PT2788542T - Fibra de carbono para materiais compósitos com condutividade melhorada - Google Patents

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Description

DESCRIÇÃO "FIBRA DE CARBONO PARA MATERIAIS COMPÓSITOS COM CONDUTIVIDADE MELHORADA" A invenção refere-se a fibras de carbono com um acabamento condutor que proporciona uma condutividade melhorada em materiais compósitos reforçados com fibra. Além disso, refere-se a materiais compósitos reforçados com fibras com uma condutividade melhorada. É do conhecimento utilizar fibras de carbono que foram munidas com um revestimento metálico para melhorar a condutividade dos materiais compósitos reforçados com fibra. As fibras deste tipo e a sua produção estão descritas, por exemplo, na EP-A-0 149 763 A. As fibras de carbono comercialmente disponíveis com um revestimento de níquel proporcionam uma condutividade melhorada nos materiais compósitos produzidos com a mesma. No entanto, tais materiais compósitos baseados em fibras de carbono revestidas com níquel têm a desvantagem de um maior peso específico, o que é devido à proporção de níquel necessária para alcançar uma boa condutividade e pode ser de 30-40% em peso em relação ao peso da fibra. Além disso, o uso de fibras de carbono revestidas com níquel também é problemático devido a riscos para a saúde e a segurança.
Numa alternativa para melhorar a condutividade de materiais compósitos à base de fibras de carbono, são aplicadas redes metálicas planas, como o cobre, sob a forma de grades ou malhas aos materiais compósitos e/ou incorporados nos materiais compósitos. 0 cobre ou alumínio são frequentemente utilizados como materiais. Em comparação com materiais compósitos baseados em fibras de carbono revestidas com níquel, podem ser obtidas neste caso pesos específicos mais baixos com uma boa condutividade na direcção da extensão das redes metálicas. No entanto, a condutividade perpendicular à extensão das redes metálicas, isto é, na direcção da espessura dos materiais compósitos, é insuficiente. Além disso, a capacidade de drenagem de tais redes metálicas durante a produção de componentes com geometrias curvas não é geralmente satisfatória.
Também é conhecida a utilização de fibras de carbono que possuem um acabamento de fio contendo nanotubos de carbono ("carbon nanotubes" (CNT), Nanotubes) para melhorar a condutividade de materiais compósitos. Um método para produzir materiais compósitos de polímero duroméricos com base em fibras que possuem um acabamento contendo nanotubos encontra-se descrito, por exemplo, no documento WO 2010/007163. O documento US 2010/0260998 refere-se a formulações para acabamentos contendo nanopartículas e a fibras que são munidas com um acabamento em que as nanopartículas estão dispersas. O documento US 2010/0104868 descreve fibras híbridas com um revestimento com vários componentes, em que este revestimento é produzido por deposição simultânea de nanopartícuias e um metal através de processos electroforéticos e/ou galvânicos. Como resultado da deposição simultânea, as nanopartícuias são incorporadas e cercadas pelo metal, e ambas aderem à superfície da fibra, de modo que é obtida uma estrutura mista. Na WO 2011/000394 são também descritas fibras de carbono em cuja superfície é aplicada uma camada de metal contendo nanopartículas.
Embora seja alcançada uma melhoria da condutividade dos materiais compósitos de fibras por meio das medidas conhecidas, há necessidade de melhorias adicionais tendo em vista a condutividade de materiais compósitos reforçados com fibra de carbono.
Por conseguinte, é um objectivo da presente invenção proporcionar fibras de reforço que proporcionam uma condutividade melhorada dos materiais compósitos produzidos com os mesmos. É também um objecto da presente invenção proporcionar materiais compósitos com condutividade melhorada. O objectivo é alcançado por uma fibra de carbono com um acabamento condutor, consistindo em filamentos de fibra de carbono que possuem um revestimento de metal, caracterizado por os filamentos de fibra de carbono terem um acabamento no revestimento metálico com base em pelo menos um aglutinante de polímero e contendo nanopartícuias condutoras, e por a concentração do revestimento metálico ser de 8 a 25% em peso e a concentração das nanopartícuias condutoras ser de 0,1 a 1% em peso, cada um em relação ao peso da fibra de carbono munida com revestimento metálico e acabamento.
Demonstrou-se que, utilizando fibras de carbono revestidas com um acabamento condutor, que possuem uma condutividade melhorada e simultaneamente uma gravidade específica aceitável, que pode ser reduzida em aproxima-damente 25% em comparação com os materiais compósitos conhecidos à base de fibras de carbono revestidas com níquel. Além disso, verificou-se que, em particular, a condutividade na massa, isto é, a condutividade na direcção da espessura dos materiais compósitos, pode ser substancialmente aumentada em comparação com materiais compósitos conhecidos em que, por exemplo, redes de cobre são incorporadas para melhorar a condutividade. A fibra de carbono com um acabamento condutor de acordo com a invenção pode basear-se em fios convencionais de fibra de carbono, isto é, pode ser um fio feito de filamentos de fibras curtas ou um fio feito de filamentos contínuos. No caso em que o fio é constituído por filamentos contínuos, o número de filamentos pode situar-se, de preferência, na gama de 3000 a 48000 e particularmente de preferência na gama de 6000 a 24000. Do mesmo modo são preferidos os fios com uma densidade linear na gama de 200 a 32000 tex, e são particularmente preferidos os fios que têm uma densidade linear na gama de 400 a 16000 tex. Em relação às caracteristicas mecânicas da fibra de carbono, isto é, em relação à força e ao seu módulo, podem ser utilizadas fibras de carbono convencionais. A fibra de carbono também pode ser baseada em fios obtidos a partir de resina natural, poliacrilitrilo, lignina ou precursores de viscose. O metal que forma o revestimento metálico pode ser níquel, cobalto, cobre, platina, estanho, cádmio, zinco, prata, ouro, etc. ou ligas de pelo menos dois desses metais. Também podem ser aplicados diferentes metais em diferentes camadas aos filamentos de fibra de carbono. De preferência, o metal que forma o revestimento de metal é cobre.
Para uma boa condutividade das fibras de carbono de acordo com a invenção, é importante que o revestimento metálico cubra a superfície do filamento de modo uniforme e contínuo. As espessuras convencionais do revestimento metálico encontram-se na gama de 0,01 a 0,5 pm. No contexto da presente invenção é preferível uma concentração do revestimento metálico de 10 a 25% em peso. É particularmente preferida uma concentração do revestimento metálico situando-se na gama de 10 a 20% em peso em relação ao peso da fibra de carbono munido com o revestimento e acabamento de metal. Nas concentrações de metal deste tipo, encontra-se por um lado garantida uma boa capacidade de manuseio das fibras de carbono, e por outro podem ser produzidos materiais compósitos com alta condutividade e baixa gravidade específica.
As nanopartícuias condutoras podem ser, por exemplo, nanotubos de carbono (CNT), nanohastes de carbono, nanoanéis de carbono, nanoesferas de carbono, fulerenos, nanobotões de carbono, ou grafenos, ou nanopartícuias feitas de metais de transição, que de preferência têm diâmetros na gama de 0,4 a 100 nm. As nanopartí cuias condutoras contidas no acabamento são, de preferência, nanotubos de carbono, que podem ser de uma ou várias paredes. As nanopartícuias condutoras contribuem decisivamente para a melhoria da condutividade dos materiais compósitos. Em particular, eles conduzem a uma melhoria da condutividade na massa dos materiais compósitos produzidos usando a fibra de carbono com um acabamento condutor de acordo com a invenção. Demonstrou-se que, durante a produção de materiais compósitos utilizando as fibras de carbono de acordo com a invenção, as nanopartícuias condutoras se movem, pelo menos parcialmente, para fora do acabamento para dentro do material da matriz, dispersam-se dentro do mesmo, e conduzem assim a uma melhoria da condutividade. Numa forma de realização preferida, a concentração das nanopartícuias condutoras é de 0,1 a 0,5% em peso em relação ao peso da fibra de carbono munida com revestimento metálico e acabamento. 0 acabamento das fibras de carbono revestidas com metal é baseado em pelo menos um aglutinante de polímero no qual as nanopartícuias condutoras estão incorporadas. Em relação ao pelo menos um aglutinante de polímero, podem ser utilizados os componentes convencionalmente utilizados para acabamentos para fibras de carbono, tais como resinas que reagem a polímeros durómero (materiais termo-endurecidos de fibra) ou polímeros termoplásticos. 0 acabamento compreende de preferência pelo menos uma resina epóxi e/ou pelo menos uma resina de poliuretano. Tendo em conta o tipo e propriedades do material da matriz, que é processado em conjunto com as fibras de carbono de acordo com a invenção em materiais compósitos, o acabamento pode conter componentes adicionais tais como resinas adicionais que reagem a polímeros durómeros, ou componentes termoplásticos tais como poliamidas, poli-hidroxieteres ou resinas de poliuretano termoplástico, que também podem estar presentes na forma de partículas finas. A invenção também se refere a um método para produzir as fibras de carbono com um acabamento condutor de acordo com a invenção para materiais compósitos com condutividade melhorada, em que o método compreende os seguintes passos: a) Fornecimento de uma fibra de carbono constituída por filamentos de fibra de carbono, b) Realização de um processo de revestimento para depositar um metal na forma de um revestimento metálico nos filamentos, c) Aplicação de um acabamento aos filamentos munidos com o revestimento metálico, em que o acabamento contém nanoparticulas condutoras sendo que os passos b) e c) são realizados de tal modo que a concentração do revestimento metálico é de 8 a 25% em peso e a concentração das nanoparticulas condutoras é de 0,1 a 1% em peso, cada um em relação ao peso da fibra de carbono munida com revestimento metálico e acabamento. O método de acordo com a invenção pode ser realizado como um método de dois passos em que, por exemplo, uma fibra de carbono não tratada é munida, em primeiro lugar, com um revestimento metálico e depois o revestimento é de preferência enrolado numa bobina. Num passo de método posterior, a fibra de carbono munida com um revestimento metálico pode ser puxado através de um banho de acabamento que contém, por exemplo, uma dispersão aquosa do aglutinante de polímero e das nanoparticulas condutoras.
De preferência o revestimento metálico e a aplicação do acabamento ocorrem de preferência num processo contínuo directamente em sequência, ou seja, os passos a) a c) são realizados de forma consecutiva em um processo contínuo. O processo de revestimento para deposição de um metal nos filamentos pode compreender passos de lavagem e secagem que antecedem ou seguem o revestimento ou a deposição do metal. 0 processo de revestimento para a deposição de um metal na forma de um revestimento metálico nos filamentos da fibra de carbono é de preferência um processo de galvanoplastia. Os processos de galvanoplastia deste tipo para a deposição de revestimentos metálicos em fibras de carbono estão descritos, por exemplo, na EP-A-0 149 763 A ou no artigo, Y.X. Gan, "Electrolytic Metallic Coatings for Carbon Fibers", Materials and Manufacturing Processes, volume 9, no. 2, Vol. 263-280, 1994, Marcel Dekker Inc..
Os metais aplicados como um revestimento no passo b) podem ser os metais ou ligas metálicas previamente mencionados. O cobre é de preferência aplicado aos filamentos da fibra de carbono no passo b) . Neste caso, o cobre é de preferência aplicado a partir de um banho de electrólito aquoso contendo sulfato de cobre com a adição de tartratos como agentes complexantes. A fibra de carbono, munida com um revestimento metálico quando deixa o banho de electrólito, é de preferência lavada para remover o electrólito em excesso e substâncias que aderem frouxamente e é subsequentemente seca num secador.
Podem ser utilizadas medidas conhecidas para aplicar o acabamento à fibra de carbono revestida com metal de acordo com o passo c) do método de acordo com a invenção. Por exemplo, o acabamento pode ser aplicado por impregnação da fibra de carbono revestida com metal com uma massa fundida ou uma solução do aglutinante polimérico contendo as nanopartículas condutoras. A aplicação do acabamento do passo c) é, de preferência, um passo de impregnação no qual os filamentos de fibra de carbono são impregnados com a dispersão aquosa que contém o ligante de polimero e nanopartículas condutoras. As nanopartículas condutoras contidas no acabamento são, de preferência, nanotubos de carbono (Carbon-Nanotubes).
Após a impregnação, a fibra de carbono agora munida com o acabamento é seca. Neste caso, provou ser particularmente adequada uma temperatura de secagem na gama de 100 a 160°C.
Por meio das fibras de carbono com um acabamento condutor de acordo com a invenção, podem ser produzidos materiais compósitos ou componentes de material compósito que apresentam uma elevada condutividade e, em particular, uma elevada condutividade na massa com gravidade especifica simultaneamente baixa. Por conseguinte, a presente invenção também se refere a um material compósito reforçado com fibras deste tipo compreendendo fibras de carbono com um acabamento condutor, constituído por filamentos de fibra de carbono, em que os filamentos de fibra de carbono estão revestidos com um metal, isto é, têm um revestimento de metal e uma matriz à base de polímero, em que a percentagem em volume das fibras de carbono no material compósito se situa na gama de 30 a 70% (V/V) , e em que o material compósito reforçado com fibra é caracterizado por conter ainda nanopartículas condutoras que estão dispersas pelo menos parcialmente na matriz, sendo que a concentração do metal no material compósito se situa na gama de 2,5 a 30% em peso em relação ao peso das fibras de carbono contidas no material compósito e a concentração da nanopartícuia condutora no material compósito na gama de 0,04 a 0,65% em peso. A matriz à base de polímero pode ser uma matriz de um termoplástico ou um durómeros. De preferência, a matriz à base de polímero é uma matriz de resina epóxi, que contudo pode também conter aditivos convencionais para materiais compósitos, tais como partículas termoplásticas para aumentar a resistência ao impacto do material compósito. A invenção é explicada pormenorizadamente com base nas seguintes figuras, exemplos, e exemplos comparativos. No contexto da presente invenção, são utilizados os seguintes métodos de análise e medição para este fim:
Concentração do revestimento metálico, bem como a concentração das nanopartículas condutoras nos filamentos da fibra de carbono: A concentração do revestimento metálico, bem como a concentração das nanopartículas condutoras nos filamentos da fibra de carbono, são determinadas pela EN ISO 10548.
Neste caso, o acabamento é inicialmente removido da fibra de carbono por meio da extracção de Soxhlet de acordo com o método A da EN ISO 10548. A concentração de nanopartículas condutoras é então determinada usando análise termogravimétrica do extracto numa atmosfera de azoto.
Após a remoção do acabamento da fibra de carbono condutora, o revestimento metálico nos filamentos de fibra de carbono é removido por oxidação química molhada usando uma mistura de ácido sulfúrico/peróxido de hidrogénio de acordo com o método B da EN ISO 10548, e a concentração do revestimento metálico é calculada revendo o resíduo de fibra de carbono após a sua secagem.
Produção de laminados para órgãos de teste para determinar a condutividade: A produção dos laminados ocorreu seguindo o método A descrito na EN 2565 (método de aplicação húmida). Para produzir o composto de fibra de carbono, o fio de fibra de carbono foi enrolado com uma tensão de fio constante numa placa de enrolamento com duas formas paralelas, opostas nos lados da placa de enrolamento, cujas formas têm barras laterais para limitar a largura da bobina. Durante o enrolamento, o fio de fibra de carbono foi impregnado com resina preaquecida (sistema de resina RTM6, Hexcel) . A impregnação ocorreu por meio de impregnação de rolos, em que a quantidade de resina a ser aplicada foi ajustada usando uma raspadeira. 0 enrolamento na placa ocorreu com uma massa de fibra por unidade de área de aproximadamente 300 g/m2 por camada como variável alvo. O número de camadas resultou então da espessura pretendida do provete, em que o teor de resina alvo era 40% (V/V).
Durante o tratamento subsequente, as duas estruturas laminadas dispostas nas superfícies opostas, com fibras de carbono dispostas unidireccionalmente na direcção 0o, foram curadas durante duas horas na autoclave a 180°C e uma pressão de 10 bar. O uso de tecido poroso para absorver o excesso de resina, bem como cortar as estruturas de laminado nas faces dianteiras da placa de enrolamento, depois de conseguir o tempo de aplicação para aliviar a tensão interna são outras medidas para alcançar a qualidade das placas de teste reforçadas com fibra de carbono requerida na EN 2565, em que todos os passos devem ser coordenados um com o outro, de modo que a proporção de resina do laminado acabado seja de preferência 4014% (V/V).
Os provetes para a determinação da condutividade foram cortados dos laminados obtidos. Além disso, as amostras foram extraídas dos laminados para produzir microsecções e imagens microscópicas electrónicas de varrimento, bem como para determinar a proporção de volume de fibra e as concentrações do revestimento metálico.
Determinação da condutividade: A determinação da condutividade ocorreu através da determinação da resistência eléctrica conforme DIN EN ISO 3915.
Dos laminados produzidos, foram proporcionados três provetes nas dimensões 140x10 mm. Três áreas de contacto 2, 3, 4, com respectivas superfícies de contacto de 200 mm2, foram marcadas nos provetes 1, tal como mostrado na figura 1.
Para melhorar o contacto eléctrico, 5% da espessura inicial foi posteriormente removida do provete nas superfícies de contacto 2, 3, 4 usando uma fresadora. Foi aplicada uma camada de prata de contacto de aproxi-madamente 10 pm de espessura às superfícies de contacto 2, 3, 4 tratadas desta maneira e a espessura da referida camada foi determinada usando um calibre de espessura. A resistência eléctrica R foi determinada com um multímetro 5 (por exemplo, modelo Keithley 2000) de acordo com os pontos de medição das figuras 2a e 2b usando o método de quatro pólos, conforme exigido na norma DIN EN ISO 3915. A resistividade p, expressa em ohm por centímetros [Ω cm] , foi calculada de acordo com a seguinte equação:
(!) em que: p = resistividade [Ω cm]; R = resistência medida [Ω]; A = espessura*largura do provete [cm2] ; L = 11,5 cm (= distância da pinça de medição, ou seja, o percurso ao longo do provete através do qual a resistência deve ser medida). A condutividade o em [S/m] é calculada como o recíproco da resistividade:
(If) A condutividade determinada utilizando o dispositivo de medição 1, representado na figura 2a, no qual os eléctrodos foram assim localizados nas áreas de contacto 2, 3 nas extremidades do provete e na mesma superfície do provete, é uma medida da condutividade na direcção da fibra do provete. Em contraste, a condutividade determinada utilizando o dispositivo de medição 2, representado na figura 2b, no qual se encontram os eléctrodos nas superfícies de contacto 2, 4 nas extremidades do provete e em diferentes superfícies do provete, é uma medida da condutividade transversal à direcção da fibra, ou seja, na direcção da espessura do provete, e portanto uma medida da condutividade na massa.
Percentagem por volume de fibra e concentração do revestimento de metal no material composto: A percentagem por volume das fibras de carbono puras no material compósito, bem como a sua massa no provete, é determinada de acordo com EN ISO 10548, método B, utilizando extracção por meio de ácido sulfúrico/peróxido de hidrogénio.
Num passo adicional, a massa de cobre que estava contida no provete é determinada usando a determinação eletrogravimétrica a partir do extracto assim obtido, extracto esse que contém cobre em forma de ião. A concentração do metal no material compósito, em relação ao peso da fibra de carbono puro contida no material compósito, resulta da massa de fibras de carbono contidas no provete.
Exemplo 1:
Foi proporcionado um fio de filamentos de fibra de carbono não tratado e seco tendo uma densidade linear de fio de 800 tex e 12000 filamentos. O fio de filamentos de fibra de carbono foi revestido com cobre de acordo com o método galvânico descrito no artigo de Y.X. Gan, "Electrolytic Metallic Coatings for Carbon Fibers", Materials and Manufacturing Processes, vol. 9, No. 2, 263-280, 1994, Marcel Dekker Inc. O método foi realizado utilizando um banho de sulfato de cobre condicionado a 23°C com a adição de tartarato de sódio de potássio, com uma composição do banho de electrólito de 80 g CuSCh * 5H20, 100 g de KNaC^Cb * 5H20, 30 g de K2CO3 e 1 litro de H2O. O fio de filamento de fibra de carbono não tratado foi alimentado através de um primeiro rolo de cátodo proporcionado fora do banho galvânico e subsequentemente através uma primeira barra de espalhamento móvel (barra de latão) dentro do banho galvânico e assim alimentado passando por um ânodo de cobre localizado no banho. Posteriormente, o fio de filamentos de fibras de carbono já parcialmente munido com um revestimento de metal foi alimentado através de um segundo rolo de cátodo proporcionado fora do banho galvânico e depois alimentado de novo sobre barras de espalhamento móveis no banho galvânico após o ânodo de cobre dentro do banho galvânico. A velocidade da fibra era de 0,3 m/min. Foi fornecida uma tensão de 15 V a partir de uma fonte de alimentação ligada aos cátodos e ao ânodo de cobre.
Após a aplicação do revestimento metálico, o fio de filamentos de fibra de carbono munido com cobre foi alimentado através de um banho de lavagem contendo água para lavar o excesso de electrólito. Posteriormente, o fio de filamento de fibra de carbono revestido passou por um secador.
Após a secagem, o fio de filamento de fibra de carbono revestido foi alimentado através de um banho com uma dispersão aquosa para aplicar o acabamento, dispersão essa que continha como componentes sólidos uma composição de resina de poliuretano bem como nanotubos de carbono de paredes múltiplas. A proporção de sólidos da dispersão foi de 5% em peso. 0 banho foi condicionado a uma temperatura de 2 3 ° C . A dispersão contida no banho de acabamento foi obtida combinando duas dispersões iniciais. A primeira dispersão inicial compreendeu uma resina de poliuretano à base de poliéster com uma gama de amolecimento de 180-185°C (Vondic 1230 NE, Daininppon Ink & Chemicals) como uma dispersão em água. A primeira dispersão inicial foi diluída em relação ao teor de sólidos de modo que se obteve uma concentração de sólidos de 1% em peso. A segunda dispersão inicial tinha um teor de sólidos de aproximadamente 2 6% em peso de um polímero de uretano à base de poliéster que foi modificado com 5% em peso de nanotubos de carbono. A segunda dispersão inicial foi diluída em relação ao teor de sólidos de modo que se obteve uma concentração de sólidos de 4% em peso. A primeira e segunda dispersões iniciais foram misturadas de modo que os conteúdos de sólidos da dispersão resultante, isto é, a resina de poliuretano à base de poliéster (Vondic 1230 NE) , por um lado, e o polímero de uretano à base de poliéster e nanotubos de carbono, no outro, estavam presentes numa proporção de 20:80.
Depois de passar através do banho contendo a dispersão aquosa do acabamento, o fio agora também munido com o acabamento foi seco a uma temperatura de 150°C. O fio de fibra de carbono obtido, munido com acabamento e revestimento de cobre, tinha um teor de cobre de 13,14% em peso e uma concentração de nanotubos de carbono de 0,13% em peso, cada um relativo ao peso da fibra de carbono munido com revestimento e acabamento de cobre. A proporção de acabamento da fibra de carbono foi de 3,51% em peso.
Exemplo 2:
Procedeu-se como no exemplo 1. Partindo do exemplo 1, aplicou-se uma tensão de 4,5 V aos cátodos e ao ânodo de cobre.
Para aplicar o acabamento, utilizou-se uma dispersão com uma composição de resina epóxi como primeira dispersão inicial, dispersão essa que compreendia uma primeira resina epóxi Hl e uma segunda resina epóxi H2, em que a proporção em peso das resinas Hl e H2 era de 1,2. A primeira resina epóxi Hl tinha um valor de epóxi de aproximadamente 2000 mmol/kg e um peso molecular médio Mn de 900 g/mol e era sólido à temperatura ambiente; a segunda resina epóxi H2 tinha um valor de epóxi de aproximadamente 5400 mmol/kg e um peso molecular médio MN de <700 g/mol, e era líquido à temperatura ambiente. A primeira dispersão inicial foi diluída para produzir uma proporção de resina de 2,2% em peso. A segunda dispersão inicial tinha um teor de sólidos de aproximadamente 6,2% em peso de um polihidroxieter, nanotubos de carbono, e surfactantes na proporção 60:30:10. A segunda dispersão inicial foi também diluída para produzir um conteúdo de sólidos 2,2% em peso A primeira e segunda dispersões iniciais foram misturadas de modo que os conteúdos de sólidos da dispersão resultante, isto é, Hl e H2 por um lado e polihidroxieter, nanotubos de carbono, e surfactantes por outro, estavam presentes numa proporção de 50:50. 0 fio de fibra de carbono obtido, munido com acabamento e revestimento de cobre, tinha um teor de cobre de 11,45% em peso e uma concentração de nanotubos de carbono de 0,27% em peso, cada um relativo ao peso da fibra de carbono munido com revestimento e acabamento de cobre. A proporção de acabamento da fibra de carbono foi de 2,1% em peso.
Exemplo 3:
Procedeu-se como no exemplo 2. Partindo do exemplo 2, a primeira dispersão inicial foi diluída até uma concentração de 1,5% em peso. A primeira e segunda dispersões iniciais foram misturadas de modo que os conteúdos de sólidos da dispersão resultante, isto é, Hl e H2 por um lado e polihidroxieter, nanotubos de carbono, e surfactantes por outro, estavam presentes numa proporção de 50:50. O fio de fibra de carbono obtido, munido com acabamento e revestimento de cobre, tinha um teor de cobre de 10,7% em peso e uma concentração de nanotubos de carbono de 0,12% em peso, cada um relativo ao peso da fibra de carbono munido com revestimento e acabamento de cobre. A proporção de acabamento da fibra de carbono foi de 0,94% em peso.
Exemplo de comparação 1:
Um revestimento de cobre, tal como descrito no exemplo 1, bem como subsequentemente um acabamento, foi aplicado a um fio de fibra de carbono de acordo com o exemplo 1. Partindo do exemplo 1, no entanto, o banho de acabamento continha apenas a primeira dispersão inicial com a composição de resina epóxi tal como indicado no exemplo 2. A concentração de sólidos da dispersão foi de 4,3% em peso. 0 fio de fibra de carbono obtido, munido com acabamento e revestimento de cobre, tinha um teor de cobre de 13,22% em peso em relação ao peso da fibra de carbono munida com revestimento e acabamento de cobre. A proporção de acabamento da fibra de carbono foi de 2,81% em peso.
Exemplos 4 a 6 e exemplos de comparação 2 a 5:
Os laminados e os provetes foram produzidos a partir dos fios de fibra de carbono produzidos de acordo com os exemplos 1 a 3 e o exemplo comparativo 1 seguindo o método descrito anteriormente, tendo sido as caracteristicas do material determinadas para esses laminados e provetes, em particular a condutividade (exemplos 4 a 6; exemplo de comparação 2) . Além disso, foram produzidos e examinados laminados correspondentes com a seguinte configuração:
Exemplo de comparação 3: Foi utilizada uma fibra de carbono padrão como fibra de reforço com um acabamento à base de resina de poliuretano sem nanopartículas (Tenax HTS40 F13 12K, Toho Tenax Europe GmbH).
Exemplo de comparação 4: Foi utilizada uma fibra de carbono padrão como fibra de reforço com um acabamento à base de resina de poliuretano (Tenax HTS40 F13 12K, Toho Tenax Europe GmbH). Durante a produção de laminado, uma malha de cobre do tipo Astrostrike CU 015 (fabricada pela Astrostrike) com uma massa por unidade de área de 73 g/m2 foi laminada a uma das superfícies do laminado. As superfícies de contacto para determinar a condutividade na direcção da fibra do provete (dispositivo de medição 1, figura 2a) estavam localizadas nesta superfície.
Exemplo de comparação 5: Foi utilizada como fibra de reforço uma fibra de carbono comercialmente disponível com um revestimento de níquel e um acabamento à base de resina de poliuretano (Tenax HTS40 A23 12K, Toho Tenax Europe GmbH). O acabamento não continha nanopartículas. A fibra de carbono revestida com níquel tinha uma concentração de níquel de aproximadamente 30% em peso em relação ao peso da fibra de carbono munido com o revestimento e acabamento de níquel.
As características dos laminados obtidos estão listadas nas tabelas 1 e 2.
Tabela 1 :
Tabela 1 :
1) FVF = Fracção de volume de fibra no laminado [%] 3) CNT = Nanotubos de carbono (carbein nano tubes) 3) n.d.; Utilização de tecido de cobre
Tabela 2:

Claims (13)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Fibra de carbono com um acabamento condutor, compreendendo filamentos de fibra de carbono que possuem um revestimento metálico, caracterizada por os filamentos de fibra de carbono apresentarem um acabamento no revestimento metálico que compreende pelo menos um aglutinante polimérico e que contém nanoparticulas condutoras, e a concentração do revestimento metálico ser de 8 a 25% em peso e a concentração de nanoparticulas condutoras ser de 0,1 a 1% em peso, cada uma em relação ao peso da fibra de carbono munida com revestimento metálico e acabamento.
  2. 2. Fibra de carbono de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a concentração das nanoparticulas condutoras é de 0,1 a 0,5% em peso em relação ao peso da fibra de carbono munida com revestimento metálico e acabamento.
  3. 3. Fibra de carbono de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por as nanoparticulas condutoras serem nanotubos de carbono.
  4. 4. Fibra de carbono de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizada por a concentração de revestimentos metálicos ser de 10 a 25% em peso.
  5. 5. Fibra de carbono de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizada por o metal que forma o revestimento metálico ser cobre.
  6. 6. Método para produzir fibras de carbono para materiais compósitos com uma condutividade melhorada, caracterizado por compreender: a) Fornecimento de uma fibra de carbono constituída por filamentos de fibra de carbono, b) Realização de um processo de revestimento para depositar um metal na forma de um revestimento metálico nos filamentos, c) Aplicação de um acabamento aos filamentos munidos com o revestimento metálico, em que o acabamento contém nanopartícuias condutoras. sendo que os passos b) e c) são realizados de tal modo que a concentração do revestimento metálico é de 8 a 25% em peso e a concentração das nanopartícuias condutoras é de 0,1 a 1% em peso, cada um em relação ao peso da fibra de carbono munida com revestimento metálico e acabamento.
  7. 7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por os passos a) a c) serem executados em sequência num processo contínuo.
  8. 8. Método de acordo com as reivindicações 6 ou 7, caracterizado por o passo b) ser um processo de electrodeposição.
  9. 9. Método de acordo com qualquer das reivindicações 6 a 8, caracterizado por o metal depositado no passo b) ser cobre.
  10. 10. Método de acordo com quaisquer das reivindicações 6 a 9, caracterizado por o passo c) para aplicar o acabamento ser um passo de impregnação, no qual os filamentos de fibra de carbono são impregnados com uma dispersão aquosa que contém nanopartícuias condutoras.
  11. 11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a dispersão conter adicionalmente pelo menos uma resina epóxi e/ou pelo menos uma resina de poliuretano.
  12. 12. Material compósito reforçado com fibras que compreende fibras de carbono constituídas por filamentos de fibra de carbono, em que os filamentos de fibra de carbono estão revestidos com um metal e uma matriz à base de polímero, em que a percentagem em volume das fibras de carbono no material compósito é de 30 a 70 vol. %, em que o material compósito contém adicionalmente nanopartícuias condutoras que estão dispersas pelo menos parcialmente na matriz, em que a concentração do metal no material compósito se encontra na gama de 2,5 a 30% em peso em relação ao peso das fibras de carbono contidas no material compósito e em que a concentração das nanopartícuias condutoras no material compósito se situa na gama de 0,04 a 0,65% em peso.
  13. 13. Material compósito reforçado a fibra de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por as nanopartícuias condutoras serem nanotubos de carbono.
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