PT2099596E

PT2099596E - Ferramenta de moldar para a moldagem inicial ou de transformação de peças de materiais influenciáveis termicamente

Info

Publication number: PT2099596E
Application number: PT78662145T
Authority: PT
Inventors: Herbert Funke; Jens Brandes; Jan Meyer
Original assignee: Fibretemp Gmbh & Co Kg
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2012-12-18
Also published as: ES2394308T5; PL2099596T5; US8931751B2; NZ577914A; PL2099596T3; CA2671487C; DE102006058198B4; RU2451598C2; EP2099596B2; DE102006058198A1; UA99267C2; DE102006058198C5; JP2010511534A; NO20092519L; US20100062099A1; CA2671487A1; RU2009120560A; DE202007019103U1; AU2007328078A1; WO2008067809A3

Description

DESCRIÇÃO "FERRAMENTA DE MOLDAR PARA A MOLDAGEM INICIAL OU DE TRANSFORMAÇÃO DE PEÇAS DE MATERIAIS INFLUENCIÁVEIS TERMICAMENTE" A presente invenção refere-se a uma ferramenta de moldar para a moldagem inicial ou de transformação de peças de materiais influenciáveis termicamente, de acordo com o conceito genérico da reivindicação 1.

Os materiais sintéticos reforçados por fibras ganham em muitas áreas da técnica dos veiculos cada vez mais significado. Exemplos tipicos de montagens de materiais sintéticos reforçados por fibras longitudinais são acessórios de automóveis ligeiros (por exemplo, spoilers), elementos de carroçaria com grandes superfícies em veículos sobre carris e veículos utilitários, cascos de embarcações, desde o pequeno caiaque até ao grande iate, bem como rotores de aerogeradores. Na aeronáutica e no desporto motorizado (por exemplo, na Fórmula 1) as estruturas que, em função das suas notórias características específicas de peso, são constituídas entretanto, numa grande parte, por materiais sintéticos reforçados por fibras longitudinais. Uma vantagem bastante substancial dos materiais sintéticos reforçados por fibras, a par das suas boas características mecânicas relacionadas com o peso, são a liberdade de conformação quase ilimitada, bem como a possibilidade de poder fabricar peças de quase qualquer dimensão, mesmo em pequenas a médias quantidades de peças, com custos de investimento comparativamente reduzidos. 1

Por isso os materiais sintéticos reforçados por fibras são utilizados até agora, de um modo preferido, em pequenas a médias séries, bem como na construção de protótipos. Em especial peças de materiais sintéticos reforçados por compósitos à base de fibras longitudinais, que são fabricadas, de um modo preferido, com materiais sintéticos duroplásticos, exigem, em função dos tempos de endurecimento do material sintético, tempos de permanência prolongados no molde, o que tem como consequência longos tempos de ciclo e restringe fortemente a aptidão para grandes séries de tais peças.

Para aumentar aqui a rentabilidade, são aquecidos moldes correspondentes, que são constituídos igualmente por material sintético reforçado por fibras, na maioria dos casos, precisamente com grandes peças. Um controlo orientado da temperatura, aquando do fabrico da peça, apoia através de abaixamento da viscosidade da resina a impregnação das fibras e, em especial, acelera consideravelmente o endurecimento dos materiais sintéticos duroplásticos. Além disso, através de controlo da temperatura eleva-se o grau de reticulação dos duroplásticos, de modo que para peças qualitativamente de alto valor é indispensável uma chamada maleabilização. Esta maleabilização, consoante o sistema de materiais sintéticos empregue para peças que são utilizadas na aeronáutica, é até mesmo exigida. A moldagem para o fabrico de peças a quente é habitual na construção de ferramentas e verifica-se, no caso dos moldes metálicos, em regra, como aquecimento por fluidos ou como aquecimento por resistência eléctrica. Em ambos os casos, a elevada condutividade térmica do molde metálico garante uma 2 distribuição de temperatura uniforme e homogénea da ferramenta de moldar.

No entanto, os moldes metálicos são muito caros. Para peças muito grandes, os moldes metálicos, em especial quando estas peças são fabricadas apenas em quantidades reduzidas, são pouco rentáveis. Por isso, as correspondentes peças de materiais compósitos à base de fibras como as acima referidas são fabricadas frequentemente em moldes de materiais sintéticos, que são de custos muito mais favoráveis que os moldes metálicos e ainda garantem um número suficiente de desmoldagens. Em moldes de materiais sintéticos são habituais pelo menos 100 desmoldagens por molde, com uma estrutura de molde correspondente podem ser obtidas mais de 1000 desmoldagens por molde. Os moldes metálicos, em contrapartida, tornam possíveis múltiplas desmoldagens sem recondicionamento do molde, mas exigem também um custo de investimento correspondentemente mais elevado. É problemático o aquecimento de moldes de material sintético correspondentes, uma vez que o material sintético apresenta uma condutividade térmica substancialmente mais reduzida que os metais e, além disso, em especial no caso de uma distribuição térmica desigual no molde, é muito susceptível de deformação. Isto é problemático para peças com elevadas exigências de precisão de forma e de exactidão dimensional. Por esta razão, os moldes de material sintético que foram aquecidos com água não conseguiram impor-se em ampla utilização. Em geral, para os estabelecimentos que trabalham materiais sintéticos e que fabricam peças correspondentes, é necessário um espaço de maleabilização separado. Após o fabrico, os moldes com as peças para endurecimento e maleabilização são levados para o espaço de maleabilização. 3 É conhecido, em especial no caso dos moldes metálicos, que os moldes podem ser aquecidos através de líquidos. Neste caso, os moldes estão equipados com um sistema de canais de líquido configurado de maneira diferente, através do qual são transportados os líquidos de maleabilização correspondentes. 0 sistema de canais aquece o molde, neste caso, a uma certa distância da superfície a aquecer propriamente dita. Com materiais dos moldes com boa condutividade térmica, no entanto, isto não é problemático. Com materiais dos moldes com reduzida condutividade térmica, como por exemplo nos moldes de material sintético, a reduzida condutividade térmica conduz a uma distribuição não homogénea da temperatura. Por isso, os moldes de material sintético a aquecer, correspondentemente, estão providos em parte de materiais de enchimento com boa condutividade térmica, como por exemplo alumínio em pó, para melhorar a condutividade térmica. Não obstante, são problemáticos uma exactidão dimensional relativamente má, deformação dos moldes, uma distribuição não homogénea da temperatura e o custo de fabrico relativamente elevado, no caso dos moldes de material sintético aquecidos por líquidos. Em função das grandes massas de tais moldes, é necessário em cada operação de aquecimento um custo de energia relativamente elevado. 0 aquecimento por resistência eléctrica representa uma alternativa. Neste caso, nos moldes metálicos são utilizados frequentemente cartuchos de aquecimento. Através da elevada condutividade térmica do material dos moldes metálicos, é obtida, em geral, uma distribuição suficientemente homogénea da temperatura. 4

No caso dos moldes de material sintético, em função da condutividade térmica relativamente má, um aquecimento que actua junto da superfície a aquecer é uma vantaqem. Este pode ser realizado através de tecidos de aquecimento correspondentes, os quais podem estar incorporados no material sintético, próximos da superfície do molde. Os tecidos de aquecimento desenvolvidos especialmente para esta finalidade, constituídos em parte por filamentos de resistência ou mesmo por material fibroso com boa condutividade, como por exemplo fibras de carbono. Os filamentos de resistência ou fibras de resistência actuam, neste caso, como elementos óhmicos de aquecimento por resistência eléctrica. De facto, este qénero de aquecimento é um aquecimento que actua de forma linear, no qual ao lonqo de cada filamento de resistência individual ou de cada fibra de resistência é produzido um calor para aquecimento e é transmitido à massa do molde envolvente. Com uma distribuição muito fina e densa dos filamentos de resistência ou fibras de resistência, este aquecimento actua do ponto de vista macroscópico, no entanto, aproximadamente superficial.

No caso destes aquecimentos por resistência eléctrica, os elementos de aquecimento que actuam como filamentos ou fibras estão incorporados em camadas isolantes electricamente. Estas camadas isolantes electricamente, por exemplo, no caso de moldes de material sintético reforçado por fibras de vidro podem ser constituídas por resina epoxídica e fibras de vidro, que, de maneira conhecida, dispõem de um isolamento eléctrico muito bom, mas também de uma condutividade térmica relativamente má. As camadas isolantes têm neste caso, em geral, uma secção transversal e percentagem de massa na estrutura do molde substancialmente maiores que os filamentos térmicos ou fibras 5 por um lado térmicas. Isto conduz, por um lado, a uma elevação da temperatura, na camada limite entre o filamento térmico ou fibra térmica, bem como, em função das diferentes caracteristicas mecânicas e térmicas dos filamentos térmicos ou fibras térmicas, a tensões internas. Ligado a isso está também, em especial, um perigo de deformação dos moldes.

Como já explicado anteriormente, podem ser utilizadas como fibras com boa condutividade eléctrica também fibras de carbono (denominadas fibras C ou fibras de carbono). As fibras C, em comparação com os principais metais, têm uma condutividade eléctrica reduzida na direcção das fibras e dispõem, em comparação com os materiais sintéticos, de uma boa condutividade térmica na direcção das fibras. Por isso, são especialmente adequadas como fibras de resistência óhmica. Uma outra particularidade é o reduzido coeficiente de dilatação térmica das fibras de carbono, o qual, consoante o tipo de fibras, está indicado para valores de cerca de aterm. * 0,1-10_6/K. Os laminados de fibras de carbono (os chamados CFK, laminados de fibras de carbono, são estruturas de fibras de carbono em camadas, incorporadas numa matriz, que é constituída frequentemente por material sintético) podem ser estruturados, por conseguinte, com orientação correspondente às fibras, de modo que uma dilatação térmica dos laminados praticamente não é mensurável, em amplas gamas de temperatura.

As peças de material sintético aquecidas com fibras de carbono ou moldes de material sintético estão até agora estruturados de modo que fibras, tiras de fibras ou tecidos individuais ou um não-tecido fino de fibras de carbono com fibras curtas são incorporadas, em moldes de material sintético, entre outras camadas electricamente isolantes. Estas peças ou 6 moldes têm em comum uma clara separação de funções entre as fibras de carbono que servem como aquecimento por resistência e outras camadas de laminado, que formam, no essencial, a estrutura de suporte do molde e, para além disso, em regra, assumem também o isolamento eléctrico das fibras de carbono percorridas pela corrente. A partir do documento DE 102004042422 AI é conhecida uma ferramenta de moldar que pode ser aquecida, na qual é utilizado um elemento de aquecimento por resistência eléctrica, incorporado numa matriz de material sintético com fibras de carbono, no qual, no entanto, em função da disposição do elemento de aquecimento por resistência eléctrica, relativamente afastado da superfície da peça a fabricar, bem como, em função da disposição das espessuras de camada das camadas compósitas à base de fibras da ferramenta de moldar, são necessárias elevadas potências de aquecimento para maleabilizar suficientemente a peça. Também em função da ligação em série dos elementos individuais de fibras de carbono não é garantida a segurança de funcionamento eléctrico, em função de possíveis curto-circuitos e, por conseguinte, também de aquecimento que falha pontualmente. A formação da camada de aquecimento verifica-se até agora, com fibras individuais ou tiras de fibras, em geral, de modo que as fibras individuais ou várias fibras paralelas ou tiras de fibras são depositadas como meadas sobre a superfície a aquecer. As meadas individuais são então ligadas em série, sendo que por cada duas meadas situadas próximas entre si são ligadas no total 4 meadas em série. Um correspondente dimensionamento e ligação em circuito foi descrito, por exemplo, pela firma R&G Flussigkunststoffe, de Waldenbuch, na publicação "Heizsystem fur Kunstharzformen". A publicação da firma mostra, com base num 7 exemplo, como um total de 8 meadas, das quais cada uma é constituída por 4 fibras de carbono situadas próximas entre si, são ligadas em série.

Desvantagens substanciais surgem neste modo de procedimento, em especial quando as meadas são ligadas em série, uma vez que entre duas meadas de fibras opostas surgem maiores diferenças de potencial. Isto conduz sempre novamente a curto-circuitos no molde, que podem ser provocados por filamentos de carbono individuais situados opostos a fibras de carbono. Este problema surge, em especial, com uma disposição dos elementos de aquecimento em forma de meandro. Isto pode ser evitado, nomeadamente, através de uma distância de segurança suficientemente grande entre meadas de fibras de carbono situadas opostas. Mas neste caso surgem então, ao mesmo tempo, "zonas não aquecidas" mais amplas, o que, por sua vez, tem como consequência uma distribuição não homogénea da temperatura.

Uma outra desvantagem reside nas diferentes características mecânicas e térmicas das outras camadas de laminado, que formam o isolamento eléctrico da camada de aquecimento e, além disso, formam, no essencial, a estrutura de suporte do molde. Estas camadas são constituídas, em geral, por material sintético reforçado por fibras de vidro (GFK). Em função da diferente dilatação térmica do GFK e CFK (material sintético reforçado por fibras de carbono), com as correspondentes diferenças de temperatura surgem tensões térmicas e deformações consideráveis. Estas, em geral, apenas podem ser dominadas através de grandes espessuras de parede da estrutura do molde, mas não completamente evitadas. Realizar os moldes de material sintético, neste caso, com uma estrutura em sanduíche é um princípio igualmente conhecido, com o qual a deformação pode, de facto, ser reduzida, mas com os pressupostos, referidos anteriormente, nao pode ser completamente evitada. A partir dos documentos FR 2691400 AI e EP 0218038 AI são conhecidas ferramentas de moldar, nas quais as disposições de fibras de carbono, formadas de modo unidireccional como elementos de aquecimento próximos da superfície, estão incorporadas numa matriz de material sintético e servem para o aquecimento de peças a fabricar. O documento EP 0218038 AI divulga uma ferramenta de moldar de acordo com o conceito genérico da reivindicação 1. É objectivo da presente invenção, por conseguinte, evitar os problemas descritos, aquando do aquecimento de ferramentas de moldar e, com uma estrutura adequada das camadas da ferramenta de moldar, proporcionar que o aquecimento de ferramentas de moldar possa ser realizado de modo seguro e com eficiência energética. A solução do objectivo de acordo com a invenção resulta das características distintivas da reivindicação 1, em conjugação com as características do conceito genérico. Outras configurações vantajosas da invenção resultam das reivindicações dependentes. A invenção refere-se a uma ferramenta de moldar para a moldagem inicial ou de transformação de peças de materiais influenciáveis termicamente, de um modo preferido de materiais sintéticos e, em especial, de materiais compósitos à base de fibras, na qual a ferramenta de moldar apresenta uma estrutura compósita à base de fibras e um elemento de aquecimento por resistência eléctrica, sendo que na estrutura compósita à base de fibras da ferramenta de moldar estão incorporadas fibras de 9 carbono ou filamentos de carbono, numa matriz de material sintético próxima da superfície de moldagem da ferramenta de moldar. Uma ferramenta de moldar deste género é aperfeiçoada ainda por as fibras de carbono ou os filamentos de carbono determinarem na matriz de material sintético, próxima da superfície de moldagem, no essencial, as características mecânicas, em especial a resistência, a rigidez e/ou a dilatação térmica da ferramenta de moldar e por o elemento de aquecimento por resistência eléctrica estar ligado em circuito, de tal maneira que pelo menos secções individuais do elemento de aquecimento por resistência eléctrica formam entre si um circuito eléctrico em paralelo. A especificidade da invenção reside na integração da camada de aquecimento e na estrutura da superfície do molde. É essencial, neste caso, que a camada de fibras de carbono seja aproveitada, ao mesmo tempo, como elemento de aquecimento por resistência eléctrica e forme parte integrante essencial da secção transversal da superfície do molde. Neste caso, não é a percentagem da espessura de camada das camadas de fibras de carbono, em comparação com outras camadas, que é decisiva, mas antes o facto de as camadas de fibras de carbono dominarem as características mecânicas, em especial a resistência, a rigidez e também a dilatação térmica da estrutura de camadas da estrutura compósita à base de fibras. Com auxílio da invenção, a massa de ferramentas de moldar correspondentes pode ser nitidamente reduzida, o que reduz a capacidade térmica das ferramentas de moldar no seu conjunto e, assim, reduz nitidamente a utilização de energia no aquecimento das ferramentas de moldar. Em função da estrutura de acordo com a invenção e de uma selecção coordenada do material, pode ser em grande parte evitada uma deformação térmica dos moldes, numa ampla gama de temperatura. Com a invenção foi encontrada uma solução com custos favoráveis, para poder aquecer electricamente 10 ferramentas de moldar, de quase quaisquer dimensões e com um custo de energia comparativamente reduzido. 0 ponto essencial da invenção é a integração da camada de aquecimento e da camada exterior de suporte, na qual é aproveitada a condutividade eléctrica de fibras de carbono, para aproveitar a camada exterior de suporte do molde directamente como aquecimento por resistência eléctrica. Ao contrário dos ensaios feitos até agora para aproveitar a condutividade eléctrica de fibras de carbono, como aquecimento por resistência, o circuito de protecção dos moldes verifica-se sob a forma de um circuito em paralelo, de tal maneira que são excluídos curto-circuitos em função de diferenças de potencial de meadas de aquecimento que se cruzam, como no caso do circuito em série habitual. Deste modo pode-se também prescindir, na maioria das vezes, de outras camadas isolantes, com excepção da camada exterior do molde. Através do circuito em paralelo do elemento de aquecimento por resistência eléctrica, a resistência do elemento de aquecimento por resistência eléctrica é fortemente reduzida e, por conseguinte, é possível o aquecimento da ferramenta de moldar já com baixas tensões a instalar.

Enquanto que com as camadas de aquecimento à base de fibras de carbono conhecidas até agora eram utilizados tecidos de fibras de carbono ou não-tecidos de fibras de carbono, de um modo preferido unidireccionais, aqui são utilizados de um modo preferido tecidos de fibras de carbono bidireccionais. Também é concebível a utilização de tecidos ou não-tecidos multiaxiais. No presente caso, as fibras de carbono que correm na direcção transversal proporcionam uma compensação de potencial na direcção ortogonal, para o fluxo de corrente da camada de aquecimento. Desta maneira, mesmo os defeitos ou interrupções nas fibras de carbono individuais podem ser superados. Neste caso as fibras de 11 carbono electricamente em contacto directo correm, de um modo preferido, paralelamente na direcção longitudinal da ferramenta de moldar e as fibras de carbono adicionais que correm transversal ou obliquamente àquelas assumem indirectamente uma função condutora, através do contacto com a camada e, desta maneira, por um lado, podem exercer uma compensação do potencial eléctrico transversalmente à direcção principal do fluxo e, por outro lado, tornam possível uma estrutura multiaxial do laminado, de um modo preferido quase isotrópica, que, em caso de utilização de fibras de carbono, permite a aplicação de camadas de cobertura com dilatação térmica muito reduzida. A disposição de fibras de carbono ou filamentos de carbono, que forma o elemento de aquecimento por resistência eléctrica está realizada, em parte ou na totalidade, como unidades, sob a forma de estruturas, tecidos, não-tecidos. Neste caso, secções individuais da superfície da ferramenta de moldar, do lado da peça, podem ser formadas, na totalidade da superfície ou mesmo apenas em certas secções, por unidades desse género, que, no seu conjunto, uma vez mais, são então ligadas em circuito umas às outras, sob a forma de um circuito em paralelo. É uma vantagem, neste caso, que, a par da adaptação da forma e realização de unidades desse género à respectiva topografia da peça, seja obtido um aquecimento em grande parte superficial da peça, o que, no caso do elemento de aquecimento por resistência ligado em série, que habitualmente corre em forma de meandro, apenas se obtém com muito esforço. É uma especial vantagem, neste caso, que as fibras de carbono ou os filamentos de carbono estejam incorporados na matriz de material sintético, directamente adjacentes à superfície da ferramenta de moldar do lado da peça. 0 aquecimento 12 da ferramenta de moldar integrado desta maneira produz a potência de aquecimento directamente junto da superfície do molde, do lado da peça. 0 aquecimento actua, neste caso, numa superfície grande, directamente onde o calor é necessário. Isto encurta os trajectos de fluxo do calor, reduz temperaturas excessivas na proximidade directa das fibras de carbono e conduz a uma transformação muito economizadora da energia térmica de origem eléctrica.

Numa outra configuração é concebível que a disposição de fibras de carbono ou filamentos de carbono, que forma o elemento de aquecimento por resistência eléctrica ou as unidades formadas a partir daí estejam realizadas, no essencial, de modo quase isotrópico. Deste modo pode conseguir-se que, quer em relação aos valores de resistência mecânica, quer também em relação ao efeito térmico das fibras de carbono ou filamentos de carbono ou das unidades formadas a partir daí, existam iguais relações em todas as zonas da ferramenta de moldar e, por conseguinte, seja obtida em todas as zonas da peça a fabricar uma maleabilização uniforme desta.

Uma outra forma de realização está configurada de tal maneira que são aplicadas, em parte, camadas com fibras de carbono adicionais ou é mesmo reduzido o número e/ou a espessura das camadas com fibras de carbono. A característica essencial, neste caso, é que, em função do comportamento óhmico do molde, a potência de aquecimento da superfície é parcialmente alterada. Desta maneira podem também ser compensadas diferentes potências de aquecimento da superfície, que resultam forçosamente, por exemplo, com moldes de secção transversal não rectangular. Assim, por exemplo, com um molde de forma trapezoidal alongada, com forma pontiaguda nítida, a espessura total das fibras de carbono 13 deveria aumentar continuamente na direcção da extremidade pontiaguda, quando tem de ser obtida uma potência constante de aquecimento da superfície, ao longo da totalidade da superfície do molde. É igualmente concebível que estejam realizadas zonas não-condutoras electricamente entre unidades individuais da disposição de fibras de carbono ou filamentos de carbono, que forma o elemento de aquecimento por resistência eléctrica. As zonas não-condutoras deste género podem servir para o controlo orientado de temperaturas na peça, já que em zonas não-condutoras deste género também não se verifica qualquer maleabilização activa da peça e é possível obter assim, de forma orientada, gradientes de temperatura no interior da peça aquando do seu endurecimento. É concebível, neste caso, que as zonas não-condutoras electricamente estejam incorporadas no interior de um plano ou entre planos perpendicularmente situados sobrepostos entre si, para separar uns dos outros, respectivamente, elementos de aquecimento por resistência eléctrica situados adjacentes, uns junto dos outros ou uns sobre os outros.

Em relação ao comportamento mecânico da ferramenta de moldar, é de especial importância que a disposição de fibras de carbono ou filamentos de carbono, que forma o elemento de aquecimento por resistência eléctrica ou as unidades formadas a partir daí na matriz de material sintético, apresente uma elevada rigidez. Deste modo, uma vez que, ao mesmo tempo, as outras camadas podem ser realizadas pouco rígidas, a rigidez total da ferramenta de moldar é determinada, muito predominantemente, pelas camadas com fibras de carbono. Além disso, podem assim ser evitadas tensões térmicas entre materiais diferentes, em camadas 14 da ferramenta de moldar aplicadas de rigidez aproximadamente igual e, por conseguinte, ser reduzida decisivamente a deformação da ferramenta de moldar aquando do aquecimento, facto pelo qual pode ser aumentada nitidamente a precisão dimensional da peça a fabricar.

Em relação às tensões e deformações que surgem aquando da maleabilização da ferramenta de moldar, é importante que a dilatação térmica da camada com fibras de carbono ou filamentos de carbono, que contém o elemento de aquecimento por resistência eléctrica ou as unidades formadas a partir daí na matriz de material sintético, seja muito reduzida. Deste modo, mesmo com grandes alterações de temperatura da ferramenta de moldar, surge apenas uma alteração dimensional reduzida da peça a fabricar, facto pelo qual o fabrico é simplificado e melhorado. Além disso, podem ser reduzidos os tempos de ciclo na utilização da ferramenta de moldar, através de uma refrigeração activa, que pode ser obtida de maneira simples, na medida em que na estrutura da ferramenta de moldar com construção em sanduíche, o núcleo da sanduíche é atravessado por canais, através dos quais é conduzido ar de refrigeração ou outro fluido de refrigeração no estado gasoso ou líquido. Neste caso é adicionalmente possível conduzir fluidos correspondentes para a compensação de gradientes de temperatura, durante a fase de aquecimento em circuito fechado através do molde. De maneira simples, pode ser construído um molde com correspondente capacidade de drenagem, por exemplo, com material do núcleo provido de ranhuras. É possível obter uma outra melhoria da rentabilidade da utilização de ferramentas de moldar realizadas de acordo com a invenção, uma vez que o custo de energia para o aquecimento da ferramenta de moldar, em função das reduzidas espessuras de 15 camada do material da camada que contém o elemento de aquecimento por resistência eléctrica, é igualmente apenas reduzido. A maleabilização e refrigeração da massa da ferramenta de moldar, em função das reduzidas espessuras de camada, pode verificar-se de forma substancialmente mais rápida e com utilização de energia mais reduzida, de modo que podem ser reduzidos os tempos de ciclo para o fabrico de peças correspondentes.

Além disso, é uma vantagem que seja muito reduzida a resistência eléctrica das fibras de carbono ou filamentos de carbono, ligados entre si em paralelo ou as unidades formadas em conjunto a partir dai, através do circuito em paralelo. Deste modo é possível conseguir que tensões já muito reduzidas, em especial tensões de poucos volts, possam ser aproveitadas no elemento de aquecimento por resistência eléctrica para o aquecimento e, desse modo, também ser garantida a segurança de funcionamento eléctrico, bem como minimizada a utilização de energia. É uma vantagem, tendo em vista a realização da superfície da peça a fabricar, se a superfície da ferramenta de moldar do lado da peça a fabricar é formada por uma camada de cobertura do molde, que cobre do lado da peça, de modo preferido com uma camada de espessura fina, a camada que contém o elemento de aquecimento por resistência eléctrica. Uma camada de cobertura do molde fina deste género proporciona superfícies lisas da peça e evita danos da camada que contém as fibras de carbono. Através de espessuras de camada correspondentemente reduzidas, bem como de boas características de condutividade térmica desta camada de cobertura do molde, são evitados com segurança possíveis problemas de controlo da temperatura, entre a camada com o elemento de aquecimento por resistência e a peça. 16 É uma vantagem, tendo em vista a estabilidade mecânica da ferramenta de moldar, se é aplicada uma camada de reforço, sobre o lado oposto à peça da camada que apresenta o elemento de aquecimento por resistência eléctrica. Uma camada de reforço deste género, que pode ser formada, por exemplo, sob a forma de uma camada de construção ligeira estável, como por exemplo uma estrutura em sanduíche, proporciona uma outra fixação mecânica na estrutura da ferramenta de moldar, sem que o peso da ferramenta de moldar aumente excessivamente. Com uma estrutura em sanduíche, a camada de aquecimento pode ser produzida, neste caso, de um modo preferido, ao mesmo tempo uma das duas camadas de cobertura, que são necessárias para a formação de uma estrutura em sanduíche. É concebível também, por exemplo, que a camada de reforço esteja realizada isolante electricamente.

Tendo em vista a estrutura das camadas da ferramenta de moldar, pode ser uma vantagem se estão situadas camadas intermédias adicionais, entre a camada compósita à base de fibras que contém o elemento de aquecimento por resistência eléctrica, a camada de cobertura do molde e/ou a camada de reforço, que, por exemplo, estão realizadas isolantes electricamente ou apresentam uma função intermediária de aderência para as camadas adjacentes da camada compósita à base de fibras. As camadas intermédias deste género, que podem ser realizadas na estrutura compósita à base de fibras, por exemplo, a partir de um tecido de fibras de vidro, de um modo preferido fino, optimizam as características do conjunto da estrutura de camadas. É concebível, além disso, que se possa prever, como camada adicional de cobertura do molde, situada do lado da camada de 17 reforço oposta à peça, uma camada com fibras de carbono, que estão incorporadas numa matriz de material sintético. Deste modo, é ainda mais evitada por prevenção uma deformação das camadas da ferramenta de moldar, aquando da maleabilização, uma vez que esta camada adicional de cobertura do molde pode estar estruturada mecanicamente idêntica à camada compósita à base de fibras que contém o elemento de aquecimento por resistência eléctrica e, por conseguinte, uma camada de reforço situada entre elas está, por exemplo, rodeada de ambos os lados por camadas mecanicamente equivalentes. É concebível, neste caso, que as fibras de carbono da camada de cobertura do molde oposta à peça estejam isoladas electricamente, em relação às fibras de carbono da camada compósita à base de fibras voltada para a peça, que contém o elemento de aquecimento por resistência eléctrica.

Tendo em vista as características mecânicas e eléctricas uniformes da camada compósita à base de fibras que contém o elemento de aquecimento por resistência eléctrica, é uma vantagem se a orientação das fibras de carbono ou dos filamentos de carbono ou das unidades formadas a partir de fibras de carbono ou de filamentos de carbono está deslocada e/ou torcida, em relação às outras fibras de carbono ou filamentos de carbono ou às unidades da mesma camada compósita à base de fibras. Deste modo, as fibras ou unidades podem ser orientadas de modo que as cargas mecânicas e mesmo a geração da temperatura se verifica, em grande parte, uniformemente no interior da camada compósita à base de fibras que contém o elemento de aquecimento por resistência eléctrica e, por conseguinte, é transmitida também uniformemente para a peça. É uma vantagem, além disso, se a camada de cobertura do molde e as camadas intermédias apresentam apenas rigidezes 18 reduzidas e influenciam apenas infimamente as caracteristicas mecânicas da totalidade da estrutura compósita à base de fibras. Deste modo não resultam quaisquer tensões substanciais entre as camadas individuais, aquando da maleabilização da ferramenta de moldar, de modo que são minimizadas deformações da ferramenta de moldar.

Tendo em vista o contacto eléctrico do elemento de aquecimento por resistência eléctrica, é uma vantagem se a disposição de fibras de carbono ou filamentos de carbono, que forma o elemento de aquecimento por resistência eléctrica ou unidades formadas a partir dai estão em contacto eléctrico do lado da extremidade das fibras ou das unidades e estão ligadas entre si como circuito em paralelo. Através do contacto situado no exterior, pode ser obtida uma boa acessibilidade do elemento de aquecimento por resistência e os trabalhos de ligação para o circuito em paralelo podem ser realizados de forma simples.

Tendo em vista a maleabilização da peça, comprovou-se como especialmente vantajoso, em especial para o necessário custo de energia, se a ferramenta de moldar está revestida de modo termicamente isolante, pelo menos em certas secções, aquando do aquecimento da ferramenta de moldar para a conformação de uma peça. Através do revestimento termicamente isolante, o calor produzido pode ser conservado especialmente bem no interior da ferramenta de moldar e, consoante a existência de material isolante, o tipo e espessura do material isolante, bem como a colocação deste, o material isolante é aproveitado para o controlo local da temperatura, aquando do aquecimento da peça no interior da ferramenta de moldar. Assim, é concebível, por exemplo, isolar a ferramenta de moldar apenas localmente e, com isso, produzir localmente temperaturas mais elevadas, que 19 influenciam o endurecimento da peça de modo diferente que em zonas nada ou menos isoladas. Isto permite uma outra influência da operação de fabrico da peça no interior da ferramenta de moldar. É especialmente vantajoso se os materiais da ferramenta de moldar estão previstos para temperaturas tais que as camadas da estrutura compósita à base de fibras, que formam a ferramenta de moldar, aquando do fabrico da peça, suportam sem problemas uma temperatura de até 300 °C, de um modo preferido de até 140 °C, sem perder mesmo caracteristicas de resistência. Numa outra configuração, com referência à estabilidade à temperatura, é também concebível que os materiais cerâmicos da matriz sejam aproveitados para a formação da estrutura compósita à base de fibras ou partes desta.

Além disso, é concebível que os elementos eléctricos de aquecimento estejam segmentados na direcção do fluxo da corrente e os segmentos individuais possam ser ligados em ponte, na totalidade ou em parte, através de componentes electrónicos adicionais, para influenciar o fluxo da corrente e a potência de aquecimento no segmento correspondente. Deste modo, de forma completamente orientada, pode ser ali produzida energia térmica para as peças a trabalhar nas quais é necessária a energia térmica, enquanto que noutras zonas nenhuma ou apenas uma reduzida energia térmica é produzida nos elementos eléctricos de aquecimento. Pode ser uma vantagem, neste caso, se os elementos eléctricos de aquecimento estão segmentados na direcção do fluxo da corrente e os segmentos individuais de um elemento de aquecimento formam um circuito em série. Deste modo pode ser conseguido, em especial, que os elementos eléctricos de aquecimento segmentados possam ser accionados, no seu conjunto, 20 com baixa tensão, mesmo com uma ferramenta de moldar de grandes dimensões, em função do circuito em série e, com isso, quer a nível eléctrico, quer também em termos de técnica de segurança, possa ser obtido um aquecimento simples da ferramenta de moldar.

Além disso, é concebível que camadas individuais dos elementos eléctricos de aquecimento, percorridas pela corrente e situadas sobrepostas, estejam isoladas umas das outras na direcção da espessura, através de camadas isolantes finas, de tal maneira que pode ser obtido um seccionamento individual dos segmentos, através de sobreposição dos elementos de aquecimento de camada fina, com técnica de multi-camadas. Aqui pode ser obtida com a configuração segmentada dos elementos de aquecimento uma produção diversificada de energia térmica, através de uma sobreposição de elementos de aquecimento, situados, no essencial, perpendicularmente à superfície da ferramenta de moldar, que estão, respectivamente, sobrepostos e separados uns dos outros electricamente, através de camadas isolantes finas.

Noutra configuração, o fluxo da corrente pode ser alterado localmente na ferramenta de moldar, através de elementos eléctricos de aquecimento adicionais finos e instalados de modo limitado localmente, de tal maneira que é possível uma alteração parcial da potência de aquecimento da superfície, no interior da superfície da ferramenta de moldar. Através de todas as medidas referidas anteriormente, é possível providenciar para que seja obtida uma alteração localmente eficaz da produção de energia térmica, na superfície da ferramenta de moldar, que é vantajosa, por exemplo, para a moldagem inicial ou de transformação da peça, nesse ponto localizado. 21 0 desenho mostra uma forma especialmente preferida de realização da ferramenta de moldar de acordo com a invenção e de acordo com a reivindicação 1.

Mostram:

Fig. 1 - Estrutura de uma ferramenta de moldar simples, que pode ser aquecida, de acordo com a invenção, sob a forma de um rectângulo, apresentado no exemplo de uma secção transversal representada em secção parcial,

Fig. 2 - Corrente, potência de aquecimento e potência de aquecimento da superfície do molde, com a tensão de aquecimento da ferramenta de moldar, indicada previamente, de acordo com a figura 1,

Fig. 3 - Curvas de temperatura aquando do aquecimento da ferramenta de moldar, de acordo com a figura 1, com diferentes isolamentos, com uma potência de aquecimento da superfície de 200 W/m1 2.

Como exemplo, é indicada na figura 1, sob a forma de um rectângulo, a estrutura de uma ferramenta de moldar simples, que pode ser aquecida, na qual a ferramenta de moldar pode ser fabricada com a seguinte estrutura de camadas: 22 1 a. camada: Camada de cobertura do molde (espessura de camada Si * 0,4 mm) 2 a. camada: Tecido de fibras de vidro, 105 g/m2 (espessura de camada S2 = 0,1 mm) 3a. camada: 4 a. camada: 5a. camada: 6 a. camada: 7a. camada: 8 a. camada:

Tecido de fibras de carbono biaxial, 193 g/m2 (espessura de camada S3 ~ 0,27 mm), orientação das fibras 0°/90° Tecido de fibras de carbono biaxial, 193 g/m2 (espessura de camada s4 ~ 0,27 mm), orientação das fibras ± 45 Tecido de fibras de vidro, 105 g/m2 (espessura de camada S5 * 0,1 mm) Núcleo alveolar de poliamida ECA 3.2-48 (espessura de camada S6 ~ 12, 7 mm) Tecido de fibras de carbono biaxial, 193 g/m2 (espessura de camada s7 = 0,27 mm), orientação das fibras ± 45 Tecido de fibras de carbono biaxial, 193 g/m2 (espessura de camada ss = 0,27 mm), orientação das fibras 0°/90°

Compreende-se facilmente que a estrutura de camadas indicada é apontada apenas como um exemplo de muitas estruturas de camadas concebíveis e pode ser modificada de múltiplas maneiras, no âmbito da invenção.

Ao observar a totalidade da secção transversal da ferramenta de moldar, mostrada na figura 1 como estrutura em sanduíche, então as camadas 1 a 5 formam a primeira camada de cobertura da sanduíche. A 6a. camada é o núcleo da sanduíche e as camadas 7 e 8 formam a segunda camada de cobertura da sanduíche.

As camadas reforçadas por tecido foram impregnadas com uma resina laminada endurecida a frio, a qual, após maleabilização correspondente, apresenta uma estabilidade de forma à temperatura de até 140 °C. 23 A camada de cobertura do molde da espessura de camada Si é constituída, por exemplo, por uma resina convencional da camada de cobertura do molde, com uma estabilidade de forma à temperatura de até 140 °C. Em comparação com as camadas reforçadas por fibras, esta camada é relativamente espessa. Em função da reduzida rigidez em relação às camadas do tecido de fibras de carbono, influencia as características mecânicas da totalidade da estrutura do molde, mas apenas de modo insignificante. A camada de cobertura do molde pode ser polida e garante, em função da superfície isenta de poros, um elevado número de desmoldagens, com reduzido atrito no molde. A camada de tecido de fibras de vidro das espessuras de camada S2 e S5 pode ser necessária por razões técnicas de fabrico e deve assegurar uma boa aderência, entre a camada Si de cobertura do molde e as camadas S3 e s4 de tecido de fibras de carbono. Também estas camadas dispõem de uma reduzida rigidez, em relação às camadas do tecido de fibras de carbono que se seguem e influenciam as características mecânicas da totalidade da estrutura do molde apenas de modo reduzido.

As camadas S3 e s4 de tecido de fibras de carbono formam quer a camada de aquecimento por resistência eléctrica, quer também a parte essencialmente estrutural da primeira camada de cobertura em sanduíche. Em função da sua elevada rigidez em comparação com as outras camadas, determinam em grande parte as características mecânicas e a dilatação térmica da primeira camada de cobertura em sanduíche. A camada s5 de tecido de fibras de vidro, tal como a camada S2, pode ser necessária por razões técnicas de fabrico e garante 24 uma boa aderência, entre as camadas do tecido de fibras de carbono e o núcleo s6 da sanduíche.

As camadas s7 e s8 do tecido de fibras de carbono formam a segunda camada de cobertura em sanduíche, como estrutura de laminado quase isotrópica.

Uma vez que a dilatação térmica das duas camadas de cobertura em sanduíche é determinada, no essencial, pelas fibras de carbono, a sua dilatação térmica e, por conseguinte, a possível deformação térmica, com diferentes temperaturas, é muito reduzida.

Com a estrutura descrita da ferramenta de moldar, chega-se, no essencial, às seguintes considerações e características: • Parte essencial do molde é uma camada de tecido de fibras de carbono, numa matriz de material sintético, que assume quer uma função de suporte da estrutura posterior do molde, quer serve também directamente como camada de aquecimento sob a forma de um aquecimento por resistência eléctrica, através de fluxo das fibras de carbono. 0 tecido de fibras de carbono na matriz de material sintético deveria, neste caso, ser estruturado o mais possível de forma quase isotrópica. Através de integração do aquecimento do molde e da estrutura posterior de suporte do molde, o custo com o material para a ferramenta de moldar pode ser nitidamente reduzido. Ao mesmo tempo, é reduzida a quantidade de calor necessária para o aquecimento do molde. Além disso, é possível evitar assim tensões térmicas entre diferentes materiais. 25 • 0 tecido de fibras de carbono, tão homogéneo quanto possível, na matriz de material sintético forma uma faixa individual de aquecimento, que, de um modo preferido, é ligada num circuito em paralelo, na direcção longitudinal do molde. Com isso, o elemento de aquecimento é constituído por uma camada fina de laminado. A secção transversal, com uma ligação em circuito na direcção longitudinal do molde, corresponde aproximadamente ao produto da largura "B" do molde pela espessura "s" do tecido de fibras de carbono. 0 comprimento "L" do elemento de aquecimento corresponde, no presente caso, aproximadamente ao comprimento total da ferramenta de moldar. • Uma camada de cobertura do molde, rica em resina, que garante, aquando do fabrico da peça, uma superfície do molde isenta de poros e um bom efeito de separação, torna-se aqui necessária, em geral. Esta camada de cobertura do molde, desde que seja necessária, deveria ser tão fina quanto possível e influenciar as características mecânicas e térmicas da camada de tecido de fibras de carbono, na matriz de material sintético, apenas de modo insignificante. • A camada aquecida do tecido de fibras de carbono, na matriz de material sintético, forma, eventualmente em ligação com a camada de cobertura do molde acima referida, a superfície do molde propriamente dita, que, no seu conjunto, é de paredes finas e, por conseguinte, relativamente frouxa em flexão. Para o reforço a ferramenta de moldar pode ser produzida numa estrutura em sanduíche. 0 material do núcleo da camada de reforço pode, neste caso, ser electricamente 26 isolante, quando deve ser impedido um fluxo da corrente para a segunda camada de cobertura. Se for pretendido o fluxo da corrente para a segunda camada de cobertura, pode também ser utilizado um material do núcleo da camada de reforço com boa condutividade eléctrica. • A segunda camada de cobertura do molde é constituída, de um modo preferido, igualmente por um tecido de fibras de carbono quase isotrópico, numa matriz de material sintético. Com isso é determinada a dilatação por temperatura da ferramenta de moldar, no essencial, por dois laminados de cobertura quase isotrópicos. Uma vez que estas estruturas de laminado, de maneira conhecida, apresentam apenas dilatações térmicas reduzidas, numa ampla gama de temperaturas, quer a dilatação térmica, quer também a deformação térmica do molde são muito reduzidas, apesar de temperaturas diferentes nas camadas de cobertura. Se ambas as camadas de cobertura apresentam apenas dilatações térmicas reduzidas, também a deformação por flexão do molde permanece muito reduzida por influências de temperaturas.

Reduzidas deformações por flexão condicionadas pelas temperaturas podem, além disso, ser reduzidas através de aumento da espessura do núcleo, sem acréscimo significante de peso. • Outras camadas podem ser intercaladas em qualquer local, se for pretendido, por exemplo, um isolamento eléctrico de camadas individuais ou se, por motivos técnicos de mecanização, for conveniente uma aderência suficiente de camadas individuais entre si. Neste caso, deve ser tido em consideração que podem ser realizadas camadas adicionais, 27 de modo que nada ou apenas reduzidamente influenciam as caracteristicas mecânicas e, em especial, a dilatação térmica da camada de aquecimento. Neste caso, seria concebível, em especial, a utilização de núcleos alveolares de alumínio ou núcleos alveolares de fibras de carbono.

Tendo em vista o dimensionamento da potência de aquecimento da ferramenta de moldar de acordo com a figura 1, tem importância o seguinte: 0 presente molde que pode ser aquecido é, como exemplo, rectangular, com um comprimento aquecido L = 1.370 mm e uma largura B = 557 mm. Apenas a camada S3 foi colocada em contacto eléctrico directamente, no presente caso. Para isso foram apertados, respectivamente, 4 fios de teia de fibras de carbono numa caixa terminal de fio e soldados com uma fita de ligação à massa incorporada. Estes fios de teia correm na direcção longitudinal do molde e formam assim um circuito em paralelo dos diversos fios de resistência. Fios de trama desta camada de tecido, igualmente de fibras de carbono, que correm transversalmente àquele, não são nesta disposição, em princípio, percorridos pela corrente, mas podem servir para a compensação de potencial, caso, por exemplo, fios individuais de trama venham a ser danificados.

Para a resistência eléctrica da camada S3 aplica-se, assim, no presente caso:

Respec, Fio * L Λ3 =- n

Neste caso são: R3: resistência eléctrica da 3a. camada 28

Respec, fío · resistência específica do fio de teia individual L: comprimento da zona de aquecimento N: número dos fios de teia ligados em paralelo

Ensaios mostraram que outras camadas de fibras de carbono, que estão aplicadas directamente sobre a camada de fibras em contacto eléctrico, possuem quase a mesma condutividade que a camada em contacto eléctrico. Com fibras que correm obliquamente, deve ser tido em consideração o número de fibras por largura alterado correspondentemente, bem como o comprimento resultante. No presente caso, a 4a. camada colocada em diagonal tem, no seu conjunto, a mesma condutividade que a 3a. camada de tecido.

Em função de resistências adicionais por contacto, é medido no molde um valor minimamente superior ao que resulta através do cálculo teórico. A resistência medida situou-se aqui cerca de 12% acima do valor calculado previamente. A figura 2 representa a corrente, a potência de aquecimento e a potência de aquecimento da superfície do molde, como resultam com a tensão de aquecimento indicada previamente. Uma vez que a resistência óhmica do aquecimento do molde, na gama de temperatura até 100 °C, é alterada apenas de forma insignificante, a corrente aumenta linearmente com a tensão de aquecimento, enquanto a potência de aquecimento aumenta ao quadrado da tensão. É essencial neste caso, além disso, que a resistência óhmica com a estrutura correspondente seja muito reduzida, de modo que mesmo maiores moldes de aquecimento possam ser aquecidos com baixa tensão. 29

Em diversas estruturas experimentais pôde ser mostrado que a resistência óhmica calculada teoricamente para diferentes estruturas da camada de aquecimento está bem de acordo com os valores medidos. A temperatura que é obtida na superfície do molde com o correspondente aquecimento depende, no essencial, dos parâmetros seguintes: • Potência de aquecimento da superfície em W/m2 • Temperatura ambiente • Fluxo de calor no molde • Meios contíguos ao molde, que influenciam a transferência de calor para o ambiente.

Neste caso mostrou-se nitidamente que a temperatura que pode ser obtida é determinada bastante menos pela potência de aquecimento da superfície do que pelo isolamento.

Comprovou-se como especialmente vantajoso para o funcionamento da ferramenta de moldar se é proporcionado um isolamento térmico da ferramenta de moldar.

Na placa de aquecimento simples acima descrita deve ser obtida uma temperatura da superfície de 82 °C, à temperatura ambiente (cerca de 25 °C) . A figura 3 mostra as curvas de temperatura da placa de aquecimento, com diferentes isolamentos, com uma potência de aquecimento da superfície de 200 W/m2. Está representada a diferença de temperatura em relação à temperatura ambiente. 30

Na figura 3 torna-se muito nítida a influência do isolamento. Enquanto que sem isolamento seria medido apenas um aumento de temperatura de 12,9 K na superfície do molde, com igual potência de aquecimento da superfície, com um não-tecido duplo aplicado, é medido um aumento de temperatura de 33,6 K. Com uma placa adicional de isolamento assente sobre a superfície, o aumento de temperatura alcançou 57,3 K, com a mesma potência de aquecimento da superfície.

De modo ainda mais nítido resulta este aumento de temperatura quando o molde é isolado completamente. Num outro ensaio a potência de aquecimento foi reduzida para metade em 100 W/m2, o molde de aquecimento foi isolado, no lado inferior e no lado superior, com uma placa de isolamento de 40 mm de espessura. Neste caso foram medidas na superfície do molde temperaturas que se situavam 70 K acima da temperatura ambiente.

Estas medições mostram que, através de um isolamento simples, a necessidade de potência de aquecimento pode ser reduzida consideravelmente. Os índices de aquecimento situavam-se, em todos os casos, nitidamente acima dos índices de aquecimento necessários, os quais, com peças de resinas epoxídicas reforçadas por fibras, em geral, não devem ultrapassar 10 K/hora.

Estes estudos mostram que deveria ser prestada ao isolamento uma atenção especial. Em especial, parece ser possível, com a potência de aquecimento indicada previamente, poder influenciar a curva de temperatura, através de acréscimo ou remoção de material isolante de forma orientada, eventualmente mesmo parcialmente. Isto poderia ser interessante, por exemplo, 31 com moldes de geometrias complicadas, nos quais um aquecimento constante da superfície através da totalidade da geometria do molde, eventualmente, apenas com dificuldade pode ser realizado.

Tendo em vista as possibilidades de aplicação da ferramenta de moldar de acordo com a invenção, é possível afirmar o seguinte:

As possibilidades de aplicação dos moldes de material sintético acima descritos, que podem ser aquecidos, encontram-se, de um modo preferido, em áreas nas quais são produzidas peças côncavas com grandes superfícies, com geometria simples, em quantidades de peças pequenas a médias e que, durante ou após a conformação, devem ser aquecidas no molde. Os moldes, neste caso, podem garantir temperaturas até cerca de 100 °C, com os sistemas de materiais sintéticos à base de fibras estudados até agora. A estabilidade à temperatura, neste caso, está limitada pelos sistemas de resinas sintéticas utilizados. Com outros sistemas de resinas sintéticas resistentes à temperatura são possíveis resistências térmicas nitidamente superiores a 200 °C, sem que tenham de verificar-se alterações significantes no processo, no fabrico dos moldes. Com materiais cerâmicos de matrizes, no entanto, poderiam eventualmente também ser produzidos e aquecidos da mesma maneira moldes com resistência térmica substancialmente superior.

As potenciais peças que poderiam ser fabricadas em moldes correspondentes nitidamente mais económicos que até agora são, em especial, peças de materiais compósitos à base de fibras, com grandes superfícies, como asas de sustentação, elementos de cascos ou de estabilizadores na aeronáutica, painéis para 32 diversos sistemas de transporte ou as técnicas da medicina, cascos de embarcações ou pás de aerogeradores. Mas também componentes de materiais sintéticos sem reforço de fibras podem, em princípio, ser fabricados em moldes correspondentes de materiais sintéticos que podem ser aquecidos.

Assim, grandes moldes de repuxamento profundo poderiam igualmente ser produzidos da maneira descrita, como por exemplo moldes sinterizados por centrifugação.

Lisboa, 30 de Novembro de 2012 33

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Ferramenta de moldar para a moldagem inicial ou de transformação de peças de materiais influenciáveis termicamente, de um modo preferido de materiais sintéticos e, em especial, de materiais compósitos à base de fibras, na qual a ferramenta de moldar apresenta uma estrutura compósita à base de fibras e um elemento de aquecimento por resistência eléctrica, sendo que na estrutura compósita à base de fibras da ferramenta de moldar estão incorporadas fibras de carbono ou filamentos de carbono, numa matriz de material sintético próxima da superfície de moldagem da ferramenta de moldar, sendo que as fibras de carbono ou os filamentos de carbono determinam na matriz de material sintético, próxima da superfície de moldagem, no essencial, as características mecânicas, em especial a resistência, a rigidez e/ou a dilatação térmica da ferramenta de moldar, caracterizada por o elemento de aquecimento por resistência eléctrica estar ligado em circuito, de tal maneira que pelo menos secções individuais do elemento de aquecimento por resistência eléctrica formam entre si um circuito eléctrico em paralelo, sendo que a disposição que forma o elemento de aquecimento por resistência eléctrica está realizada sob a forma de tecidos ou estruturas biaxiais ou multiaxiais, constituídos por fibras de carbono ou filamentos de carbono e a disposição de fibras de carbono ou filamentos de carbono, que forma o elemento de aquecimento por resistência eléctrica, está realizada, em parte ou na totalidade, como unidades, sob a forma de estruturas, tecidos, não-tecidos, sendo que as unidades estão ligadas em contacto eléctrico 1 do lado da extremidade das fibras ou das unidades e ligadas umas às outras como circuito eléctrico em paralelo.
2. Ferramenta de moldar de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por as fibras de carbono ou os filamentos de carbono estarem incorporados na matriz de material sintético, directamente adjacentes à superfície da ferramenta de moldar do lado da peça.
3. Ferramenta de moldar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a disposição de fibras de carbono ou filamentos de carbono, que forma o elemento de aquecimento por resistência eléctrica ou as unidades formadas a partir dai estarem realizadas de modo quase isotrópico.
4. Ferramenta de moldar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por estarem realizadas zonas não-condutoras electricamente entre unidades individuais da disposição de fibras de carbono ou filamentos de carbono, que forma o elemento de aquecimento por resistência eléctrica.
5. Ferramenta de moldar de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por as zonas não-condutoras electricamente estarem incorporadas no interior de um plano ou perpendicularmente entre planos situados sobrepostos.
6. Ferramenta de moldar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a disposição de fibras de carbono ou filamentos de carbono, que forma o elemento de aquecimento por resistência eléctrica ou as 2 unidades formadas a partir dai na matriz de material sintético determinarem, no essencial, as caracteristicas mecânicas e a dilatação térmica do conjunto da estrutura compósita à base de fibras.
7. Ferramenta de moldar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a disposição de fibras de carbono ou filamentos de carbono, que forma o elemento de aquecimento por resistência eléctrica ou as unidades formadas a partir dai na matriz de material sintético produzirem a potência de aquecimento cedida directamente à superfície da peça a moldar.
8. Ferramenta de moldar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a superfície da ferramenta de moldar do lado da peça ser formada por uma camada de cobertura do molde, que cobre do lado da peça, de um modo preferido com uma camada de espessura fina, a camada que contém o elemento de aquecimento por resistência eléctrica.
9. Ferramenta de moldar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por ser aplicada uma camada de reforço, de um modo preferido isolante electricamente, sobre o lado oposto à peça da camada que apresenta o elemento de aquecimento por resistência eléctrica.
10. Ferramenta de moldar de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por a camada de reforço apresentar uma estrutura sob a forma de uma camada de construção liqeira estável ou uma estrutura em sanduíche. 3
11. Ferramenta de moldar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por estarem situadas camadas intermédias adicionais, de um modo preferido isolantes electricamente, entre a camada compósita à base de fibras que contém o elemento de aquecimento por resistência eléctrica, a camada de cobertura do molde e/ou a camada de reforço.
12. Ferramenta de moldar de acordo com a reivindicação 11, caracterizada por uma camada formada a partir de um tecido de fibras de vidro, de um modo preferido fino, estar situada na estrutura compósita à base de fibras, como camada intermédia adicional.
13. Ferramenta de moldar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por ser possivel prever, como camada adicional de cobertura do molde, situada do lado da camada de reforço oposta à peça, uma camada com fibras de carbono, que estão incorporadas numa matriz de material sintético.
14. Ferramenta de moldar de acordo com a reivindicação 13, caracterizada por as fibras de carbono da camada de cobertura do molde oposta à peça estarem isoladas electricamente em relação às fibras de carbono da camada compósita à base de fibras voltada para a peça, que contém o elemento de aquecimento por resistência eléctrica.
15. Ferramenta de moldar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a orientação das fibras de carbono ou dos filamentos de carbono ou das 4 unidades formadas a partir de fibras de carbono ou de filamentos de carbono estar deslocada e/ou torcida, em relação às outras fibras de carbono ou filamentos de carbono ou às unidades da mesma camada compósita à base de fibras.
16. Ferramenta de moldar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por os elementos eléctricos de aquecimento estarem segmentados na direcção do fluxo da corrente e por segmentos individuais estarem ligados em ponte, na totalidade ou em parte, através de componentes electrónicos adicionais, para influenciar o fluxo da corrente e a potência de aquecimento no segmento correspondente.
17. Ferramenta de moldar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por os elementos eléctricos de aquecimento estarem segmentados na direcção do fluxo da corrente e por os segmentos individuais de um elemento de aquecimento formarem um circuito em série.
18. Ferramenta de moldar de acordo com a reivindicação 17, caracterizada por os elementos eléctricos de aquecimento segmentados poderem ser accionados, no seu conjunto, com baixa tensão, mesmo com uma ferramenta de moldar de grandes dimensões, através do circuito em série.
19. Ferramenta de moldar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por camadas individuais dos elementos eléctricos de aquecimento, percorridas pela corrente e situadas sobrepostas, estarem isoladas umas das outras na direcção da espessura, através de camadas isolantes finas, de tal maneira que pode ser 5 obtido um seccionamento individual dos segmentos, através de sobreposição de elementos de aquecimento de camada fina, com técnica de multi-camadas.
20. Ferramenta de moldar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o fluxo da corrente poder ser alterado localmente na ferramenta de moldar, através de elementos eléctricos de aquecimento adicionais finos e instalados de modo limitado localmente, de tal maneira que é possível uma alteração parcial da potência de aquecimento da superfície, no interior da superfície da ferramenta de moldar.
21. Ferramenta de moldar de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a ferramenta de moldar ser atravessada por canais, através dos quais são introduzidos o ar de refrigeração ou outros fluidos de refrigeração no estado gasoso ou líquido. Lisboa, 30 de Novembro de 2012 6