, reforçado com fibra, obtidopela injeção, impregnação, e endurecimento de resina de matriz em umapré-forma de acordo com (4) ou (5), e onde a fração de volume de fibra dereforço Vpf do produto plástico moldado está na faixa de 45% a 72%.

Adicionalmente, um processo para a produção de um laminadode material de base de fibra de reforço da presente invenção que solucionaos problemas acima tem a seguinte configuração (7).

(7) Um processo de produção de um laminado de material debase de fibra de reforço que produz um laminado através de pelo menos asetapas (A) a (F):

(A) corte do material de base de fibra de reforço unidirecional deacordo com (1) em um formato predeterminado;

(B) laminação do material de base de fibra de reforço unidirecio-nal que foi cortado em um formato predeterminado pelo transporte e disposi-ção sucessivos das camadas de forma plana com base em uma configura-ção de laminação predeterminada;

(C) transporte intermitente do laminado obtido na etapa de lami-nação (B) para uma etapa de aquecimento;

(D) aquecimento do laminado transportado na etapa de transporte (C);

(E) união por pressão do laminado pela aplicação de pressão aapenas os locais predeterminados no laminado utilizando um suporte de u-nião por pressão, e unindo as camadas do material de base de fibra de re-forço nos pontos de pressão por toda a direção da espessura por meios daresina adesiva aderida à superfície do material de base de fibra de reforço; e

(F) resfriamento do laminado.Adicionalmente, um processo mais especificamente preferívelpara a produção de um laminado de material de base de fibra de reforço dapresente invenção possui qualquer uma das seguintes configurações (8) a(17).

(8) O processo de produção de um laminado de material de basede fibra de reforço de acordo com (7), onde, na etapa de laminação (Β), omaterial de base de fibra de reforço é transportado e disposto de forma quea borda plana no sentido do comprimento de uma folha do material de basede fibra de reforço esteja alinhada com a borda plana no sentido do compri-mento de outra folha de material de base de fibra de reforço constituindouma camada de fibras de reforço orientada em uma direção idêntica, produ-zindo, assim, um laminado de material de base de fibra de reforço contínuo.

(9) O processo de produção de um laminado de material de basede fibra de reforço de acordo com (7) ou (8), onde, na etapa de laminação(B), um braço robótico é utilizado para transportar e dispor o material de ba-se de fibra de reforço cortado na etapa de corte (A), de forma que o desvioangular do material de base de fibra de reforço esteja dentro de 1e, e adicio-nalmente, o espaço entre as folhas adjacentes de material de base de fibrade reforço na mesma camada esteja dentro de 3 mm.

(10) O processo para a produção de um laminado de material debase de fibra de reforço de acordo com qualquer uma de (7) a (9), onde, naetapa de aquecimento (D), as partes do laminado de material de base defibra de reforço a serem unidas na etapa de união por pressão (E) sendoaquecidas por ar quente.

(11) O processo para a produção de um laminado de material debase de fibra de reforço de acordo com (10), onde, na etapa de aquecimento

(D), uma resina adesiva aderida à superfície de uma folha do material debase de fibra de reforço em apenas um lado da mesma é utilizada, e, adicio-nalmente, a temperatura de aquecimento do laminado de material de basede fibra de reforço é mais alta do que a temperatura de transição de vidro Tgda resina adesiva.

(12) O processo para a produção de um laminado de material debase de fibra de reforço de acordo com (11), onde, na etapa de aquecimento(D), uma resina adesiva aderida à superfície de ambos os lados de uma fo-lha do material de base de fibra de reforço é utilizada, e, adicionalmente, atemperatura de aquecimento do laminado de material de base de fibra dereforço é igual a ou superior à temperatura de transição de vidro Tg da resi-na adesiva.

(13) O processo para a produção de um laminado de material debase de fibra de reforço de acordo com qualquer um de (7) a (12), onde, naetapa de união por pressão (Ε), o suporte de união por pressão possui umapluralidade de pontos de pressão independentes, e adicionalmente, o com-primento máximo de cada ponto de pressão é igual a ou inferior à largura Hde um filamento de fibra de reforço.

(14) O processo para a produção de um laminado de material debase de fibra de reforço de acordo com qualquer um de (7) a (13), onde, naetapa de união por pressão (E), a união por pressão é conduzida com o es-paçamento entre os pontos de pressão vizinhos mais próximos do suportede união por pressão não sendo inferior a H e não superior a 30 mm.

(15) O processo para a produção de um laminado de material debase de fibra de reforço de acordo com (13) ou (14), onde, na etapa de uni-ão por pressão (Ε), o formato transversal dos pontos de pressão do suportede união por pressão é circular, o diâmetro de seção transversal circular éigual a ou inferior à largura H de um filamento de fibra de reforço, e adicio-nalmente, a união por pressão é conduzida com um espaçamento entre ospontos de pressão vizinhos mais próximos não sendo inferior a H e não sen-do superior a 30 mm.

(16) O processo para a produção de um laminado de material debase de fibra de reforço de acordo com qualquer um de (13) a (15), onde, naetapa de união por pressão (E), a união por pressão é conduzida utilizandoum suporte de união por pressão cujos pontos de pressão incluem as fun-ções de aquecimento.

Adicionalmente, um processo para a produção de uma pré-formada presente invenção que soluciona o problema acima tem a seguinte confi-guração (17).

(17) Um processo para a produção de uma pré-forma que pro-duz uma pré-forma através de pelo menos as seguintes etapas de (a) a (d):

(a) colocação do laminado de material de base de fibra de refor-ço de acordo com (2) ou (3) dentro de um mandril;

(b) drapeamento por pressão do laminado de material de basede fibra de reforço pela aplicação de pressão de superfície ao mesmo e dra-peando;

(c) condução da união por pressão aquecida pelo aquecimentodo laminado de material de base de fibra de reforço enquanto se submete àpressão de superfície, e então unindo as camadas laminadas do laminadode material de base de fibra de reforço; e

(d) resfriamento do laminado de material de base de fibra de re-forço cujas camadas foram unidas.

Adicionalmente, um processo mais especificamente preferívelpara a produção de uma pré-forma da presente invenção possui a configura-ção a seguir (18).

(18) O processo para a produção de uma pré-forma de acordocom (17), onde, na etapa de drapeamento por pressão (b), o material de sa-co é utilizado durante o drapeamento, o laminado de material de base defibra de reforço sendo inserido no mesmo, onde o interior do material de sa-co é evacuado de modo a aplicar uma pressão não inferior a 0,03 MPa e nãosuperior à pressão atmosférica ao laminado de material de base de fibra dereforço.

Adicionalmente, um processo para a produção de plástico refor-çado com fibra da presente invenção que soluciona os problemas acima tema seguinte configuração (19).

(19) Um processo para a produção de plástico reforçado comfibra, no qual a pré-forma de acordo com (4) ou (5) é colocada em um moldepossuindo uma porta de injeção de resina além de uma porta de sucção devácuo, e a resina de matriz é injetada dentro do mesmo enquanto o moldeestá em um estado evacuado. Depois que a resina de matriz é descarregadada porta evacuada, a injeção de resina de matriz a partir da porta de injeçãode resina é encerrada. A quantidade descarregada de resina de matriz a par-tir da porta de sucção de vácuo é então ajustada de forma que o plásticoreforçado com fibra seja formado possuindo uma fração de volume de fibrade reforço Vf entre 45% e 72%.

Adicionalmente, um processo mais especificamente preferívelpara a produção de um plástico reforçado com fibra da presente invençãotem a seguinte configuração (20).

(20) O processo para a produção de plástico reforçado com fibrade acordo com (19), onde, depois que a injeção de resina de matriz a partirda porta de injeção de resina foi encerrada, a sucção de vácuo também sen-do aplicada a partir da porta de injeção de resina e a quantidade de resinade matriz descarregada a partir de ambas a porta de injeção e porta de suc-ção de vácuo sendo ajustadas.

O material de base de fibra de reforço da presente invenção temexcelente capacidade de drapeamento, como o laminado de material de ba-se de fibra de reforço formado pela laminação de uma pluralidade de cama-das do material de base de fibra de reforço da presente invenção. Por essarazão, uma pré-forma feita a partir do laminado de material de base de fibrade reforço é capaz de fornecer um FRP possuindo altas características me-cânicas, enquanto, adicionalmente, um processo altamente produtivo e debaixo custo, para a produção de tal FRP também é fornecido.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 é uma vista plana ilustrando um exemplo de um mate-rial de base de fibra de reforço unidirecional de acordo com a presente in-venção (a resina adesiva não sendo ilustrada);

A figura 2 é uma vista plana ampliada ilustrando um exemplo deum material de base de fibra de reforço unidirecional de acordo com a pre-sente invenção (resina adesiva não ilustrada);

A figura 3 é uma vista plana ilustrando o estado no qual o mate-rial de base de fibra de reforço unidirecional na figura 1 sofre tensão por ci-salhamento no plano (resina adesiva não ilustrada);A figura 4 é uma vista plana ilustrando como os filamentos defibra de reforço são deslocados quando o material de base de fibra de refor-ço unidirecional na figura 1 sofreu tensão por cisalhamento no plano (resinaadesiva não ilustrada);

A figura 5 é uma vista plana esquemática ilustrando um exemplode equipamento que produz um laminado de material de base de fibra dereforço unidirecional de acordo com a presente invenção;

A figura 6 é uma vista esquemática ilustrando um exemplo daetapa de união de pressão em um processo para a produção de um Iamina-do de material de base de fibra de reforço de acordo com a presente inven-ção;

A figura 7 é um diagrama explicativo explicando as condições deprocesso durante a produção de uma pré-forma de acordo com a presenteinvenção utilizando o método de ensacamento de vácuo;

A figura 8 é uma vista esquemática ilustrando condições de uni-ão entre as camadas de material de base de fibra de reforço unidirecionalem um laminado de material de base de fibra de reforço de acordo com apresente invenção.

Números de Referência

1 material de base de reforço unidirecional

2 filamento de fibra de reforço

3 fibra auxiliar vertical

4 fibra auxiliar horizontal

L comprimento de fibra auxiliar horizontal 4

S espaço entre os filamentos de fibra de reforço adjacentes 2

H largura do filamento de fibra de reforço 2

θ tensão de cisalhamento no plano

5 cortador automático

6 material de base de fibra de reforço unidirecional

7 braço robótico

8 transportador

9 aparelho manual10 rolamento

11 cortador automático para corte -45° do material de base de fibra de re-forço unidirecional

12 material de base de fibra de reforço unidirecional -45°

13 cortador automático para corte em 90 do material de base de fibra dereforço unidirecional

14 material de base de fibra de reforço unidirecional 90

15 cortador automático para corte em-45° do material de base de fibra dereforço unidirecional

16 material de base de fibra de reforço unidirecional -45°

17 rolamento

18 deslizador

19 laminado de material de base de fibra de reforço

20 FORNO

21 SUPORTE DE UNIÃO POR PRESSÃO

22 SUPORTE DE UNIÃO POR PRESSÃO SUPERIOR

23 SUPORTE DE UNIÃO POR PRESSÃO INFERIOR

24 PONTO DE PRESSÃO

25 CILINDRO DE RECOLHIMENTO

26 ESPAÇO DE RESFRIAMENTO

27 MANDRIL

28 LAMINADO DE MATERIAL DE BASE DE FIBRA DE REFORÇO

29 FOLHA

30 VEDANTE

31 ESPAÇO

32 MATERIAL DE BASE DE FIBRA DE REFORÇO UNIDIRECIONAL

33 RESINA ADESIVA ADERIDA AO MATERIAL DE BASE DE FIBRA DEREFORÇO UNIDIRECIONAL

34 RESINA ADESIVA ADERIDA AO MATERIAL DE BASE DE FIBRA DE REFORÇO UNIDIRECIONAL

35 MATERIAL DE BASE DE FIBRA DE REFORÇO UNIDIRECIONALMelhor Forma de Realização da Invenção

A presente invenção é o resultado de uma investigação profundareferente ao problema acima; isso é, a necessidade de um material de basede fibra de reforço unidirecional possuindo excelente capacidade de forma-tação, características mecânicas e características de manuseio. O problemafoi considerado completamente resolvido por um material de base de fibra dereforço unidirecional possuindo uma trama feita de filamentos de fibra dereforço e fibras auxiliares para unir os filamentos de fibra de reforço, onde ocomprimento das fibras auxiliares é controlado para que esteja em uma faixaparticular.

O material de base de fibra de reforço da presente invenção serádescrito agora. Como descrito acima, o material de base de fibra de reforçoda presente invenção é um material de base de fibra de reforço unidirecionalpossuindo uma trama que inclui filamentos de fibra de reforço dispostos deforma unidirecional e fibras auxiliares dispostas em pelo menos uma outradireção. O comprimento L pelo qual as fibras auxiliares dispostas em pelomenos uma outra direção cruzam um único filamento de fibra de reforço (do-ravante referido simplesmente como comprimento de fibra auxiliar L), a lar-gura H de um filamento de fibra de reforço, e a tensão por cisalhamento noplano θ existe na relação L = H/cos Θ, com 3o < θ < 30°. Adicionalmente, umaresina adesiva possuindo uma temperatura de transição de vidro Tg entre0°C e 95°C é aderida à superfície do material de base de fibra de reforçounidirecional em pelo menos um lado do mesmo.

Primeiro, um dos objetivos da invenção, isso é, o aperfeiçoa-mento na capacidade de formatação do material de base de fibra de reforço,será descrito.

O material de base de fibra de reforço da presente invenção éum material de base que pode ser submetido à tensão por cisalhamento noplano de forma a permitir o drapeamento satisfatório em formatos possuindouma curvatura bidimensional, tal como superfícies esféricas ou formatos debloco.

A presente invenção será descrita agora em maiores detalhescom o uso dos desenhos.

A figura 1 é uma vista plana explicando uma modalidade do ma-terial de base de fibra de reforço unidirecional da presente invenção. Nesseexemplo, um material de base de fibra de reforço unidirecional é ilustradoonde as fibras de reforço 2, sendo puxadas e dispostas de forma unidirecional,são unidas por fibras auxiliares verticais 3 e fibras auxiliares horizontais 4.

A configuração do material de base de fibra de reforço unidire-cional da presente invenção não está limitada à configuração ilustrada nafigura 1 e, por exemplo, também pode ser um material de base de fibra dereforço unidirecional unido apenas pelas fibras auxiliares horizontais 4. semutilização das fibras auxiliares verticais 3. No entanto, como ilustrado na figu-ra 1, pela utilização das fibras auxiliares verticais 3, o aperto das fibras auxi-liares horizontais 4 pode ser minimizado e o material de base de fibra de re-forço é mais facilmente submetido à tensão fora do plano e mais maleávelquando do drapeamento. Por essas razões, o uso de fibras auxiliares verti-cais 3 é preferido.

Visto que os filamentos de fibra de reforço 2 do material de basede fibra de reforço unidirecional 1 possuem um alto grau de flexão, excelen-tes características compostas podem ser obtidas.

As fibras auxiliares horizontais utilizadas na presente invençãopossuem preferivelmente, como um componente primário, pelo menos umelemento selecionado a partir do seguinte: fibra de náilon 6, fibra de náilon66, fibra de náilon 11,12, fibra de poliéster, fibra de poliaramida, fibra de sul-feto de polifenileno, fibra de polieterimida, fibra de polietersulfona, fibra depolicetona, fibra de polietercetona, fibra de Polinter éter cetona, e fibra devidro. Em particular, a fibra de náilon 66 é preferível visto que adere bem àresina e fibras muito finas podem ser obtidas a partir da mesma por gravação.

Adicionalmente, é preferível que as fibras auxiliares horizontaisdo material de base de fibra de reforço unidirecional na presente invençãosejam fibras de multifilamento. Se fibras de multifilamento forem utilizadas,se torna possível a redução da espessura (isso é, diâmetro) das fibras paraque seja igual à de um único filamento. Se tais fibras forem utilizadas em umestado essencialmente não-torcido, então as fibras auxiliares horizontais notecido se tornam alinhadas em paralelo uma com a outra sem sobreposiçãona direção da espessura. Em se fazendo isso, a espessura das fibras auxili-ares horizontais diminui, o aperto devido aos nós ou interseções entre osfilamentos de fibra de reforço e as fibras auxiliares horizontais é reduzido, ea linearidade dos filamentos de fibra de reforço no plástico reforçado comfibra é aumentada, resultando em características mecânicas altas.

A partir da mesma perspectiva, a largura das fibras auxiliaresdeve ser a mais fina possível, a finura das fibras auxiliares horizontais sendopreferivelmente maior que 6 dtex e menor que 70 dtex, e mais preferivelmen-te, maior que 15 dtex e menor que 50 dtex. Adicionalmente, é preferíveltambém que a densidade da trama das fibras auxiliares horizontais sejamaior que 0,3 filamentos por centímetro e menor que 6,0 filamentos por cen-tímetro, e mais preferivelmente, maior que 2,0 filamentos por centímetro emenor que 4,0 filamentos por centímetro. Se a densidade da trama das fi-bras auxiliares verticais for pequena, então o tecido pode contatar o cilindroou barra guia durante a tecedura ou etapa de espalhamento de pó. Isso cau-sa desordem na disposição das fibras auxiliares horizontais, e, portanto, nãoé preferível. Adicionalmente, se a densidade de trama das fibras auxiliareshorizontais for grande, então o aperto entre as fibras auxiliares verticais e asfibras de reforço se torna grande. Ademais, a quantidade de fibra para asfibras auxiliares horizontais se torna maior, e a resistência a calor do plásticoreforçado com fibra é reduzida devido à absorção de umidade ou fatoressimilares, e, dessa forma, não é preferível.

Adicionalmente, é preferível também que as fibras auxiliares ver-ticais utilizadas na presente invenção sejam fibras de vidro, que não enco-lhem devido ao aquecimento quando aderindo a resina adesiva ao materialde base de fibra de reforço ou quando endurecendo a resina. Adicionalmen-te, visto que as fibras auxiliares verticais não possuem essencialmente qual-quer efeito de reforço com relação ao plástico reforçado com fibra, as fibrasauxiliares verticais espessas não são necessárias, e, dessa forma, uma finu-ra maior que 100 dtex e menor que 470 dtex é preferível. No entanto, daperspectiva de fixação de um percurso de fluxo de resina, as fibras auxiliaresverticais são cobertas, e, dessa forma, é preferível que um percurso de fluxode resina seja garantido pela torção das fibras de cobertura. As fibras utiliza-das como fibras de cobertura podem incluir: fibra de náilon 6, fibra de náilon66, fibra de náilon 11,12, fibra de poliéster, fibra de poliaramida, fibra de sul-feto de polifenileno, fibra de polieterimida, fibra de polietersulfona, fibra depolicetona, fibra de polietercetona e fibra de poliéter éter cetona. Em particu-lar a fibra de náilon 66 é preferível visto que adere bem à resina. Uma finurasuperior a 15 dtex e inferior a 50 dtex é preferível.

Preferivelmente, fibra altamente elástica de alta resistência, talcomo fibra de carbono, fibra de vidro, fibra de aramida, ou fibra PBO (poli-parafenilenobenzobisoxazol) é utilizada para os filamentos de fibra de refor-ço 2 constituindo o material de base de fibra de reforço unidirecional da pre-sente invenção. Em particular, a fibra de carbono é uma das fibras mais for-tes e mais altamente elásticas dentre as fibras acima, e, dessa forma, é amais preferida, visto que um FRP com características mecânicas excelentesé obtido a partir da mesma. Uma fibra de carbono possuindo uma resistênciaà tensão de 4500 MPa ou mais além de um módulo elástico de 250 GPa oumais é ainda mais preferível, visto que características compostas ainda me-lhores são obtidas a partir da mesma.

Um material de base de fibra de reforço unidirecional ilustrativoda presente invenção, sendo um material de base de fibra de reforço unidi-recional 1 com um mecanismo de tensão por cisalhamento no plano, seráagora descrito em maiores detalhes com o uso das figuras 2, 3 e 4.

A figura 2 é uma vista plana resumida e ampliada ilustrando oespaço entre os filamentos de fibra de reforço adjacentes 2 do material debase de fibra de reforço unidirecional 1 ilustrado na figura 1. Entre os fila-mentos de fibra de reforço adjacentes 2, um espaço S é fornecido como re-sultado do comprimento L de uma fibra auxiliar horizontal 4. A largura dofilamento de fibra de reforço 2 aqui é H. É possível se mover o filamento defibra de reforço 2 em paralelo aos filamentos de fibra de reforço 2 por umaquantidade igual ao espaço S. Essa distância móvel é controlada pelo com-primento L da fibra auxiliar horizontal 4 cruzando o filamento de fibra de re-forço 2. Aqui, o comprimento L da fibra auxiliar horizontal 4 é um comprimen-to L = H + S1 sendo a soma da largura H do filamento de fibra de reforço 2 eo espaço S formado entre os filamentos de fibra de reforço adjacentes 2.

Em termos estritos, o comprimento L de uma fibra auxiliar hori-zontal 4 depende do formato transversal dos filamentos de fibra de reforço 2.

Por exemplo, quando da união dos filamentos de fibra de reforço 2 possuin-do um formato transversal circular, o comprimento mínimo de uma fibra auxi-liar horizontal 4 cruzando um filamento de fibra de reforço único 2 se torna L= r, onde r é o raio do círculo. No entanto, visto que o fator importante napresente invenção é o espaço S entre os filamentos de fibra de reforço 2formados pelo comprimento das fibras auxiliares horizontais 4, L indicado napresente invenção é o comprimento das fibras auxiliares horizontais 4 medi-do quando se visualiza a partir de uma direção perpendicular com relação àsuperfície formada pelas direções no sentido do comprimento e sentido delargura dos filamentos de fibra de reforço 2. Em outras palavras, o compri-mento L das fibras auxiliares horizontais 4 é considerado o comprimento en-contrado pela avaliação de L = H + S.

Adicionalmente, o comprimento L das fibras auxiliares horizon-tais 4 é o comprimento medido no estado no qual os filamentos de fibra dereforço 2 são unificados pelas fibras auxiliares horizontais 4 apenas. O mate-rial de base de fibra de reforço unidirecional da presente invenção inclui umaresina adesiva possuindo uma temperatura de transição de vidro Tg entreO0C e 95°C aderida à superfície do mesmo em pelo menos um lado, a quan-tidade de resina adesiva sendo de 2 g/m2 a 40 g/m2. Por essa razão, os fila-mentos de fibra de reforço 2 são unificados não apenas pelas fibras auxilia-res horizontais 4, mas também pela resina adesiva. Visto que a resina ade-siva é aplicada sobre toda a superfície do material de base de fibra de refor-ço unidirecional, pode ser difícil se medir o espaço S entre os filamentos defibra de reforço adjacentes 2 além do comprimento de fibra auxiliar L. Nessecaso, essas quantidades podem ser medidas no material de base de fibra dereforço unidirecional antes da aplicação da resina adesiva.

Nesse caso, como ilustrado na figura 2, o tecido é puxado a par-tir de ambos os lados na direção da largura dos filamentos de fibra de refor-ço, de forma que nenhuma folga ocorra nas fibras horizontais 4, e, adicio-nalmente, de forma que o espaço S entre os filamentos de fibra de reforçoadjacentes 2 seja maximizado. Nesse estado, um microscópio de mediçãocapaz de medir com uma precisão de 0,01 mm é utilizado para medir o com-primento da fibra auxiliar L em 50 locais. O valor médio dessas medições éentão considerado o comprimento da fibra auxiliar L.

Se a medição não for possível com um microscópio de medição,a medição pode ser conduzida com um microscópio estereoscópico.

Se a medição não puder ser conduzida no material de base defibra de reforço unidirecional antes da aplicação da resina adesiva, uma me-dição similar à acima pode ser conduzida em um estado no qual os filamen-tos de fibra de reforço adjacentes 2 do material de base de fibra de reforçounidirecional foram liberados da aderência pela resina adesiva.

De forma similar à acima, a largura H dos filamentos de fibra dereforço 2 é encontrada pela utilização de um microscópio de medição capazde medir com uma precisão de 0,01 mm para medir a largura H das fibras dereforço em 50 locais. O valor médio dessas medições é então consideradocomo a largura H das fibras de reforço.

A figura 3 ilustra um estado no qual os filamentos de fibra de re-forço 2 foram deslocados pelo intervalo do espaço S em uma direção parale-la à direção da fibra.

A figura 4 é uma vista plana ilustrando como os filamentos defibra de reforço 2 são deslocados.

Mais especificamente, a figura 4(a) ilustra que um filamento defibra de reforço 2 é capaz de se mover em paralelo a um filamento de fibrade reforço adjacente visto que um espaço S é fornecido entre os filamentosde fibra de reforço adjacentes 2, o espaço S sendo ajustado pelo compri-mento L das fibras auxiliares horizontais 4.

Adicionalmente, a figura 4(b) ilustra que à medida que um fila-mento de fibra de reforço 2 é deslocado, o espaço S entre os filamentos defibra de reforço adjacentes 2 se torna mais estreito.

Adicionalmente, a figura 4(c) ilustra que um filamento de fibra dereforço 2 é capaz de se mover até contatar um filamento de fibra de reforçoadjacente.

Dessa forma, o material de base de fibra de reforço unidirecional1 é um material de base que pode ser submetido à tensão por cisalhamentono plano como resultado dos filamentos de fibra de reforço 2 que constituemo material de base de fibra de reforço unidirecional 1 sendo capaz de movercom relação ao outro. Nesse caso, é preferível se fornecer fibra auxiliaresverticais 3 entre os filamentos de fibra de reforço 2, como ilustrado no pre-sente exemplo. Como resultado disso, mesmo se os filamentos de fibra dereforço 2 forem deslocados e o intervalo entre os filamentos de fibra de re-forço adjacentes 2 se tornar mais estreito, os filamentos de fibra de reforço 2não contatam de forma próxima um ao outro, permitindo, assim, que um per-curso de fluxo de injeção de resina seja garantido entre os filamentos de fi-bra de reforço.

A quantidade de tensão por cisalhamento no plano no materialde base de fibra de reforço unidirecional da presente invenção pode ser ex-pressa como um ângulo Θ, como ilustrado na figura 4(c). De forma importan-te, a tensão por cisalhamento no plano θ existe na relação L = H/θ (onde θ éentre 3 e 30 ) com relação à largura H de um filamento de fibra de reforço eo comprimento L de um filamento auxiliar cruza um único filamento de fibrade reforço. A quantidade de tensão por cisalhamento no plano é uma quanti-dade que expressa a distância paralela pela qual os filamentos de fibra dereforço 2 são movidos dentro da região do espaço S. Mais especificamente,quando os locais essencialmente idênticos A e A1 nos filamentos de fibra dereforço adjacentes 2 no estado de pré-deslocamento (figura 4(a)) se tornamA e B no estado de pós-deslocamento (figura 4(c)), a quantidade de tensãopor cisalhamento no plano θ é considerada o ângulo formado entre a linhade conexão A e A1, e a linha de conexão de A e B.

Em termos estritos, no caso de um material de base de fibra dereforço possuindo fibras auxiliares verticais 3 entre os filamentos de fibra dereforço 2 como ilustrado na figura 4, a distância móvel dos filamentos de fi-bra de reforço 2 se torna mais curta por uma quantidade igual à largura dasfibras auxiliares verticais 3. Dessa forma, a equação acima se torna L = (H +D)/cos Θ. Quando θ aqui é inferior a 3 , a quantidade de tensão por cisalha-mento no plano do material de base de fibra de reforço é pequena, e a capa-cidade de drapeamento se torna ruim. Por essa razão, tais ângulos não sãopreferíveis. Por outro lado, quando θ é superior a 30 , o espaço S entre osfilamentos de fibra de reforço se torna muito grande, levando não apenas adificuldades no manuseio, mas também à perda de flexão dos filamentos defibra de reforço durante a formação de FRP. Visto que isso pode resultar emreduções nas propriedades físicas de um FRP, tais ângulos não são preferíveis.

A tensão por cisalhamento no plano θ também pode ser medidano material de base de fibra de reforço unidirecional antes da aplicação daresina adesiva. Nesse caso, como ilustrado nas figuras 2 e 4(a), o tecido épuxado a partir de ambos os lados na direção da largura dos filamentos defibra de reforço de forma que não ocorra qualquer folga nas fibras horizon-tais 4, e, adicionalmente, de forma que o espaço S entre os filamentos defibra de reforço adjacentes 2 seja maximizado. Nesse estado, as bordas nosentido de comprimento respectivas A e A1 dos filamentos de fibra de reforço2 são alinhadas. Subseqüentemente, como ilustrado na figura 4(b), os fila-mentos de fibra de reforço 2 em um lado do tecido são deslocados para ci-ma, e como ilustrado na figura 4(c), os filamentos de fibra de reforço 2 sãodispostos de modo que o espaço S seja eliminado. Um microscópio de me-dição capaz de medir com uma precisão de 0,01 mm. é utilizado para mediro ângulo θ nesse estado, o ângulo θ sendo o ângulo encerrado pela linhaque conecta as bordas no sentido do comprimento AeB dos filamentos defibra de reforço, e a linha que conecta as bordas no sentido do comprimentoA e A1 dos filamentos de fibra de reforço. A tensão por cisalhamento no pla-no θ é medida em 50 locais, e o valor médio dessas medições é então con-siderado a quantidade de tensão por cisalhamento no plano Θ. Adicional-mente, como ilustrado na figura 4(c), é possível também se medir o ângulode declension das fibras horizontais para se encontrar a quantidade de ten-são por cisalhamento no plano θ no caso onde as fibras horizontais tambémsão deslocadas de acordo com o deslocamento dos filamentos de fibra dereforço.

Adicionalmente, uma resina adesiva possuindo uma temperaturade transição de vidro Tg entre O0C e 95°C é aderida à superfície do materialde base de fibra de reforço unidirecional da presente invenção em pelo me-nos um lado do mesmo, a quantidade de resina adesiva aplicada sendo deentre 2 g/m2 e 40 g/m2 e aderida em pontos, linhas ou linhas descontínuas.

Como resultado de tal resina adesiva ser aderida, o material debase de fibra de reforço é laminado na base de uma configuração de Iami-nação predeterminada. Adicionalmente, como resultado das camadas dematerial de base de fibra de reforço serem unidas uma à outra, a remoçãodas camadas do material de base de fibra de reforço pode ser suprimidaquando da formação de uma pré-forma pela formatação do material de basede fibra de reforço em um molde possuindo um formato predeterminado, a-perfeiçoando, assim, em muito, o manuseio da pré-forma.

Aqui, "aderência" se refere à aplicação de resina adesiva ao ma·terial de base de fibra de reforço unidirecional não possuindo resina adesiva,antes da laminação. "União" se refere à unificação das camadas do materialde base de fibra de reforço em um laminado através de resina adesiva, apósa laminação das camadas de material de base de fibra de reforço unidirecio-nal às quais a resina adesiva foi aplicada. Se Tg da resina adesiva for inferi-or a 0°C, a resina adesiva se torna viscosa em temperatura ambiente, e,dessa forma, o material de base de fibra de reforço unidirecional se tornadifícil de manusear. Enquanto isso, se a temperatura de transição de vidroTg da resina adesiva exceder 95°C, a resina adesiva, apesar de não viscosaem temperatura ambiente, deve ser aquecida a fim de fazer com que as ca-madas do material de base de fibra de reforço se unam, e a união se tornadifícil. A temperatura de transição de vidro Tg referida aqui é um valor medi-do por DSC (calorimetria de digitalização de diferencial).Adicionalmente, para materiais que constituem os materiais es-truturais primários da aeronave em particular, existe uma demanda de que aresistência à compressão após impacto (doravante abreviada como CAI)seja alta, de forma que o material seja pouco afetado pela colisão com obje-tos voadores ou danos decorrentes de queda de ferramentas durante os re-paros.

Visto que a resina adesiva é aderida à superfície do material debase de fibra de reforço, a laminação é fácil em comparação com o caso noqual a resina adesiva não é utilizada, incluindo a laminação de material debase de fibra de reforço constituindo um FRP, mesmo após a moldagem doFRP. Visto que essa laminação inclui a resina adesiva em adição à resina dematriz, é possível se reforçar seletivamente as camadas quando utilizandouma resina termoplástica com alta robustez para a resina adesiva. Pelo re-forço de tais camadas, essas camadas deformarão e quebrarão quando oFRP sofrer impacto, absorvendo, assim, a energia do impacto e aperfeiço-ando a resistência CAI. Por essa razão, pela otimização da resina adesivaaderida à superfície do material de base de fibra de reforço, não apenas acapacidade de aderência, mas também a absorção do choque de impactopodem ser aperfeiçoados.

Se a quantidade aderida de resina adesiva for inferior a 2 g/m2, aquantidade aderida é muito pequena, e a aderência suficiente não é realiza-da. Enquanto isso, se a quantidade aderida for superior a 40 g/m2, a quanti-dade aderida é muito grande e o peso FRP aumenta, prejudicando, assim, aredução de peso.

Para a resina adesiva aderida à superfície do material de basede fibra de reforço, uma resina de endurecimento por calor, uma resina ter-moplástica, ou uma mistura de ambas pode ser utilizada. No caso onde ape-nas a aderência para uma pré-forma é demandada, uma resina de endure-cimento por calor ou uma resina termoplástica pode ser utilizada de formasingular como a resina adesiva. No entanto, quando a resistência ao impactotal como resistência CAI é demandada, o uso de uma mistura de uma resinatermoplástica altamente robusta e uma resina de endurecimento por calorque assenta prontamente e une facilmente ao material de base de fibra dereforço permite uma resina adesiva que inclui um grau adequado de robus-tez enquanto também é adesiva ao material de base de fibra de reforço.

As resinas de endurecimento por calor que podem ser utilizadasincluem: resinas epóxi, resinas de poliéster insaturadas, resinas de éter vinile resinas de fenol. As resinas termoplásticas que podem ser utilizadas inclu-em: acetato de polivinil, policarbonato, poliacetal, óxido de polifenileno, sulfe-to de polifenileno, poliarilato, poliéster, poliamida, poliamida-imida, poliimida,polieterimida, polisulfona, polietersulfona, poliéter éter cetona, poliaramida,polibenzimidazola, polietileno, polipropileno, e acetato de celulose.

É importante que a resina adesiva seja aderida ao material debase de fibra de reforço em uma configuração de pontos, linhas ou linhasdescontínuas. A fim de aderir à resina adesiva em pontos, a resina adesivaem uma forma de pó pode ser espalhada através da superfície do materialde base de fibra de reforço e então vedada por calor. Adicionalmente, a fimde aderir a resina adesiva em linhas ou linhas descontínuas, o tecido feito defibras contínuas tal como um tecido tramado ou não tramado pode colado àsuperfície do material de base de fibra de reforço e então vedado com calor.

Visto que o material de base de fibra de reforço unidirecional dapresente invenção é fornecido com espaços entre os filamentos de fibra dereforço, os filamentos de fibra de reforço são feitos de forma móvel, e, dessaforma, a capacidade de drapeamento do material de base de fibra de reforçounidirecional é aperfeiçoado. Por essa razão, é preferível se aderir a resinaadesiva à toda a superfície do material de base de fibra de reforço em pon-tos, linhas ou linhas descontínuas. Em se fazendo isso, quando do drapea-mento do material de base de fibra de reforço em um formato que exige ten-são por cisalhamento em plano, a união entre os filamentos de fibra de re-forço devido ao fato de a resina adesiva ser facilmente liberada, permitindo,assim, que os filamentos de fibra de reforço desloquem os espaços entre osmesmos, e permitindo uma capacidade de drapeamento suficiente do mate-rial de base de fibra de reforço. Por essa razão, é preferível que a quantida-de aderida máxima de resina adesiva seja igual a ou inferior a 40 g/m2. Apartir da mesma perspectiva, é adicionalmente preferível que a quantidademáxima aderida de resina adesiva seja igual a ou inferior a 30 g/m2.

Por outro lado, não é preferível se vedar por calor a resina ade-siva a toda a superfície do material de base de fibra de reforço como um fil-me ou configuração similar. Em se fazendo isso, os filamentos de fibra dereforço não são facilmente deslocados, mesmo quando espaços entre osfilamentos de fibra de reforço são fornecidos, e a capacidade de drapeamen-to suficiente não pode ser realizada.

Adicionalmente, é preferível se aderir a resina adesiva nas con-figurações e quantidades descritas acima, visto que isso permite a aderênciaideal durante a fabricação da pré-forma. Ademais, isso não inibe a impreg-nação da resina em um material de base de fibra de reforço na direção daespessura durante a moldagem do FRP.

Adicionalmente, é preferível que a presente invenção seja utili-zada para produzir um laminado de material de base de fibra de reforço pla-no, obtido pela laminação de uma pluralidade de camadas do material debase de fibra de reforço unidirecional descrito acima com base na configura-ção de laminação predeterminada. O laminado de material de base de fibrade reforço da presente invenção é um material utilizado para fabricar umapré-forma, sendo diferente da pré-forma possuindo o formato do produtomoldado final. O laminado de material de base de fibra de reforço da presen-te invenção também pode ser enrolado em um núcleo de papel a fim de a-perfeiçoar o manuseio como um material e utilizado sem problemas. O lami-nado plano referido aqui é um laminado que, quando enrolado em um núcleode papel ou meios similares, retorna para um formato plano quando desen-rolado (isso é, quando liberado do estado de estar enrolado no núcleo depapel ou meios similares). Quando o laminado do material de base de fibrade reforço é enrolado em um núcleo de papel ou meios similares e entãodesenrolado dessa forma, alguma quantidade de rebarbas do rolo podepermanecer, e pode ser considerado que o laminado não é estritamente pla-no. No entanto, em tal caso, se o formato do laminado de material de basede fibra de reforço for de curvatura unidirecional, e adicionalmente, se o raiode curvatura for de 50% ou mais do laminado for igual ou superior ao do nú-cleo do papel em torno do qual o laminado foi enrolado, então o laminado éconsiderado como sendo plano.

Normalmente, o material de base de fibra de reforço unidirecio-nal da presente invenção não é utilizado como uma folha única, mas é, aoinvés disso, moldado em uma pré-forma por laminação e drapeamento apartir de uma pluralidade de camadas com base em uma configuração delaminação predeterminada. Quando da moldagem de uma pré-forma, é pre-ferível do ponto de vista de trabalho, primeiro se criar um laminado planopela laminação de uma pluralidade de camadas do material de base de fibrade reforço com base em uma configuração de laminação predeterminada, eentão drapear o laminado utilizando um mandril. No entanto, visto que o ma-terial de base de fibra de reforço unidirecional da técnica relacionada é ruimem termos de capacidade de drapeamento, é difícil se formatar o laminadoplano utilizando um mandril que possui um formato complexo. Por essa ra-zão, uma pré-forma é moldada pelo alinhamento de uma camada de cadavez com o mandril e laminação com base na configuração de laminaçãopredeterminada. Visto que o material de base de fibra de reforço da presenteinvenção possui excelente capacidade de drapeamento como descrito aci-ma, é possível se drapear um laminado feito de uma pluralidade de camadaspela utilização de um mandril, mesmo para formatos complexos. Dessa for-ma, a utilização do laminado de material de base de fibra de reforço da pre-sente invenção é preferível, visto que a capacidade de trabalho quando damoldagem de uma pré-forma pode ser muito aperfeiçoada, e o tempo detrabalho pode ser encurtado.

Mais especificamente, uma pluralidade de camadas de materialde base de fibra de reforço unidirecional é laminada para formar um lamina-do de material de base de fibra de reforço plano. Em outras palavras, o lami-nado de material de base de fibra de reforço plano referido na presente in-venção não é uma pré-forma obtida pelo drapeamento do material de basede fibra de reforço em um formato desejado e laminação, mas, ao invés dis-so, um laminado de material de base de fibra de reforço plano obtido pelalaminação do material de base de fibra de reforço unidirecional normal e,dessa forma, pode ser chamado de precursor da pré-forma.

Adicionalmente, a resina adesiva aderida ao material de base defibra de reforço é parcialmente unida à superfície de uma folha de materialde base de fibra de reforço através de toda a superfície da mesma. Adicio-nalmente, as juntas de união são formadas de modo que um comprimentomáximo de cada junta de união não seja inferior a 1 mm. e não seja superiorà largura H de um filamento de fibra de reforço.

Em outras palavras, o laminado de material de base de fibra dereforço da presente invenção é configurado de modo que uma parte da resi-na adesiva aderida à toda a superfície de uma camada de material de basede fibra de reforço unidirecional em pontos, linhas ou linhas descontínuasseja unificada com (isso é, unida a) a superfície de uma camada do materialde base de fibra de reforço, onde o comprimento máximo de uma junta deunião não é inferior a 1 mm. e não é superior à largura H de um filamento defibra de reforço. A resina adesiva unida parcialmente a uma camada do ma-terial de base de fibra de reforço por toda a superfície do mesmo pode serdeterminada pela inspeção da seção transversal do laminado do material debase de fibra de reforço, essa resina adesiva unida sendo o resultado daresina adesiva aderida de antemão a uma camada de material de base defibra de reforço em pontos, linhas ou linhas descontínuas, além de uma eta-pa de união subseqüente.

A determinação de tais condições de união será descrita agoracom uso da figura 8. A figura 8(a) ilustra o estado no qual um laminado dematerial de base de fibra de reforço 19 é disposto entre um suporte de uniãopor pressão 22 possuindo uma pluralidade de pontos de pressão indepen-dentes 24 e um suporte de união por pressão inferior 23. O laminado de ma-terial de base de fibra de reforço 19 é um laminado de quatro dobras do ma-terial de base de fibra de reforço da presente invenção, onde a resina adesi-va 33 é aderida a uma camada de material de base de fibra de reforço unidi-recional 32 em pontos, linhas ou linhas descontínuas por toda a superfíciedo mesmo. A resina adesiva 33 é aderida ao material de base de fibra dereforço unidirecional posicionado de forma superior 32. Visto que a uniãonão ocorreu entre o material de base de fibra de reforço unidirecional 32 noestado ilustrado na figura 8(a), pode ser confirmado se a resina adesiva 33está aderida a toda a superfície inferior do material de base de fibra de refor-ço unidirecional 32 elevando-se o material de base de fibra de reforço unidi-recional 32. O suporte de união por pressão superior 22, o suporte de uniãopor pressão inferior 23, além do laminado de material de base de fibra dereforço pré-unido 19 são aquecidos a uma temperatura igual a ou superior àtemperatura de transição de vidro da resina adesiva utilizado aqui. Subse-qüentemente, o laminado de material de base de fibra de reforço 19 é pres-sionado pelo suporte de união por pressão superior 22 e suporte de uniãopor pressão inferior 23, unificando, assim, o laminado. A temperatura de a-quecimento é mais preferivelmente +5 C ou maior que a temperatura detransição de vidro da resina adesiva utilizada. A figura 8(b) ilustra o laminadode material de base de fibra de reforço após a unificação. Como resultado doaquecimento e da pressão, visto que apenas os pontos de pressão 24 dosuporte de união por pressão superior 22 aplicaram pressão ao laminado dematerial de base de fibra de reforço 19, a resina adesiva 33 posicionadanesses locais foi pressionada contra e unificada com (isso é, unida a) a su-perfície do material de base de fibra de reforço unidirecional 35. Por essarazão, existem dois tipos de resina adesiva existentes dentro do laminado dematerial de base reforçado com fibra 28: a resina adesiva 33 que foi aderidade antemão ao material de base de fibra de reforço antes da união, e a resi-na adesiva 34 que também é unida à superfície do material de base de fibrade reforço 35. A resina adesiva é aderida ao material de base de fibra dereforço unidirecional 32 em pontos, linhas ou linhas descontínuas, e, dessaforma, enquanto toda a resina adesiva é aderida ao material de base de fibrade reforço unidirecional 32, a união da resina adesiva com a superfície domaterial de base de fibra de reforço só é parcialmente alcançada através detoda a superfície do mesmo, e, portanto, apenas a resina adesiva 34 é unidaao material de base de fibra de reforço unidirecional 35.

Como descrito acima, é preferível que as camadas do materialde base de fibra de reforço da presente invenção sejam unidas parcialmentepor toda a superfície do material de base de fibra de reforço. Por outro lado,não é preferível que toda a superfície seja unida, visto que os filamentos defibra de reforço não podem se mover durante o drapeamento, e, dessa for-ma, a capacidade de drapeamento do material de base de fibra de reforçoda presente invenção não pode ser realizada de forma suficiente. A partirdessa perspectiva, é preferível que a resina adesiva que é aderida à superfí-cie do material de base de fibra de reforço seja parcialmente unida a outracamada, e, adicionalmente, que cada junta de união tenha um comprimentomáximo de não menos de 1 mm. e não mais que a largura H de um filamen-to de fibra de reforço. Se o comprimento máximo for inferir a 1 mm., então ocomprimento das juntas de união é muito curto, e a união é insuficiente. Poroutro lado, se o comprimento das juntas de união for superior à largura H deum filamento de fibra de reforço, então um número grande de juntas de uni-ão ocupará o espaço entre os filamentos de fibra de reforço. Visto que taisjuntas de união impedem o movimento dos filamentos de fibra de reforçodurante o drapeamento, uma capacidade de drapeamento suficiente nãopode ser realizada, e, dessa forma, tais comprimentos de junta de união nãosão preferíveis.

Adicionalmente, da mesma perspectiva, é preferível que o espa-çamento das juntas de união não seja inferior à largura de um filamento defibra de reforço e não superior a 100 mm. Se o espaçamento da junta deunião for inferior à largura de um filamento de fibra de reforço, então umgrande número de juntas de união ocupará o espaço entre os filamentos defibra de reforço, mesmo se o comprimento máximo das juntas de união for Hou menor. Dessa forma, existe uma preocupação de que a capacidade dedrapeamento do material de base de fibra de reforço, e, dessa forma, a ca-pacidade de drapeamento do laminado de material de base de fibra de refor-ço, seja realizada de forma insuficiente. Por outro lado, se o espaçamento dajunta de união for superior a 100 mm., então as vantagens de união parcialsão realizadas de forma insuficiente visto que o intervalo de união é muitolargo, e, dessa forma, tal espaçamento de junta de união não é preferível.É preferível que o laminado de material de base de fibra de re-forço da presente invenção tenha uma configuração de laminação constitu-indo um FRP. No entanto, se houver um número muito grande de camadaslaminadas na configuração de laminação que constitui um FRP, o laminadode material de base de fibra de reforço pode ter uma configuração de lami-nação que constitui uma parte da configuração de laminação constituindoum FRP. Por exemplo, no caso onde a configuração de laminação constitu-indo um FRP é [(45/0/-45/90)x]s (X sendo um número inteiro arbitrário, e Saqui significando simetria espelhada), um número de laminados de materialde base de fibra de reforço possuindo a configuração de laminação (45/0/-45/90) de uma unidade laminada repetida pode ser laminado como necessário.

Dessa forma, visto que o laminado de material de base de fibrade reforço da presente invenção tem excelente capacidade de drapeamentoe manuseio, uma pré-forma de alta qualidade pode ser adquirida. Na presen-te invenção, uma pré-forma não ser refere a um laminado plano, mas, aoinvés disso, um intermediário que foi disposto no formato do produto molda-do final ou um formato próximo ao do produto final com o uso de um mandrilou molde similar.

No método no qual um FRP é moldado pela injeção de resina dematriz dentro de uma pré-forma, não é exagero se dizer que a qualidade,boa ou ruim, do FRP é determinada pela pré-forma. Por essa razão, um ma-terial de base de fibra de reforço e laminado de material de base de fibra dereforço como os da presente invenção, onde uma pré-forma de alta qualida-de pode ser adquirida, são cruciais.

A pré-forma da presente invenção é obtida pelo drapeamento deum laminado de material de base de fibra de reforço feito a partir do materialde base de fibra de reforço unidirecional da presente invenção descrito aci-ma. Adicionalmente, é preferível que a fração de volume de fibra de reforçoVpf da pré-forma esteja na faixa de 45% a 62%.

Se a fração de volume de fibra de reforço for inferior a 45%, en-tão a pré-forma se torna volumosa, e a fração de volume de fibra de reforçodo produto moldado FRP é reduzida, e por essa razão não é preferível. Adi-cionalmente, se a pré-forma for comprimida, por exemplo, de modo a reduziro volume da mesma antes da injeção da resina de matriz, ocorrem locaisnos quais os filamentos se tornam parcialmente ondulados tipo serpentina,particularmente nos locais possuindo curvatura. Visto que isso reduz as pro-priedades físicas do produto moldado FRP, tais frações de volume não sãopreferíveis. Por outro lado, se a fração de volume de fibra de reforço Vpf forsuperior a 62%, se torna difícil impregnar com resina de matriz, e os espaçosvazios não impregnados ou outros defeitos ocorrem com maior freqüência,e, dessa forma, tais frações de volume não são preferíveis. A fração de vo-lume de fibra de reforço da pré-forma pode ser aperfeiçoada primeiro pelaformatação do laminado de material de base de fibra de reforço utilizandoum mandril ou meios similares, e, subseqüentemente, pela aplicação dapressão tal como pressão de vácuo ou pressão direta à pré-forma por umaquantidade fixa de tempo enquanto a pré-forma está em um estado aquecidoou acima da temperatura de transição de vidro da resina adesiva. Nesse ca-so, a fração de volume de fibra de reforço pode ser aperfeiçoada para o grauno qual as quantidades de temperatura de aquecimento e pressão são altase os tempos de aquecimento e pressão são longos. É, dessa forma, possívelse controlar a fração de volume de fibra de reforço da pré-forma pelo contro-le adequado de temperatura de aquecimento, pressão e tempo de pressãoaquecida.

Adicionalmente, a pré-forma da presente invenção é caracteri-zada de forma que as camadas do material de base de fibra de reforço se-jam unidas essencialmente através de todas as superfícies. Tal pré-formapode ser fabricada, por exemplo, primeiro pela colocação do laminado dematerial de base de fibra de reforço em um mandril ou meios similares, co-brindo todo o laminado com um filme, evacuando o espaço entre o filme e olaminado, e então aplicando pressão atmosférica a todo o laminado, pres-sionando, assim, firmemente o laminado dentro do mandril. Alternativamen-te, também é possível se fabricar uma pré-forma pela utilização de um man-dril e uma máquina de prensa para aplicar pressão ao laminado. Dessa for-ma, visto que a pré-forma é drapeada em uma forma de produto final ou umformato próximo a mesma, é necessário se manter o formato depois do pri-meiro drapeamento até que a resina de matriz seja injetada e o FRP sejaformado. Por essa razão, é preferível se drapear primeiro o material de basede fibra de reforço ou o laminado de material de base de fibra de reforço emum formato de pré-forma utilizando-se um mandril ou méis similares, e, sub-seqüentemente, se unir as camadas do material de base de fibra de reforçoessencialmente através de toda a superfície. Isso torna a manutenção doformato da pré-forma mais fácil. Como descrito acima, se as camadas dematerial de base de fibra de reforço da pré-forma referida aqui (isso é, inter-mediária possuindo o formato do produto final ou um formato próximo ao doproduto final) forem unidas antes da disposição do formato, o movimento dosfilamentos de fibra de reforço é restringido, e como resultado disso, uma ca-pacidade de drapeamento suficiente não é realizada, e uma pré-forma favo-rável não é obtida.

Dessa forma, na presente invenção, quando tal laminado de ma-terial de base de fibra de reforço plano é drapeado no formato da pré-formareferida na presente invenção (isso é, intermediária possuindo o formato doproduto final ou um formato aproximado ao do produto final), o seguinte o-corre. A fim de se realizar a capacidade de drapeamento suficiente (isso é,tensão por cisalhamento no plano), a resina adesiva não une às camadas domaterial de base de fibra de reforço através de toda a superfície, mas, aoinvés disso, se une parcialmente nas juntas de união possuindo um compri-mento máximo não inferior a 1 mm. e não superior à largura H de um fila-mento de fibra de reforço. Adicionalmente, depois do drapeamento da pré-forma, o formato da pré-forma é mantido pela união das camadas do materi-al de base de fibra de reforço através de toda a superfície.

Um processo de produção de um laminado de material de basede fibra de reforço da presente invenção produz um laminado de material debase de fibra de reforço através de pelo menos a etapas a seguir (A) a (F):(A) corte do material de base de fibra de reforço unidirecional deacordo com a reivindicação 1 em um formato predeterminado;(B) laminação do material de base de fibra de reforço unidirecio-nal que foi cortado em um formato predeterminado pelo transporte e coloca-ção sucessiva de camadas do mesmo de uma forma plana com base emuma configuração de laminação predeterminada;

(D) aquecimento do laminado transportado;

(E) união por pressão do laminado, onde a pressão só é aplica-da a locais predeterminados no laminado por um suporte de união por pres-são, e onde as camadas do material de base de fibra de reforço são unidasnos pontos de pressão por toda a direção de espessura por meio da resinaadesiva aderida à superfície do material de base de fibra de reforço; e

(F) resfriamento do laminado.

O formato predeterminado do material de base de fibra de refor-ço unidirecional referido em (A) é um formato de largura fixa e comprimentocontínuo, onde o material de base de fibra de reforço unidirecional possuiuma orientação de fibra no ângulo de laminação para cada camada. Pelaobtenção de um laminado de material de base de fibra de reforço possuindouma largura fixa e comprimento contínuo, o laminado de material de base defibra de reforço obtido pode ser enrolado em um núcleo de papel ou meiossimilares e eficientemente armazenado. Quando a largura de um elemento aser formado subseqüentemente pela utilização do laminado é igual a ou infe-rior à largura do laminado de material de base de fibra de reforço, o lamina-do pode ser cortado no formato do elemento. Em se fazendo isso, o Iamina-do pode ser aplicado à criação de todos os tipos de elementos.

A configuração de laminação predeterminada referida em (B) éuma configuração de laminação compartilhada por todos os elementos aosquais o laminado de material de base de fibra de reforço é aplicado. Pelaprodução de um laminado de material de base de fibra de reforço em umaconfiguração de laminação compartilhada, o laminado de material de basede fibra de reforço pode ser utilizado para a produção de um número maiorde elementos.A seguir, uma modalidade do equipamento de produção da pre-sente invenção será descrita com referência à figura 5, e um processo deprodução para o mesmo será descrito.

Mais especificamente, a figura 5 ilustra, por meio de exemplo, oequipamento que produz um laminado de material de base de fibra de refor-ço possuindo a configuração de laminação [45/0/-45/90]s (S aqui significan-do a simetria espelhada).

É possível se utilizar um cortador automático disponível comer-cialmente 5 para o corte do material de base de fibra de reforço unidirecionalna etapa de corte (A). Na etapa de laminação (B), é preferível se utilizar umbraço robótico 7 para transportar e colocar o material de base de fibra dereforço unidirecional cortado 6 em uma posição predeterminada em umtransportador 8. Um aparelho manual 9 capaz de reter o material de base defibra de reforço unidirecional 6 é fixado à ponta do braço robótico 7. O apare-lho manual 9 não é particularmente limitado, desde que o aparelho manualseja funcional para transportar e colocar o material de base de fibra de refor-ço unidirecional 6 sem prejudicar a qualidade do mesmo. Por exemplo, umaparelho de sucção de vácuo ou aparelho assoprador pode ser conectadoao aparelho manual, e uma técnica pode ser utilizada na qual o material debase de fibra de reforço unidirecional 6 é mantido por sucção. Alternativa-mente, um método pode ser utilizado no qual o material de base de fibra dereforço unidirecional 6 é apanhado e mantido pelos pinos. Um método com-binando os dois métodos acima também pode ser aplicado.

Em particular, um aparelho manual que utiliza o aparelho desucção de vácuo ou um aparelho assoprador é preferível, visto que o mate-rial de base de fibra de reforço não é apanhado nos pinos ou meios similarese, dessa forma, não existe qualquer preocupação com relação à redução daqualidade do material de base de fibra de reforço.

Depois da colocação do material de base de fibra de reforço uni-direcional 6 possuindo um ângulo de laminação de 45 em uma posição pre-determinada no transportador 8, o transportador é operado para operar nadireção de percurso de avanço. Pela colocação similar do material de basede fibra de reforço possuindo um ângulo de laminação de 45 no espaço ad-jacente ao material de base de fibra de reforço unidirecional 6 possuindo umângulo de laminação de 45 que foi colocado primeiro, o material de base defibra de reforço possuindo comprimento contínuo e um ângulo de laminaçãode 45 é preparado. O material de base de fibra de reforço possuindo um ân-gulo de laminação de 0 é então colocado em cima do material de base defibra de reforço possuindo um ângulo de laminação de 45 com base na con-figuração da laminação. É preferível se colocar diretamente o material debase de fibra de reforço de 0 de um rolo de material de base 10 e laminarsem cortar. Depois da laminação do material de base de fibra de reforço 0 ,o transportador é operado de forma similar e o material de base de fibra dereforço unidirecional de -45° 12, tendo sido cortado por um cortador automá-tico 11, é transportado e laminado em cima do material de base de fibra dereforço 4570 laminado. Depois disso, um material de base de fibra de refor-ço unidirecional de 90° 14 cortado por um cortador automático 13, um mate-rial de base de fibra de reforço unidirecional -45° 16 cortado por um cortadorautomático 15, e um material de base de fibra de reforço 0 de um rolo 17 sãocortados, transportados e laminados com base na configuração de laminação.

A colocação do material de base de fibra de reforço que constituicada camada dessa forma é conduzida pelo movimento do transportador,onde o material de base laminado é movido de forma intermitente. Adicio-nalmente, visto que outra camada de material de base de fibra de reforço aser laminada é colocada sobre a mesma no destino do movimento, é preferí-vel que o braço robótico 7 seja instalado sobre um elemento deslizante 18que é capaz de se mover juntamente com o percurso do transportador 8 namesma direção, de forma que o braço robótico 7 seja capaz de transportaros materiais de base de fibra de reforço respectivos para suas posições pre-determinadas no transportador.

Enquanto todo o material de base de fibra de reforço pode sercortado por um único cortador automático, é preferível se cortar os materiaisde base de fibra de reforço possuindo ângulos de laminação respectivos uti-lizando-se uma pluralidade de cortadores automáticos, como ilustrado nafigura 5. Em se fazendo isso, o tempo necessário para a etapa de corte podeser encurtado.

Dessa forma, o material de base de fibra de reforço é repetida-mente cortado pelos cortadores automáticos, transportado pelo braço robóti-co, laminado e movido por um transportador com base em uma configuraçãode laminação predeterminada. Tal método é preferível, visto que permite queo material de base de fibra de reforço seja continuamente laminado automa-ticamente e precisamente. É preferível que a precisão seja tal que o desviodo ângulo de orientação de fibra do material de base de fibra de reforço uni-direcional esteja dentro de +/-1 e, adicionalmente, de forma que o espaçoentre as folhas adjacentes do material de base de fibra de reforço na mesmacamada seja entre 0 mm. e 3 mm. Se o desvio no ângulo de orientação defibra de reforço do material de base de fibra de reforço for superior a 1 comrelação ao ângulo de laminação especificado pela configuração de lamina-ção predeterminada, então as características mecânicas desejadas podemnão ser realizadas, e, dessa forma, tais desvios não são preferíveis. Adicio-nalmente, dependendo da configuração de laminação, pode ser necessáriose colocar as folhas do material de base de fibra de reforço adjacente uma àoutra na mesma camada. Nesse caso, se o espaço entre as folhas do mate-rial de base de fibra de reforço for inferior a 0 mm. (isso é, se as folhas esti-verem sobrepostas), então o número de camadas aumenta para as partessobrepostas. Devido a esse aumento na espessura, tal sobreposição não épreferível. Por outro lado, se tais espaços forem superiores a 3 mm. então asfibras de reforço não estarão presentes nesses locais. Como resultado disso,as características mecânicas podem diminuir, ou defeitos podem ocorrer talcomo a formação de partes onde a razão de componentes de resina é signi-ficativamente grande em comparação com os locais onde as fibras de refor-ço estão corretamente presentes. Por essa razão, tais espaços não são pre-feríveis.

Na etapa de transporte (C), o laminado obtido na etapa de lami-nação (B) é transportado para a etapa de aquecimento (D). Na figura 5, umlaminado de material de base de fibra de reforço 19 possuindo uma configu-ração de laminação predeterminada e colocado em um transportador 8 étransportado para o interior de um forno 20 pela operação intermitente dotransportador 8 na direção de percurso de avanço. Visto que o laminado quefoi laminado em uma configuração de laminação predeterminada ainda nãofoi unificado, é difícil se transportar o laminado possuindo um comprimentocontínuo sem mudar os ângulos de laminação. Conseqüentemente, depoisda laminação do material de base de fibra de reforço no transportador, é pre-ferível se transportar o laminado para o forno de forma contínua. Pela ado-ção de tal técnica, o laminado pode ser transportado para a etapa de aque-cimento e etapa de união por pressão sem mudar os ângulos de laminação.

Adicionalmente, antes da unificação por união na etapa de uniãopor pressão (E), quando existe a preocupação de que o ângulo de laminaçãoou outras características possam ser alteradas como resultado do movimen-to no transportador, uma modalidade preferível envolve a costura temporáriadas bordas, por exemplo, do laminado utilizando uma máquina de costura ouequipamento similar, mantendo, temporariamente, o laminado no lugar.

Quando da costura temporária, as bordas costuradas são cortadas e remo-vidas após a união de locais predeterminados através de toda a superfíciedo laminado na etapa de união por pressão, obtendo, assim, o laminado dematerial de base de fibra de reforço da presente invenção.

Na etapa de aquecimento (D), o laminado obtido na etapa delaminação (B) é aquecido para uma temperatura predeterminada a ser des-crita posteriormente. É preferível se utilizar um forno de explosão de calorpara o aparelho de aquecimento, visto que isso permite que o material debase de fibra de reforço seja aquecido de forma sem contato.

Utilizando-se um forno 20 como o ilustrado na figura 5, a regiãode união é seletivamente aquecida na etapa de união por pressão subse-qüente (E). É preferível se utilizar tal forno 20 para aquecer seletivamente aregião de união, visto que isso não apenas aperfeiçoa a eficiência do aque-cimento, mas, adicionalmente, oferece méritos de parâmetros de aqueci-mento controlados mais facilmente, equipamento de aquecimento adicional-mente reduzido de tamanho, e fácil instalação em conjunto com o transpor-tador, por exemplo.

É preferível que os locais de união por pressão do laminado se-jam aquecidos uniformemente. Em particular, é preferível se aquecer os Io-cais de união por pressão para uma temperatura uniforme na direção da es-pessura. Se a temperatura não for uniforme na direção da espessura, o a-quecimento da resina adesiva aderida à superfície do material de base defibra de reforço não será uniforme e irregularidades na aderência ocorrerãona direção da espessura, e, dessa forma, tais temperaturas não uniformesnão são preferíveis. Uniforme aqui significa dentro de +/- 5 C, e mais preferi-velmente, dentro de +/- 3°C. O método de medição não é particularmentelimitado, e a medição pode ser conduzida pela disposição de elementos tér-micos na camada superior e entre as camadas laminadas do laminado emum ou mais locais de aquecimento representativos do laminado, tratandocom calor o laminado e então monitorando as condições de aquecimento dolaminado.

Adicionalmente, a temperatura predeterminada quando do aque-cimento é preferivelmente mais alta do que a temperatura de transição devidro Tg da resina adesiva aderida à superfície do material de base de fibrade reforço no caso onde a resina adesiva é aderida à superfície do materialde base de fibra de reforço em apenas um lado do mesmo. É preferível setornar a temperatura de aquecimento mais alta do que a temperatura detransição de vidro da resina adesiva visto que a resina adesiva dessa formaamolece, e, desse modo, o laminado pode ser unido de forma confiável apressões mais baixas na etapa de união por pressão (E). Mais preferivel-mente, a temperatura de aquecimento é 5 C a 20 C maior do que a tempera-tura de transição de vidro Tg.

Adicionalmente, visto que a resina adesiva é aderida à superfíciedo material de base de fibra de reforço em apenas um lado do mesmo, aresina adesiva se torna unida à superfície dos filamentos de fibra de reforçoconstituindo o material de base de fibra de reforço no laminado do materialde base de fibra de reforço. Em temperaturas iguais a ou inferiores à tempe-ratura de transição do vidro Tg, a aderência da resina adesiva com relaçãoaos filamentos de fibra de reforço é insuficiente, e a obtenção da união favo-rável na etapa de união por pressão subseqüente (E) é difícil. Por essa ra-zão, é preferível se aquecer o laminado a uma temperatura superior à tem-peratura de transição de vidro Tg da resina adesiva no caso onde a resinaadesiva é aderida à superfície do material de base de fibra de reforço emapenas um lado do mesmo.

Por outro lado, se a resina adesiva for aderida à superfície domaterial de base de fibra de reforço em ambos os lados do mesmo, é prefe-rível que a temperatura de aquecimento do laminado de material de base defibra de reforço seja igual a ou inferior à temperatura de transição de vidroTg da resina adesiva.

Se a resina adesiva for aderida à superfície do material de baseda fibra de reforço em ambos os lados do mesmo, então a resina adesiva setorna unida à resina adesiva aderida à superfície do material de base de fi-bra de reforço no laminado do material de base de fibra de reforço. Nessecaso, visto que a resina adesiva se une a si mesma, uma aderência suficien-te pode ser realizada mesmo quando aquecida a temperaturas iguais a ouinferiores à temperatura de transição de vidro Tg. Isso é preferível, visto quepermite que o laminado de material de base de fibra de reforço seja produzi-do a temperaturas mais baixas.

Mais preferivelmente, a temperatura de aquecimento do lamina-do de material de base de fibra de reforço não é inferior a 30°C abaixo datemperatura de transição de vidro Tg da resina adesiva, e não superior àtemperatura de transição de vidro Tg.

Na etapa de união por pressão (E), é necessário se unir parcial-mente a resina adesiva aderida à superfície do material de base de fibra dereforço que constitui o laminado para o material de base de fibra de reforçoda superfície através de toda a superfície do mesmo. Uma etapa de uniãopor pressão ilustrativa da presente invenção é ilustrada na figura 6.

Mais especificamente, a figura 6 ilustra uma seção transversalde um suporte de união por pressão 21 instalado dentro do forno 20 ilustradona figura 5, além do laminado de material de base de fibra de reforço 19 etransportador 8.

Pela operação do transportador 8, o laminado de material debase de fibra de reforço 19 no transportador 8 é transportado para o suportede união por pressão 21 instalado dentro do forno.

É preferível que o suporte de união por pressão 21 inclua umsuporte de união por pressão superior 22 e um suporte de união por pressãoinferior 23, e que o suporte de união por pressão superior 22 tenha uma plu-ralidade de pontos de pressão independentes e protuberantes 24 através detoda a superfície. Pela utilização de tal suporte de união por pressão 21 econtrolando os parâmetros de aquecimento na etapa de aquecimento (D) eos parâmetros de pressão do suporte de união por pressão 21, a resina ade-siva aderida a cada folha de material de base de fibra de reforço unidirecio-nal constituindo o laminado de material de base de fibra de reforço pode serparcialmente unida ao material de base de fibra de reforço unidirecional dasuperfície respectiva. Adicionalmente, pela criação do tamanho transversalde cada ponto de pressão independente 24 de forma que o comprimentotransversal máximo não seja inferior a 1 mm. e não superior à largura H deum filamento de fibra de reforço, o comprimento máximo de cada junta deunião do laminado de material de base de fibra de reforço pode ser criado deforma a não ser inferior a 1 mm. e não superior à largura H de um filamentode fibra de reforço. O formato transversal dos pontos de pressão 24 não éparticularmente especificado, e é possível se utilizar formatos redondos,quadrados, retangulares ou uma variedade de outros formatos.

Adicionalmente, é preferível que a disposição dos pontos depressão 24 no suporte de união por pressão superior 22 seja tal que o espa-çamento dos pontos de pressão 24 não seja inferior à largura H de um fila-mento de fibra de reforço e não superior a 30 mm. Se o espaçamento dospontos de pressão 24 for inferior a H, muitos locais de união são formadosno laminado de material de base de fibra de reforço, e, dessa forma, tal es-paçamento não é preferível. Por outro lado, não é preferível que o espaça-mento dos pontos de pressão 24 sejam superiores a 30 mm., visto que issoresulta em muito poucos locais de união. Adicionalmente, é preferível que osuporte de união por pressão 21 seja criado a partir de metal e possua fun-ções de geração de calor. O método de geração de calor não é particular-mente limitado, e pode incluir o fornecimento em conjunto de um aquecedorelétrico, água aquecida ou uma linha de óleo quente. É preferível se ter osuporte de união por pressão 21 feito de metal, visto que isso permite a efi-ciência de aquecimento aperfeiçoada pelos métodos de geração de caloracima ou o forno 20. Adicionalmente, a partir da perspectiva de realizaçãode ajustes para manutenção ou alteração dos parâmetros de pressão, é pre-ferível que os pontos de pressão 24 sejam removíveis.

Adicionalmente, é preferível que o formato transversal dos pon-tos de pressão 24 no suporte de união por pressão superior 22 seja circular,com um diâmetro que é igual a ou inferior à largura H de um filamento defibra de reforço, e, adicionalmente, com um espaçamento entre os pontos depressão vizinhos mais próximos que está entre H e 30 mm.

Por exemplo, se o formato transversal dos pontos de pressão forquadrangular ou triangular, existe a preocupação de as bordas dos vérticesdo formato transversal dos pontos de pressão poderem danificar os filamen-tos de fibra de reforço na etapa de união por pressão, e, dessa forma, taisformatos transversais não são preferíveis.

Por outro lado, se o formato transversal dos pontos de pressãofor circular, não existem vértices, e, dessa forma, a etapa de união por pres-são pode ser conduzida sem as bordas dos vértices danificarem os filamen-tos de fibra de reforço. Por essa razão, um formato transversal circular é pre-ferível.

Adicionalmente, é preferível que os pontos de pressão do supor-te de união por pressão possuam funções de aquecimento. O mecanismo dafunção de aquecimento pode ser tal que a tubulação para um percurso defluxo de meio de transferência de calor seja instalada no suporte de uniãopor pressão, onde os pontos de pressão do suporte de união por pressãosão aquecidos fazendo com que um meio de transferência de calor flua natubulação para o percurso de fluxo de meio de transferência de calor, o meiode transferência de calor tendo sido aquecido por um controlador de tempe-ratura de ferramenta.

Dessa forma, como resultado do aquecimento os locais no lami-nado do material de base de fibra de reforço onde a pressão deve ser apli-cada pelos pontos de pressão aquecidos, o tempo de aquecimento pode serencurtado em comparação com o caso de aquecimento por ar quente talcomo a partir de um forno, e adicionalmente, o controle da temperatura deaquecimento é fácil. Por essa razão, o método de aquecimento acima é pre-ferível.

Na etapa de resfriamento (F)1 a união é completada pelo resfri-amento da resina adesiva unida a cada folha do material de base de fibra dereforço que foi aquecido na etapa de aquecimento (D) e etapa de união porpressão (E). Na figura 5, um espaço de resfriamento 26 é fornecido entre oforno 20 e um rolo de recolhimento 25, o espaço de resfriamento 26 resfri-ando o laminado de material de base de fibra de reforço para a temperaturaambiente. Depois do resfriamento para a temperatura ambiente e a finaliza-ção da união, existe uma etapa de recolhimento na qual o laminado do mate-rial de base de fibra de reforço é enrolado no rolo de recolhimento 25. O rolode recolhimento 25 não é particularmente limitado, desde que o laminado dematerial de base de fibra de reforço possa ser enrolado no mesmo. Um nú-cleo de papel ou meios similares possuindo um diâmetro adequado podemser utilizados, o diâmetro sendo preferivelmente entre 50 cm. e 150 cm.

É preferível se utilizar um transportador para conduzir continua-mente essas etapas (A) a (F), visto que isso permite que um laminado dematerial de base de fibra de reforço possuindo um comprimento contínuoseja produzido.

É possível se enrolar o laminado de material de base de fibra dereforço obtido dessa forma no rolo 25 como necessário. Adicionalmente, an-tes do enrolamento do laminado de material de base de fibra de reforço co-mo necessário, as bordas do laminado de material de base de fibra de refor-ço podem ser costuradas utilizando-se uma máquina de costura ou meiossimilares, suprimindo assim o desenrolar do laminado de material de basede fibra de reforço devido à tensão durante o enrolamento. Nesse caso, pelaremoção das bordas costuradas como necessário, um laminado de materialde base de fibra de reforço com capacidade de formatação predeterminadapode ser realizado. Não é necessário se dizer que é possível também semanter o laminado de material de base de fibra de reforço em um estadoplano sem enrolar para armazenamento ou uso em uma etapa subseqüente.

O processo de produção de uma pré-forma da presente inven-ção produz uma pré-forma através de pelo menos as etapas (a) a (d) a se-guir, especificamente:

(a) colocação do laminado de material de base de fibra de refor-ço em um mandril;

(b) drapeamento por pressão do laminado de material de basede fibra de reforço pela aplicação de pressão de superfície ao mesmo demodo a ser formatado pelo mandril;

(c) condução da união por pressão aquecida pelo aquecimentodo laminado de material de base de fibra de reforço enquanto submete àpressão de superfície, e então união das camadas laminadas do laminadode material de base de fibra de reforço; e

(d) resfriamento da pré-forma feita a partir do laminado de mate-rial de base de fibra de reforço obtido na etapa de união por pressão aqueci-da (c).

Na etapa de colocação (a) aqui, um laminado de material de ba-se de fibra de reforço, sendo obtido pela laminação de uma pluralidade decamadas de material de base de fibra de reforço feito de material de base defibra de reforço unidirecional, é colocado em um mandril após ser cortadoem um formato predeterminado para drapeamento. Dependendo da configu-ração laminada da pré-forma a ser produzida, é possível também se colocare laminar uma pluralidade de laminados de material de base de fibra de re-forço. Adicionalmente, é possível também se colocar e laminar um laminadode material de base de fibra de reforço e uma única folha de material de ba-se de fibra de reforço.

Na etapa de drapeamento por pressão (b), depois da colocaçãodo laminado de material de base de fibra de reforço, a pressão de superfícieé aplicada ao laminado de material de base de fibra de reforço de modo aser drapeado pelo mandril com base em uma configuração laminada prede-terminada. O método pelo qual a pressão de superfície é aplicada não é par-ticularmente limitado, mas é preferível que se utilize o método de ensaca-mento de vácuo, onde o laminado de material de base de fibra de reforço e omandril são vedados utilizando-se um filme plástico ou uma folha feita a par-tir de várias borrachas. Pela evacuação subseqüente do interior da vedação,o filme ou folha pressiona contra o laminado de material de base de fibra dereforço, e o laminado de material de base de fibra de reforço é drapeado pe-lo mandril devido à pressão atmosférica. Em particular, é preferível se reali-zar o drapeamento utilizando-se uma folha feita a partir de várias borrachastal como borracha de silício ou borracha de nitrila, visto que rugas têm me-nos chances de serem formadas com facilidade em comparação com o casono qual se utiliza um filme, e uma pré-forma possuindo excelente suavidadede superfície pode ser produzida.

Doravante, o método de produção de uma pré-forma pelo métodode ensacamento de vácuo será descrito em detalhes com o uso da figura 7.

Primeiro, um laminado de material de base de fibra de reforço 28 é colocado sobre um mandril 27. A superfície do mandril 27 pode ser tratadacom um agente divisor, como necessário. Depois da colocação, o mandril eo laminado de material de base de fibra de reforço 28 são cobertos com umfilme plástico ou uma folha 29 feita a partir de várias borrachas, as bordas doqual são vedadas ao mandril utilizando-se um selante 30 ou meios similares.O espaço 31 formado pelo filme ou folha e o mandril é despressurizado porsucção de vácuo utilizando uma bomba de vácuo ou meios similares. Apressão atmosférica é então aplicada ao laminado de material de base defibra de reforço através da folha 29 para drapear o laminado de material debase de fibra de reforço.

Em particular é mais preferível se utilizar uma folha feita a partirde várias borrachas. Visto que tal folha é esticada pela pressão atmosférica,o desenvolvimento de rugas é suprimido em comparação com um filme,permitindo assim que uma pré-forma com excelente suavidade de superfícieseja formada.

Adicionalmente, é preferível se realizar preparos de forma quevários sub-materiais necessários durante a etapa de drapeamento por pressão(b) e durante a injeção de resina para moldagem possam ser colocados si-multaneamente. Em se fazendo isso, a injeção de resina pode ser conduzidaimediatamente depois da finalização da série de etapas de drapeamento.

Dessa forma, um filme plástico ou folha 29 feito a partir de váriasborrachas é utilizado para drapear o laminado de material de base de fibrade reforço 28 pela aplicação de pressão atmosférica. Esse método é preferí-vel, visto que permite que a pressão atmosférica seja aplicada ao laminadode material de base de fibra de reforço 28, e, dessa forma, os fenômenos talcomo distúrbio das fibras de reforço durante o drapeamento por pressão eirregularidades na espessura da pré-forma podem ser eliminados.

Na etapa de união por pressão aquecida (c), a pressão de su-perfície e o calor são aplicados ao laminado de material de base de fibra dereforço que foi formatado em um formato de pré-forma na etapa de drapea-mento por pressão (b). Em se fazendo isso, as folhas do material de base defibra de reforço nas camadas laminadas do laminado de material de base defibra de reforço são unidas por toda a superfície com o uso de resina adesivaaderida à superfície do material de base de fibra de reforço. Dessa forma, asfolhas do material de base de fibra de reforço podem ser unidas depois deterem utilizado a capacidade de formatação do laminado de material de basede fibra de reforço para criar um formato de pré-forma na etapa de drapea-mento por pressão (b). Por essa razão, a formatação de formatos complexosé possível, e adicionalmente, é possível se produzir uma pré-forma que sejaexcelente na retenção de seu formato.

Um método preferível de aplicação de calor e pressão ao lami-nado de material de base de fibra de reforço envolve o seguinte. Primeiro,um filme plástico ou folha feito a partir de várias borrachas é utilizado paradrapear o laminado de material de base de fibra de reforço. Subseqüente-- mente, enquanto ainda no estado acima, todo o laminado de material de ba-se de fibra de reforço é inserido em um forno ou meios similares e aquecido.Esse método e preferível, visto que permite que a pré-forma seja formadapelo aquecimento como está em um forno ou meios similares depois da eta-pa de drapeamento por pressão (b).

Adicionalmente, é preferível que a temperatura de aquecimentoseja igual a ou superior à temperatura de transição de vidro da resina adesi-va aderida à superfície do material de base de fibra de reforço. Isso é prefe-rível, visto que se tornando a temperatura de aquecimento superior à tempe-ratura de transição de vidro da resina adesiva, a resina adesiva amolece, e,dessa forma, a pré-forma pode ser unida de forma confiável a pressões maisbaixas. Mais preferivelmente, a temperatura de aquecimento é 5 C a 20 Csuperior à temperatura de transição de vidro Tg. Mais preferivelmente, atemperatura é igual a ou superior à temperatura de aquecimento na etapa deaquecimento onde o laminado de material de base de fibra de reforço é a-quecido. Depois da etapa de união por pressão aquecida (c), a pré-forma éresfriada na etapa de resfriamento (d). A temperatura de resfriamento é pre-ferivelmente inferior à ou igual à temperatura de transição de vidro da resinaadesiva aderida à superfície do material de base de fibra de reforço. Em par-ticular, se o laminado de material de base de fibra de reforço for aquecido naetapa de união por pressão aquecida (c) para uma temperatura superior àtemperatura de transição de vidro da resina adesiva, a resina adesiva amo-lece. Dessa forma, quando a pré-forma é manuseada em um estado de resi-na amolecida, as camadas de material de base de fibra de reforço podem semexer, e ademais, se o laminado de material de base de fibra de reforço fordrapeado de tal forma que a resina adesiva entre em contato com o mandril,existe uma chance muito grande de a resina adesiva aderir ao mandril, e,dessa forma, existe a preocupação de a pré-forma poder ser difícil de se re-mover do mandril. Por essa razão, tais temperaturas de aquecimento nãosão preferíveis.

É possível se utilizar vários métodos como o método de resfria-mento, tal como exposição da pré-forma à temperatura ambiente depois daetapa de união por pressão aquecida (c), ou resfriamento por passagem deágua fria através do mandril.

O processo para a produção de um FRP da presente invençãoenvolve o seguinte. A resina de matriz é injetada em uma pré-forma da pre-sente invenção possuindo uma fração de volume de fibra de reforço Vpf en-tre 45% e 62%. Depois que a resina de matriz é descarregada de uma portade sucção de vácuo, a injeção da resina de matriz a partir de uma porta deinjeção é encerrada, e a quantidade de resina de matriz descarregada a par-tir da porta de sucção de vácuo é ajustada de modo a formar um FRP possu-indo uma fração de volume de fibra de reforço Vf entre 45% e 72%.

Mais especificamente, se a fração de volume de fibra de reforçoVf do FRP for inferior a 45%, então a resistência e módulo elástico do FRPserá baixo, e o FRP precisará ser mais espesso a fim de realizar as caracte-rísticas mecânicas determinadas. Como resultado disso, existe a preocupa-ção de as vantagens de peso reduzido serem reduzidas, e, dessa forma, taisfrações de volume não são preferidas.

Por outro lado, se a fração de volume de fibra de reforço Vf forsuperior a 72%, então a quantidade de resina de matriz será insuficiente, e,dessa forma, defeitos tal como espaços vazios ocorrerão com maior facilida-de. Por essa razão, tais frações de volume não são preferíveis.

Adicionalmente, no caso onde um FRP é formado possuindo umgrande número de camadas laminadas, tal como 20 camadas laminadas dematerial de base de fibra de reforço constituindo o FRP1 então em conside-ração das características de endurecimento da resina de matriz, é preferívelprimeiro se reservar uma quantidade de tempo para injeção na pré-forma,aquecer a resina de matriz para reduzir a viscosidade da mesma, e entãoinjetar a resina de matriz. Adicionalmente, é preferível se aquecer simultane-amente a pré-forma dentro da qual a resina de matriz deve ser injetada.Quando da utilização de uma pré-forma possuindo uma fração de volume defibra de reforço alta Vpf a fim de formar um FRP com uma fração de volumede fibra de reforço comparativamente alta Vf, existe a tendência de a capa-cidade de impregnação da resina de matriz diminuir devido à maior densida-de das fibras de reforço na pré-forma. É, dessa forma preferível tambémnesse caso se reduzir a viscosidade da resina de matriz por aquecimento, eentão injetar a resina de matriz para impregnar a pré-forma.

Mais preferivelmente, após o encerramento da injeção de resinade matriz a partir de uma porta de injeção, a sucção de vácuo é aplicada apartir de uma porta de sucção conectada à porta de injeção, e a resina dematriz é sugada e descarregada a partir de ambas a porta de sucção e umaporta de sucção de vácuo convencional. Adicionalmente, é preferível se a-justar a quantidade de resina de matriz descarregada de modo a se formarum FRP possuindo uma fração de volume de fibra de reforço Vf entre 45% e 72%.

Quando fazendo com que a resina de matriz seja descarregadaa partir da porta de sucção conectada à porta de injeção e/ou porta de suc-ção de vácuo convencional, é preferível se aplicar pressão externa à pré-forma de modo a descarregar a resina de matriz em uma quantidade detempo menor.

Adicionalmente, a fração de volume de fibra de reforço Vf doFRP é preferivelmente ajustada de forma a ser igual a ou superior a e nãomais que 20% superior à fração de volume de fibra de reforço Vpf da pré-forma. É possível se ajustar a fração de volume de fibra de reforço do FRPpelo controle da quantidade de resina de matriz descarregada depois da in-jeção de resina de matriz dentro da pré-forma, utilizando fatores tal comotempo e temperatura onde a resina de matriz é sugada a partir da porta desucção e/ou porta de sucção de vácuo, e adicionalmente, pela aplicação depressão externa à pré-forma.

"Fração de volume de fibra de reforço Vpr da pré-forma" na pre-sente invenção é um valor mensurável definido como se segue, e é um valordo estado antes da resina de matriz ser injetada dentro da pré-forma.

Mais especificamente, a fração de volume de fibra de reforço Vpfda pré-forma pode ser expressa em termos de espessura (t) de uma pré-forma submetida a uma pressão equivalente à atmosférica de 0,1 MPa, utili-zando-se a equação a seguir:

fração de volume de fibra de reforço de pré-forma Vpf = F χ p/p/t/10(%);onde

F: peso de material (g/m2)

p: número de camadas de material (folhas)

p: densidade de fibra de reforço (g/cm3)

t: espessura de pré-forma (mm).

Um método específico para a medição da espessura de umapré-forma pode ser obtido pela medição utilizando-se o método para medi-ção da espessura descrito nos métodos de teste para tecidos tramados comfibra de carbono descritos em JIS R 7602, mas onde a pressão é alteradapara 0,1 MPa. No processo de moldagem VaRTM que utiliza pressão de vá-cuo, a fim de se injetar resina de matriz e impregnar a pré-forma enquanto apré-forma é submetida à pressão atmosférica, é preferível se controlar a fra-ção de volume de fibra de reforço da pré-forma enquanto a pré-forma ésubmetida a uma pressão equivalente à atmosférica de 0,1 MPa. Se a pré-forma tiver um formato complexo e medições com base em JIS R 7602 nãopuderem ser conduzidas, então uma amostra pode ser cortada a partir dapré-forma e medida. Nesse caso, é necessário se exercitar cautela quandodo corte de amostra, de forma a não alterar a espessura da pré-forma comoresultado do corte. Adicionalmente, se o corte da amostra também não forpossível, a espessura da pré-forma pode ser medida pela condução do se-guinte. Um filme de ensacamento é utilizado para ensacar com vácuo a pré-forma além do mandril de pré-forma. Enquanto a pré-forma é submetida,assim, à pressão atmosférica, a espessura total da pré-forma, molde e filmede ensacamento é medida, e então a espessura do molde e do filme de en-sacamento é subtraída do total para adquirir a espessura da pré-forma.

Adicionalmente, "fração de volume de fibra de reforço Vf de FRP"na presente invenção é um valor mensurável definido como se segue, e éum valor do estado depois que a resina de matriz foi injetada na pré-forma eendurecida. Mais especificamente, a medição da fração de volume de fibrade reforço Vf de FRP pode ser expressa de forma similar em termos de es-pessura (t) de FRP utilizando a equação a seguir, similar à acima:

fração de volume de fibra de reforço FRP Vf=Fxp/p/t/10(%).Apesar de t ser a espessura (mm) de FRP aqui, os outros parâ-metros são idênticos aos valores de parâmetro quando da avaliação da fra-ção de volume de fibra de reforço Vpf da pré-forma acima.

F: peso de material (g/m2)

p: número de camadas de material (folhas)

p: densidade da fibra de reforço (g/cm3)

t: espessura FRP (mm)

Se o peso de material F, o número de camadas de material, e adensidade de fibra de reforço não forem conhecidos, então a fração de vo-lume de fibra de reforço de FRP pode ser medida pela utilização do métodode combustão, o método de dissolução de ácido nítrico, ou o método de dis-solução de ácido sulfúrico com base em JIS K 7075. A densidade de fibra dereforço utilizada nesse caso é o valor medido com base em JIS R 7603.

O método específico para medição de espessura de FRP não éparticularmente limitado, desde que o método possa ser utilizado para medircorretamente a espessura do FRP. No entanto, como descrito em JIS K7072, é preferível se conduzir a medição utilizando-se um micrômetro pres-crito em JIS B 7502 ou meios possuindo precisão igual ou superior ao mes-mo. Se FRP possuir um formato complexo e não puder ser medido, entãouma amostra (isso é, uma amostra para medição possuindo um determinadograu de formato e tamanho) pode ser cortada a partir do FRP e medida.

O material de base de fibra de reforço utilizado na presente in-venção possui resina adesiva aderida à superfície do mesmo. A resina ade-siva une as camadas do material de base de fibra de reforço, realizando,assim, uma função que aperfeiçoa as propriedades de manuseio tal comocaracterísticas de retenção de formato do material de base de fibra de refor-ço e a pré-forma, enquanto também realiza uma função que aperfeiçoa aresistência ao impacto tal como resistência CAI. Quando o aperfeiçoamentona resistência ao impacto por tal resina adesiva é esperado, é preferível queas camadas incluindo resina adesiva sejam formadas entre as camadas defibra de reforço depois da moldagem do FRP.

Por outro lado, durante a produção de FRP, a fração de volumede fibra de reforço Vf do FRP pode ser aperfeiçoada pelo aumento da quan-tidade de resina de matriz descarregada, mas quando da injeção da resinade matriz, existem casos nos quais a resina de matriz e/ou pré-forma sãoaquecidas durante a injeção, como descrito acima. Se a temperatura de a-quecimento exceder a temperatura de transição de vidro da resina adesivaaderida à superfície do material de base de fibra de reforço, então a resinaadesiva pode amolecer, cair da superfície do material de base de fibra dereforço, e ficar posicionada dentro da resina de matriz que forma o espaçoentre as camadas de material de base de fibra de reforço.

Em tal caso, se a quantidade de resina de matriz descarregadafor aumentada de forma que a fração de volume de fibra de reforço Vf deFRP se torne maior que 20% superior à fração de volume de fibra de reforçoVpf da pré-forma, então a resina adesiva aderida à superfície do material debase de fibra de reforço cairá e poderá se tornar posicionada dentro da resi-na da matriz ou misturar com a resina de matriz. Se a resina adesiva for con-tida dentro da resina de matriz, existe uma preocupação de que uma grandequantidade de resina adesiva possa ser descarregada juntamente com adescarga da resina de matriz.

Dessa forma, a descarga da resina adesiva acompanhando adescarga da resina de matriz não impõe um problema, visto que a resinaadesiva não funciona como um elemento constituindo o FRP e apenas asfunções para aperfeiçoar o manuseio e outras características do laminado dematerial de base de fibra de reforço e/ou a pré-forma até que o FRP sejamoldado. No entanto, no caso onde é antecipado que a resina adesiva reali-zará funções tal como o aperfeiçoamento da resistência ao impacto do FRP,tal descarga não é preferível.

Por outro lado, no caso onde a resina adesiva não deve funcio-nar como um elemento constituindo o FRP e funciona apenas para aperfei-çoar o manuseio e outras características do material de base de fibra de re-forço e/ou pré-forma até que o FRP e funcione apenas para aperfeiçoar omanuseio e outras características do material de base de fibra de reforçoe/ou a pré-forma até que o FRP seja moldado, uma modalidade preferívelenvolve o aquecimento da resina de matriz e a pré-forma de modo a fazercom que a resina adesiva caia da superfície do material de base de fibra dereforço ou misture com a resina de matriz, e então descarregando ativamen-te a resina adesiva juntamente com a resina de matriz. Como descrito acima,a resina adesiva forma facilmente espaços entre as camadas do material debase de fibra de reforço constituindo o FRP. Enquanto isso aperfeiçoa a re-sistência ao impacto do FRP, existe também a preocupação de que o aper-feiçoamento na fração de volume de fibra de reforço Vf do FRP seja prejudi-cada, além da preocupação de que o aperfeiçoamento na compressão e/oucaracterística de tensão devido ao fato do o FRP possuir uma alta fração devolume de fibra de reforço Vf ser prejudicada. Por essa razão, pela descargaativa da resina adesiva, suprimindo o aumento na espessura interlaminar, eaumentando a fração de volume de fibra de reforço Vf, é possível se aperfei-çoar as características de compressão e/ou tensão.

Adicionalmente, a resina de matriz é injetada dentro da pré-forma, e depois da descarga da resina de matriz a partir de uma porta desucção de vácuo, a injeção da resina de matriz a partir da porta de injeção éencerrada, e a sucção de vácuo é aplicada a partir de uma porta de sucçãoconectada à porta de injeção. É preferível se conduzir o acima exposto deforma a ajustar a quantidade de resina de matriz descarregada a partir daporta de sucção conectada à porta de injeção e a porta de sucção de vácuoconvencional, de forma que a fração de volume de fibra de reforço Vf doFRP esteja entre 45% e 72%.

É preferível se sugar e descarregar a resina de matriz a partir deuma porta de sucção conectada à porta de injeção em adição a uma portade sucção de vácuo convencional, visto que isso permite que o tempo dedescarga de resina de matriz seja encurtado.

Adicionalmente, no caso de sucção e descarga de resina de ma-triz apenas da porta de sucção de vácuo convencional, enquanto a resina dematriz impregnada na pré-forma nos locais perto da porta de sucção de vá-cuo é facilmente sugada, a resina de matriz impregnada na pré-forma pertoda porta de injeção não é facilmente sugada, e, dessa forma, a descarga édifícil. Como resultado disso, existe a preocupação de que a fração de volu-me de fibra de reforço do FRP nos locais perto da porta de injeção se tornemais baixa do que a fração de volume de fibra de reforço do FRP nos locaisperto da porta de sucção de vácuo. Por essa razão, é preferível se sugar edescarregar também a resina de matriz a partir de uma porta de sucção co-nectada à porta de injeção depois da injeção da resina de matriz dentro dapré-forma, visto que isso alivia as irregularidades nas frações de volume defibra de reforço nos locais respectivos no FRP.

Exemplos

Doravante, a presente invenção será descrita em maiores deta-lhes com o uso de modalidades e exemplos comparativos.

Os valores dos parâmetros são solucionados para utilização dosmétodos a seguir.

(1) Fração de volume de fibra de reforço de pré-forma Vpf

O tamanho da amostra é de 300 mm. χ 300 mm., uma pré-formaé produzida como descrito em cada uma das modalidades ilustrativas a se-guir, e a fração de volume de fibra de reforço de pré-forma Vpf é solucionadacomo descrito abaixo.

O peso de material F (g/m2) é medido como se segue.

Depois do corte do material em 125 mm χ 125 mm e a remoçãodas fibras auxiliares verticais e horizontais utilizando-se pinças, o materialcortado é colocado em um frasco contendo cloreto de metileno, e imerso emcloreto de metileno para dissolver e remover a resina adesiva aderida aomaterial. Após a dissolução e remoção da resina adesiva, o material é seca-do por uma hora a 110 C +/- 5 dentro de um secador, e então resfriado atemperatura ambiente dentro de um dissecador. O peso W (g) do materialresfriado é pesado em unidades de 0,1 g utilizando-se uma balança eletrôni-ca, e o peso do material é avaliado como F (g/m2)=W(g)/0,125 χ 0,125 (m2).

A densidade de fibra de reforço ρ (g/cm3) é a densidade dos fi-lamentos de fibra de reforço utilizados no material, e é medida em conformi-dade com o método A de JIS R 7603.

A espessura da pré-forma t (mm) é medida primeiro pela coloca-ção da pré-forma em um mandril, vedação com filme tipo saco, e evacuaçãodo espaço vedado. Enquanto a pré-forma é submetida à pressão atmosféri-ca, um calibrador de altura e micrômetro são utilizados para medir as unida-des de 0,01 mm. de espessura da pré-forma em cinco locais: o centro e qua-tro cantos. A espessura no centro da pré-forma é medida primeiro pela me-dição da altura na posição central da pré-forma a partir do topo do filme tiposaco enquanto a pré-forma é submetida à pressão atmosférica, e então pelasubtração dos valores má medidos para altura do mandril e espessura dofilme de saco. As espessuras nos quatro cantos da pré-forma são medidasprimeiro pela utilização de um micrômetro para medir a espessura combina-da do mandril, da pré-forma, e do filme tipo saco enquanto a pré-forma ésubmetida à pressão atmosférica, e então pela subtração dos valores já me-didos para espessura do mandril e espessura do filme tipo saco.

A fração de volume de fibra de reforço de pré-forma Vpf é solu-cionada pela utilização do peso do material F (g/m2), número de camadas dematerial ρ (folhas), densidade de fibra de reforço p(g/cm3), e espessura dapré-forma t (mm.) como medidos pelos métodos acima para avaliação de Vpf= Fx p/p/t/10(%) nos cinco locais onde a espessura da pré-forma foi medida,o valor médio dos cinco locais sendo realizado como a fração de volume defibra de reforço de pré-forma Vpf.

FRPs são produzidos como descrito nas modalidades ilustrati-vas, e as frações de volume de fibra de reforço FRP Vf para os mesmos sãosolucionadas como se segue. O peso de material Fea densidade de fibrade reforço ρ são idênticos aos acima.

A espessura FRP (mm) é medida em unidades de 0,01 mm. uti-lizando um micrômetro depois da remoção de um FRP do molde. A espessu-ra do FRP é medida em três locais: nas proximidades da porta de injeção deresina epóxi, nas proximidades da porta de sucção de vácuo, e um local po-sicionado de forma central entre a porta de injeção e a porta de sucção devácuo.

A fração de volume de fibra de reforço FRP Vf é solucionadapela utilização do peso de material F(g/m2), número de camadas de materialρ (folhas), densidade de fibra de reforço p(g/cm3), e espessura FRP t (mm)como medidos pelos métodos acima para avaliação Vf = F χ p/p/t/10(%).

(2) Fração de volume de fibra de reforço FRP Vf

A fração de volume de fibra de reforço FRP Vf é solucionadapara utilização dos métodos descritos aqui.

(3) Comprimento L pelo qual uma fibra auxiliar cruza um únicofilamento de fibra de reforço.

O comprimento L é solucionado utilizando-se os métodos descri-tos aqui.

(4) Largura H dos filamentos de fibra de reforço

A largura H é solucionada para utilização dos métodos descritosaqui.

(5) Tensão de cisalhamento no plano θ

A tensão por cisalhamento no plano θ é solucionada para utiliza-ção dos métodos descritos aqui.

- Exemplo 1

Um tecido tramado de fibra de carbono sem aperto, unidirecionalpossuindo um peso de fibra de carbono de 190 g/m2 foi produzido e utilizadocomo material de base de fibra de reforço unidirecional. Para os filamentosde fibra de reforço, filamentos de fibra de carbono essencialmente não-torcidos foram utilizados como fibras verticais, os filamentos de fibra de car-bono possuindo uma contagem de filamento de 24.000, uma largura de 5,4mm, uma resistência à tensão de 5,8 GPa, um módulo elástico de tensão de290 GPa, e uma quantidade de agente de apresto aderente igual a 0,5% empeso. Para as fibras auxiliares verticais, fibras de vidro de 22,5 dtex possuin-do um agente de acoplamento aderido às mesmas e cobertas com fibras decobertura de náilon 66 refinado de 17 dtex em 250 torções por metro foramutilizadas. Para as fibras auxiliares horizontais, filamentos de náilon 66 de 17dtex, refinados e essencialmente não-torcidos foram utilizados. A densidadetramada dos filamentos de fibra de carbono e das fibras auxiliares verticaisforam ambas de 1,84 filamentos/cm, a densidade tramada das fibras auxiliareshorizontais foi de 3 filamentos/cm., e o comprimento L pelo qual uma fibra auxi-liar horizontal cruza um único filamento de fibra de carbono é de 5,6 mm.

A quantidade de tensão por cisalhamento no plano θ como ilus-trado na figura 4 foi medida para o tecido tramado de fibra de carbono comose segue. Primeiro, o tecido tramado de fibra de carbono foi cortado em umquadrado de 100 mm χ 100 mm (cortado de forma que os lados do quadra-dos sejam respectivamente paralelos e perpendiculares aos filamentos defibra de carbono) e então colocado sobre o estágio de um microscópio ótico.Observando-se o tecido tramado de fibra de carbono com uma ampliação de25x, o formato do tecido tramado de fibra de carbono foi ajustado de modoque as fibras auxiliares horizontais estivessem em ângulos retos com rela-ção aos filamentos de fibra de carbono e sem folga. A seguir, um único fila-mento de fibra de carbono foi fixado no lugar, e um filamento de fibra de car-bono adjacente foi deslizado para cima para criar a tensão por cisalhamentono plano. Mediante o deslizamento do filamento de fibra de carbono, as fi-bras horizontais que foram dispostas em ângulos retos com relação à dire-ção disposta dos dois filamentos de fibra de carbono se tornaram chanfradascom relação à disposição dos filamentosde fibra de carbono. Adicionalmen-te, o espaço entre os filamentos de fibra de carbono se tornou mais estreito,e, por fim, os filamentos de fibra de carbono entraram em contato um com ooutro. Esse estado foi fotografado, e o resultado da medição do ângulo θformado por uma fibra horizontal chanfrada e uma linha ortogonal com rela-ção à direção disposta dos filamentos de fibra de carbono foi θ=15 .

Para a resina adesiva, 27 g/m2 de péletes foram espalhados so-bre a superfície do tecido tramado, as péletes possuindo um diâmetro medi-ano de 120 pm e contendo uma resina termoplástica com uma temperaturade transição de vidro de 70 C. Os péletes foram enquanto aderidas à super-fície do tecido tramado por aquecimento a 200°C, produzindo, assim, ummaterial de base de tecido tramado. O diâmetro mediano aqui é o diâmetromediano adquirido a partir da distribuição de tamanho de partícula medidautilizando-se um analisador de distribuição de tamanho de partícula de espa-lhamento de laser.

Esse material de base de tecido tramado foi cortado em folhasde tecido tramado de 1 m de largura, 1 m de comprimento, e possuindo ân-gulos de orientação de fibra de 45°, 0o, -45° e 90°. Um laminado foi entãopreparado pela laminação sucessiva dessas folhas na ordem de 45°, 0o,-45°, 90°, 90°, -45°, 0o e 45°. O laminado foi colocado sobre uma placa planade liga de alumínio e aquecido por inserção dentro de um forno possuindouma temperatura interna de 80°C. Depois do aquecimento completo, um su-porte de união por pressão de liga de alumínio foi colocado sobre o lamina-do, cada ponto de pressão do suporte possuindo uma área transversal de 1mm2 e uma inclinação de 10 mm. Adicionalmente, uma carga foi colocadasobre o suporte de união de pressão de forma que a pressão aplicada a umúnico ponto de pressão fosse de 0,1 MPa, aplicando, assim, uma pressão aolaminado nos locais correspondentes aos pontos de pressão do suporte deunião por pressão. Como resultado disso, a resina adesiva aderida à super-fície do material de base de tecido tramado uniu o material de base de tecidotramado nos pontos de pressão por toda a direção de espessura.

Após a união, o laminado foi removido do forno e resfriado sen-do deixado à temperatura ambiente, e dessa forma, um laminado de materialde base de tecido tramado de fibra de carbono foi obtido.

Exemplo 2

O laminado obtido no Exemplo 1 foi colocado em um mandril de

ferro possuindo um formato parcialmente esférico de curvatura de 800 mm eum cordão possuindo uma curvatura bidimensional de comprimento 350 mm, eentão coberto como borracha de silício de 1,5 mm de espessura. Depois davedação das bordas da borracha de silício no mandril utilizando-se um se-lante, o espaço formado pelo mandril e borracha de silício foi evacuado comuma bomba de vácuo, e o laminado foi pressionado e drapeado pelo man-dril.

O laminado foi então inserido em um forno enquanto ainda subme-tido à pressão pelo mandril e então aquecido a uma temperatura de 80°C porduas horas, fazendo, assim, com que as folhas do material de base de teci-do tramado de fibra de carbono se unissem. Subseqüentemente, o laminadofoi removido do forno e resfriado a temperatura ambiente, e, dessa forma,uma pré-forma foi obtida. Depois da remoção da borracha de silício do man-dril, a pré-forma foi coberta novamente com um filme de ensacamento, e asbordas do filme de ensacamento foram vedadas no mandril utilizando-se umselante. Subseqüentemente, o espaço formado pelo mandril e filme de en-sacamento foi evacuado com uma bomba de vácuo, aplicando, dessa forma,pressão de vácuo à pré-forma. Enquanto a pré-forma foi submetida à pres-são de vácuo, a altura do topo do filme de ensacamento foi medida utilizan-do-se um calibrador de altura. Pela subtração da espessura do mandril e dofilme de ensacamento, a espessura da pré-forma foi medida. A medição dafração de volume de fibra de reforço de pré-forma Vf resultou em uma fraçãode volume de fibra de reforço de pré-forma Vpf de 52%.

A pré-forma obtida não exibiu quaisquer rugas através de toda asuperfície da mesma, as camadas de material de base de tecido tramado defibra de carbono foram unidas, e a pré-forma reteve de forma favorável oformato de mandril.

Exemplo 3

Uma pré-forma foi produzida de forma idêntica ao exemplo 2,exceto que o mandril utilizado foi um mandril de ferro possuindo um formatoparcialmente esférico de curvatura de 400 mm e um cordão possuindo umcomprimento de curvatura bidimensional de 350 mm. De forma similar aoexemplo 2, a medição da fração de volume de fibra de reforço de pré-formaVpf da pré-forma resultou em uma fração de volume de fibra de reforço depré-forma Vpf de 52%.

A pré-forma obtida não exibiu quaisquer rugas através de toda asuperfície da mesma, as camadas de material de base de tecido tramado defibra de carbono foram unidas, e a pré-forma reteve de forma favorável oformato do mandril.

Exemplo 4

A pré-forma produzida no Exemplo 2 foi colocada em um molde,injetada com resina epóxi, e RTM foi conduzida.

A injeção de resina epóxi foi conduzida até que toda a pré-formafosse impregnada com resina epóxi. Depois da descarga de resina epóxi deuma porta de sucção de vácuo, a porta de injeção foi fechada e a injeção deresina epóxi foi encerrada. A porta de injeção foi então conectada à linha desucção de vácuo e a evacuação foi conduzida juntamente com a porta desucção de vácuo convencional, e o excesso de resina epóxi injetada foi des-carregado.

A descarga da resina epóxi a partir da porta de sucção de vácuoconvencional e da porta de sucção de vácuo preparada pela conexão recen-te da porta de injeção com a linha de sucção de vácuo foi conduzida até quea espessura medida da pré-forma impregnada com resina epóxi atingisseuma espessura equivalente a uma fração de volume de fibra de reforço pós-moldagem Vf de 55%. A medição da espessura da pré-forma impregnadacom resina epóxi foi conduzida pela medição em três locais: nas proximidadesda porta de injeção, nas proximidades da porta de sucção de vácuo, e um localposicionado centralmente entre a porta de injeção e a porta de sucção devácuo.

Depois da descarga da resina epóxi, a pré-forma impregnadacom resina epóxi foi submetida a um primeiro endurecimento por duas horasa uma temperatura de 130 C, e subseqüentemente a um segundo endureci-mento por duas horas a uma temperatura de 180°C, e dessa forma, o RTMfoi conduzido.

A espessura do plástico reforçado com fibra de carbono obtidofoi medida em três locais: nas proximidades da porta de injeção, nas proxi-midades da porta de sucção de vácuo, e um local posicionado centralmenteentre a porta de injeção e a porta de sucção de vácuo. A medição da fraçãode volume de fibra de reforço FRP Vf resultou em uma fração de volume defibra de reforço FRP uniforme Vf de 55% em todos os locais. Nenhuma rugaou fibras em formato de serpentina óbvias foram encontradas mediante ins-peção da aparência da superfície, o FRP apresentando qualidade de super-fície favorável. Adicionalmente, nenhum defeito tal como fibras em formatode serpentina, espaços vazios, ou espaços foram encontrados depois docorte do plástico reforçado com fibra de carbono e inspeção da seção trans-versal, o FRP estando em um estado suficientemente utilizável como ummaterial estrutural.

Exemplo 5

RTM similar ao do exemplo 4 foi conduzido utilizando-se a pré-forma produzida no exemplo 3, obtendo, assim, um plástico reforçado comfibra de carbono. De forma similar ao exemplo 4, a medição da fração devolume de fibra de reforço FRP Vf resultou em uma fração de volume de fi-bra de reforço FRP uniforme Vf de 55% em todos os locais. Nenhuma rugaou fibras tipo serpentina óbvias foram encontradas mediante inspeção daaparência de superfície, o FRP possuindo uma qualidade de superfície favo-rável. Adicionalmente, nenhum defeito tal como fibras tipo serpentina, espa-ços vazios, ou espaços foram encontrados depois do corte do plástico refor-çado com fibra de carbono e inspeção da seção transversal, o FRP estandoem um estado suficientemente utilizável como um material estrutural.

Exemplo Comparativo 1

Um tecido tramado com fibra de carbono sem aperto e unidire-cional possuindo um peso de fibra de carbono de 190 g/m2 foi produzidocomo se segue. Apenas os filamentos de reforço de fibra de carbono e asfibras horizontais idênticos aos do exemplo 1 foram utilizados, sem utilizaçãode fibras auxiliares verticais. A densidade das fibras horizontais foi de 3 fila-mentos/cm, e o comprimento pelo qual uma fibra horizontal cruza um únicofilamento de fibra de carbono foi de 5,4 mm, dessa forma, impedindo essen-cialmente a ocorrência de espaços entre os filamentos de fibra de carbono.

A quantidade de tensão por cisalhamento no plano do tecidotramado de fibra de carbono foi medida de forma similar ao exemplo 1. Noentanto, visto que a trama foi tal que nenhum espaço existe entre os filamen-tos de fibra de carbono, os resultados da medição mostraram que os fila-mentos de fibra de carbono estavam imóveis, mesmo se a tensão por cisa-lhamento no plano fosse induzida. Quando tensionados de maneira forçada,os filamentos de fibra de carbono adjacentes se apertavam, e por fim, gera-vam rugas.

A resina termoplástica foi aderida à superfície do tecido tramadode forma similar ao exemplo 1, produzindo, assim, um material de base detecido tramado.Exemplo comparativo 2

Um laminado similar ao do exemplo 1 foi preparado utilizando omaterial de base de tecido tramado obtido no exemplo comparativo 1. Deforma similar, um suporte de união por pressão foi utilizado para unir as ca-madas de material de base de tecido tramado por toda a direção da espes-sura, obtendo, assim, um laminado.

Esse laminado foi então utilizado para produzir uma pré-formade maneira similar ao exemplo 2. A qualidade da pré-forma foi ruim, a pré-forma possuindo rugas perceptíveis formadas em dois locais na borda dolaminado, com a dobra da fibra confirmada nas partes enrugadas.Exemplo comparativo 3

RTM foi conduzido de forma similar ao exemplo 4 utilizando apré-forma obtida no exemplo comparativo 3.

O formato das rugas das partes enrugadas da pré-forma perma-- neceu no plástico reforçado com fibra moldada. A existência das partes eespaços nas partes enrugadas foi confirmada, onde a razão de componentede resina foi muito grande em comparação com os locais onde as fibras dereforço estiveram presentes corretamente.

A medição da espessura do plástico de reforço de fibra solucio-nando-se a fração de volume de fibra de reforço Vf de forma similar ao e-xemplo 4 resultou em uma fração de volume de fibra de reforço FRP de 55%para locais outros além das partes enrugadas. Por outro lado, visto que aexistência das partes e espaços nas partes enrugadas onde a razão decomponente de resina foi perceptivelmente grande em comparação com oslocais onde as fibras de reforço estiveram presentes de forma correta foiconfirmada, a avaliação da fração de volume de fibra de reforço nas partesenrugadas não foi possível.

Claims

1. Material de base de fibra de reforço unidirecional possuindouma trama de filamentos de fibra de reforço disposta em paralelo em umaúnica direção, e fibras auxiliares dispostas em que o comprimento L por on-de uma fibra auxiliar disposta na pelo menos outra direção cruza um filamen-to de fibra de reforço, a largura H de um filamento de fibra de reforço, e atensão de cisalhamento em plano θ existem na relação expressa pelas e-quações (I) e (II) abaixo, e, adicionalmente, em que uma resina adesiva pos-suindo uma temperatura de transição de vidro Tg entre 0 C e 95 C é aderidaà superfície do material de base de fibra de reforço unidirecional em pelomenos um lado do mesmo, a quantidade de resina adesiva sendo entre 2g/m2 e 40 g/m2 e aderida em pontos, linhas ou linhas descontínuas.L = H/cos θ (I)3 <θ <30 (II)-

2. Laminado de material de base de fibra de reforço plano for-mado pela laminação de uma pluralidade de camadas de material de basede fibra de reforço unidirecional, como definido na reivindicação 1, em que aresina adesiva aderida a cada camada do material de base de fibra de refor-ço unidirecional une parcialmente a uma camada do material de base defibra de reforço sobre toda a superfície da mesma, e adicionalmente, onde ocomprimento máximo de cada junta de união não é inferior a 1 mm. e nãosuperior à largura H de um filamento de fibra de reforço.

3. Laminado de material de base de fibra de reforço, de acordocom a reivindicação 2, no qual o espaçamento entre as respectivas juntas deunião não é inferior à largura H de um filamento de fibra de reforço e nãosuperior a 100 mm.

4. Laminado de material de base de fibra de reforço, de acordocom a reivindicação 2 ou 3, no qual a pré-forma possui uma fração de volu-me de fibra de reforço Vpf na faixa de 45% a 62%.

5. Pré-forma, de acordo com a reivindicação 4, em que as ca-madas de material de base de fibra de reforço são unidas pela resina adesi-va sobre toda sua superfície.

6. Produto plástico moldado reforçado com fibra, obtido pela in-jeção, impregnação e endurecimento de uma resina de matriz dentro da pré-forma conforme definida na reivindicação 4 ou 5, no qual a fração do volumede fibra de reforço Vf do produto plástico moldado está na faixa de 45% a-72%.

7. Processo para a produção de um laminado de material de ba-se de fibra de reforço que produz um laminado pelo menos através das eta-pas (A) a (F) a seguir:(A) cortar o material de base de fibra de reforço unidirecional deacordo com a reivindicação 1 em um formato predeterminado;(B) laminação do material de base de fibra de reforço unidirecio-nal que foi cortado em um formato predeterminado pelo transporte e disposi-ção sucessivos das camadas de forma plana na base de uma configuraçãode laminação predeterminada;(C) transportar intermitentemente o laminado obtido na etapa delaminação (B) para uma etapa de aquecimento;(D) aquecer o laminado transportado na etapa de transporte (C);(E) unir por pressão o laminado pela aplicação de pressão a a-penas locais predeterminados no laminado utilizando um jig de união porpressão, e união das camadas do material de base de fibra de reforço nospontos de pressão por toda a direção de espessura por meio de resina ade-siva aderida à superfície do material de base de fibra de reforço; e(F) resfriar o laminado.

8. Processo de produção de um laminado de material de basede fibra de reforço, de acordo com a reivindicação 7, no qual, na etapa (B)da laminação, o material de base de fibra de reforço é transportado e colo-cado de modo que a borda plana no sentido do comprimento de uma folhade material de base de fibra de reforço se alinha com a borda plana no sen-tido do comprimento de outra folha do material de base de fibra de reforçoconstituindo uma camada de fibras de reforço orientada em uma direção i-dêntica, produzindo, assim, um laminado de material de base de fibra dereforço contínuo.

9. Processo de produção de um laminado de material de basede fibra de reforço, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, no qual, na etapade laminação (B), um braço robô é utilizado para transportar e colocar o ma-terial de base de fibra de reforço cortado na etapa de corte (A), de forma queo desvio angular do material de base de fibra de reforço esteja dentro de 1o,e, adicionalmente, de forma que o espaço entre as folhas adjacentes do ma-terial de base de fibra de reforço na mesma camada esteja dentro de 3 mm.

10. Processo de produção de um laminado de material de basede fibra de reforço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9,no qual, na etapa de aquecer (D), as partes do laminado de material de basede fibra de reforço a serem unidas na etapa de unir por pressão (E) sejamaquecidas por ar quente.

11. Processo de produção de um laminado de material de basede fibra de reforço, de acordo com a reivindicação 10, no qual, na etapa deaquecer (D), uma resina adesiva aderida à superfície de um material de ba-se de fibra de reforço apenas no lado do mesmo é utilizada, e, adicionalmen-te, a temperatura de aquecimento do laminado de material de base de fibrade reforço é mais alta do que a temperatura de transição de vidro Tg da re-sina adesiva.

12. Processo de produção de um laminado de material de basede fibra de reforço, de acordo com a reivindicação 11, no qual, na etapa deaquecer (D), uma resina adesiva aderida à superfície de ambos os lados deuma folha de material de base de fibra de reforço é utilizada, e, adicional-mente, onde a temperatura de aquecimento do laminado de material de basede fibra de reforço é igual a ou superior à temperatura de transição de vidroTg da resina adesiva.

13. Processo de produção de um laminado de material de basede fibra de reforço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 12,no qual, na etapa de unir por pressão (Ε), o jig de união por pressão possuiuma pluralidade de pontos de pressão independentes, e, adicionalmente, ocomprimento máximo de cada ponto de pressão é igual a ou inferior à largu-ra H de um filamento de fibra de reforço.

14. Processo de produção de um laminado de material de basede fibra de reforço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 13,no qual, na etapa de unir por pressão (E), a união por pressão é conduzidacom o espaçamento entre os pontos de pressão vizinhos mais próximos dojig de união de pressão não sendo inferior a H e não mais de 30 mm.

15. Processo de produção de um laminado de material de basede fibra de reforço, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, no qual, na eta-pa de unir por pressão (Ε), o formato transversal dos pontos de pressão dojig de união por pressão é circular, o diâmetro da seção transversal circular éigual a ou inferior à largura H de um filamento de fibra de reforço, e, adicio-nalmente, a união por pressão é conduzida com o espaçamento entre ospontos de pressão vizinhos mais próximos não sendo inferior a H e não su-perior a 30 mm.

16. Processo de produção de um laminado de material de basede fibra de reforço, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15,onde, na etapa de unir por pressão (E), a união por pressão é conduzidautilizando-se um jig de união por pressão cujos pontos de pressão incluemfunções de aquecimento.

17. Processo de produção de uma pré-forma que produz umapré-forma através de pelo menos as etapas (a) a (d) a seguir:a) colocar o laminado de material de base de fibra de reforçocomo definido na reivindicação 2 ou 3 em um mandril;b) drapear por pressão o laminado de material de base de fibrade reforço pela aplicação da pressão de superfície e forma de drapeamento;c) conduzir a união por pressionamento aquecido pelo aqueci-mento do laminado de material de base de fibra de reforço enquanto subme-tida à pressão de superfície, e então união das camadas laminadas do lami-nado de material de base de fibra de reforço; ed) resfriar o laminado de material de base de fibra de reforço cu-jas camadas foram unidas.

18. Processo de produção de uma pré-forma, de acordo com areivindicação 17, no qual, na etapa de drapear por pressão (b), o material desaco é utilizado durante a forma de drapeamento, o laminado de material debase de fibra de reforço sendo inserido, e o interior do material de saco éevacuado de modo a aplicar uma pressão de não menos de 0,03 MPa e nãomais que a pressão atmosférica ao laminado de material de base de fibra dereforço.

19. Processo de produção de um plástico reforçado com fibra,compreendendo as etapas de:colocar a pré-forma conforme definida na reivindicação 4 ou 5em um molde possuindo uma porta de injeção de resina além de uma portade sucção de vácuo;injetar resina de matriz no molde enquanto o interior do moldeestá em um estado evacuado;encerrar a injeção de resina de matriz a partir da porta de inje-ção de resina depois que a resina de matriz é descarregada a partir da portade sucção de vácuo; eajustar a quantidade descarregada da resina de matriz a partirda porta de sucção de vácuo de modo que um plástico reforçado por fibraseja formado possuindo uma fração de volume de fibra de reforço Vf entre 45% e 72%.

20. Processo de produção de plástico reforçado por fibra, de a-cordo com a reivindicação 19, no qual, depois que a injeção de resina dematriz da porta de injeção de resina foi encerrada, a sucção de vácuo tam-bém é aplicada à porta de injeção de resina, e a quantidade de resina dematriz descarregada a partir de ambas a porta de injeção e porta de sucçãode vácuo é ajustada.