PT1242231E

PT1242231E - Processo para a produção de componentes multiaxiais reforçados, realizados de smc reforçados a fibras unidireccionais (ud)

Info

Publication number: PT1242231E
Application number: PT00954667T
Authority: PT
Inventors: Gerd Ehnert; Klaus Bieniek; Karl-Heinz Dipl-Ing Ilzhoefer; Juergen Stieg
Original assignee: Menzolit Fibron Gmbh
Priority date: 1999-09-11
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2007-09-17
Also published as: DE19949318A1

Description

Descrição para a produção de componentes multiaxiais reforçados, realizados de SMC reforçados a fibras unidireccionais (DD)s A presente invenção refere-se a um processo para produzir componentes termoendureciveis reforçados a fibra. SMC quer dizer ]íSheet Moulding Compound" (composto de lâminas moldadas) e é um feltro de resina de acordo com DIN 16913. No geral, SMC refere-se a um feltro de resina fluível com base numa resina de poliéster não saturada ou resina éster vinílica e distribuição aleatória de fibra no piano do feltro. As fibras de reforço normalmente utilizadas são fibras de vidro. Uma formulação SMC típica compreende cerca de 30% do polímero, cerca de 30% de excipiente e cerca de 30% de fibras de vidro, sendo o restante composto de aditivos, tais como, por exemplo, pigmentos de coloração, endurecedores, auxiliares de dispersão, excipientes e materiais semelhantes. SMC é geralmente produzido tal como se segue: a matriz de resina é aplicada a duas películas portadoras. Estas películas portadoras são retiradas por um dispositivo SMC, sendo que no processo transportam a matriz de resina, na qual as fibras de reforço são aspergidas ou aplicadas. Uma vez: GU6 cLS Γ i bras de reforço tiverem sido as s películas são pressionadas uma na outra para produzir género de sanduíche. Esta sanduíche é transportada através de um troço de impregnação, que utiliza movimentos de empurrar e basculantes para assegurar as fibras são uniformemente humedecidas com a matriz de resina. No fim da passagem pelo dispositivo, é enrolada em rolos. E de importância crucial um processo de maturação, o qual pode ser iniciado por meios químicos e/ou físicos. Após este processo de maturação, o SMC pode ser adicionalmente processado. Após a retirada das películas portadoras, o SMC é habitualmente processado ou pressionado em moldes de aço aquecidos para formar peças moldáveis. A vantagem do SMC é a elevada fluidibilidade que tem o efeito de somente 30 a 30% do molde de prensagem ter que ser coberto. A solidez e a rigidez podem ser variadas num âmbito alargado, dependendo do conteúdo de fibra de reforço.

Como alternativa, é do conhecimento colocar um tecido na matriz de resina para reforço. A desvantagem disto é que, embora a solidez seja substancialmente aumentada, dificilmente existe qualquer fluidibilidade. O molde de prensagem tem de ser completamente coberto, o que exige um corte exacto à dimensão, resultando em muito desperdício.

Além disso, é conhecido o SMC com reforço de fibra de vidro que compreende fibras cortadas (fibras aleatórias) e fibras unidireccionais (fibras UD). As fibras UD proporcionam propriedades melhoradas de solidez e de rigidez, numa diruutls'; axial, determinando fibras aleatórias a solidez transversal. Satã: SMC & de preferência empregue somente para componentes do tipo suporte, tais como, por exemplo, suportes deflectores. Não ê possível produzir componentes semelhantes a folha devido si elevada tendência dos componentes de ficarem distorcidos.

Um tal processo é conhecido da patente US 3.138.142, A invenção tem como objectivo desenvolver adicionalmente de tal modo um SK- para a produção de componentes termoendureciveis reforçados a fibra, que as tiras para a produção dos componentes são cortados a medida e empurrados para qualquer posição, sendo as camadas dos cortes sobrepostas numa pilha num prato rotativo em qualquer posição de ângulo uma para a outra. Isto apresenta a vantagem de em caso de formas de corte geometricamente difíceis não surgir qualquer desperdício.

De acordo com a invenção, este objectivo é alcançado por se encontrarem proporcionadas no componente várias camadas de SMC contendo fibras UD com um alinhamento axial diferente um do outro. Dado que as fibras UD proporcionam a solidez e propriedades da rigidez, estas propriedades são proporcionadas não somente numa direcção axial mas em diferentes direcções. Devido à elevada solidez e rigidez, é possível produzir componentes Leves ou aqueles com uma estrutura de parede fina.

De modo a ser possível e produzir uma estrutura SMC de várias camadas com ui espessura de parede componente desejada de cerva sia i ,2 mm e SMC grande como dimensões de corte, o peso do SMC por área de unidade tem de ser menor do que l.iOO g/m".

Até ãgora, não tem sido produzir industrialmente tais SMC s de baixo peso por área de unidade, ou efectivamente do ponto de vista da solidez e rigidez. 0 desenvolvimento de um tal SMC tornou-se interessante somente com um reforço de fibra de carbono UD e as propriedades de solidez e rigidez resultantes para um reforço multiaxial no componente.

Em comparação com as técnicas do processo habituais para a produção de componentes a partir de compósitos de fibra com fibras de carbono (moldagem por transferência de resina, processamento de pré-impregnação por prensagem ou processo de autoclave), o SMC no φΜΐ invenção é baseada apresenta as seguintes vantagens: - Geometria de corte simples, dado que apesar do reforço em fibra UD o SMC é fluivel. - Sem aparas do SMC têm que ser eliminados ou reciclados - Nenhum aparar das partes moldadas, por isso nenhum resíduo. - Períodos de ciclos curtos da produção do componente, sendo por isso apropriado para a produção em massa. Ê preferida avo combib-aslo de fibras absatdriãl formadas de fibras de vi-dró ou carbono com fibras de carbono UD para o SMC reforçado assimetrícamente desenvolvido. 0 SMC no qual a invenção é baseada cobre 6 0 a 95% do molde de prensagem. De modo a produzir fluidibilidade das fibras de carbono UD na direcção UD, as fibras contínuas UD encontram-se cortadas com um comprimento finito. Os comprimentos de fibra UD finitos podem situar-se entre 25 mm e 650 mm. As extremidades das fibras UD finitas encontram-se deslocadas uma da outra de modo a evitar pontos fracos no SMC.

Numa forma de realização preferida, os cabos de fibra de carbono das posições de fibras UD são produzidos de acordo com o processo "Heavy Tow" É vantajoso utilizar para este efeito fibras de carbono maiores do que 49 K. Alternativamente, podem ser utilizadas as estopas de fibra de carbono da faixa larga produzidos pelo processo "Heavy Tow" em larguras de 10 mm a 500 mm.

Para verificar as direcções de fibra UD na parte moldada acabada por inspecção de raio-X, são introduzidas fios de fibra de vidro individuais na matriz, na direcção das fibras UD, como fibras de contraste.

Para melhorar o humedecimento da fibra, a fluidibilidade e para compensar a retracçao, é vantajosamente utilizada uma matriz de resina diferente para as fibras aleatórias e as fibras UD. É vantajoso introduzir aditivos condutores na matriz de resina, de modo a melhorar a condutibilidade eléctrica de tal modo que seja possível um revestimento electrostãtíco (ESTA) sem um primário condutor adicional no componente. A resistência à superfície deve situar-se entre 10 e lGé Ω a 5 V e a resistência do volume ser menor do que i0:: Q/pm.

Um processo de acordo com a invenção para produzir um SMC reforçado a fibra que apresente as propriedades acima mencionadas, caracteriza-se por os feltros pré-impregnados SMC serem produzidos com fibras aleatórias e uma única camada de fibras UD e por várias feltros pré-impregnados SMC deste género se encontrarem proporcionados numa pilha, antes do processamento adicional para formar a parte moldada, com alinhamento multiaxial das fibras UD. Isto apresenta a grande vantagem de uma instalação existente para produzir um SMC compreendendo fibras aleatórias e fibras UD não ter de ser alterada. O alinhamento multiaxial é proporcionado pela formação de feltros pré-impregnados SMC individuais numa pilha, sendo os feltros pré-impregnados SMC empilhados de modo a serem rodados relativamente um ao outro.

Numa forma de realização preferida todas as camadas de fibra UD utilizadas enrontram-se alinhadas numa direcção a 0o sendo utilizado qualquer número desejado de camadas de fibra.

Numa forma de realização proferida alternativa, encontram-se proporcionadas pelo menos quatro camadas de fibra UD com o seguinte alinhamento:

Os ângulos indicam que a próxima camada de fibra UD abaixo se encontra proporcionada de modo a ser rodada neste ângulo relativamente à primeira camada.

Isto quer dizer que a primeira camada se encontra alinhada a 0° e a segunda camada a 90° relativamente à primeira camada.

Numa forma de realização alternativa preferida, encontram-se proporcionadas pelo menos seis camadas de fibra UD. Neste caso, as camadas de fibra UD apresentam apropriadamente o seguinte alinhamento:

Numa forma de realização alternativa, encontram-se proporcionadas oito camadas de fibra UD com o seguinte alinhamento:

Para uma maior espessura de parede, a estrutura do material pode ser colocada em várias camadas de 4 ou: 6 ou 8, na ordem especificada, uma em cima da outra,

Como opsráglb final, a pilha é colocada na ferramenta. (prensa) para produzir o componente e o componente S ou de ouuuoíU modo, como passo intermédio, & pré- moldado por pré-prensagem com o objecti o de fixar, sendo a prensa para pré-moldagem de uma forma inversa âo molde para produzir o componente.

De preferência, as fitas são enroladas em rolos com um diâmetro do núcleo maior do que 200 mm e um diâmetro externo v maior ou igual a 500 mm. A tecnologia SMC e de processamento de acordo com a invenção é versátil. É de preferência utilizada para produzir componentes reforçados a fibra, em particular para a indústria automóvel.

Os componentes podem ser produzidos para uma variedade larga de aplicações, dependendo da matriz da resina. As partes, interior e exterior, unidas uma à outra proporcionam uma elevada solidez e rigidez nos elementos do corpo, por exemplo.

Quando se utiliza uma matriz de resina que não retrai, é possível produzir peças exteriores de veículos a motor com uma superfície "classe A" que, devido à sua condutibilidade eléctrica, podem ser electroestaticamente revestidas como peças metálicas em folha.

As característícas adicionais da invenção tornar-se-ão visíveis das figuras que são descritas a seguir. As figuras representam;

Figura 1 esquema de uma ihSt-sliylo para produzir SMC com uma camada de fibra UD,

Figura 2 esquema de um dispositivo para produzir as camadas em bruto e o SMC multi-axial, Figura 3 esquema da produção dus camadas em bruto e a formação numa pilha, numa mesa rotativa, Figura 4 prensagem para formar uma peça moldada, Figura 5 exemplo de uma pilha formada de camadas de fibra UD individuais, Figura 6 peça moldada acabada com uma forma de realização esquemática das camadas de fibra UD originais, e Figura 7 alinhamento multiaxial das camadas de fibra UD. A figura 1 apresenta um dispositivo ou instalação para produzir SMC' s com uma única camada de fibra UD. Uma pasta de resina ou matriz de resina 2 ê aplicada a uma película 1 utilizando uma lâmina raspadora 3. Fibras aleatórias 4 são depois aspergidas. Estas fibras aleatórias 4 são fibras de vidro ou fibras de carbono, que são fornecidas como fibras contínuas 5 a um dispositivo de corte 6 e são cortadas pelo último em peças pequenas de cerca de 6 a 50 mm de comprimento. As fibras UD unidireccionais 7 são depois colocadas na direcção do andamento da rede. Estas fibras UD 7 são da preferência fibras de carbono. Finalmente, um segundo filme l ê novamente revestido com uma matriz de resina 2 utilizando uma lâmina raspadora 3 e é colocado na primeira película, resultando num gfeèrc? de sanduíche. A impregnação posterior num compartimento entre os favos de mel ou entre os favos de mel e ligadores, que pode ser proporcionado num coir.partímento de aquecimento, não é apresentada. Este SMC produzido deste modo é, de acordo com a invenção, cortado em linha ou autonomamente em tiras de cerca de 4 a 20 cm de largura e enrolado em rolos. A figura 2 apresenta, esquematicanente, o procedimento posterior. Os rolos 8 anteriormente mencionados são colocados desalinhados seguidos. Somente dois rolos 8 se encontram ilustrados aqui, como exemplo. Um descascador de película 9 encontra-se proporcionado ao lado de cada um dos rolos 8. Para produzir o SMC multiaxial, o SMC é cortado longitudinalmente por uma ferramenta de corte 10 e deslocado, resultando numa camada em bruto 11 de virtualmente qualquer forma sem aparas. A referência 12 assinala as tiras individuais após o corte e antes da deslocação. A deslocação tem lugar num dispositivo de transporte 13. As camadas individuais 11 cortadas à medida são depois formadas numa pilha com diferente alinhamento axial das fibras UD numa mesa rotativa 14 ou de outro modo fixadas directamente por pré-prensagem. A prensa 15 para pré-moldagem é vantajosamente uma forma inversa do molde para produzir a peça moldada. A figura 3 apresenta, esquematicamente, a produção das camadas em bruto 11 e a formação numa pilha, numa meça rotativa 14. Os rolos individuais 8 são cortados, de acordo com as AMglhAUlsg, e deslocados para formar uma camada em bruto 11 e depois empilhados numa mesa rotativa 14. Este procedimento não produz quaisquer resíduos ou aparas. A figura 4 mostra a prensagem para formar uma peça moldada 16. Uma pilha de camadas em bruto formadas foi pré-moldada numa prensa de pré-moldagem 17. Esta prensa de pré-moldagem 17 ê depois colocada juntamente com a parte pré-moldada na prensa 18, sendo a prensa de pré-moldagem depois retirada e a parte moldada 16 pressionada. A figura 5 mostra, através de um exemplo, uma pilha formada 19 de camadas em bruto individuais 11. Neste exemplo, a pilha 19 compreende seis camadas com uma orientação de camadas de fibra UD de 0G, 90°, +45°, - 470, 90°, 0G. A figura 6 apresenta um componente acabado (peça moldada) 16 com uma forma de realização esguemática das camadas de fibra UD individuais. Pode ser vista claramente a formação das camadas 11 individuais cortadas à medida. A figura 7 apresenta o alinhamento multíaxial das camadas de fibra UD a 0°, 90°, 4-45®, -45°, 90°, 0°.

Lisboa, 5 de Setembro de 2007

Claims

Reivindicações i. processo para produzir componentes termoendurecíveis reforçados a fibra, de feltros pré-impregnados SMC (Sheet Moulding Compcund) reforçados a fibra, que compreendem uma matriz de resina (2) que se encontra reforçada a fibra por fibras unidireccionais (Fibras UD) (7) proporcionadas num alinhamento axial simples e vantajosamente com fibras cortadas adicionais (fibras aleatórias) (4) proporcionadas de um modo não alinhado na matriz de resina (2) , sendo os feltros pré-impregnados SMC produzidos com um alinhamento axial único das fibras UD (7), em cujo processo - vários destes feltros pré-impregnados SMC se encontram proporcionados, antes do processamento adicional para formar o componente (15), pela formação numa pilha (19), com alinhamento multiaxial das fibras UD (7), - esta pilha (19) é colocada no molde (prensa) (18) para produzir o componente (16) ou é pré-moldado pela pré-prensagern com o objectivo de fixação, - os feltros pré-impregnados SMC são cortados em tiras (12) e enrolados em bobinas ou rolos (8), as tiras (12) são cortadas longitudinalmente e deslocadas em camadas em bruto rectangulares (11) e - as camadas em bruto (. r;á.{ - : d:os (;> (11) são formadas numa pilha (19) numa mesa rotubivn (14) .
2. Processo de acordo com a reivindicação l, caracterizado por se encontrarem proporcionadas pelo menos quatro camadas de fibra UD (7).
3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por as quatro camadas de fibra UD (7) apresentarem o seguinte alinhamento: 0o, 90°, 90°, 0 o ou 0o, 90°, 0o, 9 0°
4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se encontrarem proporcionadas pelo menos seis camadas de fibra UD (7) .
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por seis camadas de fibra UD (7) apresentarem o seguinte alinhamento: 0C, 90°; ·;·*5'ν, -4'i;:, 90°, 0o.
6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se encontrarem proporcionadas oito camadas de fibra
7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por as oito camadas de fibra UD (7) apresentarem o seguinte alinhamento: C°, 90°/ n45fi:, -45°, ^45í:h -45-4 90°, 0o.
8. Processo de acordo com qualquer das reivindicações i a 7, caracterizado por a prensa paio pré-moldagem apresentar a forma inversa do molde para deduzir o compcnence (16),
9. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por as tiras (12) serem enroladas em bobinas com um diâmetro de núcleo maior do que 200 mm e um diâmetro exterior maior do que 500 mm.
10. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o SMC ser capaz de fluir e o lado em bruto ser sempre menor do que a superfície de colocação do componente. Lisboa, 5 de Setembro de 2007