BRPI0900036A2 - método de fabricação de um artigo de material compósito reforçado por fibra - Google Patents

Abstract

MéTODO DE FABRICAçãO DE UM ARTIGO DE MATERIAL COMPOSITO REFORçADO POR FIBRA. A presente invenção refere-se a um método e um componente de ferramenta para formar em um artigo de material compósito reforçado por fibra em pelo menos uma porção posicionada localmente, nitidamente curvada (12). Um elemento separado substancialmente rígido de transferência de pressão (20) configurado com um perfil correspondente à pelo menos a dita porção curvada (12) é posicionado sobre o laminado (18) no local de pelo menos uma porção posicionada localmente, nitidamente curvada (12), da superfície de molde, e uma membrana flexível (28) posicionada sobre o laminado (18) e sobre as superfícies separadas externas (24, 26) do elemento de transferência de pressão (20) é evacuada para abaixar o laminado (18) para se conformar completamente com a forma da superfície de molde.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DEFABRICAÇÃO DE UM ARTIGO DE MATERIAL COMPÓSITO REFORÇADO POR FIBRA".

Antecedentes da Invenção

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se geralmente a um método parafabricação de um artigo de material compósito reforçado por fibra. Mais es-pecialmente, a invenção refere-se a um método para fabricação de um mate-rial compósito reforçado por fibra tendo pelo menos uma porção posicionadalocalmente, de nitidamente curvada, tal como um recesso, uma fenda, umaprotuberância, um cume ou similares.

A invenção também se refere a um componente de ferramentaespecífica para formar em um artigo de material compósito reforçado porfibra em pelo menos um uma porção posicionada localmente, de nitidamentecurvada.

Descrição da Técnica Relacionada

Ao produzir produtos fortes de peso leve de um material compó-sito reforçado por fibra para, por exemplo, a indústria de aviões, tal comosuperfícies de controle, flapes, portas, escotilhas, painéis integrais, ou simila-res, podem surgir problemas para formar com precisão recessos ou protube-râncias de curvas acentuadas no produto devido à habilidade limitada deuma membrana a vácuo seguir o perfil das seções nitidamente curvadas damatriz, e, conseqüentemente, abaixar adequadamente a camada superpostade uma folha laminada de fibra nestas seções durante a evacuação damembrana. Isto necessitará da etapa adicional de aplicar forças externas àmembrana por meio de uma autoclave ou similares.

É sabido que componentes de ferramentas auxiliares são usa-dos para melhorar a formação de seções de cantos de produtos de materialcompósito reforçado por fibra . A patente US 2006/0068170 A1 descreve ummétodo e uma ferramenta de apoio para aplicar pressão em uma folha delaminado de fibra a fim de formar adequadamente duas porções opostas decantos de todo um produto em forma de U. Para este propósito, um elemen-to de ferramenta flexível em formato de U auxiliar tendo uma trama curvadade modo côncavo ou seção de base e duas seções de cantos opostos sãoposicionados sobre o laminado em um molde fêmea. Quando uma membra-na de envolvimento de vedação é evacuada, a última exerce uma pressãona seção de base curvada flexível do elemento ferramenta, fazendo assimque a seção de base se flexione para baixo para esticar o laminado subja-cente enquanto ao mesmo tempo se expande nas partes de canto do ele-mento ferramenta para fora em direção às partes de canto correspondentesda superfície de molde. Contudo, este elemento de ferramenta não é ade-quado para formar produtos de material compósito reforçado por fibra tendopelo menos uma porção posicionada localmente, nitidamente curvada talcomo um recesso forma uma fenda estreita ou protuberância formada de umcume do produto, ou seja, onde a membrana não é capaz de abaixar o lami-nado perto o suficiente para moldar a superfície.

Além disso, a patente EP 0 992 336 A1 descreve o uso de umou mais elementos de suporte rígidos auxiliares para impregnar de resina eenrijecer um artigo composto pré-formado, por exemplo, um produto em for-ma de L, em outra etapa de processo, após a etapa de pré-formação, onde aevacuação de sacos flexíveis não é suficiente para suportar o material com-pósito. Estes elementos de suporte não são adequados como ferramentasauxiliares para formar uma única etapa de termoformação e sem usar forçasexternas de, por exemplo, uma autoclave posicionada localmente, porçõesnitidamente curvadas em uma camada superposta de folhas de fibra utili-zando uma membrana evacuável de fechamento.

Sumário da Invenção

É objetivo principal da presente invenção fornecer um métodoaperfeiçoado de fabricar um artigo de material compósito reforçado por fibrano qual pelo menos uma porção posicionada localmente, nitidamente curva-da, tal como um recesso, uma fenda, uma protuberância, um cume ou simi-lares, pode ser formado em uma única etapa utilizando a força de umamembrana flexível evacuada sem necessidade de força externa adicional.Para esta finalidade, o método da presente invenção é caracterizado de de-talhes estabelecidos na reivindicação 1 independente anexa. Desta maneira,é possível minimizar o manuseio manual e superposição de folhas de fibrase usar as chamadas camadas de fitas para formar um laminado pré-impregnado sobre a superfície de molde e formar um artigo em um únicoprocesso de termoformação sem ter de pré-formar o artigo em uma etapaanterior separada, desta forma poupando tempo e custos e produção.

De acordo com outro aspecto da invenção, é fornecido um com-ponente de ferramenta específica para formar em um artigo de materialcompósito reforçado por fibra em pelo menos uma porção de nitidamentecurvada posicionada localmente. Para esta finalidade, a ferramenta da in-venção é caracterizada pelos detalhes da reivindicação 5 independente. Aoengatar seções separadas de superfície exteriores do elemento de ferramen-ta substancialmente rígida, a membrana não precisa seguir a configuraçãoou perfil do recesso estreito ou protuberância, já que o próprio elemento deferramenta rígida transferirá e aplicará a força local necessária no laminadono local da porção nitidamente curvada a ser formada no artigo.

Outras características e detalhes do método e ferramenta dapresente invenção são estabelecidos nas reivindicações independentes eserão descritos na descrição detalhada a seguir com referência aos dese-nhos em apenso.

Breve Descrição dos Desenhos

Figura 1 é uma vista em perspectiva esquemática de uma seçãoem corte transverso e longitudinal de uma molde para formar uma metadede uma superfície de controle de aeronave tendo porções nitidamente cur-vadas em porções de borda longitudinal das mesmas;

Figura 2 é uma vista transversal esquemática aumentada de umelemento de ferramenta de transferência de pressão da invenção para for-mar na parte esquerda da figura 1 uma primeira porção nitidamente curvadaposicionada localmente em um artigo de material compósito reforçado porfibra;

Figura 3 é uma vista transversal esquemática aumentada de ou-tro elemento de ferramenta de transferência de pressão rígida para formarna parte direita da figura 1 uma segunda porção posicionada localmente,nitidamente curvada em um artigo de material compósito reforçado por fibra;

Figura 4 é uma vista esquemática aumentada da parte esquerdado molde na figura 1 com um conjunto de uma folha laminada de fibra, umelemento de transferência de pressão e uma membrana flexível posicionadasobre a superfície de molde perfilado antes de uma evacuação da membrana; e

Figura 5 é uma vista esquemática similar à figura 4, mas ilustra oconjunto em um estado acabado comprimido da superfície do molde antesda etapa opcional de tratamento de calor do conjunto.

Descrição Detalhada de uma Modalidade Preferida

Figura 1 ilustra esquematicamente, como um exemplo, uma se-ção de corte longitudinal e transversal de um molde 10 para formar no pro-cesso de termoformação de um artigo de material compósito reforçado porfibra. Em especial, o processo da presente invenção é relacionado à fabrica-ção de artigos tendo porções nitidamente curvadas, tais como recessos eprotuberâncias, que são difíceis de formar somente por meio de uma mem-brana flexível. Na figura 1, o molde 10 é configurado para formar uma meta-de de uma superfície de controle de aeronave tendo porções nitidamentecurvadas nas bordas longitudinais, frontais e traseiras. Para esta finalidade,o molde 10 possui uma fenda similar a um recesso 12 com um primeiro perfilnitidamente curvado em sua porção longitudinal e um segundo perfil nitida-mente curvado 14 em sua porção longitudinal de borda oposta. Entre os per-fis nitidamente curvados 12, 14, o molde 10 possui uma seção levementecurvada 16 após o perfil interno da superfície de controle a ser formada.

Em uma etapa inicial do processo, uma variedade de folhas defibra pré-impregnadas 17 (ver figura 4) é superposta uma sobre a outra emuma superfície de suporte separada por meio de uma máquina de colocaçãode fita (não mostrada) para formar um laminado ou camada superposta 18, oqual é então posicionado sobre o molde 10, ou é o laminado 18 superpostodiretamente sobre o molde 10. Como mostrado nas figuras 2 e 4, em umasegunda etapa, um primeiro elemento separado, substancialmente rígido, detransferência de pressão 20 configurado como uma barra alongada comsubstancialmente o mesmo perfil do recesso similar à fenda 12 é colocadosobre a camada superposta 18 em uma posição acima do recesso 12. Oelemento de transferência de pressão 20 possui uma primeira superfície 21de frente para a moldação 18 do material compósito, e uma segunda super-fície 22 com seções de superfície separadas 24, 26 adaptadas para seremengatadas por uma membrana de transferência de pressão 28 feita, por e-xemplo, de silicone, o qual é posicionado sobre a moldação 18 e o elementode transferência de pressão 20 para fechar de forma vedada a moldação 18e o elemento de transferência de pressão 20. O elemento 20 possui umaporção de trama substancialmente convexa 29 e contígua, porções de flangesubstancialmente côncavas 30, 32 para formar a porção local nitidamentecurvada no material compósito reforçado por fibra .

Da mesma forma, como visto na figura 3, um segundo elementoseparado substancialmente rígido de transferência de pressão 34 configura-do como uma barra alongada com substancialmente o mesmo perfil como osegundo perfil nitidamente curvado 14 do molde 10 é posicionado sobre amoldação 18 em uma posição acima do segundo perfil 14. O segundo ele-mento 34 também possui uma primeira superfície 36 de frente para a molda-ção 18 do material compósito, e uma segunda superfície 38 com seção desuperfície separada 40, 42 adaptada para serem engatadas pela membranade evacuação externa 28, a qual, na terceira etapa, é posicionada sobre amoldação 18 e os elementos de transferência de pressão 20, 34 para fecharde forma vedante a moldação 18 e os elementos de transferência de pres-são 20, 34. O segundo elemento 34 possui uma primeira seção curvada 44 aqual é curvada em uma seção substancialmente plana 46 sobre uma transi-ção 48 tendo um pequeno raio.

Como mostrado na figura 5, quando o espaço entre a membrana28 e a moldação 18 na quarta etapa é evacuada do ar, a membrana 28 apli-cará uma pressão diretamente sobre a moldação 18 e sobre as seções desuperfície separadas 24, 26 do primeiro elemento 20 e as seções de superfí-cie separadas 40, 42 do segundo elemento 34 (não mostrado) a qual é sufi-ciente para forçar a moldação 18 para ser abaixado pelo primeiro e segundoelemento rígido 20 e 34 nas respectivas seções nitidamente curvadas 12 e14 do molde 10. Normalmente, a membrana flexível 28 por si só não é capazde abaixar a moldação 18 para dentro destas seções nitidamente curvadasdo molde. Contudo, devido à estrutura rígida dos elementos de transferênciade pressão 20, 34, a membrana 28 precisa somente engatar as seções desuperfície separadas 24, 26, 40, 42 dos elementos 20, 34 afim de alcançar odevido abaixamento da moldação 18 dentro das seções nitidamente curva-das do molde. Assim, quando evacuado, a membrana 28 irá abaixar a mol-dação 18 para se conformar completamente com a forma do molde 10.

Então, o laminado abaixado 19 no conjunto evacuado é curado,por exemplo, inserindo o conjunto em um forno (não mostrado). Apesar denão ser normalmente necessário, o tratamento a calor do laminado 18 podeincluir uma etapa adicional de sujeitar a membrana 28 e o laminado 18 auma pressão externa suplementar em uma autoclave. O conjunto é entãodesmontado e o produto curado é separado do molde 10. Alternativamente,o laminado abaixado 18 pode ser separado do molde 10, os elementos detransferência de pressão 20, 34 e a membrana 28 antes de curar o produtolaminado abaixado formado na etapa separada.

Assim, ao usar o elemento de transferência de pressão separa-do, substancialmente rígido 20; 34 para abaixar a moldação 8 localmente emseções nitidamente curvadas 12; 14 do molde 10, o artigo pode ser formadocom precisão de uma maneira mais eficiente e consumindo menos tempo, jáque não há necessidade de etapas de tratamento separadas pré-formadorase de tratamento a calor dos artigos como necessário anteriormente.

Claims (7)

1. Método para fabricação de um artigo de material compósitoreforçado por fibra tendo pelo menos uma porção posicionada localmente,nitidamente curvada, dito método compreendendo formar um conjunto pelasetapas de:- moldação de uma variedade de folhas de fibras pré-impregnadas (17) para formar um laminado (18) sobre uma superfície de ummolde (10) o qual corresponde à superfície do artigo a ser formado,- posicionar um elemento separado substancialmente rígido detransferência de pressão (20; 34) sobre o laminado (18) no local de pelo me-nos uma porção posicionada localmente, nitidamente curvada (12; 14), dasuperfície do molde, dito elemento de transferência de pressão (20; 34) ten-do uma superfície interna (21; 36) de frente para o laminado (18) e configu-rado em correspondência com o perfil da dita porção curvada (12; 14) domolde (10),- posicionar uma membrana flexível (28) sobre o laminado (18) esobre as superfícies externas separadas (24, 26; 40, 42) de pelo menos umelemento de transferência de pressão (20; 34),- evacuar ar de um espaço entre a membrana (28) e o laminado(18) de modo a fazer a membrana (28) abaixar o laminado (18) para estarcompletamente em conformidade com a forma da superfície do molde aoexercer pressão diretamente sobre o laminado (18) e indiretamente ao exer-cer uma pressão sobre as superfícies separadas externas (24, 26; 40, 42) doelemento intermediário de transferência de pressão (20; 34), abaixando as-sim localmente o laminado (18) em uma porção nitidamente curvada (12; 14)do molde, e- desmontar o conjunto.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato da etapa de curar o laminado abaixado (18) antes de desmontar o con-junto.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de incluir a etapa adicional de sujeitar a membrana (28) e o laminado(18) a uma pressão externa suplementar.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, em que a pressãoexterna suplementar é aplicada na autoclave.

5. Rerramenta para formar um artigo de material compósito re-forçado por fibra posicionada em pelo menos uma porção nitidamente cur-vada (12; 14), caracterizada pelo fato de que um elemento substancialmenterígido de transferência de pressão (20; 34) tem uma primeira superfície (21;-36) a ser posta de frente a uma moldação (18) do material compósito e con-figurado com um perfil correspondente à, pelo menos, dita porção curvada(12; 14) a ser formada no artigo, e uma segunda superfície (22; 38) com se-ções de superfície separadas (24, 26; 40, 42) adaptadas para serem enga-tadas por uma membrana evacuável (28) para incluir a moldação (18) domaterial compósito reforçado por fibra e o elemento de transferência depressão (20; 34).

6. Ferramenta de acordo com a reivindicação 5, em que a pri-meira superfície (21) do elemento de transferência de pressão (20) tem umperfil de trama substancialmente convexa (29) e porções de flange substan-cialmente contíguas e côncavas (30, 32) para formar uma porção local cur-vada (12) na moldação (18) do material compósito reforçado por fibra .

7. Ferramenta de acordo com a reivindicação 5 ou 6, em que oelemento de transferência de pressão (20; 34) possui a forma de uma barraalongada, substancialmente rígida.