PT2490883T - Método para produzir um material compósito - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO MÉTODO PARA PRODUZIR UM MATERIAL COMPÓSITO Campo Técnico A presente invenção refere-se à produção de materiais compósitos em geral e mais especificamente à produção de materiais compósitos que compreendem uma matriz de plástico curado, tais como epóxi, reforçado com fibras de reforço, tais como fibras de carbono.

Antecedentes

Em muitas construções, tais como aeronaves, navios, barcos, carros desportivos, moinhos de vento e tacos de golf, é altamente desejável obter construções leves tendo alta resistência e rigidez. Frequentemente, a escolha do material para tais construções é algum tipo de material compósito, tal como plásticos reforçados com fibras (PRF). Os materiais de PRF têm frequentemente uma razão de resistência para peso relativamente alta e são relativamente resistentes à fadiga e à corrosão.

Podem ser combinados muitos tipos de plásticos e tipos de fibras para criar um PRF e as propriedades materiais, tais como resistência e elasticidade, dependem da escolha e combinação da matriz e do material de reforço, respetivamente.

Um material de PRF contém um material de matriz, sendo o plástico, e um material de reforço, sendo a fibra. Tipos de fibras de reforço comumente utilizadas são fibras de vidro, fibras de aramida e fibras de carbono.

As fibras de vidro são fibras relativamente baratas, e são comumente encontradas em produtos de PRF, tais como cascos para barcos de lazer, para os quais o preço baixo é mais importante do que uma razão de peso para resistência elevada.

As fibras de carbono são mais caras do que por exemplo as fibras de vidro mas oferecem uma maior razão de peso para resistência quando utilizadas num material de PRF. Não apenas a escolha e a combinação da matriz e dos materiais de reforço afetam as propriedades materiais do material compósito. A experiência na técnica mostra que também o método de produção do material compósito, incluindo por exemplo a combinação de diferentes estruturas de reforço em diferentes camadas e a utilização de moldes especiais, sistemas de vácuo e/ou autoclaves, pode afetar as propriedades materiais do material compósito.

Ao produzir um material compósito não só é desejável consequir boas propriedades materiais mas também é frequentemente desejável obter uma boa economia de produção.

Um fator que pode afetar a economia de produção é a capacidade de produção em termos de rendimento. Um rendimento elevado torna possível distribuir os custos fixos de produção num maior número de unidades. Outro fator que afeta a economia de produção é a quantidade de custos fixos, tal como o custo de maquinaria especial dispendiosa (por exemplo fornos grandes ou autoclaves) . Igualmente, os custos materiais diretos e indiretos e o desperdício de materiais afetam os custos totais de produção. 0 documento WO 01/41993 A2, descreve um método de produção de material compósito. O método descrito é uma tentativa de obter um material compósito sem utilizar autoclaves grandes e dispendiosos para remoção de espaços vazios no material, e o método compreende as etapas de montagem de uma pré-forma a partir de um material de reforço adequado, num molde; conferir adesividade à pré-forma com um agente de adesividade no molde; reduzir o excesso de volume por vácuo do agente de adesividade na pré-forma; embalar duas vezes a pré-forma de volume reduzido num saco interno e saco externo, para controlar o relaxamento dos sacos e melhorar a integridade do vácuo; e infundir resina na pré-forma de volume reduzido utilizando um processo de moldagem por transferência de resina assistida por vácuo.

Contudo, o método divulgado no documento WO 01/41993 A2 tem desvantagens, tais como ser complexo de realizar, e proporcionar uma razão de peso para resistência relativamente baixa.

Como técnica anterior, também deve ser mencionado o Pedido de Patente US-A-4.385.957 consideravelmente anterior, que reivindica prioridade de um pedido de patente alemão depositado em 1979. Os inventores do documento US-A-4.385.957 reconheceram que particularmente em ligação com a impregnação de componentes estruturais tendo grandes superficies, por exemplo, pás de rotor de helicópteros e semelhantes, ou em ligação com componentes estruturais tendo formas complicadas, é difícil controlar adequadamente o fluxo de resina durante a injeção de resina. Este problema de controlo de fluxo é, de acordo com os inventores do documento US-A-4.385.957, devido ao facto de a temperatura da resina em qualquer local particular determinar a viscosidade da resina e consequentemente também a sua capacidade de fluxo. Uma maneira de resolver o problema de controlo de fluxo é a utilização de moldes aquecidos dispendiosos e muito complicados. Outra maneira de resolver o problema de controlo de fluxo é a utilização de um método tal como o divulgado no documento US-A-4.385.957, no qual uma resina é injetada numa rede de fibras de carbono que pode compreender uma ou várias camadas de rede de fibras de carbono. A capacidade de fluxo necessária da resina e a sua cura são realizadas através de aplicação de calor diretamente através da rede de fibras de carbono que é aquecida por passagem de uma corrente elétrica através das fibras de carbono. Consequentemente, a rede de fibras de carbono atua diretamente como um tapete de aquecimento elétrico interno no componente estrutural.

Outro objetivo do documento US-A-4.385.957 é proporcionar um método de fabrico de componentes compósitos de fibra ou estruturas de qualquer tamanho e/ou forma sem a necessidade de moldes aquecidos dispendiosos e com consumo reduzido de energia em comparação com a utilização de moldes aquecidos.

De acordo com o método divulgado, a corrente elétrica é alimentada através de uma rede de fibras de carbono para gerar a temperatura de cura da resina. 0 documento US-A-4.385.957 também sugere o controlo da intensidade da corrente elétrica de modo a que esta seja diferente em áreas diferentes da rede pelo qual a intensidade do aquecimento pode ser adaptada para essa área ou configuração da rede especifica. É utilizado um molde condutor elétrico e não aquecido para definir a forma do componente de PRF e é utilizada uma rede de fibra de vidro para isolar a rede de fibra de carbono do molde condutor.

As desvantagens do método do documento US-A-4.385.957 são que o método proporciona materiais tendo baixa durabilidade com respeito à tensão repetida e à tensão prolongada, e uma razão de peso para resistência relativamente baixa. É divulgada técnica anterior adicional nos documentos EP 1724306 Al, US-A-4.486.494 EP 0371907, US-A-5.942.182, USA1-2005.133.956, US-A-5.518.385, US-A1-2004.150.130, EP-A-0.223.061, JP-A-08.132.536, JP-A-2001.072.783 e JP-A-2005.225993.

Sumário

Os inventores da presente invenção acreditam que muitas indústrias, tais como as indústrias de aviação e automóvel, beneficiariam com materiais melhores, tendo uma razão de peso para resistência maior e maior durabilidade em relação à tensão repetida e tensão prolongada. Por exemplo, tais materiais permitiriam a produção em massa de veículos mais leves, resultando de forma eficaz em menor consumo de energia e menor impacto ambiental causado pelos ditos veículos.

Igualmente, os inventores da presente invenção acreditam que é necessário um método económico para a produção de tais materiais, de modo a tornar os materiais compósitos disponíveis também para áreas de utilização onde os custos dos materiais são controlam amplamente a escolha dos mesmos, tais como na indústria automóvel.

Deve ser entendido que todas as melhorias da razão de resistência para peso e da durabilidade de um material utilizado em construções de veículos levaria à um peso global diminuído do veículo. Por exemplo num carro, isto tornaria possível reduzir as dimensões de vários componentes do veículo, tais como o motor, transmissão, travões, bateria, etc., o que por sua vez tornaria possível reduzir adicionalmente as dimensões da construção de material compósito, levando a ciclos adicionais de poupança de material, poupança de custos e poupança ambiental.

Como tal, um objetivo da presente invenção é proporcionar um novo método de produção de um material compósito de plástico reforçado com fibras que é melhorado sobre os métodos de técnicas anteriores do tipo discutido acima.

Um objetivo particular da invenção é proporcionar um método económico de produção de material compósito de plástico reforçado com fibras melhorado tendo elevada razão de peso para resistência e elevada durabilidade com respeito à tensão prolongada e à tensão repetida.

Estes e outros objetivos, que serão aparentes a partir da seguinte descrição, foram agora alcançados por meio de um método de acordo com a presente invenção conforme definido na reivindicação 1. São estabelecidos aspetos preferidos do método nas reivindicações dependentes relacionadas. 0 método compreende uma etapa de colocar uma substância matriz de plástico em contacto com uma estrutura de fibras de reforço para formar um material intermediário. Adicionalmente, o método compreende uma etapa de cura da substância de matriz do material intermediário para formar um material compósito. 0 material intermediário destina-se a ser interpretado como sendo o material compósito antes da cura completa.

Antes de a substância matriz de plástico ser colocada em contacto com a estrutura de fibras de reforço, é misturada com um diluente para formar a mistura. Durante a cura da substância matriz, o diluente é separado da substância de matriz. Um tal método tem várias vantagens sobre os métodos das técnicas anteriores, tais como permitir a produção de materiais compósitos de fibra tendo uma elevada fração de volume de fibras e uma elevada razão de peso para resistência. Uma vantagem adicional é gue a substância de matriz irá ficar substancialmente livre de vazios internos, o gue por sua vez num risco reduzido do falha de material. Outra vantagem é gue a substância de matriz humedecerá completamente a estrutura de fibras de reforço e aderirá muito bem às fibras de reforço, levando eficazmente a uma elevada resistência material global, elevada resistência interlaminar (se for produzido um laminado) e elevada durabilidade com respeito à tensão prolongada e tensão repetida. A separação do diluente da substância de matriz é realizada pela adição de energia ao diluente a partir de dentro do material intermediário. Isto permite que o processo de separação seja reduzido, permitindo como tal ciclos de produção mais curtos, maior rendimento de produção e uma melhor economia de global. Igualmente, desta forma, o processo de separação pode ser bem controlado, de tal modo que o gás diluente seja conduzido para fora da substância de matriz antes que a substância de matriz gelifique ou cure completamente, reduzindo eficazmente o risco de bolsas de gás na substância de matriz curada. Além disso, o processo de cura pode ser acelerado, em que o rendimento de produção pode ser aumentado e em que qualquer necessidade de pós-cura por forno é diminuída, ou completamente eliminada. A poupança de tempo pode levar a um menor tempo de colocação no mercado, algo que pode ser muito valioso para projetos de tempo crítico tais como na indústria automóvel, de aviação, de produtos desportivos ou marinha, nas quais os atrasos de produção podem ser extremamente dispendiosos. Igualmente, dado que é conseguido aquecimento a partir do interior do material de matriz, não existe necessidade de moldes aquecidos, levando globalmente a custos de molde mais baixos, ciclos de produção mais curtos e consumo de energia reduzido (sem aquecimento/arrefecimento dos moldes requerido).

De acordo uma forma de realização, a estrutura de fibras de reforço compreende fibras eletricamente condutoras e a adição de energia é, pelo menos parcialmente, realizada por condução de corrente elétrica através das ditas fibras eletricamente condutoras. Uma vantagem disto é que é fácil de controlar quando é introduzida energia na substância matriz, tornando possível variar a adição de energia de acordo com a espessura variável do material a ser produzido e consequentemente controlar melhor a evaporação do diluente ao longo do material. Outra vantagem é que o equipamento utilizado para alimentar a energia às fibras de reforço é relativamente barato e que podem ser produzidas formas complexas com controlo sustentado de onde é adicionada energia. Igualmente, pode ser facilmente adicionada uma potência elevada à substância de matriz, permitindo deste modo acelerar o processo de separação. Igualmente, dado que a energia adicionada é proporcionada com uma eficiência energética muito elevada, a quantidade total de energia necessária para produzir o material compósito pode ser reduzida.

Numa forma de realização, a adição de energia é, pelo menos parcialmente, realizada por aplicação de micro-ondas ao material intermediário. Esta ação torna possível adicionar facilmente energia na substância de matriz que não compreende, ou não está perto de, fibras condutoras. Adicionalmente, proporciona a vantagem de poder ser realizada adição de energia concentrada localmente de uma maneira fácil, permitindo como tal a produção fácil de peças com espessuras amplamente variáveis. Igualmente, este modo de adição de energia pode ser facilmente combinado com outros tipos de adição de energia, tais como os mencionados acima, utilizando aquecimento por resistência de fibras eletricamente condutoras. Outra vantagem da utilização de micro-ondas é que a energia introduzida utilizando de micro-ondas é absorvida em maior grau pelas porções do material intermediário tendo uma percentagem mais elevada de diluente e vice-versa, em que a adição de energia é concentrada nas porções do material intermediário onde atua para promover a separação do diluente a partir da substância matriz em vez de para promover a cura.

Noutra forma de realização, a adição de energia é, pelo menos parcialmente, realizada por aplicação de ondas sonoras ao material intermediário. Esta ação torna possível obter adição de energia de uma maneira relativamente fácil utilizando equipamento relativamente barato.

Adicionalmente, de acordo com uma forma de realização, é produzido material intermediário antes de ser colocado num molde para a separação do diluente e substância de matriz. Isto oferece a vantagem de a substância matriz poder ser colocada em contacto com a estrutura de fibras de reforço sem ocupar tempo valioso em moldes dispendiosos. A estrutura de fibras de reforço pode ser colocada num molde antes de a substância de matriz ser colocada em contacto com a estrutura de fibras de reforço. Uma vantagem de tal método é que as fibras de reforço podem ser mantidas separadas da substância de matriz até ao momento da moldagem, em que o risco de desperdício de material devido ao envelhecimento do material de entrada é reduzido e em que o armazenamento do material de entrada não requer ambientes especiais, tais como refrigeradores ou congeladores caros e consumidores de energia. 0 acima descrito, na qual a estrutura de fibras de reforço é colocada num molde antes de a substância de matriz ser colocada em contacto com a estrutura de fibras de reforço, pode nalguns aspetos ser combinada com um ou mais dos aspetos mencionados anteriormente de adição de energia ao diluente. Como tal pode ser possível utilizar moldes sem aquecimento e também simplificar o processo de produção mantendo o material intermediário no mesmo molde durante a adição de mistura durante a separação do diluente e substância de matriz.

Num método, quando a substância de matriz de plástico é colocada em contacto com a estrutura de fibras de reforço, pode ser adicionada energia a partir de dentro do material intermediário para aquecer porções da substância de matriz por debaixo de uma temperatura de ebulição do diluente na mistura do material intermediário. Uma vantagem deste método é que durante a adição da substância de matriz diluída à estrutura de fibras de reforço, a viscosidade do fluido introduzido na estrutura de fibras de reforço é reduzida de tal modo que a substância de matriz permeia e humedece a estrutura de fibras. Contudo, não é promovida uma evaporação substancial do diluente durante a introdução da substância de matriz na estrutura de fibras de reforço, pelo qual a maior parte do diluente permanece na substância de matriz durante a introdução da substância de matriz para deste modo atuar para a reduzir a viscosidade da mistura. Desta forma, o processo de produção pode ser adicionalmente acelerado e o humedecimento da estrutura de reforço pode ser adicionalmente promovido.

Adicionalmente, pode ser proporcionada uma subpressão no molde, pelo menos durante um período de tempo quando a substância de matriz é colocada em contacto com uma estrutura de fibras de reforço. Isto oferece uma vantagem na medida em que a substância de matriz permeia e humedece mais facilmente a estrutura de fibras de reforço, levando a poupança de tempo de produção e a propriedades dos materiais melhoradas, devido a um risco reduzido de bolsas de gás e vazios.

Igualmente, pode ser proporcionada uma atmosfera semelhante a vácuo no molde, pelo menos durante um período de tempo quando a dita mistura é colocada em contacto com a estrutura de fibras de reforço. Uma vantagem disto é que a substância de matriz permeia e humedece ainda mais facilmente a estrutura de fibras de reforço, levando a maior poupança de tempo e a propriedades dos materiais adicionalmente melhoradas, devido a um risco reduzido de bolsas de gás e vazios.

Ainda adicionalmente, a mistura pode ser colocada em contacto com a estrutura de fibras de reforço através de realização de injeção por sobrepressão da substância de matriz na referida estrutura de fibras de reforço. Esta ação acelera adicionalmente o processo de produção, promove melhor aderência entre as fibras e a substância de matriz e, se possível, promove uma permeação mais minuciosa e melhor humedecimento das fibras, dado que a substância de matriz pressurizada empurra o gás para áreas de menor pressão.

Pode ser proporcionada uma subpressão no molde durante a dita separação do diluente a partir da substância de matriz. Esta ação promove a evacuação do gás do diluente evaporado e consequentemente reduz o risco de ter vazios e/ou bolsas de gás no material compósito.

Uma ou mais superfícies de cavidade do molde podem ser feitas de um material essencialmente de isolamento térmico, consequentemente tornando mais fácil controlar a temperatura do conteúdo do molde controlando a dita adição de energia à substância de matriz a partir de dentro do material intermediário, dado que é transferido menos calor para o molde conforme comparado com a utilização de um molde condutor térmico. Igualmente, pode ser possível reduzir o tempo de aquecimento da substância de matriz, levando a um maior rendimento de produção.

Além disso, uma ou mais superfícies de cavidade do molde podem ser feitas de um material essencialmente de isolamento elétrico, tornando como tal possível utilizar aquecimento por resistência das fibras de reforço eletricamente condutoras sem necessidade de uma estrutura de isolamento separada, tal como uma rede de fibra de vidro, para o isolamento das fibras condutoras de quaisquer superfícies de condução elétrica da cavidade do molde. Uma vantagem disto é que é obtido um acabamento de superfície mais liso e visualmente mais atraente do material compósito moldado em comparação com a utilização de estruturas de isolamentos separadas, tais como redes de fibras de vidro, entre o material intermediário e as superfícies da cavidade do molde.

Adicionalmente, o molde pode ser substancialmente feito de plástico, tal como um ou mais de tereftalato de polietileno, polioximetileno e politetrafluoroetileno. A utilização de tais moldes oferece a vantagem de que o tempo necessário para a produção do molde pode ser reduzido em comparação com a produção de moldes de metal. Igualmente, o custo de fabrico do molde pode ser mantido baixo e o custo material do molde também pode ser mantido baixo. Além disso, a utilização de um material de plástico para o molde permite a fácil modificação das geometrias do molde, em comparação com a utilização de moldes de metal convencionais. Todos os plásticos referidos proporcionam várias características vantajosas, tais como ter baixo atrito, boa maquinalidade, boa resistência a altas temperaturas, bom acabamento de superfície e/ou preço baixo. Outra vantagem da utilização de moldes de plástico em vez de moldes de metal é que nenhum agente de liberação de molde necessita ser utilizado sobre as superfícies do molde para promover a fácil remoção do material compósito a partir do molde. 0 diluente pode ser um diluente substancialmente não reativo à substância de matriz. Isto oferece a vantagem de que a maior parte do diluente não irá reagir com a substância de matriz, e como tal pode ser removido a partir da substância de matriz através da evaporação ou por quaisquer outros meios de remoção.

Adicionalmente, o diluente pode ser um álcool selecionado a partir do grupo de metanol, etanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol e heptanol, em que a substância de matriz é um epóxi. Uma tal combinação de substância de matriz e diluente proporciona uma boa capacidade de diluição. Além disso, proporciona um bom controlo da evaporação do diluente num intervalo de temperaturas no qual a cura da substância de matriz não é demasiado rápida para permitir que o gás evaporado abandone o material intermediário. Igualmente, o diluente é substancialmente não reativo com o epóxi. Uma vez curado, o epóxi proporciona uma ligação de alta resistência entre as fibras de reforço. A mistura pode compreender entre 1% - 70% de diluente em volume. Ter uma tal quantidade de diluente proporciona a criação de uma mistura de baixa viscosidade, o que torna mais fácil adicionar substância de matriz às fibras, e também proporciona uma mistura tendo uma quantidade adequada de contração durante a evaporação, de forma que substancialmente nenhuma porção da estrutura de reforço acaba sem substância de matriz, e tal que substancialmente não surgem fissuras na substância de matriz durante/após a gelificação causada pela contração da substância de matriz/mistura. A estrutura de fibras de reforço pode ter um teor de fibra de carbono de pelo menos 30% em peso da estrutura de fibras de reforço. Ter pelo menos tal teor de fibra de carbono torna provável que seja obtido um aquecimento completo ao longo do material compósito por meio de aquecimento por resistência das fibras de carbono do material de reforço.

Os métodos mencionados acima podem ser utilizados para produzir materiais compósitos de plástico reforçado com fibra de alta qualidade tendo frações de volume de fibras extremamente elevadas em comparação com o que é teoricamente possível para a respetiva estrutura de fibras de reforço eleita. Os resultados obtidos utilizando o método de acordo com a presente invenção dão resultados que até agora não tinham sido alcançados utilizando tecnologia das técnicas anteriores, pelo menos não de uma forma tão rentável, flexível e eficaz relativamente ao tempo.

Num aspeto, pode ser proporcionado um material compósito de plástico reforçado com fibras obtido por qualquer um dos aspetos descritos acima.

Noutro aspeto pode ser proporcionado um material compósito de plástico reforçado com fibras. O material compreende uma estrutura de fibras de reforço e uma substância de matriz. A estrutura de fibras de reforço compreende uma pluralidade de fibras de reforço e a substância de matriz é distribuída na estrutura de fibras de reforço para atuar como uma ligação entre as fibras da estrutura de fibras de reforço. Adicionalmente, o material compósito de plástico reforçado com fibras tem uma fração de volume de fibras (FVF) sendo superior a 65%.

Ainda noutro aspeto da presente invenção, o material compósito de plástico reforçado com fibras pode ter uma proporção de FFV/Tmax superior a 80%. Um tal material tem a vantagem de o material compósito obtido ser um muito bom condutor elétrico, o que torna o material adequado para utilização em aplicações de tecnologia furtiva. Uma vantagem adicional de tal material é que é um bom condutor térmico, tornando consequentemente o material menos sensível ao calor local, que de outra maneira poderia danificar o material de matriz.

Adicionalmente, pode ser proporcionado um sistema para a realização de um método num aspeto da presente invenção. 0 sistema compreende um molde encerrável, um dispositivo de abastecimento de energia, um recipiente para a substância de matriz, um recipiente para o diluente, um recipiente para o agente de cura e uma ou mais bombas configuradas para alimentar fluido a partir dos referidos recipientes para um medidor de mistura. Adicionalmente, o dito sistema compreende uma prensa para molde e um sistema de vácuo. A prensa para molde pode ser uma prensa hidráulica.

Um tal sistema possibilita uma produção eficiente de materiais compósitos de alto desempenho, tal como aqueles mencionados acima.

Descrição dos Desenhos

As formas de realização da invenção serão descritas a seguir, sendo feita referência aos desenhos anexos. A Fig. 1 mostra um exemplo de um sistema para executar um método de acordo com uma forma de realização da presente invenção. A Fig. 2 mostra um corte transversal de uma porção de uma estrutura de fibras de reforço de fibras unidirecionais. Descrição Detalhada

Um método de acordo com a presente invenção destina-se principalmente a utilização na produção de materiais compósitos de fibra de carbono de alto desempenho, embora sejam viáveis outras utilizações. Tais materiais são especialmente úteis em aplicações de alto requerimento, tais como naves espaciais, satélites, aviões, navios, barcos, carros desportivos, moinhos de vento e tacos de golf, onde é altamente desejável obter construções leves tendo resistência e rigidez elevadas. Doravante será descrito um tal método. Método Geral

Em resumo, o método de acordo com um aspeto da invenção compreende as etapas de: misturar a substância de matriz e um diluente para formar uma mistura; colocar a mistura em contacto com uma estrutura de fibras de reforço, e; separar o diluente da substância de matriz durante a cura da substância de matriz para formar o material compósito reforçado com fibras.

No método, uma substância de matriz de plástico, tal como uma resina de epóxi ou poliéster, pode ser misturada com um diluente adequado, tal como etanol, para formar uma mistura. A mistura é então colocada em contacto com uma estrutura de fibras de reforço, tal como uma rede de fibra de carbono, para formar um material intermediário. Posteriormente, o diluente é separado a partir da substância de matriz, por exemplo, por meio da evaporação do diluente, enquanto a substância de matriz é curada para formar um material de plástico compósito reforçado com fibras.

Deve ser entendido que o termo substância de matriz se refere à substância de matriz independentemente de em que fase se encontra o material. Por exemplo, no caso de a substância de matriz ser dita como sendo um epóxi, isto significa que o termo substância de matriz pode ser utilizado para descrever resina não curada, resina semicurada bem como resina curada, dependendo do contexto se nada for explicitamente estabelecido.

Igualmente, deve ser entendido que a expressão "material intermediário" não se destina a ser confundida com "material pré-impregnado". Dentro do contexto desta divulgação, a expressão "material intermediário" é utilizada para referir a composição de resina, diluente e fibras de reforço antes da resina estar completamente curada. Após a resina estar completamente curada, a resina e a composição de fibras de reforço são em vez disso referidas como "um material compósito de plástico reforçado com fibras" ou simplesmente como "um produto de plástico reforçado com fibras".

Se for utilizado demasiado diluente, existe risco aumentado de obter porções da estrutura de fibras de reforço carecendo de substância de matriz. Se for utilizado muito pouco diluente, existe risco aumentado de obter porções da estrutura de fibras de reforço às quais a mistura não pôde alcançar, e que consequentemente são deixadas completamente sem substância de matriz.

No método inventivo, a distribuição da substância de matriz na estrutura de fibras é facilitada pela diluição da substância de matriz com um diluente para formar uma mistura e posteriormente distribuição da mistura na estrutura de fibras de reforço. A mistura é mais fácil de distribuir na estrutura de fibras de reforço do que a substância de matriz seria por si só. Como tal, pode ser facilmente adicionada substância de matriz substancialmente a todas as superficies de fibras na estrutura de fibras de reforço e inclusive a espaços pequenos formados entre as fibras. A quantidade de substância de matriz necessária para alcançar uma ligação forte e duradoura entre as fibras da estrutura de fibras de reforço depende de quão próximas entre si podem ser colocadas as fibras da estrutura de fibras de reforço, o que por sua vez define a quantidade de substância de matriz necessária para preencher as lacunas entre as fibras e aderir às superfícies das fibras. 0 diâmetro das fibras e a disposição das fibras na estrutura de fibras de reforço definem ultimamente quão perto as fibras de reforço podem estar entre si, quanto podem dobrar e como tal também quanto a estrutura de fibras de reforço pode ser compactada. Por exemplo, uma estrutura de reforço de fibras paralelas pode ter as mesmas muito próximas entre si, enquanto as fibras de uma rede de fibras dispostas aleatoriamente podem não ser colocadas tão perto entre si (veja-se a Figura 2).

Especialmente, quando várias camadas de tecido de fibras densamente entrelaçadas são utilizadas na estrutura de fibras de reforço, os métodos das técnicas anteriores de aplicação de resina à estrutura de fibras de reforço não seriam úteis, dado que é quase impossível conseguir que a resina permeie completamente a estrutura de fibras, pelo menos num tempo razoável, utilizando métodos das técnicas anteriores.

Preparação da substância de matriz

Deve ser entendido que se for necessário um agente de cura de modo a desencadear a cura da substância de matriz, o agente de cura é preferentemente misturado com a substância de matriz antes de a mistura ser colocada na estrutura de reforço. Uma razão para isto é que é mais fácil distribuir e misturar uniformemente o agente de cura na matriz antes da substância de matriz ter sido colocada em contacto com a estrutura de fibras de reforço. A quantidade de agente de cura a ser adicionada é determinada por uma especificação tipicamente proporcionada pelo fabricante da substância de matriz.

Uma mistura minuciosa e uniforme de substância de matriz e agente de cura promove a cura exitosa de todas as partes da substância de matriz dado que todas as partes da substância de matriz conterão a quantidade correta do agente de cura para a cura completa, e dado que nenhuma parte da substância de matriz conterá demasiado ou muito pouco agente de cura. Se estiver presente demasiado agente de cura na substância de matriz, o agente de cura em excesso pode não reagir e consequentemente pode permanecer como um liquido no material de matriz, possivelmente diminuindo a resistência e/ou a durabilidade do material compósito. Da mesma forma, se alguma parte da substância de matriz tiver muito pouca quantidade de agente de cura, esta parte da substância de matriz não curará adequadamente, como tal provavelmente diminuindo a resistência e/ou durabilidade do material compósito.

Uma mistura minuciosa e uniforme também promove a cura uniforme da substância de matriz. Isto por sua vez torna mais fácil controlar o processo de colocar a substância de matriz em contacto com as fibras de reforço dado que a viscosidade da substância de matriz na mistura é substancialmente uniforme ao longo da mistura. A distribuição da mistura na estrutura de fibras de reforço é preferentemente concluída antes da gelificação da substância de matriz começar. Quanto mais tempo progredir o processo de gelificação, mais espessa se tornará a substância de matriz e maior será o risco de fissuras na substância de matriz. Preferentemente, a gelificação somente ocorre após a mistura ter sido distribuída ao longo da estrutura de fibras de reforço.

Deve ser mencionado que a velocidade de cura da substância de matriz varia muito e que algumas substâncias de matriz irão curar muito lentamente, ou não irão curar, se mantidas por debaixo de uma determinada temperatura.

Frequentemente, a mistura compreende entre 2 - 15% de diluente por volume, mas são possíveis quantidades de até pelo menos 70% e ajudam a reduzir a viscosidade da mistura. Quando é proporcionada uma grande quantidade de diluente à mistura, é gerada uma grande quantidade de gás durante a evaporação do diluente e consequentemente deve ser proporcionado um sistema de ventilação adequadamente dimensionado para abordar a evaporação do gás. Contanto que a viscosidade da mistura seja suficientemente baixa para permitir bom humedecimento da estrutura das fibras, a quantidade de diluente deve ser mantida baixa, por exemplo de modo a evitar o desperdício de diluente e a evitar a necessidade de ventilação desnecessária.

Preparação da mistura

Ao escolher o diluente, deve ser eleito um tendo uma viscosidade mais baixa do que a viscosidade da substância de matriz de modo que a mistura dos mesmos obtenha uma viscosidade mais baixa do que a substância de matriz tinha inicialmente. Igualmente, é frequentemente aconselhável escolher um diluente que não reaja substancialmente com a substância de matriz, de modo a que a maior parte possível do diluente possa ser separada a partir da substância de matriz antes de ser completamente curada. Contudo, deve ser entendido que também pode ser utilizado um diluente reativo, contanto que reaja de forma relativamente lenta e que seja separado a partir da substância de matriz antes de que uma quantidade substancial do diluente tenha tido tempo para reagir com a substância de matriz ou com qualquer outro aditivo, tal como um agente de cura, agente de preenchimento, corante, pigmentos, ou semelhantes.

Uma mistura de diluente e substância de matriz tem uma tensão superficial relativamente baixa em comparação com uma substância de matriz não diluída. Consequentemente, o ângulo de contacto entre a mistura e cada respetiva fibra de reforço é diminuído em comparação com substância de matriz não diluída. Isto oferece a vantagem em que a mistura se adapta de forma relativamente fácil, e acompanha, as geometrias complexas da estrutura de fibras de modo a que as fibras sejam completamente humedecidas pela substância de matriz durante a distribuição da mistura na estrutura de fibras de reforço.

Adição da mistura à estrutura de fibras de reforço

Existem uma série de maneiras de colocar a mistura em contacto com a estrutura de fibras de reforço, e algumas delas podem ser combinadas de modo a, por exemplo, obter uma distribuição mais minuciosa da mistura na estrutura de reforço. Uma distribuição minuciosa significa que substancialmente todas as partes da estrutura de reforço são humedecidas com a mistura e que também são preenchidos pequenos espaços difíceis de alcançar entre as fibras com a mistura e consequentemente com a substância de matriz (supondo que a substância de matriz foi uniformemente distribuída na mistura durante a distribuição da mistura na estrutura de fibras de reforço). A mistura pode ser adicionada manualmente à estrutura de fibras de reforço, tal como por utilização de um pincel, ou simplesmente vertendo a mistura na estrutura de fibras de reforço. Tais métodos de aplicação manual são na maioria das vezes realizados sem a utilização de um molde, ou semelhante. Se for utilizado um molde, ou semelhante, para suportar a estrutura de fibras de reforço durante a aplicação, um tal molde é preferentemente um molde aberto, de modo a que a aplicação manual possa ser realizada na estrutura de fibras de reforço posicionada no molde.

Adicionalmente a mistura pode ser colocada em contacto com a estrutura de fibras de reforço utilizando a ação capilar das fibras. A estrutura de fibras tem frequentemente milhares, ou algumas vezes milhões de filamentos de fibras individuais, que em conjunto atuam por ação capilar para promover o deslocamento do líquido de baixa viscosidade em contacto com as fibras. Quando é proporcionada mistura à estrutura de fibras de reforço, a ação capilar suga a mistura mais e mais longe ao longo da estrutura de fibras de reforço, em que pode ser alcançada uma permeação completa da estrutura de fibras de reforço. A influência da ação capilar é mais forte sobre a mistura do que teria sido sobre a substância de matriz por si só.

Ainda adicionalmente, a estrutura de fibras de reforço é colocada num molde encerrável, em que é injetada mistura no molde usando sobrepressão.

Aqui, um molde encerrável é um molde que pode ser encerrado para que a pressão no interior da(s) cavidade/cavidades do molde possa ser controlada. Deve ser entendido que o molde encerrável pode ter aberturas de entrada e de saída. Uma abertura de entrada pode ser por exemplo uma abertura para injeção de resina, através da qual uma resina, ou outra substância de matriz, pode ser introduzida no molde. Uma abertura de saída pode ser por exemplo uma abertura à qual uma bomba de vácuo ou um sistema de vácuo é conectado para criar subpressão ou vácuo no interior do molde.

Uma bomba de vácuo, ou qualquer outra bomba capaz de criar uma subpressão pode ser conectada a uma abertura de saída do molde encerrável, de modo a poder ser proporcionada uma subpressão à volta das fibras de reforço dentro do molde. Desta forma, o gás é removido do redor da estrutura de fibras de reforço para que a mistura possa humedecer mais facilmente a estrutura. Quando é proporcionada uma subpressão no molde, é aumentado um diferencial de pressão entre a mistura proporcionada e a mistura adicional distribuída dentro da estrutura de fibras de reforço, em que a mistura é distribuída mais facilmente na estrutura de fibras de reforço e humedece melhor as fibras.

Pode ser utilizada injeção com sobrepressão na mistura em conjunto com a criação de uma subpressão no interior do molde, de modo a melhorar adicionalmente o humedecimento e reduzir o tempo necessário para humedecer minuciosamente as fibras.

Separação do diluente e da substância de matriz

Após ter sido distribuída mistura suficiente na estrutura de fibras de reforço para permear minuciosamente a estrutura de fibras, a separação do diluente da substância da matriz pode ser ativamente promovida, por exemplo, por adição de energia ao diluente a partir de dentro do material intermediário. 0 diluente é preferentemente separado a partir da substância de matriz por meio de evaporação do diluente, embora deva ser entendido que podem ser utilizados quaisquer outros meios de remoção de diluente, tais como deixar o mesmo reagir com outra substância ou gás e posteriormente remover a substância ou o gás resultante.

Uma vantagem da separação do diluente e da substância de matriz é que a estrutura de fibras de reforço é compactada quando o diluente é separado e removido a partir do material intermediário, dado que a mistura é contraída. Esta é uma maneira muito eficaz de obter um material compósito compacto com uma fração de volume de fibras elevada.

Quando o diluente é evaporado, ou se desloca para fora através da substância de matriz líquida ou através de vazios microscópicos ou bolsas de gás na estrutura interna complexa do material intermediário.

Se houver uma grande quantidade de substância de matriz gelificada altamente viscosa em comparação com a substância de matriz líquida, o diluente evaporado terá que passar pela substância de matriz gelificada no deslocamento para fora do material intermediário, em que existe um maior risco de obtenção de fissuras na substância de matriz gelificada. Dado que tais fissuras podem permanecer no material compósito acabado é desejável evitá-las evaporando o máximo possível do diluente antes de rodear os géis da substância de matriz ou curas.

De modo a evaporar o diluente, ou pelo menos uma porção do diluente, a dita porção é preferentemente a primeira a receber energia suficiente para atingir uma temperatura à qual possa iniciar a evaporação à pressão circundante atual da dita porção. Uma pressão circundante mais baixa diminui a temperatura necessária para a evaporação e vice-versa. Posteriormente, deve ser adicionada energia adicional de modo a que a referida porção de diluente evapore.

Deve ser entendido que nem todo o diluente é evaporado de uma vez ao longo da mistura, e que o processo de evaporação é um processo gradual.

Consequentemente, após a temperatura de pelo menos uma porção do diluente ter atingido a temperatura à qual pode começar a evaporar na atual pressão circundante, o diluente pode ser levado à evaporação utilizando energia a partir do material liquido, sólido ou gasoso circundante, tal como gás circundante, fibras de reforço ou substância de matriz.

Deve também ser entendido que existe um equilíbrio de energia entre a porção de diluente e os seus fluidos ou sólidos circundantes, prevenindo eficazmente o aumento rápido da temperatura do diluente e das suas substâncias circundantes durante a evaporação do diluente. Aqui, se a estrutura de fibras de reforço compreender fibras tendo boa condução de calor, tais como fibras de carbono, estas fibras irão ajudar na distribuição de calor ao longo do material intermediário, como tal expandindo adicionalmente o efeito de equilíbrio de energia que o diluente oferece durante a mudança de estado entre fase líquida e gasosa. 0 efeito do equilíbrio de energia ajuda a manter a temperatura uniforme na mistura durante a evaporação do diluente, onde após a temperatura das porções da substância de matriz não sendo já mais circundadas pelo diluente podem aumentar de temperatura mais facilmente, e consequentemente podem gelificar e curar mais facilmente e mais rápido para formar o material compósito.

De modo a acelerar a evaporação do diluente, pode ser adicionada energia diretamente a uma porção do diluente ou indiretamente através de substâncias circundantes, tal como por meio de fibras circundantes ou substância de matriz.

Deve ser entendido que os moldes convencionais aquecidos são meios inadequados de adição de energia ao diluente, dado que o diluente próximo às cavidades da superfície do molde evaporaria primeiro e formaria volumes de gás que seriam forçados para longe das cavidades da superfície do molde e para o interior das misturas em forma de gel ou líquido, resultando frequentemente em formação de bolhas e bolsas de gás, que mais tarde iriam permanecer no plástico curado. Igualmente, o calor a partir das cavidades da superfície do molde quentes aceleraria primeiro o processo de cura da substância de matriz próxima da cavidade da superfície do molde, em que seria formada uma camada externa, ou "revestimento", da substância de matriz em forma de gel, ou sólida, à volta do material intermediário, tal que o diluente ficaria preso no interior do material compósito e possivelmente formaria bolsas de gás adicionais no interior do material compósito quando fosse adicionada energia adicional. No pior cenário possível, tal diluente preso causaria tensão interna quando o material compósito fosse aquecido e levaria a fissuras e falha do material. Tais problemas são evitados ao utilizar os métodos.

Adicionalmente, a separação do diluente e da substância de matriz pode ser promovida pela adição de energia a partir de dentro do material intermediário. Isto oferece uma vantagem em que o diluente no interior do material intermediário irá evaporar antes da substância de matriz externa formar gel altamente viscoso e antes da cura da substância de matriz para formar um material sólido. 0 gás diluente evaporado pode então deslocar-se para fora através de espaços vazios ou substâncias circundantes de forma líquida ou gasosa.

Quando o diluente foi evaporado, na maioria das vezes alcança eventualmente a periferia externa do material intermediário. Se não for utilizado molde, o gás diluente evaporado é ventilado para o ar circundante. Contudo, se for utilizado um molde encerrável, o diluente evaporado é preferentemente removido por meio de um sistema de subpressão, tais como um sistema de vácuo, possivelmente assistido por canais de transporte de gás nas superfícies da cavidade do molde.

Diferenças de pressão

Dado que a mistura não se pode mover livremente no interior da estrutura de reforço, podem surgir diferenças de pressão no interior da mistura, e também dentro da substância de matriz líquida ou gelificada. Por exemplo, se for utilizada injeção com sobrepressão da mistura em combinação com subpressão num molde, a pressão da substância de matriz é mais próxima das aberturas de entrada do molde do que a pressão na mistura que percorreu maior distância dentro da estrutura de reforço no interior do molde.

As diferenças de pressão são uniformizadas mais facilmente no interior da mistura na estrutura de fibras de reforço quando a mistura contém uma percentagem elevada de diluente. Igualmente, quando o diluente é evaporado a partir da mistura, a mistura obtém uma maior viscosidade e como tal não pode permear tão facilmente como antes a estrutura de fibras de reforço.

Como uma fase média do processo de cura, entre uma fase líquida inicial e uma fase sólida curada final, a substância de matriz é submetida a uma fase de gelificação na qual a substância de matriz forma um gel de alta viscosidade. Após a substância de matriz gelificada se tornar sólida, quaisquer diferenças de pressão ainda restantes no material durante a gelificação são conservadas na substância da matriz na forma de tensão interna, que é claramente indesejável dado que reduz a durabilidade do material compósito.

De modo a evitar tensão interna, é desejável separar uma porção principal do diluente, preferentemente substancialmente todo o diluente, a partir da substância de matriz antes da substância de matriz formar um gel, de tal modo que não seja criado nenhum gás no material intermediário após a substância de matriz ter formado um gel e de modo a que a contração da mistura tenha sido substancialmente concluída antes da substância de matriz formar um gel altamente viscoso. Esta ação reduz o risco de fissuras na substância de matriz resultante. Métodos de adicionar energia ao diluente

Existem vários métodos para adicionar energia, todos eles oferecendo as suas próprias vantagens e alguns dos mesmos sendo adequados para serem utilizados em conjunto. A estrutura de fibras de reforço compreende fibras de condução elétrica e a adição de energia é, pelo menos parcialmente, realizada por condução de corrente elétrica através das ditas fibras de condução elétrica.

Podem ser conectados elétrodos em posições selecionadas sobre a estrutura de fibras de reforço, de modo a controlar entre que pontos a corrente elétrica se desloca. As posições dos elétrodos dependem da geometria da estrutura/material compósito a ser produzido. Dado que a espessura da estrutura compósita pode variar, pode existir uma necessidade de adaptar a quantidade de energia introduzida em várias porções da estrutura de reforço para que nenhuma porção da estrutura obtenha demasiada ou muito pouca energia. A quantidade de energia introduzida pode variar ao anexar ou desanexar os elétrodos e/ou ao ajustar o potencial entre um elétrodo e outro. De modo a proporcionar locais para conectar os elétrodos à estrutura da fibra, poderá ser proporcionada uma estrutura de fibra mais longa do que a que finalmente fará parte da estrutura do material compósito formado. As porções ou estrutura de fibras extra pode então ser removida quando já não for necessária.

Quando é adicionada energia através das fibras, a energia adicionada aquece a mistura à volta das fibras, separando como tal o diluente da substância de matriz começando perto das fibras e eventualmente levando a promoção da cura de material de matriz perto das fibras. 0 gás diluente evaporado é consequentemente orientado para o exterior, através da resina não curada, podendo ser evaporado sem ficar preso no interior do material intermediário.

Numa forma de realização da presente invenção, a adição de energia é, pelo menos parcialmente, realizada aplicando micro-ondas sobre o material intermediário. Um tal método funciona sem necessidade de fibras condutoras. Por exemplo, um tal método seria vantajoso para partes de uma estrutura de fibras de reforço compreendendo principalmente fibras de vidro, ou para partes mais espessas nas quais seria necessária energia extra para obter evaporação mais rápida do diluente e/ou cura mais rápida.

Adicionalmente, a adição de energia pode, pelo menos parcialmente, ser realizada por indução de calor na estrutura de fibras de reforço. Para que isto funcione, a estrutura de fibras de reforço deve incluir fibras de condução elétrica. Uma vantagem disto é que pode ser realizado aquecimento local de porções da estrutura de fibras de reforço, tais como porções mais espessas sem necessidade de moldes aquecidos, e sem necessidade de contacto elétrico direto com as fibras de reforço. A estrutura de fibras de reforço A estrutura de fibras de reforço pode ser uma rede, tapete, banda ou outra estrutura de fibras, ou uma combinação de tais estruturas. As fibras típicas adequadas para utilização como fibras de reforço são: fibras de carbono, vidro, aramida e Kevlar, embora outras fibras possam ser adequadas dependendo das suas propriedades físicas, tais como robustez, resistência à temperatura, condutibilidade etc.

Cura da substância de matriz

Conforme mencionado anteriormente, se for utilizado um agente de cura, a cura da substância de matriz é preferentemente iniciada antes de a substância de matriz ser colocada em contacto com a estrutura de fibras de reforço. Em tal caso, o processo de cura é um processo químico entre uma substância de matriz, tal como epóxi ou poliéster, e um agente de cura. Um tal processo de cura pode algumas vezes ser ligeiramente acelerado por uma modesta quantidade de aquecimento. Igualmente, deve ser mencionado que o processo de cura é tipicamente uma reação exotérmica, em que o calor é gerado pela reação química do próprio processo de cura, levando possivelmente a um processo de cura ainda mais rápido, em que existe um risco de danos materiais se a temperatura se tornar muito elevada.

Como tal, pode ser realizada cura do material intermediário sem fazer nada senão esperar, mas também pode ser ligeiramente acelerada por adição de mais calor.

Eleição do diluente e da substância de matriz A eleição do diluente depende amplamente da escolha da substância de matriz, que por sua vez depende das características desejadas do material de matriz, tais como resistência elevada, baixo preço, boa adesão ao material das fibras de reforço, boa resistência à corrosão, baixa toxicidade, etc. 0 diluente deve ter a capacidade de diluir o material de matriz. Igualmente, deverá preferentemente ter uma temperatura de ebulição normal sendo suficientemente elevada para não iniciar a evaporação até a mistura ter sido colocada em contacto com a estrutura de fibras de reforço, e suficientemente baixa para permitir a evaporação suficientemente rápida do diluente de modo a que a substância de matriz circundante externa não tenha tempo de formar um gel, conforme descrito anteriormente.

Diferentes materiais de matriz têm diferentes temperaturas de cura recomendadas. Alguns materiais de matriz são adequados para cura à temperatura ambiente, enquanto outros requerem temperaturas mais elevadas de modo a curar completamente. A quantidade recomendada de agente de cura é especificada pelo fabricante do material de matriz.

Substâncias de matriz típicas são resinas, tais como resinas epóxi comumente utilizadas para estruturas de fibras de reforço ou resinas de poliéster comumente utilizadas para reforçar as estruturas de fibras. 0 diluente pode ser um álcool selecionado a partir do grupo de metanol, etanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol e heptanol; e a substância de matriz é uma resina epóxi.

Moldes

Poderia ser utilizado um molde para definir o formato do material compósito a ser produzido, e/ou para afetar o processo de colocar a mistura em contacto com a estrutura de fibras de reforço. Aqui, deve ser entendido que inclusive se o molde não for utilizado para a finalidade de definir o formato do material compósito, o molde poderia ser utilizado como um volume encerrável capaz de afetar o processo de colocar a mistura em contacto com uma estrutura de fibras de reforço para formar um material intermediário, onde posteriormente o material intermediário pode ser removido a partir do molde e posteriormente adicionalmente tratado e/ou curado. Consequentemente, um molde pode ser utilizado unicamente para definir o formato do material compósito a ser produzido, em cujo caso o material intermediário pode ser produzido fora do molde e então ser colocado no molde. A forma e o desenho do molde dependem amplamente do desenho da peça de material compósito a ser produzida. Conforme mencionado anteriormente, os moldes podem ser moldes abertos ou fechados. Um molde fechado pode por exemplo ser um molde de parede dupla tendo uma ou mais aberturas de entrada separadas de uma ou mais aberturas de saída. As aberturas de saída podem estar conectadas a um sistema de vácuo. Igualmente, o molde pode ser proporcionado com um ou mais canais nas cavidades do molde, para os quais o diluente evaporado pode escapar e através dos quais o diluente evaporado pode ser levado na direção de uma ou mais aberturas de saída do molde se as aberturas de saída estiverem abertas. Como tal, inclusive se a abertura de saída não estiver aberta durante a separação do diluente e da substância de matriz, o diluente evaporado pode escapar para tais cavidades do molde que não são preenchidas com a substância líquida ou sólida.

Preferentemente, o molde utilizado com o método é um molde de plástico, tal como um molde feito de polipropileno. A utilização de um molde de plástico em vez de um molde de metal torna mais fácil controlar entre que pontos flui a corrente através de fibras condutoras e garante que não seja inadvertidamente desviada eletricidade a partir da estrutura de fibras de reforço em comparação com moldes de condução elétrica, tais como moldes de metal. Adicionalmente, a utilização de um molde de plástico em vez de um molde de metal reduz os custos de material e fabrico para a produção do molde. Dado que o molde não necessita ser aquecido, os tempos do ciclo de produção podem ser reduzidos e o consumo de energia diminuído em comparação com a utilização de moldes aquecidos. Outra vantagem da utilização de moldes de plástico em vez de moldes de metal é que não deve ser utilizado qualquer agente de liberação do molde sobre as superfícies do molde para promover a remoção fácil do material compósito a partir do molde. Sistema de produção

Será agora descrito um sistema S para a realização de um método com referência à Fig. 1. 0 sistema S compreende três recipientes de fluido. 0 primeiro 1 é configurado para o armazenamento da substância de matriz A, o segundo 2 para o armazenamento do diluente B, e o terceiro 3 para o armazenamento do agente de cura C.

Cada recipiente está em conexão fluida com uma bomba 3, 4, 5 configurada para alimentar liquido a partir de cada recipiente respetivamente, através de um medidor de mistura 7 e para dentro de um molde 8. 0 medidor de mistura 7 é configurado para dosear substância de matriz, diluente e agente de cura, misturá-los para formar uma mistura e posteriormente alimentar a mistura para o interior do molde 8 com a ajuda das ditas bombas 3, 4, 5. 0 medidor de mistura 7 compreende uma unidade de mistura descartável que conecta o medidor de mistura a uma abertura de entrada 9 do molde 8. Se/quando a substância de matriz curar na unidade de mistura descartável, a unidade poderá ser facilmente permutada por uma nova de modo a que os caminhos de fluxo do sistema sejam mais fáceis de serem mantidos limpos para as seguintes séries de produção. 0 molde 8 compreende tipicamente uma pluralidade de peças de molde que podem unidas para definir uma cavidade de molde em comunicação fluida com a abertura de entrada 9 e uma abertura de saída 10. Adicionalmente, o molde 8 é montado numa prensa hidráulica 11 configurada para colocar opcionalmente o molde 8 sob forte pressão. Adicionalmente, o molde 8 é proporcionado com juntas de vedação 12, 13, 14 configuradas para garantir que a cavidade do molde está fechada exceto para quaisquer aberturas de entrada e de saída e consequentemente somente em comunicação fluida com as aberturas de entrada e de saída de modo a que a pressão no interior da cavidade do molde possa ser controlada por bombeamento para dentro ou sucção para fora do fluido através das aberturas de entrada e saída do molde 8. É conectado um sistema de vácuo 15 compreendendo uma bomba de vácuo à abertura de saída 9 do molde 8. Adicionalmente, é proporcionado um dispositivo de alimentação de energia 16 para proporcionar opcionalmente energia elétrica a uma estrutura de fibras de reforço F colocada no molde 8 através de fios 16a, 16b e blocos/bandas de conexão 16c, 16d posicionados no molde em conexão elétrica com as fibras condutoras da estrutura de fibras de reforço F. Adicionalmente, pode ser colocado um núcleo C na cavidade do molde para suportar a estrutura de fibras de reforço F.

Deve ser entendido que a prensa hidráulica poderia ser substituída por qualquer outro meio de pressão para unir as partes do molde, tal como uma pluralidade de parafusos atuando direta ou indiretamente sobre o molde.

Um método de utilização do sistema

Primeiro, os três recipientes 1, 2, 3 são preenchidos com base epóxi A, etanol B e agente de cura epóxi C, respetivamente. Posteriormente, o molde é aberto e uma estrutura de fibras de reforço F compreendendo uma pluralidade de camadas ou rede de fibra de carbono é cortada para o tamanho adequado e posicionada na cavidade do molde à volta do núcleo D, onde posteriormente o molde 8 é fechado e colocado sob pressão por meio da prensa hidráulica 11. 0 sistema de vácuo 15 e o medidor de mistura 7 são conectados ao molde e o sistema de vácuo 15 é ativado para proporcionar uma atmosfera de tipo vácuo no interior da cavidade do molde e em todas as mangueiras e outros espaços em comunicação fluida com a cavidade do molde. Após ter sido alcançada a atmosfera de tipo vácuo, as bombas 4, 5, 6 e o medidor de mistura 7 são ativados para alimentar a mistura para a cavidade do molde sob alta pressão para que a estrutura de fibras de reforço F seja minuciosamente permeada pela mistura, para formar um material intermediário. Após a cavidade do molde ter sido preenchida com a mistura, o dispositivo de abastecimento de energia 16 é ativado para aquecer por resistência as fibras de carbono conectadas eletricamente ao mesmo na estrutura de fibras de reforço F de modo a que o etanol B seja separado do epóxi misto A + C a partir de dentro do material intermediário. 0 etanol B evaporado é ventilado para longe da cavidade do molde através da abertura de saída 10 do molde 8, utilizando o sistema de vácuo 15. Após substancialmente todo o etanol B ter sido separado do epóxi misto A + C e ventilado para longe, o aquecimento por resistência é adaptado a um nível adequado para promover uma cura mais rápida do epóxi misto A + C sem o sobreaquecer.

Quadro 1

O Quadro 1 mostra as propriedades materiais dos materiais tipicamente obtidos através do método em comparação com as propriedades materiais dos materiais compósitos de plásticos reforçados com fibra melhor conhecidos produzidos por métodos de técnicas anteriores.

Conforme mencionado anteriormente deve ser entendido que para qualquer estrutura de fibras de reforço especifica existe um máximo teórico para a quantidade de fibras que de acordo com a orientação das fibras e a posição relativa das fibras na estrutura pode ser incluída dentro do limite (Y) da estrutura. A fração de volume de fibras máxima teórica (Tmax) para qualquer determinada estrutura de fibras de reforço pode ser aproximada por cálculos matemáticos. Por exemplo, conforme mostrado na Fig. 2, Tmax para as fibras unidirecionais pode ser aproximado calculando a área da secção transversal das fibras 17 e dividindo essa área pela área total da secção transversal da estrutura de fibras de reforço. Para estruturas de fibras unidirecionais com muitas fibras a área pode ser aproximada calculando Tmax para a área repetida indicada pela caixa X na Fig. 2.

Conforme mostrado no Quadro 1, os cálculos mostram que Tmax para fibras unidirecionais é aproximadamente 91%, em que Tmax para a estrutura de fibras de reforço entrelaçadas em linhas diagonais é aproximadamente 73%.

Um valor real medido pela fração de volume das fibras (FVF) numa peça de material compreendendo fibras entrelaçadas em linhas diagonais reforçadas com plástico obtidas pelo método é de aproximadamente 65%, possivelmente superior. A fração de volume das fibras real, em comparação com a fração volumétrica de fibras máxima teórica pode ser calculada como FFV/Tmax.

Foram alcançadas frações volumétricas de fibras ainda mais elevadas do que aquelas mostradas no Quadro 1 utilizando o método, por exemplo aproximadamente 71% para fibras entrelaçadas em linhas diagonais, e aproximadamente 82% para fibras unidirecionais, o que se traduz em valores de FFV/Tmax de aproximadamente 97% e 90%, respetivamente.

Conforme mostrado no Quadro 1, a FVF mais elevada obtida num material compósito compreendendo fibras unidirecionais reforçadas com plástico utilizando métodos das técnicas anteriores é de aproximadamente 65%, enquanto o valor correspondente para fibras entrelaçadas em linhas diagonais é de 55%.

Para o melhor dos métodos conhecidos, isto dá valores de FVF/Tmax de 72% para fibras unidirecionais e 75% para fibras entrelaçadas em linhas diagonais.

Uma FVF elevada é conhecida na técnica como proporcionando propriedades materiais desejáveis e é consequentemente desejável de obter.

Obviamente, as fibras unidirecionais são mais fáceis de estruturar de uma forma compacta do que as estruturas de fibra menos bem ordenadas, tais como as fibras entrelaçadas em linhas diagonais, ou tais como uma rede com fibras orientadas aleatoriamente. Como tal, é mais fácil obter uma FVF elevada para um material compósito feito a partir de fibras unidirecionais do que um feito a partir de fibras entrelaçadas em linhas diagonais. Naturalmente, a FVF obtida é sempre inferior a Tmax para qualquer estrutura de fibras de reforço determinada.

Deve ser mencionado que a invenção não está limitada às formas de realização descritas na mesma, e são possíveis várias modificações dentro do âmbito da invenção conforme definido nas reivindicações anexas. Por exemplo, podem ser utilizadas micro-ondas ou ondas sonoras para adicionar energia a partir de dentro do material intermediário de modo a aquecer porções da substância de matriz por debaixo da temperatura de ebulição do diluente na mistura do material intermediário.

DOCUMENTOS REFERIDOS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patente referidos na descrição • WO 0141993 A2 [0010] [0011] • US 4385957 A [0012] [0013] [0014] [0015] • EP 1724306 AI [0016] • US 4486494 A [0016] • EP 0371907 A [0016] • US 5942182 A [0016] • US 2005133956 AI [0016] • US 5518385 A [0016] • US 2004150130 AI [0016] • EP 0223061 A [0016] • JP 08132536 A [0016] • JP 2001072783 A [0016] • JP 2005225993 A [0016

Lisboa, 11 de Julho de 2017

Claims (4)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Um método de produzir um material compósito de plástico reforçado com fibras compreendendo as etapas de: [a] colocar a substância de matriz em contacto com uma estrutura de fibras de reforço para formar um material intermediário, [b] curar a substância de matriz do material intermediário para formar o material compósito, [c] misturara substância de matriz e um diluente antes da etapa [a] para formar uma mistura, e [d] durante a etapa [b] separar o diluente a parti da substância de matriz adicionando energia ao diluente a partir de dentro do material intermediário, caracterizado por a estrutura de fibras de reforço ser colocada num molde durante pelo menos parte da realização da etapa [a] , e por- durante a realização da etapa [a] - ser adicionada energia a partir de dentro do material intermediário para aquecer porções da substância de matriz por debaixo de uma temperatura de ebulição do diluente na mistura no material intermediário.
2. 2. Um método de acordo com a reivindicação 1, em que a dita estrutura de fibras de reforço compreende fibras de condução elétrica, e em que a etapa [d] é, pelo menos parcialmente, realizada conduzindo corrente elétrica através das ditas fibras de condução elétrica.
3. 3. Um método de acordo com a revindicação 2, em que a etapa [d] é, elo menos parcialmente, realizada aplicando micro-ondas sobre o material intermediário.
4. 4. Um método de acordo com qualquer uma das revindicações anteriores, em que o material intermediário é produzido antes de ser colocado num molde para a realização da etapa [d] . Lisboa, 11 de Julho de 2017