PT93815A - Processo de fabrico de material de camuflagem radar a base de plastico celular de pvc - Google Patents
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Description
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2-
MEMÚRIA DESCRITIVA 0 presente invento refere-se a um processo de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 que se segue, para o fabrico de material de camuflagem radar, a partir de plástico celular de PVC, tendo células fechadas, e a um material de camuflagem radar de um tipo correspondente.
Apesar do PVC não ser o mais comum dos materiais plásticos em espuma, disponíveis no mercado, o fabrico de tal material é, no entanto, bem conhecido (ver, por exemplo, Plastics Foams por Calvin J. Benning, Wiley 1964), que se distingue por ter boas propriedades de resistência mecânica e bem definidas e que é utilizado, inter alia, como uma camada intermédia em construções em sanduíche. A leveza do material, em combinação com as suas propriedades de resistência mecânica, tornam o material particularmente útil. As suas propriedades de isolamento de calor são, também, em muitos casos um benefício adicional. Exemplos de tal utilização verificam-se no fabrico de cisternas e na instalação da chaparia de navios. 0 processo mais comum aplicado até ao presente para produzir plástico de PVC celular é provavelmente aquele no qual uma mistura, que inclui o PVC em conjunto com um anidrido de ácido orgânico, isocianato e um expansor, é em primeiro lugar tratada num recipiente plano sob pressão, elevando, ao mesmo tempo, a temperatura, de modo a formar uma folha embrionária, e que é depois tratada em água a uma temperatura na proximidade dos 10QOC, 0 expansor gera então bolhas de vapor e o material obtém, consequentemente, o peso desejado por volume, ou peso específico.
De acordo com um outro processo, praticado pela companhia suiça Lonza, o expansor é azoto gasoso fornecido ao processo na forma de um plastissol sob pressão, no qual os vários acrilatos são capazes de reticulação, Neste caso, a expansão realiza-se bastante rapidamente, quando a pressão é reduzida durante o processo. 0 objectivo do presente invento é proporcionar um plástico celular de PVC de células fechadas de alta qualidade, que -3- 17533-20080—Gr/BM apresenta também um efeito de interacção em relação a radiação rádio, em comprimentos de onda rádio adequados para fins de camuflagem.
Este objectivo é conseguido, de acordo com o invento, adicionando fibras electricamente condutoras ã mistura atrás mencionada numa quantidade inferior a 2% em peso, sendo a dita mistura depois deixada expandir e reticular. As fibras terão, de preferência, um comprimento na ordem de 8 - 15 mm. As fibras terão também, de preferência, superfícies que conseguem ter adesão adequada, em relação ao plástico de PVC em expansão, de modo que as fibras não terão efeito apreciável no processo de expansão. Além disso, é vantajoso assegurar que a distribuição de fibras é isotrópica, tanto em relação à quantidade como à direcção. A resistência das fibras à tracção será, tal que também obvie o risco da fractura à tracção, através da adesão ao plástico em expansão. É bem conhecido misturar fibras com material plástico, com a finalidade de aumentar a resistência mecânica (resistência ao corte e à tracção). Esta conhecida mistura é contraproducente neste contexto, porque se destina a criar, entre as fibras e a matriz, ligações conducentes a força ou conducentes a forma, e a mistura de fibras num material em espuma contrariaria portanto a expansão. Experiências realizadas em conjugação com o invento confirmaram isto. Verificou-se, intsr alia, por experimentação, que algumas fibras convencionalmente usadas para reforçarem materiais plásticos, não são adequadas para os objectivos do invento. Por outro lado, verificou-se que, em alguns casos, as fibras que receberam tratamento de superfície para aderirem a um material plástico diferente do PVC, apresentaram pouca tendência para evitar a expansão durante a formação de espuma.
Em relação ao mecanismo do efeito de camuflagem deste material5 teoricamente,é possível considerar quer a absorção das ondas radar incluindo dispersão, quer a impedâneia do material. De um ponto de vista puramente prático, é desejável evitar que a radiação proveniente de um transmissor radar inimigo seja reflectida de maneira que permitisse que o alvo fosse detectado. 70 876
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-4- A reflexão eficaz pode ser conseguida quando o alvo apresenta uma alteração ampla na sua constante dieléctrica, e consequentemente, no caso de construções em sanduíche é preferido um material com impedância adaptada. Isto pode ser conseguido, de acordo com o invento, adicionando a mistura atrás mencionada a um segundo material condutor na forma de pó, tal como pó de carbono, pó de titânio e pó de alumínio, em adição a fibras electricamente condutoras. A espuma de poliuretano pode ser facilmente expandida na presença de fibras quando a formação de espuma se realiza num ambiente húmido, ao contrário do caso da espuma PVC que no caso presente é expandida como um gel duradouro e não como um plastisol.
No processo de fabrico de plástico de celulose e de PVC empregue por Diab-Barracuda, a mistura é relativamente reactiva durante o processo de gelifícação. Consequentemente, as fibras condutoras do tipo fibra de vidro aluminizado não são sempre eficazes. Tais fibras podem ser perfeitamente usadas noutros processos de fabrico, como indicado pelas nossas experiências, que mostraram que as fibras funcionavam bem em espuma de uretano, em relação ãs propriedades tanto de formação de espuma como de radar.
Ao realizar na prática o presente invento, prefere-se, no presente, utilizar uma fibra de carbono disponível comercialmente, vendida com o nome comercial HYFIL (diâmetro 0,3 micron, não redonda) e uma outra fibra vendida com o nome comercial Thornel T-300 12 K (comprimento. 10 mm, diâmetro 7 micron), Esta última fibra com a qual foram obtidos os melhores resultados, á um fibra à base de poliacrilonitrilo e é dito pelo fabricante ter sido tratada para aumentar a adesão, e com isso melhorar as propriedades de resistência ao corte, mas verificou--se ter um efeito inibidor de expansão relativamente pequeno no nosso processo de formação de espuma de PVC. Uma terceira fibra é TRACOR MBA, que é uma fibra de vidro revestida a alumínio.
Foram utilizadas as seguintes composiçoes, nas experiências 70 876
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-5 realizadas: 52,33¾ 17,45¾ 0,75¾ 1,00¾ 0,22¾ 0,75¾ 11,50¾ 4,00¾ 12,00¾
PVC
Anidrido de ácido ftálico fízodicarbonamida
Fosfito de chumbo α-fenilindolo
Azodiisobutironitrilo Toluenodiisocianato Triclorofluorometano
Difenilmetildiisocianato
Os últimos três componentes são líquidos. 0 fabrico é efectuado, misturando intimamente os componentes secos, adicionando os componentes líquidos à mistura seca, e misturando depois os componentes conjuntamente para formar um plastisol homogéneo. As fibras são então adicionadas e a mistura é introduzida num molde plano que é então coberto com uma tampa ou placa de cobertura e colocado numa prensa, na qual a pressão é 2 escalonada até 240 kg/cm e aquecido a 402C. A temperatura é incrementalmente aumentada para 175ÔC, o que leva cerca de 15 minutos, e é mantida constante durante 35 minutos, e é depois diminuída até ã temperatura ambiente, o que leva cerca de mais 40 minutos. O embrião resultante é removido do molde e depois expandido, por imersão do embrião em água a 90ÔC, que é levada a uma temperatura imediatamente abaixo do ponto de ebulição, realizando-se a expansão durante um período de tempo suficiente, para se conseguir o resultado desejado, normalmente 3-4 horas. 0 material é curado subsequentemente num banho de água a 602C durante vários dias de calendário.
Um certo número de testes foram realizados de acordo com os exemplos, dos quais é dado abaixo um relato. Nos casos em que se obtiveram produtos satisfatórios, foram realizados testes sobre a absorção de frequências radar.
Exemplo 1
Foram cortadas fibras a partir de folha de alumínio que tinha sido revestida num lado com polietileno ε no outro lado com
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17533—20080-Gr/BM -6- poliéster. Gbtiveram-se grandes bolhas no bloco expandido com uma fibra em cada bolha. Verificou-se que o resultado era totalmente insatisfatório.
Exemplo 2
Fibras compreendendo folha de alumínio muito fina, similar ao “tinsel" foram misturadas com um material plástico, fts fibras dissolveram-se ao mesmo tempo que se formaram as bolhas.
Exemplo 3
Uma fibra disponivel comercialmente (Tractor MBA) consistindo numa fibra de vidro metalizada (alumínio) foi testada da mesma maneira. A fibra resultou na formação de bolhas e não foi possível conseguir expansão suficiente, nem mesmo quando se misturaram pequenas quantidades de fibra com o material plástico. Nem as propriedades mecânicas do material, nem a sua capacidade para absorver ondas rádio (fig. 4ft), foram satisfatórias. No entanto, obteve-se um resultado muito bom, quando esta fibra foi primeiro seca a 100ÔC à pressão atmosférica ou a 802C no vácuo.
Exemplo 4
Uma fibra de alumínio puro (Transmet) foi testada e deu resultados visualmente satisfatórios e proporcionou também um material tendo boas propriedades mecânicas, a teores de mistura baixos. No entanto, a absorção radar com os valores desejados, pôde apenas ser obtida quando se misturam grandes quantidades de fibras com o material plástico, de modo a impedir o bloco de se expandir suficientemente.
Exemplo 5
Fibras de alumínio, conhecidas por palha, consistindo em fibras de vidro metalizadas foram previamente testadas em espuma de uretano com resultados satisfatórios. Quando estas fibras foram misturadas, de acordo com a receita atrás mencionada, foram conseguidas propriedades mecânicas satisfatórias e expansão não inibida, no entanto a absorção na gama de frequência radar era similar ã absorção obtida com plástico celular de PVC, que não continha fibras. É provável que a folha metálica fina tivesse 70 876
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-7-fiçado corroída ou fosse destruída mecanicamente.
Exemplo 6
Neste exemplo foram utilizadas fibras de aço, com o diâmetro de 8 micra, obtidas na companhia Brunswick, EUA. As fibras foram ligadas em feixes, com cerca de 1000 fibras em cada feixe e mantidas em conjunto em álcool polivinílico. Os feixes foram libertados com água e secos. Experimentaram-se problemas de expansão, mesmo quando pequenas quantidades foram adicionadas e misturadascom o material plástico«Ά absorção de ondas rádio é baixa nessas pequenas quantidades.
Exemplo 7
Foram usadas nesta experiência fibras de aço, do tipo lã de aço. As fibras evitaram a expansão e o bloco formado estava muito deformado. A absorção de ondas rádio foi boa.
Exemplo 8
Fibras de carbono "Carboflex", que é uma fibra de carbono, à base de resina, tendo um diâmetro de cerca de 10 micra e grande dispersão de comprimentos, foram utilizadas nesta experiência. Foi obtida uma expansão aceitável misturando as fibras numa quantidade de 0,2%, em volume, embora a absorção de ondas rádio fosse baixa.
Exemplo 9
Foram utilizadas, nesta experiência, fibras de carbono "Thornel" P-25 W 4 k tendo um comprimento médio de 10 mm. Esta fibra é uma fibra de carbono ã base de resina, não tratada, apesar do comprimento uniforme e possui um diâmetro de 11 micra. A absorvância de ondas rádio do material era fraca, mesmo com concentrações de fibras relativamente altas. A expansão é inibida a concentrações de fibras muito elevadas, provavelmente devido às fibras serem separadas por corte durante o processo de expansão.
Exemplo 10
Foram utilizadas nesta experiência fibras de carbono
"Hyfil", com o comprimento de 12 mm e o diâmetro de 7,3 micra. A
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17533-20080-Gr/BM -8- fibra é uma fibra à base de resina. Foi conseguida boa expansão, 3 pelo menos até ao peso especifico de 84 kg/m , implicando uma concentração de fibras baixa, que deu absorção de ondas rádio baixa, ft melhor absorção de ondas rádio foi obtida com graus mais baixos de expansão, 142 kg/m^ (fig. 48).
Exemplo 11
As fibras usadas nesta experiência foram fibras de carbono "Thornel" T-300 12 K, com o comprimento médio de 10 mm. Estas fibras são à base de poliacrilonitrilo. Foi difícil obter um alto 2 grau de expansão (60-80 kg/m ). Foi obtida absorção radar 2 satisfatória a cerca de 140 kg/m e com 0,02¾ em peso de mistura (fig. 4C e figs. 5A-5D, respectivamente).
Exemplo 12
Foi fabricado um material de impedãncia adaptada, com uma adição de 0,5¾ de pó de titânio, 0,1¾ de pó de alumínio, 0,2¾ de pó de carbono e 0,5¾ de fibras de aço "Bechinox" com 6 mm de comprimento. Foram conseguidos bons resultados com fibras de aço de 4 micra de diâmetro e também com fibras de aço de 8 micra de diâmetro. Verificou-se que as chapas fabricadas com uma espessura até 60 mm forneciam um amortecimento de 5 dB dentro da banda X (8,12QHz) e dentro da banda KA (12-18GHz). A figura 1 representa um exemplo representativo de uma chapa ou bloco expandido 10 tendo uma superfície de corte 11. As fibras distribuídas aleatoriamente projectam-se da superfície 11. A figura 2 representa, esquematicamente, uma experiência de absorção de ondas rádio. Esta experiência foi realizada pela passagem de ondas de frequência rádio de um transmissor 1 para um receptor 2. Uma chapa de plástico celular de PVC incluindo fibras, foi colocada entre o transmissor e o receptor. A extensão em que as ondas foram absorvidas foi determinada medindo a absorção com a chapa 2 em posição e com a chapa removida. A referência à absorção, em percentagem, feita nesta descrição refere-se à quantidade medida da energia recebida, com e sem a chapa. Isto não está claramente ds acordo com o processo convencional de exprimir a absorção, uma vez que por absorção é,
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17533-2Q080-Gr/BM -9- normalmente, significado que a radiação se perde completamente em calor, etc.. Neste caso, no entanto, todas as perdas, incluindo as perdas de dispersão, foram colocadas num nível igual, umas às outras. Quando as fibras dispostas aleatoriamente na chapa são sujeitas ao campo de ondas, as fibras funcionarão como pequenas antenas essencialmente dipolos (se for ignorado o fenómeno de coerência), e a radiação dispersar-se-ã em todas as direcções. Parte da radiação detectada pode, assim, ser considerada como sendo dispersa e, de facto, dispersa várias vezes. Um exemplo disto encontra-se representado na figura 3, que mostra duas curvas de absorção obtidas com uma e mesma chapa 3 (contendo fibras de carbono), sendo a dita chapa rodada 90í> entre ocasiões separadas de registo das curvas. Como se verá na figura 3, a absorção na gama de 8—13 GHz é cerca de 60¾, para uma posição de rotação, mas de cerca de 90%, para outra posição de rotação. Isto deve-se às ondas transmitidas pelo transmissor serem fortemente polarizadas, e também porque a orientação das fibras não é suficientemente aleatória, mas apresenta uma direcção preferida, coincidindo com a direcção de polarização do transmissor 2, no primeiro caso, e coincidindo com a direcção normal ao transmissor, no outro caso.
Isto mostra a necessidade de tornar aleatória a orientação das fibras, durante o fabrico. Isto aplica—se particularmente quando se verte o plastisol para dentro do molde, uma vez que as fibras tendem, elas próprias, a alinharem-se com a direcção do fluxo, quando o plastisol é vertido, simplesmente, no dito molde. Um método de evitar isto, é introduzir o plastisol no molde através de uma agulheta munida com chicanas, obstáculos, os quais obrigam os fluxos a cruzarem-se. Um outro método é encher o molde de uma maneira que evite o escorrimento de plastisol no sentido perpendicular ao molde. Em relação ao uso do material para fins de camuflagem, o radar utilizado por um observador não deve possuir uma resolução elevada, e a disposição aleatória média das fibras através de grandes áreas superficiais será, em geral, suficiente. Um método particularmente vantajoso de se obter uma boa distribuição direccional, é o de encher o molde com plastisol na forma de uma corrente relativamente estreita, que é deixada 70 876
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.-- - y -10-cair no molde plano de uma maneira sinuosa, como ilustrado na figura 6, caindo a corrente de material, primeiro no ponto 16 e, depois, sinuosamente, fila por fila, após o que uma nova camada é deixada cair perpendicularmente à primeira camada numa nova direcção de fila, etc.. Podem também ser assentes camadas diagonais. Apesar disto poder ser efectuado manualmente, prefere--se utilizar um autómato industrial, adequadamente programado.
Até aqui, foi explicado o produto do invento relativamente à absorção relacionada com a radiação electrornagnética dos comprimentos de onda radar. Isto é conducente ao processo natural de fazer medições, nomeadamente a inserção do material no circuito de um feixe, entre um transmissor e um receptor. Esta absorção pode ser expressa em medições lineares, em percentagem, mas é muitas vezes expressa em medições logarítmicas para amortecimento, dB (decibel).
Dever-se-á observar que a absorção, como referida na presente descrição e reivindicações, não se conforma com o termo absorção no sentido estritamente físico, que implica a conversão da radiação electrornagnética em calor, como regra. Em vez disso, a palavra absorção, como usada na presente memória descritiva, refere-se à relação entre a intensidade detectada, com a presença de um absorvedor, e a intensidade detectada na ausência de um absorvedor. Consequentemente, a radiação que é dispersa, e como tal perdida, é também calculada entre as perdas obtidas. Esta definição é, de facto, extremamente apropriada no contexto presente, uma vez que o produto em causa se destina a fins de camuflagem» A finalidade do produto é ocultar um objecto que tem uma estrutura reconhecível ou é altamente reflectivo. Os objectos mais difíceis de serem ocultados são, por exemplo, objectos que apresentam um canto côncavo definido por três superfícies metálicas mutuamente perpendiculares, o que resulta numa reflexão de retorno acentuada, dentro de uma grande gama angular. Quando este objecto é protegido com auxílio de um material de acordo com o invento, um feixe radar de detecção deve passar, primeiro, através do material, ser refletido pelo objecto e passar novamente através do material no seu retorno, antes de chegar de
70 876 17533-20080-Gr/ΒΜ -11- novo ao transmissor e poder ser detectado. Neste contexto as perdas, que ocorrem como um resultado da dispersão, terão essencialmente a mesma utilidade do que as perdas ocorrendo pela conversão em calor.
As curvas de amortecimento representadas nas figuras são obtidas com chapas, tendo uma dimensão de 300x300x30 mm. Um estudo aprofundado das curvas de amortecimento mostrará o seguinte. As figs. 4A-4C são representativas da gama 8-12 GHz, correspondendo ao comprimento de onda de 3,75 - 2,5 cm. Ver-se-à que o amortecimento é melhor para comprimentos de onda curtos, (altas frequências) do que para comprimentos de onda longos (baixas frequências). Apesar de alguns mecanismos concebíveis contribuírem para este fenómeno, supõe-se que o efeito conseguido na fig. 4A é devido ao comprimento das fibras ser, no material acabado, em média mais pequeno do que o comprimento da fibra em cerca de 10 mm, quando as mesmas foram misturadas com o material plástico. As curvas mostradas nas figs. 5A-5D são representativas das medições feitas com um e mesmo material (fibra "Thornel" T--200 12k) em diversas gamas de frequência. As curvas mostram uma forte redução na absorção, entre 2,5-6,5 ÊHz (12-4,6 cm). Isto pode ser devido ao facto inter alia, do comprimento de onda ser superior a 4 vezes os comprimentos das fibras.
Descreveu-se anteriormente, uma concretização do invento actualmente preferida, de acordo com a qual um plastisol de PVC contendo um expansor é misturado com fibras e a mistura é tratada sob pressão e alta temperatura para formar um esboço ou embrião, que é então deixado expandir em água, a uma temperatura próxima do ponto de ebulição. 0 invento pode ser também aplicado em outros processos para o fabrico de plástico celular de PVC, tendo células fechadas, por exemplo o processo resumidamente mencionado anteriormente, em que azoto gasoso (ou qualquer outro gás não facilmente condensado) é fornecido sob pressão a um processo de tratamento a alta pressão e a alta temperatura, para proporcionar uma matriz que é expandida por abaixamento da pressão. Neste caso, as fibras são adicionadas antes da aplicação de pressão.
Quando se poe em prática o invento é importante que as 70 876
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-12-fibras electricamente condutoras fiquem distribuídas aleatoriamente, tão completamente quanto possível, de modo a obter-se um bom e adequado efeito de ocultação radar em construções ã base de plástico celular de PVC. As propriedades mecânicas mensuráveis do plástico celular são mudadas apenas muito ligeiramente em relação ao plástico celular de PVC expandido, que não contém fibras e que é fabricado de uma maneira similar, Assim, foi possível estabelecer que a diferença é dificilmente mensurável, através de testes ao material, em relação à sua resistência ao corte, resistência à tracção e resistência à compressão.
Claims (14)
- 70 876 17533-20080-er/BM -13- REIVINDICAC8ES 1 - Processo ds fabrico de material de camuflagem à base de plástico celular de PVC, tendo células fechadas compreendendo a preparação de uma mistura de PVC e de um expansor, a introdução da mistura num recipiente plano, o aquecimento do recipiente, sobre pressão, para gelificação e nucleação de células, e a expansão da mistura, sob a pressão atmosférica, através da acção do expansor, para formar um plástico celular de células fechadas, caracterizado por compreender na preparação da mistura, a adição de fibras electricamente condutoras numa quantidade inferior a 2¾ em peso, da mistura,
- 2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a mistura incluir um anidrido de ácido orgânico e isocianato, por o expansor ser um fluoro-hidrocarboneto, e por a expansão ser efectuada por tratamento, da chapa de material removida do recipiente plano, com água ou vapor de água, a uma temperatura, pelo menos, na proximidade de 10020.
- 3 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o .recipiente plano ser cheio pela introdução, sucessiva, da mistura na forma de uma corrente estreita, cujo ponto de impacto no recipiente é obrigado a deslocar-se, sistematicamente, sobre o plano do dito recipiente.
- 4 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o expansor compreender um gás, de preferência azoto, que é fornecido ao recipiente plano pressurizado, ocorrendo a expansão quando a pressão é reduzida.
- 5 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as fibras terem um comprimento na ordem de 8-15 mm.
- 6 - Processo de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado por as fibras apresentarem superfícies de adesão moderada, em relação ao plástico celular em expansão, de modo que a expansão do plástico não seja substancialmente inibida pelas fibras.
- 7 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações -14- 70 876 17533“20080-6r/BM anteriores, caracterizado por o plástico cslular de PVC ser expandido até um peso específico de 50-400 kg/m~*.
- 8 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as fibras utilizadas serem fibras à base de carbono.
- 9 - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por as fibras à base de carbono não terem a superfície tratada.
- 10 - Processo de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por as fibras serem distribuídas, essencialmente, isotropicamente em relação à direcção e distribuição, apresentando o material obtido, quando irradiado por radiação rádio, a frequências de 3-100 QHz, uma absorção de até, pelo menos, 1 dB de preferência, pelo menos, 3 dB por centímetro de espessura, calculada na transmissão directa.
- 11 - Processo de acordo com a reivindicação 7 ou 10, caracterizado por as extremidades de fibra expostas, quando se corta uma secção através do material obtido, não serem extensíveis, em qualquer grau substancial, sem quebra.
- 12 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 e 11, caracterizado por o material obtido apresentar essencialmente o mesmo módulo de corte, resistência ao corte e resistência à tensão diagonal do que o dum material similar sem fibras.
- 13 - Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por serem adicionadas 0,1-0,5¾ de fibras de carbono.
- 14 - Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por se adicionar 0,3-0,5¾ de pó ds titãnio, cerca de 0,1¾ de pó de aluminio e/ou cerca de 0,02¾ de pó de carbono. Lisboa, ,9 M M Por DIAB-BARRACUDA AB 0 OFICIAL
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