BRPI0717132A2

BRPI0717132A2 - Ferramenta de formação-moldagem e processo para produzir pré-formas er plásticos reforçados com fibra com a ferramenta.

Info

Publication number: BRPI0717132A2
Application number: BRPI0717132-3A
Authority: BR
Inventors: Tomoyuki Shinoda; Nobuo Asahara; Kohnosuke Yamamoto
Original assignee: Toray Industries
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2013-11-12
Also published as: RU2443555C2; EP2070678B1; CA2662476C; US20100181017A1; CA2662476A1; CN101500774B; ES2619164T3; EP2070678A1; JPWO2008041556A1; CN101500774A; RU2009116259A; WO2008041556A1; JP5045443B2; EP2070678A4

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FERRAMEN- TA DE FORMAÇÃO-MOLDAGEM E PROCESSO PARA PRODUZIR PRÉ- FORMAS E PLÁSTiCOS REFORÇADOS COM FIBRA COM A FERRA- MENTA".

CAMPO DA TÉCNICA

A presente invenção refere-se a uma ferramenta de formação- moldagem a ser usada na produção de plásticos reforçados com fibra atra- vés do processo de moldagem por transferência de resina (que doravante pode ser abreviado para processo RTM), e a um processo para produzir uma pré-forma e plásticos reforçados com fibra através do uso da ferramen- ta de formação-moldagem. Mais especificamente, a presente invenção se refere a uma ferramenta de formação-moldagem para moldagem por transfe- rência de resina, de modo a permitir que uma pré-forma e os plásticos refor- çados com fibra sejam produzidos pela circulação de um meio de aqueci- mento no interior de uma tubulação situada e integrada a uma ferramenta de formação-moldagem para aquecê-la e, conseqüentemente, aquecer um ma- terial base de fibra reforçada e uma resina matriz, como um material para plásticos reforçados com fibra, sem o uso de um forno, e a um processo pa- ra produzir uma pré-forma e os plásticos reforçados com fibra através do uso da ferramenta de formação-moldagem. TÉCNICA ANTECEDENTE

Existe uma demanda por materiais estruturais que constituem os equipamentos de transporte, como aeronaves, que satisfaçam certas carac- terísticas mecânicas, tais como redução de peso e de custo. Dentre esses, há uma grande expectativa de que os materiais estruturais das aeronaves sejam mais leves, e a mudança para os plásticos reforçados com fibra (que doravante podem estar abreviados como FRPs) como materiais estruturais primários de componentes como asas, estabilizador horizontal e fuselagem estão sendo investigados para que sejam adquiridas características mecâni- cas e de redução de peso.

O processo de moldagem em autoclave é conhecido como um típico processo de produção de tais FRPs. Na moldagem em autoclave, usa- se um pré-impregnado como material FRP, sendo que o pré-impregnado é constituído de fibras de reforço previamente impregnadas com uma resina matriz. O FRP é formado inserindo-se o pré-impregnado na ferramenta de moldagem na forma do componente, seguido de laminação, e subsequen- temente aquecendo e aplicando pressão a uma temperatura e pressão pre- determinadas com uma autoclave. O pré-impregnado aqui usado pode ser controlado fração do volume Vf da fibra reforçada a um grau elevado. Isto tem a vantagem de obter um FRP dotado de excelentes características me- cânicas. Entretanto, o pré-impregnado em si é um material caro, e a autocla- ve apresenta um custo bastante elevado. Portanto, o uso do pré-impregnado também é problemático, pois o custo da moldagem é elevado. Em particular, os materiais estruturais para uma aeronave possuem componentes de gran- de porte, o que exige uma autoclave de maior porte, aumentando sobrema- neira o custo do equipamento. Por enquanto, os processos de moldagem por injeção de resina,

como o processo de moldagem por transferência de resina (pode ser dora- vante abreviado para RTM: Moldagem por transferência de resina), são co- nhecidos como processos de moldagem capazes de reduzir o custo da mol- dagem.

O processo de moldagem por transferência de resina é um pro-

cesso de moldagem para FRPs caracterizado pelo fato de que um laminado (doravante abreviado para pré-forma), como um material base de fibra de reforço que não tenha sido impregnado com uma resina matriz, é disposto para assumir a forma de um molde, é colocado no interior de uma ferramen- ta de moldagem, e em seguida a resina matriz é pressurizada, injetada e impregnada na pré-forma para curar a resina matriz com o uso de um forno.

Assim, o processo de moldagem por transferência de resina é vantajoso, pois é possível reduzir o custo do material em virtude do uso de uma material base de fibra de reforço seca, que não foi impregnado com uma resina matriz e, além disso, possui como vantagem a redução do custo de moldagem por dispensar o uso de autoclave.

Acima de tudo, o processo de moldagem por transferência de resina para injetar uma resina matriz pelo uso da pressão a vácuo (VaRTM: Moldagem por transferência de resina assistida a vácuo) é conhecida como um processo de moidagem que pode reduzir consideravelmente o custo de moldagem pelo fato de realizar a moidagem com um equipamento simples.

5 Aqui, neste processo VaRTM, já que a pressurização não é exe-

cutada, a não ser com a pressão do vácuo, classificações como espessura e forma de um produto moldado dependem consideravelmente da qualidade de uma pré-forma. Assim sendo, é de grande relevância produzir uma pré- forma de alta qualidade.

Um processo para produzir uma pré-forma com tais característi-

cas, em que se coloca uma folha laminada, contendo uma pluralidade de camadas de materiais base de fibra de reforço, e que recebe um material adesivo para ligação interlaminar, sobre uma placa de formação de uma fer- ramenta no lado inferior que possui um plano de formação, e em seguida, 15 uma placa de formação no lado superior que possui um plano de formação correspondente à placa de formação da ferramenta no lado inferior é se- qüencialmente gofrada sobre cada pequena região da folha laminada e, des- te modo, a forma da pré-forma predeterminada é formada sobre a folha la- minada, e em seguida, a folha laminada é aquecida pelo ar quente ou por 20 um aquecedor de borracha de silicone para promover a ligação interlaminar da laminação, é sugerido como um processo de produção da pré-forma para a moidagem por transferência de resina (por exemplo, consulte o Documen- to de Patente 1).

Entretanto, de acordo com a sugestão acima, o aquecimento da 25 folha laminada por meio do ar quente exige um forno. O forno é de custo inferior ao de uma autoclave, e permanece problemático, pois o custo de moidagem é elevado, pois exige um forno de grande porte para acomodação dos materiais, no caso de moidagem dos materiais estruturais de aeronaves, e a ferramenta de formação precisa ser deslocada até o forno no estágio de 30 aquecimento. Além disso, algumas formas do produto moldado apresentam pontos que são atingidos pelo fluxo de ar quente do forno em maior ou me- nor intensidade, o que produz, adversamente, um aquecimento desuniforme. No entanto, descreve-se ainda um processo de aquecimento por meio de um aquecedor de borracha de silicone, porém não se descreve o processo de colocação do aquecedor de borracha de silicone. No caso do aquecimento de componentes de grande porte, como os materiais estruturais de aerona- 5 ves, a necessidade de se colocar a borracha de silicone em uma área bas- tante extensa torna-se um inconveniente, pois um aquecimento desuniforme entre os pontos em que a borracha de silicone entra em contato com o mol- de de metal e os pontos em que não entra em contato com o molde, e que vem a produzir um defeito no produto moldado.

Um processo para preservar a forma fornecida à fibra de reforço

dessa maneira faz com quem o material base de fibra de reforço com resina fornecido na superfície seja laminado, colocado sobre uma ferramenta de formação e revestido com uma lâmina, e a ele aplica-se uma pressão para transformar a fibra reforçada em uma forma predeterminada, propondo-se 15 ainda a fundição e o endurecimento da resina através do mecanismo de a- quecimento fornecido à ferramenta, como um processo de produção da pré- forma para a moidagem por transferência de resina (por exemplo, consulte o Documento de Patente 2).

Entretanto, a sugestão acima descreve apenas um aquecedor referente ao mecanismo de aquecimento e, conforme a descrição acima, existe a desvantagem da desuniformidade de aquecimento, particularmente no caso do aquecimento de componentes de arande Dorte. tal como os ma-

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teriais estruturais de aeronaves. Na Figura 1 do Documento de Patente 2, uma fonte de calor é mostrada no interior da ferramenta de formação, e con- 25 sequentemente, a colocação da fonte de calor no interior da ferramenta de formação sólida produz a maior parte da quantidade de calor emitido pela fonte de calor a ser obtida pela ferramenta em si. Assim sendo, em função da desvantagem causada pela desuniformidade de temperatura, o material base de fibra reforçada não é aquecido de forma suficiente, e a ferramenta 30 torna-se pesada. O dito problema de aquecimento afeta a estabilidade for- macional e propriedades físicas, como a espessura da pré-forma. Em parti- cular, conforme descrito no Documento de Patentes 1 e 2, quando uma folha laminada amolecida pelo aquecimento de um agente de pegajosidade exis- tente entre as camadas laminadas é submetida à prensagem por molde me- tálico ou à pressão atmosférica através da boisa de vácuo, a fim de unir o material adesivo ao material base de fibra de reforço, a estabilidade formaci- 5 onal de uma pré-forma é afetada. Uma vez que a pressurização seja execu- tada de modo a amolecer o agente de pegajosidade por ação do aquecimen- to, o dito agente é transformado de forma drasticamente tênue, o que tam- bém afeta a espessura da pré-forma.

Em seguida, no processo de moidagem por transferência de re- sina, a espessura da pré-forma é um parâmetro controlado extremamente importante, pois não afeta meramente a geometria, mas também a capaci- dade de impregnação da resina matriz. Ou seja, quando o aquecimento e as condições pressurizadas são excessivos, e a espessura da pré-forma é re- duzida ao extremo, é possível gerar como inconveniente o aumento excessi- vo da densidade da fibra de reforço na pré-forma, o que aumenta a resistên- cia no canal de fluxo da resina matriz, impedindo a impregnação da resina matriz. Caso contrário, quando o aquecimento e as condições pressurizadas são insuficientes, o que aumenta em demasia a espessura da pré-forma, é possível gerar como inconveniente a diminuição excessiva da densidade da fibra reforçada na pré-forma, e a fração do volume da fibra de reforço (po- dendo doravante ser abreviada para Vf) torna-se baixa, impedindo o desen- volvimento de uma característica, mecânica predeterminada.

Assim, o aquecimento desuniforme causa a dispersão da quali- dade em regiões da pré-forma, e assim um processo para aquecimento de uma folha laminada de um material base de fibra de reforço é extremamente importante na produção de uma pré-forma que é usada para a moidagem por transferência de resina.

Em seguida, uma pré-forma produzida desta forma é disposta na ferramenta de moidagem, diferente da ferramenta de formação, e os materi- ais subsidiários para infusão e sangramento da resina matriz são dispostos segundo exigido, e em seguida a resina matriz é infundida e impregnada em uma pré-forma, de modo que a pré-forma seja vedada por prensagem do molde ou bolsa de vácuo para aquecer e curar a resina matriz com um forno.

Na infusão e impregnação da resina matriz, uma pré-forma dis- posta na ferramenta de moidagem e a resina matriz são aquecidas em uma faixa de temperatura em que o aumento da viscosidade da resina matriz pela 5 reação de cura não gera um problema, de modo que a viscosidade da resina matriz diminua, e a capacidade de impregnação seja aumentada. Após a impregnação total da resina matriz na pré-forma, a resina matriz precisa ser curada pelo aquecimento até a temperatura de cura da resina matriz.

Assim sendo, é necessário que a ferramenta de moidagem seja preparada separadamente da ferramenta de formação, e que a ferramenta de moidagem com uma pré-forma seja deslocada até o equipamento de a- quecimento, como um forno; portanto, a excessiva demanda de tempo para moidagem é um problema.

Em particular, com relação às partes estruturais de uma aerona- 15 ve, o problema é que as dimensões das peças estruturais são avantajadas, o que torna a ferramenta bastante pesada, exigindo um período de tempo e um esforço consideráveis de deslocamento até o equipamento de aqueci- mento, como um forno, ou um equipamento como um trator, e o custo do equipamento é extremamente elevado.

Documento de Patente 1: N0 de Publicação de Patente Não-

Examinada do Japão 2004-32242

Documento de Patente 2: N0 de Publicação de Patente Não- Examinada do Japão 2006-123404 DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO PROBLEMAS A SEREM SOLUCIONADOS PELA INVENÇÃO

Face aos problemas da técnica anterior, o objetivo da presente invenção é fornecer uma ferramenta de formação-moldagem para aquecer o laminado de um material base de fibra de reforço de modo uniforme e efici- ente e com elevada precisão, e fornecer um processo para produzir a pré- 30 forma para plásticos reforçados com fibra e moidagem por transferência de resina através do uso da ferramenta de formação-moldagem.

MEIOS PARA SOLUCIONAR O PROBLEMA A presente invenção adota um dos seguintes meios para solu- cionar tais problemas:

(1) uma ferramenta de formação-moldagem para moidagem por transferência de resina de plásticos reforçados com fibra obtidos pela inte-

gração de uma parte da placa plana e de uma parte da superfície plana para formar uma parte convexa oca, em que a tubulação metálica, como a via de fluxo do meio de aquecimento, está integrada à superfície traseira da parte da placa plana através de um material termicamente condutivo, e o cordão de borracha está integrado a uma parte externa de uma região usada para 10 formar ou moldar a parte da superfície plana;

(2) ferramenta de formação-moldagem, de acordo com a reivin- dicação (1), em que a espessura da parte da placa plana é de 1 mm ou su- perior e de 15 mm ou inferior;

(3) ferramenta de formação-moldagem, de acordo com a reivin- dicação (1) ou (2), em que o diâmetro do cordão de borracha é de 10 mm ou

superior e 100 mm ou inferior;

(4) ferramenta de formação-moldagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações (1) a (3), em que a entrada de resina e a porta de sangramento da resina matriz para moidagem por transferência de resina

são colocadas na parte da superfície plana entre a parte convexa e o cordão de borracha;

(5) ferramenta de formação-moldagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações (1) a (4), em que a parte da placa plana é formada pela operação de prensagem;

(6) processo para produzir uma pré-forma, caracterizado pelo

fato de que a pré-forma para moidagem por transferência de resina é produ- zida com o uso da ferramenta de formação-moldagem, de acordo com qual- quer uma das reivindicações (1) a (5), compreendendo as etapas:

(A) etapa de colocação para colocar sobre a ferramenta de for- mação-moldagem um laminado cujos tecidos de fibras de reforço contendo resina termoplástica e/ou termo-ajustável sobre sua superfície são lamina- dos; (B) etapa de formação para formar o laminado pela produção de vácuo no interior de um espaço vedado, após o laminado ser totalmente re- vestido com uma folha de borracha com o objetivo de vedar a ferramenta de formação-moldagem; e (C) etapa de aquecimento e pressurização para ligar os tecidos

de fibras de reforço através da resina termoplástica e/ou termo-ajustável so- bre a superfície dos tecidos de fibras de reforço pela circulação de um meio de aquecimento pela tubulação para aquecer e pressurizar o laminado após sua formação;

(7) processo para produzir uma pré-forma, de acordo com (6),

em que um material subsidiário, como a via de fluxo de uma resina matriz na moidagem por transferência de resina é colocada junto ao laminado na eta- pa de colocação (A);

(8) processo para produzir uma pré-forma, de acordo com as

reivindicações (6) ou (7), em que a taxa de elevação da temperatura de uma ferramenta de formação-moldagem é de 0,5°C/minuto ou mais e de 3°C/minuto ou menos, em uma faixa de temperatura de aquecimento de 40°C ou mais e de 130°C ou menos na etapa de aquecimento e pressuriza- ção (C);

(9) processo para produzir plásticos reforçados com fibra, carac-

terizado pelo fato de que a pré-forma obtida pelo processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações (6) a (8) é colocada em uma ferramenta de moidagem diferente da ferramenta de formação-moldagem para infundir, impregnar e curar a resina matriz;

(10) processo para produzir plásticos reforçados com fibra, ca-

racterizado pelo fato de que a moidagem por transferência de resina é exe- cutada pelo uso da ferramenta de formação-moldagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações (1) a (5), compreendendo as etapas:

(A) etapa de colocação para colocar sobre a ferramenta de for-

mação-moldagem um laminado cujos tecidos de fibras de reforço contendo resina termoplástica e/ou termo-ajustável sobre sua superfície são lamina- dos; (B) a etapa de formação para formar o laminado pela produção de vácuo no interior de um espaço vedado, após o laminado ser totalmente revestido com uma folha de borracha com o objetivo de vedar a ferramenta de formação-moldagem;

(C) a etapa de aquecimento e pressurização para ligar os teci-

dos de fibras de reforço através da resina termoplástica e/ou termo-ajustável sobre a superfície dos tecidos de fibras de reforço pela circulação de um meio de aquecimento pela tubulação para aquecer e pressurizar o laminado após sua formação;

(D) etapa de colocação do material subsidiário para colocar adi-

cionalmente um meio de distribuição de resina e uma dobra de descama- mento para infundir e impregnar a resina matriz, enquanto a vedação da fo- lha de borracha é liberada, e a pré-forma obtida é mantida na ferramenta de formação-moldagem sem ser demoldada;

(E) etapa de ensacamento para produzir vácuo no interior do

espaço vedado após a pré-forma, o meio de distribuição de resina e a dobra de descamamento serem revestidos com uma película de ensacamento para vedar a ferramenta de formação-moldagem;

(F) etapa de infusão e impregnação da resina para infundir uma

resina matriz, enquanto o interior do espaço selado é submetido a vácuo

para impregnar a resina matriz na pré-forma através do meio de distribuição de resina;

(G) etapa de cura da resina para aquecer e curar a resina matriz através da circulação do meio de aquecimento pela tubulação; e

(H) etapa de demoldagem para demoldar um produto moldado a

partir da ferramenta de formação-moldagem.

(11) processo para produzir plásticos reforçados com fibra de acordo com (10), em que uma placa de tração é colocada sobre o meio de distribuição de resina e sobre a dobra de descamamento na etapa de colo-

cação do material subsidiário (D);

(12) processo para produzir plásticos reforçados com fibra, ca- racterizado pelo fato de que a moidagem por transferência de resina é exe- cutada através do uso da ferramenta de formação-moldagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações (1) a (5), compreendendo as seguin- tes etapas:

(A) etapa de colocação para colocar sobre a ferramenta de for- 5 mação-moldagem um meio de distribuição de resina e a dobra de desca- mamento, como uma via para o fluxo de uma resina matriz na moidagem por transferência de resina, junto com um laminado, cujos tecidos de fibra de reforço contendo resina termoplástica e/ou termo-ajustável sobre a superfí- cie são laminados;

(B) etapa de formação para formar o laminado pela produção de

vácuo no interior de um espaço vedado após o laminado ser totalmente re- vestido com uma folha de borracha para vedar a ferramenta de formação- moldagem;

(C) etapa de pressurização e aquecimento para ligar os tecidos de fibra de reforço através da resina termoplástica e/ou termo-ajustável so- bre a superfície dos tecidos de fibra de reforço através da circulação do meio de aquecimento pela tubulação para aquecer e pressurizar o laminado após sua formação;

(D) etapa de ensacamento para produzir vácuo no interior do espaço vedado após a pré-forma, o meio de distribuição de resina e a dobra

de descamamento serem revestidos com uma película de ensacamento para vedar a ferramenta de formação-moldagem, enquanto a vedação da folha de borracha é liberada, e a pré-forma obtida, o meio de distribuição de resina e a dobra de descamamento são mantidos na ferramenta de formação- moidagem sem sofrerem demoldagem;

(E) etapa de impregnação e infusão da resina para infundir a resina matriz, enquanto o interior do espaço vedado é submetido a vácuo para impregnar a resina matriz na pré-forma através do meio de distribuição de resina;

(F) etapa de cura da resina para aquecer e curar a resina matriz

pela circulação do meio de aquecimento pela tubulação; e

(G) etapa de demoldagem para demoldar um produto moldado da ferramenta de formação-moldagem;

(13) processo para produzir plásticos reforçados com fibra, de acordo com (12), em que a piaca de tração é colocada sobre o meio de dis- tribuição de resina e da dobra de descamamento na etapa de ensacamento

(D) e em seguida a ferramenta de formação-moldagem é vedada com uma película de ensacamento; e

(14) processo para produzir plásticos reforçados com fibra, de acordo com qualquer uma das reivindicações (10) a (13), em que a taxa de elevação de temperatura da ferramenta de formação-moldagem é de

0,5°C/minuto ou superior, e de 3°C/minuto ou inferior na faixa de temperatu- ra de aquecimento de 40°C ou superior, e de 130°C ou inferior na etapa de pressurização e aquecimento (C).

EFEITO DA INVENÇÃO

Uma ferramenta de formação-moldagem da presente invenção 15 possui um mecanismo de aquecimento capaz de promover o aquecimento de forma homogênea, eficiente e precisa, de modo que o uso da presente ferramenta de formação-moldagem possa fornecer uma pré-forma para moi- dagem por transferência de resina, a qual dispensa um equipamento de a- quecimento, como um forno, e oferece um baixo custo e uma qualidade ele- 20 vada, e fornecer ainda plásticos reforçados com fibra que usam a pré-forma. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma vista em seção transversal esquemática de uma ferramenta de formação-moldagem que descreve uma modalidade da presente invenção.

A Figura 2 é uma vista de topo esquemática de uma ferramenta

de formação-moldagem mostrada na Figura 1.

A Figura 3 é uma vista em seção transversal esquemática de uma ferramenta de formação e moidagem que mostra um processo de pro- dução da pré-forma para moidagem por transferência de resina, de acordo com a presente invenção.

A Figura 4 é uma vista em seção transversal esquemática de uma ferramenta de formação-moldagem dotada de uma parte sólida conve- xa produzida no Exemplo Comparativo 2.

A Figura 5 é uma vista em seção transversal esquemática de urna ferramenta de formação-moldagem que mostra um processo de produ- ção de plásticos reforçados com fibra, de acordo com a presente invenção.

A Figura 6 é uma vista em seção transversal esquemática de

uma ferramenta de formação e moidagem que mostra um processo de pro- dução da pré-forma para moidagem por transferência de resina, de acordo com a presente invenção.

A Figura 7 é uma vista que mostra a relação de posição da fer- ramenta de formação-moldagem produzida no Exemplo Comparativo 1 e ar quente.

MELHOR MODO DE EXECUCÃQ DA INVENÇÃO

Um processo de moidagem por transferência de resina é dividido na etapa principal de produção da pré-forma (doravante abreviada para eta- 15 pa (I)) e a etapa de infusão e impregnação da resina na pré-forma para pro- duzir plásticos reforçados com fibra pela cura posterior (doravante abreviada como etapa (II)). Em tais etapas, o material base de fibra reforçada e a resi- na matriz, como materiais para plásticos reforçados com fibra que devem ser moldados, precisam ser aquecidos e resfriados a uma temperatura prede- 20 terminada.

Ou seja, na etapa (I), quando um material base de fibra reforça- da possui materiais resinosos, como a resina termoplástica ou termo- ajustável sobre sua superfície, particularmente, o aquecimento e a pressuri- zação do material base de fibra reforçada amolece os materiais resinosos e 25 une a interlaminação dos materiais base de fibra de reforço para aprimorar a estabilidade formacional da pré-forma, e adicionalmente, o ajuste da tempe- ratura de aquecimento controla a espessura da pré-forma.

Na etapa (II), a resina matriz que está impregnada na pré-forma é aquecida pela infusão da resina até uma viscosidade mais baixa da resina, com o objetivo de aprimorar a capacidade de impregnação, e aquecida até a temperatura de cura após submetida à impregnação, de modo que a resina matriz seja curada. A ferramenta de formação-moldagem da presente invenção pos- sui um mecanismo de aquecimento para desenvolver as condições de aque- cimento exigidas em tais etapas, de modo que a pré-forma ou os plásticos reforçados com fibra possam ser produzidos sem aquecimento em forno.

5 A ferramenta de formação-moldagem da presente invenção é

descrita daqui por diante.

A ferramenta de formação-moldagem da presente invenção é uma ferramenta de formação-moldagem obtida pela integração da parte da placa plana e da parte da superfície plana para formar uma parte convexa 10 oca, em que a tubulação metálica como via de fluxo do meio de aquecimento é integrada à superfície posterior da parte da placa plana por um material termo-condutor, e um cordão de borracha é integrado à parte externa de uma região usada para formar ou moldar a parte da superfície plana.

A ferramenta de formação-moldagem da presente invenção não 15 é usada meramente como uma ferramenta de formação para formar a pré- forma usada na produção de plásticos reforçados com fibra com base em um processo de moidagem por transferência de resina, mas também como uma ferramenta de moidagem para produzir plásticos reforçados com fibra a partir da pré-forma, o que é descrito em mais detalhes mais adiante. Natu- 20 ralmente, conforme necessário, uma ferramenta de formação-moldagem com a constituição da presente invenção é usada como uma ferramenta de formação para produzir a pré-forma, e em seguida a pré-forma também pode ser moldada através do uso de outra ferramenta de moidagem.

A presente invenção é doravante descrita em mais detalhes em referência às Figuras.

A Figura 1 é uma vista em seção transversal esquemática para descrever uma modalidade de uma ferramenta de formação-moldagem 1 da presente invenção, e uma parte da placa plana em forma de C 2 é integrada à parte da superfície plana 3 para formar a parte convexa oca, que compõe a parte formadora para formar uma pré-forma na forma predeterminada.

A parte convexa, como um plano formador para conformar uma pré-forma, consiste na parte da placa plana em forma de C 2 e na parte da superfície plana 3, e é oca, de modo que a capacidade térmica da parte con- vexa 2 possa diminuir ao máximo. Portanto, a diminuição da capacidade térmica permite que a ferramenta de formação-moldagem seja aquecida ou resfriada até uma temperatura predeterminada em curto espaço de tempo.

5 Em particular, a ferramenta para formação e moidagem dos componentes de grande porte, como os materiais estruturais de aeronaves, é tão grande que a técnica para aquecimento ou resfriamento imediato de todo o molde até uma temperatura predeterminada é bastante vantajosa, no sentido de redu- ção do tempo de moidagem.

A parte da placa plana 2 e a parte da superfície plana 3 são in-

tegradas. A integração é atribuída a uma estrutura em que a característica hermética é mantida através de solda de vedação. A menos que a parte da placa plana 2 destinada a conformar a pré-forma e a parte da superfície pla- na 3 contendo pontos de vedação de uma folha de borracha usada na for- 15 mação estejam integradas visando a preservação da característica herméti- ca, quando a parte interna revestida com a folha de borracha é submetida a vácuo e descomprimida, ocorre vazamento de ar e é possível que uma pres- são insuficiente seja aplicada ao laminado dos tecidos de fibra de reforço. Ainda, no caso de infusão da resina na pré-forma, o vazamento de ar é cau- 20 sado de modo semelhante, causando falhas e insuficiência de resina. Con- seqüentemente, a parte da placa plana 2 e a parte da superfície plana 3 pre- cisam ser integradas em uma estrutura que preserve a característica hermé- tica através da solda de vedação.

Além disso, a tubulação metálica 4 como via de fluxo de um 25 meio de aquecimento é colocada sobre a superfície posterior (a parte inter- na) da parte da placa plana em forma de C 2 que forma a parte convexa oca. Na ferramenta de formação-moldagem da presente invenção apresentada na Figura 1, a tubulação 5 como via de fluxo do meio de aquecimento tam- bém é colocada sobre a superfície posterior da parte da superfície plana 3. A 30 tubulação 4 e 5 são conectadas a um controlador de temperatura para aque- cer e liberar um meio como a água ou óleo, e o meio aquecido segue do controlador de temperatura pela tubulação 4 e 5 e por meio dela aquece a parte da placa plana 2 e a parte da superfície plana 3. A superfície posterior da parte da placa plana 2 e da parte da superfície plana 3, as quais formam a parte convexa oca, se relacionam com a superfície oposta à superfície em contato com os tecidos de fibra de reforço na formação e moidagem, ou o- 5 posta à superfície colocada no interior do espaço vedado.

Na presente invenção, a parte da placa plana 2 e a parte da su- perfície plana 3 são aquecidas por água ou óleo aquecidos com elevada ta- xa de transferência térmica, distintamente de quando o ar quente é aquecido em forno. Assim, o controle de temperatura da ferramenta pode ser executa- 10 do com extrema precisão e de modo imediato. No caso do ar quente aqueci- do em forno, o aquecimento desuniforme é provocado entre os pontos atin- gidos pelo fluxo de ar quente sopra com maior ou menor intensidade; entre- tanto, de acordo com a presente invenção, a ferramenta é diretamente a- quecida pela circulação do meio de aquecimento pela tubulação disposta na 15 ferramenta, reduzindo ao máximo a desuniformidade de aquecimento, o que permite um aquecimento homogêneo.

No caso em que a ferramenta de formação-moldagem da pre- sente invenção é usada apenas para produzir uma pré-forma usada em um processo de moidagem por transferência de resina, a tubulação 5 como via 20 de fluxo do meio de aquecimento não precisa forçosamente estar situada na superfície posterior da parte da superfície plana 3; entretanto, no caso de ser adicionalmente usada como uma ferramenta de moidagem para produzir plásticos reforçados com fibra pela infusão e cura da resina matriz em uma pré-forma, a resina matriz adere também a uma parte da superfície plana, 25 tornando obrigatória a cura e demoldagem da resina matriz que está aderida à parte da superfície plana. Portanto, a tubulação 5 como via de fluxo do meio de aquecimento é preferencialmente colocada também sobre a super- fície posterior da parte da superfície plana 3.

A Figura 2 mostra uma vista de topo esquemática da ferramenta de formação-moldagem 1, mostrando o local da tubulação 4 e 5 como a via de fluxo do meio de aquecimento.

As especificações, como o número e o local da tubulação 4 e da tubulação 5, não são particularmente limitadas, e ainda a tubulação 4 e 5 precisam es- tar dispostas em número e especificações que forneçam uma quantidade de calor suficiente para aquecer a ferramenta de formação-moldagem até uma temperatura predeterminada. Na ferramenta de formação-moldagem apre- 5 sentada na Figura 2, seis tubos e quatro tubos são apresentados na tubula- ção 4 e na tubulação 5 respectivamente, e cada par de tubos é conectado à configuração em forma de U. Na Figura 2, as setas apresentadas na tubula- ção 4 e na tubulação 5 mostram o sentido do meio de aquecimento que cir- cula a partir do controlador de temperatura.

Como mostra a Figura 2, a porta de conexão 12 da tubulação 4

e da tubulação 5 até o controlador de temperatura é preferencialmente reu- nida em um lado da ferramenta de formação-moldagem por facilitar a cone- xão à linha de um meio de aquecimento do controlador de temperatura. Ain- da, como apresenta a Figura 2, a tubulação 4 é preferencialmente disposta 15 até a parte externa da linha de compensação 50 do produto. A pré-forma na forma do produto pode ser aquecida de forma suficiente pela disposição d a tubulação 4 até a parte externa da linha de compensação do produto. O mo- do de conexão da tubulação 4 e da tubulação 5 até o controlador de tempe- ratura não é particularmente restrito, e também é necessário que correspon- 20 da ao número de linhas do meio de aquecimento que podem ser montadas no controlador de temperatura.

Na presente invenção, a tubulação 4 é integrada à superfície posterior da parte da placa plana 2 que formam a parte convexa por meio de um material termo-condutor. A Figura 1 mostra um estado em que a tubula- 25 ção 4 e a tubulação 5 como via de fluxo do meio de aquecimento são reves- tidas com o material termo-condutor 6 e integradas à superfície posterior da parte da placa plana 2 e da parte da superfície plana 3 que formam a parte convexa oca. Assim sendo, a integração pelo material termo-condutor torna favorável a condutividade térmica proveniente do meio de aquecimento que 30 circula no interior da tubulação, permitindo o aquecimento da ferramenta de formação-moldagem. A integração pelo material termo-condutor aqui descri- to significa que a superfície da tubulação 4 disposta na superfície posterior da parte da placa plana 2 é fixada à parte da placa plana, enquanto estiver revestida com o material termo-condutor e que, em outras palavras, a tubu- lação 4 é disposta na superfície posterior da parte da placa plana 2 através do material termo-condutor.

5 Portanto, a tubulação 5 preferencialmente também é integrada à

superfície posterior da parte da superfície plana 3 pelo material termo- condutor a partir de um mesmo ponto de vista.

O material termo-condutor descrito na presente invenção é cons- tituído preferencialmente de um material de resina epóxi contendo um pó 10 metálico de excelente condutividade térmica, e de um material de cimento contendo carbono. Dentre eles, a preferência é por um material de cimento contendo carbono, pois o dito material é dotado de uma taxa suficiente de transferência de calor e de uma excelente eficiência de ação. O material de cimento é preferencialmente aplicado, curado e endurecido através do uso 15 de uma colher de pedreiro, de modo a revestir a tubulação e integrá-la à fer- ramenta de formação-moldagem (a parte da placa plana 2 e a parte da su- perfície plana 3), como apresentado na Figura 1.

É indesejável que a tubulação seja integrada à ferramenta de formação-moldagem por meio de solda em toda a extensão, pois possibilita a ocorrência de distorção da solda na ferramenta de formação-moldagem. Estando formada a parte convexa da ferramenta de formação-moldagem da presente invenção na parte convexa oca através do uso da parte da placa plana, é indesejável que a tubulação seja integrada à superfície posterior da parte da placa plana que forma a parte convexa por meio de solda, pois po- de conferir deformação à parte convexa no caso de distorção da solda. Em particular, já que é necessário haver um alto grau de precisão dimensional da forma dos materiais estruturais de aeronaves, a deformação da ferramen- ta de formação-moldagem ocasionada pela distorção da solda é indesejável, pois possivelmente a precisão dimensional do produto moldado não será satisfatória. Entretanto, a solda por pontos pode ser praticada na ligação temporária da tubulação a uma parte convexa e a uma parte da superfície plana. Portanto, a solda, no caso da ligação temporária, deve ser realizada nos pontos em que a distorção da solda é reduzida ao mínimo ou em que a ocorrência da distorção da solda resulta em problemas de menor número.

Na presente invenção, a tubuiação 4 é uma tubulação metálica. Vários tipos de metais, como aço inoxidável, ferro, liga de alumínio, liga de 5 titânio e liga de cobre, podem ser usados como materiais metálicos para a tubulação 4, e a preferência maior é pela tubulação fabricada em liga de co- bre, pelo fato de ser facilmente transformada na forma ideal ao se introduzir a tubulação na parte convexa oca, em virtude de apresentar excelente pro- cessabilidade. Com relação à tubulação 5, prefere-se a tubulação produzida 10 em liga de cobre pela mesma razão.

Além disso, na ferramenta de formação-moldagem da presente invenção, um cordão de borracha diâmetro igual a 10 mm ou superior e 100 mm ou inferior é integrado à ferramenta, formando uma região fechada que circunda a parte convexa da ferramenta de formação-moldagem 1. Ou seja, 15 o cordão de borracha é integrado à parte externa da região usada para for- mar ou moldar na parte da superfície plana 3. A integração aqui descrita sig- nifica que o cordão de borracha e a parte da superfície plana 3 estão fixados de modo a preservar a característica hermética. Especificamente, o cordão de borracha e a parte da superfície plana 3 estão unidos e integrados prefe- 20 rencialmente por meio de um adesivo para borracha com o intuito de preser- var a característica hermética.

A Figura 1 mostra o estado em que um cordão redondo de bor- racha 7 dotado de uma seção transversal circular está integrado à parte da superfície plana 3 da ferramenta de formação-moldagem 1. As Figuras 3 (A) 25 e (B) mostram um estado em que o laminado 13 do material base de fibra reforçada é colocado sobre a parte convexa oca da ferramenta de formação- moldagem 1 e revestido com uma folha de borracha 14 para produzir vácuo no espaço vedado pela folha de borracha 14 e pelo cordão de borracha 7, para produzir vácuo e aplicar a pressão atmosférica ao laminado 13 de um 30 material base de fibra reforçada através da folha de borracha 14, e desse modo o laminado 13 assume a forma convexa da ferramenta de formação- moldagem 1. Quando o cordão de borracha 7 estiver integrado à parte da su- perfície plana 3 da ferramenta de formação-moldagem 1, o que cria uma re- gião fechada ao redor da parte convexa, a folha de borracha 14 pode vedar a ferramenta de formação-moldagem através do contato com o cordão de 5 borracha 7, e deste modo a folha de borracha 14 pode vedar a ferramenta de formação-moldagem sem o uso de um material subsidiário, como uma fita adesiva.

Assim sendo, é indesejável que o diâmetro do cordão de borra- cha 7 seja inferior a 10 mm, porque a área de contato da folha de borracha 10 14 com o cordão de borracha é tão diminuta que a vedação entre a folha de borracha 14 e o cordão de borracha é executada com dificuldade. No entan- to, é indesejável que o diâmetro do cordão de borracha 7 seja superior a 100 mm, o que produz a deterioração da capacidade de manuseio por aumentar o peso da ferramenta de formação-moldagem da presente invenção.

Em outra modalidade preferencial a folha de borracha 14 é for-

necida a uma ferramenta de formação-moldagem de modo a entrar em con- tato com o cordão de borracha 7 através do uso do grampo 28, se necessá- rio, auxiliando desse modo a vedação entre a folha de borracha 14 e o cor- dão de borracha 7. Em outra modalidade preferencial uma folha de borracha 20 14 é fixada à ferramenta de formação-moldagem através de uma dobradiça, o que permite a abertura e o fechamento, e desse modo a capacidade de manuseio é aprimorada.

Os materiais usados para o cordão de borracha e para a folha de borracha não são particularmente restritos, e ainda, uma ferramenta de 25 formação-moldagem da presente invenção é aquecida na etapa (I) ou na etapa (II), tornando necessário que o cordão de borracha e a folha de borra- cha sejam termorresistentes à temperatura de aquecimento. Os materiais preferencialmente usados para o cordão de borracha e para a folha de bor- racha são a borracha de silicone, que é dotada de termorresistência compa- 30 rativamente elevada dentre os materiais a base de borracha em termos de termorresistência.

Além disso, na ferramenta de formação-moldagem 1 apresenta- da na Figura 1, o orifício 11 é colocado na parte da superfície plana 3. Tal orifício 11 é produzido na região da parte da superfície plana 3 circundada pela parte da placa plana 2 que forma a parte convexa oca. Quando a parte da placa plana 2 e a parte da superfície plana 3 estiverem vedadas, a menos 5 que o orifício 11 seja produzido na parte da superfície plana 3, é possível haver distorção da porta convexa quando a pressão atmosférica for aplicada a ela, no caso em que a parte da superfície plana 3 é revestida com uma borracha de silicone ou com uma película de ensacamento para formar ou moldar a vácuo seu interior. Assim como na técnica anterior, no caso de em- 10 pregar uma ferramenta de formação ou uma ferramenta de moidagem de modo que a parte convexa seja produzida a partir de um elemento sólido, não há possibilidade de ocorrência de distorção, mesmo que a pressão at- mosférica seja aplicada à parte convexa, o que minimiza o inconveniente mencionado acima; no entanto, na presente invenção, conforme detalhado 15 na descrição abaixo, a formação de uma parte convexa oca com a parte da placa plana 2 e com a parte da superfície plana 3 permite que elas sejam aquecidas e resfriadas até uma temperatura determinada com elevada pre- cisão e em curto espaço de tempo, o que cria a possibilidade de distorção quando a pressão atmosférica é aplicada à parte convexa oca.

A disposição do orifício 11 permite que a tubulação 4 colocada

no interior da ferramenta de formação-moldagem seja reparada e inspecio- nada a partir do orifício 11, após a produção da ferramenta de formação- moldagem. Ou seja, a preferência pelo orifício 11 se deve ao fato de atuar como um orifício de acesso.

Além disso, a colocação do orifício 11 permite que um material

termo-condutor seja disposto a partir do orifício 11, no caso em que a tubu- lação 4 e a parte da placa plana 2, as quais formam a parte convexa oca, estão integradas pelo material termo-condutor conforme descrito adiante, e permite que o isolante térmico 10 seja disposto a partir do orifício 11, no ca- 30 so em que o isolante térmico 10 é disposto no espaço interno da parte con- vexa oca.

Os materiais que compõem a parte da placa plana 2 e a parte da superfície plana 3 não são particularmente restritos, e os materiais metálicos como aço inoxidável, ferro, liga de alumínio, liga de titânio, liga de cobre e liga de invar, são preferíveis, pois o coeficiente de expansão térmica eqüiva- le a aproximadamente 1/100 a 1/10 do coeficiente do ferro, e é capaz de im- 5 pedir a deformação da ferramenta de formação-moldagem durante o aque- cimento. O CFRP (Plásticos Reforçados com Fibra de Carbono) também é um os materiais preferenciais, adotando-se um ponto de vista semelhante.

Além disso, com relação à ferramenta de formação-moldagem, ao menos, a espessura da parte da placa plana 2 que compõe o plano de 10 formação é de 1 mm ou superior e de 15 mm ou inferior. A espessura da parte da placa plana 2 é preferencialmente mais fina, pela perspectiva de redução da capacidade térmica da ferramenta. Ou seja, se a espessura da parte da placa plana 2 for superior a 15 mm, a capacidade térmica é tão ele- vada que o tempo de aquecimento e de resfriamento até uma temperatura 15 predeterminada é ampliado. De modo mais preferencial, a espessura é de 10 mm ou inferior. No entanto, se a espessura for inferior a 1 mm, é difícil o processo de transformação em uma parte convexa oca dotada de uma forma predeterminada.

No caso em que a ferramenta de formação-moldagem da pre- 20 sente invenção também é usada como uma ferramenta de moidagem para produzir plásticos reforçados com fibra a partir de uma pré-forma, a espessu- ra da parte da superfície plana 3, preferencialmente, é de 1 mm ou superior e de 15 mm ou inferior aplicando a mesma perspectiva, e mais preferencial- mente de 10 mm ou inferior.

Portanto, se a espessura for inferior a 1 mm, existe a possibili-

dade de que a parte da placa plana 2 e a parte da superfície plana 3 que compõem a ferramenta de formação-moldagem sejam facilmente distorcidas pela inesperada força externa durante o processo de formação ou moida- gem. Em particular, uma ferramenta de formação-moldagem de grande porte 30 usada para os materiais estruturais de aeronaves é deslocada ocasional- mente ao mesmo tempo em que é suspensa por um trator e, portanto, é possível que a ferramenta de formação-moldagem seja distorcida pela flexão produzida por seu próprio peso. A espessura da parte da placa plana 2 e a parte da superfície plana 3 preferencialmente são de 1 mm ou superior pela mesma perspectiva.

Uma vez que a espessura da parte da placa plana 2 e da parte 5 da superfície plana 3 é recomendada para um aquecimento eficiente, con- forme descrito acima, o cálculo da espessura não é considerado nos pontos em que o aquecimento é desnecessário.

Além disso, na ferramenta de formação-moldagem da presente invenção, é preferível que uma entrada de resina 8 e uma porta de sangra- mento 9 da resina matriz para moidagem por transferência de resina sejam integralmente fornecidas à parte da superfície plana 3 entre a parte convexa e o cordão de borracha 7, conforme apresentado na Figura 1.

Com respeito à localização do cordão de borracha 7 em relação à entrada de resina 8 e à porta de sangramento 9, o cordão de borracha 7 15 está preferencialmente situado na parte externa da entrada de resina 8 e da porta de sangramento 9 para uma resina matriz, no caso de se empregar a ferramenta de formação-moldagem 1 da presente invenção para moidagem. É indesejável que o cordão de borracha 7 esteja integrado ao interior da en- trada de resina 8 e da porta de sangramento 9, porque a resina matriz adere 20 ao cordão de borracha ao injetar a resina matriz.

No caso em que a entrada de resina 8 e da porta de sangramen- to 9 estão posicionadas em relação à ferramenta de formação-moldagem 1, é preciso vedar a entrada de resina 8 e a porta de sangramento 9 para vedar o interior revestido com a folha de borracha na formação.

Conforme apresentado na Figura 1, a entrada de resina 8 e a

porta de sangramento 9 para uma resina matriz são orifícios atravessantes e preferencialmente fornecidos com os acopladores 26 e 27, montáveis a um tubo de infusão e a um tubo de formação de vácuo. É preferível montar os acopladores 26 e 27, porque permite que cada um dos tubos seja facilmente 30 montado na disposição na entrada de resina e na porta de sangramento, sem o uso de um material subsidiário, como um selador, aumentando ainda a confiabilidade de vedação na peça. A Figura 5(C) mostra um exemplo do caso de infusão da resina matriz pelo uso da ferramenta de formação-moldagem 1 da presente inven- ção. A entrada de resina 8 e a porta de sangramento 9 para uma resina ma- triz são fornecidas para a ferramenta de formação-moldagem 1 apresentada 5 na Figura 5(C). A pré-forma 19 e o material subsidiário 20 para infusão e sangramento da resina matriz são dispostos sobre a ferramenta de forma- ção-moldagem 1 e revestidos com uma película de ensacamento 22, e a película de ensacamento 22 e a ferramenta de formação-moldagem 1 são vedadas com um selador 23 para produzir vácuo no interior vedado. A en- 10 trada de resina e a porta de sangramento não precisam ser fornecidas sepa- radamente na moidagem através do fornecimento prévio da entrada de resi- na 8 e da porta de sangramento 9 para uma resina matriz sobre a ferramen- ta de formação-moldagem 1, o que permite a redução do tempo disponível para a moidagem.

A entrada de resina e a porta de sangramento podem ser forne-

cidas separadamente na ferramenta. Por exemplo, a fim de garantir uma via de fluxo na infusão e no sangramento da resina matriz, um canal metálico de seção transversal em forma de C pode ser disposto sobre a parte da placa plana 2. Contudo, neste caso, a etapa de disposição do canal torna-se ne- 20 cessária, e adicionalmente é preciso que a película de ensacamento não seja empurrada pelo canal na vedação adicional da película de ensacamen- to.

Com relação à ferramenta de formação-moldagem da presente invenção, a parte da placa plana 2 que forma a parte convexa também é preferencial- 25 mente formada pela operação de prensagem. De modo geral, um molde é preparado pela operação de corte no campo técnico da presente invenção. No entanto, no caso da operação de corte, um dos problemas é o adelga- çamento restrito da parte convexa, e o alto custo de processamento quando comparado à operação de prensagem. A operação de prensagem permite 30 que a parte da placa plana que forma a parte convexa oca seja adelgaçada de forma pouco dispendiosa. Uma modalidade adicional é fornecida quando a parte convexa oca é formada pela operação de prensagem para reduzir a capacidade térmica da parte convexa da ferramenta de formação-moldagem, e a partir daí a operação de corte é executada com a finalidade de aprimorar a precisão dimensional.

A ferramenta de formação-moldagem da presente invenção, conforme a descrição acima, é uma ferramenta aproveitável como uma fer- ramenta de formação e como uma ferramenta de moidagem. Ou seja, um laminado de tecidos de fibra de reforço é formado pela ferramenta de forma- ção-moldagem da presente invenção para produzir a pré-forma, e daí por diante os plásticos reforçados com fibra podem ser moldados conforme ne- cessário sem demoldar a pré-forma proveniente da ferramenta de formação- moldagem. Assim, o tempo necessário para a moidagem pode ser encurtado ainda mais. Uma vez que a pré-forma com baixa estabilidade formacional, não impregnada com uma resina matriz, não precisa ser demoldada da fer- ramenta de formação-moldagem, deslocada e colocada em uma ferramenta de moidagem, a possibilidade de causar danos à pré-forma é mínima, o que resulta na produção de plásticos reforçados com fibra de grau excelente.

Os tecidos de fibra de reforço usados para produzir a pré-forma possuem preferencialmente materiais resinosos, como uma resina termo- plástica ou termo-ajustável, em sua superfície. A fibra de vidro é preferenci- 20 almente composta de fibra de carbono, fibra aramida ou fibra de vidro, e a forma dos tecidos de fibra de reforço preferencialmente é não-enrugada, te- cido plano, tecido acetinado ou sarja. Dentre elas, a não-enrugada é a mais preferencial pelo fato do arqueamento mínimo da fibra de vidro, o que eleva a taxa de ocorrência de resistência.

O material resinoso é preferencialmente favorável à resina na

propriedade adesiva a uma resina matriz após endurecer. Os exemplos in- cluem poliamida, poli-imida, poliamida imida, poliéter imida, poliéter sulfona, éter de polifenileno de polissulfona, éter poliéter de cetona, e resina modifi- cada e copolímero de resina de tais substâncias.

Especificamente, descreve-se abaixo um processo para produzir

uma pré-forma para moidagem por transferência de resina através do uso da ferramenta de formação-moldagem. A produção da pré-forma para moidagem por transferência de resina emprega uma ferramenta de formação-moldagem e é submetida ao que se segue:

(A) etapa de colocação, de colocação sobre uma ferramenta de formação-moldagem um laminado cujos tecidos de fibras de reforço conten- do resina termoplástica e/ou termo-ajustável sobre sua superfície são lami- nados;

(B) etapa de formação, de formação do laminado pela produção de vácuo no interior de um espaço vedado, após o laminado ser totalmente

revestido com uma folha de borracha com o objetivo de vedar a ferramenta de formação-moldagem; e

(C) etapa de aquecimento e pressurização da ligação dos teci- dos de fibras de reforço através da resina termoplástica e/ou termo-ajustável sobre a superfície dos tecidos de fibras de reforço pela circulação de um

meio de aquecimento pela tubulação para aquecer e pressurizar o laminado após sua formação;

As Figuras 3(A) e 3(B) mostram um processo para produzir uma pré-forma para moidagem por transferência de resina através do uso da fer- ramenta de formação-moldagem da presente invenção.

A Figura 3(A) mostra um estado em que um laminado 13, no

qual os tecidos de fibra de reforço contendo materiais de resina, como uma resina termoplástica ou termo-ajustável sobre sua superfície, é laminado, é disposto na parte convexa da ferramenta de formação-moldagem 1, revesti- da com uma folha de borracha 14, e vedado entre a folha de borracha 14 e

um cordão de borracha 7.

Portanto, também é uma modalidade preferencial que o lamina- do 13 seja integrado por meio de uma ligação prévia, realizando a interlami- nação parcial com o propósito de aprimorar a propriedade de manuseio. A- qui, um laminado, como a ligação interlaminar que é realizada previamente

sobre toda a superfície, não é preferencial, pois a plasticidade é extrema- mente pobre.

Um quadro 15 é preferencialmente colocado nas extremidades da folha de borracha, conforme apresentado na Figura 3(A) com a finalidade de aprimorar a propriedade de manuseio da folha de borracha 14. O mérito produzido pela colocação do quadro 15 dessa forma é que, o posicionamen= to para disposição da folha de borracha 14 sobre uma ferramenta de forma- 5 ção-moldagem 1 pode ser facilitado. A fim de proceder ao posicionamento com mais facilidade, também é uma modalidade preferencial a colocação de pinos na ferramenta de formação-moldagem 1 na medida em que os orifícios para os pinos são colocados no quadro da folha de borracha, de modo que a disposição da folha de borracha é determinada sem incertezas.

Após a vedação entre a folha de borracha 14 e o cordão de bor-

racha 7, conforme apresentado na Figura 3(B), o interior do espaço vedado é mantido a vácuo por uma bomba de vácuo, ou similar, de modo que a pressão atmosférica é aplicada ao laminado 13, que é formado. A produção de vácuo na presente invenção se refere ao fornecimento de um estado de 15 pressão negativa pela produção de vácuo, e a aplicação da pressão atmos- férica significa a aplicação de pressão pela atmosfera como resultado da produção de vácuo, e não à aplicação de pressão idêntica como o valor ab- soluto da pressão atmosférica padrão ou similar.

Após sua conformação, verifica-se se o laminado 13 contém ou 20 não-defeitos, como uma ruga, ao longo da folha de borracha, enquanto a pressão atmosférica aplicada ao laminado 13 é mantida pela produção con- tínua de vácuo. Assimi a folha de borracha transparente ou translúcida é preferencialmente usada para a folha de borracha. A condição de formação também é preferencialmente ratificada pela realização da medida dimensio- 25 nal ao longo da folha de borracha, segundo necessário.

Deste ponto em diante, o meio de aquecimento aquecido por um controlador de temperatura do molde circula pela tubulação 4 para aquecer a ferramenta de formação-moldagem 1 e para aquecer o laminado 13 após sua formação. Como resultado, a resina termoplástica ou termo-ajustável, 30 que interfere entre as camadas dos tecidos de fibra de reforço, é amolecida e fundida para ligar as camadas, em seguida mantém o aquecimento por um período de tempo predeterminado, conforme necessário, e daí por diante interrompe-se o aquecimento e o laminado 13 é resfriado, de modo que uma pré-forma 19, nas quais os tecidos de fibra reforçada são ligados enquanto preserva-se a forma configurada, pode ser obtida.

Ao mesmo tempo, a ferramenta de formação-moldagem pode 5 ser aquecida, segundo necessário, também pela circulação do meio de a- quecimento pela tubulação 5.

Portanto, a taxa de elevação da temperatura da ferramenta de formação-moldagem é preferencialmente de 0,5°C/minuto ou mais e de 3°C/minuto ou inferior, na faixa de temperatura de aquecimento de 40°C ou 10 superior e de 130°C ou inferior. Se a taxa de elevação da temperatura for inferior a 0,5°C/minuto, o período de tempo para elevação da temperatura até um valor predeterminado é bastante longo, o que gera um prolongamen- to do prazo para produção de uma pré-forma. Entretanto, se a taxa de ele- vação da temperatura for superior a 3°C/minuto, a elevação da temperatura 15 do material base de fibra reforçada pode não acompanhar a taxa de eleva- ção da temperatura da ferramenta de formação-moldagem, e conseqüente- mente, gera facilmente um aquecimento desuniforme.

O laminado 13 pode estar à temperatura ambiente quando é a- justado à forma da ferramenta de formação-moldagem, e a resina termoplás- 20 tica ou termo-ajustável entre as camadas da material base de fibra reforçada é amolecida e fundida por aquecimento para melhorar o deslizamento entre as camadas do material base de fibra de reforço. Como resultado, é prefe- rencial aprimorar a plasticidade e impedir a ocorrência de rugas.

A temperatura de aquecimento do laminado 13 é preferencial- 25 mente a temperatura de transição do vidro (pode ser doravante abreviada como Tg), ou superior, da resina termoplástica e/ou termo-ajustável existen- te na superfície dos tecidos de fibra de reforço, e 200°C ou inferior. Aqui, o método de medição da Tg do material resinoso baseia-se em JIS K 7121 2006, e a medição é realizada à taxa de elevação de temperatura de 30 10°C/minuto.

O material resinoso localizado entre as camadas do laminado 13 é amolecido pelo aquecimento do laminado 13 acima da Tg e submetido a vácuo nessas circunstâncias, de modo a aplicar a pressão do laminado para produzir a pré-forma, e desse modo as camadas do laminado podem ser ligadas pelo material resinoso com bastante firmeza que a estabilidade for- macional da pré-forma pode ser aprimorada.

5 No entanto, a temperatura de moidagem dos materiais estrutu-

rais de aeronaves fabricados em plásticos reforçados com fibra, comparati- vamente elevada na temperatura de moidagem, é de cerca de 180°C a 200°C, e o limite superior da temperatura de aquecimento na etapa de for- mação é preferencialmente inferior ao limite superior da temperatura de a- 10 quecimento na etapa de moidagem. O material subsidiário, como a folha de borracha e um controlador de temperatura do molde, são frequentemente determinados na temperatura de moidagem dos materiais estruturais de ae- ronaves, e o material subsidiário e o controlador de temperatura do molde termorresistentes, ou capazes de serem aquecidos a mais de 200°C, estão 15 ocasionalmente em uma especificação especial, o que possivelmente eleva os custos de material e equipamento. Portanto, a presente temperatura de aquecimento é preferencialmente determinada a 200°C ou inferior.

Além disso, a espessura da pré-forma pode ser ajustada através da regulagem da temperatura de aquecimento do laminado 13. Ou seja, a temperatura de aquecimento do laminado 13 pode regular o grau de amole- cimento do material resinoso e de deformação (colapso) do material resinoso pela produção de vácuo para regular a espessura da pré-forma.

A fração de volume da fibra (pode doravante ser abreviada para Vf), que influencia o peso e as características dinâmicas dos plásticos refor- 25 çados com fibra, também pode ser aprimorada de modo a infundir e impreg- nar uma resina matriz na pré-forma, para, a partir de então, sangrar a resina matriz excessivamente impregnada na etapa de sangramento a regulagem da espessura da pré-forma é de extrema importância em virtude de a fração de volume da fibra depender sobremaneira da espessura da pré-forma.

Deste modo, já que o aprimoramento da estabilidade formacional da pré- forma e da espessura da pré-forma são reguladas pelo controle do aqueci- mento do laminado 13, é de grande relevância controlar o aquecimento com precisão elevada, e aquecer e resfriar imediatamente até uma temperatura predeterminada com o uso da ferramenta de formação-moldagem 1 da pre- sente invenção.

A pressão aplicada ao laminado 13 também pode ser controlada 5 segundo necessário. Com relação à regulagem da dita pressão, a pressão (pressão manométrica) no espaço vedado é preferencialmente de 10 kPa ou superior e de 1000 kPa ou inferior, regulando-se o grau de vácuo, mais pre- ferencialmente de 10 kPa ou superior e de 101,3 kPa ou inferior. A preferên- cia por esta faixa ocorre pela possibilidade de se regular a pressão apenas 10 pela descompressão na atmosfera por uma bomba de vácuo, ou componen- te similar, e que permite simplificar o equipamento. É indesejável que a pressão seja inferior a 10 kPa, pois uma pressão de valor tão baixo pode gerar facilmente uma desuniformidade de espessura da pré-forma.

Um dos objetivos da presente invenção é produzir uma pré- forma e os plásticos reforçados com fibra através do uso da ferramenta de formação-moldagem capaz de ser aquecida sem o uso de aparelhos de a- quecimento de custo elevado, como uma autoclave e um forno, porém, um dispositivo de pressão, como uma autoclave, pode ser usado de modo con- junto, conforme necessário. Ou seja, a pré-forma pode ser produzida de mo- do a dispor o laminado 13 na ferramenta de formação-moldagem 1 da pre- sente invenção e formá-lo sob pressão atmosférica pela produção de vácuo para, a partir de então, aplicar uma pressão mais elevada que a pressão at- mosférica através do uso do dispositivo de pressão, como uma autoclave, conforme necessário. O laminado é pressurizado pela pressão mais elevada que a pressão atmosférica, o que permite o adelgaçamento adicional da es- pessura da pré-forma, e a produção de uma pré-forma para moidagem de plásticos reforçados com fibra de elevado Vf.

Além disso, com relação à produção de uma pré-forma, confor- me apresentado na Figura 6, é preferencial que um material subsidiário, co- mo o meio de distribuição de resina 20 para uma via de fluxo da resina ma- triz infundida na moidagem por transferência de resina, seja disposto e for- mado de modo similar ao se dispor o laminado 13 sobre uma parte convexa oca da ferramenta de formação-moldagem 1. Assim, é possível omitir a eta- pa em que se realiza a disposição isolada de um material subsidiário sobre uma pré-forma na produção de plásticos reforçados com fibra pelo uso da pré-forma obtida. Uma vez que o meio de distribuição de resina 20 é tipica- 5 mente produzido em resina termoplástica, como o náilon, o meio de distribu- ição de resina 20 é formado de modo a assumir a forma da parte convexa oca da ferramenta de formação-moldagem 1 através da etapa de aqueci- mento e pressão na produção de uma pré-forma, e encaixa o laminado 13 que assumiu a forma desejada. Assim, a vantagem obtida é a facilidade da 10 execução do ensacamento na moidagem por transferência de resina.

Subseqüentemente será descrito um processo para produzir plásticos reforçados com fibra da presente invenção. Os plásticos reforçados com fibra põem ser obtidos pela moidagem por transferência de resina com o uso da ferramenta de formação-moldagem pelo que se segue:

(A) etapa de colocação, de colocação sobre uma ferramenta de

formação-moldagem um laminado cujos tecidos de fibras de reforço conten- do resina termoplástica e/ou termo-ajustável sobre sua superfície são lami- nados;

(B) etapa de formação, de formação do laminado pela produção de vácuo no interior de um espaço vedado para aplicar pressão atmosférica

ao laminado, após o laminado ser totalmente revestido com uma folha de borracha com o objetivo de vedar a ferramenta de formação-moldagem; e

(C) etapa de aquecimento e pressurização da ligação dos teci- dos de fibras de reforço através da resina termoplástica e/ou termo-ajustável

sobre a superfície dos tecidos de fibras de reforço pela circulação de um meio de aquecimento pela tubulação para aquecer e pressurizar o laminado após sua formação;

(D) etapa de colocação do material subsidiário para colocar adi- cionalmente um meio de distribuição de resina e uma dobra de descama-

mento para infundir e impregnar a resina matriz, enquanto a vedação da fo- lha de borracha é liberada, e a pré-forma obtida é mantida na ferramenta de formação-moldagem sem ser demoldada; (E) etapa de ensacamento para produzir vácuo no interior do espaço vedado após a pré-forma, o meio de distribuição de resina e a dobra de descamamento serem revestidos com uma película de ensacamento para vedar a ferramenta de formação-moldagem;

5 (F) etapa de infusão e impregnação da resina para infundir uma

resina matriz, enquanto o interior do espaço selado é submetido a vácuo para impregnar a resina matriz na pré-forma através do meio de distribuição de resina;

(H) etapa de demoldagem para demoldar um produto moldado a partir da ferramenta de formação-moldagem.

Abaixo será descrito em mais detalhes um processo para produ- zir plásticos reforçados com fibra da presente invenção, com referência à 15 Figura 5. A Figura 5(A) é uma vista em seção transversal que mostra um exemplo de um estado de produção de uma pré-forma 19 pelo uso da ferra- menta de formação-moldagem 1 da presente invenção. A Figura 5(B) mostra um estado de aquecimento do laminado a uma temperatura e período de tempo predeterminados, para produzir a pré-forma 19, e em seguida remo- 20 ver a folha de borracha 14. A Figura 5(C) mostra um estado de produção de vácuo no interior do espaço vedado por uma bomba de vácuo para realizar o ensacamento.

As etapas (A) a (C) são basicamente as mesmas do processo para produzir a pré-forma mencionado acima. Em seguida, a etapa (D) ou 25 posterior é executada do modo que se segue. Ou seja, após a produção da pré-forma (Figura 5(A)), a vedação pela folha de borracha 14 é liberada e a pré-forma obtida não é demoldada, sendo mantida na ferramenta de forma- ção-moldagem (Figura 5(B)). Além disso, os materiais subsidiários, como o meio de distribuição de resina 20 e a dobra de descamamento para infusão 30 e impregnação da resina matriz, são dispostos na pré-forma 19. Aqui, no caso em que os materiais subsidiários como o meio de distribuição de resina 20 e a dobra de descamamento são dispostos na produção da pré-forma, os materiais subsidiários não precisam ser novamente dispostos após a forma- ção.

Daqui por diante, a pré-forma 19 e os materiais subsidiários, como o meio de distribuição de resina 20 e a dobra de descamamento, são 5 revestidos com a película de ensacamento 22 e vedados (Figura 5(C)). Nes- se momento, usa-se preferencialmente um selador 23. Uma placa 21 é pre- ferencialmente disposta na entrada de resina 8 e na porta de sangramento 9, de modo que a entrada de resina 8 e a porta de sangramento 9 para uma resina matriz fornecidas na ferramenta de formação-moldagem 1 não sejam 10 bloqueadas pela pressão atmosférica quando se realiza posteriormente a produção de vácuo.

Subsequentemente a resina matriz é impregnada na pré-forma a partir da entrada de resina 8 e infundida ao longo do meio de distribuição de resina 20 enquanto o interior do espaço vedado é submetido a vácuo.

Após a impregnação da resina matriz na pré-forma 19, é prefe-

rencial que a infusão da resina matriz seja interrompida para fechar a entra- da de resina 8 e o sangramento da resina matriz excessivamente impregna- da na pré-forma proveniente da porta de sangramento 9. Deste modo, exe- cuta-se a sangria da resina excessivamente impregnada, de modo que o 20 peso e as características dinâmicas possam ser aprimorados pelo aprimo- ramento da fração de volume Vf da fibra de vidro do produto moldado. A sangria preferencia! de uma resina matriz excessivamente impregnada na pré-forma também é executada, de acordo com a necessidade, a partir da entrada fechada de resina 8. O efeito de uniformização da Vf pode ser espe- 25 rado também pelo sangramento da resina matriz a partir da entrada de resi- na 8 desta maneira.

O meio de aquecimento circula pela tubulação 4 após a resina matriz ser infundida desta maneira, e a matriz é aquecida e curada para de- moldar um produto moldado com a resina matriz curada proveniente da fer- ramenta de formação-moldagem, o que permite a obtenção dos plásticos reforçados com fibra.

Deste modo, os plásticos reforçados com fibra são produzidos com o uso da ferramenta de formação-moldagem da presente invenção, e a etapa de moidagem pode ser preparada sem a demoldagem da pré-forma. Ainda, o período de tempo necessário à demoldagem pode ser encurtado. Uma vez que a pré-forma dotada de baixa estabilidade formacional, não im- 5 pregnada com a resina matriz, não precisa ser demoldada, deslocada e dis- posta em uma ferramenta de moidagem, a possibilidade de danificar a pré- forma é bastante reduzida, o que resulta, preferencialmente, na produção de plásticos reforçados com fibra de grau excelente.

Com relação á produção de plásticos reforçados com fibra, a 10 pré-forma produzida pelo processo acima pode ser também colocada na fer- ramenta de moidagem preparada separadamente para infundir, impregnar e curar a resina matriz. Em particular, quando se necessita de uma precisão dimensional da forma externa extremamente elevada, a pré-forma é prefe- rencialmente colocada e moldada em um molde fêmea dotado da forma ex- 15 terna determinada. Em particular, quando se necessita de uma precisão di- mensional com precisão de ±1 mm ou superior, a pré-forma produzida pelo processo mencionado acima é preferencialmente moldado em um molde fêmea preparado separadamente.

Na etapa (D), a placa de tração é preferencialmente colocada sobre o meio de distribuição de resina e a dobra de descamamento. O meio de distribuição de resina 20 tipicamente contém irregularidades a fim de dis- tribuir a resina. Portanto, a superfície de um produto moldado em plástico reforçado com fibra no lado contendo o meio torna-se áspera, quando com- parada ao lado em contato com a ferramenta de formação-moldagem. Por- tanto, para aumentar a aspereza da superfície, é preferível que uma placa de tração seja colocada sobre os materiais subsidiários, como o meio de distribuição de resina e a dobra de descamamento, para produzir o vácuo, a infusão da resina e a cura no estado mencionados posteriormente. A coloca- ção de uma placa de tração permite que a pressão atmosférica seja aplicada aos plásticos reforçados com fibra através da placa de tração, possibilitando ainda a redução da aspereza da superfície no lado contendo o meio, visando aprimorar o aspecto liso da superfície. EXEMPLOS

A presente invenção será descrita abaixo mais especificamente com referência aos exemplos e exemplos comparativos.

Exemplo 1

A ferramenta de formação-moldagem 1 apresentada nas Figuras

1 e 2 foi constituída para executar os testes de aquecimento e resfriamento. Ferramenta de formação-moldagem

a Figura 1 mostra uma vista em seção transversal da ferramenta de formação-moldagem 1, e a Figura 2 mostra uma vista de topo. Aqui, a 10 Figura 2 é uma vista que mostra apenas a tubulação 4 e a tubulação 5 dis- postas sobre a superfície posterior da parte da placa plana 2 e da parte da superfície plana 3, porém a parte da placa plana 2 e a parte da superfície plana 3 formam uma parte convexa oca.

A parte da placa plana 2 que forma a parte convexa oca foi obti-

da produzindo o SUS304 com uma espessura de 3 mm em forma de C. A parte convexa possuía uma inclinação, de modo que a largura era de 300 mm em uma extremidade (extremidade direita na Figura 2) e de 150 mm na outra extremidade (extremidade esquerda na Figura 2). A parte convexa possuía uniformemente 5000 mm de comprimento (no sentido da direita para 20 a esquerda na Figura 2) e 100 mm de altura (no sentido de cima para baixo na Figura 1). O tamanho do produto era de 4800 mm no comprimento da parte convexa de 5000 mm, e a linha de compensação 50 do produto foi de- senhada a 100 mm na parte interna de cada uma das extremidades.

No entanto, a parte da superfície plana 3 consistia em SUS304 25 com uma espessura de 10 mm, e tinha 1300 mm de largura (no sentido de cima para baixo na Figura 2) e 6000 mm de comprimento (no sentido da di- reita para a esquerda na Figura 2). Doze orifícios 11 com 100 mm de diâme- tro foram fornecidos no sentido mais extenso no centro da direção da largura da parte da superfície plana 3, e uma abertura (não mostrada) foi fornecida 30 na parte da extremidade no lado mais amplo da parte convexa oca, a fim de dispor posteriormente um isolante térmico 10. Um canal como a porta de carga 8 (φ22 mm) e a porta de sangramento 9 (φ14 mm) da resina matriz foram fornecidas nas adjacências de ambas as extremidades da parte da superfície plana 3 (a parte da extremidade nos sentidos direito e esquerdo da Figura 1). Um sulco rosqueado foi fornecido como um orifício atravessan- te para o canal, e montado com acopladores 26 e 27, montáveis ao tubo (di- 5 âmetro da parte externa de 12 mm) para carga e produção de vácuo. Tais acopladores foram enrolados com uma fita de vedação que garantisse a ve- dação.

Um tubo de cobre com 18 mm de diâmetro (diâmetro interno de

16 mm) foi disposto como a tubulação 4 sobre a superfície posterior da parte da placa plana 2 em um total de seis tubos, conforme apresentado na Figura 1. Quatro de tais tubos foram dispostos sobre a superfície posterior da pran- cha do topo na parte convexa oca, e os outros dois tubos foram dispostos sobre a superfície posterior da prancha lateral. Quatro dentre os seis tubos foram fornecidos e se projetavam a 50 mm da linha de compensação 50, conforme apresentado na Figura 2. Já que a parte convexa oca possuía uma inclinação, e sua ponta foi adelgaçada para até 150 mm, dois tubos, dispos- tos na parte média entre os quatro tubos da tubulação 4 dispostos sobre a superfície posterior da prancha do topo, não foram fornecidos na ponta da parte convexa, e sim fornecidos a 3000 mm da parte da extremidade no lado mais amplo da parte convexa.

A tubulação 4 foi revestida com cimento 6 contendo carbono (cimento termo-condutor) e integrada à parte da placa plana 2.

A parte da placa plana 2 com a tubulação 4 integrada desta for- ma foi integrada à parte da superfície plana 3 por solda de vedação.

A tubulação 5 foi montada na parte da superfície plana 3 pelo

mesmo processo da tubulação 4 montada na superfície posterior da parte da placa plana 2. O isolante térmico 10 fabricado em lã de fibra foi disposto no interior da parte convexa oca a partir da abertura fornecida para a parte da superfície plana 3.

Além disso, um cordão de borracha de silicone 7 com 30 mm de

diâmetro foi ligado e integrado à parte da superfície plana 3 na parte externa da entrada de resina 8 e da porta de sangramento 9 por meio de um adesivo de silicone. O cordão da borracha de silicone 7 e a parte da superfície plana

3 foram vedados pelo adesivo de silicone.

Uma linha do meio de aquecimento do controlador de temperatu- ra do molde (NCN-200, fabricado por Matsui Manufacturing, Co., Ltd.) foi 5 conectada à tubulação 4 e à tubulação 5 da ferramenta de formação- moldagem 1 preparada desta forma. O óleo do meio de aquecimento (BAR- RELTHERM 400, fabricado por MATSUMURA OIL CO., LTD.) foi usado co- mo meio de aquecimento, e pode ser aquecido até a temperatura de 200°C pelo controlador de temperatura do molde.

Testes de aquecimento e resfriamento da ferramenta de formação- moldagem

Na ferramenta de formação-moldagem com a constituição des- crita acima, um termo-acoplador do tipo K foi montado na linha central na direção da largura (direções direita e esquerda na Figura 1) da parte da 15 prancha do topo da parte convexa oca em intervalos de 50 mm. Além disso, o termo-acoplador do tipo K foi montado na linha central na direção da altura da parte da prancha lateral da parte convexa em intervalos de 50 mm. Todos os termo-acopladores do tipo K foram conectados a um registrador de dados para monitorar a temperatura dos pontos montados nos termo-acopladores. 20 Deste ponto em diante, um isolante térmico, cujo saco de pano foi preenchi- do com lã de vidro, foi disposto de modo a revestir toda a ferramenta de for- mação-moldagem 1.

A temperatura pré-ajustada do controlador de temperatura do molde foi regulada em 92°C para aquecer uma ferramenta de formação- 25 moidagem a partir da temperatura ambiente. Como resultado, a ferramenta de formação-moldagem estava na faixa de temperatura de 90 ± 1°C em to- dos os pontos nos 90 minutos seguintes ao início do aquecimento pelo con- trolador de temperatura do molde, e confirmou-se que o aquecimento pode ser executado com grande rapidez e precisão.

A seguir, a temperatura pré-ajustada do controlador de tempera-

tura do molde foi regulada em 40°C para resfriar a ferramenta de formação- moldagem de 90°C para 40°C. Como resultado, a ferramenta de formação- moidagem foi resfriada até 40°C ou menos em todos os pontos nos 25 minu- tos seguintes ao resfriamento pelo controlador de temperatura do molde, e confirmou-se que o resfriamento pode ser executado com bastante rapidez. Exemplo 2 5 Material base de fibra de reforço

Um tecido de fibra de carbono unidirecional (uma massa de fibra de carbono por unidade de área de 190 g/m2) composta de fibra de carbono (T800S, fabricado por Toray Industries Inc.) foi usado como material base de fibra de reforço. Um material resinoso particulado (temperatura de transição 10 do vidro Tg = 70°C) contendo resina termoplástica como o principal compo- nente foi preso a 27 g/m2 sobre uma superfície do material base de fibra de reforço.

Laminado

O material base de fibra de reforço foi cortado e laminado para 15 preparar um laminado. A constituição laminada possuía 32 camadas, de modo que a fibra de carbono foi orientada na direção de [(45/0/ - 45/90)4]s, possuía forma trapezoidal e 4900 mm de altura, uma base inferior de 440 mm e uma base superior de 290 mm. Cada valor numérico em parêntesis significa o ângulo em graus (°) da fibra de carbono em cada uma das cama- 20 das, sendo que o número 4 após o parêntesis significa laminação por repeti- ção (45/0/-45/90) por quatro vezes, e S após os colchetes significa que o Iaminad o nos colchetes foi adicionalmente laminado em simetria espelhada (S).

Produção da Pré-forma Conforme apresentado na Figura 3(A), o laminado 13 foi coloca-

do sobre a parte convexa da ferramenta de formação-moldagem 1. Uma fo- lha de borracha de silicone 14 foi preparada, e quatro peças de folhas foram montadas com uma proteção 15 consistindo em um ângulo em forma de L e um cordão plano fabricado em alumínio (cada um deles com uma espessura 30 de 3 mm). A folha borracha de silicone 14 foi disposta sobre o laminado 13 para revesti-lo, e o laminado 13 foi vedado entre a folha da borracha de sili- cone 14 e o cordão da borracha de silicone 7. Após a vedação, o espaço entre a ferramenta de formação-moldagem 1 e a folha da borracha de silico- ne 14 foi submetido a vácuo por uma bomba de vácuo para que o laminado 13 assumisse a forma da parte convexa oca 2 da ferramenta de formação- moldagem 1, conforme apresentado na Figura 3(B).

5 Após a formação, um termo-acoplador foi montado sobre a folha

de borracha de silicone 14 que reveste o laminado 13, com o intuito de moni- torar a temperatura do laminado 13. O termo-acoplador foi montado no mesmo local apresentado no Exemplo 1, a saber, o ponto que corresponde à parte da prancha do topo e o ponto que corresponde à parte da prancha Ia- teral da parte convexa oca em intervalos de 50 mm.

Em seguida, depois que a situação da formação foi confirmada ao longo da folha da borracha de silicone 14, com o objetivo de certificar a ausência de defeitos, como rugas e meandros de fibras notáveis, toda a fer- ramenta de formação-moldagem 1 foi revestida com o isolante térmico usa- 15 do no Exemplo 1 para em seguida regular a temperatura pré-ajustada do controlador de temperatura do molde em 92°C, e aquecer o laminado 13 a- pós ter sido formado como no Exemplo 1. Após 90 minutos, confirmou-se que todos os pontos estavam na faixa de temperatura de 90 ± 1 °C, e poste- riormente a pré-forma 19 foi produzida conservando-a no mesmo estado por 20 duas horas.

A continuação, a temperatura pré-ajustada do controlador de temperatura do molde foi regulada em 40°C para resfriar a pré-forma 19 de modo idêntico ao Exemplo 2. Após confirmar que toda a pré-forma 19 foi resfriada à temperatura de 40°C ou inferior, a produção de vácuo pela bom- 25 ba de vácuo foi interrompida para que a pré-forma 19 fosse exposta ao ar, e a pré-forma 19 foi observada após a remoção da folha da borracha de silico- ne 14.

Como resultado, confirmou-se que a pré-forma era uma pré- forma favorável em virtude da ausência de defeitos e de meandros de fibra. A espessura da pré-forma 19 nos pontos correspondentes à parte da pran- cha lateral da parte convexa oca foi medida no sentido mais extenso em in- tervalos de 30 mm e, consequentemente, confirmou-se que a espessura em todos os pontos estava contida na faixa de espessura de 6,24 ±0,1 mm, e que a precisão dimensional da pré-forma era extremamente favorável. Exemplo 3

O meio de distribuição de resina 20, como os materiais subsidiá- 5 rios para infusão e impregnação da resina matriz, foi colocado na pré-forma 19, como apresentado na Figura 5(C), ao mesmo tempo em que a pré-forma

19 obtida no Exemplo 2 era mantida na ferramenta de formação-moldagem.

O meio de distribuição de resina 20 foi preparado por duas peças, as quais foram colocadas de modo a se conectarem com a entrada de resina 8, como 10 o meio de distribuição de resina para infundir a resina matriz, e com a porta de sangramento 9 como o meio de distribuição de resina para submeter a vácuo uma resina matriz, respectivamente como apresentado na Figura 5(C). Uma placa 21 foi disposta na entrada de resina 8 e na porta de san- gramento 9, enquanto o meio de distribuição de resina 20 interferia entre 15 elas. A dobra de descamamento, não apresentada na Figura 5(C), foi colo- cada entre a pré-forma 19 e o meio de distribuição de resina 20. A dobra de descamamento era um material subsidiário colocado de modo que o meio de distribuição de resina 20 não estava ligado e integrado ao produto moldado após o endurecimento da resina matriz.

Um acoplador 26 para a entrada de resina e um acoplador 27

para a porta de sangramento foram montados em associação a um tubo produzido em náilon com 12 mm de diâmetro externo.

Deste ponto em diante, a pré-forma 19, o meio de distribuição de resina 20 e componentes semelhantes foram revestidos com a película de 25 ensacamento 22 para vedar a ferramenta de formação-moldagem 1 através da disposição de um selador 23 na parte da extremidade da película de en- sacamento 22. Um termo-acoplador foi montado na película de ensacamento 22 que reveste a pré-forma para monitorar a temperatura da pré-forma 19. O termo-acoplador foi montado no mesmo local definido no Exemplo 1, a sa- 30 ber, o ponto que corresponde à parte da prancha do topo e o ponto que cor- responde à parte da prancha lateral da parte convexa oca em intervalos de 50 mm. A continuação, o tubo para produção de vácuo foi conectado a uma bomba de vácuo, e o interior do espaço vedado pela película de ensa- camento 22 foi submetido a vácuo para confirmar a ausência de vazamento, e para posteriormente aquecer a pré-forma 19, enquanto a temperatura pré- 5 ajustada do controlador de temperatura do molde era regulada para 72°C.

Confirmou-se que a pré-forma 19 estava aquecida à temperatura de 70°C, e posteriormente a resina matriz foi infundida a partir do tubo para carga. A resina matriz infundida a partir do tubo permaneceu na entrada de resina 8 fornecida à ferramenta de formação-moldagem 1, e posteriormente 10 foi infundida e impregnada na pré-forma 19 ao longo do meio de distribuição de resina 20, que foi colocado para estabelecer a conexão com a entrada de resina 8.

Confirmou-se que a resina matriz estava impregnada em toda a pré-forma 19, e posteriormente opera carga foi fechado para finalizar a infu- são da resina matriz.

Após o término da infusão da resina matriz, realizou-se em se- guida a produção de vácuo a partir da porta de sangramento 9 para sangrar a resina matriz excessivamente impregnada na pré-forma 19 por 1 hora. Confirmou-se que o excesso de resina matriz atingiu a porta de sangramento 20 9 através do meio de distribuição de resina, que foi disposto para estabele- cer conexão com a porta de sangramento, e saiu do tubo gerador de vácuo.

Após o término do sangramento da resina matriz, toda a ferra- menta de formação-moldagem 1 foi revestida com um isolante térmico de modo idêntico ao Exemplo 1, e a temperatura pré-ajustada do controlador de temperatura do molde foi regulada para 132°C para aquecer a resina matriz impregnada na pré-forma 19 até a temperatura de 130°C.

Após a confirmação de que todos os pontos da pré-forma 19 es- tavam aquecidos à temperatura de 130 ± 1°C, de modo idêntico ao Exemplo

3, a resina matriz permaneceu retida por 2 horas e foi curada para obtenção do produto moldado.

Após o término da cura, a temperatura pré-ajustada do controla- dor de temperatura do molde foi regulada a 40°C para proceder ao resfria- mento, e após a confirmação de que todos os pontos do produto moldado estavam a 40°C ou inferior, o produto moldado dos plásticos reforçados com fibra foi demoldado.

Não apenas o produto moldado, mas também a resina matriz que permanece na entrada de resina 8 e da porta de sangramento 9 forneci- das na ferramenta de formação-moldagem 1, foram curados com o intuito de facilitar a demoldagem.

Confirmou-se que o produto moldado obtida não continha defei- tos, como rugas ou meandros de fibra, e que a fração do volume da fibra de 10 carbono Vf do produto moldado estava na faixa esperada de 57,5 ± 2,5%. A fração do volume da fibra de carbono foi medida na base do método de di- gestão de matriz (4) com o uso de ácido sulfúrico, de acordo com JIS K 7075 (2006).

Exemplo Comparativo 1 Ferramenta de formação-moldagem

Produziu-se a mesma ferramenta de formação-moldagem do Exemplo 1, exceto por não fornecer a tubulação 4 e a tubulação 5 fabricadas em tubos de cobre, o material termo-condutor 6 e o isolante térmico 10 fabri- cado em lã de vidro.

Testes de aguecimento e resfriamento da ferramenta de formação- moldagem

Um termo-acoplador foi montado sobre a ferramenta de forma- ção-moldagem de modo idêntico ao Exemplo 1, com o objetivo de monitorar

o aquecimento e o refreamento da ferramenta de formação-moldagem com um registrador de dados.

A ferramenta de formação-moldagem foi colocada em um forno de ar quente em tal estado, e regulada à temperatura de 92°C. Aqui, o forno de ar quente usado produzia um fluxo de ar quente 70 na direção perpendi- cular à direção mais longa da ferramenta de formação-moldagem para a- quecer o interior do forno, como apresentado na Figura 7.

Ao se confirmar o estado de aquecimento da ferramenta de for- mação-moldagem após 90 minutos, a parte da prancha lateral 60 da parte convexa, de encontro a qual fluía o ar quente, estava aquecida com uma precisão de 90 ± 5°C, mas ainda os pontos, à exceção da parte, estavam abaixo de 85°C; confirmou-se que o estado de aquecimento variou com a posição da ferramenta de formação-moldagem.

Em seguida, o aquecimento continuou até que todos os pontos

estivessem na faixa de temperatura de 90 ± 5°C, e 180 minutos após o início do aquecimento do forno de ar quente todos os pontos estavam aquecidos dentro da faixa de temperatura.

Exemplo Comparativo 2 Produziu-se uma parte convexa sólida fabricada de SUS304, e

cuja forma externa é idêntica a da parte convexa oca do molde de formação- moldagem usado no Exemplo 1. A continuação, a tubulação 18, como via de fluxo do meio de aquecimento, foi disposta na parte do fundo da parte con- vexa em um total de 6 tubos, usando tubos de cobre idênticos aos do Exem- 15 pio 1, como apresentado na Figura 4. A parte convexa 17 foi soldada e inte- grada à parte da superfície plana 3 para produzir a ferramenta de formação- moldagem 16.

Um termo-acoplador foi montado sobre esta ferramenta de for- mação-moldagem de modo idêntico ao Exemplo 1, com o objetivo de moni- 20 torar o aquecimento e o resfriamento da ferramenta de formação-moldagem com um registrador de dados. Assim como no Exemplo 1, a tubulação 18 foi conectada à linha do meio de aquecimento do controlador de temperatura do molde, e a temperatura pré-ajustada do controlador de temperatura do mol- de foi regulada a 92°C par aquecer a ferramenta de formação-moldagem.

Quando se confirmou o estado de aquecimento da ferramenta

de formação-moldagem após 90 minutos, ratificou-se que todos os pontos estavam abaixo de 90°C, e o diferencial de temperatura era de 10°C ou su- perior, dependendo do ponto. Em seguida, o aquecimento prosseguiu, e quando o estado de aquecimento foi confirmado, novamente 180 minutos após o início do aquecimento, todos os pontos estavam abaixo de 90°C.

LISTAGEM DE REFERÊNCIA

1 ferramenta de formação-moldagem 10

15

20

25

2 parte da placa plana

3 parte da superfície plana

4 tubulação como via de fluxo do meio de aquecimento (para o aquecimento de uma parte convexa)

tubulação como via de fluxo do meio de aquecimento (para o aquecimento da parte da superfície plana)

30

6

7

8

9

10 11 12

13

14

15

16 xa sólida

17

18 19

Ofl

£-\J

21 22 23 26 27 50 60 convexa 70

material termo-condutor

cordão de borracha

entrada de uma resina matriz

porta de sangramento de uma resina matriz

material termo-isolante

orifício

porta de comunicação até um termo-regulador da tubulação

laminado

folha de borracha

quadro da folha de borracha

ferramenta de formação-moldagem dotada de uma parte conve- parte convexa sólida

tubulação como via de fluxo do meio de aquecimento pré-forma

meio de distribuição de resina placa

película de ensacamento selador

acoplador para carga

acoplador para produção de vácuo

linha de compensação de um produto

face lateral 60 contra a qual sopra o ar quente de uma parte ar quente

Claims

1. Ferramenta de formação-moldagem para moidagem por trans- ferência de resina de plásticos reforçados com fibra obtidos pela integração da parte da placa plana e da parte da superfície plana para formar uma parte convexa oca, em que a tubulação metálica, como via de fluxo do meio de aquecimento, é integrada à superfície posterior da parte da placa plana por meio de um material termo-condutor, e um cordão de borracha é integrado à parte externa da região usada para moldar ou formar na parte da superfície plana.

2. Ferramenta de formação-moldagem, de acordo com a reivin- dicação 1, em que a espessura da parte da placa plana é igual ou superior a 1 mm, e igual ou inferior a 15 mm.

3. Ferramenta de formação-moldagem, de acordo com a reivin- dicação 1 ou 2, em que o diâmetro do cordão de borracha é igual ou superior a 10 mm, e igual ou inferior a 100 mm.

4. Ferramenta de formação-moldagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que a entrada de resina e a porta de san- gramento da resina matriz para moidagem por transferência de resina são colocadas na parte da superfície plana entre a parte convexa e o cordão de borracha.

5. Ferramenta de formação-moldagem, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que a parte da placa plana é formada pela operação de prensagem.

6. Processo para produzir uma pré-forma caracterizado pelo fato de que a pré-forma para moidagem por transferência de resina é produzida pelo uso da ferramenta de formação-moldagem, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, compreendendo as seguintes etapas: (A) etapa de colocação para colocar sobre a ferramenta de for- mação-moldagem um laminado cujos tecidos de fibras de reforço contendo resina termoplástica e/ou termo-ajustável sobre sua superfície são lamina- dos; (B) a etapa de formação para formar o laminado pela produção de vácuo no interior de um espaço vedado, após o laminado ser totalmente revestido com uma folha de borracha com o objetivo de vedar a ferramenta de formação-moldagem; e (C) a etapa de aquecimento e pressurização para ligar os teci- dos de fibras de reforço através da resina termoplástica e/ou termo-ajustável sobre a superfície dos tecidos de fibras reforçadas pela circulação de um meio de aquecimento pela tubulação para aquecer e pressurizar- o laminado após sua formação.

7. Processo para produzir a pré-forma, de acordo com a reivindi- cação 6, em que um material subsidiário, como a via de fluxo da resina ma- triz na moidagem por transferência de resina, é colocado junto com o lami- nado na etapa de colocação (A).

8. Processo para produzir a pré-forma, de acordo com reivindi- cação 6 ou 7, em que a taxa de elevação da temperatura da ferramenta de formação-moldagem é igual ou superior a 0,5°C/minuto, e igual ou inferior a 3°C/minuto, na faixa de aquecimento de temperatura igual ou superior a 40°C, e igual ou inferior a 130°C na etapa de aquecimento e de pressuriza- ção (C).

9. Processo para produzir plásticos reforçados com fibra, carac- terizado pelo fato de que a pré-forma obtida pelo processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, é colocada na ferramenta de moida- gem diferente da ferramenta de formação-moldagem para infundir, impreg- nar e curar a resina matriz.

10. Processo para produzir plásticos reforçados com fibra, carac- terizado pelo fato de que a moidagem por transferência de resina é executa- da através do uso da ferramenta de formação-moldagem, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, compreendendo as etapas: (A) etapa de colocação para colocar sobre a ferramenta de for- mação-moldagem um laminado cujos tecidos de fibras de reforço contendo resina termoplástica e/ou termo-ajustável sobre sua superfície são lamina- dos; (B) a etapa de formação para formar o laminado pela produção de vácuo no interior de um espaço vedado, após o laminado ser totalmente revestido com uma folha de borracha com o objetivo de vedar a ferramenta de formação-moldagem; e (C) a etapa de aquecimento e pressurização para ligar os teci- dos de fibras de reforço através da resina termoplástica e/ou termo-ajustável sobre a superfície dos tecidos de fibras reforçadas pela circulação de um meio de aquecimento pela tubulação para aquecer e pressurizar o laminado após sua formação; (D) etapa de colocação do material subsidiário para colocar adi- cionalmente um meio de distribuição de resina e uma dobra de descama- mento para infundir e impregnar a resina matriz, enquanto a vedação da fo- lha de borracha é liberada, e a pré-forma obtida é mantida na ferramenta de formação-moldagem sem ser demoldada; (E) etapa de ensacamento para produzir vácuo no interior do espaço vedado após a pré-forma, o meio de distribuição de resina e a dobra de descamamento serem revestidos com uma película de ensacamento para vedar a ferramenta de formação-moldagem; (F) etapa de infusão e impregnação da resina para infundir uma resina matriz, enquanto o interior do espaço selado é submetido a vácuo para impregnar a resina matriz na pré-forma através do meio de distribuição de resina; (G) etapa de cura da resina para aquecer e curar a resina matriz através da circulação do meio de aquecimento pela tubulação; e (H) etapa de demoldagem para demoldar um produto moldado a partir da ferramenta de formação-moldagem.

11. Processo para produzir plásticos reforçados com fibra, de acordo com reivindicação 10, em que a placa de tração é colocada sobre o meio de distribuição de resina e sobre a dobra de descamamento na etapa de colocação do material subsidiário (D).

12. Processo para produzir plásticos reforçados com fibra, carac- terizado pelo fato de que a moidagem por transferência de resina é realizada com o uso da ferramenta de formação-moldagem, como definido em qual- quer uma das reivindicações 1 a 5, compreendendo as etapas: (A) etapa de colocação para colocar sobre a ferramenta de for- mação-moldagem um meio de distribuição de resina e a dobra de desca- mamento, como uma via para o fluxo de uma resina matriz na moidagem por transferência de resina, junto com um laminado, cujos tecidos de fibra de reforço contendo resina termoplástica e/ou termo-ajustável sobre suas su- perfícies são laminados; (B) etapa de formação para formar o laminado pela produção de vácuo no interior de um espaço vedado após o laminado ser totalmente re- vestido com uma folha de borracha para vedar a ferramenta de formação- moldagem; (C) etapa de pressurização e aquecimento para ligar os tecidos de fibra de reforço através da resina termoplástica e/ou termo-ajustável so- bre a superfície dos tecidos de fibra reforçada através da circulação do meio de aquecimento pela tubulação para aquecer e pressurizar o laminado após sua formação; (D) etapa de ensacamento para produzir vácuo no interior do espaço vedado após a pré-forma, o meio de distribuição de resina e a dobra de descamamento serem revestidos com uma película de ensacamento para vedar a ferramenta de formação-moldagem, enquanto a vedação da folha de borracha é liberada, e a pré-forma obtida, o meio de distribuição de resina e a dobra de descamamento são mantidos na ferramenta de formação- moldagem sem sofrerem demoldagem; (E) etapa de impregnação e infusão da resina para infundir a resina matriz, enquanto o interior do espaço vedado é submetido a vácuo para impregnar a resina matriz na pré-forma através do meio de distribuição de resina; (F) etapa de cura da resina para aquecer e curar a resina matriz pela circulação do meio de aquecimento pela tubulação; e (G) etapa de demoldagem para demoldar um produto moldado da ferramenta de formação-moldagem.

13. Processo para produzir plásticos reforçados com fibra, de acordo com a reivindicação 12, em que a placa de tração é colocada sobre o meio de distribuição de resina e sobre a dobra de descamamento na etapa de ensacamento (D) e em seguida a ferramenta de formação-moldagem é vedada com uma película de ensacamento.

14. Processo para produzir plásticos reforçados com fibra, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, em que a taxa de ele- vação da temperatura da ferramenta de formação-moldagem é igual ou su- perior a 0,5°C/minuto, e igual ou inferior a 3°C/minuto na faixa de aqueci- mento de temperatura igual ou superior a 40°C e igual ou inferior a 130°C na etapa de aquecimento e pressurização (C).