PT1737633E - Fio impregnado com resina epóxida, e respectiva utilização para produção de uma pré-forma - Google Patents

Description

ΡΕ1737633 1 DESCRIÇÃO "FIO IMPREGNADO COM RESINA EPÓXIDA, E RESPECTIVA UTILIZAÇÃO PARA PRODUÇÃO DE UMA PRÉ-FORMA" A presente invenção diz respeito a um fio, à utilização do fio para produção de uma pré-forma, a uma pré-forma contendo o fio, a um procedimento para produção da pré-forma e respectiva utilização para produção de um compósito.

Para produção de componentes a partir de plásticos reforçados com fibras, é já conhecido um procedimento em que se começa por preparar uma pré-forma, que é semelhante ao componente em termos do seu formato, sendo a pré-forma seguidamente transportada para uma ferramenta que tem formato correspondente ao do componente e, por último, é produzido o componente desejado com a adição de uma matriz de resina.

Ao contrário das pré-formas, as chamadas Prepregs (abreviatura inglesa para fibras pré-impregnadas) apresentam já ambos os componentes (fibra e matriz de resina) numa razão de mistura final, e encontram-se consequentemente já rígidas relativamente à flexão enquanto produto semiacabado. A fim de evitar reacções prematuras, não desejadas, este material deverá também ser armazenado frio, e 2 ΡΕ1737633 ficando mesmo assim associado somente a um limitado tempo de armazenamento. Devido à rigidez relativamente à flexão e à sua produção em bobinas de grande largura, a aplicação de Prepregs fica restringida a componentes com grandes superfícies e praticamente planas. A presença da matriz de resina actualmente disponível não permite qualquer processamento têxtil, nem a deposição das Prepregs sem existirem dobras, por exemplo ao longo de raios estreitos ou em geometrias fortemente contornadas.

Se forem utilizados fios flexíveis para o fabrico de pré-formas, poderão ser criadas muitas mais superfícies encurvadas. Além disso, o tempo máximo de armazenamento das pré-formas fica significativamente melhorado em comparação com o das Prepregs, uma vez que a matriz de resina apenas é adicionada aquando do fabrico do material compósito. 0 documento JP 2003 003376 A descreve um feixe de fibras de carbono para o fabrico de uma Prepregs. O feixe compreende entre 20 000 e 100 000 filamentos e é mantido unido por intermédio de um agente de colagem que contém grupos de polioxialquilenos e grupos de epóxidos. O feixe de fibras de carbono apresenta, com base no seu peso total, uma percentagem de agente de colagem situada entre 0,5% e 3% em peso. O documento DE 27 46 640 A descreve um material que é reforçado com fibras de carbono, sobre as quais é aplicada uma mistura de resina que contém uma resina 3 ΡΕ1737633 epóxida, um produto para condensação de um componente ácido com um componente hidroxilo e um derivado de oxialquileno de um fenol. As fibras de carbono apresentam, com base no seu peso total, uma percentagem de mistura de resina situada entre 0,01% e 10% em peso. O documento DE 39 42 858 A descreve um agente de colagem para fibras de carbono contendo uma resina epóxida e um agente emulsionante não-iónico, os grupos amino terciários, pelo menos uma cadeia ("Rest") funcional capaz de reagir com a resina epóxida, e pelo menos uma cadeia de acção emulsionante. A fibra deve conter entre 0,3% e 10% em peso do agente de colagem. O documento DE 20 33 626 A descreve um procedimento para produzir uma Prepregs a partir de materiais de fibra com alta qualidade mecânica, em particular fibras de vidro, de boro e de carbono. As fibras são impregnadas com uma solução contendo um produto de poliadição curável de isocianurato de triglicidilo - que por sua vez contém um grupo livre de glicidilo - um agente de cura e um solvente orgânico. O documento DE 201 20 447 UI descreve uma pré-forma feita de uma estrutura lisa têxtil, feita por exemplo a partir de um tecido ou de uma camada fibrosa, com um aglutinante termoplástico, adesivo, não reticulado aplicado sobre a superfície da estrutura lisa têxtil, que pode por exemplo consistir num epóxido. De acordo com o documento 4 ΡΕ1737633 DE 201 20 447 UI, o aglutinante é aplicado, por exemplo, por pulverização de uma solução de aglutinante sobre a superfície da estrutura lisa têxtil, em que a solução de aglutinante contém partículas de pó, que são dispersas uniformemente num solvente, e em que as partículas de pó podem consistir exclusivamente em resina epóxida.

No entanto, quando se parte de uma estrutura lisa têxtil para o fabrico de uma pré-forma, o revestimento com o agente aglutinante é distribuído de forma não uniforme através da espessura da estrutura lisa e, em particular nos locais onde os fios tocam, fica praticamente indisponível. Deste modo, uma tal pré-forma apresenta muitas vezes uma reduzida resistência ao deslizamento dos fios, o que torna mais difícil ou mesmo impossível o posterior manuseamento da pré-forma.

Irão surgir desvantagens adicionais quando a pré-forma tiver de apresentar perfurações, as quais, se a pré-forma for produzida com base em estruturas lisas têxteis, terão em muitos casos de ser executadas por intermédio de recortes. Isto é não só dispendioso em termos de tempo de trabalho, como está também associado a uma significativa perda de material, por causa dos pedaços recortados acumulados, o que gera uma correspondente quantidade de resíduos. Por conseguinte, este procedimento para produção de uma pré-forma é dispendioso e trabalhoso, o que inevitavelmente se irá reflectir no custo dos compósitos produzidos pelo mesmo. 5 ΡΕ1737633 0 documento US-B-6228474 faz a divulgação de Prepregs de fios, constituídas por uma multiplicidade de filamentos de fibra de reforço que são impregnados com uma mistura de resinas epóxidas que podem ser fundidas. Os fios impregnados apresentam entre 20% e 50% em peso de resina. Num modelo de realização, a mistura de resina pode incluir uma resina epóxida mono ou bifuncional, uma resina epóxida trifuncional ou multifuncional, bem como um componente em borracha e um agente endurecedor, e apresenta um valor epoxídico aproximadamente situado entre 2700 e 4760 mmol/kg. Por intermédio dos fios divulgados no documento US-B-6228474, são fabricadas pré-formas no seu contorno final, através de métodos convencionais de enrolamento, as quais irão ser curadas após o enrolamento no componente. A presente invenção tem assim o objectivo de, pelo menos, reduzir as desvantagens atrás mencionadas. que a resina O objectivo é alcançado por intermédio de um fio constituído por filamentos de fibra de reforço e uma resina que é infiltrada no fio, a qual pode ser repet idamente fundida e de novo trazida para o estado sólido por arrefecimento à temperatura ambiente; em que os filamentos de fio são interligados - pelo menos parcialmente - por intermédio da resina; em que o fio contém resina infiltrada representando entre 2,5% e 25% do seu peso total; os filamentos de fibra de reforço são filamentos de carbono com pré-tratamento electroquímico; em 6 ΡΕ1737633 infiltrada contém pelo menos duas resinas epicloridrina de bisfenol-A Hl e H2, numa razão de peso H1:H2 situada entre 1,1 e 1,4, onde Hl apresenta um valor epoxídico de 1850 a 2400 mmol/kg e um peso molecular de 800 a 1000 g/mol e é sólida à temperatura ambiente, e H2 apresenta um valor epoxídico de 5000 a 5600 mmol/kg e um peso molecular inferior a 700 g/mol sendo líquida à temperatura ambiente; em que a resina infiltrada contém adicionalmente uma terceira resina H3, a qual consiste numa resina epóxida epicloridrina de bisfenol-A, com um valor epoxídico de 450 a 650 mmol/kg, um peso molecular médio em número de 2800 a 3000 g/mol, e um intervalo de temperaturas de fusão situado entre 110 e 130 °C; e em que o fio apresenta, relativamente ao seu peso total, uma percentagem conjunta de Hl e H2 situada entre 0,5% e 1,7% em peso, e uma percentagem de H3 situada entre 2,3% e 5,5% em peso.

Uma vez que os filamentos do fio são ligados, pelo menos parcialmente, por intermédio da resina, o fio de acordo com a invenção apresenta uma compacidade muito boa.

Nos fios de acordo com a invenção, a resina deve ser escolhida de maneira que o fio por ela revestido não fique pegajoso à temperatura ambiente. Consequentemente, tal fio terá então de um modo geral não só a capacidade para ser enrolado, como também para ser armazenado no estado enrolado mantendo as suas propriedades têxteis, e poder ser de novo desenrolado mesmo depois de um prolongado armazenamento. A título de exemplo, o fio de acordo com a 7 ΡΕ1737633 invenção deixa-se desenrolar facilmente após 12 meses de armazenamento, e apresenta valores máximos apenas ligeiramente alterados, medidos de acordo com a Norma DIN65382, em relação às propriedades de resistência, módulo de elasticidade e alongamento após rotura.

Por último, é produzida uma pré-forma com o auxilio do fio de acordo com a invenção, sem ter de se recorrer à complexa adição de um outro material aglutinante, sendo que, mesmo assim, se obtém uma melhor ligação entre os fios do que acontecia com uma pré-forma em conformidade com a tecnologia antecedente. Também não se irão acumular quaisquer resíduos de fios, em contraste com a produção da pré-forma com perfurações atrás descrita em conformidade com a tecnologia antecedente. Deste modo, os resíduos de fios não terão de ser eliminados.

Num modelo de realização preferido, o fio de acordo com a invenção apresenta resina infiltrada numa percentagem situada entre 3% e 10% em peso, em relação ao seu peso total.

Num outro modelo de realização preferido, os filamentos de fibra de reforço do fio em conformidade com a invenção consistem em filamentos de fibra de carbono - que terão sido obtidos a partir de precursores de pez, poliacrilonitrilo ou viscose - ou consistem em filamentos de aramida, filamentos de fibra de vidro, filamentos de material cerâmico, filamentos de boro, filamentos de fibra ΡΕ1737633 sintética ou filamentos de fibra natural, ou numa combinação de um ou mais desses filamentos. Particularmente preferidos são os filamentos de fibra de reforço consistindo em filamentos de fibra de carbono.

Entre os fios feitos com filamentos de fibra de carbono, é particularmente adequado um fio com um pré-tratamento de oxidação electroquimica. Nestas circunstâncias, o fio poderá ser constituído por vários milhares de filamentos, de preferência entre cerca de 3000 e 24 000, e em particular de 3000 a 12 000 filamentos.

Para infiltração de resina no fio será em princípio adequada qualquer técnica que suporte uma rápida e completa humidificação pela resina dos filamentos de fibra de reforço do fio. Tais procedimentos encontram-se por exemplo descritos no documento EP 1 281 498 A. A título de exemplo, o fio pode ser pulverizado com uma dispersão de resina. Também pode ser aplicada uma película da dispersão de resina sobre um rolo liso ou nas ranhuras de um rolo, sendo o fio estirado sobre o rolo liso ou através das ranhuras do rolo. O fio irá de preferência passar através de um banho contendo a dispersão de resina. misturas líquidas

Para a dispersão de em princípio adequada, para qualquer mistura líquida que com as resinas utilizadas em Entre estas resina atrás mencionada, será funcionar como fase líquida, forme uma dispersão estável conformidade com a invenção. serão particularmente 9 ΡΕ1737633 adequadas, do ponto de vista da protecção de emissões, aquelas que são aquosas e que apresentam um baixo VOC (Volatile Orqanic Content). A titulo de exemplo, uma mistura de água com um álcool, tal como o propoxietanol-2, provou ser vantajosa para trabalhar com a resina epóxida epicloridrina de bisfenol-A que é a preferida para o procedimento em conformidade com a invenção. 0 fabrico do fio de acordo com a invenção pode ser integrado no processo de produção do fio a ser infiltrado com a resina, depois de o fio ter sido secado e antes do seu enrolamento, sendo que o fio seco pode ser infiltrado com a - pelo menos uma - resina, individualmente ou sob a forma de uma folha de urdidura ("Garnschar") , em que, se for usada para infiltração de uma dispersão de resina, uma tensão de fio desde 0,25 até 1,3 cN/tex torna possível uma boa humidificação dos filamentos de fibra de reforço. A quantidade de resina infiltrada de 2,5% a 25% em relação ao peso total do fio, que é requerida de acordo com a invenção, pode evidentemente ser alcançada através dos seguintes parâmetros: (i) velocidade à qual o fio é por exemplo conduzido através de um banho que contém a dispersão de uma ou mais das resinas atrás descritas; (ii) comprimento da imersão; e (iii) concentração da resina no banho. Para esse fim, a velocidade com a qual o fio é conduzido através do banho situar-se-á de preferência no intervalo entre 120 e 550 m/h, e com particular preferência 10 ΡΕ1737633 no intervalo entre 150 e 250 m/h. O comprimento da imersão situar-se-á de preferência no intervalo entre 0,2 e 1m. A concentração de resina na dispersão em relação ao seu peso situar-se-á de preferência no intervalo entre 2% e 35%, e com particular preferência no intervalo entre 2% e 7%, sendo as percentagens em peso.

Para secagem do fio revestido com a dispersão de resina atrás descrita, provou ser particularmente adequada uma temperatura de secagem situada no intervalo de 140 a 330 °C.

Os fios de acordo com a invenção podem ser vantajosamente usados para a produção de uma pré-forma. O objectivo subjacente à presente invenção é ainda conseguido por intermédio de uma pré-forma que compreende os fios de acordo com a invenção anteriormente descritos, sendo que os fios são interligados em pontos de contacto mútuo por intermédio da resina infiltrada.

Uma vez que os fios de acordo com a invenção também possibilitam a produção de tecido que pode conduzir - após fusão e nova solidificação da resina infiltrada - a uma pré-forma com uma capacidade particularmente elevada de resistência ao deslizamento, torna-se vantajoso produzir a pré-forma em conformidade com a invenção a partir dos fios de acordo com a invenção, porque desta forma os fios podem ser posicionados na direcção segundo a qual se espera que 11 ΡΕ1737633 as tensões mecânicas sejam as mais elevadas, no decurso da utilização de um compósito fabricado com a pré-forma de acordo com a invenção.

Assim, num modelo de realização preferido para a pré-forma de acordo com a invenção, os fios serão dispostos unidireccionalmente, para que a pré-forma possa ser poste-riormente processada para formar um compósito, no decurso de cuja utilização é esperado que a tensão mecânica seja máxima exactamente nessa direcção dos fios.

Num outro modelo de realização preferido para a pré-forma de acordo com a invenção, os fios serão dispostos bidireccionalmente, tridireccionalmente, ou segundo múltiplas direcções, para que a pré-forma possa ser posterior-mente processada para formar um compósito, no decurso de cuja utilização é esperado que a tensão mecânica seja máxima exactamente nessas duas ou mais direcções dos fios.

Adicionalmente aos modelos de realização planos atrás referidos para a pré-forma de acordo com a invenção, os fios dispostos unidireccionalmente, bidireccionalmente, tridireccionalmente, ou segundo múltiplas direcções poderão ser enrolados em torno de um corpo, apresentando por exemplo um formato cilíndrico, pelo que irá daí resultar uma pré-forma tridimensional.

Além disso, será preferido um modelo de realização, para a pré-forma de acordo com a invenção, em que os 12 ΡΕ1737633 fios estejam presentes sob a forma de fios curtos que poderão ser orientados segundo todas as direcções espaciais. Assim sendo, esta pré-forma será particularmente adequada para produção de um compósito em cuja utilização possam surgir tensões mecânicas segundo todas as direcções espaciais. 0 objectivo subjacente à presente invenção é ainda alcançado por intermédio de um procedimento para produção de uma pré-forma compreendendo as seguintes etapas: a) Disponibilização de um dos fios de acordo com a invenção, b) Posicionamento do fio numa determinada configuração a qual corresponda à configuração desejada para a pré-forma, c) Aquecimento da configuração resultante da etapa b) , a uma temperatura superior ao ponto de fusão da resina infiltrada no fio, e d) Arrefecimento da configuração resultante da etapa c), pelo menos até uma temperatura inferior ao ponto de fusão da resina.

Num modelo de realização preferido para o procedimento de acordo com a invenção, a configuração resultante da etapa b) será compactada em simultâneo com o aquecimento, na etapa c). A pré-forma de acordo com a invenção, ou a pré- 13 ΡΕ1737633 forma fabricada de acordo com o procedimento em conformidade com a invenção, apresenta uma elevada resistência ao deslizamento porque os fios da pré-forma de acordo com a invenção estão interligados por intermédio da resina infiltrada. Por conseguinte, a pré-forma de acordo com a invenção será fácil de manusear, o que se torna particularmente vantajoso durante o seu subsequente processamento para formação de um compósito.

Se a pré-forma de acordo com a invenção, ou a pré-forma fabricada de acordo com o procedimento em conformidade com a invenção, tiver de apresentar perfurações, estas poderão ser realizadas através de um correspondente posicionamento dos fios, e consequentemente sem perda de material por causa dos recortes. Ficam desta forma eliminados os custos económicos e a mão-de-obra associados aos recortes anteriormente descrito para a tecnologia antecedente. Não serão por conseguinte criados quaisquer resíduos. Isto irá facilitar e reduzir os custos no fabrico de um compósito com perfurações.

Além disso, no fabrico da pré-forma de acordo com a invenção, ou da pré-forma fabricada de acordo com o procedimento em conformidade com a invenção, e através da utilização de um dos fios de acordo com a invenção em vez de uma estrutura lisa têxtil, o fio poderá ser posicionado na direcção segundo a qual serão de esperar as mais elevadas tensões mecânicas durante a utilização dos compósitos subsequentemente fabricados. 14 ΡΕ1737633 A título de exemplo, num modelo de realização preferido para o procedimento em conformidade com a invenção para produção de uma pré-forma, os fios de acordo com a invenção serão dispostos unidireccionalmente na etapa b) , de modo que após a etapa d) se obtenha uma pré-forma, de acordo com a invenção, na qual os fios se encontram dispostos unidireccionalmente.

Num outro modelo de realização preferido para o procedimento em conformidade com a invenção, para produção da pré-forma de acordo com a invenção, os fios da invenção poderão ser posicionados, na etapa b) , em camadas bidireccionais, tridireccionais ou com múltiplas direcções, numa configuração que corresponde à configuração da pré-forma desejada. Para essa finalidade, somente os fios de acordo com a invenção poderão ser utilizados. De forma equivalente, será possível que, numa camada de fios, apenas uma parte deles consista em fios de acordo com a invenção, sendo os restantes fios cujos filamentos não apresentam qualquer revestimento de resina. Os fios configurados da maneira descrita irão ser aquecidos na etapa c) do procedimento em conformidade com a invenção a uma temperatura acima do ponto de fusão da resina, com a qual os fios serão infiltrados, havendo lugar para uma compactação dos fios se for caso disso. Consequentemente, os fios tornam-se pegajosos. Após o arrefecimento na etapa d), pelo menos até uma temperatura inferior ao ponto de fusão da resina, ir-se-á obter uma pré-forma de acordo com a 15 ΡΕ1737633 invenção, na qual os fios estão dispostos bidireccional-mente, tridireccionalmente, ou segundo múltiplas direcções.

Num adicional modelo de realizaçao do proce- dimento para produção da pré-forma de acordo com a invenção, os fios de acordo com a invenção terão sido cortados em pequenos pedaços - que apresentem por exemplo, um comprimento de 1 a 1000 mm, de preferência de 1 a 40 mm - sendo os pequenos pedaços de fio colocados num molde na etapa a) . Em seguida, na etapa b) do procedimento em conformidade com a invenção, os pequenos pedaços de fio são aquecidos a uma temperatura acima do ponto de fusão da resina com a qual os fios foram infiltrados, fazendo com que os pequenos pedaços de fio se tornam pegajosos, havendo lugar para uma compactação dos fios se for caso disso. Após o arrefecimento na etapa d), pelo menos até uma temperatura inferior ao ponto de fusão da resina, ir-se-á obter uma pré-forma de acordo com a invenção, em que os fios de acordo com a invenção são apresentados sob a forma de fios curtos com orientação isotrópica. A pré-forma de acordo com a invenção, ou a pré-forma fabricada de acordo com o procedimento em conformidade com a invenção, ou ainda a pré-forma resultante da utilização em conformidade com a invenção pode ser utilizada vantajosamente, graças às razões já expostas, para o fabrico de um compósito compreendendo uma matriz que é seleccionada a partir de um dos seguintes grupos: polímeros, metais, materiais cerâmicos, materiais de ajuste 16 ΡΕ1737633 hidráulico e carbono, em que: (i) para matriz de polímero são adequados termoplásticos, como por exemplo imina de polietileno, acetona de poliéter, acetona de éter de poliéter, sulfureto de polifenileno, sulfona de poliéter, sulfona de éter de poliéter, polissulfona, ou plásticos termoendurecidos ("Duromere") como por exemplo epóxidos; (ii) para matriz de metal será por exemplo adequado o aço (em ligas) ou o titânio; (iii) para matriz de material cerâmico será por exemplo adequado o carboneto de silício e o nitreto de boro; (iv) para matriz de material de ajuste hidráulico são adequados o cimento hidráulico ou betão; e (v) para matriz de carbono será por exemplo adequada a grafite.

No compósito resultante da utilização em conformidade com a invenção, os fios de acordo com a invenção estarão dispostos na direcção segundo a qual sejam de esperar as mais elevadas tensões mecânicas, durante a utilização do compósito. A utilização, em conformidade com a invenção, dos fios de acordo com a invenção e da pré-forma produzida a partir daí irá consequentemente conduzir a compósitos em que a orientação dos fios é ajustada às previstas tensões mecânicas que são esperadas. Métodos analíticos 0 valor epoxídico da resina epóxida utilizada de acordo com a invenção é determinado em conformidade com a Norma DIN 53188 de Outubro de 1975. 17 ΡΕ1737633 A resistência à rotura e o módulo de elasticidade do compósito, que está reforçado com uma pré-forma de acordo com a invenção, são medidos em conformidade com o método EN 2561-B. A invenção será mais detalhadamente esclarecida com a ajuda dos exemplos que se vão seguir.

Exemplo 1: Produção de um fio revestido

Um fio de filamentos de fibra de carbono com uma contagem de fios de 400 tex é conduzido, no estado seco, a uma velocidade de 240 m/h e para uma tensão do fio de 340 cN, através de um primeiro banho apresentando uma temperatura de cerca de 20°C. O banho contém uma dispersão aquosa, onde estão contidas duas resinas epóxidas epicloridrina de bisfenol-A Hl e H2. A razão de peso de Hl para H2 é igual a 1,2. A resina Hl apresenta um valor epoxidico de cerca de 2200 mmol/kg e um peso molecular de 900 g/mol, e encontra-se no estado sólido à temperatura ambiente. A resina H2 apresenta um valor epoxidico de 5400 mmol/kg e um peso molecular inferior a 700 g/mol, e

encontra-se no estado liquido à temperatura ambiente. A concentração de Hl na dispersão é igual a 8,4% em peso. A

concentração de H2 na dispersão é igual a 6,9% em peso. O tempo de permanência do fio na dispersão é de 12 segundos. O fio infiltrado com Hl e H2 é secado a uma temperatura que decresce de 250 °C até 140 °C, apresentando após a secagem 18 ΡΕ1737633 uma percentagem de H1+H2 situada entre 1,2% e 1,4% em relação ao seu peso total.

Imediatamente depois disso, o fio infiltrado com Hl e H2 é conduzido através de um segundo banho que contém uma dispersão de uma resina epóxida epicloridrina de bisfenol-A com um intervalo de temperaturas de fusão situado entre 120 e 130 °C, um peso molecular médio em número de 2870g/mol e um valor epoxídico de 515mmol/kg. O meio de dispersão consiste numa mistura de 76% em peso de água com 24% em peso de propoxietanol-2. A concentração da resina epóxida no banho é de 4% em peso 0 tempo de permanência do fio no segundo banho é de apenas alguns segundos. Após ter saído do banho, o fio, agora também infiltrado com H3, é secado, fazendo-o passar em primeiro lugar através de um secador a 300 °C verticalmente posicionado, indo depois atravessar um secador a 330 °C horizontalmente posicionado. O fio resultante contém 4,3% em peso de resina H1+H2+H3 infiltrada, em que a resina infiltrada apresenta um valor epoxídico de 1300mmol/kg.

Exemplo 2: Produção de uma pré-forma O fio revestido do Exemplo 1 é enrolado sobre uma placa de metal, estando cada uma das suas superfícies de origem (com dimensões de 280 x 300 mm2) recoberta com uma película de protecção amovível, sendo o enrolamento realizado por intermédio de um dispositivo de enrolamento laboratorial (velocidade de fio 23,lmm/s e força de 19 ΡΕ1737633 tracçao dos fios de 400 cN) , respectivamente até à aresta da placa de metal. Começa por ser executada em ambos os lados da placa de metal uma camada de enrolamento (com um peso por unidade de área de fibra de 267 g/m2) orientada a 90° em relação ao eixo de enrolamento. A placa de metal é seguidamente rodada num ângulo de 90°, de tal forma que a camada de enrolamento já existente fique paralela ao eixo de enrolamento. Na etapa seguinte, é sobreposta uma outra camada de enrolamento orientada a 90° em relação ao eixo de enrolamento sobre a camada de enrolamento já existente, utilizando idênticas condições de enrolamento. Desta forma, ir-se-á obter, respectivamente em ambos os lados da placa de metal, uma estrutura em camadas com uma orientação de fios a 0o e uma orientação de fios a 90°. O processo de enrolamento atrás descrito vai sendo repetido até que, sobre cada um dos lados originais da placa de metal, assentem respectivamente quatro camadas de enrolamento interligadas, as quais apresentam alternadamente uma orientação de fios a 0o e uma orientação de fios a 90°.

Subsequentemente, as camadas de enrolamento sobre ambos os lados originais da placa de metal são recobertas com uma película de protecção amovível. A placa de metal será agora concluída, em que respectivamente as quatro camadas de enrolamentos e a camada de protecção amovível são recozidas numa prensa durante 1 hora, submetidas a uma pressão superficial de 2 bar e a uma temperatura de 125°C. A peça em bruto ("Pressling") resultante é 20 ΡΕ1737633 deixada arrefecer até um valor inferior à temperatura de fusão da resina. Em seguida, os dois pacotes de enrolamentos são separados por corte nas superfícies terminais da placa de metal, e as quatro películas de protecção amovíveis são removidas. Desta maneira, ir-se-ão obter duas pré-formas dimensionalmente estáveis, apresentando cada uma delas uma estrutura com quatro camadas alternadamente orientadas a 0° e a 90°, ou seja, com uma disposição bidireccional dos fios.

Exemplo 3: Produção de vim compósito A pré-forma produzida no Exemplo 2 é cortada para um tamanho de 200 mm x 200 mm e processada da forma habitual - utilizando-se resina RTM6 da empresa Hexcel, que foi previamente aquecida a 80 °C e aplicada numa quantidade tal que daí possa resultar um compósito com uma percentagem volumétrica de fibra de 60% - para obter um compósito com uma estrutura de fios em 4 camadas alternadamente orientadas a 0o e a 90°. O compósito tem formato idêntico à pré-forma utilizada.

Exemplo 4: Produção de uma pré-forma com disposição biaxial dos fios O fio produzido no Exemplo 1 irá alimentar - em conjunto com um fio de filamento de fibra de carbono estandardizado, disponibilizado sob a designação comercial Tenax HTA 5131 400tex f6000 tO pela empresa Tenax Fibers 21 ΡΕ1737633

GmbH da Alemanha - um processo de assentamento biaxial, em que cada um dos quatro fios paralelamente assentes consiste num fio do Exemplo 1. A disposição biaxial apresenta a seguinte configuração: - Na primeira camada, os fios de filamento de fibra de carbono estandardizado e os fios do Exemplo 1 fazem um ângulo de +45° relativamente à direcção de fabricaçao. - Na segunda camada, a qual se situa imediatamente por cima da primeira camada, os fios de filamento de fibra de carbono estandardizado e os fios do Exemplo 1 fazem um ângulo de -45° relativamente à direcção de fabricação.

A configuração resultante é aquecida a 125 °C durante 2 minutos, através do contacto estabelecido com uma calandra térmica aquecida a 145 °C, sendo depois arrefecida até à temperatura ambiente, para que dai resulte uma estrutura lisa têxtil (pré-forma no estado A). Um compósito produzido a partir desta, como no Exemplo 3, com uma percentagem volumétrica de fibra de 60% apresenta uma resistência à rotura de 1100 MPa e um módulo de elasticidade de 70,5GPa, sendo ambos medidos segundo a direcção principal das fibras. 22 ΡΕ1737633

Exemplo 5: Produção de uma pré-forma com disposição tridimensional dos fios A pré-forma produzida no Exemplo 4 no estado A é moldada durante uma hora, por intermédio de uma ferramenta de formato esférico, sob forma hemisférica com 150 mm de diâmetro e consistindo em punção e matriz numa prensa, submetida a uma pressão superficial de 2 bar e a uma temperatura de ferramenta de 125 °C, em correspondência com a geometria da ferramenta. Depois de ser arrefecida até à temperatura ambiente, a pré-forma resultante apresenta um formato hemisférico.

Lisboa, 5 de Setembro de 2012

Claims (12)

1. ΡΕ1737633 1 REIVINDICAÇÕES 1. Fio constituído por filamentos de fibra de reforço e uma resina que é infiltrada no fio, a qual pode ser repetidamente fundida e de novo trazida para o estado sólido por arrefecimento à temperatura ambiente; em que os filamentos de fio são interligados - pelo menos parcialmente - por intermédio da resina; em que o fio contém resina infiltrada representando entre 2,5% e 25% do seu peso total; os filamentos de fibra de reforço são filamentos de carbono com pré-tratamento electroquímico; em que a resina infiltrada contém pelo menos duas resinas epicloridrina de bisfenol-A Hl e H2, numa razão de peso H1:H2 situada entre 1,1 e 1,4, onde Hl apresenta um valor epoxídico de 1850 a 2400mmol/kg e um peso molecular de 800 a 1000 g/mol e é sólida à temperatura ambiente, e H2 apresenta um valor epoxídico de 5000 a 5600 mmol/kg e um peso molecular inferior a 700 g/mol sendo líquida à temperatura ambiente; em que a resina infiltrada contém adicionalmente uma terceira resina H3, a qual consiste numa resina epóxida epicloridrina de bisfenol-A, com um valor epoxídico de 450 a 650 mmol/kg, um peso molecular médio em número de 2800 a 3000g/mol, e um intervalo de temperaturas de fusão situado entre 110 e 130 °C; e em que o fio apresenta, relativamente ao seu peso total, uma percentagem conjunta de Hl e H2 situada entre 0,5% e 1,7% em peso, e uma percentagem de H3 situada entre 2,3% e 5,5% em peso. 2 ΡΕ1737633
2. 2. Fio de acordo com a reivindicação 2, em que o fio apresenta resina infiltrada numa percentagem situada entre 3% e 10% em peso, em relação ao seu peso total.
3. 3. Fio de acordo com a reivindicação 1 ou 2, cujos filamentos de fibra de reforço consistem em filamentos de carbono que são obtidos a partir de precursores de pez, poliacrilonitrilo ou viscose, ou consistem em filamentos de aramida, filamentos de fibra de vidro, filamentos de material cerâmico, filamentos de boro, filamentos de fibra sintética ou filamentos de fibra natural, ou numa combinação de um ou mais desses filamentos.
4. 4. Utilização do fio de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 a 3 para produção de uma pré-forma.
5. 5. Pré-forma constituída por fios de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 a 3, em que os fios são interligados em pontos de contacto mútuo por intermédio da resina infiltrada.
6. 6. caracterizada nalmente. Pré-forma de acordo com a reivindicação 5, por os fios serem dispostos unidireccio-
7. 7. Pré-forma de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por os fios serem dispostos de forma bidireccional, tridireccional, ou multidireccional. 3 ΡΕ1737633
8. 8. Pré-forma de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por os fios serem disponibilizados sob a forma de fios curtos.
9. 9. Procedimento para produção de uma pré-forma de acordo com uma ou mais das reivindicações 5 a 8, compreendendo as seguintes etapas: a) Disponibilização de um fio de acordo com uma ou mais das reivindicações 1 a 3, b) Posicionamento do fio numa determinada configuração, a gual corresponde à configuração desejada para a pré-forma, c) Aquecimento da configuração resultante da etapa b) a uma temperatura superior ao ponto de fusão da resina infiltrada no fio, e d) Arrefecimento da configuração resultante da etapa c) , pelo menos até uma temperatura inferior ao ponto de fusão da resina.
10. 10. Procedimento de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a configuração resultante da etapa b) ser compactada em simultâneo com o aquecimento, na etapa c) .
11. 11. Utilização da pré-forma de acordo com uma ou mais das reivindicações 5 a 8 para produção de um compósito que compreende uma matriz, a qual é seleccionada a partir de um dos seguintes grupos: polímeros, metais, materiais cerâmicos, materiais de ajuste hidráulico e carbono. 4 ΡΕ1737633
12. 12. Utilização da pré-forma produzida em conformidade com procedimento da reivindicação 9 ou 10, ou da pré-forma resultante da utilização da reivindicação 4, para produção de um compósito que compreende uma matriz, a qual é seleccionada a partir de um dos seguintes grupos: polímeros, metais, materiais cerâmicos, materiais de ajuste hidráulico e carbono. Lisboa, 5 de Setembro de 2012 1 ΡΕ1737633 REFERÊNCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO Esta lista de referências citadas pelo requerente é apenas para conveniência do leitor. A mesma não faz parte do documento da patente Europeia. Ainda que tenha sido tomado o devido cuidado ao compilar as referências, podem não estar excluídos erros ou omissões e o IEP declina quaisquer responsabilidades a esse respeito. Documentos de patentes citadas na Descrição * JF 2003003376 A * DE 20120447 01 « DE 2748640 A * US622M74B - DE 3842658 A ♦ EP 1281488 A * DE 2033826 A