PT86385B

PT86385B - Compositos de resina reforcada com fibras de carbono e de vidro alinhadas separadas por estiramento

Info

Publication number: PT86385B
Application number: PT86385A
Authority: PT
Inventors: David Holmes Edison; Richard Kafue Okine; Thomas Edward Armiger; James Ronald Layton; Herbert G Lauterbach
Original assignee: Du Pont
Priority date: 1986-12-16
Filing date: 1987-12-16
Publication date: 1990-11-20
Also published as: US4759985A; DE3768787D1; ATE61787T1; DK657687A; ES2021064T5; AU592736B2; EP0272088B2; JP2530869B2; JPH08269211A; JPS63191836A; IL84831A; DK657687D0; KR880007213A; US4863780A; JP2592229B2; CA1309244C; GR3001814T3; IE61309B1; ES2021064B3; PT86385A

Description

COMPÕSITOS DE RESINA REFORMADA COM FIBRAS DE CARBONO E DE VIDRO ALINHADAS SEPARADAS POR ESTIRAMENTO

Enquadramento Geral da Invenção:

A presente invenção refere-se a um processo para separar filamentos de carbono e vidro,por estiramento , e usar as cintas se paradas por estiramento para formar um compósito de ou uma matriz reforçada com fibras de carbono ou uma matriz reforçada com fibras de vidro.

Têm-se fabricado chapas compósitas de ou resina reforçada com filamentos contínuos de fibra de carbono ou de resina reforça da com filamentos contínuos de fibra de vidro. Uma técnica consiste em preparar uma urdidura de filamentos, por exemplo enrolan do-os numa moldura, impregnando-os com resinas e comprimindo-os a quente para formar uma chapa plana fina que 4 cortada de uma moldura. Diversas destas chapas são então sobrepostas em cruz e novamente prensadas a quente para formar o produto compósito reforçado final. Estes produtos têm uma elevada resistência mecânica e rigidez.

Ocorrem problemas quando se fazem tentativas para produzir artigos a três dimensões profundamente deformados, prensando a quente chapas de resina contendo filamentos contínuos de carbo no ou de vidro. Os artigos em muitos casos, apresentam áreas irre guiares a ondulações. A utilização de fibras de carbono ou de /

(f vidro em mechas como reforço resolve substancialmente os problemas acima indicados, mas com um grande sacrifício relativamente à resistência mecânica e à rigidez.

Numa situação semelhante que envolve fibras de P-aramida, uma solução para o problema acima mencionado foi a utilização de certas fibras de P-aramida separadas por estiramento, tal como se refdte na patente de invenção norte-americana N2 4.552*805, con cedida a Fish e Lauterbach. No entanto, como os filamentos de car bono e de vidro apresentam uma pequena ou nenhuma possibilidade de coesão quando processados de acordo com os processos conhecidos de ruptura por estiramento, não se conseguiu formar urdiduras de fibras de carbono ou de vidro por estes processos conhecidos.

A presente invenção permite formar urdiduras de fibras sol. tas coesivas de filamentos de carbono e de vidro rompidos por esti ramento para utilização na formação de um compósito de resina reforçado com fibra de carbono ou de vidro, utilizável para as finalidades de profunda deformação com pequeno sacrifício da resistên cia mecânica e da rigidez.

Sumário da Invenção:

A presente invenção refere-se a uma urdidura coesiva de fibras soltas de vidro ou de carbono cortadas por estiramento ten. do um elevado grau de alinhamento axial e um revestimento de um acabamento que compreende um lubrificante viscoso e um ingredien, te anti-electricidade estática. 0 âmbito da invenção compreende também os compósitos de uma matriz de resina reforçada com essas urdiduras e as estruturas com formas definidas formadas a partir delas.

Breve Descrição dos Desenhos:

A Figura 1 é unia representação esquemática de una forma de realização preferida de uma máquina para utilização num proces so contínuo na realização prática da presente invenção.

A Figura 2 é uma representação esquemática da máquina para aplicar o acabamento a um fio constituído por filamentos de carbono ou de vidro.

A Figura 3 é uma representação esquemática da máquina para cortar por estiramento um fio de carbono ou vidro coesivo.

Descrição Pormenorizada da Forma de Realização Preferida:

Fazendo referência a Figura 1, a forma de realização preferida inclui, geralmente, um urdidor (10) para embalagens de abas tecimento de fio (12), uma pluralidade de berras de tensionamento do fio geralmente designadas por (lv), um aplicador de acabamento (16), constituído por um rolo de acabamento rotativo (18), que mergulha e emerge de um tabuleiro (20) cheio com um acabamento líquido (22), um par de rolos com entalhes de guiamento (24 e 26), que estão colocados entre o aplicador de acabamento (16) e um Turbo Stapler (28) (fabricado pel firma Turbo Machine Co., Landsdale, PA., Estados Unidos da América. 0 Turbo-Stapler inclui um par de rolos de aperto accionados (30 e 32), que apertam firmemente a cinta de estopa (34) que foi consolidada a partir dos fios individuais no guiamento (29). Os rolos de aperto (30 ® 32) alimentam a cinta de estopa (34) com uma velocidade constante a um par de rolos da frente (36 e 38), que também apertam a cinta de estopa (34) e a extraem das barras de ruptura (39) e a alimentam

sob a forma de um conjunto de fibras soltas a um guiamento de condensação (^0), a partir do qual o conjunto de fibras soltas é alimentado a um enrolador final (não representado) para embalagem.

Em funcionamento, o fio de vidro ou de carbono (13) de emba lagens individuais (12) é alimentado a partir do urdidor (1C) e passa pelo rolo de acabamento (18) em que é revestido com o acabamento (22). Os fios são consolidados no guiamento (29), submetidos a tensão entre os rolos (30 e 32) e os rolos da frente (36 e | 38) e, depois, são cortados aleatoriamente por barras rompedoras (39) que os deflectem repentinamente para os lados. 0 revestimento de acabamento do fio do pavio é suficiente para permitir que 0 pavio seja puxado através do guiamento (40) até ao enrolador final sem a desassociação das fibras que constituem o pavio.

Embora o processo contínuo ilustrado na Figura 1 seja 0 preferido, a aplicação do acabamento a fibras de filamentos contí nuos de carbono ou de vidro e a ruptura por estiramento dos filamentos revestidos pode realizar-se em duas operações, isto é, os processos separados de aplicação do acabamento e de ruptura por estiramento, de acordo com as Figuras 2 e 3» como se descreve sub sequentemente no Exemplo 1.

Mais particularmente, como se mostra na Figura 2, fio de vi dro ou de carbono (13)» proveniente da embalagem (12), é alimentado através das barras de tensionamento do fio (1M-* ), passando pelo rolo de acabamento (18), em que é revestido com o acabamento (o2) e enrolado numa bobina (12’) e deixado secar. 0 fio proveniente das bobinas (12') é, em seguida, cortado por estiramento por barras de rompimento (39) (Figura 3) no Turbo-Stapler, como se descreveu acima em ligação com a Figura 1.

acabamento utilizado na presente invenção 4 um material que provoca uma força de arrastamento viscoso interfilamentos suficientemente elevada para permitir a manipulação necessária para fazer um compósito, tal como o enrolamento e o desenrolamento a partir de uma embalagem. Mais particularmente, o acabamento usado para aplicação na fibra de carbono é uma mistura de uma parte de um componente anti-estático apropriado e duas partes de um lubrificante viscoso não pegajoso com uma consistência que confere ao conjunto de fibras soltas cortado,uma coesão adequada (mínimo de 0,01 grama por denier) sem perajosidade ou sem comprometer a adesão fibra-matriz no compósito final. A proporção de produto anti-estática da mistura pode ser reduzida ou mesmo eliminada se a fibra de reforço for electricamente condutora (por exemrlo, fibras de carbono).

Um lubrificante viscoso apropriado é monolaurato de polietilenoglicol (peso molecular 400) e uma amida de ácido láurico, en quanto um agente anti-estático apropriado é uma mistura de mono-és teres e de di-ésteres de fosfato de álcoois gordos Cg-Gpp ^neu,fepali zados com dietilamina.

Preferivelmente, a percentagem de acabamento aplicada à fi bra está compreendida dentro do intervalo de cerca de 0,3 4 a cerca de 0,5 % .

De acordo com a presente invenção, pretende-se obter compó sitos planares formáveis e não planares com a forma prentendida. Para os compósitos deformáveis, isto é, os compósitos que podem ser transformados em estruturas tridimensionais não planares de forma definida a elevadas temperaturas (sempre que necessário), po dem empregar-se na matriz resinas ^árias termoplásticas ou do tipo

termo-endurecível não completamente curadas. Neste último caso, a resina termo-endurecível é curada depois de o comoósito ter assu mido a sua forma definitiva. A resinas termoplásticas apropriadas incluem resinas de poli-éster (incluindo copoliésteres), por exempio, tereftalato de polietileno, copoliéster Kodar^ P3TG 6763 (Sastman Kodak); poliamidas, por exemplo, nylon 6,6; poliolefinas, por exemplo, polipropileno; também se incluem as resinas resisten tes a altas temperaturas, tais como um copolímero amorfo de poliI amida com base em bis-(para-aminociclohexil)-metano, um homopolímero semi-critalino de poliamida com base também em bis-(para-ami nociclohexil)-metano e poliéter-éter-cetona. As resinas termo-en durecíveis que são utilizáveis incluem resinas fenólicas, resinas de epóxido e resinas de ésteres de vinilo.

A proporção dos filamentos de reforço para a matriz pode variar mas, preferivelmente, está compreendida entre 40 e 75 fo em volume. 0.8 comprimentos médios das fibras também podem variar mas, preferivelmente, estão compreendidos entre cerca de 1,2 centí metros e cerca de 15 centímetros C/2 a 6 polegadas) de comprimento com uma distribuição de sobreposi_são aleatória. Cerca de 85 % das fibras estão alinhadas dentro de + 10 graus, preferivelmente + 5 graus em relação à direcção axial.

compósito pode ser feito por uma variedade de procedimentos. Assim, um conjunto de fibras soltas cortado por estiramento pode ser enrolado numa moldura coberta com uma película de resina termo-plástica para formar uma urdidura. A urdidura de fi lamentos cortados por estiramento, no entanto, pode fazer-se por qualquer técnica conhecida dos entendidos na matéria, por exemplo, por urdidura ou bobinagem. Obtém-se uma pré-forma quando se colo

ca uma outra película de resina termoplástica por cima da urdidura para formar uma sanduíche que é aquecida num saco submetido a vazio e depois retirada da moldura. Algumas dessas pré-formas podem ser empilhadas enquanto desalinhadas para proporcionar multi-direccionalldade e depois a pilha pode ser aquecida sob pressão para for mar uma estrutura compósita.

Outras técnicas para aplicar um polímero que forma a matriz incluem o espalhamento da resina pulverizada sobre a urdidura do conjunto de fibras soltas seguido por aquecimento para fundir a re sina; deixa-se depois escorrer a resina líquida sobre a urdidura, intermistura-se fibra termoplástica com a urdidura de fibras soltas e aquece-se então até fundir a fibra termoplástica, ^x>ormando~se desse modo a resina da matriz e submete-se a urdidura a uma operação de calandragem entre camadas de película de matriz etc.

Técnicas de Ensaio

Resistência h Tracção do Compósito

Os ensaios de resistência h tracção dos compósitos realiza ram-se seguindo a técnica geral descrita no Ensaio ASTM D-3039-76 intitulado Método de Ensaio Padrão para Determinar as Propriedades de Resistência h Tracção de Compósitos de Fibra-Resina” (Standard Test Method for Tensile Properties of Fiber-Resin Composite).

Corte em Suporte Curto:

Os ensaios de corte em suporte curto efectuaram-se de acor

do com a técnica geral descrita no Método ASTM D 23^+-76 intitulado Método de Ensaio Padrão para a resistência ao corte Interlaminar Aparente de Compósitos de Fibras Paralelas pelo Método do Suporte Curto (Standará Test Method for Apparent Interlaminar Shegr Strength of Parellel Fiber Composites by Short Beam Method ). com a diferença de a ponta de aplicação de carga ter 1,6 milímetros ( 516 de polegada) de raio em vez de 3,2 milímetros ( Vg de po legada).

)

Coesão do Conjunto de Fibras Soltas fio a ser ensaiado relativa:?;ente à coesão do conjunto de fibras soltas foi colocado nas garras do conjunto de uma máquina de ensaio de tracção Instron para um comprimento do extensÔmetro de 43,2 centímetros (17 polegadas), uma velocidade do cabeçote igual a 25Λ centímetros (10 polegadas) por minuto e uma velocidade do papel de registo igual a 30 centímetros (12 polegadas) por minuto. 0 cabeçote foi posto em funcionamento de maneira a apli) car uma tensão de tracção à amostra e registou-se a força máxima em gramas indicada no gráfico e dividiu-se pelo denier do conjun to de fibras soltas de maneira a obter-se a respectiva coesão.

Acabamento Aplicado ao Fio acabamento aplicado ao fio é determinado por um método de acordo com o qual se extraem amostras pesadas gravimetricamen te com um dissolvente ou dissolventes prescritos à temperatura ambiente, contendo o dissolvente o acabamento dissolvido e quaisquer outros materiais que possam ser lavados das amostras, o qual é transferido para um recipiente previamente pesado e depois eva-

porado. Pesa-se o resíduo extractável. Calcula-se a percentagem de materiais extractáveis com base no peso da amostra isenta de extractáveis. Para todos os materiais de acabamento, com excepç&o da glicerina, utiliza-se Aerothane'—' (1,1,1-tricloroetano) como dissolvente; para a glicerina utiliza-se metanol como dissolvente.

Alongamento por Tracção a Temperatura Elevada:

A amostra a ensaiar foi colocada nas garras de uma máquina de ensaio de tracção Instron, regulada para um comprimento do extensómetro particular e utilizou-se uma velocidade do cabeçote da máquina que depende da amostra.- Na superfície da amostra, ‘colocou-se um termopar a igual distância entre as garras e colocou-se uma estufa cilíndrica aquecida electricamente com 20 centímetros (8 polegadas) de comprimento em volta da amostra, deixando um espaço de cerca de 2,5 centímetros (1 polegada) entre o fundo da estufa e a garra inferior. As extremidades abertas da estufa foram vedadas com um tampão de material isolador para evitar perdas ror conversão de calor e o aquecimento das garras. Ligou-se a estufa e aque ceu-se a amostra para diminuir a sua viscosidade de maneira a rermitir o alongamento (temperatura determinada rela viscosidade, tem po, dados de temperatura do material da matriz. As amostras feitas com resinas de matriz termó-endurecíveis têm de ser ensaiadas no seu estado não curado). Manteve-se a amostra a esta temperatura durante 15 minutos para garantir o equilíbrio térmico. Começou-se então a afastar o cabeçote da máquina e deixou-se que a experiência prosseguisse até que a secção aquecida da amostra se tivesse alongado 50 Retirou-se a estufa e inspeccionou-se a amostra para determinar se estava ou não partida.

Orientação das Fibras:

Preparou-se uma fotomicrografia da superfície do compósi to (com ampliação de 2^0 a). Mediu-se o ângulo entre o eixo de cada fibra e a direcção axial do compósito cora um prolongador na fotomicrografia e fez-se uma tabela. Registou-se a percentagem de fibras que estavam dentro de um ângulo de + 5 graus era relação K direcção axial.

Exemplo 1

Prepararam-se quatro bobinas de fibras de filamentos de carbono contínuos 2000 Denier (3K AS-4 de Hercules Inc.)para ruptura por estiramento, aplicando um acabamento constituído por duas partes de um lubrificante (monolaurato de polietilenoglicol e uma amida láurica) e uma parte de um material anti-estático (ésteres mistos de monofosfato e de difosfato de álcoois gordos neutralizados com dietanolamina). Aplicou-se o acabamento fazendo passar a fibra de filamento de carbono contínuo, uma bobina de ca da vez, com uma velocidade de 6g,5 metros/minuto (7¹* jardas/minuto) sobre um rolo de acabamento que foi humedecido com uma emulsão a U· % de mistura de agente lubrificante-agente anti-estático (Figura 2). Deixou-se que as quatro bobinas repousassem durante a noite para evaporar a água. 0 nível de acabamento depois da secagem era igual a 0,33 %·

As quatro bobinas de fibra de carbono foram rompidas por estiramento num Turbo-Stapler (Turbo Machine Co., Lansdale, PA, (Estados Unidos da América)como se mostra na Figura 3· A velocidade da superfície dos rolos (3θ>32) era igual a 32,*+ metros/minuto /

(35,4 jardas/minuto) e a velocidade da superfície dos rolos da frente (36,38) era igual a 100,5 metros/minuto (110 jardas/minuto). A velocidade da ponta das barras de ruptura (ay) era igual a 64,9 metros/minuto (71 jardas/minuto). 0 conjunto de fibras soltas resultante era de 2422 denier e tinha um valor de coesão de 0,18 grama/denier, que era suficiente para permitir o enrolamento sem torção num tubo cilíndrico de papel usando um enrolador Leesona do tipo 959. 0 comprimento médio das fibras determinado em 50 medições deste pavio era igual a 8,1 centímetros (3,2 polegadas) (mais curtas 1,8 cm = 0,7 polegada; mais compridas 14,2 cm = 5,6 polegadas).

Preparou-se uma urdidura a partir deste conjunto de fibras soltas enrolando-o num tubo de papel, com vinte e cinco pontas por polegada, numa chapa metálica quadrada com 40,6 cm (16 polegadas) de lado. Colocou-se uma película com a espessura de 51 micrómétros (2,0 milésimos de polegada) de resina termoplástica /* um copolímero amorfo de poliamida com base em bis-(para-aminociclohexil)-metano J na moldura antes de enrolar 0 conjunto das fibras soltas e adicionou-se uma outra depois do enrolamento estar completo. Encerrou-se a sanduíche completa num saco sob vazio a 280°C durante quinze minutos, depois do que se cortou da chapa. Este produto chamado pré-forma, constituía então uma sanduíche de fibras cortadas por estiramento/matriz relativamente rígida bem impregnada, em que todas as fibras soltas estavam alinhadas numa direcção.

Empilharam-se doze destas pré-formas umas por cima das outras, com todas as fibras na mesma direcção. Aqueceu-se esta pilha num molde a 3θ5°Ο & pressão de 35 kg/cir?(500 libras por polega da quadrada) durante trinta e cinco minutos para, se obter uma cha12

pa bem consolidada com 2,36 milímetros (93 milésimos de polegada) de espessura e uma fracção volumétrica de fibras isual a 55 ú. Os ensaios de corte de apoio curto realizados em amostras com 1,3 centímetros (0,5 polegada) de largura cortadas desta placa indicaram um valor da resistência igual a 959 kg/crr/⁵ (13 700 libras por por polegada quadrada). Concluiu-se que a presença do acabamento não afectou adversamente a adesão da fibra a polímero da matriz.

Fabricou-se uma segunda chapa a partir de dez destas pré-formas, empilhando-se de tal modo que as direcções das fibras cor tadas por estiramento estivessem desalinhadas de quarenta e cinco graus no sentido do movimento dos ponteiros do relógio em camadas sucessivas. 0 plano inferior da quinta camada foi considerado como plano de reflexão e as cinco camadas seguintes foram empilhadas de modo que as direcções da urdidura das fibras cortadas por esti ramento fcasem imangens simétricas das cinco camadas de cima em ralação àquele plano. Moldou-se esta sanduíche como se mencionou acima de maneira a obter-se uma chapa bem consolidada com uma frac ção em volume de fibras igual a 55 Aqueceu-se esta chapa a 322°C e moldou-se de maneira a obter-se uma semi-esfera com 0 raio de 7,5 centímetros (3 polegadas). A chapa conformou-se muito bem à forma do molde e concluiu-se que 0 produto era deformável a fundo sem se formarem rugas.

Exemplo 2

Preparou-se um conjunto de fibras soltas de vidro cortadas por estiramento pelo método descrito no Exemplo 1, com a diferença de se ter utilizado fibras de filamentos contínuos de vidro com

6700 denier (T-JO PJ55B de Owens-Corning Fiberglass) e de 0 acabamento ter sido aplicado por pulverização de uma emulsão aquosa a 10 $ sobre as fibras. A emulsão era bombeada para 0 injector de pulverização com 0 caudal de 5 centímetros cúbicos por minuto e a pressão do ar utilizada era de 0,21 kg/cr^ (3 psi). 0 fio era puxado para além da cabeça de pulverização com a velocidade de 50,3 metros por minuto (55 Jardas por minuto) por um par de rolos de aperto e enrolado num tubo cilíndrico de papel. Depois de se secar, a nível do acabamento era igual a 0,35 Preparou-se 0 conjunto de fibras soltas cortadas por estiramento a partir de duas bobinas de filamento contínuo tratado com acabamento e tinha uma coesão igual a 0,0? grama por denier, que era adequsda para enrolar como no Exemplo 1. Além disso, 0 acabamento controlou a formação de electricidade estática no processo de estiramento-ruptura até um nível aceitável. 0 comprimento médio das fibras medido em cinquenta ensaios deste conjunto de fibras soltas era igual a 8,6 cen tímetros (3,4· polegadas) (mais curtas 2,5 centímetros = 1,0 nole«?a da; mais compridas 25,9 centímetros- 10,2 polegadas).

Preparou-se uma chapa unidireccional a partir deste conjun to de fibras soltas e de película de PETG (copoliéster de PETG Kodar<^ 6763, Eastman Kodak) pelo método descrito no Exemplo 1, com a diferença de o distanciamento entre os conjuntos de fibras ser de 26 extremidades por polegada, de a espessura de película ser igual a 76 micrómetros (3,0 milésimos de polegada) e de se terem usado oito camadas de pré-forma, de maneira a obter-se uma ^rac ção de 55 em volume de fibra.

Os ensaios de corte em suporte curto numa amostra com a lar gura de 1,3 centímetros (0,5 rolegada) cortadas desta chapa origina o

ram um resultado de 378 kg/cnr (5 *+00 libras por polesada quadrada).

Concluiu-se que a presença do acabamento não tinha afectado a ade são de fibra b matriz de polímero.

Exemplo 3

Preparou-se uma amostra de um conjunto de fibras soltas de carbono usando o processo de ruptura por estiramento descrito no Exemplo 1, com a excepção de o acabamento não ser pré-aplicado à | fibra contínua e de se terem usado duas bobinas em vez de quatro.

Á3 duas extremidades das fibras de carbono foram feitas contactar com Uma almofada de feltro saturada com glicerina que estava colocada entre o guiamento de tensão e o rolo de alimentação. 0 nível de glicerina nas fibras soltas foi de 0,5 0 comprimento médio das fibras em cinquenta ensaios de medição deste pavio era igual a 8,13 centímetros (3,2 polegadas) (fibras mais curtas 1,52 centímetros =0,6 polegadas; fibras mais longas 20,1 cm = 7,9 polegadas). Mediu-se a coesão em função do tempo versus conjunto de fibras do Exemplo 1 com os seguintes resultados:

►

Coesão, Gramas por Denier

Dias Glicerina Exemplo 1

1	0,58	‘ 0,15
9	0,79	0,2^
16	0,02	0,25
22	0,02	0,25
30	0,02	0,21

Exem21

Exemplo Μ·

Transformou-se numa urdidura o conjunto de fibras soltas do Exemplo 3 tratado com glicerina, pré-formou~se e obteve-se uma chapa unidireccional usando o ..étodo do Exemplo 1. A contagem das pontas era igual a doze por polegada, a película era de PETG com a espessura de 7& micrómetros (3_}0 milésimos de polegada (copoliéster de PETG Kodar® 6763 de Eastman Kodak) e empilharam-se | seis pré-formas para formar a chapa que tinha uma fracção de fibras igual a h-O % em volume. A chapa foi cortada em pedaços com

1,3 centímetros (0,5 polegada), dotada com abas de alumínio e sub metida a ensaios de tracção com um extensómetro de 20 centímetros (8 polegadas) de comprimento, tendo-se obtido os seguintes resultados:

Resistência à tracção,psi 127 ^00 (kg/cm^ 8890);

Módulo, psi 11 600 000 (kg/cm^? 812000).

Concluiu-se que 0 produto tinha uma resistência mecânica muito elevada e um módulo muito grande. A uniformidade de orientação das fibras na superfície desta chapa foi medida a partir de uma fotomicrografia e verificou-se que 85 das fibras estavam dentro do intervalo de + 5 graus em relação à direcção axial.

Exemplo 5

Transformou-se fibra d« carbono de filamentos contínuos de 2 000 denier numa urdidura, em pré-formas e numa chapa unidireccional, 0 número de pontas era igual a doze por polegada, a película tinha 76 micrómetros (3,0 milésimos de polegada) de es-

pessura de PETG (copoliéster de PETG Kodar<2/ 6763 de Eastman Kodak) e empilharam-se dezasseis pré-formas para se obter a chapa que tinha uma fracção de 40 em volume de fibras. Cortou-se a chapa em tiras com 1,3 cm (0,5 polegada) de largura dotadas com abas de alumínio e submeteram-se a ensaios de tracção com um exten sómetro de 20 centímetros (8 polegadas) d^ra comprimento, tendo-se obtido os seguintes resultados:

Resistência à tracção, psi 139 800 {kg/cnf³ 9796); Módulo, psi 11 600 000 (kg/cr? 12000);

Conluiu-se que 0 produto do Exemplo 4 apresentava a resis. tência mecânica e a rigidez esperadas das fibras de carbono de filamentos contínuos. 0 produto do Exemplo *+, embora feito de fibra descontínua cortada por estiramento, tinha 90 % da resistância mecânica e da rigidez do produto feito com filamentos contínuos. Supõe-se que estas excelentes propriedades são devidas ao elevado grau de ordem das fibras cortadas por estiramento.

I

Exemplo 5

Preparou-se um conjuto de fibras de vidro cortadas por estiramento pelo método do Exemplo p,com a diferença de não se ter pré-aplicado acabamento à fibra contínua. Em vez disso, a fibra, ao ser alimentada ao Turbo-Stapler, foi pulverizada periodicamente com um produto pulverizável anti-estático Jif-Job (Schafco, Lancaster. PA»_;, Estados Unidos da América). As velocidades do rolo e da barra O'¹ ruptura eram iguais a metade dos valores utilizados no Exemplo 2. 0 comprimento médio das ^ibras determinado em cin-

quenta medições deste conjunto de fibras era igual a 7,9 centímetros (3,1 polegadas) (fibras .ais curtas 2,5 centímetros = 1,0 polegada; fibras mais compridas 14,7 centímetros =5,3 polegadas). Este conjunto de fibras soltas foi transformado numa urdidura, em pré-formas e numa chapa unidireccional pelo método descrito no Exemplo 1. a contagem das extremidades foi de 21 por

2,5 centímetros (polegada), a película tinha 76 micrónetros (3,0 milésimos de polegada) de espessura formada por PETG (copoliéster de PETG Kodar<-' 6763 de Eastman Kodak) e empilharam-se cinco pré -formas para se obter a chapa que tinha uma fracção de 40 - em volume de fibras. A chapa foi cortada em tiras com 1,3 centímetros (0,5 polegada), dotadas com abas de alumínio e submetidas a ensaios de tracção com um extensómetro de 20,3 centímetros (8 polegadas) de comprimento, com os seguintes resultados:

Resistência à tracção, psi 67 200 (kg/cm^ 4704)

Módulo, psi 4 950 000 (kg/cm² 346500).

Concluiu-se que o produto tinha uma resistência à tracção e um módulo muitos elevados.

Exemplo 7

Transformou-se fibra de vidro de filamentos contínuos de

700 denier numa urdidura, em pré-formas e numa chapa unidireccional. A contagem das pontas foi igual a treze pontas por polegada (2,5 centímetros), a película tinha a espessura de 0,076 milímetros (3,0 milésimos de polegada) de espessura, feita de PETG (copoliéster de PETG Kodar^) 6763 de Eastman Kodak) e empilharam-se cinco pré-formas de maneira a obter-se a chapa que tinha uma

fracção de 40 ^c/₀ em volume de fibra. Cortou-se a chapa em tiras com 1,3 centímetros (0,5 polegada), dotadas com abas de alumínio e submeteram-se a ensaios de tracção com um extensómetro de 20,3 centímetros (6 polegadas) de comprimento, com os seguintes resultados;

o

Resistência à tracção, psi 67 900 (kr/cm 4-753);

Módulo, psi. 5 4-60 000 (kg/cm² 382200).

Concluiu-se que 0 produto do Exemplo 6 possuia a resistência mecânica e a rigidez esperadas das fibras de vidro de filamentos contínuos. 0 produto do Exemplo 6, muito embora feito de fibra descontínua, tinha 90 $ de resistência mecânica e da rigidez do produto de filamentos contínuos.

Exemplo 8

Preparou-se uma pré-forma de um conjunto de fibras soltas de carbono cortadas por estiramento com uma resina de enóxido (Hercules 3501-6), adoptando a sesuinte maneira de proceder:

1) Liquefez-se a resina consolada aquecendo-a h temreratura ambiente e depois aqueceu-se a 32,2°C (1qO°F) durante quinze minutos.

2) Vazou-se uma película de resina sobre papel de libertação; em seguida, arrefeceu-se até 9°C (4-0°F) para interromper a reacção de polimerização e cobriu-se a superfície exposta com uma película de poliéster para protecção.

3) Enrolou-se a sanduíche de papel-resina-película num tambor com o diâmetro de 2,1 metros (7 pés) e removeu-se a pelícu

la de poliéster.

4) Sobre a resina exposta, enrolou-se c conjunto de fibras de grafite com 2 3θθ denier obtido pelo processo que se descreveu no Exemplo 1 com nove extremidades por polegada (2,5 centí metros) numa largura total de 26,7 centímetros (10,5 polegadas).

comprimento médio das fibras resultante de cinquenta medições deste conjunto de fibras foi igual a 6,1 centímetros (3,2 polegadas) (fibras mais curtas 1,8 centímetros e 0,7 polegada; fibras mais compridas 14,2 centímetros = 5,6 polegadas).

5) Removeu-se a película de poliéster de uma segunda san duíche de pape1-resina-pelícuia e enrolou-se ror cima da camada de grafite no tambor para se obter uma sanduíche de papel-resina-grafite-resina-papel.

6) Desenrolou-se a sanduíche do tambor e submeteu-se em saco plano à acção de ^azio a 6o°C (140°F) durante dez minutos, para forcar a resina a penetrar na camada de grafite e, em seguida, congelou-se para uso posterior. A espessura de parte de resi na-grafite desta sanduíche era igual a 0,18 milímetros (7 milésimos de polegada).

Uma tira de compósito unidireccional, feita mediante empilhamento em conjunto de dez camadas de tiras com 1,9 centímetros (3/4 de polegada) de largura e 35,6 centímetros (14 polegadas) de comprimento (direcção das fibras paralela h dimensão de 35,6 centímetros = 14 polegadas) da pré-forma de grafite-resina foi ensacada sob vazio durante dois minutes. Curou-se parcialmen te um comprimento de 2,5 centímetros (1 polegada) em cada uma das extremidades da tira aquecendo-a a 120°C durante duas horas en-

quanto se conservavam os 30,5 centímetros (12 polegadas) centrais da tira arrefecidos com neve carbónica. Com um extensómetro com o comprimento igual a 27,9 centímetros (11 polegadas) e uma velo cidade do cabeçote igual a 12,7 centímetros (5 poleradas) ror minuto, realizou-se um ensaie de estampagem sob traeção a elevada temperatura a 12a-⁰C na cinta com 35,6 centímetros (15- polevadas) de comprimento por 1,9 centímetros (3/5- de polegada) de largura, que mostrou que o compósito podia ser deformado 50 / sem se romper, o que corresponde a um elevado grau de deformabilidade.

Preparou-se uma chapa compósita a partir de dez camadas dha sanduíche obtida na operarão 6 acima referida, retirando o papel de libertação, cortando a pré-forma de grafite-resina em chapas e empilhando-as de modo que a direcção das fibras cortadas por esti ramento estivesse desalinhada de 5-5 graus no sentido do movimento dos ponteiros do relógio em camadas sucessivas. 0 plano inferior da quinta camada foi considerado como um plano de reflexão e as cinco camadas seguintes foram empilhadas de modo que as direcções de urdidura do conjunto de fibras soltas cortadas por estiramento fossem simétricas das cinco camadas superiores em relação aquele plano.

Esta sanduíche foi ensacada sob vazio h temperatura ambiente durante dois minutos para promover a adesão das camadas umas às outras. Esta chapa foi moldada de maneira a obter-se uma se.ni-esfera com um raio igual a 7,6 centímetros (3 polegadas) e foi curada no molde a 175°C durante duas horas. A chapa conformou-se muito bem à força do molde·e concluiu-se que o produto era facilmente deformável.

Exem-

Exemplo 9

Cortaram-se por estiramento quatro bobinas de fibra de carbono de filamentos contínuos de 2000 denier (3K AS-4 de Hercules Inc.) num Turbo-Stapler (Turbo Machine Co., Lansdale, PA., Estados Unidos da América), montado como se representa na Figura 1. Com um rolo molhado, aplicou-se um? solução aquosa a 10% do acabamento descrito no Exemplo 1. A velocidade da superfície dos rolos intermédios era igual a 16,2 metros/minuto (17,7 jardas/minuto) e a velocidade da superfície dos rolos da frente era igual a 5θ,5 metros/minuto (55 jardas/minuto). A velocidade da pon ta das barras do cortador era de 32, 4 metros/minuto (35»5 jardas/ /minuto). 0 conjunto de fibras soltas resultante tinha 2250 denier. 0 comprimento médio das fibras resultantes de cinquenta determinações deste conjunto de fibras soltas era igual a 8,4 centímetros (3,3 polegadas) (fibras mais curtas 2,0 centímetros 0,8 polegada; fibras mais compridas 14 centímetros « 5,5 polegadas).

A partir deste conjunto de fibras preparou-se uma urdidura enrolando-o vinte e sete extremidades por polegada (2,5 centímetros) numa chajàa metálica quadrada com 45,7 centímetros (18 po. legadas). Na moldura colocou-se uma película com a espessura de 0,076 milímetros (3,0 milésimos de polegada) de resina termoplástica (copoliéster de PETG) antes de se enrolar o conjunto de fibras e adicionou-se outro depois de o enrolamento estar completo. Ensacou-se sob vazio a sanduiche completa a 2?0°C durante quinze minutos, depois do que se cortou da moldura. Este produto, designado como pré-forma, constituía agora uma sanduiche matriz/con junto de fibras cortadas por estiramento relativamente rígida bem impregnada, em que todos os conjuntos de fibras estavam alinhados numa direcção.

Empilharam-se sete destas pré-formas por cima umas das outras, com todas as fibras na mesma direcjão. Aqueceu-se esta pilha num molde a 2C0°C sob 28 kg/cm^ (900 libras por polegada quadrada) durante trinta minutes para se obter uma chapa bem consolidada com 12,1 milímetros (82 milésimos de polecada) de espessura a uma fraeção de fibras igual a 50 / em volume.). Os ensaios de extraeção por estampagem a alta temperatura com um extensómetro de 25,centímetros (10 polegadas) de comprimento e uma velocidade de afastamento do cabeçote igual a 25,8- centímetros (10 polegadas por minuto, realizado a 2Ó2°C com tiras de 30,5 centímetros (12 po legadas) de comprimento por 1,9 centímetros (0,75 polegada) de lar gura, cortadas desta chapa com a direcçao das fibras paralela ao comprimento de 3O?5 centímetros (12 polegadas) mostrou que o compósito podia d^Qformar-se 50 / sem se romper,o que permite prever um elevado grau de deformabilidade.

Exemplo 10

Num Turbo-Stapler (Turbo Machine Co., Lansdale, PA.,

Estados Unidos da América), montado como se mostra na Figura 1, cortaram-se por estiramento duas bobinas de fibra de vidro de filamentos contínuos com 6700 denier (T-30 p353® da firma Owens-Corning Fiberglass). Com um rolo molhado, aplicou-se uma solução aquosa a 10 % do acabamento descrito no templo 1. A velocidade da superfície dos rolos intermédios era igual a 16,2 metros/ /minuto (17,7 jardas/minuto) e a velocidade da superfície dos rolos anteriores era igual a 50,3 metros cor minuto (55 jardas/minu to). A velocidade da ponta das barras de rompimento era igual a /

/

32,4· metros por minuto jardas/minuto). 0 conjunto de fibras resultante tinha 4100 denier. 0 comprimento médio das fibras resultante de cinquenta medições era igual a 3,6 milímetros (3,4 polegadas) (fibras mais curtas 2,29 centímetros - 0,^ polegada; fibras mais compridas 22,1 centímetros = 8,7 polegadas).

A partir deste conjunto de fibras soltas, preparou-se uma urdidura enrolando-o com vinte e duas extremidades por polegada (2,5 centímetros), numa chapa metálica quadrada com 45,7 centímetros (18 polegadas). Antes de se enrolar o conjunto de fibras, colocou-se uma película com a espessura de 0,076 milímetros (3,0 milésimos de polegada) de resine termoplástica (copoliéster de PETG) e adicionou-se em seguida outra depois de o enrolamento estar completo. Ensacou-se sob vazio a sanduíche inteira a 220°C du rante quinze minutos, depois do que se cortou da moldura. Este produto, designado como pré-forma, ccnstituia agora uma sanduíche do conjunto de fibras cortadas por estiramento/matriz relativamente rígida e bem impregnada, em que todas as fibras cortadas estavam alinhadas numa direcção.

Empilharam-se sete destas pré-formas em cima umas das outras, com todas as fibras na mesma direc;ão. Aqueceu-se esta pilha num molde a 2CC°C sob a pressão de 28 xg/cm2 (400 libras por polegada quadrada) durante trinta minutos, para se obter uma chapa bem consolidada com 2,1 milímetros (82 milésimos de polegada) de espessura e com uma frac^ão de fibras igual a 50 em volume. Os ensaios de resistência à trac^ão com deformarão a elevada temperatura com um comprimento do extensómetro igual a 25,4 centímetros (10 polegadas) e uma velocidade de afastamento do cabeçote igual a 25,4 centímetros (10 polegadas) por minuto,efectuados a

2ó2°C em tiras com o comprimento de 30,5 centímetros (12 polegadas) por por 1,9 centímetros (0,75 polegada) de largura cortadas a partir desta chapa com a direcção das fibras paralela à dimensão dos 30,5 centímetros (12 polegadas) ;ostrou que o compósito podia deformar-se 50 sem se romper, o que permite prever um elevado grau de de formabilidade.

Exemplo 11

Voltou a cortar-se o conjunto de fibras soltas do Exemplo para diminuir o comprimento das fibras, fazendo-o passar através de dois conjuntos de rolos de rertc revestidos com elastómaro com uma separação de 6,4 centímentros (2,50 polegadas) entre as pontas. A velocidade da superfície do segundo conjunto de rolos era igual a 9,1 metros por minuto (10 jardas por minuto) e a velocidade da superfície do primeiro conjunto de rolos era igual a 6,5 metros por minuto (7,1 jardas por minuto), originando um diferença de 1,4. 0 denier deste conjunto de fibras soltas novamente corta- | do era igual a 5371 e o comprimento médio das ibras obtido em cin quenta determina_yões era igual a v,0 centímetros (1,57 polesadas) (fibras mais curtas 1,3 centímetros = 0,5 polegadas; fibras mais compridas 9,1 centímetros - 3,6 polegadas).

Preparou-se uma urdidura a partir deste conjunto de fibras soltas enrolando-o, com dezassete extremidades por polegada (2,5 centímetros), numa placa metálica quadrada de 45,7 centímetros (13 polegadas). Antes se enrolar o conjunto de fibras soltas, colocou-se uma película de resina termoplástica (copoliéster de PETG) com a espessura de 0,076 milímetro⁰ (3,0 milésimos de polega da) e depois de o enrolamento estar completo, adicionou-se uma ou25 /

/ f ( ·.

tra. Ensacou-se sob vazio a sanduíche completa a 220°C durante quinze minutos, depois do que se cortou da moldura. Este produto designado como pré-forma, constituia agora uma sanduíche de fibras soltas cortadas por estiramento/matriz relativamente rígi da bem impregnada, em que todas as fibras soltas estavam alinhadas numa direc_xão.

Empilharam-se sete destas pré-formas umas por cima das outras, com todas as fibras na mesma direcção. Aqueceu-se esta pilha num molde a 200 °C sob uma pressão de 28 kg/cm^ (900 libras por polegada quadrada) durante trinta minutos, para se obter uma chapa bem consolidada com 2,0 milímetros (80 milésimos de polegada) de espessura e uma fracção de fibras igual a 50em volume. Os ensa ios de deformação sob tensão de tracção a alta temperatura com um comprimento do extensómetro igual a 25,4 centímetros (10 polegadas) e uma velocidade do cabeçote igual a 25,9 centímetros (10 polegadas) por minuto realizado a 2ó2°C em tiras com o comprimento de

30,5 centímetros (12 polegadas) por 1,9 centímetros (0,75 polegada) de largura, cortadas desta chapa com a direcção das fibras paralela à dimensão de 30,5 centímetros (12 polegadas), mostrou que c com pÓsito podia ser deformado 50 sem se romper, o que permite prever um elevado grau de formabilidade.

Exemplo 12

Voltou a cortar-se o conjunto de fibras soltas do Exemplo 9 para diminuir o comprimento das fibras, fazendo-o passar através de dois conjuntos de rolos de aperto revestidos com elastónero com uma separação de 6,9 centímetros (2,5 polegadas) entre as pon-

tas. A velocidade da superfície do segundo conjunto de rolos era igual a 9,1 metros por minuto (10 jardas por minuto) e a velocidade da superfície do primeiro conjunto de rolos era igual a 6,5 metros por minuto (7,1 jardas por minuto), o que dá uma diferença de 1,4. 0 denier deste conjunto de fibras soltas voltado a cortar era igual a 4623 e o comprimento médio das fibras determinado em cinquenta medições deste conjunto de fibras soltas era igual a 3,4 centímetros (1,33 polegadas) (fibras mais curtas 1,5 centímetros « 0,6 polegada; fibras mais compridas 7,9 centímetros - 3,1 polegadas).

Preparou-se uma urdidura a partir deste conjunto de fibras soltas enrolando-o, com treze extremidades por polegada (2,5 centímetros) numa chapa de metal quadrada com 45,7 centímetros (18 po legadas). Na moldura, antes de se enrolar o conjunto de fibras soltas, colocou-se uma película com 0,076 milímetros (3,0 milésimos de polegada) de espessura de resina termoplástica (copoliéster de PETG) e adicionou-se outra, depois de o enrolamento estar completo. Ensacou-se sob vazio a sanduíche completa a 2'0°G duran te quinze minutos, depois do que se cortou da moldura. Este produto, designado como pré-forma , constituía agora uma sanduíche de fibras soltas cortadas por estiramento/matriz relativamente rígida, bem impregnada, em que todas as fibras soltas estavam alinhadas numa direcção.

Empilharam-se sete destas pré-formas umas por cima das outras, com todas as fibras na mesma direcção. Aqueceu-se esta pilha num molde a 200°C sob uma pressão de 28 Kg/cm² (400 libras por polegada quadrada) durante trinta minutos, para se obter uma chapa bem consolidada com a espessura de 2,0 milímetros (80 milésimos de polegada) e uma fracção de 5θ % em volume de fibras. Os ensaios

de resistência à tracção por deformação à temperatura elevada com um extensómetro com o comprimento de 25,^ centímetros (10 poleia das) e uma velocidade do cabeçote igual a 25,d centímetros (10 po legadas) por minuto realizada a 2Ó2°C em tiras com 30,centímetros (12 polegadas) de comprimento por 1,9 centímetros (0,75 Pole gadas) de largura, cortadas desta chapa, com a direcção das fibras paralela à da dimensão de 3O?5 centímetros (12 ''dedadas), mostrou que o compósito podia deformar-se 50 < sem se romper, o que permite prever um elevado grau de deformabilidade.

Exemplo 13

A partir da fibra ôe vidro do Exemplo 2, preparou-se um pré-laminado por um processo contínuo, procedendo da seguinte for ma:

Alimentaram-se quarenta e seis extremidades de conjuntos de fibras provenientes de um urdidor a u.;a urdidura com 15,2 centí metros (6 polegadas) de largura que foi ensanduíchada entre duas películas de 0,C25 mm (1,0 milésima de polegada) de película PET poli-(tereftalato de etileno) para se obter um pré-laminado com uma fracção de fibras igual a 55 % em volume, ie cada lado desta sanduíche, colocou-se uma película de libertação de poli-imida Kapton para evitar o agarramento do ΡΕΊ fundido bs superfícies quentes. Fez-se então passar esta sanduíche b velocidade de 3 me tros (10 pés) por minuto através da ponta de dois rolos de aço aquecidos a 278°C para fazer pegar o conjunto.

Preparou-se uma chapa de compósito a partir deste pré-laminado, removendo a película de libertação, retirando o excesso de PET das margens e colocando tiras de pré-laminado em camadas num molde quadrado com 40,6 centímetros (16 polegadas). Cada camada era constituída por tiras de pré-laminado, colocadas lado a lado para atingir a largura de 40,6 centímetros (16 polegadas) pretendida.

Preparou-se uma chapa a partir de dez canadas de pré-lami nado dispondo-as de tal maneira que a direcção das fibras cortadas por estiramento estivesse desalinhada de h-5 graus no sentido do movimento dos ponteiros do relógio em camadas sucessivas. 0 plano inferior da quinta camada foi considerado como plano de reflexão e as cinco camadas seguintes foram empilhadas de modo que as direc^ões da urdidura do conjunto de fibras cortadas ror estiramento fossem simétricas das cinco camadas superiores em relação àquele plano. Moldou-se esta sanduíche como se descreveu no Exem pio 2 para se obter uma chapa compósita bem consolidada com uma fracção de fibras igual a 55 $ em volume. Aqueceu-se esta chapa a 280°C e moldou-se de maneira a formar uma semi-esfera com um raio de 7,6 centímetros (3 polegadas). A chapa conformou-ss muito bem à forma do molde e concluiu-se que o produto era deformável.

Exemplo 14

Preparou-se uma chapa a partir de dez camadas de pré-formas, obtidas pelo método que se descreveu no Exemplo 11, colocando-as num molde quadrado com 40,6 centímetros (16 polegadas) de modo que a direc^ão das fibras cortadas por estiramento estava desalinhada de 45 graus no sentido do movi ento dos ponteiros do relógio em camadas sucessivas. 0 plano inferior da quinta camada foi considerado como plano de reflexão e as cinco camadas seguin22 /

tes foram empilhadas de modo que as direc,ões da urdidura do conjunto de fibras cortadas por estiramento fossem simétricas das Cinco camadas superiores em relação àquele plano. Moldou-se esta sanduíche como se descreveu no Exemplo 2, para se obt°r uma chapa compósita bem consolidada com uma fracção de fibras i -uai a 55 em volume. Aqueceu-se esta chapa a 280°C e moldou-se de maneira a originar uma semi-esfera com o raio de 7,6 centímetros (3 rolega das ), A chapa conformou-se muito bem à forma do molde e concluiu-se que o produto era deformável.

Exemplo 15

Transformou-se fibra de carbono de filamentos contínuos de 2000 denier numa urdidura pré-forma e uma chapa unidireccional, pelo método do Exemplo 1. 0 número de extremidades era de vinte e cinco por polegada (2,5 centímetros) e a película era constituída por uma película com 51 micrómetros (2,0 milésimos de polegada) de esp^assúra de resina termoplástica i~ um copolímeiD amorfo de poli amida com base em bis-(para-amino-ciclohexil)-metano_7. Empilharam-se sete· pré-formas para se obter a chapa que tinha a espessura de Ι,¹*· milímetros (55 milésimas de polegada)' e uma fracção de 5 < em volume de fibras. Cortou-se a chapa em tiras com 1,3 centímetros (0,5 polegada) de lar-ura e cora 20,3 centímetros (g poleradas) de comprimento, com os seguintes resultados:

Resistência à tracção, psi 2^3 200 (kg/en? 1702*+)

Módulo, psi 18 200 COO (kr/cr^? 127^000)

Concluiu-se que o produto tinha uma resistência, à tracção e um módulo muito elevados.

/

Exemplo 16

Preparou-se uma urdidura a partir do conjunto de fibras soltas do Exemplo 9 enrolando-o com vinte e uma extremidades por polegada (2,5 centímetros), numa chapa metálica quadrada com 4-5>? centímetros (18 polegadas). Na moldura, antes de se enrolar o conjunto de fibras, colocou-se uma película de resina termoplástica com a espessura de 51 micrómetros (2,0 milésimos de polegada) £ um copolímero amorfo de poliamida baseado em bis-(para-aminocicl£ hexil)-metano J⁷ e depois de o enrolamento estar completo, adicionou-se uma outra. Ensacou-se sob vazio a sanduíche completa a 280°C durante vinte minutos depois do que se cortou da moldara. Este produto designado como pré-forma, constituiu agora uma sandu£ che do conjunto de fibras cortadas por estiramento/matriz relati vamente rígida e bem impregnada, em que todas as fibras cortadas estavam alinhadas numa direcção.

Enpilharam-se sete destas pré-formas umas por cima das outras, com todas as fibras na mesma direcção. Aqueceu-se esta pi- *5 lha num molde a 505 0 sob a pressão de 42 Kg/cnr (600 libras por polegada quadrada) durante quarenta minutos para se obter uma chapa bem consolidada com a espessura de 1,47 milímetros (58 milésimos de polegada) e uma fracção de fibra igual a 55% em volume. Tiras com 1,3 centímetros (V2 polegada) de largura, cortadas a partir desta chapa, foram submetidas a ensaios de tracção com um extensómetro de 20,5 centímetros (8 polegadas) de comprimento, com os seguintes resultados:

Resistência à tracção, psi 246 000 (Kg/cm² 17220) Módulo, psi 18 800 000 (Kg/cm² 151600)

A uniformidade de orientação das fibras na superfície des31 .-X %

ta chapa foi determinada a partir de uma fotomicrografia e verificou-se que 92 p das fibras se encontravam dentro de + 5 oraus e::. relação à direc_yão axial. C rreduto deste Exemplo, muito embora feito de fibra descontínua, era equivalente b resis tência mecânica e ao módulo de fibras de filamentos contínuos (Exemplo 15).

Exemplo 17

Transformou-se fibra de vidro de filamentos contínuos de 67OO denier numa urdidura, pré-forma e numa chapa unidireccional, pelo método do Exemplo 1. 0 número de pontas era de 15,5 por polegada (2,5 centímetros), a película era de PET (poli-tereftalato de etileno) com 0,07ó milímetros (3 milésimos de polegada) de espessura e empilharam-se cinco pré-formas para se obter uma chapa que tinha uma fraeção de 55 5 de fibra e._ volume. Cortou-se a chapa em tiras com 1,27 centímetros (C,5 polecada) dotada cm abas de alumínio e submeteu-se a ensaios de trac^ão com um extensómetro com o comprimento de 20,3 centímetros (£ polegadas), obten do-se os seguintes resultados:

o

Resistência b. trac;ão, psi 156 CCC (kg/cr. 10920), Módulo, psi 7 300 COO (kg/cr² 5110C0).

Concluiu-se que 0 produto do Exemplo 17 rossuia a resistência mecânica e a rigidez esperadas para o caso de fibra de vidro de filamentos contínuos.

Exemplo 18

Preparou-se uma chapa unidireccional a partir do pré-la-

minado do Exemplo 13, empilhando cinco camadas num molde com todos os conjuntos de fibras soltas na mesma direcção e aquecendo numa prensa, como se referiu no exemplo de referência, para se obter uma espessura final igual a 2,6 milímetros (103 milésimos de polegada). Submeteram-se a ensaios de trac^ão tiras com 1,3 centímetros (V2 polegada) de largura cortadas desta chapa, com um extensómetro de 20,3 centímetros (3 polegadas) de comprimento, tendo-se obtido os seguintes resultados:

I

Resistência h tracção, rsi -6 gCO (ko/cr^ 6076);

Módulo, psi 5 900 COO (ko/om^? 413000).

Concluiu-se que a resistência mecânica e o módulo do rrodu to deste Exemplo, embora não tão altos como os obtidos com filamen tos de vidro contínuos (fxemplo 17) eram de longe superiores aos dos compósitos de vidro orientados aleatoriamente com uma frac^ão em volume de fibras equivalente indicada na literatura (coro referência, ver 3. D. Agarwal, L. ,T. Broutman Analysis and Perfor| mance of Fiber Composites”, página 92), que são:

Resistência h tracção, psi 23 0C0 (kg/cm^ 1610), Módulo, psi 2 400 000 (kg/cr² 168000).

Claims

Reivindicações

1. - Banda coesiva de fibras de vidro separadas por estiramento tendo um revestimento de acabamento, caracterizada pelo facto de o referido acabamento compreender uma mistura de um lubrificante viscoso com um ingrediente antiestático e tendo a mencionada banda uma coesão de pelo menos 0,01 grama/denier.
2. - Banda coesiva de fibras de carbono separadas por estiramento tendo um revestimento de acabamento aplicado, caracterizada pelo facto de o citado acabamento compreender um lubrificante viscoso e tendo a referida banda uma coesão de pelo menos 0,01 grama/denier.
3. - Banda de fibras de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo facto de o mencionado acabamento compreender uma mistura de uma parte do sal de dietanolamina de um éster de fos- fato em e duas partes de monolaurato de polietilenoglicol e uma amida láurica.
4.- Banda de fibras de acordo com a reivindicação 2, carac- terizada pelo facto de o citado acabamento compreender monolau rato de polietilenoglicol e uma lauramida.
5.- Banda de fibras de acordo com as reivindicações 1, 2,

3 ou 4, caracterizada pelo facto de a percentagem do acabamento sobre a banda de fibras estar compreendida entre cerca de 0,3 e cerca de 0,5 %.
6.- Compósito, caracterizado pelo facto de compreender uma camada de uma matriz de resina reforçada com uma banda de fibras de carbono alinhadas de uma maneira substancialmente axial tendo um comprimento médio maior do crue 1,27 cm (0,50 polegada).

* f

/

.....
7. - Compósito, caracterizado pelo facto de compreender uma camada de uma matriz de resina reforçada com uma banda de fibras de vidro alinhadas de uma maneira substancialmente axial tendo um comprimento médio maior do que 1,27 cm (0,50 polegada).
8. - Compósito de acordo com as reivindicações 6 ou 7, caracterizado pelo facto de cerca de 85 % das fibras estarem alinhadas dentro de + 10 graus em relação à direcção axial.
9. - Compósito de acordo com as reivindicações 6, 7 ou 8, caracterizado pelo facto de as referidas fibras terem um com-

I primento médio compreendido dentro da gama de cerca de 1,27 cm a cerca de 15,2 cm (cerca de 1/2 a cerca de 6 polegadas).
10. - Compósito de acordo com as reivindicações 6, 7, 8 ou 9, caracterizado pelo facto de ter um alongamento ã tracção a alta temperatura de até cerca de 50 por cento sem se romper.
11. - Compósito de acordo com as reivindicações 6, 7, 8,

9 ou 10, caracterizado pelo facto de a fibra constituir entre 40 % e cerca de 75 % em volume do compósito.
12. - Compósito de acordo com uma qualquer das reivindicações 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo facto de a matriz ser uma resina termoplástica.
13. - Compósito de acordo com uma qualquer das reivindicações 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo facto de a matriz ser uma resina termoendurecível.
14. - Compósito de acordo com uma qualquer das reivindicações 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo facto de a matriz ser uma resina de epóxido.
15. - Compósito de acordo com as reivindicações 6 ou 7, possuindo uma pluralidade de camadas, caracterizado pelo facto

-35/ ί~ ' -w de algumas camadas estarem desalinhadas umas em relação ãs outras.
16.- Processo aperfeiçoado para a preparação de uma banda de fibras separadas estiradas que inclui as operações que consistem em alimentar um fio ou uma estopa de filamentos contínuos a uma zona de tensionamento e em tensionar os mencionados filamentos até que a sua tensão de ruptura provoque a sua ruptura aleatória, caracterizado pelo facto de se alimentar um fio ou uma estopa de fibras de vidro ã citada zona de tensionamento e I de se aplicar um acabamento que compreende uma mistura de uma parte do sal de dietanolamina do éster de fosfato em ^e duas partes de monolaurato de polietilenoglicol e uma amida láurica antes de os filamentos tensionados se romperem.
17.- Processo aperfeiçoado para a preparação de uma banda de fibras separadas estiradas que inclui as operações que consistem em alimentar um fio ou uma estopa de filamentos contínuos a uma zona de tensionamento e em tensionar os referidos fila- mentos até à sua tensão de ruptura que os faz romper, caracterizado pelo facto de se alimentar um fio ou uma estopa de fibras de carbono à mencionada zona de tensionamento e de se aplicar um acabamento que compreende monolaurato de polietilenoglicol e amida láurica.

Lisboa, 16 de Dezembro de 1987 O Agente Oficial da Propriedade Industrial

Resumo

Compósitos de resina reforçada com fibras de carbono e de vidro alinhadas separadas por estiramento

Um revestimento de um lubrificante viscoso aplicado antes da separação por estiramento permite a fo mação de bandas de fibras de carbono separadas por estiramento. Quando se adiciona ao lubrificante viscoso um ingrediente antiestático, podem-se formar bandas de fibras de vidro separadas por estiramento. Compósitos de matriz de resina reforçada com estas bandas de fibras possuem uma elevada resistência mecânica, tenacidade de tracção e boa formabilidade.