PT2020102871B - Processo de obtenção de compósitos termoestruturais - Google Patents

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Abstract

Trata-se de um melhoramento introduzido em processo de obtenção de compósitos termoestruturais, com a união de materiais sintéticos (MF) , que são acoplados, aquecidos e prensados em moldes (M) a temperaturas e pressão para uma fusão, em que o referido compósito termoestrutural (1) é obtido a partir da formação do substrato (S), com a moldagem de fibras (F) sintéticas e espumas, etc., por não tecido NW, tecido não tecido TNT + Película PE + Fibra de vidro + Espuma semirrígida PU embebida numa formulação química (FO) de Diisocianato de Difenilmetano (MDI) na proporção entre 30% e 80% (m/m) e Cloreto de Metileno (CM) na proporção entre 20% a 70% (m/m); para o processamento do produto, é utilizado um catalisador preparado à base de Dabco Cristal na proporção entre 1% e 30% (m/m); adicionando-se água na proporção entre 70% e 99% (v/v), podendo o referido substrato (S) receber a adição de acabamentos (5) e receber a adição de elementos estruturais menores e complementares (6) .

Description

DESCRIÇÃO
Processo de obtenção de compósitos termoestruturais
A presente invenção refere-se a um melhoramento introduzido em processo de obtenção de compósitos termoestruturais, utilizados na indústria automóvel, tais como quebra-sóis, colunas internas ABC, partes integrantes de painéis de porta (medalhões), painéis de porta completos, porta-pacotes, painel de instrumentos, consolas centrais de apoiar o braço (entre os bancos dianteiros), podendo ainda ser aplicados em outros setores além do setor automóvel, como forros de tetos e paredes na decoração de imóveis na construção civil, e em eletrodomésticos como fogões, frigoríficos, fornos e microondas, que apresentam redução de peso, bem como, melhor desempenho acústico e térmico, além de alta resistência a impactos.
ESTADO DA TÉCNICA
A técnica tradicional de obtenção de peças estruturais internas para automóveis prevê diferentes partes nos componentes dos interiores dos automóveis, que são habitualmente fabricados pela indústria automobilística, com base em espumas de poliuretano (PU), polipropileno (PP), fibras naturais (madeira ou juta) e materiais plásticos injetados rígidos e/ou semirrígidos.
Além disso, outros materiais são agregados a cada peça, em função da sua utilização, como por exemplo, o quebra-sol, que tem no seu interior uma armação metálica ou plástica para articulação; os painéis de porta de automóveis, que têm a sua estrutura em polímeros, com ou sem adição de partes com compósitos de fibras naturais, acopladas em acabamentos de tecidos, vinil ou couro.
Os referidos elementos (polímeros) praticados no interior da maioria dos automóveis são confecionados com materiais que têm grande resistência física e flexibilidade de conceção, mas podem apresentar lâminas plásticas em condições de deformações e rompimentos, quando submetidos a fortes impactos geralmente provocados por colisões.
Devido ao seu peso e características de absorção de impacto, as espumas semiflexíveis são amplamente utilizadas no fabrico de partes internas dos automóveis, tais como: painéis de instrumentos; quebra-sol, encosto de cabeça; tetos, etc., em que estas espumas semiflexíveis são geralmente protegidas por uma face decorativa produzida a partir de vinil, tecidos espumados ou TNT, em que os seus moldes, normalmente, são fabricados de aço ou alumínio.
As espumas flexíveis e semiflexíveis utilizam água como agente de expansão e têm, na sua maioria, estrutura com células abertas, em que a abertura destas células é crítica, uma vez que as peças acabadas não podem ser esmagadas (após a desmoldagem) para eliminar o encolhimento, mantendo ainda as características térmicas e acústicas.
fabrico das espumas semiflexíveis é mais complexo e envolve outras etapas adicionais distintas, em que o processo mais utilizado emprega sistemas que utilizam derivados do Difenilmetano Di Isocianato (MDI) e polióis poliéteres reativos. Este processo é utilizado para as espumas acopladas aos tecidos, para obtenção de toque com memória nos acabamentos externos das peças, conferindo melhor conforto interno no interior dos veículos.
Já as espumas semirrígidas são utilizadas como absorvedoras de impacto, como em para-choques e tetos de automóveis. Estas espumas são de natureza semirrígida, assemelhando-se às rígidas, podendo não recuperar a forma inicial com o mesmo desempenho do que as espumas flexíveis, a depender da força de impacto. Como as espumas flexíveis e semiflexíveis, as espumas semirrígidas têm mais de 90% de células abertas na sua estrutura. A diferença é que devido a uma maior rigidez da sua estrutura, as espumas semirrígidas, quando submetidas aos testes de compressão, retornam mais lentamente à forma original.
Quando a espuma é submetida a um impacto, a mesma pode absorver e dissipar a energia de duas formas: i) por amortecimento pneumático (expulsão e reentrada do ar retido nas estruturas celulares durante a deflexão) e ii) por amortecimento mecânico (deflexão da estrutura celular), em que o material da face também atua como um mecanismo distribuidor de carga, para aumentar a desaceleração durante o impacto de um corpo.
Além das espumas de poliuretano (PU), polipropileno (PP) e materiais plásticos injetados e rígidos, também são utilizados na indústria automobilística materiais termomoldados, resultantes da moldagem de várias camadas de fibras, com a adição ou não de resinas.
Estes processos de fabrico resultam em peças com maior peso, menor resistência a impactos, menor desempenho acústico e térmico, além, é claro, de ter um custo elevado de fabrico.
ANÁLISE DO ESTADO DA TÉCNICA
Existem diversas soluções para o fabrico de estruturas termomoldadas para automóveis e outros setores, destacandose o PI os documentos náâ 0413887-2, PI0502033-6 e o documento no WO9320131A1, que preveem um processo de fabrico de estruturas moldadas isolantes, contudo, sem atingir os parâmetros necessários para a segurança, isolamento térmico e acústico e redução de custos de produção.
OBJETIVOS DO MELHORAMENTO
O principal objetivo do presente melhoramento é obter um compósito termoestrutural, com maior leveza e resistência a impacto, inclusive, com a possibilidade de criar reforços pontuais em partes específicas da peça, que recebem maiores impactos; com alto desempenho acústico e térmico.
Outro objetivo do presente melhoramento é a possibilidade de o referido compósito termoestrutural receber outros elementos menores, estruturais e complementares, componentes de cada conjunto, tais como elementos de articulação, como no caso dos quebra-sóis, elementos de fixação, como no caso das colunas e painéis de porta, etc., em que os referidos elementos estruturais e complementares são passíveis de serem confecionados em materiais plásticos, resinas, metálicos, etc.
Também é objetivo do presente melhoramento a produção de um compósito termoestrutural, que possibilite a receção de acabamento exterior de alto nível, sem alterar as suas características de resistência, acústica e térmica.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
Para solucionar os inconvenientes citados e pensando no fornecimento de melhorias no processo de fabrico de compósito termoestrutural, foi desenvolvido o presente Processo de obtenção de compósitos termoestruturais, que apresenta um processo de obtenção de elementos de revestimento e outros componentes de automóveis praticados no interior de automóveis, utilizando, de forma complementar às espumas mencionadas anteriormente (rígidas, semirrígidas e flexíveis), com a inclusão de fibras de vidro geometricamente estruturadas e novas formulações químicas derivadas do MDI, com a possibilidade de criar reforços pontuais em regiões específicas das peças, conforme necessidades inerentes a cada tipo de produto, cliente e mercado.
presente melhoramento prevê a possibilidade de inclusão de acabamentos nobres no compósito termoestrutural, com a finalidade de melhorar o aspeto visual da peça (acabamento), podendo ser adicionados vinil, couro, courino, tecidos espumados, tecidos acoplados com vinil, manta ovata, TNT, etc., sem prejuízo do desempenho de resistência, térmico, acústico e de densidade.
Permitem, além disso, alta flexibilidade de projeto, curvas e vincos com ângulos agressivos, inclusive com a possibilidade de reciclagem dos materiais utilizados.
compósito termoestrutural, objeto do presente, é proveniente da união de diversos materiais sintéticos, os quais passam por uma fase de acoplamentos (união dos materiais), para, posteriormente, serem aquecidos e prensados em moldes específicos, a temperaturas e pressão adequadas à fusão destes referidos elementos.
Além disso, cada elemento, especificamente, pode ou não receber outros elementos menores, estruturais e complementares, componentes de cada conjunto, tais como elementos de articulação, como no caso dos quebra-sóis, elementos de fixação, como no caso das colunas e painéis de porta, etc., em que os referidos elementos estruturais e complementares são passíveis de serem confecionados em materiais plásticos, resinas, metálicos, etc.
Seguidamente à moldagem das peças e adição dos elementos estruturais complementares, as peças produzidas recebem acabamentos adequados e compatíveis com o modelo do automóvel e outros setores diversos, tais como revestimentos plásticos, em tecidos, vinil, couro ou courino adequados ou pinturas adequadas.
Deste modo obtém-se um novo material, sendo composto principalmente de espuma, resinas e fibras de vidro, que formam um conjunto que, após a moldagem, se auto-estrutura ao ponto de criar um substrato que elevado nível de rigidez, competindo com outros tipos de materiais que são utilizados na indústria automóvel, como os polímeros (PP, PA, ABS, etc), fibras naturais (woodstock, madeira, juta, kenaf, coco, cisai, cana-de-açúcar, etc.).
Como vantagens, destaca-se a leveza do material em comparação aos outros materiais anteriormente citados. Isto como efeito prático, traz redução de peso nos veículos, reduzindo o consumo de combustíveis e, por conseguinte, a emissão de CO2 .
A possibilidade de ajustar a composição das matérias-primas ao nível de atendimento técnico de cada projeto também é uma outra vantagem inerente à tecnologia, onde as propriedades mecânicas, térmicas e acústicas podem ser ajustadas ao limite de atendimento técnico das normas das produtoras de veículos, trazendo com isto uma correlação direta de possibilidade de adequação dos custos produtivos, em relação às outras tecnologias de materiais existentes.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Para complementar a presente descrição de modo a obter uma melhor compreensão das características do presente melhoramento e de acordo com uma modalidade preferencial prática do mesmo, acompanha a descrição, em anexo, um conjunto de desenhos, onde, de maneira exemplificada, embora não limitativa, se representou o seguinte.
A Figura 1 apresenta o compósito termoestrutural acabado, com as indicações das áreas de maior impacto e componentes estruturais menores adicionados;
A Figura 2 apresenta a inserção de fibras adicionais, em locais pontuais do compósito termoestrutural; e
A Figura 3 apresenta a aplicação de ajustes nas dosagens da formulação química, em locais pontuais do compósito termoestrutural.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Conforme ilustram as Figuras relacionadas e é previsto na invenção, o presente Processo de obtenção de compósitos termoestruturais é proveniente da união de diversos materiais sintéticos (F), os quais passam por uma fase de acoplamentos (união dos materiais), para posteriormente serem aquecidos e prensados em moldes (M) específicos, a temperaturas e pressão adequadas à fusão destes referidos elementos, mais particularmente de um processo de obtenção de compósitos termoestruturais (1), com a conformação do substrato (S) a partir de fibras (F) sintéticas e espumas, etc., preferencialmente por não tecido NW, tecido não tecido TNT, mais Película PE, mais Fibra de vidro, mais espuma semirrígida PU embebida numa formulação (FO) de Diisocianato de Difenilmetano (MDI) na proporção entre 30% e 80% (m/m) e Cloreto de Metileno (CM) na proporção entre 20% a 70% (m/m); em que, para o processamento do produto, também é utilizado um catalisador preparado à base de Dabco Cristal na proporção entre 1% e 30% (m/m); adicionando-se água na proporção entre 70% e 99% (v/v).
presente melhoramento é compreendido pela possibilidade de obtenção de áreas específicas e pontuais (2), no compósito termoestrutural (1), com maior resistência a impactos, acrescentando, durante o processo de montagem das camadas de fibras (F) que formarão o substrato (S), uma ou mais camadas (3) de fibra (F), na respetiva área específica e pontual (2), em que este reforço pontual também poderá ser obtido com a aplicação (4) de ajustes dos parâmetros de dosagem da formulação (FO) apresentada, que influenciam diretamente a rigidez do substrato (S).
O presente melhoramento também é compreendido pela possibilidade de aplicação, nas peças a serem moldadas, durante a fase de moldagem a quente do substrato (S) , de acabamentos (5), que podem ser tecidos, vinil, couro, courino, plásticos, revestimentos plásticos, pinturas adequadas, etc.
Após a conformação do substrato (S) + acabamento (5) (tecido, vinil, couro, etc.), e para a finalização do compósito termoestrutural (1), poderão ser adicionados, através do processo de colagem por cola quente ou soldas por sobreinjeção, elementos menores, estruturais e complementares (6), tais como elementos de articulação, como no caso dos quebra-sóis, elementos de fixação, como no caso das colunas, painéis de porta, porta-pacotes, painel de instrumentos, etc., em que tais elementos menores estruturais e complementares (6) podem ser confecionados em materiais plásticos, metálicos, resinas, etc.
Apesar de ter sido detalhado o presente melhoramento, é importante entender que o mesmo não limita a sua aplicação aos detalhes e etapas aqui descritas, em que o referido melhoramento é capaz de outras modalidades e de ser praticado ou executado numa variedade de modos, devendo ficar entendido que a terminologia aqui empregada é para a finalidade de descrição e não de limitação.

Claims (4)

1. Processo de obtenção de compósitos termoestruturais, sendo dito processo obtido através da união de diversos materiais sintéticos (MS), através da moldagem a quente, que passam por uma fase de acoplamentos - união dos materiais, para posteriormente serem aquecidos e prensados em moldes (M) de tamanho específico para cada peça a ser moldada, a temperaturas e pressão adequadas à fusão destes ditos elementos, caracterizado pelo facto do compósito termoestrutural (1) ser obtido a partir da formação do substrato (S), sendo dito substrato (S) formado a partir da moldagem de fibras (F) sintéticas e espumas, com a formação de camadas de fibras, constituídas por não tecido NW, tecido não tecido TNT e filme de polietileno PE e Fibra de Vidro e espuma semi-rigida de poliuretano PU, sendo que tais fibras (F) sintéticas e espumas, primeiramente são embebidas numa formulação química (FO) de Di-isocianato de Difenilmetano (MDI) na proporção entre 30% e 80% (m/m) e Cloreto de
Metileno (CM) na proporção entre 20% a 70% (m/m); sendo que em segundo lugar, e para a aglutinação do substrato (S) , é adicionado nas referidas fibras (F) sintéticas e espumas, um catalisador preparado à base de Dabco Cristal na proporção entre 1% e 30% (m/m) e adicionando-se, em seguida, água na proporção entre 70% e 99% (v/v), podendo o dito substrato (S), durante a fase de moldagem a quente, receber a adição de acabamentos (5) e, após a fase de moldagem, receber a adição de elementos estruturais menores e complementares (6) através do processo de colagem por cola quente ou soldas por sobreinjeção.
2. Processo de obtenção de compósitos termoestruturais, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se obter, no compósito termoestrutural (1), áreas especificas e pontuais (2), com maior resistência a impactos, acrescentando, durante o processo de montagem das camadas de fibras (F) que formarão o substrato (S), uma ou mais camadas de fibras (3) , nas respetivas áreas específicas e pontuais (2) .
3. Processo de obtenção de compósitos termoestruturais, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por permitir, durante a fase de moldagem a quente, a aplicação no substrato (S) de acabamentos (5), que podem ser tecidos, vinil, couro, courino, plásticos, revestimentos plásticos, pinturas adequadas, onde a superfície externa do substrato (S) se funde com a superfície do material de acabamentos (5).
4. Processo de obtenção de compósitos termoestruturais, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por, após a conformação do substrato (S) com o acabamento (5), e para a finalização do compósito termoestrutural (1), poderem ser adicionados, através do processo de colagem por cola quente ou soldas por sobreinjeção, elementos menores, estruturais e complementares (6), tais como elementos de articulação, como no caso dos quebra-sóis, elementos de fixação, como no caso das colunas, painéis de porta, porta-pacotes, painel de instrumentos, em que tais elementos menores estruturais e complementares (6) podem ser confecionados em materiais plásticos, metálicos, resinas.
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