PT90980A - Compositos estruturais de polimeros fluorados reforcados com fibras de filamentos continuos - Google Patents

Description

Ε. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY "COMPÓSITOS ESTRUTURAIS DE POLÍMEROS FLUORADOS REFORÇADOS COM FIBRAS DE FILAMENTOS CONTÍNUOS"

Enquadramento Gerai da Invenção A presente invenção refere-se refere-se a uma matriz de resina de polímeros fluorados reforçada com fibras de filamentos contínuos e, mais particularmente, refere-se a compósitos estruturais formados a partir de uma tal matriz de resina para utilização em ambiente corrosivo a alta temperatura.

Muito embora se saiba que as resinas de polímeros fluorados são resistentes à corrosão em ambientes químicos severos, os compósitos reforçados com fibras para utilizações finais estruturais com base nessas resinas não têm sido considerados práticos por causa da sua pequena resistência mecânica e dos seus pequenos módulos de dobragem. As propriedades mecânicas equivalentes não têm sido possíveis de obter. Seria muito desejável proporcionar uma estrutura compósita com elevada rigidez, resistência mecânica e resistência à corrosão apropriadas para as condições de tra balho a altas temperaturas que encontram em ambientes químicos severos.

Sumário da Invenção A presente invenção refere-se a um compósito que compre endê umâ matriz de resina de polímero fluorado ou de fldor-carbono reforçada com fibras de filamentos contínuos. Preferível- mente^ as fibras de filamentos contínuos são fibras de carbono alinhadas numa direcção axial e o polímero fluorado 4 preferivelmente um copolímero de etileno/tetrafluoroetileno. A propor ção da fibra para resina está compreendida dentro do intervalo desde cerca de 10 ató cerca de 70 %. Tambóm se abragem no seu âmbito estruturas com formas específicas, não planares, assim como planares, formadas a partir desses compósitos.

Breve Descrição dos Desenhos

As figuras 1-3 são representações esquemáticas de um aparelho apropriado para utilizar na presente invenção para formar estruturas compósitas com uma forma não planar.

Descrição Pormenorizada da Invenção

Um processo preferido para a formação de uma estopa precursora de uma matriz de resina reforçada com fibras de filamentos contínuos encontra-se descrito na patente na patente de invenção norte-americana número b.6^0.861, de acordo com o qual se obtám um material reforçado com fibras fazendo passar um conjunto de filamentos prá-aquecidos e sob tensão sobre uma cabeça de extrusao em forma de arco, em que o polímero 4 feito passar atravós do conjunto do feixe de filamentos para revestir os filamentos com polímero. A patente de invenção norte--americana número 6MD.861 4 incorporada na presente memória descritiva como feferencia. Quando se forma essa estopa de fi bra de carbono com uma resina de polímero fluorado, descobriu-^se ser útil para manusear a fibra de carbono aplicar um acaba mento lubrificante antes de pré-aquecer os filamentos.

Outras técnicas para a aplicação do polímero da matriz incluem o espalhamento da resina sob a forma de pé sobre a fi* bra, seguida de aquecimento para fundir a resina ou intermistu ra das fibras de resina com a urdidura dos filamentos contínuos e em seguida o aquecimento das fibras de resina até fundirem formando dessa forma um conjunto de resina da matriz e de película. A estrutura compésita pode obter-se por uma variedade de técnicas. Assim, uma forma de estopa, como se descreveu antes, pode ser transformada numa estrutura enrolada de filamentos ou uma pluralidade de de segmentos dessa estopa pode ser em pilhada e aquecida sob pressão para formar uma estrutura compósita distinta.

Para formar uma estrutura enrolada de filamentos, utili za-se um aparelho como o representado nos desenhos e referido no pedido de patente de invenção norte-americana copendente com o número 095 235, depositado em 11 de Setembro de 1987, que é usado para formar uma estrutura a partir de uma pluralidade de comprimentos de resina de polímero fluorado reforçada com fibras de filamentos contínuos. Ma is particularmente, como se mostra nas Figuras 1 a 3, à cabeça em que assenta o fio da realização prática da presente invenção 4 geralmente designada pelo número 10 e representa-se como incluindo um carreto transversal (12), sobre o qual se monta um braço de alimentação (1½) móvel em di- reacção a e afastamento de um mandril rotativo (16). 0 carreto transversal, o braço de alimentação e o mandril são um enrolado r de filamentos de eixo triplo do modelo W-60-16 com um compu %

tador N-210, fornecido pela firma McClean Anderson de Milwaukee, Wisconsin, Estados Unidos da América, Montados no braço de alimentação, encontram-se os aquecedores de infravermelhos (28), um gúiamento aquecido e um aquecedor de chama aber ta (22) (Figura 1).

Como o carreto (12) à atravessado longitudinalmente pelo mandril (16), uma pluralidade de comprimentos de fios impregnados com resina termoplástica (2½) é puxada de uma plurali dade de bobinas de embalagem de abastecimento (26) montadas num urdidor de desenrolamento (25) de encontro a um nível desejado de contra-tensão aplicada por um mecanismo (não representado) associado ao urdidor para controlar a tensão de desenrolamento nas bobinas (26), tal como um compensador de tensão do tipo 800C012, fornecido por Compensating Tensions Controle, Inc., de West Caldwell, Nova Jérsia, Estados Unidos da América.

Quando a cabeça de assentamento do fio se move em relação à estrutura que está a ser enrolada no mandril (16) os comprimentos de fio (2½) impregnados com resina termoplástica são expostos a aquecedores radiantes (18) (modelo 5535,' fabricado por Research Inc., de Minneapolis, Minnesota, Estados Unidos da América). Nestes aquecedores a resina .termoplástica é aquecida a uma temperatura que está a 10°C da sua temperatura de fusão. Os comprimentos de fio passam então através de um gúiamento aquecido (20) que, na forma de realização preferida, é um olho circular feito de alumínio, com acabamento anodizado duro revestido com Teflon. 0 gúiamento é envolvido com um aquecedor de bandas operado electricamente (20a) (tal como um aquecedor de banda MI do modelo MBIEJNI.) , que faz subir a temperatura c· *

do termoplástico até uma temperatura superior superior ao seu ponto de fusão, mas inferior à temperatura de degradação, que se deve escolher de modo a ser inferior ao ponto de fusão das fibras de reforço. Montado na extremidade anterior do braço de alinhamentação (lt), encontra-se um aquecedor de chama aber ta (22), (um maçarico de propano Vulcan Universal com um' bico número 3) > sobre o qual as fitas (2<+J passam para a posição de assentamento (28) no mandril (16). Este aquecedor aquece a su perfície da parte que está a ser enrolada -no mandril através de aquecimento induzido do mandril e efectua o aquecimento di-recto dos comprimentos do fio (2*+) à medida que eles se deslocam do guiamento (20) para a posição (28) para garantir supérfí cies alinhadas fundidas na posição de assentamento (28).

Na Figura 2, o aquecedor de chama aberta (22) é substituído por um aquecedor de infravermelhos (221) (modelo 5535» fornecido pela firma Research Inc.) e na Figura 3 o aquecedor de chama é substituído por um aquecedor de ar quente (22") (Ser pentine VI, modelo CHEI28767, fornecido por Sylvania).

Exemplos

Exemplo 1

Um conjunto de filamentos de grafite contínuos Hercules AS1* tendo sproximadamente 300Ò filamentos é revestido com copo-límero de etileno/tetrafluoroetileno (como se descreve na paten te de invenção norte-americana número k.123.602), usando um pro cesso de injecção por fusão (como se descreve na patente de invenção norte-americana número ^.6^0,861) numa gama de *+0 a 60 %

em volume de nível de revestimento*

Buas a quatro bobinas de fio revestido deste filamento de grafite são montadas nas bobinas de rolo de alimentação com um mecanismo para controlar a tensão de desenrolamento (compen sador da tensão do tipo 800C 012, fornecido pela firma Compensating Tension Controls, Inc.). 0 conjunto de filamen tos ê avançado por meio de um mandril com forma elíptica com mo vimento de rotação, montado a jusante e aplica-se uma tensão de aproximadamente 2000 gramas a cada 'conjunto de filamentos em mo vimento por meio do mecanismo de tensão. 0 conjunto de filamen tos em movimento passa através da parte da "cabeça" do enrolado r de filamentos de jusante, que contém: 1) uma secção de pré-aquecimento (aquecida com aquecedor de infravermelhos), que aquece o conjunto de filamentos a 320°C, seguida por: 2) um olho de guiamento que ê pré-aquecido a 320°C com aquecedores de banda, 3) uma fonte de ar quente de aquecimento que fica colocada proximo do mandril com movimento de rotação (afasta da cerca de 3 centímetros) e mantém a temperatura do filamento a 320°C e hj e conjunto de filamentos é finalmente assente num man dril aquecido electricamentg (a cerca de de 280°C). 0 enrolador controlado por computador é pré-programado para produzir um tubo com o comprimento de cerca de 1,8 metros (6 pés), com ângulos de enrolamento 5°/90°/+1f5°/90o/+if5°/90o.

Depois de se completar o enrolamento, o mandril e o tu- 2

feo são arrefecidos durante apróximadamente uma hora ate a temperatura ser igual a cerca de 100°C.

Estas estruturas comportaram-se .satisfatoriamente em ambientes corrosivos a alta temperatura.

Exemplo 2

Transformou-se grafite revestida, como se referiu no Exemplo 1, por enrolamento em chapas compdsitas unidireccio-nais com a espessura de 1/8". Estas chapas foram subsequente mente ensaiadas de acordo com a maneira de proceder de ensaio ASTM D 790. A resistência à flexão foi igual a 3850 kg/cm2 (55*000 psi) e o módulo à flexão foi de 812.000 kg/cm2 (11,6 milhões de psi).

Rei-

Claims (2)

1. V *

   caçoes R e i v i n d i 1Compósito, caracterizado pelo facto de compreender uma matriz de resina de polímero fluorado reforçada com fibras de filamentos contínuos.
2. 2.- Compósito de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- ! do pelo facto de as referidas fibras contínuas serem fibras de .carbono alinhadas. 3Compósito de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o mencionado polímero fluorado ser um copolí-mero de etileno /tetrafluoroetileno. 4Compósito de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de o seu módulo de flexão ser maior do que 140 000 Kg/cm2 (dois milhões de Lisboa, 26 de Junho de 1989 O Agente Oficial da Propriedade Industrial