BRPI0714911A2

BRPI0714911A2 - mÉtodo de fabricar material composto

Info

Publication number: BRPI0714911A2
Application number: BRPI0714911-5A
Authority: BR
Inventors: David Inston
Original assignee: Airbus Uk Ltd
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2013-05-28
Also published as: RU2009106583A; JP2010500441A; CA2660256A1; EP2049312A1; GB0615644D0; US8420183B2; WO2008017882A1; CN101500771A; US20090297726A1; US20120292828A1; EP2049312B1; US8241711B2

Abstract

MÉTODO DE FABRICAR MATERIAL COMPOSTO. A presente invenção refere-se a um método de fabricar uma folha composta, o método compreendendo: a. irradiar uma folha de fibras e/ou uma matriz em uma zona de irradiação com um plasma substancialmente à pressão atmosférica, e b. impregnar a folha de fibras com a matriz em uma zona de adesão. em que os processos a. e b. são executados simultaneamente. Um método de fabricar um material composto, o método compreendendo: a. irradiar uma matriz com um plasma, e b. revestir um enchedor com a matriz irradiada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE FABRICAR MATERIAL COMPOSTO".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um método e aparelho para fa- bricar um material composto. Antecedentes da Invenção

Na US 5108780 uma única fibra de filamento de reforço é irradi- ada com um plasma em uma câmara de vácuo antes de ser revestida com uma camada termoplástica. O imediato revestimento da fibra tratada com plasma com o termoplástico produz uma resistência ao cisalhamento interfa- cial mais forte do que quando a fibra é exposta ao ar ou outras espécies de tempera de radical livre antes dela ser revestida.

O resumo da JP2005171432 descreve um método de fabricar fibras para reforço de polímero composto. As fibras são sujeitas a um primei- ro tratamento de plasma sob pressão ordinária seguida por um segundo tra- tamento de plasma em um meio contendo um "alceno" ou "alcina" gasoso à pressão ordinária. É dado um adesivo depois dos tratamentos de plasma. Sumário da Invenção

Um primeiro aspecto da invenção provê um método de fabricar uma folha composta, o método compreendendo:

a. irradiar uma folha de fibras em uma zona de irradiação com um plasma substancialmente à pressão atmosférica, e

b. impregnar a folha de fibras com a matriz em uma zona de a-

desão;

em que os processos a. e b. são executados simultaneamente.

O primeiro aspecto da invenção irradia uma folha de fibras (em vez de uma única fibra) e executa simultaneamente um processo de impreg- nação para produzir uma folha de fibras impregnada com matriz (comumente conhecida na técnica como um "prepeg"). Isto pode ser contrastado com a técnica anterior que só produz um único filamento de fibra. O método habilita uma folha a ser formada sem ter que tratar as fibras com um produto inter- mediário (por exemplo, o termoplástico na US5108780 ou o "alceno/alcina" na JP2005171432).

A folha de fibras pode ser completamente impregnada, ou so- mente impregnada parcialmente para formar uma assim chamado "prepreg" parcial.

Irradiar substancialmente à pressão atmosférica significa que

nenhum sistema de contenção especial é requerido para a zona de irradia- ção.

Tipicamente o processo b. é também executado substancialmen- te à pressão atmosférica, tipicamente no ar. Isto vai na direção contrária aos preceitos da US5108780 que requerem revestimento da fibra em um ambi- ente controlado (isto é, ou em um vácuo ou um gás inerte).

A folha de fibras pode ser impregnada pela aplicação de um flui- do fundido de matriz, ou a matriz pode estar em uma forma de folha, durante o processo b. A aplicação direta de um fluido fundido de matriz provê a van- tagem de que uma etapa de processo (formação da folha de matriz) pode ser omitida. No entanto, o uso de uma folha de matriz é preferido porque isto requer menos modificação dos processos industriais convencionais, habilita a matriz a ser irradiada mais facilmente, e habilita a preparação de um "pre- peg" parcial, se desejado. Preferencialmente a folha de fibras se movimenta durante a eta-

pa a., e preferencialmente a folha de fibras se movimenta durante a etapa b. Isto aumenta a velocidade do método, e assegura irradiação uniforme.

Preferencialmente o método compreende adicionalmente movi- mentar a folha de fibras desde a zona de irradiação até a zona de adesão em menos do que 30 segundos.

Um segundo aspecto da invenção provê aparelho para fabricar um composto "prepreg", o aparelho compreendendo:

uma fonte de plasma para irradiar uma folha de fibras com um plasma substancialmente à pressão atmosférica, e meios para impregnar a folha de fibras com a matriz.

Um terceiro aspecto da invenção provê um método de fabricar um material composto, o método compreendendo: irradiar uma folha de matriz com um plasma, e revestir um enchedor com a folha de matriz irradiada. O terceiro aspecto da invenção reconhece que a irradiação da folha de matriz pode ser usada (opcionalmente junto com irradiação do en- chedor) para aumentar a adesão entre o enchedor e a matriz. O enchedor pode ser uma folha de fibras (em comum com o primeiro aspecto da inven- ção) ou pode ser um material não fibroso ou uma única fibra.

Um quarto aspecto da invenção provê aparelho para fabricar um material composto, o aparelho compreendendo: uma fonte de plasma para irradiar uma folha de matriz com um

plasma, e meios para revestir um enchedor com a folha de matriz irradiada. Breve Descrição dos Desenhos

Modalides da invenção serão agora descritas com referência aos desenhos anexos, em que: a figura 1 mostra uma primeira etapa de um método de fabricar

um "prepreg" composto; e

a figura 2 mostra uma segunda etapa do método. Descrição Detalhada da(s) Modalidade(s)

Referindo-se à figura 1, é mostrado o aparelho 1 para fabricar um filme de matriz. Um cabeçote de revestimento 2 compreende um funil 3 cheio com material de matriz líquido 4: tanto um "fundido" quanto uma dis- persão. A abertura do funil 3 é posicionada entre um par de cilindros 5. O material de matriz líquido 4 é aplicado pelos cilindros 5 à face superior de uma folha de papel de liberar 6 que é continuamente alimentado de um cilin- dro de papel de liberar 7. A folha de filme de matriz 8 e papel de liberar 6 são enroladas sobre um cilindro 10. Quando um de tamanho desejado foi forma- do, o fluxo de matriz 4 do cabeçote de revestimento é parado, e o cilindro 10 é invertido. O filme de matriz 8 é enrolado sobre um cilindro via um cilindro de guia 12 para formar um rolo 11 de filme de matriz. Ao mesmo tempo o papel de liberar 6 é enrolado de volta sobre o rolo de papel de liberar 7. O rolo 11 é então removido e o processo é repetido para formar um segundo rolo 13 de filme de matriz mostrado na figura 2. O material de matriz 4 é tipicamente um polímero, e pode ser de material que cura a quente (por exemplo resina epóxi) ou termoplástico (por exemplo, polieteretercetona - PEEK).

Referindo-se à figura 2, uma folha de fibras 20 é alimentada de um cilindro (não mostrado) via um par de cilindros de guia 21, 22. As fibras formando a folha 20 podem ser feitas de qualquer material orgânico ou inor- gânico como carbono, vidro, fibra natural ou termoplástica. A folha 20 pode ser na forma de uma fita unidirecional ou um tecido fabricado. Um par de filmes de matriz são desenrolados dos rolos de filme de matriz 11,13 via os cilindros 22, 23. O conjunto de três camadas é então aquecido por um aque- cedor 24 e comprimido entre três pares de cilindros de consolidação 25. Isto causa a folha ser impregnada com o material de matriz para formar uma fo- lha de "prepreg" 26. O "prepreg" 26 é mostrado na figura 2 como duas ca- madas, mas na realidade será efetivamente uma camada única de fibra im- pregnada de matriz. O "prepreg" 26 é então enrolado em a um cilindro 27 junto com uma camada de papel de liberar 28 que é desenrolado do rolo de papel de liberar 29 e aplicado ao "prepreg" por um par de cilindros 30, 31.

Antes de entrar em uma zona de adesão (indicada geralmente em 32, e definida pelos cilindros 22, 33, aquecedor 24 e cilindros de consoli- dação 25) a folha de fibra 20 e/ou os filmes de matriz dos rolos 11,13 são irradiados com plasma em uma zona de irradiação (indicadas geralmente em 33). Três fontes de plasma são mostradas na figura 2:

• uma primeira fonte 40 que é direcionada no ângulo de acu- nhamento do cilindro 22 de forma a irradiar as faces opostas da folha de fi-

bra e o filme de matriz inferior;

• uma segunda fonte 41 que é direcionada no ângulo de acu- nhamento do cilindro 23 para irradiar as faces opostas da folha de fibra e o filme de matriz superior; e

• uma terceira fonte 42 que é direcionada somente no filme de matriz superior.

Embora sejam mostradas três fontes na figura 2, mais ou menos fontes de plasma podem ser usadas conforme requerido. Assim, em geral, fontes de plasma poem ser usadas para irradiar somente a folha de fibra; somente um ou ambos os filmes de matriz ; ou a folha de fibra e um ou am- bos os filmes de matriz (como na figura 2).

Cada fonte de plasma pode ser por exemplo: · uma unidade de plasma "Plasmatec" suprida por Plasmatec

Inc. de Montreal, Canadá;

• uma unidade de plasma "Tantec" suprida por Dyne Technology Ltd, de Tamworth; UK; ou

• uma unidade de plasma "Série AX" suprida por Adtec Europe Ltd (UK) do Hounslow Business Park, UK,

As fontes de plasma geram plasma substancialmente à pressão atmosférica. Isto significa que as fontes de plasma não necessitam ser alo- jadas em uma câmara de vácuo como na US5108780, mas ao invés podem ser alojadas sob condições normais (isto é, em ar a pressão atmosférica) juntamente com o restante do aparelho.

Os processos de irradiação e impregnação são feitos simultane- amente, em vez de serem feitos em série como processos de batelada. Isto habilita a folha de fibra a ser impregnada rapidamente depois da irradiação, enquanto os radicais livres ativos estão ainda presentes. Os cilindros são continuamente rodados, de forma que a folha

de fibra e filmes de matriz se movimentam durante a irradiação e impregna- ção.

O plasma pode ser gerado em temperatura ambiente ou elevada e pode ser qualquer mistura de gases como oxigênio, argônio e nitrogênio misturados em qualquer proporção para formar as espécies iônicas requeri- das para tratar o material. Por exemplo, o plasma pode ser:

• nitrogênio/argônio

• nitrogênio/oxigênio

• nitrogênio/oxigênio/argônio · ar.

Embora somente três fontes de plasma sejam mostradas na fi- gura 2, dependendo da largura da folha 20, podem ser dispostas fontes de plasma adicionais em um conjunto (isto é, fora do plano da figura 2) para irradiar a largura plena da folha de fibra e/ou filmes de matriz. A largura pode alcançar entre 3 mm e 20m.

A irradiação das fibras e/ou matriz gera radicais livres em suas superfícies e aumenta a adesão entre estes componentes no "prepreg". Es- tes radicais livres têm um tempo de residência limitado, então as fontes de plasma 40-42 são posicionadas suficientemente perto dos cilindros 22, 23, e os cilindros são rodados em uma velocidade suficiente, para assegurar que as camadas sejam trazidas juntas pelos cilindros 22, 23 tão logo quanto possível depois da irradiação, tipicamente menos do que 30 segundos de- pois da irradiação e preferencialmente menos do que um segundo depois da irradiação. Tipicamente o processo é rodado a 2-10 m por minuto, embora velocidades acima de 400 metros por minuto possam ser possíveis.

Nenhum adesivo separado é aplicado à folha de fibra antes da combinação com a matriz.

O "prepreg" pode ser usado na formação de componentes de aeronaves como revestimentos de asa, longarinas, discussões, painéis de acesso à asa, ou aerofólios; ou componentes não-aeronáuticos como estru- turas de bicicleta, bens industriais, bens de esporte, produtos automotivos, produtos de energia de vento, ou produtos marinhos, tais como, cascos de barco.

Embora a invenção tenha sido descrita acima com referência a uma ou mais modalidades preferidas, será observado que várias mudanças ou modificações podem ser feitas sem se afastar do escopo da invenção como definido nas reivindicações anexas.

Claims

1. Método de fabricar uma folha composta, o método compreen- dendo: a. irradiar uma folha de fibras em uma zona de irradiação com um plasma substancialmente à pressão atmosférica, e b. impregnar a folha de fibras com a matriz em uma zona de adesão; em que os processos a. e b. são executados simultaneamente.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o processo b. é executado substancialmente à pressão atmosférica.

3. Método de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que a matriz está em uma forma de folha durante o processo b.

4. Método de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que a folha de fibras é móvel durante o processo a.

5. Método de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que a folha de fibras é móvel durante o processo b.

6. Método de acordo com qualquer reivindicação precedente, em que o processo b. é executado em ar.

7. Método de acordo com qualquer reivindicação precedente, compreendendo ainda mover a folha de fibras da zona de irradiação até a zona de adesão em menos do que 30 segundos.

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações pre- cedentes, compreendendo ainda mais irradiar a matriz na zona de irradiação com um plasma substancialmente à pressão atmosférica.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, em que a matriz es- tá em uma forma de folha enquanto ela é irradiada na zona de irradiação.

10. Aparelho para fabricar uma folha composta, o aparelho com- preendendo: a. uma fonte de plasma para irradiar uma folha de fibras com um plasma substancialmente à pressão atmosférica, e b. meios para impregnar a folha de fibras com uma matriz.

11. Método de fabricar um material composto, o método com- preendendo: a. irradiar uma folha de matriz com um plasma, e b. revestir um enchedor com a folha de matriz irradiada.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, em que o proces- so a. é executado substancialmente à pressão atmosférica.

13. Método de acordo com a reivindicação 11 ou 12, em que o processo b. é executado substancialmente à pressão atmosférica.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, em que o enchedor compreende uma folha.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, em que a folha de matriz é irradiada no processo a. enquanto ela se movimenta através de uma zona de irradiação; e reveste o enchedor no pro- cesso b. enquanto ele se movimenta através de uma zona de adesão.

16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, em que o processo a. e o processo b. são executados simultaneamen- te.

17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 16, em que o processo b. é executado em ar.

18. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 17, em que a folha de matriz é irradiada no processo a. em uma zona de irradiação, e reveste o enchedor no processo b. em uma zona de adesão, e em que o método adicionalmente compreende mover a matriz da zona de irradiação até a zona de adesão em menos do que 30 segundos.

19. Aparelho para fabricar um material composto, o aparelho compreendendo: a. uma fonte de plasma para irradiar uma folha de matriz com um plasma, e b. meios para revestir um enchedor com a folha de matriz irra- diada.