PT2234795E

PT2234795E - Material planar flexível com múltiplas camadas

Info

Publication number: PT2234795E
Application number: PT09703850T
Authority: PT
Inventors: Stefan Utecht; Wilhelm Krings; Manfred Haensch
Original assignee: Eads Deutschland Gmbh; Trans Textil Gmbh
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2012-01-10
Also published as: US20100297399A1; CN101925450A; US8197244B2; EP2234795A1; RU2010135511A; JP4939659B2; CA2712944A1; KR20110004357A; KR101235521B1; DK2234795T3; EP2234795B1; RU2446946C1; AU2009207902A1; CN101925450B; ES2374146T3; BRPI0906380A2; WO2009092543A1; PL2234795T3; ATE526145T1; BRPI0906380B1

Description

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DESCRIÇÃO "MATERIAL PLANAR FLEXÍVEL COM MÚLTIPLAS CAMADAS" 0 invento diz respeito a um material planar flexível com múltiplas camadas destinado a delimitar um espaço de admissão de material matricial quando do fabrico de componentes em plástico reforçado com fibras a partir de produtos semi-acabados compostos por fibras por um processo de injecção de material matricial, em que o material planar exibe uma membrana permeável a gases, mas impermeável a material matricial, uma película impermeável a gases e uma camada distanciadora altamente permeável a gases, esta última disposta entre a membrana e a película de modo a mantê-las a uma certa distância uma da outra quando entre elas é produzida uma baixa pressão.

Como é sabido, quando do fabrico de componentes em plástico reforçado com fibras começa por utilizar-se produtos semi-acabados secos compostos por fibras, os chamados pré-formados ("preforms" em inglês), os quais são impregnados com um material matricial endurecível sob a forma de uma resina. Este produto semi-acabado composto por fibras pode consistir num tecido, num aglomerado planar mul-ti-axial ou num produto semi-acabado unidireccional com teia reforçada, sendo composto em particular por fibras de carbono, aramida ou boro, ou por materiais híbridos. 2 ΡΕ2234795

Um processo para a produção de componentes em plástico reforçado com fibras é o conhecido como 'infusão de película de resina' ou RFI ("resin film infusion"). Neste processo, um tecido ou aglomerado planar de fibras de carbono é depositado numa instalação de endurecimento e exteriormente revestido com uma determinada quantidade de película de resina. Em seguida, o componente em plástico composto por fibras de carbono e por resina é endurecido sob pressão e a quente numa autoclave ou num outro tipo de re-ceptáculo pressurizado. A utilização de receptáculos pressurizados e das ferramentas sofisticadas necessárias para esse efeito é contudo muito complexa. Além disso, um tal processo é difícil de controlar no que respeita a temperaturas e pressões. Ainda por cima, as autoclaves disponíveis impõem limites ao tamanho dos componentes em plástico.

Para evitar estas desvantagens foi desenvolvido um processo, descrito em DE 100 13 409 Cl, designado 'processo assistido por vácuo' ou VAP ("vacuum assisted pro-ject"). Neste processo utiliza-se um material planar flexível com múltiplas camadas de acordo com o conceito genérico da reivindicação 1, com o qual de delimita um espaço de admissão de material matricial no qual foi depositado o produto semi-acabado. Este material planar consiste em múltiplas camadas separadas umas das outras e manipuláveis em separado, nomeadamente uma membrana permeável a gases, mas impermeável a material matricial, uma película impermeável a gases e uma camada distanciadora altamente permeável a gases. Estas camadas são individual e sucessivamente colo- 3 ΡΕ2234795 cadas sobre uma camada auxiliar do fluxo depositada sobre o produto semi-acabado. Caso agora se evacue a zona entre a película e a membrana, produzindo desse modo uma baixa pressão, produz-se também através da membrana uma descida correspondente da pressão no espaço de admissão de material matricial interiormente localizado, pelo que pode ser aspirada resina líquida contida num depósito de resina externo para dentro do espaço de admissão de material matricial. Neste processo, embora permita o escape de gases contidos no espaço de admissão de material matricial para a camada distanciadora e daí para o exterior, a membrana retém simultaneamente a resina no espaço de admissão de material matricial por forma a que esta possa infiltrar-se no produto semi-acabado.

Embora acarrete vantagens consideráveis relativamente aos processos que recorrem a autoclaves, este processo VAP é algo problemático na medida em que cada camada individual do material planar, nomeadamente a membrana, a camada distanciadora e a película impermeável a gases, tem de ser sucessivamente colocada sobre o produto semi-acabado de modo preciso e na auência de tensões. Esta operação é morosa e, caso não seja executada com o rigor exigido, pode prejudicar a segurança do processo e conduzir a acumulações irregulares do material matricial.

Ao invento subjazia por isso a tarefa de conceber um material planar flexível com múltiplas camadas do tipo mencionado no início, com o qual o processo VAP pudesse ser 4 ΡΕ2234795 executado do modo mais simples, rápido, económico e preciso possível.

Este objectivo foi alcançado por via de um material planar flexível com múltiplas camadas dotado das ca-racterísticas constantes da reivindicação 1. Nas reivindicações dependentes encontram-se descritas formas vantajosas de execução do invento.

No material planar de acordo com o invento, a membrana consiste numa membrana microporosa semipermeável de poliuretano ou de politetrafluoroetileno expandido (ePTFE) sobre a qual foi laminada uma camada têxtil refor-çadora da membrana. A camada distanciadora foi aplicada sobre a camada têxtil. A membrana microporosa, a camada têxtil e a camada distanciadora foram conjuntamente configuradas como laminado muiltifuncional e desse modo firmemente interligadas. A expressão ‘ laminado multifuncional'' significa neste caso um laminado composto por várias camadas especiais que desempenha várias funções em simultâneo, nomeadamente a função de membrana que não só é permeável a gases como é impermeável ao material matricial, por um lado, e, por outro lado, a função de camada distanciadora que mantém a película impermeável a gases afastada da membrana quando entre esta e a película é produzida uma baixa pressão, ficando o espaço entre as mesmas desocupado. A ligação sólida entre as diversas camadas de modo a constituir um laminado deixa de ser necessário sobre- 5 ΡΕ2234795 pôr sucessivas camadas. Pelo contrário o laminado pode ser produzido numa única etapa processual, o que encurta consideravelmente o tempo necessário para aplicar o material planar sobre o produto semi-acabado. Além disso fica excluído qualquer perigo de as camadas individuais do material planar não serem colocadas ordenadamente e sem ficarem sob tensão, o que aumenta a segurança e a precisão do processo e permite reduzir os custos de acabamento materiais.

De acordo com uma forma vantajosa de execução, a película encontra-se firmemente ligada à camada distancia-dora, pelo que a película também faz parte do laminado multifuncional. Neste caso, o laminado multifuncional assume a função suplementar de isolar do exterior, tornando-a impermeável ao ar, o espaço de admissão de material matricial, inclusive as camadas de laminado multifuncional vizinhas, de modo a que a câmara envolvida por película possa ser eficazmente evacuada. Um tal laminado multifuncional reduz o tempo necessário à colocação do material planar sobre o produto semi-acabado, além de assegurar que a película fique disposta ordenadamente e sem se encontrar sob tensão.

De acordo com uma forma vantajosa de execução, a camada distanciadora exibe uma multiplicidade de elementos distanciadores individuais sob a forma de elevações. Estes elementos distanciadores podem ser introduzidos especifica-mente de modo a que o fluxo gasoso por entre os elementos distanciadores possa ser optimizado paralelamente à membrana ou à película. Alternativamente é contudo possível 6 ΡΕ2234795 utilizar na camada distanciadora tecidos, malhas, urdiduras e outros materiais permeáveis ao ar.

Em seguida descreve-se em mais pormenor um exemplo do invento com recurso aos desenhos anexos. Nestes são mostrados:

Figura 1 um corte através de um dispositivo para a produção de um componente em plástico reforçado com fibras ilustrativo do processo VAP de acordo com o estado da técnica; Figura 2 uma representação esquemática de uma primeira forma de execução do material planar de acordo com o invento, na qual, por uma mera questão de facilidade de leitura, as camadas individuais foram afastadas umas das outras; Figura 3 uma representação esquemática de uma segunda forma de execução do material planar de acordo com o invento, na qual, por uma mera questão de facilidade de leitura, as camadas individuais foram afastadas umas das outras. Com recurso ao dispositivo representado na Figura 1, começa por descrever-se em mais pormenor a tecnologia VAP de acordo com o estado da técnica. 0 dispositivo representado na Figura 1, um compo- 7 ΡΕ2234795 nente que se pretende fabricar ou produto semi-acabado seco composto por fibras encontra-se disposto sobre uma ferramenta 3, por exemplo por intermédio de uma estrutura 5. Este componente ou laminado pode consistir num componente piá stico em fibra de carbono, vidro, aramida ou boro, ou num material híbrido e ser utilizado em particular para o fabrico de componentes de grandes dimensões, reforçados ou não, de pavimentos, ferramentas em plástico ou para reparar o envoltório de peças em compósito de fibras danificadas. A ferramenta 3 exibe uma forma adequada para acolher o produto semi-acabado 1 ou eventualmente a estrutura 5 e pode ser constituída por diversos materiais adequados, por exemplo madeira, aço, chapa, vidro, etc. 0 componente encontra-se revestido com uma membrana 7 permeável a gases, mas impeditiva da passagem de material matricial. 0 mais perto possível do componente 1, mas exteriormente à superfície 8 envolvente do mesmo, a membrana 7 encontra-se isolada por intermédio de um vedante 9 destinado a isolar o espaço interno 25 a que dão forma a membrana 7 e a estrutura 5 ou a superfície superior da ferramenta 3. Alternativamente, a membrana 7 também pode ter sido disposta em torno de todo componente. Entre o componente 1 e a membrana 7 podem ter sido dispostos, por sobre a totalidade da superfície superior do componente 1 voltada para a membrana 7, um tecido destacável 13 (facultativo) e um auxiliar do fluxo 15, cuja função consiste em distanciar a membrana 7 da superfície superior do componente 1. 0 auxiliar do fluxo 15 pode consistir numa espécie de grelha 8 ΡΕ2234795 ou grade, ou ainda num tecido ou malha ou entrançado rígido, que não sofra uma grande compactação quando sob vácuo, produzido em metal, plástico ou a partir de um produto semi-acabado têxtil. 0 conjunto composto pela estrutura 5, o produto semi-acabado composto por fibras 1, a membrana 7 provida do isolante 9, além de pelo tecido destacável 13 e pelo auxiliar do fluxo 15, encontra-se revestido pela película 19 impermeável ao ar. Exteriormente à membrana 7, a película 19 encontra-se isolada da ferramenta 3 por intermédio de um vedante 21, de modo a que o espaço 27 a que dão forma a superfície superior da ferramenta 3 e a superfície interna da película 19 fique isolado do meio ambiente. Entre a película 19 e a membrana 7 foi inserida uma camada distan-ciadora sob a forma de um tecido de arejamento 32, que pode consistir em fibra de vidro, velo, etc. A função deste tecido de arejamento 32 consiste em conduzir o ar e os gases aspirados para fora do espaço 27 através da membrana 7, entre outras possibilidades, ao longo da superfície superior da membrana e em manter a película 19 a uma certa distância da membrana 7 quando o espaço 27 é evacuado com recurso a uma bomba de vácuo 29 e à respectiva conduta 31 que penetra no espaço interno 27.

Para permitir a introdução de material matricial no componente 1 foram acopladas ao auxiliar do fluxo 15 mangueiras ou condutas 33, ligadas a um reservatório de resina não representado. Assim sendo, o espaço interno 25 9 ΡΕ2234795 constitui um espaço de admissão de material matricial.

Para produzir de acordo com o processo conhecido o componente 1 em plástico reforçado com fibra começa por se posicionar o produto semi-acabado seco composto por fibras de acordo com as instruções e desse modo formar uma estrutura laminada a partir das camadas individuais de produto semi-acabado. A ferramenta 3 é envolvida, ou seja, previamente processada com recurso a meios separadores ou película separadora e tecido destacável (que em conjunto formam a estrutura 5 disposta sob o componente 1), por forma a impefir que o material matricial se cole a ela e a permitir a retirada do componente (desenformação) de cima da sua superfície. É preferível que o produto semi-acabado seco do componente 1 seja provido do tecido destacável 13. Sobre este auxiliar do fluxo 15 é colocada a membrana 7 permeável ao ar mas não a líquidos e isolada com recurso ao vedante 9. Em seguida, o tecido de arejamento 32 é colocado sobre a membrana 7 e isolado do meio ambiente com recurso à película 19 e ao vedante 21. A conduta de fornecimento de material matricial 33 e a conduta 31 ligada à bomba de vácuo, providas das passagens e vedantes usualmente dispo-nibilizadas são montadas no decurso destas operações.

Após a aplicação dos chamados materiais e da película impermeável 19, o espaço 27 é evacuado com recurso à bomba de vácuo 29. Simultaneamente é acoplado ao sistema o reservatório de material matricial a fim de introduzir este no espaço interno 25. 0 vácuo dá origem a uma queda de 10 ΡΕ2234795 pressão que aspira o material matricial de dentro do reservatório para dentro do espaço interno 25 evacuado. O material matricial é então distribuído sobre a superfície superior do componente com recurso ao auxiliar de fluxo 15 e a conduta de alimentação 33. neste processo, o ar presente é extraído por via da aspiração permanente do espaço interno 25 através da membrana 7. A infiltração do material matricial no laminado processa-se na vertical e descendentemente desde a superfície superior do componente. Uma vez terminado o embebimento completo, procede-se ao endurecimento a uma temperatura adequada, mantendo o mesmo vácuo. As bolhas que se formam em resultado do processo químico em curso são eliminadas através da membrana 7.

Uma vez completado o endurecimento, o componente é desenformado mediante a remoção manual de todos os adjuvantes do processo e a subsequente retirada do componente de cima da ferramenta 3.

Das formas de execução precedentes depreende-se que, no processo conhecido descrito com recurso à Figura 1, a membrana 7, o tecido de arejamento 32 que desempenha o papel de camada distanciadora e a película impermeável ao ar 19 são dispostos individual e sucessivamente sobre o componente 1 ou o auxiliar do fluxo 15, o que é moroso e prejudica a segurança do processo.

Com recurso à Figura 2 descreve-se em seguida uma primeira forma de execução do material planar de acordo com 11 ΡΕ2234795 o invento.

Este material planar consiste num laminado multifuncional 40 que assume as funções da membrana 7 e do tecido de arejamento 32 representados na Figura 1 e anterior-mente descritos. O laminado multifuncional 40 é composto por uma membrana 41, uma camada têxtil 42 e uma camada dis-tanciadora 42. A membrana 41 consiste numa membrana de poliuretano hidrófoba, microporosa e semipermeável que pode ser utilizada na tecnologia VAP a baixas e altas temperaturas ou numa membrana de ePTFE hidrófoba, microporosa e semipermeável, utilizada em especial em processos VAP a altas temperaturas. Em conformidade com a construção representada na Figura 1, o laminado multifuncional 40 é disposto sobre o produto semi-acabado 1, ou eventualmente sobre o auxiliar do fluxo 15 (ver Figura 1) de modo a que a membrana 41 fique adjacente ao lado do laminado multifuncional que se encontra voltado para o produto semi-acabado 1. A membrana 41 é impermeável no que toca ao material matricial (resina) introduzido no espaço interior 25, mas permeável a gases por forma a que também o espaço interno 25 possa ser evacuada através da membrana 41 e a que os gases possa escapar através da membrana 41. A camada têxtil 42 laminada sobre a membrana 41 destina-se em primeiro lugar a reforçar esta última. A camada têxtil 41 pode consistir num tecido, velo ou num pro- 12 ΡΕ2234795 duto emalhado ou tricotado. Como material constituinte da camada têxtil 42 podem ser utilizados em particular poli-éster, poliamida, aramida ou polipropileno. Em qualquer dos casos, a camada têxtil 42 foi configurada de modo a não prejudicar a permeabilidade de gases da membrana 41. A ligação entre a membrana 41 e a camada têxtil 42 pode ser realizada por um processo de laminação em que se recorre a um sistema adesivo reticulante à base de poliuretano ou produtis termoadesivos usuais. Este produto adesivo pode também pode ser puntiformemente de modo a prejudicar o menos possível a permeabilidade a gases da membrana 41. A camada distanciadora 43 assume o papel do tecido de arejamento 32 (ver Figura 1) e foi configurada de modo a que uma película 44 impermeável a gases aplicada sobre a camada distanciadora 43 seja mantida a uma certa distância da camada têxtil 42 quando o espaço entre a película 44 e a camada têxtil 42 (ou membrana 41) é evacuado. No exemplo de execução representado na Figura 2, a camada distanciadora 43 consiste em elementos distanciadores 45 individuais separados uns dos outros e dispostos a uma certa distância uns dos outros sobre a camada têxtil 42. A altura da camada distanciadora 43 situa-se entre 170 μπι e 1000 μπι. Os elementos distanciadores 45 encontram-se dispostos de modo a que, quando da evacuação do espaço 27 (ver Figura 1), os gases possam fluir com o mínimo de impedimentos paralelamente ao plano principal do laminado multifuncional 40 e por entre os elementos distanciadores 45. Os elementos diatsnciadores 45 podem consistir em borbotos de 13 ΡΕ2234795 espuma. Também se pode ter uma camada distanciadora 43 consista num produto têxtil tecido, emalhado ou entrançado altamente permeável a gases. A camada distanciadora 43 encontra-se firmemente ligada à camada têxtil 42, recorrendo-se para esse efeito a técnicas de colagem que dependerão dos materiais. 0 laminado multifuncional 40 representado na Figura 2 consiste então num aglomerado resistente composto pela membrana 41, a camada têxtil 42 e a camada distanciadora 43. Nesta forma de execução é ainda necessário colocar sobre a camada distanciadora 43 a película impermeável ao ar representada na Figura 3.

Na Figura 3 pode ver-se uma segunda forma de execução de um laminado multifuncional 40', a qual só se distingue da forma de execução representada na Figura 2 por a película 44 impermeável a gases já ser um componente do laminado multifuncional 40. Esta película 44 encontra-se firmemente fixada, em particular colada, sobre o lado superior da bamada distanciadora 43 ou dos elementos distan-ciadores 45, dando desse modo forma a uma quarta camada laminada. A restante composição do laminado multifuncional 40' - nomeadamente a membrana 41, a camada têxtil 42 e a camada distanciadora 43 - é idêntica à representada na Figura 2, pelo que a este respeito se remete o leitor para a descrição correspondente.

Em comparação com o laminado multifuncional 40, o 14 ΡΕ2234795 laminado multifuncional 40' tem a vantagem de permitir que seja omitida a aplicação manual posterior e em separado da película impermeável a gases 44, pelo que é acelerado o processo de isolamento do espaço 27 a ser evacuado relativamente ao ambiente exterior, além de ficar assegurado que a película 44 repousa de forma óptima sobre a camada dis-tanciadora 43.

Lisboa, 23 de Dezembro de 2011

Claims

ΡΕ2234795 1 REIVINDICAÇÕES 1. Material planar flexível com múltiplas camadas para a delimitação de um espaço de admissão de material matricial no âmbito de um processo para a produção de componentes em plástico reforçado com fibras a partir de produtos semi-acabados compostos por fibras com recurso à in-jecção de material matricial, em que o material planar exibe uma membrana (41) permeável a gases, mas impermeável a material matricial, uma película (44) impermeável a gases e uma camada distanciadora (43) altamente permeável a gases, esta última disposta entre a membrana (41) e a película (44) de modo a manter estas a uma certa distância uma da outra quando entre elas é produzida uma baixa pressão, caracterizado por - a membrana (41) consistir numa membrana microporosa e semipermeável de poliuretano ou de ePTFE, sobre a qual foi laminada uma camada têxtil (42) destinada a reforçar a membrana (41); - a camada distanciadora (43) se encontrar disposta sobre a camada têxtil (42); e - a membrana microporosa (41), a camada têxtil (42) e a camada distanciadora (43) terem sido conjuntamente configuradas como laminado multifuncional (40'), estando portanto firmememte ligadas entre si.
2. Material planar de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a película (44) estar firmemente 2 ΡΕ2234795 ligada à camada distanciadora (43), pelo que a película (44) também faz parte do laminado multifuncional (40')·
3. Material planar de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por a camada distanciadora (43) exibir uma multiplicidade de elementos distanciadores (45) sob a forma de elevações.
4. Material planar de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a camada distanciadora (43) exibir uma espessura compreendida entre 170 e 10 0 0 μπι. Lisboa, 23 de Dezembro de 2011