PT1592646E

PT1592646E - Materiais compósitos

Info

Publication number: PT1592646E
Application number: PT04708816T
Authority: PT
Inventors: John Edmund Dower
Original assignee: Marine Systems Technology Ltd
Priority date: 2003-02-08
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2008-04-09
Also published as: EP1592646A1; US20120138878A1; ES2299817T3; DE602004011020T2; EP1592646B1; WO2004069766A1; DK1592646T3; US20050272848A1; HK1088591A1; ATE382587T1; DE602004011020D1; GB0302966D0

Description

DESCRIÇÃO

Materiais compósitos

Este invento diz respeito a materiais compósitos, em particular, mas não exclusivamente, a compósitos ultraleves que são, de preferência, não combustíveis ou resistentes ao fogo.

Estes materiais podem ser usados para efeitos de construção e deveriam ser, assim, suficientemente duráveis e ter uma resistência inerente adequada ao uso pretendido. Em particular, estes materiais destinam-se a serem usados onde é importante a resistência ao fogo e onde, no caso de um incêndio, o fumo ou outras emissões tóxicas são minimizados.

Os compósitos baseados em agregados minerais ultraleves apresentam propriedades não combustíveis, mas são geralmente difíceis de produzir em forma de placa ou folha com resistência adequada e massa suficientemente baixa. Os problemas surgem na tentativa de combinar propriedades ultraleves com resistência. Isto resulta de uma instabilidade inerente provocada quando se curam ou secam materiais compósitos tendo uma gravidade especifica muito baixa, mas contendo material activo suficiente para gerar as características físicas necessárias. 0 invento é baseado no desejo de separar as propriedades de massa baixa das propriedades de resistência, de forma a combinar estas duas propriedades desejáveis.

Os produtos existentes, tais como os feitos a partir de agregados ultraleves de argila expandida, e usados na indústria da construção, são demasiado pesados para a maioria das aplicações fora da construção. No entanto, um' material compósito, tal como o descrito na especificação EP0971862, foi desenvolvido especificamente para a indústria da construção 1 como um isolante térmico e acústico. Embora este produto seja estável e tenha uma massa baixa, é essencialmente poroso, devido à dimensão das partículas a partir das quais é feito, e a um nivel extremamente baixo de aglutinante usado na sua produção. Embora proporcionando um bom isolamento e estabilidade térmicos e acústicos, tem uma resistência fisica pobre. A Especificação GB 2 370 870 descreve um material isolante no qual um material particulado e uma resina orgânica são misturados previamente numa condição fluidica e formados subsequentemente numa estrutura. A Especificação US 3,582,370 descreve um processo de produção de corpos celulares nos quais, mais uma vez, o material particulado é misturado com um material orgânico ou inorgânico, que pode ser esponjoso, em expansão, e formado subsequentemente numa placa por meio da aplicação de calor.

Um objectivo do presente invento consiste em proporcionar um material compósito estável ultraleve do tipo aqui referido, mas com propriedades fisicas melhoradas, incluindo, quando necessário, a sua resistência ao fogo, introduzindo, de uma forma controlada, um material de enchimento nos espaços intersticiais do material compósito.

De acordo com o presente invento, é proporcionada um material compósito carregado, compreendendo uma placa de agregado de material compósito sintáctico pré-formado com uma estrutura particulada definindo espaços intersticiais entre as suas partículas, tendo sido impregnado, nos espaços intersticiais e até uma determinada profundidade da placa, com um material de enchimento reforçador.

Também de acordo com o presente invento, é proporcionado um processo de produção de um material compósito carregado. 2 compreendendo os passos de proporcionar uma placa de agregado de material compósito sintáctico pré-formado com uma estrutura particulada definindo espaços intersticiais entre as suas partículas, e obrigando um material fluídico de enchimento a ser arrastado para os espaços intersticiais a uma determinada profundidade da placa, aplicando à placa compósita pré-formada pelo menos um vácuo parcial.

As representações do. invento serão agora descritas, por meio de exemplo, com referência aos desenhos acompanhantes, em que: A figura 1 ilustra a produção de um material compósito carregado de acordo com o invento, antes da introdução de um material de enchimento. A figura 2 ilustra a produção após o material de enchimento ter sido introduzido. A figura 3 ilustra um exemplo de um material compósito carregado feito de acordo com o invento; e

As figuras 4, 5 e 6 ilustram três exemplos adicionais de materiais compósitos carregados feitos de acordo com o invento.

Todas as vistas ilustradas nos desenhos são algo esquemáticas para simplicidade de ilustração.

Com referência agora à figura 1, é produzido um material compósito carregado de acordo com o invento, neste exemplo introduzindo uma placa de agregado pré-formado de um material compósito sintáctico composto por pequenas esferas de vidro ligadas e / ou esponjosas sinterizadas, ou por pequenas esferas de argila esponjosa ou expandida ligadas por um aglutinante inorgânico ou um material de resina endurecido a quente e pré-formado numa placa, num molde simples 7 no qual foi introduzida, inicialmente, uma camada de material de enchimento fluídico 2 que pode ter uma forma liquida ou pastosa. 0 3 material de enchimento pode ser, por exemplo, uma mistura de silicato de sódio e um endurecedor em fosfato de alumínio.

Sobre a placa 1 e o molde 7 é colocada uma membrana de purga 3 que pode ser um material de feltragem com agulha, e isto' é sobreposto por um saco de vácuo 4 ao qual está ligada uma bomba de vácuo 5, de modo a retirar o ar de dentro do saco.

Após a aplicação de vácuo parcial, por exemplo na ordem dos 60%, o material de enchimento fluídico 2 é arrastado para cima para os espaços intersticiais entre as partículas,, da placa 1 de material compósito. Esta condição está ilustrada na figura 2, que ilustra o material de enchimento impregnado na placa a aproximadamente um terço da sua profundidade. O material compósito carregado assim formado é deixado a curar num forno a cerca de 60°C, podendo então ser removido do molde e seco a uma temperatura, por exemplo, de 80°C.

Tal como está ilustrado nas figuras 4 e 5, o grau ao qual o material de enchimento é arrastado para a placa pode variar de acordo com as exigências. Por exemplo, na figura 4 o material de enchimento foi introduzido nas duas faces opostas da placa numa extensão aproximadamente igual, e isto proporciona uma camada de superfície reforçada em cada face da placa, enquanto na figura 5 foi proporcionado material de enchimento suficiente para uma penetração completa ao longo da espessura da placa.

Com referência agora à figura 6, é possível reter uma camada do material de enchimento na superfície da placa, incluindo, dentro dela, partículas com uma dimensão maior do que os espaços intersticiais na placa, de modo que algum do material de enchimento irá impregnar os espaços enquanto o restante, contendo as partículas maiores, irá permanecer na superfície para proporcionar, assim, uma camada de superfície 4 texturizada macia ou padronizada, identificada como 9 na figura 6. A figura 3 ilustra uma placa feita pelo processo ilustrado nas figuras 1 e 2, mas, neste caso, está incluído um material reforçador pré-formado, tal como as folhas 6, por exemplo em malha de metal, uma entre duas camadas da placa compósita não cheia, e uma outra na face oposta de uma das placas. 0 material de enchimento é introduzido, neste exemplo, revestindo as folhas de malha com uma pasta de enchimento antes da montagem da placa fina e antes da aplicação do vácuo. Assim, as folhas de malha estão solidárias com, e fixas ao material compósito.

Os requerentes efectuaram um conjunto de experiências para determinar os efeitos da introdução do material de enchimento numa placa de material compósito particulado aplicando vácuo, tal como está descrito em relação às figuras 1 a 6. Os resultados destas experiências são dados nos exemplos seguintes.

Exemplo 1

Uma placa de pequenas esferas de vidro esponjosas sinterizadas foi cheia com uma mistura consistindo em silicato de sódio misturada com 80 partes por 100 de um endurecedor em fosfato de alumínio. O material de enchimento foi colocado no molde a uma profundidade de 3 mm, e sujeito a um processo de vácuo, após o se verificou que o material de enchimento tinha penetrado na placa a uma profundidade de 10 mm. O material compósito carregado assim formado foi deixado a curar a uma temperatura de 80°C, sendo então seco a 80°C.

Enquanto a placa original, antes do processo de enchimento, não era suficientemente firme para reter um 5 parafuso, verificou-se que o painel carregado resultante recebia e mantinha firmemente um parafuso. 0 material compósito e o material de enchimento foram escolhidos pelas suas propriedades resistentes ao fogo, e quando a placa cheia foi sujeita a uma chama de propano, o material compósito brilhou vivamente, mas não gerou fumos significativos. 0 material reteve a sua integridade após o arrefecimento.

Exemplo 2

Uma placa semelhante em pequenas esferas de vidro esponjosas sinterizadas foi cheia com uma mistura de gesso aquoso, sendo o material de enchimento colocado no molde a uma profundidade de 3 mm e, após o processo de vácuo, verificou-se ter penetrado a uma profundidade de 10 mm. O material compósito carregado foi deixado a curar a uma temperatura de 40°C, sendo então seco a uma temperatura de 60°C. Quando sujeito a chama de propano o material compósito carregado brilhou vivamente, mas não gerou fumos significativos e o material reteve a sua integridade após o arrefecimento. Enquanto a placa original, antes do processo de enchimento, nao era suficientemente firme para reter um parafuso, verificou-se que o painel carregado resultante recebia e mantinha firmemente um parafuso.

Exemplo 3

Duas placas de pequenas esferas de vidro esponjosas sinterizadas tendo cada folha uma espessura de 23 mm, foram montadas num molde separado por um folha de malha de metal, tal 6 como está ilustrado na figura 3. Todo o conjunto foi então carregado sob vácuo com uma mistura de silicato, tal como está detalhado no Exemplo 1. 0 painel resultante tinha uma espessura de 48 mm e foi totalmente carregado com o material de enchimento, para assim produzir uma massa substancial homogénea ao longo do seu corte transversal.

Quando sujeito a chama de propano, o material compósito carregado brilhou vivamente, mas não gerou fumos significativos e o material reteve a sua integridade após o arrefecimento.

Exemplo 4

Uma placa consistindo em pequenas esferas de argila esponjosa ligadas com resina endurecida a quente foi curada e seca a uma temperatura elevada e depois impregnada, como antes, com uma mistura de silicato sob vácuo, e curada a uma temperatura elevada. Quando sujeita a chama de propano, o compósito brilhou vivamente, mas gerou apenas poucos fumos. 0 compósito ficou carbonizado entre as partículas, mas reteve a sua integridade após o arrefecimento.

Exemplo 5

Uma placa consistindo em pequenas esferas de argila esponjosa ligadas por meio de um aglutinante inorgânico, foi impregnado com a mesma mistura de silicato e curada a elevada temperatura. Mais uma vez, quando sujeito a chama de propano o material compósito carregado brilhou vivamente, mas não gerou fumos significativos, e reteve a sua integridade após arrefecimento. 7

Exemplo 6

Uma placa de pequenas esferas de vidro esponjosas sinterizadas foi impregnada sob vácuo usando um sistema disponível comercialmente de resina com base em poliéster com superfície sólida. 0 resultado proporcionou uma camada de superfície decorativa fortemente cheia, e a penetração da placa particulada com a reina a uma profundidade de 5 mm. A placa acabada provou ser estável fisicamente.

Exemplo 7

Uma placa de pequenas esferas de vidro esponjosas sinterizadas foi impregnada usando um sistema disponível comercialmente de resina de poliéster extensível em água cheia com materiais de enchimento e agregados minerais. A placa resultante proporcionou uma camada de superfície decorativa fortemente cheia, com "efeito de pedra", e a penetração da placa com resina não cheia a uma profundidade de 5 mm. A placa revelou uma superfície estável e dura.

Algumas vantagens claras são evidentes a partir da produção de um material compósito carregado de acordo com o invento. Estas consistiram, primeiramente, na impregnação parcial ou completa do material de enchimento no, e através do espaço intersticial dentro do material compósito, quando comparado com um processo convencional de pressão mecânica do material de enchimento na superfície de um tal material compósito, que foi apenas parcialmente eficaz devido a uma penetração resultante pobre e desigual do material de enchimento. Uma vez que é aplicada apenas pressão atmosférica à superfície do material compósito no processo de produção, isto 8 evita qualquer tendência para o material compósito rachar ou ter a superfície danificada. A aplicação de vácuo parcial ao material compósito não só proporciona a força necessária para consolidar o material, mas permite também uma impregnação controlada nos interstícios das partículas ultraleves. Uma vez que é aplicada pressão atmosférica através do saco de vácuo à superfície do material compósito, qualquer desigualdade da dita superfície é prontamente acomodada. O arrastamento do material de enchimento para os interstícios do material compósito é eficiente, não apenas em relação à penetração total, mas verificou-se que produzia uniformidade de penetração, cujo grau depende da quantidade de material de enchimento fluídico usado e pode ser calibrado para produzir placas tendo características físicas diferentes de acordo com o seu objectivo exigido.

Uma vez que a estrutura básica da placa de material compósito é estabelecida durante a sua produção inicial, o processo de encher a placa e produzir, assim, a placa acabada, é substancialmente encurtado, sem a necessidade de se prolongarem tempos de cura sob pressão. Assim, o custo de capital de montar um processo operacional é minimizado. Não se pretende limitar o invento apenas aos exemplos acima. Por exemplo, os materiais de enchimento não combustíveis incluem, mas não se limitam a formulações baseadas em sistemas aquosos tais como gesso, cimento, silicatos e semelhantes, enquanto o processo é adequado, igualmente, a sistemas de enchimento à base de resina que incluem, por exemplo, poliéster, fenólico, acrílico, epóxico, ou polietileno, com ou sem a adição de materiais de enchimento, tais como aditivos retardadores de fogo ou aditivos decorativos, ou como espumas.

Lisboa, 31 de Março de 2008 9

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Material compósito carregado compreendendo uma placa agregada de material compósito sintáctico pré-formado com uma estrutura particulada definindo espaços intersticiais entre a suas partículas, tendo sido impregnada nos espaços intersticiais a uma profundidade predeterminada da placa com um material de enchimento reforçador.
2. Material compósito carregado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material compósito pré-formado ser composto por partículas de um material mineral ultraleve.
3. Material compósito carregado de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado por o material compósito pré-formado ser composto por pequenas esferas de vidro esponjosas sinterizadas.
4. Material compósito carregado de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado por o material compósito pré-formado ser composto por pequenas esferas de argila esponjosa.
5. Material compósito carregado de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o material de enchimento reforçador ser não combustível.
6. Material compósito carregado de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o material de enchimento reforçador ser derivado de gesso.
7. Material compósito carregado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o material de enchimento reforçador ser um silicato alcalino com um endurecedor. 1
8. Material compósito carregado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o material de enchimento reforçador ser uma substância orgânica.
9. Material compósito carregado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4·, caracterizado por o material de enchimento reforçador ser uma resina endurecida a quente.
10. Processo de produção de uma material compósito carregado compreendendo os passos de proporcionar uma placa de agregado de material compósito sintáctico pré-formado com uma estrutura particulada definindo espaços intersticiais entre as suas partículas, e obrigando um material de enchimento fluidico a ser arrastado para os espaços intersticiais a uma profundidade predeterminada da placa aplicando pelo menos vácuo parcial à placa compósita pré-formada.
11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o material de enchimento fluidico ser um material curável, e incluir o passo de obrigar o material de enchimento a curar dentro dos espaços intersticiais.
12. Processo de acordo com a reivindicação 10 ou reivindicação 11, incluindo o passo de curar o material de enchimento à temperatura ambiente acima.
13. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o material de enchimento fluidico ser introduzido num molde seguido pelo material compósito pré-formado e uma membrana de purga, e o molde estar colocado dentro de um saco de vácuo do qual é extraído ar por uma bomba para aplicar o dito vácuo parcial.
14. Processo de acordo com as reivindicações 10 a 13, incluindo o passo de introduzir um material reforçador pré-formado e obrigar o mesmo a tornar-se integrado com o compósito pré-formado por meio do material de enchimento. Lisboa, 31 de Março de 2008 2