ITUB20155145A1 - "METHOD AND SYSTEM FOR INSTANTANEOUS REPAIR OF OBJECTS IN MATERIALS COMPOSITE TO MATRIX AND EPOXY, POLYESTER, POLYAMIDE OR POLYURETHANE WHOSE REINFORCEMENT IS CONSTITUTED BY CARBON FIBER, KEVLAR, TITANIUM, GLASS" - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il campo della tecnica a cui la presente invenzione fa riferimento è quello delle riparazioni, sia professionali che “fai-da-te”. In particolare, l'invenzione si riferisce ad un metedo e sistema per la riparazione istantanea di oggetti in materiali compositi a matrice epossidica, poliestere, poliammìde o poliuretano il cui rinforzo è costituito da fibre di carbonio, kevlar, titanio, vetro, il quale esclude {'impiego di resine. The field of technique to which the present invention refers is that of repairs, both professional and "do-it-yourself". In particular, the invention refers to a method and system for the instant repair of objects in composite materials with an epoxy, polyester, polyamide or polyurethane matrix whose reinforcement consists of carbon fibers, kevlar, titanium, glass, which excludes {'use of resins.
Come è noto, può succedere che un oggetto costruito in materiali compositi subisca dei danni a seguito di un impatto o di un accidente di altro genere, capita frequentemente, ad esempio, per quanto riguarda rattrezzatura sportiva, data rintrinseca esposizione al rischio tipica della natura dell'attività stessa: si pensi ad una tavola da surf in vetroresina (o ad un telaio di bicicletta in carbonio). Specialmente nel caso di danneggiamento di attrezzatura sportiva o parti di essa in materiali quali carbonio, kevlar, vetroresina, le esigenze sono molteplici. Allo stato della tecnica attuale, o viene consigliato di procedere all'acquisto di un nuovo attrezzo/oggetto o parte di esso, nei casi irrecuperabili, oppure di effettuare una riparazione caratterizzata daH'utilizzo di resine. Tale riparazione, tuttavia, comporta: As is known, it can happen that an object made of composite materials suffers damage as a result of an impact or an accident of another kind, it frequently happens, for example, with regard to sports equipment, given intrinsic exposure to the risk typical of the nature of the activity itself: think of a fiberglass surfboard (or a carbon bicycle frame). Especially in the case of damage to sports equipment or parts of it in materials such as carbon, kevlar, fiberglass, the needs are multiple. In the current state of the art, it is recommended to proceed with the purchase of a new tool / object or part of it, in irrecoverable cases, or to carry out a repair characterized by the use of resins. Such repair, however, involves:
a) nel caso in cui ci si affidi al lavoro di un artigiano, il sostenimento di spese tali da rendere, spesso, più conveniente sostituire l'oggetto; in ogni caso, per avere l'oggetto riparato, si dovrà fare i conti con una tempistica legata all'utilizzo delle resine, oppure a) in the event that one relies on the work of an artisan, the incurring of expenses such as to make it often more convenient to replace the object; in any case, to have the object repaired, you will have to deal with a timing linked to the use of resins, or
b) scegliendo il “fai-da-te”, per quanto ci sarebbe un risparmio in termini economici, è prevista comunque la tempistica strettamente subordinata ai fattori condizionanti la riparazione con resine, quali temperatura, tasso di umidità e salinità. E' imprevedibilmente variabile a seconda dei sopracitati fattori, la tempistica: da cinque a 60 minuti in condizioni ottimali (temperatura tra 15 e 20 C° circa) fino a diverse ore, giorni, settimane a seconda del tipo di danno e di quanti strati è necessario aggiungere per ottenere il risultato desiderato. Il tempo di polimerizzazione e la temperatura per il completamento della reazione di polimerizzazione dipendono sia dal tipo sia dal numero degli agenti polimerizzanti. Con alcuni agenti la reazione procede bene a temperatura ambiente, per altri si richiedono temperature più elevate. Talora per avere un minore tempo di polimerizzazione, in aggiunta a questi componenti, si usano degli acceleratori. E' necessaria, poi, un'ottima competenza nell’adozione dello speciale processo di lavorazione caratterizzante l'impiego di resine, oltre airimprescindibilità di lavorare a determinate temperature o alla luce del sole, e/ o utilizzare determinati strumenti di supporto come un forno essicatoio per forzare la temperatura o lampade UV; ad esempio, una non idonea miscelazione dell’agente di cura con il prepolimero comporta una riduzione delle caratteristiche meccaniche e la formazione di alcuni difetti morfologici. Di conseguenza, in particolare nel “fai-da-te”, anche il risultato della riparazione avrebbe più possibilità di risultare compromesso, considerati i numerosi fattori e fasi che entrano in gioco durante il procedimento: la percentuale di errore è inevitabilmente elevata. Anche nei i casi di danni di lieve o media entità, anche riparabili in ambito del fai-da-te, rimane costante il problema della tempistica: pensiamo al surfista la cui tavola subisce un danno (ad esempio da taglio o foratura della tavola in uno o più punti) il quale non può, allo stato della tecnica, con i metodi e composizioni convenzionali, effettuare la riparazione (magari anche in loco) e poi riprendere la propria attività immediatamente o in tempi brevi - e in sicurezza. Infatti, anche se recentemente sono altresì stati introdotti sul mercato dei prodotti bicomponenti (resina indurente) che sono considerati relativamente meno ostici da utilizzare rispetto alle resine convenzionali, in quanto il procedimento di applicazione risulta snellito, e la tempistica media di preparazione del composto è ridotta, rimangono diversi problemi irrisolti. Questi prodotti non sono utilizzabili con successo per tutti i tipi di danno, e sono anch'essi vincolati all'utilizzo da effettuarsi a certe condizioni come l'esposizione alla luce solare (raggi UV), fonte di calore e/o temperatura intorno ai 18-20 C°, osservando le dovute precauzioni per scongiurare i nefasti effetti di una catalisi troppo accelerata. Il tempo di attesa tra una stratificazione e fai tra, o comunque il tempo di attesa prima di poter utilizzare l'oggetto e/o procedere ad eventuale rifinitura, è comunque variabile da 12 ore a giorni (in media, possiamo dire almeno un giorno di attesa). Nello specifico, ad esempio, con il bicomponente a base di resina epossidica indicato come più “rapido” attualmente in commercio, è comunque necessario aspettare circa 10 minuti a temperatura ideale indicata precisamente (l8 — 20 C°) e dopo circa 12 ore è completamente fissato: solo allora si potrà procedere o all'uso dell'oggetto, o all'eventuale operazione di carteggio e rifinitura. Inoltre, la riparazione deve essere effettuata per forza entro alcuni minuti, a partire dal momento in cui vengono miscelati resina+indurente, prima che il preparato diventi inutilizzabile. Dunque, anche questo tipo di prodotti, pur migliorando alcuni aspetti del procedimento convenzionale, non è in grado di risolvere definitivamente o quantomeno sensibilmente i più volte citati problemi legati alla tempistica e alla necessaria osservanza/presenza di determinati fattori quale luce solare/ temperatura. b) by choosing the "do-it-yourself" option, although there would be savings in economic terms, the timing is still strictly subordinate to the factors that condition the repair with resins, such as temperature, humidity and salinity. The timing varies unpredictably depending on the aforementioned factors: from five to 60 minutes in optimal conditions (temperature between 15 and 20 C ° approximately) up to several hours, days, weeks depending on the type of damage and how many layers it is need to add to get the desired result. The polymerization time and temperature for completion of the polymerization reaction depend on both the type and number of the polymerizing agents. With some agents the reaction proceeds well at room temperature, for others higher temperatures are required. Sometimes to have a shorter polymerization time, in addition to these components, accelerators are used. It is also necessary to have an excellent competence in adopting the special working process that characterizes the use of resins, as well as the imperative to work at certain temperatures or in sunlight, and / or use certain support tools such as a drying oven. to force the temperature or UV lamps; for example, an unsuitable mixing of the care agent with the prepolymer leads to a reduction in the mechanical characteristics and the formation of some morphological defects. Consequently, particularly in the "do-it-yourself", even the result of the repair would be more likely to be compromised, given the numerous factors and phases that come into play during the procedure: the percentage of error is inevitably high. Even in cases of minor or medium damage, even repairable in the field of do-it-yourself, the problem of timing remains constant: let's think of the surfer whose board suffers damage (for example by cutting or drilling the board in one or more points) which cannot, in the state of the art, with conventional methods and compositions, carry out the repair (perhaps even on site) and then resume its activity immediately or quickly - and safely. In fact, even if recently two-component products (hardening resin) have also been introduced on the market which are considered relatively less difficult to use than conventional resins, as the application process is streamlined, and the average preparation time of the compound is reduced. , several unsolved problems remain. These products cannot be used successfully for all types of damage, and are also bound to be used under certain conditions such as exposure to sunlight (UV rays), heat source and / or temperature around 18 -20 ° C, observing the necessary precautions to avoid the harmful effects of too accelerated catalysis. The waiting time between a stratification and a do between, or in any case the waiting time before being able to use the object and / or proceed with any finishing, is in any case variable from 12 hours to days (on average, we can say at least one day of wait). Specifically, for example, with the two-component epoxy resin-based indicated as the "fastest" currently on the market, it is still necessary to wait about 10 minutes at the ideal temperature indicated precisely (18-20 C °) and after about 12 hours it is completely fixed: only then will it be possible to proceed either with the use of the object, or with the possible operation of correspondence and finishing. Furthermore, the repair must necessarily be carried out within a few minutes, starting from the moment the resin + hardener are mixed, before the preparation becomes unusable. Therefore, even this type of product, while improving some aspects of the conventional process, is not able to definitively or at least significantly solve the many times cited problems related to timing and the necessary observance / presence of certain factors such as sunlight / temperature.
In sintesi, allo stato della tecnica, i tempi per una riparazione di oggetti in materiali compositi sono medio-lunghi (a seconda dell'entità del danno, del tipo di oggetto e dello sforzo meccanico che dovrà sostenere), sia per quanto riguarda il procedimento della riparazione (specie, ad es., in caso di necessità di stratificazione, occorre attendere la completa catalisi anche tra l'applicazione di uno strato e l'altro, e non solo nella fase finale della riparazione prima della rifinitura), sia relativamente al tempo di asciugatura finale necessario per poter utilizzare nuovamente l'oggetto riparato e/o procedere ad eventuale fase di rifinitura. Inoltre, il procedimento stesso, in sé, risulta laborioso, richiede una certa competenza nell'adoperare le resine, come sopracitato richiede determinate temperature di lavorazione e altre condizioni, e/o l'ausilio di strumenti quali un forno essicatoio. La presente invenzione fornisce un metodo e sistema per la riparazione istantanea di oggetti in materiali compositi a matrice epossidica, poliestere, poliammide o poliuretano il cui rinforzo è costituito da fibre di carbonio, kevlar, titanio, vetro, il quale esclude l'impiego di resine. In summary, at the state of the art, the times for repairing objects made of composite materials are medium-long (depending on the extent of the damage, the type of object and the mechanical effort it will have to sustain), both as regards the procedure of the repair (especially, for example, in case of need for stratification, it is necessary to wait for complete catalysis even between the application of one layer and the other, and not only in the final phase of the repair before finishing), and in relation to the final drying time necessary to be able to use the repaired object again and / or proceed to any finishing phase. Furthermore, the process itself is laborious, it requires a certain skill in using the resins, as mentioned above, it requires certain processing temperatures and other conditions, and / or the aid of tools such as a drying oven. The present invention provides a method and system for the instant repair of objects in composite materials with an epoxy, polyester, polyamide or polyurethane matrix whose reinforcement consists of carbon fibers, Kevlar, titanium, glass, which excludes the use of resins .
La descrizione dettagliata della presente invenzione, riportata qui di seguito, è intesa come una descrizione comprendente alcune forme preferite di realizzazione dell'invenzione e non intende rappresentare l'unica forma nella quale la presente invenzione può essere costituita e/o utilizzata. La descrizione stabilisce le funzioni e la sequenza di steps per operare l'invenzione in relazione alle forme di realizzazione illustrate. Ciò implica che le stesse o equivalenti funzioni e sequenze possano essere attuate mediante differenti forme di realizzazione che sono comprese nello spirito e nello scopo della presente invenzione. The detailed description of the present invention, reported hereinafter, is intended as a description including some preferred embodiments of the invention and is not intended to represent the only form in which the present invention can be constituted and / or used. The description establishes the functions and the sequence of steps for operating the invention in relation to the illustrated embodiments. This implies that the same or equivalent functions and sequences can be implemented by different embodiments which are included in the spirit and scope of the present invention.
I tipi di lesione che possono essere riparati con il presente metodo comprendono danni da: graffio, scheggiatura, crepa, taglio, solco, foro (cieco o passante), frattura parziale in due o più parti e, su oggetti di piccole-medie dimensioni, frattura totale in due o più parti. Secondo il presente metodo, l'oggetto danneggiato viene riparato attraverso l'uso combinato di due elementi come da rivendicazione (1): un cianoacrilato monocomponente liquido e, a seconda del materiale di cui è composto l'oggetto in questione, carbonio/kevlar/ titanio/ vetroresina sottoforma di (2) fibra, microfìbra e/o polvere. Il metodo viene attuato nei tre step seguenti (3). Si applica la fibra, microfibra o polvere (o un mix di due o tre di questi), del materiale prescelto, sul danno da riparare, riempendo le parti mancanti, mirando a ricostruire la forma originaria dell'oggetto (4); si impregna uniformemente l'area di intervento di cianoacrilato liquido. Attendere l'asciugatura, la quale è pressoché immediata (da 7 fino a 70 sec,). Procedere, dunque, a rimuovere le eventuali eccedenze di materiale o le asperità con la carta abrasiva. Lo strato ottenuto attraverso tale procedimento asciuga rapidamente, non sono necessarie particolari condizioni (es.: una determinata temperatura di lavorazione, esposizione a fonti di calore, etc.) e viene attuato senza l'ausilio di The types of injuries that can be repaired with this method include damage from: scratch, chip, crack, cut, groove, hole (blind or through), partial fracture in two or more parts and, on small to medium sized objects, total fracture in two or more parts. According to the present method, the damaged object is repaired through the combined use of two elements as per claim (1): a liquid one-component cyanoacrylate and, depending on the material of which the object in question is made, carbon / kevlar / titanium / fiberglass in the form of (2) fiber, microfibre and / or powder. The method is implemented in the following three steps (3). The fiber, microfiber or powder (or a mix of two or three of these), of the chosen material, is applied to the damage to be repaired, filling in the missing parts, aiming to reconstruct the original shape of the object (4); the area of intervention is uniformly impregnated with liquid cyanoacrylate. Wait for drying, which is almost immediate (from 7 to 70 seconds). Proceed, therefore, to remove any excess material or roughness with sandpaper. The layer obtained through this process dries quickly, special conditions are not necessary (e.g. a certain processing temperature, exposure to heat sources, etc.) and is carried out without the aid of
strumenti/ materiali/elementi ulteriori rispetto a quelli sopra specificati. E’ possibile aggiungere immediatamente uno o più strati fino al raggiungimento del risultato desiderato, a seconda dello sforzo meccanico che l'oggetto dovrà sostenere. A seconda del tipo di danno, nella fase 1 del presente metodo, viene scelta la differente forma (fibra, microfibra, polvere o mix di questi) del materiale che verrà applicato, come da rivendicazione (4). Ad esempio, se si tratta di un danno da foro, la fase 1 comprende l'utilizzo di microfibra e/o polvere, fino a completo riempimento della parte mancante (si consiglia di applicare in abbondanza, e rimuovere in fase dì rifinitura l'eccesso). Se si tratta di un danno da graffio o scheggiatura, la fase 1 comprende l'utilizzo di fibra o di suoi filamenti (4). tools / materials / elements other than those specified above. It is possible to immediately add one or more layers until the desired result is achieved, depending on the mechanical effort that the object will have to sustain. Depending on the type of damage, in step 1 of the present method, the different form (fiber, microfiber, powder or mix of these) of the material to be applied is chosen, as per claim (4). For example, if it is a hole damage, phase 1 includes the use of microfiber and / or powder, until the missing part is completely filled (it is advisable to apply in abundance, and remove the excess in the finishing phase ). If it is a scratch or chip damage, step 1 involves using fiber or its filaments (4).
L'invenzione fornisce un metodo che consente di ripristinare, immediatamente, l'originaria funzione, forma e qualità estetiche dell'oggetto danneggiato; inoltre, rende più semplici e veloci le eventuali operazioni di rifinitura del pezzo. Si comprende, dunque, come la presente invenzione tenda a favorire su larga scala la diffusione di una cultura del riuso degli oggetti (o di una/più parti di essi), in luogo della loro sostituzione, in quanto in grado di superare i problemi dell'attuale stato della tecnica relativi a: The invention provides a method which allows to immediately restore the original function, shape and aesthetic quality of the damaged object; moreover, it makes any finishing operations on the piece easier and faster. It is therefore understood how the present invention tends to favor on a large scale the spread of a culture of reuse of objects (or of one / more parts of them), in place of their replacement, as it is able to overcome the problems of 'current state of the art relating to:
— Tempistica. La riparazione, con il presente metodo, viene effettuata in tre step che vengono eseguiti in 5 minuti da un esperto e fino a 15-20 minuti da un principiante, contro l'attuale tecnica che, prevedendo l'uso di resine, richiede almeno il doppio del tempo, date le caratteristiche del procedimento e/o le condizioni da rispettare. Inoltre con il presente metodo, si può utilizzare immediatamente l'oggetto una volta riparato contro i tempi di attesa tipici dell'utilizzo di resine che necessitano la certezza, di una completa catalisi. - Timing. The repair, with this method, is carried out in three steps which are performed in 5 minutes by an expert and up to 15-20 minutes by a beginner, against the current technique which, providing for the use of resins, requires at least the double the time, given the characteristics of the procedure and / or the conditions to be respected. Furthermore, with this method, the object can be used immediately once it has been repaired against the typical waiting times of the use of resins that require the certainty of a complete catalysis.
Condizioni di lavorazione. Il presente metodo consente di operare senza che siano necessarie particolari condizioni di temperatura o esposizione a fonti di calore, consente di operare anche in presenza di umidità e salinità, pertanto, ad esempio, il surfista che danneggia la sua tavola, potrà ripararla anche in loco e riprendere la sua attività. Processing conditions. This method allows you to operate without the need for particular temperature conditions or exposure to heat sources, it allows you to operate even in the presence of humidity and salinity, therefore, for example, the surfer who damages his board, can also repair it on site and resume its business.
Speciale processo di lavorazione. Nel processo mediante resine, ad esempio, una non idonea miscelazione dell’agente di cura con il prepolimero comporta una riduzione delle caratteristiche meccaniche e la formazione di alcuni difetti morfologici. Il presente metodo fornisce un'alternativa semplice rispetto allo speciale processo di lavorazione richiesto per le attuali riparazioni con resine, rendendolo adatto a ottenere risultati performanti anche nel campo del fai-da-te e persino da parte di chi non ha particolare esperienza/ conoscenza in ambito delle riparazioni. Special manufacturing process. In the process using resins, for example, an unsuitable mixing of the care agent with the prepolymer leads to a reduction in the mechanical characteristics and the formation of some morphological defects. This method provides a simple alternative to the special manufacturing process required for current repairs with resins, making it suitable for obtaining performing results even in the field of do-it-yourself and even by those who have no particular experience / knowledge in scope of repairs.
Esempio di forma preferita di realizzazione: caso A, danno da graffio su tavola da surf in vetroresina/poliuretano. Si procede alla comune preparazione della superfìcie danneggiata prima di iniziare la riparazione: pulire, sgrassare se necessario, e procedere all'abrasione ai fini di evidenziare il danno. Da un tessuto di fibra di vetro - o di carbonio ad alta resistenza (5) - estrarre uno o più filamenti sufficienti a riempire la lesione facendole aderire sul graffio (4). Saturare i filamenti e la parte circostante fino a circa 1 cm con il cianoacrilato liquido. Attendere qualche secondo l'asciugatura e cartare. Se necessario, si può procedere a stratificare, ripetendo l'operazione di applicazione dei filamenti di fibra fino a che la superficie venga ripristinata come in origine. La tavola è pronta per essere utilizzata. Tempo di riparazione: circa cinque minuti. Example of preferred embodiment: case A, scratch damage on a fiberglass / polyurethane surfboard. We proceed to the common preparation of the damaged surface before starting the repair: clean, degrease if necessary, and proceed with abrasion in order to highlight the damage. From a fiberglass fabric - or high-strength carbon fiber (5) - extract one or more filaments sufficient to fill the lesion making them adhere to the scratch (4). Saturate the filaments and the surrounding area up to approximately 1 cm with liquid cyanoacrylate. Wait a few seconds for drying and paper. If necessary, you can proceed to layering, repeating the operation of applying the fiber filaments until the surface is restored as it was originally. The board is ready to be used. Repair time: about five minutes.
Esempio di forma preferita di realizzazione: caso B, danno da crepa e da foro passante su forcella di telaio di bici in carbonio. Si procede alla comune preparazione della superficie danneggiata prima di iniziare la riparazione: pulire, sgrassare se necessario, e procedere all'abrasione ai fini di evidenziare il danno. Da un tessuto di fibra di carbonio ad alta resistenza (5), estrarre un fascio di filamenti, ripiegarli su se stessi e riempire il foro avendo cura di disporre il materiale in maniera tale che sporga su entrambi i lati della superficie forata (4). Impregnare con il cianoacrilato e, una volta attesi alcuni secondi per l'asciugatura, procedere a cartare. Eventuali residue porosità possono essere colmate con il cianoacrilato e/o il carbonio sottoforma di polvere o microfibre (2). La riparazione è già completa, ma è possibile aggiungere un ulteriore strato (o più strati) a rinforzo, se necessario a seconda dello sforzo meccanico che l'oggetto dovrà sostenere, fasciando l'area di intervento con un pezzo di tessuto carbonio bilanciato (5) e impregnando con il cianoacrilato. Anche in questo caso, il telaio è immediatamente pronto per essere cartato cd eventualmente riverniciato. Parimenti, è immediatamente possibile il suo utilizzo. Tempo di riparazione: dai 15 ai 30 min. Example of preferred embodiment: case B, damage from crack and through hole on fork of carbon bike frame. We proceed to the common preparation of the damaged surface before starting the repair: clean, degrease if necessary, and proceed with abrasion in order to highlight the damage. From a high-strength carbon fiber fabric (5), extract a bundle of filaments, fold them back on themselves and fill the hole, taking care to arrange the material in such a way that it protrudes on both sides of the perforated surface (4). Impregnate with cyanoacrylate and, after waiting a few seconds for drying, proceed to paper. Any residual porosities can be filled with cyanoacrylate and / or carbon in the form of powder or microfibers (2). The repair is already complete, but it is possible to add an additional layer (or more layers) as reinforcement, if necessary depending on the mechanical effort that the object will have to sustain, wrapping the intervention area with a piece of balanced carbon fabric (5 ) and impregnating with cyanoacrylate. Also in this case, the frame is immediately ready to be papered and possibly repainted. Likewise, its use is immediately possible. Repair time: 15 to 30 min.
Claims (2)
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ITUB2015A005145A ITUB20155145A1 (en) | 2015-10-12 | 2015-10-12 | "METHOD AND SYSTEM FOR INSTANTANEOUS REPAIR OF OBJECTS IN MATERIALS COMPOSITE TO MATRIX AND EPOXY, POLYESTER, POLYAMIDE OR POLYURETHANE WHOSE REINFORCEMENT IS CONSTITUTED BY CARBON FIBER, KEVLAR, TITANIUM, GLASS" |
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Citations (5)
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---|---|---|---|---|
US4526636A (en) * | 1984-05-29 | 1985-07-02 | Mader Gerald J | Method of repairing breaks in sheet material |
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2015
- 2015-10-12 IT ITUB2015A005145A patent/ITUB20155145A1/en unknown
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