BRPI0811456B1

BRPI0811456B1 - processo para a obtenção de um material compósito que tenha pelo menos um fio torcido depositado sobre o mesmo

Info

Publication number: BRPI0811456B1
Application number: BRPI0811456A
Authority: BR
Inventors: Bruyere Alain; Beraud Jean-Marc
Original assignee: Hexcel Reinforcements
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2018-11-27
Also published as: WO2008155504A2; ES2373640T3; US20140165529A1; JP2010528909A; JP5492768B2; WO2008155505A3; ATE524304T1; EP2152498A2; JP5562236B2; EP2152498B1; US9702065B2; US20100173152A1; CA2683606C; JP2010528908A; US8696850B2; CA2683606A1; CA2687830C; ES2735146T3; BRPI0811456A2; WO2008155505A2

Description

(54) Título: PROCESSO PARA A OBTENÇÃO DE UM MATERIAL COMPÓSITO QUE TENHA PELO MENOS UM FIO TORCIDO DEPOSITADO SOBRE O MESMO (73) Titular: HEXCEL REINFORCEMENTS, Sociedade Francesa. Endereço: Zi La Plaine F-01120 Dagneux, FRANÇA (FR) (72) Inventor: JEAN-MARC BERAUD; ALAIN BRUYERE.

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 27/11/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 27/11/2018

Assinado digitalmente por:

Alexandre Gomes Ciancio

Diretor Substituto de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

1/15 “PROCESSO PARA A OBTENÇÃO DE UM MATERIAL COMPÓSITO QUE TENHA PELO MENOS UM FIO TORCIDO DEPOSITADO SOBRE O MESMO” [001 ]A presente invenção refere-se ao domínio técnico das pré formas compósitas. A invenção tem por objetivo um processo de deposição de pelo menos um fio particularmente adaptado à constituição de pré formas das quais pelo menos uma parte é curva, por exemplo, do tipo anular ou elipsoidal. A invenção encontra especialmente aplicação no campo das peças compósitas utilizadas na indústria automobilística, aeronáutica ou naval.

[002]A fabricação de peças ou de artigos compósitos, ou seja, que compreendam, por um lado um ou diversos reforços fibrosos e, por outro lado, uma matriz de resina do tipo termoplástico ou termoendurecível ou uma mistura de ambos, pode, por exemplo, ser realizada por um processo denominado “direto” ou por um processo denominado “indireto”. Um processo direto é definido pelo fato de que um ou diversos reforços fibrosos são empregados no estado “seco”, (ou seja, sem a matriz final), a resina ou a matriz, do tipo termoplástico, termoendurecível ou uma mistura de ambos, sendo empregada separadamente, por exemplo, por injeção no molde que contém os reforços fibrosos (processo RTM, do inglês “Resin Transfer Molding” (Moldagem por Transferência de Resina), por infusão (em um molde através da espessura dos reforços fibrosos: processo LRI, do inglês “Liquid Resin Infusion” (Infusão de Resina Líquida (ou processo RFI, do inglês “Resin Film Infusion” (Infusão de Filme de Resina) ou então ainda por revestimento / impregnação manual com rolo ou com pincel, sobre cada uma das camadas unitárias de reforço fibroso, aplicadas de maneira sucessiva sobre a forma. Um processo indireto é definido pelo fato de que as fibras e a resina são previamente associadas antes de serem empregadas e os reforços fibrosos empregados são denominados pré impregnados. Para os processos RTM, LRI ou RFI, é preciso em geral em primeiro lugar fabricar uma pré forma fibrosa com a forma do artigo acabado depois impregnar esta pré forma com uma resina termoplástica, termoendurecível ou uma mistura de ambas. A resina é injetada ou macerada por diferencial de pressões depois termo comprimida para provocar o seu endurecimento depois da polimerização. Nos reforços fibrosos adaptados aos processos diretos, os fios de reforço são geralmente associados para conferir um caráter unitário à peça, denominada então pré forma, por uma colagem com um ligante polimérico cuja

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2/15 percentagem em massa em relação à massa total do reforço fibroso (ou seja, de reforço + ligante polimérico) varia de 0,1 a 25 % e vantajosamente de 3 a 10 %. No caso dos pré impregnados adaptados aos processos indiretos, o ligante represente, em relação ao mesmo, de 20 a 60 %, de preferência de 30 a 40 % da massa total do reforço fibroso (ou seja, de fios de reforço + ligante polimérico). As peças compósitas utilizadas na indústria automobilística, aeronáutica ou naval, são em particular submetidas a exigências muito restritas, em termos de propriedades mecânicas.

[003]Para as aplicações no campo da aeronáutica, aeroespacial, automobilístico, especialmente, às vezes é necessário dispor de pré formas das quais pelo menos uma parte é destinada a constituir o contorno de uma abertura e apresenta, por exemplo, uma forma do tipo anular ou elipsoidal, como e, por exemplo, o caso para a constituição de chassis, escotilhas, orifícios, entradas de reatores ou qualquer tipo de elementos de reforço destinados a estarem posicionados na margem de uma abertura ou para servir de reforço de zonas perfuradas, tais como diâmetros internos, elementos de reforço de biela, moldura de canto de porta, moldura de vigia ou de para brisa, buracos de inspeção...

[004]No campo dos compósitos, os fios são compostos de um conjunto de filamentos que se estendem sensivelmente paralelamente entre si. Os fios apresentam, portanto uma certa largura. Além disso, os inventores constataram que quando, sobre a superfície de deposição, que pode ser plana ou não plana, os fios assumem trajetórias não retilíneas e especialmente curvas, são observadas ondulações, o que acarreta uma não homogeneidade do depósito. Os inventores ressaltaram que estas ondulações provinham do fato de que os filamentos situados no nível das duas trajetórias extremas do fio devem seguir trajetórias de comprimentos diferentes. As trajetórias extremas designam as duas trajetórias que seguem o fio de uma parte e de outra de sua largura, medida paralelamente à sua superfície de deposição.

[005]A Figura 1 ilustra este fenômeno no caso de um fio depositado sobre uma superfície plana de acordo com uma trajetória em arco de círculo. O fio F apresenta uma largura I medida paralelamente à superfície de deposição. A trajetória T que segue a fibra média (ou filamento mediano) do fio F é uma parte do arco de círculo de raio R sobre um ângulo Θ. Parece, portanto que o comprimento da trajetória que o fio deve seguir não seja a mesma sobre toda a sua largura I, as trajetórias extremas Ti e

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Τ_Σ apresentam comprimentos diferentes. Com efeito, no exterior do arco de círculo, a trajetória T2, dita externa ou máxima, é um arco de círculo de raio R2 e no interior do arco de círculo, a trajetória T1, dita interna ou mínima, é um arco de círculo de raio R1. A trajetória T1 apresenta, portanto um comprimento L1 igual a 0Ri e a trajetória T2 um comprimento L2 igual a 0R2, L2 sendo superior a L1. Consequentemente, no nível da trajetória interna T1, os filamentos, que não apresentam elasticidade alguma, têm um comprimento L'1, que é de fato igual ao comprimento L2, superior à sua trajetória, 0 que acarreta um fenômeno de ondulação devido à presença de comprimento de filamentos fora ou no plano de deposição. Tais irregularidades são suscetíveis de apresentar pontos de fraquezas prematuras por ocasião das solicitações mecânicas e, portanto, acarretar uma quede de desempenhos mecânicos da peça obtida.

[006]Neste contexto, a presente invenção se propõe fornecer um processo de deposição melhorado que permita remediar estes inconvenientes. A invenção referese, portanto, a um processo de fabricação de um material compósito no qual pelo menos um fio de reforço é depositado sobre uma superfície, segundo uma trajetória sobre a superfície de deposição que apresente pelo menos uma zona curva, no qual 0 fio de reforço está ligado à superfície por meio de um ligante polimérico, caracterizado pelo fato de que é aplicada uma torção ao fio de reforço, a montante de sua deposição, de maneira a pelo menos compensar as diferenças de comprimento que apresentem trajetórias extremas do fio, de um lado e do outro, de sua largura medida paralelamente à superfície de deposição.

[007]O processo de acordo com a invenção apresenta uma ou outra das características a seguir ou uma combinação destas características quando elas não se excluem uma à outra:

- 0 fio reforço é seco antes de sua deposição,

- que uma torção de 5 a 100 voltas/m, de preferência de 10 a 80 voltas/m é aplicada ao reforço torcido depositado,

- 0 material compósito é realizado por deposição de um único fio que apresenta uma torção sensivelmente idêntica em todo 0 seu comprimento ou de uma série de fios que apresentam, entre si e sobre todo 0 seu comprimento, uma torção sensivelmente idêntica,

- um fio de carbono de 3 K e de 200 tex que apresenta uma torção de 10 a 70

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4/15 voltas/m, preferencialmente de 15 a 40 voltas/m é depositada, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm. Em particular, quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 50 mm, a torção será superior a 30 voltas/m e quando raio interno for superior a 50 mm, a torção poderá ser inferior ou igual a 30 voltas/m,

- um fio de carbono de 6 K e de 223 tex que apresenta uma torção de 15 a 80 voltas/m, preferencialmente de 40 a 70 voltas/m é depositado, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm. Em particular, quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 50 mm, a torção será superior a 40 voltas/m e quando raio interno for superior a 50 mm, a torção poderá ser inferior ou igual a 40 voltas/m,

- um fio de carbono de 6 K e de 400 tex que apresenta uma torção de 15 a 80 voltas/m, preferencialmente de 40 a 60 voltas/m é depositado, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm. Em particular, quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 50 mm, a torção será superior a 40 voltas/m e quando raio interno for superior a 50 mm, a torção poderá ser inferior ou igual a 40 voltas/m,

- um fio de carbono de 12 K e de 446 tex que apresenta uma torção de 10 a 80 voltas/m, preferencialmente de 10 a 60 voltas/m é depositado, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm. Em particular, quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 50 mm, a torção será superior a 40 voltas/m e quando raio interno for superior a 50 mm, a torção poderá ser inferior ou igual a 40 voltas/m,

- um fio de carbono de 24 K e de 1040 tex que apresenta uma torção de 10 a 40 voltas/m, preferencialmente de 10 a 25 voltas/m é depositado, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 20 a 150 mm. Em particular, quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 20 a 40 mm, a torção será superior a 20

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5/15 voltas/m e quando raio interno for superior a 40 mm, a torção poderá ser inferior ou igual a 20 voltas/m,

- a torção do fio depositado é seja do tipo S, seja do tipo Zi REFERENCIALMENTE do tipo S quando a deposição for efetuada, sobre a zona curva da trajetória, no sentido horário,

- a superfície sobre a qual o fio de reforço é depositado é constituída de fios de reforço depositados, por ocasião de uma etapa de deposição anterior,

- a superfície sobre a qual o fio de reforço é depositado é um suporte temporário, eventualmente recoberto de ligante polimérico,

- o ligante polimérico é aplicado, previamente ou na medida em que se deposita o fio de reforço, sobre a superfície,

- o fio de reforço está associado, antes de sua deposição, ao ligante polimérico que garante a sua ligação com a superfície sobre a qual ele é depositado,

- o fio de reforço é de um material escolhido entre os seguintes materiais: carbono, vidro, aramida, sílica, cerâmica, basalto e misturas dos mesmos,

- o ligante polimérico compreende um sistema endurecível, um polímero termoplástico ou uma mistura dos ditos polímeros, eventualmente sob a forma de pó, de uma resina auto-adesiva ou de uma massa fundida a quente,

- a percentagem em massa de ligante polimérico em relação à massa total do material compósito (ou seja, fios de reforço + ligante polimérico) está compreendida na faixa que vai de 0,1 a 25 % e vantajosamente de 3 a 10 %, para as pré formas adaptadas aos processos diretos,

- o material compósito é uma pré forma pré impregnada (processo indireto), a percentagem em massa de ligante polimérico em relação à massa total do material compósito (ou seja, fios de reforço + ligante D polimérico) está compreendida na faixa que vai de 20 a 60 % e vantajosamente de 30 a 40 %.

[008]A presente invenção tem igualmente por objetivo, os materiais compósitos susceptíveis de serem obtidos pelo processo de acordo com a invenção. Em particular, a invenção refere-se igualmente a um material compósito que compreenda pelo menos um fio de reforço depositado sobre uma superfície, segundo uma trajetória que apresente pelo menos uma zona curva sobre a superfície de deposição, no qual o fio de reforço está ligado à superfície por meio de um ligante polimérico,

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6/15 caracterizado pelo fato de que o fio de reforço é torcido, de maneira a pelo menos compensar as diferenças de comprimento que apresentem as trajetórias extremas do fio de um lado e do outro de sua largura medida paralelamente à superfície de deposição.

[009]De maneira vantajosa, um tal material compósito é constituído de um único fio ou de uma série de fios que apresentam todos, sensivelmente, a mesma composição, largura e torção. De acordo com modos de realização especiais, o material compósito é realizado partindo de:

- um único ou de uma série de fios de carbono de 3 K e de 200 tex que apresentem uma torção de 10 a 70 voltas/m, preferencialmente de 15 a 40 voltas/m, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm. Em particular, quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 50 mm, a torção será superior a 30 voltas/m e quando o raio interno for superior a 50 mm, a torção poderá ser inferior ou igual a 30 voltas/m,

- de um único ou de uma série de fios de carbono de 6 K e de 223 tex que apresentem uma torção de 20 a 80 voltas/m, preferencialmente de 50 a 70 voltas/m, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm. Em particular, quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 50 mm, a torção será superior a 40 voltas/m e quando o raio interno for superior a 50 mm, a torção poderá ser inferior ou igual a 40 voltas/m,

- de um único ou de uma série de fios de carbono de 6 K e de 400 tex que apresentem uma torção de 20 a 80 voltas/m, preferencialmente de 40 a 60 voltas/m, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm. Em particular, quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 50 mm, a torção será superior a 40 voltas/m e quando o raio interno for superior a 50 mm, a torção poderá ser inferior ou igual a 40 voltas/m,

- de um único ou de uma série de fios de carbono de 12 K e de 446 tex que apresentem uma torção de 10 a 80 voltas/m, preferencialmente de 10 a 60 voltas/m, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido

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7/15 na faixa que vai de 10 a 500 mm. Em particular, quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 50 mm, a torção será superior a 40 voltas/m e quando o raio interno for superior a 50 mm, a torção poderá ser inferior ou igual a 40 voltas/m, especialmente de 10 a 40 voltas/m,

- de um único ou de uma série de fios de carbono de 24 K e de 1040 tex que apresentem uma torção de 10 a 40 voltas/m, preferencialmente de 10 a 25 voltas/m é depositado, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 20 a 150 mm. Em particular, quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 20 a 40 mm, a torção será superior a 20 voltas/m e quando o raio interno for superior a 40 mm, a torção poderá ser inferior ou igual a 20 voltas/m. A descrição a seguir, em referência às figuras anexas, permite compreender melhor a invenção:

[010]A Figura 1 apresenta esquematicamente o fenômeno de ondulação observado no caso da deposição de um fio não torcido sobre uma superfície, segunda uma trajetória sobre uma superfície de deposição, a dita trajetória apresentando pelo menos uma zona curva sobre a superfície de deposição.

[011 ]A Figura 2B é uma fotografia de uma dobra de placa de fios torcidos, a Figura 2A sendo uma foto de uma dobra análoga no caso de fios não torcidos.

[012]As Figuras 3 e 4 representam vistas esquemáticas de dobras da placa de fios torcidos.

[013]As Figuras 5 e 7 são fotografias de materiais compósitos de acordo com a invenção, sob a forma de um disco, análogo àquele apresentado na Figura 4. A Figura 6 representa esquematicamente um dispositivo de deposição de uma placa de fios torcidos.

[014]De acordo com um outro modo de realização em particular, este material compósito é realizado partindo de um único ou de uma série de fios de reforço cuja torção é,seja do tipo S, seja do tipo Z, preferencialmente do tipo S quando a deposição for efetuada, sobre a zona curva da trajetória, no sentido horário. Para as definições do que se entende por torção do tipo S ou Z, pode-se consular a obra « Handbook of Weaving », p 16-17 de Sabit Adanur, Professor, department of Textile Engineering, Auburn, USA, ISBN 1-58716-013-7.

[015]Em particular, este material compósito é composto de um único fio

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8/15 torcido borda a borda segundo trajetórias sensivelmente paralelas umas às outras (com exceção dos pontos de viragem) ou de uma série de fios torcidos depositados sensivelmente paralelamente uns aos outros e de maneira associada. Em função das possibilidades autorizadas para a gramagem, o título e a torção dos fios utilizados, os fios são posicionados para minimizar, até mesmo evitar a presença de espaço entre dois fios adjacentes. Um tal exemplo de realização é, por exemplo, ilustrado, de maneira esquemática na Figura 3. De acordo com um exemplo de realização, um fio é depositado de maneira a formar uma espiral de fios torcidos, cada espira sendo depositada borda a borda com a seguinte. Um tal exemplo de realização é, por exemplo, ilustrado, de maneira esquemática, na Figura 4. Tais materiais compósitos podem ser obtidos por deposição de fios torcidos sobre uma superfície não plana ou de preferência, sobre uma superfície plana.

[016]No esquema da invenção, utiliza-se um fio ao qual foi aplicada uma torção, ou seja, uma rotação relativa das bordas externas do fio, ao redor de sua fibra média, de maneira que estas descrevem uma trajetória em hélice, ou seja, que a tangente em cada ponto faz um ângulo sensivelmente constante com uma dada direção. Cada fio é torcido individualmente. Assim, quando o fio assume uma trajetória que apresente pelo menos uma zona curva sobre a superfície de deposição (que pode ser plana ou não plana) a torção aplicada ao fio permite compensar o fato de que as duas trajetórias extremas do fio apresentam comprimentos diferentes. As trajetórias extremas designam as duas trajetórias que o fio segue de um lado e do outro de sua largura, medida paralelamente à sua superfície de deposição. Sobre a zona curva, o eixo de rotação da trajetória de um fio sobre a superfície de deposição é normal ao plano tangente à superfície de deposição. A aplicação de uma torção permite evitar as ondulações constatadas com a deposição de fio não torcido e pelo fato de que na escala dos filamentos constitutivos do fio ou de cada fio, quando o material é realizado com a ajuda de diversos fios. De maneira vantajosa, o material compósito é realizado com um único fio que apresenta uma torção sensivelmente idêntica sobre todo o seu comprimento ou com uma série de fios que apresenta, entre si e sobre todo o seu comprimento, uma torção sensivelmente idêntica. A Figura 2 apresenta duas fotos: a Figura 2A apresenta uma pré forma obtida por deposição de fios não torcidos, ao passo que a Figura 2B apresenta uma pré forma obtida por deposição de fios torcidos. No

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9/15 segundo caso, a pré forma obtida é mais homogênea e sem ondulação, sabendo-se que a torção permite obter uma homogeneidade do comprimento dos filamentos no interior do fio.

[017]Com efeito, um fio é em geral constituído de um conjunto de fios ou de filamentos e envolve, em geral, no caso dos fios de carbono, de 3 000 a 80 000 filamentos, vantajosamente de 12 000 a 24 000 filamentos. Os fios de reforço utilizados no esquema da invenção são, de preferência, de uma matéria escolhida entre o carbono, as cerâmicas, vidros, sílicas, basaltos ou aramidas ou qualquer outro material utilizado no campo dos materiais compósitos, as fibras podendo ser naturais ou sintéticas. O carbono é, no entanto, particularmente preferido. As cerâmicas que podem ser utilizadas são especialmente o carbureto de silício e os óxidos refratários, por exemplo, alumina e zircônia. De maneira particularmente preferida, no esquema da invenção, são utilizados fios de carbono de 3 a 24 K. As fibras constitutivas podem ser descontínuas, rachadas ou de preferência contínuas. Os fios utilizados apresentam em geral uma seção reta transversal sensivelmente circular (qualificados de fios redondos) ou, de preferência, sensivelmente paralelepipédico ou elíptico (qualificados fios planos). Estes fios apresentam uma certa largura e espessura. A título de exemplo, um fio plano, ou seja, antes da aplicação da torção, de carbono de 3 K e de um título de 200 tex de um título de 446 tex, uma largura de 2 a 5 mm, um fio plano de 12 K de um litro de 800 tex, uma largura entre 3 e 7 mm, um fio plano de carbono de 24 K e de um título de 1600 tex, uma largura de 5 a 12 mm e um fio plano de carbono de 24 K e de um título de 1040 tex, uma largura de 5 a 10 mm. Um fio plano de carbono de 3 000 a 24 000 filamentos apresentará, portanto mais frequentemente uma largura de 1 a 12 mm. Entre os fios de carbono, podem-se distinguir fios de Alta Resistência (HR) cujo módulo de tração está compreendido entre 220 e 241 GPa e cujo esforço na ruptura em tração está compreendido entre 3450 e 4830MPa, os fios de Módulo Intermediário (IM) cujo módulo de tração está compreendido entre 290 e 297GPa e cujo esforço na ruptura em tração está compreendido entre 3450 e 6200MPa e os Fios de Alto Módulo (HM) cujo módulo de tração está compreendido entre 345 e 448GPa e cujo esforço na ruptura em tração está compreendido entre 3450 e 5520Pa (de acordo com o « ASM Handbook », ISBN 0-87170-703-9, ASM International 2001).

[018]No sentido da invenção, uma torção determinada é aplicada ao fio antes

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10/15 de sua deposição. Uma tal torção pode, por exemplo, ser obtida por meio de um dispositivo para retorcer. Teoricamente, para evitar os comprimentos exagerados de filamentos, bastaria aplicar uma torção de 1 rotação para distribuir sobre o comprimento da trajetória sobre a qual o fio apresenta trajetórias extremas diferentes. Na prática, a colagem do fio e a reorganização dos filamentos no interior do mesmo por ocasião de sua deposição permitem aplicar uma torção diferente de uma rotação por comprimento da trajetória.

[019]A título de exemplo, poderá ser aplicada uma torção de 5 a 100 voltas/m, de preferência de 10 a 80 voltas/m. A título de exemplo específico, no caso de um fio de carbono de 3 K e de título 200 tex, será aplicada uma torção de 10 a 70Vm, preferencialmente de 15 a 40 voltas/m; no caso de um fio de carbono de 6 K e de 223 tex, será aplicada uma torção de 15 a 80 voltas/m, preferencialmente de 50 a 70 voltas/m, no caso de um fio de carbono de 6 K e de 400 tex, será aplicada uma torção de 15 a 80 voltas/m, preferencialmente de 40 a 60 voltas/m, no caso de um fio de carbono de 12 K e de 446 Tex, será aplicada uma torção de 10 a 80 voltas/m, preferencialmente de 10 a 60 voltas/m, no caso de um fio de carbono de 24 K e de 1040Tex, será aplicada uma torção de 10 a 40 voltas/m, preferencialmente de 10 a 25 voltas/m.

[020]O comprimento e o título do fio correspondente, seja aos dados do fornecedor, seja de preferência à largura média calculada ou medida do fio. O raio Mínimo da trajetória interna do fio é determinado da seguinte maneira. Calcula-se sobre toda a trajetória do fio, para cada zona nas quais trajetória sobre a superfície de deposição não é retilínea, o raio da trajetória interne Ti do fio e considera-se o menor raio obtido no conjunto destas zonas. Quando uma série de fios paralelos uns aos outros forem depositados, simultaneamente ou sucessivamente, será aplicada, de preferência, a cada um dos fios uma única e mesma torção.

[021 ]A torção aplicada será ajustada pelo perito na técnica em função do raio mínimo interno (menor do que o raio que assumem as bordas internas do fio) e do raio máximo externo (raio maior que assumem as bordas externas do fio) que apresenta o ou os fios sobre o conjunto do material compósito a ser realizado, espaços deixados livres entre dois fios consecutivos, assim como do título do fio e da massa da superfície de carbono desejada. De maneira preferida, será aplicada uma torção suficiente para minimizar, até mesmo eliminar totalmente as ondulações, porém a menor possível a

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11/15 fim de otimizar os desempenhos mecânicos do material obtido.

[022]De maneira preferida, o material é realizado com um mínimo de fios necessários para minimizar os pontos de parada. Quando diversos fios forem depositados paralelamente uns aos outros, simultaneamente ou sucessivamente, a mesma torção será, de preferência, aplicada a todos os fios constitutivos do material compósito. Para determinar a torção a ser aplicada, aplicar-se-á, preferencialmente, ao conjunto dos fios, a torção necessária para ter um depósito satisfatório no nível da trajetória do fio que apresenta o raio de curvatura interno mínimo, esta torção sendo forçosamente suficiente para se obter um depósito em ondulação nas partes da trajetória em que o fio (ou os outros fios) apresenta um raio de curvatura interno superior. Um a atenção especial será concedida, na ausência de espaços livres entre os fios e especialmente sobre as zonas próximas de seu raio externo máximo.

[023]A ligação dos fios sobre a superfície de deposição é realizada pro colagem, graças a um ligante polimérico. Não é realizada ligação alguma por costura ou ato de tricotar. Por ligante polimérico, entende-se uma composição polimérica que contenha um polímero ou uma mistura de polímeros, especialmente um polímero termoplástico ou um sistema termoendurecível que compreenda ou não um agente de endurecimento e/ou um acelerador. O ligante polimérico pode ser utilizado seja em quantidade apenas suficiente para ligar os fios à superfície sobre a qual eles são depositados, seja em quantidade suficiente para representar igualmente o papel de matriz no compósito final: o ligante representa, então, de 20 a 60 %, de preferência de 30 a 40 % da massa total do reforço fibroso (ou seja, de fios de reforço + ligante polimérico). O ligante polimérico pode especialmente se apresentar sob a forma de um pó, de um filme, de um véu ou de um fio de ligação termo fusível.

[024]De acordo com um modo de realização preferido da invenção, os fios utilizados, no esquema da invenção, podem ser secos antes da deposição, quer dizer que eles não são nem impregnados, nem revestidos, nem associados a um ligante polimérico qualquer antes de sua passagem nos dispositivos de torção, nem, de preferência, antes de sua deposição. Com efeito, de maneira vantajosa, a fim de melhor controlar a deposição do fio, esta será aplicada sobre um fio seco. Além disso, o fio torcido é constituído essencialmente de fibras ou de filamentos que representem pelo menos 98 % de sua massa, a taxa em massa padrão de untar podendo representar

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12/15 no máximo 2 % da massa do fio. Neste caso, o ligante polimérico é, por exemplo, aplicado sobre a superfície de deposição, seja a montante da deposição, seja durante a operação de deposição. A superfície de deposição pode, portanto ser recoberta por um filme, por um véu ou por um pó de ligante polimérico.

[025]De acordo com uma forma de realização da invenção, é utilizado, como ligante polimérico, um pó termoplástico ou um pó termoendurecível ou, ainda, uma mistura dos dois. Entre os pós termoplásticos que podem ser utilizados, é possível citar a título de exemplos não limitativos os pós de poliolefina, de poliamida, de Polietersulfona (PES), de Poli (Sulfeto de Fenileno) (PPS), Poli Éter Éter Cetona (PEEK) ou Polieterimida (PEI), enquanto que, entre os pós termoendurecíveis, é possível citar, a título de exemplos não limitativos, os pós de polímeros epóxidos com ou sem agente de endurecimento, os pós fenólicos, os pós de poliéster. O processo prevê então garantir um aquecimento da zona de deposição do fio de reforço. Este aquecimento pode ser realizado, seja no nível do ponto de deposição do fio de reforço por uma resistência para aquecimento integrada ao dispositivo de deposição do fio, seja por meio de uma fonte de radiação de calor dirigida para a zona de deposição do fio de reforço.

[026]De acordo com a invenção, pode igualmente ser empregada uma superfície de suporte temporário previamente recoberta, em parte, pelo menos, por um ligante polimérico escolhido entre os pós termoplásticos e termoendurecíveis, eventualmente em mistura, as colas auto-adesivas ou as colas no estado fundido a quente, os véus termoplásticos e termoendurecíveis, eventualmente em mistura, necessitando uma ativação térmica. De acordo com uma outra característica da invenção, é empregada, como ligante, uma cola da mesma natureza química que os pós citados acima, utilizada sob a forma fundida também denominada “massa fundida a quente”. Esta resina fundida a quente é então depositada sobre o suporte, seja durante a deposição do fio de reforço e a montante da deposição do fio de reforço, seja por ocasião de uma etapa anterior.

[027]De acordo com uma outra característica da invenção, é empregada, como ligante polimérico, uma solução ou uma emulsão pulverizável de pelo menos uma resina adesiva, tal como, por exemplo, porém não exclusivamente, uma resina poliacrílica, polivinílica ou poliuretana.

[028]De acordo com uma outra característica da invenção, entretanto não

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13/15 preferida, é possível associar o fio ao ligante polimérico, a montante de sua deposição. Isto pode ser feito por emprego de um fio termoplástico atado sobre o fio de reforço que é então aquecido até o nível de seu ponto de deposição. O fio termoplástico pode ser de qualquer natureza apropriada e, por exemplo, porém não exclusivamente, compreender um fio de Poliamida, Poliolefina, Polietersulfona (PES), Poli éter éter cetona (PEEK), Poli (Sulfeto de Fenileno) (PPS) ou Polieterimida (PEI). É igualmente possível empregar um ligante polimérico, intimamente ligado ao fio de reforço para formar um fio de reforço híbrido. Assim, é possível utilizar, como ligante polimérico dos filamentos de matéria termoplástica ou termoendurecível, por exemplo, da família dos fenóxi, da mesma natureza que os fios termoplásticos acima, que serão misturados a filamentos de material de reforço, mistura que será fiada para formar um fio de reforço híbrido.

[029]O material de acordo com a invenção é de pequena espessura, a sua espessura correspondente à do fio (ou dos fios) torcidos que constitui o mesmo. De acordo com a invenção, o fio de reforço é, de preferência, depositado de maneira contínua ou, ao contrário, em segmentos descontínuos. É vantajoso, por exemplo, no caso de uma deposição de um fio em espiral, depositar o fio de maneira contínua, sobre o comprimento máximo do fio, de maneira a minimizar, até mesmo evitar os pontos de corte. De acordo com um exemplo de realização, um fio é depositado de maneira a formar uma espiral de fios torcidos, cada espira sendo depositada borda a borda com a seguinte. Um tal exemplo de realização em que o material compósito se apresenta sob a forma de um disco, é, por exemplo, ilustrado, de maneira esquemática, na Figura 4. Tais materiais compósitos podem ser obtidos por deposição de fios torcidos sobre uma superfície não plana ou de preferência, sobre uma superfície plana.

[030]No caso de realização de um material compósito que apresenta uma parte retilínea e uma parte dita de canto, sob a forma de uma tira curva em que os fios são depositados de acordo com uma parte de arco de círculo como apresentado na Figura 2B ou 3, poderá ser vantajoso depositar simultaneamente uma série de fios paralelos, de maneira a recobrir em uma única vez a largura da pré forma desejada.

[031 ]A fim de poder fornecer com precisão a trajetória desejada ao fio e que este a conserve depois de sua deposição, este será conduzido, sem tensão ou com um mínimo de tensão até o ponto de deposição, de maneira que este seja depositado

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14/15 no estado de repouso.

[032]De acordo com a invenção, em função da natureza do fio de reforço e do ligante polimérico utilizado, será aplicada, sobre o fio de reforço por ocasião de sua deposição, uma pressão compreendida entre 0,01 bar e 30 bar e, de preferência, compreendida entre 0,1 bar e 1 bar. Da mesma forma, de acordo com a natureza do ligante polimérico utilizado e do fio de reforço e, mais particularmente, em caso de utilização de um ligante polimérico termoplástico ou de um termo-adesivo, o ponto de deposição do fio de reforço será aquecido a uma temperatura compreendida entre 50° C e 450° C e, de preferência, compreendida entre 50 Ό e 150°C.

Os exemplos aqui a seguir permitem ilustrar a invenção.

Exemplo 1 [033]Uma espiral tal como representada sobre a representação esquemática da Figura 4 ou na foto da Figura 5, de diâmetro Di interno de 15 mm e de diâmetro externo D_e é realizada por deposição de fio de carbono 3 K de 200 tex (HTA 5131 da sociedade Tenax) torcido com uma torção de 50 voltas/m. O passo p de deposição entre 2 trajetórias médias consecutivas é de 0,98 mm. O fio é depositado de acordo com uma espiral sobre um papel de silicone pulverizado a 15 g/m² com uma resina epóxi que contém um agente de endurecimento (7 P160, da sociedade Akzo Nobel). A pré forma obtida apresenta uma espessura de 0,2 mm.

[034]É empregado o dispositivo esquematizado sobre a Figura 6. O fio F é conduzido, sem tensão até o nível do braço de deposição 1 ao qual está integrada uma resistência para aquecimento 2 a uma temperatura de 300° C. O fio é aplicado sobre a superfície por meio de um rolo aplicador 3 com 2 mm de raio com uma pressão de contato de 10 kPa. A velocidade de passagem do fio é sincronizada com velocidade de passagem do braço de deposição que é de 20 mm/s. A jusante do ponto de deposição, um elemento de resfriamento 4 é aplicado sobre o fio de maneira a aplicar sobre este último uma pressão de 10 kPa. Da mesma forma, uma espiral tal como representada na representação esquemática da Figura 4 e apresentada parcialmente sobre a fotografia da Figura 7, de diâmetro Di interno de 40 mm e de diâmetro externo D_e é realizada por deposição de fio de carbono 24 K de 1040 tex (T800S da sociedade Toray) torcido com uma torção de 22 voltas/m. O passo p de deposição entre 2 trajetórias médias consecutivas é de 3,88 mm. O fio é depositado segundo uma espiral

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15/15 sobre um filme de resina epóxi (Hexply M21, da sociedade Hexcel) de densidade superficial igual a 72 g/m². A pré forma obtida apresenta uma espessura média de 0,25 mm.

Exemplo 2 [035]Utilizando-se um dispositivo análogo ao anterior, que permita a deposição simultânea de 23 fios, é realizada uma pré forma destinada a reforçar uma cantoneira de porta, tal como ilustrada na representação esquemática da Figura 3: sobre um ângulo de 90°, um arco de círculo de diâmetro interno igual a 95 mm e de diâmetro externo igual a 475 mm é realizado por deposição de fios de carbono de 12 K e de 446 tex (IM7-6000 de Hexcel) torcidos com uma torção de 30 voltas/m. O passo de deposição, entre as fibras medianas de dois fios consecutivos, é de 1,65 mm. A deposição é realizada sobre um filme de resina epóxi (Hexply 8552, da sociedade Hexcel) de densidade superficial igual a 72 g/m². A pré forma obtida apresenta uma espessura média de 0,25 mm.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo de fabricação de um material compósito no qual se deposita pelo menos um fio de reforço sobre uma superfície, segundo uma trajetória que apresenta pelo menos uma zona curva sobre a superfície de deposição, em que o fio de reforço está ligado à superfície usando um ligante polimérico, CARACTERIZADO pelo fato de que uma torção é aplicada ao fio de reforço, a montante de sua deposição, de maneira a pelo menos compensar as diferenças de comprimento que apresentam as trajetórias extremas do fio de um lado e do outro de sua largura medida paralelamente à superfície de deposição.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o fio de reforço é seco antes de sua deposição.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que é aplicada uma torção de 5 a 100 voltas/m, de preferência de 10 a 80 voltas/m.
4. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que é depositado um fio de carbono de 3 K e de 200 tex que apresenta uma torção de 10 a 70 voltas/m, preferencialmente de 15 a 40 voltas/m, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm.
5. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que é depositado um fio de carbono de 6 K e de 223 tex que apresenta uma torção de 15 a 80 voltas/m, preferencialmente de 50 a 70 voltas/m, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm.
6. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que é depositado um fio de carbono de 6 K e de 400 tex que apresenta uma torção de 15 a 80 voltas/m, preferencialmente de 40 a 60 voltas/m, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm.
7. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 3 CARACTERIZADO pelo fato de que é depositado um fio de carbono de 12 K e de 446 tex que apresenta uma torção de 15 a 80 voltas/m, preferencialmente de 10 a 60 voltas/m, especialmente

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2/5 quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm.
8. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 3 CARACTERIZADO pelo fato de que é depositado um fio de carbono de 24 K e de 1040 tex que apresenta uma torção de 10 a 40 voltas/m, preferencialmente de 10 a 25 voltas/m, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 20 a150 mm.
9. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 8 CARACTERIZADO pelo fato de que o material compósito é realizado por deposição de um único fio que apresenta uma torção sensivelmente idêntica sobre todo o seu comprimento ou de uma série de fios que apresenta, entre si e sobre todo o seu comprimento, uma torção sensivelmente idêntica.
10. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície sobre a qual é depositado o fio de reforço é um suporte temporário.
11. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o ligante polimérico é aplicado, anteriormente ou à medida que é realizada a deposição do fio de reforço, sobre a superfície.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o fio de reforço é associado, antes de sua deposição, ao ligante polimérico que garante a sua ligação com a superfície sobre a qual ele é depositado.
13. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o fio de reforço é de um material escolhido entre os seguintes materiais: carbono, vidro, aramida, sílica, cerâmica, basalto e misturas dos mesmos.
14. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o ligante polimérico compreende um polímero termoendurecido, um polímero termoplástico ou uma mistura dos ditos polímeros, eventualmente sob a forma de pó ou de uma resina auto-adesiva ou de uma massa fundida a quente.
15. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a percentagem em massa de ligante polimérico

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3/5 em relação à massa total do material compósito (ou seja, de fios de reforço + ligante polimérico) está compreendida na faixa que vai de 0,1 a 25 % e vantajosamente de 3 a 10%.
16. Processo, de acordo com uma das reivindicações 1 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o material compósito é um pré impregnado, a percentagem em massa de ligante polimérico em relação à massa total do material compósito (ou seja, de fios de reforço + ligante polimérico) está compreendida na faixa que vai de 20 a 60 % e vantajosamente de 30 a 40 %.
17. Material compósito que compreende pelo menos um fio de reforço depositado sobre uma superfície, segundo uma trajetória que apresenta pelo menos uma zona curva sobre a superfície de deposição, no qual o fio de reforço está ligado à superfície por meio de um ligante polimérico, CARACTERIZADO pelo fato de que o fio de reforço é torcido, de maneira a pelo menos compensar as diferenças de comprimento que apresentam as trajetórias extremas do fio de um lado e do outro de sua largura medida paralelamente à superfície de deposição.
18. Material compósito, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que ele é constituído apenas de um único fio ou de uma série de fios que apresentam todos, sensivelmente, a mesma composição, largura e torção.
19. Material compósito, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, CARACTERIZADO pelo fato de que ele é constituído de um ou de uma série de fios de reforço cada um, torcidos individualmente com uma torção de 5 a 100 voltas/m, de preferência de 10 a 80 voltas/m.
20. Material compósito, de acordo com uma das reivindicações 17 a 19, CARACTERIZADO pelo fato de que ele é realizado partindo de um único ou de uma série de fios de carbono de 3 K e de 200 tex que apresenta uma torção de 10 a 70 voltas/m, preferencialmente de 15 a 40 voltas/m, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm.
21. Material compósito, de acordo com uma das reivindicações 17 a 19, CARACTERIZADO pelo fato de que ele é realizado partindo de um único ou de uma série de fios de carbono de 6 K e de 223 tex que apresenta uma torção de 20 a 80 voltas/m, preferencialmente de 50 a 70 voltas/m, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm.

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22. Material compósito, de acordo com uma das reivindicações 17 a 19, CARACTERIZADO pelo fato de que ele é realizado partindo de um único ou de uma série de fios de carbono de 6 K e de 400 tex que apresenta uma torção de 20 a 80 voltas/m, preferencialmente de 40 a 60 voltas/m, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm.
23. Material compósito, de acordo com uma das reivindicações 17 a 19, CARACTERIZADO pelo fato de que ele é realizado partindo de um único ou de uma série de fios de carbono de 12 K e de 446 tex que apresenta uma torção de 10 a 80 voltas/m, preferencialmente de 10 a 60 voltas/m, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 10 a 500 mm.
24. Material compósito, de acordo com uma das reivindicações 17 a 19, CARACTERIZADO pelo fato de que ele é realizado partindo de um único ou de uma série de fios de carbono de 24 K e de 1040 tex que apresenta uma torção de 10 a 40 voltas/m, preferencialmente de 10 a 25 voltas/m é depositado, especialmente quando o raio interno mínimo da trajetória do fio estiver compreendido na faixa que vai de 20 a 150 mm.
25. Material compósito, de acordo com uma das reivindicações 17 a 24, CARACTERIZADO pelo fato de que ele é composto de um único fio torcido depositado borda a borda segundo trajetórias sensivelmente paralelas umas às outras ou de uma série de fios torcidos depositados sensivelmente paralelamente uns aos outros e de maneira associada.
26. Material compósito, de acordo com uma das reivindicações 17 a 24, CARACTERIZADO pelo fato de que ele é composto de uma espiral de fios torcidos, cada espira sendo depositada borda a borda com a seguinte.
27. Material compósito, de acordo com uma das reivindicações 17 a 26, CARACTERIZADO pelo fato de que o fio de reforço é de um material escolhido entre os seguintes materiais: carbono, vidro, aramida, sílica, cerâmica, basalto e misturas dos mesmos.
28. Material compósito, de acordo com uma das reivindicações 17 a 27, CARACTERIZADO pelo fato de que o ligante polimérico compreende um polímero termoendurecido, um polímero termoplástico ou uma mistura dos ditos polímeros, eventualmente na forma de pó, de um filme, de um véu ou de uma resina auto-adesiva

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5/5 ou de uma massa fundida a quente.
29. Material compósito, de acordo com uma das reivindicações 17 a 28, CARACTERIZADO pelo fato de que a percentagem total em massa de ligante polimérico em relação à massa total do material compósito (ou seja, de fios de reforço + ligante polimérico) está compreendida na faixa que vai de 0,1 a 25 % e vantajosamente de 3 a 10 %.
30. Material compósito, de acordo com uma das reivindicações 17 a 28, CARACTERIZADO pelo fato de que a percentagem em massa de ligante polimérico em relação à massa total do material compósito (ou seja, de fios de reforço + ligante polimérico) está compreendida na faixa que vai de 20 a 60 % e vantajosamente de 30 a 40 %.
31. Material compósito, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO pelo fato de que é suscetível de ser obtido conforme definido em uma das reivindicações 1 a 16.

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