BRPI0809350A2

BRPI0809350A2 - Método para fabricar uma peça moldada compósita reforçada por fibra, e, peça moldada compósita reforçada por fibra

Info

Publication number: BRPI0809350A2
Application number: BRPI0809350-4A
Authority: BR
Inventors: Daniel Thomas Jones
Original assignee: Gurit
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2014-09-02
Also published as: GB2445929B; GB2448951A; GB0720585D0; BRPI0809413A2; BRPI0809389A2; GB0720581D0; EP2125341B1; US20140023515A1; EP2125343A1; PT2125344E; US9199431B2; ES2391128T3; GB0706198D0; CN101678616A; DK2125344T3; GB2448950B; DK2125341T3; GB2448950A; ES2394178T3; CN101678617B

Description

“MÉTODO PARA FABRICAR UMA PEÇA MOLDADA COMPÓSITA REFORÇADA POR FIBRA, E, PEÇA MOLDADA COMPÓSITA REFORÇADA POR FIBRA”

A presente invenção refere-se a um método para fabricar uma peça moldada compósita reforçada por fibra e a uma peça moldada compósita reforçada por fibra. Em particular, a presente invenção refere-se a uma peça moldada compósita reforçada por fibra adequada para fabricar grandes estruturas compósitas, tais como pás de turbina, pontes e cascos de barco.

Os três principais métodos de processamento de compósito termocurado atualmente usados para fabricar pás de turbina eólicas são:

1. laminação úmida (também conhecida como peça moldada aberta) - neste método, a resina termocurada pode curar em condições ambientes, porém as ferramentas são usualmente aquecidas a temperatura elevada, 50 - 90°C, para acelerar o processo de cura da resina;

2. o uso de materiais pré-impregnados e do material compósito de toque seco pré-impregnado do próprio Requerente, vendido sob o nome de produto SPRINT^ - tais materiais são tipicamente curados em uma temperatura elevada entre 85°C a 120°C; e

3. peça moldada de transferência de resina assistida por vácuo (também conhecida como VARTM, infusão de resina ou infusão a vácuo) neste método a resina líquida é infundida sob um vácuo dentro de um compósito de fibra seca e então pode curar em condições ambientes, embora as ferramentas (isto é, os moldes) sejam usualmente aquecidas a uma temperatura elevada entre 50 - 90°C, para acelerar o processo de cura.

As duas principais concepções de design para uma turbina eólica são a concepção da longarina estrutural e a concepção da casco estrutural. Na concepção de longarina estrutural, uma viga contendo carga separada é feita e ligada em duas seções de aerofólio. Na concepção de casco estrutural, as duas cascos de aerofólio externas são fabricadas contendo os materiais fibrosos estruturais principais. Uma trama de cisalhamento separada é então usada para prover a conexão de cisalhamento para formar a viga estrutural.

Quando utilizando-se uma laminação úmida ou processos de infusão de resina (VARTM) é mais comum utilizar-se a concepção de design de casco estrutural. A maior parte do laminado compósito é unidirecional (UD) para fornecer à turbina sua rigidez de flexão de flap. os materiais fibrosos remanescentes são usualmente produtos multiaxiais costurados, para prover reforço de cisalhamento. Núcleos de espuma ou madeira são também usados para localmente enrijecer as seções de pá. Na parte de feixe estrutural principal o laminado reforçado por fibra pode ser excedente a 30 mm de espessura e pode alcançar uma espessura de 80 mm em algumas das pás maiores do mercado, para fornecer a necessária rigidez e resistência. Na parte de feixe principal, o material UD é intercalado em pontos com material biaxial, para fornecer a necessária resistência de cisalhamento, porque nestas seções espessas ocorrerão rachaduras transversais se não forem periodicamente reforçadas desta maneira.

Quando utilizando-se sistemas de resina de cura de temperatura ambiente, uma significativa elevação de temperatura pode 20 ocorrer nestas seções espessas, devido à geração de calor exotérmico do processo de cura. Para permitir esta exoterma e ser capaz de introduzir calor para acelerar a velocidade de cura, uma ferramenta tolerante a temperaturas de tipicamente 90 - 130°C tipicamente seria requerida. Isto aumenta o custo e complexidade da ferramenta.

Para tomar as fibras unidirecionais manuseáveis para aplicar

dentro do molde, as fibras UD são supridas como um tecido pré-fabricado, que atua para reter as fibras juntas. Este processo acrescenta custo e introduz ondulações dentro da fibra, o que diminui sua resistência, particularmente em compressão. Em seções compósitas espessas, tecidos unidirecionais de fibra de carbono também provaram ser difíceis de confiavelmente impregnar com um processo VARTM. Isto é principalmente devido ao menor diâmetro das fibras de carbono, resultando em maior compactação e mais baixa permeabilidade sob vácuo.

5 O manuseio de altos volumes de fibra de carbono pode resultar

em significativos volumes de fios de fibra de carbono pequenos e soltos tomarem-se aerotransportados, através do desgaste e dilaceramento de manuseio do material, o que é tanto perigoso para a saúde como para o material elétrico (visto que curtos circuitos podem inadvertidamente ser estabelecidos).

Estes fatores tomam o uso de pré-impregnados unidirecionais altamente atrativo, visto que o material pode ser corretamente impregnado na máquina de pré-impregnação e feito diretamente de mechas de fibra de baixo custo. A resina do pré-impregnado mantém as fibras juntas e em colunas 15 retas, mantendo maiores módulo compressivo e resistência. Com uma máquina de pré-impregnação é mais fácil isolar os materiais de fibra secos compactamente dentro de um espaço de extração dedicado, para evitar que qualquer fibra solta contamine a mais vasta área da fábrica. Uma vez impregnadas, as fibras soltas aerotransportadas e os perigos de segurança e 20 elétricos associados são eliminados.

Quando olhando-se para o custo por kg para comprar um préimpregnado vs a fibra seca e resina de infusão de resina associada, o custo da pré-impregnação sobre papel é mais elevado. É complicado gerar o custo lado a lado, visto que há com frequência um custo de qualidade com processos de 25 infusão, que geralmente são menos confiáveis do que os processos de préimpregnação. Há também significativo desperdício de resina gerado no encanamento de injeção e outros consumíveis de infusão, o que depende da peça sendo fabricada.

Quando comparando-se o custo de pré-impregnados unidirecionais vs multiaxiais, o pré-impregnado unidirecional tem um custo por kg mais baixo, visto que não há custo associado convertendo-se primeiro as mechas de fibra em um tecido. Assim, quando comparando o custo por kg de pré-impregnado unidirecional com um pano unidirecional infundido, o pré5 impregnado unidirecional é de custo competitivo antes de se fazer uma análise detalhada do custo adicional dos processos de infusão. Um custo maior por diferença de kg existe quando comparando-se um pré-impregnado multiaxial vs um tecido multiaxial infundido, tomando a análise de custo benefício menos clara.

Os pré-impregnados unidirecionais têm melhoradas

propriedades mecânicas, permitindo que menos camadas e um feixe mais leve seja usado. Por esta razão, as pilhas de pré-impregnados unidirecionais já são usadas nas turbinas eólicas infundidas por resina. Nos processos de fabricação comerciais atuais, elas são primeiro laminadas em uma pilha, em seguida 15 curadas, então preparadas para união e em seguida inseridas em vários estágios dentro do molde durante o processo de laminação. Estas etapas acrescentam custo à pá final. Para tomar estas chapas manuseáveis há usualmente um comprimento máximo que pode ser processado e suspenso dentro do molde. Elas são usualmente curadas e colocadas e introduzidas 20 como múltiplas seções com juntas de ensambladura longitudinalmente afastadas (isto é, afilantes) ao longo do comprimento da pá, o que provê uma área de fraqueza na pá.

Há necessidade na técnica de uma peça moldada compósita reforçada por fibra e método de sua fabricação, que pelo menos parcialmente supere estes problemas de fabricação de tais peças moldadas, em particular peças moldadas de grandes dimensões, tais como pás de turbina eólicas, que tipicamente têm um comprimento de 30 m ou mais.

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é provido um método para fabricar uma peça moldada compósita reforçada por fibra, o método compreendendo as etapas de:

(a) dispor pelo menos uma camada de material de reforço fibroso dentro de um molde;

(b) dispor pelo menos uma camada pré-impregnada (102) adjacente ao material de reforço fibroso, a camada de pré-impregnação

compreendendo reforço fibroso pelo menos parcialmente impregnado com primeiro material de resina não curado, para formar um conjunto laminar da pelo menos uma camada de material de reforço fibroso e pelo menos uma camada de pré-impregnação dentro do molde;

(c) aplicar um vácuo ao conjunto;

(d) infundir um segundo material de resina não curado escoável, sob o vácuo, dentro da pelo menos uma camada de material de reforço fibroso; e

(e) curar os primeiro e segundo materiais de resina pelo menos parcial e simultaneamente, para formar a peça moldada compósita reforçada

por fibra, que compreende pelo menos uma primeira parte estrutural formada do reforço fibroso e do primeiro material de resina curado ligados a pelo menos uma segunda parte estrutural formada da pelo menos uma camada de material de reforço fibroso e do segundo material de resina curado.

Preferivelmente, os primeiro e segundo materiais de resina têm

uma respectiva faia de temperatura de cura, as faixas de temperatura de cura se sobrepõem e a etapa de cura (e) é realizada em uma temperatura dentro de cada faixa de temperatura de cura.

O segundo material de resina infundido preferivelmente tem 25 uma faixa de temperatura de cura que é mais baixa do que a faixa de temperatura de cura do material de resina pré-impregnado. Em uma forma de realização preferida, a etapa de cura é realizada em uma temperatura dentro da faixa de temperatura de cura do segundo material de resina infundido e a cura do segundo material de resina é exotérmica e gera calor para elevar a temperatura do primeiro material de resina para dentro da faixa de temperatura de cura do primeiro material de resina. Em outra forma de realização preferida, a etapa de cura é realizada em uma temperatura dentro da faixa de temperatura de cura do segundo material de resina e o molde é 5 aquecido para elevar a temperatura do primeiro material de resina préimpregnado dentro da faixa de temperatura de cura do primeiro material de resina pré-impregnado.

Preferivelmente, a pelo menos uma camada de material de reforço fibroso compreende material de reforço fibroso seco.

Preferivelmente, o pelo menos um corpo fibroso laminar da

pelo menos uma camada pré-impregnada compreende fibras unidirecionais.

Preferivelmente, na camada de pré-impregnação o reforço fibroso é totalmente impregnado com primeiro material de resina não curado.

A camada de pré-impregnação pode compreender uma chapa pré-consolidada de uma pluralidade de camadas de reforço fibroso totalmente impregnado com primeiro material de resina não curado.

Alternativamente, a pelo menos uma camada de préimpregnação pode ser parcialmente impregnada e pode compreender uma estrutura em sanduíche de um par de camadas de reforço fibroso em lados opostos de uma camada do primeiro material de resina não curado.

O conjunto laminar pode compreender uma pluralidade de camadas de material de reforço fibroso intercaladas com uma pluralidade de camadas de pré-impregnação.

Preferivelmente, o molde tem um comprimento e uma largura e as camadas de material de reforço fibroso e pré-impregnação estendem-se substancialmente ao longo do comprimento do molde.

O método pode ainda compreender a etapa, antes da etapa (a), de dispor uma camada de revestimento de superfície sobre a superfície do molde, a camada de revestimento de superfície compreendendo um terceiro material de resina não curado e sendo na forma de pelo menos uma folha sólida, e nas etapas (a) e (b) o conjunto laminar da pelo menos uma camada de material de reforço fibroso e a pelo menos uma camada de préimpregnação é disposta sobre a camada de revestimento de superfície dentro do molde e, na etapa de cura (e), o terceiro material de resina é curado pelo menos parcial e simultaneamente com os primeiro e segundo materiais de resina.

Preferivelmente, a camada de revestimento de superfície compreende uma pluralidade de segmentos de camada de revestimento de superfície montadas juntas para formar um a camada de revestimento de superfície contínua.

Preferivelmente, cada segmento de camada de revestimento de superfície tem pelo menos uma sua borda que parcialmente sobrepõe um segmento de camada de revestimento de superfície adjacente.

O terceiro material de resina da camada de revestimento de superfície pode ter uma espessura de 100 a 300 mícrons.

O terceiro material de resina da camada de revestimento de superfície pode ter uma espessura pesada aplicada de 100 a 400 gramas por metro quadrado (g/m2).

O terceiro material de resina da camada de revestimento de superfície é suportado em um veículo de um material laminar. O material laminar da camada de revestimento de superfície pode ter um peso de 10 a 90 g/m2.

Preferivelmente, o material laminar da camada de revestimento de superfície compreende um material de tecido grosso ligado por fiação de poliéster.

Preferivelmente, o material laminar da camada de revestimento de superfície é localizado na ou próximo de uma primeira face da camada de revestimento de superfície. Preferivelmente, uma primeira face da camada de revestimento de superfície é remota da superfície de molde, de modo que uma maior parte do terceiro material de resina é entre o material laminar e a superfície de molde.

Muitíssimo preferivelmente, o segundo material de resina e o terceiro material de resina têm diferentes viscosidades. O terceiro material de resina pode ter uma viscosidade mais elevada do que aquela do segundo material de resina em temperatura ambiente (20°C). A relação da viscosidade, medida em temperatura ambiente de 20°C, do terceiro material de resina e do segundo material de resina pode ter pelo menos 100/1, mais preferivelmente pelo menos 1000/1, ainda mais preferivelmente pelo menos 10.000/1.

Preferivelmente, na etapa de cura (e) o segundo material de resina é adaptado para iniciar a cura antes do terceiro material de resina.

A etapa de cura (e) pode ser realizada em uma temperatura elevada acima da temperatura ambiente, preferivelmente em uma temperatura de 40 a 90°C.

Preferivelmente, na etapa de cura (e) a reação de cura do segundo material de resina é exotérmica, o que gera calor que acelera a cura do terceiro material de resina.

O terceiro material de resina pode ser uma resina epóxi termocurável e/ou o primeiro material de resina e o segundo material de resina podem ser resinas epóxi termocuráveis.

A peça moldada compósita reforçada por fibra pode particularmente ser uma pá de turbina eólica.

De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é provida uma peça moldada compósita reforçada por fibra, compreendendo uma parte laminada estrutural sendo formada de pelo menos uma primeira camada, a primeira camada sendo formada de uma pré-impregnação e compreendendo reforço fibroso e primeiro material de resina curado, laminado com pelo menos uma segunda camada, a segunda camada compreendendo material de reforço fibroso e um segundo material de resina curado, em que os primeiro e segundo materiais de resina são mutuamente ligados por terem sido curados pelo menos parcial e simultaneamente.

Preferivelmente, o reforço fibroso compreende fibras

unidirecionais.

A parte laminada estrutural pode compreender uma pluralidade das primeiras camadas intercaladas com uma pluralidade de segundas camadas.

Preferivelmente, a peça moldada tem um comprimento e uma

largura e o reforço fibroso e o material de reforço fibroso estendem-se substancial e continuamente ao longo do comprimento da peça moldada.

A peça moldada compósita reforçada por fibra preferivelmente compreende ainda uma parte de superfície laminada na parte estrutural, a 15 parte de superfície sendo formada de uma camada de revestimento de superfície compreendendo uma pluralidade de segmentos de camada de revestimento de superfície moldados juntos para formar uma camada de revestimento de superfície contínua, a camada de revestimento de superfície compreendendo um terceiro material de resina curado, apoiado em um 20 portador de um material laminar.

O material laminar da camada de revestimento de superfície pode ser localizado mais próximo de uma interface entre a parte de superfície e a parte estrutural do que uma superfície exposta oposta da parte de superfície.

A peça moldada compósita reforçada por fibra é muitíssimo

preferivelmente uma pá de turbina eólica.

A presente invenção é pressuposta no achado pelo inventor que, utilizando-se em formas de realização particulares, a combinação de uma resina de infusão de cura em temperatura ambiente e uma resina de préimpregnação de cura em temperatura mais elevada de uma estrutura laminada, a resina de pré-impregnação pode ser prontamente curada, mesmo em seções espessas relativas do molde, recebendo calor adicional da cura exotérmica da resina de infusão e/ou por aquecimento da ferramenta. O resultado é que as 5 pré-impregnações não curadas podem ser combinadas com um processo de infusão VARTM em um processo de fabricação aperfeiçoado muito eficiente, em que as duas resinas, de infusão e pré-impregnação, podem ser curadas juntas em uma etapa de cura comum. Não é necessária pré-cura da préimpregnação.

Isto também provê um produto melhorado, por exemplo, para

peças moldadas longas e/ou espessas, tais como pás de turbina eólicas ou convés de ponte. Para peças moldadas longas, as pré-impregnações podem ser incorporadas como comprimentos muito longos, porque elas incluem resina não curada e assim não tiveram que ser seccionadas em unidades menores 15 para uma etapa de pré-cura e também são mecanicamente flexíveis e assim podem ser acomodadas como longas extensões com algum grau de curvatura dentro do molde. Portanto, comprimentos contínuos de pré-impregnados podem ser aplicados diretamente dentro do molde durante o estágio de colocação, para evitar o problema de junta ensambladura. A etapa de cura 20 final para a resina de pré-impregnação então ocorre com a cura da resina infundida do resto do laminado compósito.

Isto contrasta com o uso conhecido de menores comprimentos de pré-impregnados curados. Os mais longos comprimentos de préimpregnados fornecem propriedades mecânicas aperfeiçoadas, porque múltiplas juntas de ensambladura, como examinado acima, com incorporação de pré-impregnado conhecido, podem ser evitadas.

É alternativamente possível para o método da invenção fornecer para alguns produtos uma pluralidade de segmentos pré-impregnados individuais, interconectados ao longo do comprimento do molde, usando-se as extremidades de intertravamento afilantes da estrutura de ensambladura conhecida e isto ainda fornecerá vantagens de fabricação em relação ao método conhecido de utilizarem-se pré-impregnados como examinado acima. Em tal método destas formas de realização da presente invenção, os pré5 impregnados são pré-consolidados em um processo mais rápido, em comparação com o processo de pré-cura conhecido, em vez de curado, para tanto remover ar entre as camadas e fornecer uma pilha manuseável para colocar dentro do molde. Repetindo, a etapa de cura final para a resina préimpregnada então ocorre com a cura da resina infundida do resto do laminado 10 compósito.

De acordo com formas de realização preferidas da presente invenção, uma película de revestimento de superfície de resina epóxi termocurada não curada de temperatura de cura elevada, tendo viscosidade relativamente elevada, pode ser primeiro laminada em um molde, fibra seca é 15 então aplicada junto com a(s) camada(s) pré-impregnada(s) incluindo resina pré-impregnada não curada, preferivelmente também resina epóxi termocurada e então a fibra seca é impregnada com uma resina de cura em temperatura ambiente de relativamente baixa viscosidade, preferivelmente também resina epóxi termocurada, por um processo de infusão VARTM. A 20 temperatura do molde e/ou a temperatura do ar ambiente podem ser elevadas, de modo que os três materiais de resina podem co-curar juntos.

Em um arranjo, as temperaturas do molde e/ou do ar circundante são aumentadas, de modo que o ponto de ativação da temperatura da película de superfície de resina epóxi termocurada, se presente, e da resina de pré-impregnação é alcançado e os materiais de resina podem co-curar.

Em outro arranjo, a resina de cura em temperatura ambiente, que foi infundida, gera suficiente calor exotérmico, de modo que a temperatura da pilha aumenta e o ponto de ativação da temperatura da película de superfície de resina epóxi termocurada de cura elevada, se presente, e da resina pré-impregnada é alcançado e os materiais de resina podem co-curar.

Em outro arranjo, uma combinação de aumento da temperatura do molde e/ou do ar circundante é empregada, desse modo aumentando a taxa 5 de reação da resina infundida de cura em temperatura ambiente, de modo que o calor exotérmico é produzido em uma velocidade mais rápida, causando uma maior elevação na temperatura do laminado, que pode exceder a temperatura de entrada da resina. Isto então faz com que a temperatura de ativação do epóxi termocurado de elevada temperatura de cura do pré10 impregnado seja excedida e os materiais possa co-curar em uma mais rápida velocidade.

Esta concepção técnica subjacente da presente invenção, portanto, combina uma pré-impregnação de cura de temperatura elevada com camadas fibrosas que são então infundidas com resina de cura de baixa 15 temperatura e as duas resinas são co-curadas. Quando a pilha pré-impregnada, preferivelmente UD, é intercalada com fibra seca que infunde com a resina de cura ambiente, isto aumenta o aquecimento da pilha pré-impregnada, devido à geração de calor exotérmico pela resina infundida de cura. Isto, por sua vez, ajuda a aumentar a temperatura da pilha pré-impregnada mais rapidamente, 20 para obter-se a requerida temperatura de cura mínima, desse modo acelerando o tempo do ciclo.

O que geralmente evita algumas pré-impregnações de temperatura de cura elevada atuais, por exemplo, cura a 70 a 90°C, de serem usadas comercialmente em uma ferramenta de baixa temperatura, adaptada 25 para ser usada em temperaturas mais baixas, tipicamente cerca de 20 a 40°C, é que a baixa temperatura requerida, a fim de não avariar a ferramenta, resulta em uma velocidade de cura mais lenta do pré-impregnado na temperatura da ferramenta. Há também uma preocupação para evitar que qualquer elevado calor exotérmico resultante da cura da resina do pré-impregnado na seção mais espessa superaqueça a ferramenta.

Entretanto, nas seções espessas do laminado, a elevada temperatura de exoterma alcançada tende a ser isolada da superfície da ferramenta, uma vez que a temperatura de pico ocorre no centro do laminado.

5 Portanto, um nível de temperatura de exoterma acima da Tg da ferramenta pode ser tolerado.

Um tempo de ciclo rápido pode ser projetado sintonizando-se a ativação e velocidade de cura do pré-impregnado para corresponder à seção mais fina (tipicamente 3-5 mm de espessura), onde a temperatura da 10 superfície do laminado é quase igual à temperatura pico do laminado em seu centro. Em tal caso, o tempo limitador do processo é a velocidade de cura do pré-impregnado na máxima temperatura da ferramenta.

Em algumas ferramentas para produzir pás de turbina para geradores de energia eólica, um encanamento de aquecimento de água é provido dentro da ferramenta para limitar a temperatura final do molde. Em particular, a taxa de elevação da temperatura da ferramenta diminui dramaticamente quando a ferramenta aproxima-se da temperatura da entrada da água, porque não há mais uma significativa diferença de temperatura acionando a transferência de calor para a superfície da ferramenta, oriunda da peça moldada exotermicamente aquecida quando a resina cura. A geração de calor exotérmica do laminado de infusão é altamente benéfica nestas ferramentas, porque uma temperatura de laminado em excesso da temperatura de entrada da água pode ser alcançada para ativar e curar a resina préimpregnada. A resina pré-impregnada pode então começar sua própria reação exotérmica e a temperatura do laminado em excesso da entrada de calor pode ser mantida para uma cura mais rápida dentro do limite Tg da ferramenta.

Este expediente funcionará com os pré-impregnados tendo uma temperatura de cura, por exemplo, maior do que cerca de 90°C, porém a velocidade de cura da resina seria um tanto baixa. Para métodos empregando ferramentas de baixa temperatura e tipicamente um sistema de préimpregnação de 60 - 70°C, a velocidade de cura seria satisfatória. O agente de cura de custo mais elevado e temperatura mais baixa pode ser empregado comercialmente em combinação com o pré-impregnado UD. Isto ocorre 5 porque a resina de custo relativamente mais elevado é deslocada pelo préimpregnado UD, que pode utilizar mechas de custo mais baixo, porque não ha custo de conversão de tecido. Ao contrário, pré-impregnados de tecido têm um custo de pré-impregnação mais elevado e assim combinando estes com um agente de cura mais dispendioso é menos comercialmente viável.

Formas de realização preferidas da presente invenção

fornecem camadas de fibra seca e pré-impregnado UD intercalantes dentro de um molde, encaixando materiais de núcleo nas camadas intercaladas e então usando-se um processo de infusão de resina para impregnar os materiais secos e ligar os materiais de núcleo para formar um material compósito unitário.

Formas de realização preferidas da presente invenção também

provêem que, elevando-se a temperatura para co-cura, uma ou mais préimpregnações unidirecionais, incorporando resina de cura de temperatura relativamente elevada e de cura em temperatura relativamente baixa, em particular cura em temperatura ambiente, a resina de infusão aquecendo a

ferramenta (e também a face do saco de vácuo se necessário), de modo que a temperatura de ativação da resina de pré-impregnação seja alcançada e a geração de calor exotérmico da resina de infusão e da resina de préimpregnação, pode auxiliar em uma mais rápida cura da resina de préimpregnação.

As formas de realização preferidas da presente invenção têm

particular aplicação na produção de pás de turbina eólicas, ou vigas requerendo seções UD espessas, tais como convés de ponte.

As formas de realização da presente invenção podem também prover a vantagem de que fibras unidirecionais, bem alinhadas, de baixo custo poderem ser aplicadas dentro de um molde, para melhorar as propriedades mecânicas de uma estrutura semelhante a viga, por exemplo, uma pá de turbina eólica, enquanto ainda utilizando processo de infusão de resina de baixo custo para o laminado restante. Além disso, as formas de realização 5 preferidas da presente invenção podem prover a vantagem de remover os problemas associados com o uso de um pré-impregnado UD com uma temperatura de ativação de cura de resina próxima da potência nominal de máximo calor ou entrada de calor da ferramenta.

As formas de realização da presente invenção podem ainda 10 prover a vantagem de que propriedades aperfeiçoadas do componente de préimpregnação do laminado compósito possam ser obtidas sem requerer uma etapa de pré-cura para a pré-impregnação e também permitindo o possível uso, onde o artigo moldado requeira isto, de uma pré-impregnação contínua ao longo do inteiro comprimento do artigo, por exemplo, uma pá de turbina 15 eólica, que pode tipicamente ser de até 50 m de comprimento.

Formas de realização preferidas da presente invenção podem ainda prover a vantagem de poderem aumentar a velocidade da cura da resina de pré-impregnação, diminuir a temperatura total da cura dentro do molde e, portanto, possibilitar o uso de uma temperatura mais baixa e, consequentemente, uma ferramenta de peça moldada de mais baixo custo.

As formas de realização da invenção serão agora descritas, somente como exemplo, com referência às Figuras acompanhantes, em que:

A Fig. 1 é uma vista em seção transversal, na direção da largura do molde, de um arranjo de uma pluralidade de películas de revestimento de superfície sobrepondo-se, formadas em uma primeira etapa de uma forma de realização do método da presente invenção;

A Fig. 2 é uma vista em seção transversal, na direção do comprimento do molde, das películas de revestimento de superfície da Figura i; A Fig. 3 é uma vista em seção transversal, na direção da largura do molde, das películas de revestimento de superfície da Figura 1, subsequentemente cobertas por uma primeira de duas camadas de reforço de tecido em uma segunda etapa da forma de realização do método da presente invenção;

A Fig. 4 é uma vista em seção transversal, na direção do comprimento do molde, do conjunto da Figura 3;

A Fig. 5 é uma vista em seção transversal, na direção da largura do molde, do conjunto da Figura 3, subsequentemente coberta por uma camada de pré-impregnação e reforços de tecido secos adicionais em uma subsequente etapa da forma de realização do método da presente invenção;

A Fig. 6 é uma vista em seção transversal, na direção do comprimento do molde, do conjunto da Figura 5; e

A Fig. 7 é uma vista em planta explodida, parcialmente esquemática, de um arranjo de uma pluralidade de películas de revestimento de superfície sobrepondo-se e camadas de reforços de tecido secos sobrepondo-se formadas, a sobreposição em cada caso sendo na direção do comprimento do molde e na direção da largura do molde, de acordo com uma outra forma de realização do método da presente invenção.

De acordo com as formas de realização preferidas da presente invenção, o processo de fabricação básico para a peça moldada compósita reforçada por fibra inclui as etapas de:

preparar um molde e aplicar um agente de liberação; opcionalmente colocar dentro do molde uma camada de revestimento de superfície compreendendo uma película de resina de revestimento de superfície na forma de pelo menos uma folha sólida, com sobreposições preferíveis entre segmentos adjacentes da camada de revestimento de superfície, a camada de revestimento de superfície opcionalmente sendo provida em combinação com uma camada de reforço de tecido seca, adjacente à camada de revestimento de superfície que é pré-presa à camada de revestimento de superfície;

colocar dentro do molde, sobre a camada de revestimento de superfície, uma camada estrutural compreendendo reforço de tecido seco estrutural, com preferíveis sobreposições entre segmentos adjacentes da camada estrutural.

colocar dentro do molde, sobre a camada estrutural, pelo menos uma camada de pré-impregnação totalmente impregnada, compreendendo reforços de fibra e material de resina, muitíssimo preferivelmente reforços de fibra unidirecionais estendendo-se ao longo da direção do comprimento do molde;

opcionalmente colocar sobre a camada estrutural reforços de tecido secos estruturais e/ou camadas pré-impregnadas para formar uma estrutura intercalada destas camadas.

opcionalmente colocar um material de núcleo sobre as camadas estruturais e pré-impregnadas;

colocar e conectar um sistema de infusão de alimentação de

resina;

cobrir o molde com uma camada de casca, uma película de

liberação, uma malha de infusão opcional e um saco de vácuo; desavolumar o sistema sob vácuo total;

condicionar o sistema na temperatura de infusão da resina, para remover o restante ar aprisionado e para amolecer a película de resina de revestimento de superfície;

criar um diferencial de pressão através do sistema e utilizar o diferencial de pressão para alimentar um composto de resina dentro do sistema, para revestir o reforço fibroso capaz de ser infundido;

cessar a alimentação do composto de resina dentro do sistema; manter algum diferencial de pressão; e

permitir que o composto de resina, a resina de préimpregnação e a película de resina de revestimento de superfície, quando presentes, endureçam e curem.

Uma explicação mais detalhada das etapas do processo de

acordo com uma forma de realização particular é descrita com referência às Figuras 1 a 6 dos desenhos. Nesta forma de realização ilustrada, as camadas de revestimento de superfície são inicialmente aplicadas dentro do molde e a resina de revestimento de superfície é co-curada com a resina de infusão. 10 Entretanto, as camadas de revestimento de superfície podem ser omitidas e, em seu lugar uma cobertura de gel convencional pode ser usada para prover a superfície da peça moldada.

As Figuras 1 e 2 mostram o leiaute preferido para as camadas de revestimento de superfície dependendo de sua localização em um molde. 15 Com referências às Figuras 1 e 2, após preparar um molde e aplicar um agente de liberação (não mostrado) à superfície de molde 10, uma camada de revestimento de superfície 12 é aplicada à superfície de molde 10. A camada de revestimento de superfície 12 compreende uma camada de resina de revestimento de superfície 14 na forma de pelo menos uma folha sólida, que é 20 contida em uma camada 16 de material de tecido grosso, para auxiliar na retenção da resina da superfície de molde 10. Tipicamente, a camada de tecido grosso 16 é um material de poliéster, tal como véu de poliéster 16.

Na forma de realização ilustrada, a camada de revestimento de superfície 12 compreende uma pluralidade de segmentos de camada de revestimento de superfície 106, 206, 306 montados juntos para formar uma camada de revestimento de superfície contínua 12 na forma de diversas folhas sólidas.

Quando montando-se a camada de revestimento de superfície 12 sobre a superfície de molde 10, um primeiro segmento 106 é sobreposto por um segundo segmento 206 na direção da largura do molde, a sobreposição formando uma parte de borda coberta mais inferior 107 do primeiro segmento 106 e uma parte de borda cobertura superior 207 do segundo segmento 206. Por sua vez, o segundo segmento 206 é sobreposto por um terceiro segmento 5 306 na direção da largura do molde, a sobreposição formando uma parte de borda coberta inferior 208 do segundo segmento 206 e uma parte de borda cobrindo superior 307 do terceiro segmento 306. Portanto, as partes de borda oposta 207, 208, longitudinalmente dirigidas ao longo do molde, do segundo segmento 206, têm uma relação de sobreposição sobre ou sob 10 respectivamente com uma parte de borda 107, 307 do respectivo segmento adjacente 106, 306.

Embora não ilustrado, se houver mais segmentos na direção da largura, esta configuração de sobreposição é repetida através da largura do molde para segmento sucessivos.

Na direção do comprimento do molde, é possível terem-se

diferentes configurações da camada de revestimento de superfície. Em muitas formas de realização, um comprimento contínuo da camada de revestimento de superfície pode ser disposto ao longo do comprimento do molde e, onde possível, isto pode ser preferível para reduzir o tempo de colocação, por 20 exemplo. Em outras formas de realização alternativas, as camadas de revestimento de superfície podem sobrepor-se ou contactar na direção do comprimento do molde.

Entretanto, nesta forma de realização particular, na direção do comprimento do molde, há uma relação de contato. Voltando aos desenhos, 25 adjacente ao primeiro segmento 106 há um quarto segmento 406. O quarto segmento 406 contacta e é posicionado rente com a borda do primeiro segmento 106. Correspondentemente, um quinto segmento 506 contacta o quarto segmento 406 e é posicionado rente com a borda do quarto segmento 406. Cada segmento de camada de revestimento de superfície 106, 206, 306, 406, 506 compreende um segmento de camada de resina de revestimento de superfície 105, 205, 305, 405, 505, que é contido sobre um segmento de material de tecido grosso 104, 204, 304, 404, 504.

Repetindo, embora não ilustrado, se houver mais segmentos na

direção do comprimento, esta configuração de contato é repetida através do comprimento do molde para segmentos sucessivos.

Segmentos adicionais são dispostos dentro do molde, em uma relação de sobreposição em uma direção, e em uma relação de contato em 10 outra direção, a fim de cobrir a inteira superfície de molde. Os diversos segmentos de camada de revestimento de superfície 106, 206, 306, 406 etc., portanto, formam uma camada de revestimento de superfície contínua segmentada 12 na forma de uma pluralidade de folhas sólidas.

Em uma forma de realização alternativa, pode haver uma tal 15 relação de sobreposição para as películas de revestimento de superfície em duas direções mutuamente orientadas, por exemplo, na direção do comprimento do molde, bem como na direção da largura do molde, que é ortogonal a elas. Isto pode prover que todas as bordas da camada de revestimento de superfície tenham uma relação de sobreposição, exceto nas 20 extremidades do molde.

Com referência às Figuras 3 e 4, após a camada de revestimento de superfície 12 ter sido formada, uma camada estrutural 22, compreendendo pelo menos uma camada 24, 26 de material de reforço fibroso, é disposta sobre a camada de revestimento de superfície 12 para 25 prover, na parte da superfície de molde 10, um conjunto, na forma de uma pilha laminar, da camada de revestimento de superfície 12 e camada estrutural 22. O material de reforço fibroso seco pode ser selecionado de uma ou mais de fibra de vidro, fibra de aramida, fibra de carbono, linho ou juta, ou misturas deles. A pelo menos uma camada 24, 26 do material de reforço fibroso pode ser segmentada e subsequentemente posicionada acima da camada de revestimento de superfície 12 em uma configuração segmentada sobrepondo-se, similar àquela para a camada de revestimento de superfície 5 12, para prover uma estrutura de ventilação e permitir que ar aprisionado passe para fora durante subsequente processamento de infusão de resina.

Na configuração segmentada sobrepondo-se, uma respectiva pilha de segmento de camadas de reforço secas 102, 103, 202, 203; 302, 303 é localizada sobre o respectivo segmento de camada de revestimento de superfície 106; 206; 306.

Inicialmente, uma pilha de segmento de camadas de reforço secas 102, 103 é disposta sobre o primeiro segmento de camada de revestimento de superfície 106.

A camada de reforço seca mais inferior 103 do primeiro 15 segmento de pilha é conformada e dimensionada a fim de cobrir aquela parte da superfície superior do primeiro segmento de camada de revestimento de superfície 106 que está exposto e, assim, contactar a parte de borda 207 do segundo segmento 206. A próxima camada de reforço seca 102 é colocada sobre a primeira camada de reforço seca mais inferior 103 e, por uma parte de 20 borda 108 da próxima camada de reforço seca 102, a parte de borda do segundo segmento 206.

Subsequentemente, uma segunda pilha de segmento de camadas de reforço secas 202, 203 é disposta sobre o segundo segmento de camada de revestimento de superfície 206.

A camada de resina de superfície mais inferior 203 do segundo

segmento de pilha é conformada e dimensionada a fim de cobrir aquela parte da superfície superior do segundo segmento de camada de revestimento de superfície 206 que está exposto e, assim, contactar a parte de borda 307 do terceiro segmento 306, e também a fim de cobrir a parte de borda 108 da camada de reforço seca 102. A próxima camada de reforço seca 202 é colocada sobre a camada de reforço seca mais inferior 203 e é conformada e dimensionada a fim de cobrir a camada de reforço seca 203 e, por uma parte de borda 208 da próxima camada de reforço seca 202, a parte de borda 307 do terceiro segmento 306.

Subsequentemente5 uma terceira pilha de segmento de camadas de reforço secas 302, 303 é disposta sobre o terceiro segmento de camada de revestimento de superfície 306.

A camada de reforço seca mais inferior 303 do terceiro 10 segmento de pilha é conformada e dimensionada a fim de cobrir aquela parte da superfície superior do terceiro segmento de camada de revestimento de superfície 306 que está exposto e a fim de cobrir a parte de borda 208 da camada de reforço seca 202. A próxima camada de resina de superfície 302 é colocada sobre a camada de reforço seca mais inferior 303 e é conformada e 15 dimensionada a fim de cobrir a camada de reforço seca mais inferior 303.

Se houver mais segmentos através da largura do molde, pilhas de segmento subsequentes de camadas de reforço secas são correspondentemente aplicadas em uma configuração de sobreposição.

Na direção do comprimento do molde, no que diz respeito à 20 camada de revestimento de superfície, é possível terem-se diferentes configurações das camadas de reforço secas. Em muitas formas de realização, um comprimento contínuo de camada de reforço seca pode ser disposto ao longo do molde sobre a camada de revestimento de superfície e, onde possível, isto pode ser preferível para reduzir o tempo de colocação, por 25 exemplo. Este reforço seco contínuo pode prover melhoradas propriedades mecânicas na direção do comprimento, particularmente para uma pá de turbina eólica, por causa da ausência de juntas longitudinalmente afastadas no reforço seco. Em outras formas de realização alternativas, as camadas de reforço secas podem sobrepor-se ou contactar na direção do comprimento do molde.

Entretanto, nesta forma de realização particular, na direção do comprimento do molde, há uma relação de contato. Voltando aos desenhos, o quarto segmento 406 é correspondentemente coberto pelas camadas de 5 reforço secas 402, 403, que se contactam e são posicionadas rentes com as bordas das camadas de reforço secas 102, 103. Correspondentemente, o quinto segmento 506 é coberto por camadas de reforço secas 502, 503 que contactam as e são posicionadas rentes às bordas das camadas de reforço secas 402, 403 sobre o quarto segmento 406.

Repetindo, embora não ilustrado, se houver mais segmentos na

direção do comprimento, esta configuração de contato das camadas de reforço secas é repetida através do comprimento do molde para segmentos sucessivos.

As camadas de reforço secas estruturais são disposta dentro do molde sobre os respectivos segmentos de revestimento de superfície, em uma relação de sobreposição em uma direção e em uma relação de contato em outra direção, a fim de cobrir a inteira superfície de molde. Isto forma uma camada estrutural contínua segmentada 22.

Em uma forma de realização alternativa, pode haver uma tal relação de sobreposição para as camadas de reforço secas estruturais em duas 20 direções mutuamente orientadas, por exemplo, na direção do comprimento do molde, bem como na direção da largura do molde que é ortogonal a ele. Isto pode prover que todas as bordas de camada de reforço seca estrutural tenham uma relação de sobreposição, exceto nas extremidades do molde. A seleção da relação de sobreposição particular pode depender da estrutura e 25 composição das camadas de reforço de tecido secas e da natureza particular e da aplicação final do artigo sendo fabricado.

A provisão de tal relação de sobreposição para as camadas de reforço secas estruturais em duas direções mutuamente orientadas pode ser provida com uma ou outra das duas configurações de sobreposição para a camada de revestimento de superfície descrita acima, isto é, a sobreposição da camada de revestimento de superfície em somente uma direção ou em duas direções mutuamente orientadas.

A Figura 7 é uma vista em planta explodida, parcialmente 5 esquemática, de um arranjo de uma pluralidade de películas de revestimento de superfície sobrepondo-se e camadas de reforços de tecido secos sobrepondo-se formadas, a sobreposição em cada caso sendo na direção do comprimento do molde (x) e na direção da largura do molde (y), de acordo com uma outra forma de realização do método da presente invenção. A 10 película de revestimento de superfície 700 inclui uma pluralidade de segmentos 702, que sobrepõem as bordas adjacentes 704, 706, orientadas em duas direções ortogonais (x e y).

Cada uma de três camadas empilhadas 708, 710, 712 de reforço de tecido seco inclui uma respectiva pluralidade de segmentos 714, 15 716, 718, que também sobrepõem as bordas adjacentes 720, 722; 724, 726; 728, 730, orientadas em duas direções ortogonais. Como examinado aqui, em tal pilha de segmentos sobrepostos as camadas de reforço de tecido secas são tipicamente camadas de reforço de tecido biaxiais e/ou triaxiais.

Será evidente para a pessoa hábil que a forma de realização ilustrada incorpora duas camadas de reforço secas estruturais, porém menos ou mais camadas e materiais de núcleo, tais como madeira e espuma, podem ser empregados se desejado.

Em uma forma de realização alternativa, uma primeira camada de fibra de reforço pode ser inicialmente aderida, por fixação, aos segmentos 25 de camada de revestimento de superfície que são colocados sobre a superfície do molde. Portanto, as primeiras camadas dispostas dentro do molde são camadas de revestimento de superfície de resina e reforço de fibra integrais. Esta forma de realização pode reduzir o tempo total de colocação requerido para montar todas as camadas para forma o laminado dentro do molde. Com referência às Figuras 5 e 6, pelo menos uma camada de pré-impregnação 101 é então disposta sobre a camada estrutural 22. A camada de pré-impregnação 101 não é mostrada em escala, para fins de clareza de ilustração. A camada de pré-impregnação 101 compreende reforços de fibra 5 800, muitíssimo preferivelmente reforços de fibra unidirecionais estendendose ao longo da direção do comprimento do molde, aderidos a uma resina de pré-impregnação não curada 801. A camada de pré-impregnação 101 preferivelmente compreende uma estrutura em sanduíche de duas folhas opostas de reforços de fibra externos 800, com uma camada de resina de pré10 impregnação não curada central 802 entre elas. Na camada pré-impregnada 101 os reforços de fibra 800 podem ser parcial ou totalmente impregnados pela resina não curada 801. As diversas camadas de pré-impregnação podem ser empilhadas juntas. Uma ou mais camadas de reforço secas estruturais adicionais 100 são dispostas sobre a(s) camada(s) de pré-impregnação 101. 15 Isto forma uma estrutura intercalada entre os reforços de tecido secos estruturais e/ou camadas pré-impregnadas UD5 para formar uma estrutura intercalada destas camadas.

Pelo menos uma camada adicional, por exemplo, um núcleo de espuma (não mostrado) e/ou uma ou mais camadas de reforço secas estruturais adicionais (não mostradas) podem ser colocadas sobre a estrutura intercalada. Isto completa a pilha laminada 30, que está agora pronta para infusão de resina, como mostrado na Figura 6.

A forma de realização ilustrada nas Figuras 1 a 6 preferivelmente incorpora uma estrutura de reforço de tecido seca triaxial, em 25 que as fibras das camadas de reforço secas estruturais são orientadas em três respectivas direções axiais. Entretanto, em formas de realização alternativas, a configuração das camadas de reforço estruturais de tecido secas pode ser diferente. Por exemplo, os tecidos secos estruturais poderiam ser de orientação unidirecional (UD), biaxial ou triaxial. As sobreposições dos tecidos secos geralmente existiriam nas direções tanto da largura como do comprimento para orientações biaxiais e triaxiais. Em geral, os tecidos unidirecionais (UD) sobrepõem-se na direção da largura, enquanto que na direção do comprimento tal sobreposição não é necessária e geralmente 5 somente ocorreria se, durante a colocação do tecido dentro do molde, houvesse um rolo de tecido curto e o tecido parasse no meio do molde.

A infusão de resina é então realizada de uma maneira conhecida daqueles hábeis na técnica. Em particular, o conjunto das camadas de pré-impregnação e adicionais de superfície, estruturais sobre o molde é 10 coberta com, por sua vez, uma camada de casca, uma película de liberação e uma malha de infusão opcional para aumentar a velocidade de impregnação em partes selecionadas do laminado. Em seguida o inteiro conjunto de molde é disposta dentro de um saco de vácuo. Um sistema de infusão de alimentação de resina é conectado ao saco, o saco tendo um orifício a montante conectado 15 a uma fonte de composto de resina e um orifício a jusante conectado a uma fonte de vácuo. O vácuo é aplicado ao saco de vácuo com o orifício a montante fechado, para desse modo desavolumar o sistema sob vácuo total. Se necessário, quaisquer vazamentos são identificados e reparados se presentes. O vácuo é mantido em um nível desejado a fim de condicionar o 20 sistema na temperatura de infusão da resina, para remover ar aprisionado remanescente e amolecer a película de resina de revestimento de superfície. Em seguida o orifício a montante é aberto, desse modo criando um diferencial de pressão através do sistema. O diferencial de pressão atua para alimentar um composto de resina líquido, oriundo da fonte de composto de resina, para 25 dentro do sistema, para cobrir o reforço fibroso. Desta maneira, o composto de resina é infundido completamente dentro das camadas de reforço fibrosas secas. Resina de infusão estrutural suficiente é alimentada ao sistema para totalmente impregnar as fibras. Finalmente, a alimentação do composto de resina dentro do sistema é terminada e vácuo total é aplicado ao sistema. A resina estrutural infundida então aumenta de viscosidade e começa a curar após um período de tempo governado pela reatividade da resina e pela quantidade de calor aplicado ao laminado. Alternativamente, o vácuo pode ser reduzido se a resina tiver um longo tempo de gel para evitar 5 que a resina seja drenada para fora do laminado. Calor adicional pode ser aplicado durante ou após injeção da resina, para acelerar o processo de cura da resina estrutural e ativar a cura da superfície e resinas pré-impregnadas.

Os materiais de resina estruturais pré-impregnados e infundidos são curados pelo menos parcial e simultaneamente. A parte estrutural formada da pré-impregnação é ligada à parte estrutural formada de material de reforço fibroso seco pelo material de resina pré-impregnado e material de resina de infusão co-curados. Os materiais de resina estruturais pré-impregnados e infundidos têm uma respectiva faixa de temperatura de cura e as faixas de temperatura de cura se sobrepõem e a etapa de cura é realizada em uma temperatura dentro de cada faixa de temperatura de cura. O material de resina infundido tem uma faixa de temperatura de cura que é mais baixa do que a faixa de temperatura de cura do material de resina préimpregnado. A etapa de cura pode ser realizada em uma temperatura, p. e., em uma temperatura ambiente de, por exemplo, 20°C, ou em temperatura elevada, por exemplo, até 40°C, dentro da faixa de temperatura de cura do material de resina infundido. A cura do material de resina infundido é exotérmica e gera calor para elevar a temperatura do material de resina préimpregnado para dentro da faixa de temperatura de cura do material de resina pré-impregnado. Opcionalmente, o molde é adicionalmente aquecido para elevar a temperatura do material de resina pré-impregnado para dentro da faixa de temperatura de cura do material de resina pré-impregnado. Isto pode ainda acelerar a cura da resina pré-impregnada.

Quando uma camada de revestimento de superfície de resina não curada é inicialmente disposta na superfície do molde, a camada de revestimento de superfície não curada é, na etapa de cura, curada pelo menos parcial e simultaneamente com os materiais de resina pré-impregnados e infundidos. Repetindo, o calor exotérmico da resina infundida de cura pode iniciar ou acelerar a cura da resina de superfície e, opcionalmente, o molde pode ser aquecido para acelerar mais a cura.

Após completa cura da resina de infusão estrutural, da resina pré-impregnada e, quando presente, da resina de superfície, o vácuo é removido, o saco de vácuo é aberto, a camada de casca, película de liberação e malha de infusão são removidas. Quando a resina de superfície estiver 10 presente, a superfície do laminado, substancialmente pronta para pintura, compreende a resina de superfície curada e a camada de tecido grosso. Alternativamente, uma cobertura de gel pode estar presente como conhecido na técnica.

A resina de revestimento de superfície 14 é selecionada, de 15 modo que é seja permeável a ar, para prover um trajeto adicional para a remoção de ar durante o processo de evacuação. A espessura da camada de revestimento de superfície 12 é preferivelmente selecionada para ser de 100 400 mícrons, mais preferivelmente 100 - 300 mícrons. Dentro desta faixa de espessura foi constatado que a resina de revestimento de superfície 14 pode 20 ser tomada parcialmente permeável a ar. Se a camada de resina de revestimento de superfície 14 for também fina, então uma barreira de espessura suficiente não é obtida entre o reforço de fibra e a tinta subsequentemente aplicada, fazendo com que um padrão de fibras subjacentes, conhecido como um padrão de impressão, potencialmente 25 apareça sobre a superfície da resina. Se a camada for demasiado fina, isto pode resultar em fibra seca próximo da superfície, o que pode provocar problemas quando lixando a superfície antes de pintar. As partículas de fibra de vidro secas resultantes podem tomarem-se aprisionadas na ferramenta de abrasão (p. ex., um disco) e são muito abrasivas, o que pode resultar em marcas de arranhões, por sua vez requerendo repetidas mudanças de ferramenta abrasiva e etapas de enchimento e de reparo e de limpeza adicionais antes da pintura.

O ar entre a superfície de molde 10 e a camada de 5 revestimento de superfície 12 pode passar através da camada de revestimento de superfície 12 e para dentro das camadas de fibra secas altamente permeáveis a ar 102 e 103, para então ser puxados para longe para dentro da fonte de vácuo. Não é essencial que um tecido grosso de respiração de ar 16 seja provido na camada de superfície 12, a fim de ser localizado 10 substancialmente na superfície de molde 10. Entretanto, o uso de um tecido grosso provê a vantagem de que a pega da resina de superfície 14 é mais consistente e depende somente da formulação de resina da resina de superfície

14, que é formulada para fornecer o desejado e consistente nível de pega. O tecido grosso de poliéster fino 16, dentro da camada de revestimento de 15 superfície 12, serve a dois propósitos. Primeiro, ajuda a evitar que as fibras do reforço de fibra estrutural penetre na camada de resina de superfície 14. Além disso, a camada de tecedura fina ajuda a evitar que a resina 14 da camada de revestimento de superfície 12 reticule a superfície de molde 10, fornecendo uma melhor qualidade de acabamento à superfície do laminado resultante. O 20 tecido grosso de poliéster 16 é ele próprio fácil de lixar e não resulta em partículas adesivas avariando a superfície.

As camadas de reforço secas fornecem um ou mais trajetos de ventilação de ar altamente permeáveis para remover ar quando um vácuo é aplicado à pilha laminada. Quando as peças de material são sobrepostas a 25 camada de superfície fica agora em conexão com a camada de fibra seca altamente permeável a ar, permitindo um trajeto de ar mais direto e eficaz para a fonte de vácuo. A zona de sobreposição permite conexão mais eficaz do reforço seco, para fornecer uma estrutura de ventilação altamente permeável. A resina de superfície contínua evita que defeitos ocorram no ponto da sobreposição do material. A zona é um importante aspecto da presente invenção e é necessária para tecidos mais pesados acima de 600

2 * · r ·

g/m . Sem a zona de sobreposição, a permeabilidade a ar através do tecido sobreposto é reduzida, resultando em defeitos nos componentes maiores.

Bem como provendo-se um tampão de espessura para evitar

impressão de fibra, a camada de resina de superfície 14 provê uma barreira protetora para reduzir o ingresso de umidade dentro do laminado. Os fios de fibra, em particular de fibra de vidro, próximos da superfície, podem acelerar o ingresso de umidade por um mecanismo de absorção.

A resina de superfície 14 pode ser endurecida e o módulo

reduzido pela incorporação de borracha, por exemplo, dentro da resina. Esta é uma vantagem particular, visto que ajuda a evitar rachaduras de qualquer desigualdade da expansão térmica entre a tinta subsequentemente aplicada e o laminado. A resina de superfície adaptada ajuda a melhorar o lascamento da tinta, que ocorre em situações de impacto.

A configuração de sobreposição das camadas de reforço secas 102, 103, 202, 203, 302, 303 provê um ou mais trajetos de ventilação altamente permeáveis a ar, para remover ar quando um vácuo for aplicado à pilha laminada. Quando as peças de material são sobrepostas, a parte de borda 20 207 da camada de revestimento de superfície 206 fica diretamente em conexão com a camada de fibra seca altamente permeável a ar 102, permitindo um trajeto de ar mais direto e eficaz para fonte de vácuo no subsequente processamento, como examinado abaixo.

A zona de sobreposição permite conexão mais eficaz entre as 25 camadas de reforço 102, 103, 202, 203, 302, 303 para fornecer uma estrutura de ventilação altamente permeável a ar. As camadas de segmento de revestimento de superfície contínuas 106, 206, 306, incluindo os segmentos da camada de resina de revestimento de superfície 105, 205, 305, evitam que defeitos ocorram na ponto de sobreposição do material. Devido à estrutura de ventilação, o ar aprisionado é removido pela aplicação de vácuo ao material e a camada de superfície curada é virtualmente livre de vazios. Esta estrutura de superfície resultante foi constatada reduzir a velocidade de erosão do revestimento.

A resina de infusão estrutural e resina de superfície têm uma

diferente viscosidade. A viscosidade da resina de infusão estrutural é usualmente selecionada para ser menor do que aquela da resina de superfície na temperatura de infusão, de modo que a resina de infusão estrutural pode prontamente ser infundida sem. o vácuo romper a camada de resina de 10 superfície. A viscosidade da resina de superfície é mais elevada do que a resina de infusão estrutural, para assegurar que a resina de superfície permaneça mais próxima da superfície de molde, para manter a espessura da camada de superfície no componente final.

Materiais com diferentes perfis de viscosidade podem ser feitos trabalharem ajustando-se o ciclo de cura, contanto que exista uma viscosidade diferencial entre a camada de resina de revestimento de superfície e a resina de infusão estrutural.

A película de revestimento de superfície é necessária ter uma viscosidade mínima relativamente elevada, para evitar saída de umidade do 20 reforço de fibra seca antes da terminação da etapa de infusão de resina. A viscosidade deve também ser suficientemente elevada para parar o movimento do reforço de fibra seco para a superfície. A viscosidade deve também ser suficientemente elevada para assegurar que a camada de revestimento de superfície permaneça como uma camada de resina coerente 25 durante o processo de produção de material da peça moldada compósita. Entretanto, a viscosidade não deve ser demasiado elevada, de outro modo a umectabilidade da superfície do molde pela resina de revestimento de superfície pode ser inadequada. A resina de revestimento de superfície deve também ter um suficiente grau de fluxo para possibilitar que a camada de resina sólida encha quaisquer pequenas descontinuidades ou vazios em quaisquer sobreposições entre os segmentos de folha de revestimento de superfície separados, quando as camadas de revestimento de superfície são submetidas a processamento de vácuo antes da cura. A resina de revestimento 5 de superfície deve também ter uma boa resistência ao fluxo frio, para possibilitar que a camada de resina sólida em forma de folha seja armazenada em um rolo e tenha uma boa vida em prateleira estabilidade do produto. A resina de revestimento de superfície deve também ter uma boa resistência à abrasão (tipicamente medida em um teste de abrasão Taber) para permitir 10 algum grau de abrasão de superfície, por exemplo, lixamento da camada de resina de superfície de revestimento base para pintura, enquanto mantendo-se a dureza e integridade de superfície.

Tipicamente, a resina de revestimento de superfície tem uma viscosidade de 0,1 x IO5 a 5 x IO5 Pa.s, medida a 20°C.

A resina de infusão estrutural, ao contrário, tem uma menor

viscosidade, para permitir que prontamente seja infundida sob vácuo dentro das camadas de reforço fibrosas secas.

Tipicamente, a resina de infusão estrutural tem uma viscosidade de 0,1 a 2 Pa.s, medida a 20°C, preferivelmente de 0,1 a 0,6 Pa.s. Neste relatório, a viscosidade da resina da resina de infusão

estrutural é medida usando-se um reômetro TA Instruments AR2000 com um cone de 2o de alumínio com diâmetro de 40 mm e um sistema de esfriamento Peltier. O experimento foi realizado sob as seguintes condições: um experimento de varredura de taxa de cisalhamento a 20°C de 0,01 s"1 a 500 s'1 25 com um vão de 57 μπι. A viscosidade do material foi considerada como uma média durante a região Newtoniana linear entre 1-100 s'1.

Neste relatório a viscosidade de resina da resina de revestimento de superfície é medida usando-se um reômetro TA Instruments AR2000, com uma placa de aço com 20 mm de diâmetro e uma sistema de esfriamento Peltier. O experimento foi realizado sob as seguintes condições: experimento de oscilação de 40°C até O0C a 2°C/min, com um deslocamento controlado de 1 x IO'4 rads, em uma frequência de I Hz e um intervalo de 1000 μιη.

Além disso, a resina de infusão estrutural tem uma viscosidade

para permitir que seja prontamente infundida sob condições de vácuo que, ao contrário, não provoca qualquer espalhamento ou fluxo significativo da resina de revestimento de superfície. A resina de revestimento de superfície deve ter uma viscosidade que é mais elevada do que a da resina estrutural, de modo 10 que a resina de revestimento de superfície não possa umedecer o reforço estrutural antes da resina de revestimento de superfície (isto é, a resina de revestimento de superfície deve ser bastante espessa para obter este efeito técnico), porém a viscosidade deve ser bastante baixa de modo que a resina de revestimento de superfície possa exibir um pequeno grau de espalhamento e 15 fluxo sobre a superfície de molde e, desse modo, possa auxiliar com ar a remoção sob o processamento de vácuo (isto é, a resina de revestimento de superfície deve ser bastante fina para obter este efeito técnico).

Preferivelmente, a relação de viscosidade, medida em temperatura ambiente de 20°C, da resina de revestimento de superfície e da resina estrutural, é de pelo menos 100/1, mais preferivelmente pelo menos 1000/1, ainda mais preferivelmente pelo menos 10.000/1.

A resina de infusão estrutural tem uma lenta reatividade na temperatura de infusão, para permitir impregnação completa das camadas de reforço fibrosas secas. A resina pré-impregnada, e quando presente a resina de 25 superfície, começa a curar após a resina de infusão começar a curar. Isto é conseguido por geração de calor exotérmico pela resina de infusão de cura aquecer as resinas de pré-impregnação e de superfície, para ativar o mecanismo de cura e/ou aquecendo-se a ferramenta sobre a qual a resina de superfície é disposta. As resinas de infusão de pré-impregnação, de superfície e estrutural continuam a curar juntas pelo menos parcial e simultaneamente, o que promove um alto nível de adesão entre os diferentes materiais de resina.

A resina de superfície é preferivelmente selecionada do grupo consistindo de resinas termocuradas, tais como epóxi, éster de cianato e resinas fenólicas. resinas epóxi adequadas incluem diglicidil ésteres de bisfenol A, diglicidil éteres de bisfenol F, resinas novolac epóxi e N-glicidil éteres, glicidil ésteres, glicidil éteres alifáticos e cicloalifáticos, glicidil éteres de aminofenóis, glicidil éteres de quaisquer fenóis substituídos e suas misturas. Também incluídas são misturas modificadas dos polímeros termocuráveis. Estes polímeros são tipicamente modificados por adição de borracha ou termoplástico. Qualquer catalisador adequado pode ser usado. O catalisador será selecionado para corresponder à resina usada. Um catalisador adequado para uso com uma resina epóxi é um agente de cura de diciandiamida. O catalisador pode ser acelerado. Onde um catalisador de diciandiamida for usado, uma uréia substituída pode ser usada como um acelerador. Aceleradores adequados incluem Diuron, Monuron, Fenuron, Clortoluron, bis-uréia de toluenodiisocianato e outros homólogos substituídos. O agente de cura epóxi pode ser selecionado de Dapsona (DDS), Diaminodifenil metano (DDM), complexo de BF3-amina, imidazóis substituídos, anidridos acelerados, metafenileno diamina, diaminodifeniléter, polieteraminas aromáticas, adutos de amina alifática, sais de amina alifáticos, adutos de amina aromáticos e sais de amina aromáticos.

O material de superfície pode ser provido com um agente de endurecimento. Agentes de endurecimento adequados podem ser selecionados 25 de borracha líquida (tal como borrachas de acrilato ou borracha de acrilonitrila terminada em carboxila), borracha sólida (tal como borracha de nitrito sólida, ou borrachas de núcleo-envoltório), termoplásticos (tais como poli(éter-sulfona), poli (Imida)), copolímeros em bloco (tais como triblocos de estireno-butadieno-metacrilato) ou suas misturas. A resina de infusão estrutural é preferivelmente selecionada do grupo consistindo de resinas termocuradas, tais como sistemas epóxi, cianato de éster e fenólico. Resinas epóxi adequadas incluem diglicidil éteres de bisfenol A, diglicidil éter de bisfenol F, glicidil éteres de quaisquer fenóis 5 substituídos, peso molecular mais elevado de qualquer uma dessas moléculas, resinas epóxi novolac e glicidil ésteres, glicidil éteres alifáticos e cicloalifáticos, glicidila de aminofenóis, glicidil amina e suas misturas.

Diluentes reativos ou não reativos podem também ser usados. Diluentes reativos podem incluir diluentes reativos monofuncionais ou multifuncionais, tais como C12-C14 glicidil éter ou butano diol glicidil éter. Diluentes não-reativos podem incluir nonil fenol, furfuril álcool, dibutil ftalatem, polimetil acetal.

Também incluídos são misturas modificadas dos polímeros termocuráveis supracitados, com tais modificadores como borracha líquida 15 (tal como borrachas de acrilato ou borracha de acrilonitrila terminada em carboxila), borracha sólida (tal como borracha de nitrito sólida ou borrachas de núcleo-envoltório), termoplásticos (tais como poli (étersulfona), poli (imida)), copolímeros em bloco (tais como triblocos de estireno-butadienometacrilato) ou suas misturas.

O agente ou catalisador de cura será selecionado para

corresponder à resina usada. Agentes de cura adequados são aminas alifáticas, aminas cicloalifáticas, aminas aromáticas, poliamidas, amidoaminas, polissulfetos, anidrido e qualquer aduto adequado. Catalisador adequado pode incluir ácido salicílico, aminas terciárias alifáticas e aminoetilpiperazina.

Um catalisador latente adequado para uso com uma resina

epóxi é um agente de cura de diciandiamida. O catalisador pode ser acelerado. Onde um catalisador de diciandiamida for usado, uma uréia substituída pode ser usada como um acelerador. Aceleradores adequados incluem Diuron, Monuron, Fenuron, Chlortoluron, bis-uréia de toluenodiisocianato e outros homólogos substituídos. O agente de cura epóxi pode ser selecionado de Dapsone (DDS), Diaminodifenil metano (DDM), complexo de BF3-amina, imidazóis substituídos, anidridos acelerados, metafenileno diamina, diaminodifeniléter, polieteraminas aromáticas, adutos de amina alifáticos, sais 5 de amina alifáticos, adutos de amina aromáticos e sais de amina aromáticos. Os agentes de cura de amina e anidrido estão sendo preferidos para fornecer baixa viscosidade e cura em temperatura ambiente.

Tipicamente os materiais de resina de pré-impregnação, resina de infusão e resina de superfície têm uma diferente viscosidade. A 10 viscosidade da resina de pré-impregnação é usualmente selecionada para ser mais elevada do que aquela da resina de superfície em temperatura ambiente (20°C). A resina de superfície tipicamente tem uma viscosidade mais elevada do que a resina de pré-impregnação quando aquecida para manter a resina de superfície próximo da superfície do molde durante o processamento.

A relação da viscosidade, medida em temperatura ambiente a

20°C, do material de resina de pré-impregnação e do material de resina de superfície é tipicamente de 2 a 14/1, mais preferivelmente de 4 a 12/1. O material de resina de superfície preferivelmente tem uma viscosidade mais elevada do que aquela do material de resina de pré-impregnação, se o 20 conjunto for aquecida antes ou durante a cura. A relação da viscosidade, durante cada aquecimento, do material de resina de superfície e do material de resina de pré-impregnação pode ser de 5 a 25/1, mais preferivelmente de 10 a 15/1.

A resina de pré-impregnação é preferivelmente selecionada do 25 grupo consistindo de resinas termocuradas, tais como epóxi, éster de cianato e sistemas fenólicos. Resinas epóxi adequadas incluem diglicidil éteres de bisfenol A, diglicidil éteres de bisfenol F, resinas novolac epóxi e N-glicidil éteres, glicidil ésteres, glicidil éteres alifáticos e cicloalifáticos, glicidil éteres de amino fenóis, glicidil éteres de quaisquer fenóis substituídos e suas misturas. Também incluídas são misturas modificadas dos polímeros termocuráveis. Estes polímeros são tipicamente modificados por adição de borracha ou termoplástico. Qualquer catalisador adequado pode ser usado. O catalisador será selecionado para corresponder à resina usada. Um catalisador 5 adequado para uso com uma resina epóxi é um agente de cura de diciandiamida. O catalisador pode ser acelerado. Onde um catalisador de diciandiamida for usado, uma uréia substituída pode ser usada como um acelerador. Aceleradores adequados incluem Diuron, Monuron, Fenuron, Clortoluron, bis-uréia de toluenodiisocianato e outros homólogos substituídos. 10 O agente de cura epóxi pode ser selecionado de Dapsona (DDS), Diaminodifenil metano (DDM), complexo de BF3-amina, imidazóis substituídos, anidridos acelerados, metafenileno diamina, diaminodifeniléter, polieteraminas aromáticas, adutos de amina alifática, sais de amina alifáticos, adutos de amina aromáticos e sais de amina aromáticos.

As fibras da camada de pré-impregnação podem ser

compreendidas de material fibroso, tal como fibra de vidro, aramida, fibra de carbono ou fibras naturais, tais como juta ou cânhamo.

O material de resina de pré-impregnação pode ser uma resina epóxi termocurável. O material de resina de pré-impregnação tipicamente tem uma viscosidade de 0,75 x IO5 a 5 x IO6 Pa.s, medido a 20°C.

Esta resina de pré-impregnação tipicamente tem uma viscosidade suficientemente elevada em temperatura ambiente para evitar que significativamente impregne o material de reforço fibroso seco estrutural 102, 103 durante o período, tipicamente, de 1 a 3 horas, do processo de infusão de 25 resina, durante o qual a resina de pré-impregnação está sob vácuo. Preferivelmente, um sistema de pré-impregnação, tal como WE90-1 ou WE92, disponível na Gurit, que tem uma viscosidade em tomo de 1 x IO5 Pa.s a 20°C, seria usado.

A resina de pré-impregnação é preferivelmente formulada para ser uma resina epóxi termocurável com agente de cura latente, que é ativado pelo calor. Outras resinas termocuráveis podem ser usadas; tais como aquelas derivadas de éster de cianato e sistemas fenólicos. Resinas epóxi adequadas incluem diglicidil éteres de bisfenol A, diglicidil éteres de bisfenol F, resinas novolac epóxi e N-glicidil éteres, glicidil ésteres, glicidil éteres alifáticos e cicloalifáticos, glicidil éteres de aminofenóis, glicidil éteres de quaisquer fenóis substituídos e suas misturas. Também incluídas são misturas modificadas dos polímeros termocuráveis. Estes polímeros são tipicamente modificados por adição de borracha ou termoplástico. Qualquer catalisador adequado pode ser usado. O catalisador será selecionado para corresponder à resina usada. Um catalisador adequado para uso com uma resina epóxi é um agente de cura de diciandiamida. O catalisador pode ser acelerado. Onde um catalisador de diciandiamida for usado, uma uréia substituída pode ser usada como um acelerador. Aceleradores adequados incluem Diuron, Monuron, Fenuron, Clortoluron, bis-uréia de toluenodiisocianato e outros homólogos substituídos. O agente de cura epóxi pode ser selecionado de Dapsona (DDS), Diamino-difenil metano (DDM), complexo de BF3-amina, imidazóis substituídos, anidridos acelerados, metafenileno diamina, diaminodifeniléter, polieteraminas aromáticas, adutos de amina alifática, sais de amina alifáticos, adutos de amina aromáticos e sais de amina aromáticos.

As formas de realização preferidas da presente invenção provêem o uso, para formar um laminado compósito tendo uma superfície lisa livre de defeitos da alta qualidade que possa ser pintada, da combinação de (a) uma resina de cura termocurada relativamente de alta viscosidade, ativada em 25 baixa temperatura, tipicamente de 50°C e acima, mais tipicamente de 50°C a 90°C, para formar uma superfície do laminado compósito com (b) uma resina de cura termocurada relativamente de baixa viscosidade, adequada para processamento de infusão de resina, para formar, após a infusão dentro do reforço de fibra localizado adjacente à resina de revestimento de superfície, uma estrutura reforçada com fibras do laminado compósito.

A película de resina de superfície é de fácil lixamento, se necessário, para preparar a superfície de laminado para subsequente pintura.

De acordo com as formas de realização preferidas da presente 5 invenção, a resina de superfície é formulada para prover as desejadas características corretas. Em particular, a resina de superfície tem uma viscosidade que pode ser aplicada dentro de um molde em temperatura aproximadamente ambiente e exibir os desejados níveis de pega no molde e drapejamento. Calor pode ser suprido à resina para iniciar ou acelerar a cura, 10 durante ou após término do estágio de infusão de resina.

Em produção de infusão a vácuo de mais elevada velocidade de produção, o ferramental é aquecido durante ou após a injeção de resina, para acelerar a velocidade de cura. Isto oferece a oportunidade de misturar e co-curar estes diferentes materiais. Esta é tipicamente uma temperatura de 50 15 - 90°C, para possibilitar o uso de ferramental de mais baixo custo. O formato alvo é uma cura catalítica ativada a baixa temperatura (50°C).

A camada de revestimento de superfície preferivelmente contém resina de revestimento de superfície e um véu de poliéster. Durante a fabricação do material, o véu de poliéster é primeiro aplicado ao topo da 20 resina de superfície. Alguma pressão é então aplicada para empurrar o véu de poliéster para o topo da resina de superfície. Preferivelmente, o véu de poliéster é localizado em uma posição dentro da parte superior da camada de resina de revestimento de superfície, isto é, o véu de poliéster é coberto em ambos os lados por uma respectiva parte da camada de resina de revestimento 25 de superfície, com uma parte maior, isto é, a maioria, em um lado que é para ser localizado diretamente adjacente à superfície de molde. Se uma primeira camada de fibra for também integrada dentro da camada de revestimento de superfície e, em particular, dentro da superfície da camada de revestimento de superfície que é para ser localizada remota à superfície de molde, também a camada de fibra é comprimida para dentro da resina de superfície para assegurar que o material de superfície seja mantido integral e permaneça fixado com a camada de fibra.

Na presente invenção prefere-se que a espessura da resina de 5 película de superfície seja entre 100 e 400 mícrons, mais preferivelmente de 100 a 300 mícrons. Dentro desta faixa de espessura foi constatado que a resina pode ser tomada parcialmente permeável a ar. Qualquer ar entre a superfície de molde e a camada de superfície pode passar através da camada de superfície e para dentro das camadas de fibra secas altamente permeáveis a 10 ar, para então ser puxado para longe para dentro da fonte de vácuo.

A camada de revestimento de superfície é estruturada e formulada de modo que a superfície oposta exiba pega diferencial. Há pega relativamente elevada em uma superfície, a superfície que é destinada em uso a contactar e aderir à superfície de molde, e pega relativamente baixa na 15 superfície oposta, a superfície que é destinada, em uso, a ser manualmente manipulada e assim é mais fácil de manipular. Este diferencial de pega pode ser conseguido provendo-se o material de tecido grosso dentro da folha de resina sólida, porém deslocado relativamente em direção à superfície de menor pega. Isto significa que a pega do material é mais consistente e 20 dependente somente da formulação de resina da resina de superfície, o que permite que seja formulada para fornecer o desejado nível de pega consistente. Além disso, o elevado nível de pega pode assegurar que um alto grau de umectação da superfície de molde seja conseguido, que tome a camada de revestimento de superfície uniformemente aderida à superfície de 25 molde sobre a inteira área de superfície da película de revestimento de superfície. Isto, por sua vez, evita reticulação da camada de revestimento de superfície da superfície de molde em seguida à cura da resina. Além disso, o material de revestimento de superfície é tolerante a pressão de manuseio ou a pressão gerada quando o produto é enrolado em um rolo. Como resultado, o material de revestimento de superfície usado no método da presente invenção tem armazenagem em temperatura ambiente prolongada antes do uso.

O tecido grosso de poliéster fino dentro da camada de resina de revestimento de superfície serve a duas finalidades. Ajuda a evitar que as 5 fibras do reforço entre na camada de resina de superfície. A camada de tecedura fina também ajuda a evitar que a resina da camada de película de resina de superfície reticule longe da superfície de ferramenta, fornecendo uma melhor qualidade de acabamento. O próprio tecido grosso de poliéster é fácil de lixar e não resulta em partículas abrasivas avariando a superfície. 10 Bem como provendo um tampão de espessura para evitar impressão de fibra a camada de resina de superfície provê uma barreira protetora para reduzir o ingresso de umidade dentro do laminado. Fios de fibra de vidro próximo da superfície podem acelerar ingresso de umidade por um mecanismo de absorção. A resina de superfície pode ser endurecida e o módulo reduzido, o 15 que é uma vantagem particular, visto que isto ajuda a evitar rachaduras pela desigualdade de expansão térmica entre a tinta e o laminado. A resina de superfície adaptada ajuda a melhorar o lascamento da tinta, que ocorre em situações de impacto.

Para estruturas compósitas requerendo um acabamento 20 pintado, as formas de realização preferidas da presente invenção podem reduzir o tempo e o custo para preparar um componente compósito reforçado por fibra da peça moldada de transferência de resina assistida por vácuo (VARTM) para pintura e, além disso, a durabilidade final do componente pintado pode ser melhorada. Quando utilizando-se métodos VARTM para 25 produzir um componente compósito reforçado por fibra, as formas de realização preferidas da presente invenção, a fim de produzirem um acabamento na parte compósita que seria de fácil preparação para pintura, podem empregar uma camada de superfície termocurada ativada por temperatura, que possa eliminar a necessidade de aplicar e esperar que uma cobertura de gel em molde desprenda-se durante o processo de fabricação. As formas de realização preferidas da presente invenção podem prover uma interface flexível endurecida entre a tinta e a parte compósita, para melhorar a durabilidade do acabamento final da tinta.

O processo de fabricação das formas de realização preferidas

da presente invenção combina tecnologias de fusão a quente e infusão, para criar um laminado de superfície livre de defeitos, pronto para operações de pintura com propriedades mecânicas superiores, devidas ao uso selecionado de materiais de pré-impregnação. Uma camada de resina de superfície com 10 uma camada de reforço de fibra estrutural (fundido a quente) é colocada contra o molde e um leiaute compósito, compatível com a tecnologia de infusão, é colocado sobre ela para prover uma estrutura de ventilação e permitir que ar aprisionado passe para fora durante o processamento. Os comportamentos reológicos das resinas de fusão a quente e infusão são 15 diferentes.

As formas de realização preferidas da presente invenção podem também prover um suficiente nível de pega para reter a primeira camada de reforço seca sobre a superfície de ferramenta liberada. É particularmente adequado para grandes partes, tais como turbinas eólicas, pontes e cascos de barcos.

Este método de formas de realização preferidas da presente invenção é particularmente adequado para a produção de seções de aerofólio de turbina eólica e quaisquer outros grandes componentes com curvatura mais simples, tais como embarcação marinha, domos de raios, peças moldadas arquiteturais e pontes empregando tecnologia de infusão.

As formas de realização preferidas da presente invenção podem prover a fabricação de uma estrutura compósita com uma superfície livre de defeito, que seja pronta para pintura. Evitando-se a necessidade de uma cobertura de gel, correspondentemente não há necessidade de qualquer manuseio de cobertura de gel, o que melhora os aspectos de saúde e segurança do processo de fabricação. Nos processos conhecidos que empregam uma camada de cobertura de gel, a camada de cobertura de gel provê a vantagem de fornecer pega para reter em uma correta posição sobre a superfície de 5 molde a primeira camada de reforço de fibra. As formas de realização preferidas da presente invenção provêem a pega na ausência de tal camada de cobertura de gel, porque a camada de revestimento de superfície provê a requerida pega para a primeira camada de reforço, de modo que ela possa ser corretamente posicionada dentro do molde.

As formas de realização preferidas da presente invenção

podem reduzir o tempo total de produção e a quantidade de mão-de-obra manual requerida para o ciclo de fabricação.

Além disso, neste método de fabricação das formas de realização preferidas da presente invenção, um bom acabamento de superfície 15 é obtido sem a necessidade de tecidos e panos de tecedura fina de elevado custo adicionais, em comparação com processos conhecidos. Isto pode possibilitar que reforço mais pesado de mais baixo custo seja usado como a primeira camada dentro do molde. A superfície resultante livre de defeitos é o resultado principal que pode produzir uma redução do tempo total e da mão 20 de obra requeridos para a produção de uma superfície compósita pintada.

A camada de resina de superfície também provê uma barreira protetora para reduzir o ingresso de umidade dentro da estrutura laminada compósita. A resina de superfície pode também atuar como um tampão e sua dureza aumentada ajuda a reduzir lascamento de tinta inadvertido, que pode ocorrer em situações de impacto quando produto compósito está em operação.

Nos processos de infusão de resina conhecidos, os materiais de reforço de fibra unidirecionais (UD) que são sujeitos à infusão de resina podem ser costurados ou ligados em um formato de tecido, para fornecer uma fibra manuseável para colocar dentro do molde. Entretanto, este expediente acrescenta custo de fabricação e diminui as propriedades do laminado compósito resultante. Em formas de realização da presente invenção, entretanto, o uso de uma pré-impregnação unidirecional (UD) é de custo eficaz, porque a resina da pré-impregnação mantém a fibra alinhada e pode 5 ser tomada mais dura e mais resistente à fadiga e, assim, o método pode usar os precursores de fibra de custo mais baixo, contudo fornecendo propriedades de elevado nível no laminado compósito resultante. Por exemplo, a fim de fabricar um casco de pá de turbina, de acordo com uma forma de realização da presente invenção, as pilhas UD pré-impregnadas pré-consolidadas são 10 intercaladas com reforços de tecido fora de eixo secos. Os reforços secos são então infundidas com resina líquida. A combinação de aquecimento do molde e reação exotérmica da resina líquida é suficiente para elevar o calor do laminado, para ativar a cura da resina do material UD de pré-impregnação. Este material UD então é bastante espesso e reativo para gerar mais calor 15 através de uma cura exotérmica, para rapidamente curar sem necessidade de introdução de elevado calor. Isto provê a vantagem técnica de que custo mais baixo, moldes resistentes a temperatura mais baixa e ferramentas podem ser utilizados para curar as partes laminadas compósitas.

A presente invenção é ainda ilustrada com referência ao Exemplo não limitativo a seguir.

Exemplo 1

Um laminado representando a seção de ponta de uma pá de turbina eólica foi primeiro montado sobre um molde.

O laminado consistiu de:

2 camadas de tecido biax costurado XE600 seco +/-45

2 camadas de pré-impregnado Gurit WE90-1\EGL1200\32%

1 camada de tecido biax costurado XE600 seco ± 45

2 camadas de pré-impregnado Gurit WE90-1\EGL1200\32% ± 45 2 camadas de tecido biax costurado XE600 seco ± 45 O material pré-impregnado unidirecional foi ajustado para ser mais estreito a 400 mm de largura do que o tecido biaxial para simular a construção típica de um casco estrutural. Uma camada de casca e uma malha de infusão foram então aplicadas à pilha e os tubos de alimentação e linhas de 5 vácuo instalados, a fim de escoar a resina de infusão em uma direção transversal à fibra unidirecional, para assegurar fluxo para dentro do material biaxial intercalado.

Resina de infusão endurecedora Gurit Prime 20LV + Slow foi infundida dentro do laminado a 20°C. Ao completar a impregnação da fibra 10 seca, a temperatura da ferramenta foi aumentada para 90°C e mantida por 6 horas. A resina de infusão com sucesso impregnou toda a fibra seca das camadas de tecido biaxiais e tanto a resina de infusão como a resina de préimpregnação foram co-curadas juntas. Uma excelente adesão foi encontrada entre os materiais:

A presente invenção não é limitada às formas de realização

ilustradas precedentes. Será evidente para aqueles hábeis na técnica que várias modificações da presente invenção podem ser feitas sem desvio do escopo da presente invenção, como definido nas reivindicações anexas.

Claims

1. Método para fabricar uma peça moldada compósita reforçada por fibra, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: dispor pelo menos uma camada de material de reforço fibroso dentro de um molde; dispor pelo menos uma camada de pré-impregnação adjacente ao material de reforço fibroso, a camada de pré-impregnação compreendendo reforço fibroso pelo menos parcialmente impregnado com primeiro material de resina não curado, para formar um conjunto laminar da pelo menos um a camada de material de reforço fibroso e da pelo menos uma camada de préimpregnação dentro do molde; aplicar um vácuo ao conjunto; infundir um segundo material de resina não curado escoável, sob o vácuo, por peça moldada de transferência de resina assistida por vácuo, dentro da pelo menos uma camada de material de reforço fibroso; e curar os primeiro e segundo materiais de resina pelo menos parcial e simultaneamente para formar a peça moldada compósita reforçada por fibra, que compreende pelo menos uma primeira parte estrutural formada do reforço fibroso e do primeiro material de resina curado ligada a pelo menos uma segunda parte estrutural formada da pelo menos uma camada de material de reforço fibroso e do segundo material de resina curado, em que o segundo material de resina infundido tem uma faixa de temperatura de cura que é mais baixa do que a faixa de temperatura de cura do primeiro material de resina pré-impregnado, e a etapa de cura é realizada em uma temperatura dentro da faixa de temperatura de cura do segundo material de resina infundido e a cura do segundo material de resina ser exotérmica e gerar calor para elevar a temperatura do primeiro material de resina para dentro da faixa de temperatura de cura do primeiro material de resina.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que em pelo menos uma camada de pré-impregnação, o reforço fibroso ser totalmente impregnado com o primeiro material de resina não curado, e opcionalmente, a camada de pré-impregnação compreende uma chapa pré-consolidada de uma pluralidade de camadas de reforço fibroso totalmente impregnadas com primeiro material de resina não curado.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pelo menos uma camada de pré-impregnação ser parcialmente impregnada e compreender uma estrutura em sanduíche de um par de camadas de reforço fibrosas nos lados opostos de uma camada do primeiro material de resina não curado.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de o conjunto laminar compreender uma pluralidade de camadas de material de reforço fibroso intercaladas com uma pluralidade de camadas de pré-impregnação.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender ainda a etapa, antes da etapa (a), de dispor uma camada de revestimento de superfície sobre a superfície de molde, a camada de revestimento de superfície compreendendo um terceiro material de resina não curado e sendo na forma de pelo menos uma folha sólida, e nas etapas (a) (b) o conjunto laminar da pelo menos uma camada de material de reforço fibroso e da pelo menos uma camada de préimpregnação ser disposta sob re a camada de revestimento de superfície dentro do molde e, na etapa de cura (e) o terceiro material de resina ser curado pelo menos parcial e simultaneamente com os primeiro e segundo materiais de resina.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de a camada de revestimento de superfície compreender uma pluralidade de segmentos de camada de revestimento de superfície montados juntos para formar uma camada de revestimento de superfície contínua, opcionalmente em que cada segmento de camada de revestimento de superfície tem pelo menos uma sua borda que parcialmente sobrepõe-se a um segmento de camada de revestimento de superfície adjacente.

7. Método de acordo com a reivindicação 5 ou reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o terceiro material de resina da camada de revestimento de superfície ter uma espessura de 100 a 300 mícrons e/ou uma espessura de peso aplicada de 100 a 400 gramas por metro quadrado (g/m ).

8. Método de acordo com qualquer das reivindicações 5 a 7, caracterizado pelo fato de o terceiro material de resina da camada de revestimento de superfície ser apoiado em um portador de um material laminar, opcionalmente de o material laminar da camada de revestimento de superfície ter um peso de 10 a 90 g/m , opcionalmente ainda de o material laminar da camada de revestimento de superfície compreender um material de tecido grosso ligado por fiação de poliéster.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de o material laminar da camada de revestimento de superfície ser localizado na ou próximo a uma primeira face da camada de revestimento de superfície, opcionalmente de a primeira face da camada de revestimento de superfície ser remota da superfície de molde, de modo que a maior parte do terceiro material de resina fica entre o material laminar e a superfície do molde.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes 5 a 9, caracterizado pelo fato de o segundo material de resina e o terceiro material de resina terem diferentes viscosidades, opcionalmente de o 25 terceiro material de resina ter uma viscosidade mais elevada do que aquela do segundo material de resina em temperatura ambiente (20°C), opcionalmente ainda a relação de viscosidade, medida em temperatura ambiente de 20°C, do terceiro material de resina e do segundo material de resina ser de pelo menos 100/1, opcionalmente pelo menos 1000/1, opcionalmente ainda pelo menos -10.000/1.

11. Método de acordo com as reivindicações 5 a 10, caracterizado pelo fato de a etapa de cura (e) do segundo material de resina ser adaptada para iniciar a cura antes do terceiro material de resina.

12. Método de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de a etapa de cura (e) ser realizada em uma temperatura de 40 a 90°C.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes 5 a 11, caracterizado pelo fato de, na etapa de cura (e), a reação de cura do segundo material de resina ser exotérmica, que gera calor que acelera a cura do terceiro material de resina.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de a peça moldada do compósito reforçada de fibra ser uma pá de turbina eólica.

15. Peça moldada compósita reforçada por fibra, opcionalmente uma pá de turbina eólica, caracterizada pelo fato compreender uma parte laminada estrutural sendo formada de pelo menos uma primeira camada, a primeira camada sendo formada de um pré-impregnado e compreendendo reforço fibroso e primeiro material de resina curado, laminados com pelo menos uma segunda camada, a segunda camada compreendendo material de reforço fibroso e um segundo material de resina curado, em que os primeiro e segundo materiais de resina são mutuamente ligados por terem sido curados pelo menos parcial e simultaneamente, em que o reforço fibroso compreende fibras unidirecionais, a parte laminada estrutural compreende uma pluralidade das primeiras camadas intercaladas com uma pluralidade das segundas camadas, e a peça moldada tem um comprimento e uma largura e o reforço fibroso e o material de reforço fibroso estenderem-se substancial e continuamente ao longo do comprimento da peça moldada.

16. Peça moldada compósita reforçada por fibra de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato compreender ainda uma parte de superfície laminada na parte estrutural, a parte de superfície sendo formada de uma camada de revestimento de superfície compreendendo uma pluralidade de segmentos de camada de revestimento de superfície moldados juntos, para formar uma camada de revestimento de superfície contínua, a camada de revestimento de superfície compreendendo um terceiro material de resina curado, apoiado em um portador de um material laminar.

17. Peça moldada compósita reforçada por fibra de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato o material laminar da camada de revestimento de superfície ser localizado mais próximo de uma interface entre a parte de superfície e a parte estrutural do que de uma superfície exposta oposta da parte de superfície.