WO2015024087A1 - Processo para fabricação de material composto e material composto - Google Patents

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José Carlos RICCIARDI
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Definitions

  • the present invention is in the field of materials and structures and discloses a composite material and a process for manufacturing a composite material. More specifically, the present invention discloses a composite material having at least a first mat and at least a second mat composed of a mixture of natural and synthetic fibers, joined together from an olefin-based intermediate layer, as well as the process for the manufacture of this material.
  • the materials developed for structural applications comprising those used for car coating, construction and shipbuilding structures, among others, comprise a diverse range of components.
  • Such elements, when aggregated, are capable of offering different properties and characteristics depending on the need and application for which they are intended.
  • Such materials may be termed as composite, tricompound, etc. materials.
  • composite materials are defined as materials formed of two or more constituents having distinct compositions, structures and properties and which are separated by one or more interfaces.
  • the main purpose in producing composite materials is to combine different materials to produce a part with properties superior to unitary components.
  • the properties of the compounds are mainly controlled by the properties of their constituents, their distribution, dispersion, their interaction with a matrix as well as its shape and size. Once you know the individual properties of each material and the way the components interact with each other, you can design an ideal material for a given application. Additionally, composite materials are also designed to meet applications that require a set of specific properties, be they structural, thermal, electrical, tribological, optical, among others.
  • step b) Pairing of the blankets obtained in step a) through bonding, welding, ultrasound, vibration or hot plate processes, through specific tooling and equipment;
  • a second method used for the manufacture of composite materials object of the present invention is achieved by vacuum thermoforming.
  • this method is a process capable of heating a blanket to the thermoplastic softening temperature for subsequent placement in a multi-cavity refrigerated mold. Then, by action of compressed air and vacuum, the conformation of the product is promoted. The product is then cooled, cut, demolded and matched with another blanket to form the composite material.
  • the parts structured by it are only possible with an increase in the thickness of the blankets. Additionally, for reasons of material strength, it is necessary to create reinforcements with addition of elements (such as, for example, pipes or steel portions), which may be used in conjunction with ribs to increase the stiffness of the part. Of course, all of these constructive conditions end up causing an increase in the final weight of the part, which is notoriously recognized as a drawback. It should also be noted that the addition of structurally functional elements such as steel has the advantage of ensuring the mechanical strength of the part, but provides a strength usually higher than necessary, resulting in oversizing which reduces the binomial weight (excess weight addition) and cost. (increase in the number of production steps and consequently the final cost of the part).
  • a third method currently used for the fabrication of these structurally applied composite materials is defined as the twin sheet method (better known as Twin Sheet).
  • This method of manufacture consists essentially of heating two plates of thermoplastic material such as the vacuum thermoforming method described above. These heated plates are then vacuum molded, positioned parallel to each other with the cavities attached to a press and then shaped. Immediately after this conformation, the system is closed, joining the two faces formed in one piece.
  • this method entails the use of various forming molds and vacuum pumps giving rise to steps that may cause inaccuracies in parts that will be later paired and pressed. Consequently, the final material obtained by this method has as disadvantages a low thermal and dimensional stability.
  • Structurally applied composite materials are made from a mixture of two or more materials selected from particulate, laminated, fibrous, fibrous laminated compounds and compounds developed for structural purposes, such as high performance polymers with ceramic or polymeric fibers. High elastic modulus and mechanical resistance.
  • the automotive industry already uses, for example, flax, sisal and hemp fibers in the interior lining of doors and trunk, as well as coconut and rubber fibers in the seats.
  • flax, sisal and hemp fibers in the interior lining of doors and trunk, as well as coconut and rubber fibers in the seats.
  • the use of natural fibers means lower costs in manufacturing materials and lighter cars, resulting in fuel economy and also contributing to a lower environmental impact.
  • natural fibers mixed with other appropriate components, has a number of advantages over other inorganic compounds for reinforcing composite materials. It should be noted that natural fibers are lighter, lower cost, lower density than glass and graphite fibers, and come from renewable, non-abrasive, biodegradable sources and widely available in Brazil. In addition, natural fibers guarantee good mechanical properties and low thermal and electrical conductivity.
  • natural fibers act on the micro cracks of materials, restricting the growth of cracks when subjected to stresses that lead to compost breakage, thus improving the mechanical properties of the materials in which they are present, such as fracture resistance, modulus of elasticity in the material. flexion, fatigue and impact resistance.
  • the deformation of parts after assembly, as noted above, occurs mainly in parts consisting mainly of polymers.
  • the addition of natural fibers has the advantage of ensuring dimensional stability, as well as assisting in the distribution of internal stresses, reducing the bending of the part. This is because natural fibers are less sensitive to heat deformation.
  • thermoset or thermoplastic matrix compounds there is now a growing interest in optimizing the incorporation of natural and lignocellulosic materials (natural fibers such as sisal, coconut, banana, curauá and jute) as reinforcement in thermoset or thermoplastic matrix compounds.
  • natural and lignocellulosic materials natural fibers such as sisal, coconut, banana, curauá and jute
  • natural fibers are used as reinforcement in polymers, partially replacing synthetic fibers such as asbestos, kevlar, boron, carbon, nylon and glass which, while having good mechanical characteristics, are costly, are abrasive to processing equipment. , have high density, are not biodegradable, products that have a very high cost of recycling, and some of these fibers compromise human health.
  • These composite materials currently obtained contain in their composition resins, in addition to natural fibers. These resins, also called matrices, have as their main purpose to transfer the stresses imposed on the composite material to the fibers, as well as to support and protect them. As a rule, thermosetting or thermoplastic resin matrices are used.
  • thermosetting resins have good mechanical properties and dimensional stability, as well as being easily processable. They are still resistant to chemical attack and have high thermal resistance.
  • thermosetting resins are generally the most used since under the effect of heat they polymerize and an irreversible process occurs. Their carbonic chains have a three-dimensional geometry. In other words, we have that thermosetting or thermosetting resins cure in an irreversible state because their molecular structure is interconnected.
  • thermosetting resins due to the low impact resistance promoted by the crosslinked network formed under the influence of heat or curing agents.
  • reinforcements need to be employed in these polymeric matrices, often achieved by structural ribs.
  • These structural ribs are intended to provide a particular more mechanically requested region with greater strength.
  • such a solution requires a more complex mold and a larger amount of material, resulting in a higher weight and higher cost.
  • thermoplastic resin based matrices for the same purpose is also possible and the choice will depend on the expected properties of the final composite material.
  • the structure and properties of the matrix / fiber interface significantly influence the final properties of the composite material, and good interfacial adhesion increases the stress transmission from matrix to fiber, increasing the mechanical performance of the composite. If there is no such interaction, the material will be subject to catastrophic failure, such as crack propagation on larger scales, which may lead to fracture of the composite material.
  • the interaction between fibers and their substrate occurs via mechanical adhesion, which is the most common adhesion mechanism. Joining occurs by penetrating the "adhesive" in liquid form into the pores, roughness and cracks of the substrate. After evaporation of the solvent or chemical reaction, the resin solidifies, promoting greater adhesion at those points where the anchorage was most pronounced.
  • structurally applied composite materials currently comprise toxic components such as resins and release agents and may eventually use materials such as fiberglass.
  • the objects of the present invention are achieved by a novel process for manufacturing a composite material consisting of the following steps; (i) contact heating of at least a first mat and at least a second mat, each made of natural and synthetic fibers, heating to at least one softening temperature of the synthetic fibers; step (ii), arranging the first and second heated blankets in step (i) in the cavities of a mold; step (iii) arranging at least one olefinic base intermediate layer in the mold between each first and second mat; step (iv), pressing the assembly obtained in steps (ii) and (iii); and step (v), cooling the assembly obtained in step (iv) to at least one hardening temperature.
  • the objects of the present invention are further achieved by providing a composite material having at least a first mat and at least a second mat, each made of natural and synthetic fibers, the first and second mat being associated with each other and the mat. between each first and second mat being promoted by an intermediate layer of olefin base.
  • Figure 1 is an exploded view of the object material of the present invention in a first preferred embodiment.
  • the process of the present invention utilizes a novel a way of interacting components known in the prior art, namely a mixture of natural and synthetic fibers and olefin-based components, to create a structurally applicable material and / or as a finish in various applications such as automotive interiors.
  • the present process employs these components in specific composition, in steps under particular conditions, in order to obtain a composite material 1 which has properties capable of understanding all the known advantages of the state of the art, without the need to add elements to the material. ensure structural function.
  • composite material 1 will be endowed with excellent structural properties, lower weight, good thermo-acoustic properties, good thermal and dimensional stability, recyclability, low cost and at the same time being a waterproof and high rigidity material, as it can be. be seen below.
  • the composite material 1 of the present invention has excellent presentation, which contributes to a high quality finish.
  • an excellent appearance, resistant and low cost is achieved.
  • the present invention proposes a process for manufacturing a composite material 1 comprising the following steps:
  • Step (i) contact heating of at least a first mat and at least a second mat 1 1, 1 1 ', each made of natural and synthetic fibers, heating to at least the softening temperature of the synthetic fibers.
  • Step (ii) arranging the first and second heated mats 11, 11 'of step (i) in the cavities of a mold; Step (iii), arranging at least one olefin-based intermediate layer 12 between each first and second mat 1 1, 1 1 ';
  • the excess weight of the material also entails limitations as, for example, the automotive industry constantly seeks weight reduction. Therefore, there is a compromise with regard to high values of structural strength, weight, cost and conformability.
  • a higher weight does not always mean greater strength.
  • increasing the weight will lead to an increase in mechanical strength, taking, for example, a weight of 800g, a warm-up time of 30 seconds will be required, while for a weight of 2500 grams it will take 70 seconds. This time difference excludes the chances of commercial success of the second option because of the excessive cost of production.
  • the weight of 800g can achieve greater mechanical strength than 2500g. This is due to the design, the influence of the ribs to increase strength and, mainly, the adhesion capacity of the intermediate layer 12. Note that, for example, taking a flat plate of the composite material of the present invention when it is is flexed at the ends, there is a tensile force in the central region between the first and second webs 1 1, 1 1 ', which is supported by the adhesion capacity of the intermediate layer 12. Thus, the success of each project and its Mechanical strength depends not only on the weight of the piece, but rather on the bonding relationship between the blankets and the intermediate layer 12. In other words, the high adhesion capacity of intermediate layer 12 enables composite material 1 to obtain high mechanical strength.
  • the adjacent layered arrangement of the composite material 1 achieves far greater mechanical properties than the sum of the properties of each layer alone.
  • Said first and second mats 11,11 'used in the present process are comprised of the blend of natural and synthetic fibers as previously discussed in the prior art.
  • the blend of natural and synthetic fibers of blankets 1 1 and 1 1 ' is composed of a proportion of the mixture ranging from 20 to 70% (natural and synthetic fibers), and according to market preferences this proportion varies. .
  • a conventional but not obligatory mode is substantially 50% natural fibers and 50% synthetic fibers.
  • the quilts 11 'and 11' used in the manufacture of the present material 1 are composed of natural fibers, which may be jute, sisal, curauá, cotton, linen or any other type of natural fiber suitable for this purpose. This is not a limiting factor to the embodiment of the invention.
  • synthetic fibers are added which may be polypropylene (PP), polyethylene (PE) fibers, polyesters such as styrene polyethylene terephthalate (PET) or any other synthetic material pertinent to this function.
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PET polyesters
  • these synthetic fibers may be virgin, recycled fibers or a mixture of both and must be fundamentally olefin based.
  • weight of quilts 1 1 and 1 1 is limited to the choice of fiber composition (fiber composition, needling, proportion between both, etc.). Although the best results in terms of quality are to be found gram weights whose specific masses are substantially 500g / m 2 , other masses may of course be used depending on the application. This is not a limiting factor either, as it is known that to increase the load will require the use of higher density and, consequently, a higher weight that will guarantee greater mechanical resistance.
  • the low thermal expansion of natural fibers can compensate for the thermal expansion of synthetic fibers, so that composite material 1 does not undergo unwanted thermal expansion.
  • natural fibers can maintain the thermal resistance of synthetic fibers even though they have a lower density, a fundamental advantage in various branches of industry (automotive, aeronautics, etc.).
  • natural fibers have pores, acquiring high thermal insulation due to the presence of air, this feature results in advantages that will be better described throughout this report.
  • step (i) aims to heat the blanket to the beginning of its softening, by contact heating, in which heat is transferred from the outer portion of the webs (11, 11 ') into it. Heating is carried out in this way ensuring softening of synthetic fibers without deteriorating the natural fibers.
  • the warm-up time for the softening temperature of the natural and synthetic fiber blanket is reached on a case by case basis. Their selection is based on the weight and composition of the blankets and the process for contact heating.
  • the weight of the material is defined as a function of the mechanical characteristics required in the final product. The higher the weight, the more energy is consumed to obtain the best molding condition (softening temperature). Under the necessary conditions, the heating time, the temperature or both can be increased.
  • step (ii) is to provide a correct arrangement of the already warm and softened blankets in the first step (i) in a mold.
  • the mold used in step (ii) is a mold with a cooling system.
  • a mold may be made of aluminum obtained by simple machining, and a steel mold or any other that may prove to be functional may also be used.
  • the mold may be simpler, ie without refrigeration, as it is the process conditions which, when handled, will or will not require mold cooling.
  • Step (iii) deals with the positioning of an olefin-based intermediate layer 12, as defined above, between each first and second mat 11, 11 'of step (i). It should be noted that at this time the blankets 1, 11 'are warm and soft and correctly positioned in the mold cavities.
  • the temperature inertia of the blankets 11, 11 ' specifically the temperature corresponding to the softening of synthetic fibers present in the composition of the mats 11, 11 ', promotes the fusion in step (iv) of the appropriate olefin-based intermediate layer 12.
  • the olefin-based intermediate layer 12 of step (iii) is arranged between each first and second mat 11, 11 'and is essentially formed of olefinic compounds.
  • the choice of composition of this intermediate layer 12 should be in line with the choice of synthetic fibers of the webs 11 and 11 'described above. This choice stems from the fact that the association of blankets 11, 11 'occurs through the chemical interaction between the intermediate layer 12 and the synthetic portion of the first and second blankets 11, 11'. An affinity between these two portions will ensure a correct / stable association of blankets 11, 11 '. Thus, this is one of the fundamental points of the present invention.
  • this intermediate layer 12 may be a polypropylene (PP), polyethylene (PE) foam or any other physically cross-linked component suitable for this function.
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • the advantage of using a foam lies in the fact that its positioning is more practical, and its storage is also more compensatory.
  • the intermediate layer 2 can have its thickness and density adjusted to each application, seeking to improve the ratio between mechanical resistance, thermo-acoustic insulation, weight and costs.
  • olefin-based foams for example, from PP or PE may be crosslinked which, when adhered to the outer face mat, improve impact strength, resulting in improved modulus of elasticity. (E- Modules).
  • steps (i) and (iii) it is possible to position at least one coating layer 13 on an outer face of the composite material 1 to be manufactured, simultaneously with the arrangement of the heated blankets 11, 11 '.
  • the coating layer 13 is positioned in contact with at least one mold cavity. It is important to highlight that the adhesion of the coating layer 13 is simultaneous to the molding, not being necessary Adhesive application is required. Thus, the adhesion of the coating layer 13 is promoted exclusively by the melting of the synthetic fibers.
  • the applied coating layer 13 has an aesthetic function, visually enhancing the appearance of the part, and, depending on the choice of material used for the coating, offers additional benefits in terms of improving thermo-acoustic properties, touch comfort, among others.
  • a nonwoven (needled) mat may be incorporated with a blend of polypropylene (PP) and ethylene polyphthalate (PET) fibers.
  • PET ethylene polyphthalate
  • the desired characteristics can be achieved through the use of fabrics, tri-nitro toluene (TNT), vinyl and olefin thermoplastics (TPO) as coatings and, depending on the application, also carpet, leather, etc.
  • step (iv) deals with pressing the assembly obtained with the webs 11, 11 ', intermediate layer 12 of olefin base and, if present, the coating layer 13.
  • the pressing time as well as other physicochemical variables comprising this method are inherent in the characteristics of the materials, such as the synthetic fiber of the webs 11, 11 ', the coating component 13, the olefin-based intermediate layer 12.
  • step (iv) it is assumed that the pressing, as well as the next step (v), are performed long enough to start hardening the material, ensuring the final quality of the product.
  • the mold cooling function is required or not, ie the mold is already cooling to remove heat from the pressed assembly. This stems from the need to accelerate the cooling of the blankets, thus promoting the hardening of the layers already associated.
  • step (v) is to keep the pressed assembly still in the mold until complete cooling, so that the demoulding occurs successfully. In fact, this cooling begins with the actual pressing of step
  • Both the cooling time and the temperature that will be reached to ensure perfect demoulding are values dependent on the materials chosen for the manufacture of the final composite material 1, according to such need.
  • Step (i) arranging at least a first mat 11 and at least a second mat 11 'each composed of natural and synthetic fibers and arranging at least one olefin-based intermediate layer 12 in a mold between the first mat 11 and the second blanket 11 ';
  • Step (ii) heating, pressing and adhesion of the assembly obtained in step (i);
  • Step (iii) cooling the assembly obtained in step (ii) to at least one hardening temperature.
  • the present invention may have a process wherein the blankets (1,11 ') and the intermediate layer (12) are preheated. Following this preheated assembly is arranged in a mold together with the coatings to obtain the product in its final form in practically one step, since the preheated assembly can be obtained in a continuous (scale) process, with the operational part of assembly and molding restricted to one step.
  • process of manufacture of the present invention may also be blanched, which adapts to low volumes or special series.
  • composite material 1 is finished it is possible to aggregate plastic and / or metal components (such as finishes) by adhesive or welding (vibration, hot plate, ultrasound).
  • adhesive or welding vibration, hot plate, ultrasound
  • component riveting is also possible.
  • the product of the present invention has a much higher mechanical strength. Taking for example the roof of a car roof, usually the interior light is fixed to a frame (usually a steel plate), and in the present invention the fixation of the light assembly can be performed directly. in composite material without any frame.
  • An advantage of the present process is the total adhesion between the mats 11, 11 '.
  • the obtained composite material 1 has a single anchor, evenly distributed over its entire surface.
  • the explanation for this phenomenon stems from the fact that the middle layer 12 undergoes a fusion that guarantees its full distribution between the spacing between the blankets 11, 11 ', that is, an absolutely homogeneous cohesion.
  • any mechanical stress is distributed over the entire surface of composite material 1 and is not directed only at specific or supported anchor points, as in the state of the art (example: bonding points only).
  • the design of the part may or may not make use of ribs usually applied by the state of the art, which ribs seek to give additional strength to composite material 1.
  • ribs usually applied by the state of the art, which ribs seek to give additional strength to composite material 1.
  • the entire structure of composite material 1 acts in a load-resistant manner, There is no reason to direct these loads to any ribs. This also reduces the complexity of the molds. It is a further advantage of the manufacturing process of the present invention to eliminate at least one mold compared to the manufacturing methods currently employed.
  • the mold used to hold the mats 11, 11 ', the olefin-based intermediate layer 12 and optionally the coating layer 13 is the same mold that promotes cohesion between the layers and simultaneously forms the final conformation. of material.
  • the present process for fabricating a material avoids unnecessary discarding of the prototype, as it is possible to use the prototype for the final molding of the material.
  • the composite material 1 obtained by the process of the present invention will be further described below, further based on Figure 1.
  • the composite material 1 of the present invention consists of a multilayer aggregate material which gives it high mechanical strength, low weight, impermeability, good thermo-acoustic properties, stability and thermal and dimensional insulation, recyclability and low cost.
  • composite material 1 is provided with at least one first mat 11 and at least one second mat 11 ', each composed of natural and synthetic fibers, the first and second mat 11, 1' being associated with each other by means of an intermediate layer 12 of olefin base.
  • composite material 1 may contain numerous associated interleaved blankets as described, i.e. always surrounded by an intermediate layer 12.
  • At least one cover layer 13 may be added to at least one face of the composite material 1.
  • the liner portion facing the interior of the vehicle may be coated 13 to provide the desired finish, such as fabric, leather, etc.
  • cladding 13 will depend on the product application, but to give you a broader idea of the possibilities, composite material 1 can also be used as a finishing for a false ceiling of a building, in which case cladding 13 can be used. of a material capable of receiving a painting.
  • the natural fibers of quilts 11 and 11 ' may be jute, sisal ,ura, cotton, flax or any other type of natural fiber suitable for this purpose.
  • synthetic fibers are added to the natural fibers, the material of which may be, for example, polypropylene (PP), polyethylene (PE), styrene polyterephthalate (PET) fibers or any other synthetic material relevant to this function.
  • these synthetic fibers may be virgin, recycled fibers or a mixture of both.
  • the assembly of the first mat 11 joined to the second mat 11 'by means of the intermediate layer 12 may be repeated consecutively.
  • this tricomposite assembly can be repeated several times to form the composite material 1, simply by adding an intermediate layer 12 to one of the blankets so that a new blanket can be added to achieve the desired thickness.
  • the composite material can serve either to produce a thin shelf or a door of a dwelling.
  • the olefin-based intermediate layer 12 is chosen according to the choice of synthetic fibers of the blankets 11, 11 'since the association of the blankets 11, 11' occurs through the chemical interaction between the fused intermediate layer 12 and the portion. synthetic cast of first and second webs 11, 1 '. An affinity between these two portions will ensure a correct / stable association of blankets 11, 11 '.
  • layer 12 is a polypropylene (PP), polyethylene (PE) foam or any other physically cross-linked component suitable for this function, which means that it should promote excellent adhesion to adjacent webs and be a Good thermal insulator.
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • the intermediate layer may also be applied as a liquid or even spray, provided that the amount required for adhesion between the first and second webs 11, 11 'is guaranteed.
  • the thickness and density of the material employed in layer 12 may vary according to market preference.
  • An additional advantage of the present invention is the ability of the composite material to provide thermal insulation. If we consider applying a car roof covering, this additional thermal protection translates into great comfort for the user. Both because of the lower heating intensity of the vehicle and because it facilitates the operation of an air conditioner, reducing fuel consumption. At the same time, the present invention does not suffer from the deformations typically found in solutions found in the prior art.
  • the intermediate layer 12 acts as a thermal insulator ensures that the heat does not pass from one blanket to another.
  • the acting tensile forces and a first mat 1 are nullified by the counter forces of a second mat 11 ', which forces are higher because the second mat is at lower temperatures and thus is better able to withstand forces / internal voltages acting. This fact is easily proven in a hot bench test typically performed by the consumer industries of these composite products.
  • a coating layer 13 may be applied, as noted above, its function being both aesthetic to visually improve the appearance of the part as well as functional, and may be a surface prepared to receive a plaster or paint, or even a metallic finish.
  • a non-woven (needled) mat may be incorporated with a blend of polypropylene (PP) and polyethylene terephthalate (PET) fibers.
  • PP polypropylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • Another example can be achieved by the use of fabrics, tri-nitro toluene (TNT), vinyl and olefin thermoplastics (TPO) as coatings and, depending on the application, also carpets, leather, etc.
  • the choice of the material used for the coating 13 offers complementary benefits in terms of improving thermo-acoustic properties, touch comfort, among others.
  • the question mechanical strength is a result of the choice of weight and the ratio of the natural and synthetic fibers that make up the quilts 11 and 11 'comprised in the composite material 1 object of the present invention, as well as the amount of blankets used.
  • the mechanical strength of the material is varied, which defines an imperative factor for certain applications, for example. structural in construction.
  • the major components of natural fibers may be: cellulose, hemicellulose, lignin, pectins, extractive (low molecular weight components), all these low density components which consequently decreases the weight of the composite material 1.
  • composite material 1 Another feature present in composite material 1 is impermeability, which eliminates the inconvenience of using natural fibers which are hygroscopic in nature. This follows from the fact that when natural fibers adhere to the synthetic fibers and the olefin-based intermediate layer 12, the natural fibers are covered by an impermeable synthetic layer. Thus, moisture absorption is negligible, making the products washable, so that the coating 13 is capable of this process.
  • the dimensional stability characteristic achieved by the presented product is also derived from the admission of natural fibers in its composition.
  • natural fibers keep composite material 1 free from shrinkage, dispensing with mold making compensations and also inhibiting swelling when exposed to heat.
  • the olefin-based intermediate layer 12 used provides insulation and thermal comfort and contributes to this dimensional stability. Note that materials do not cool evenly in a mold, which generates internal stresses. The solution presented here does not suffer from these contractions, which guarantees its explained dimensional stability.
  • the comfort of composite material 1 is quite successfully achieved.
  • the efficient thermo-acoustic insulation achieved produces a feeling of comfort, as for high temperatures as for cooler temperatures composite material 1 acts as a barrier that maintains a balance.
  • choosing the coating layer 13 on at least one outer face of the material can completely modify its application according to need, required comfort and material properties such as impermeability, thermo-acoustic insulation, flexibility, mechanical strength and stiffness.
  • the "sustainable" factor inherent in the natural fibers used and the "recyclable" factor achieved by composite material 1 currently have determining consequences on the cost of production, storage, sale and disposal. in consumer choice, which tends to opt for products that are produced with some environmental concern.
  • the milling of waste from the manufacturing process and / or disposal of the final product may be added as a filler in injection and / or extrusion processes or even incinerated without harming the environment. environment.
  • this composite material 1 can be applied in a wide range of areas and can be transformed into products ranging from automotive applications to the construction sector. More specifically, this material may be used, among other areas, in:
  • thermoacoustic Panels such as thermoacoustic
  • polyester and natural fiber may vary freely, however, assuming the minimum percentage of polypropylene set at 50%, better results are achieved.
  • compositions are designed for improved results, such as those cited above.
  • the different compositions are also worked to meet the standards and requirements of certain markets, given that due to the origin of the natural fiber (such as jute), formaldehyde levels higher than the specification can be detected. Under these circumstances, one can work with lower percentages of natural fiber or, alternatively, with a composition of polypropylene and viscose.
  • the present invention thus proposes a composite material 1 capable of ensuring a compromise between industrial viability, strength, weight and complexity. geometric shape never before aligned by means of two webs 11, 11 'and a foam fused intermediate to that web.

Abstract

Descreve-se um novo produto composto por fibras naturais e sintéticas, bem como processos para fabricação de um material de aplicação estrutural que consiste nas etapa (i), disposição de pelo menos uma primeira manta 11 e pelo menos uma segunda manta 11', cada qual composta de fibras naturais e sintéticas e de pelo menos uma camada intermediária 12 de base olefínica entre a primeira manta 11 e a segunda manta 11' para obter a geometria desejada; etapa (ii), aquecimento, prensagem e adesão do conjunto obtido na etapa (i); e etapa (iii), resfriamento do conjunto obtido na etapa (ii) até pelo menos uma temperatura de endurecimento.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE MATERIAL COMPOSTO E MATERIAL COMPOSTO".
A presente invenção insere-se no campo de materiais e estruturas e revela um material composto e um processo para fabricação de um material com- posto. Mais concretamente, a presente invenção revela um material composto dotado de pelo menos uma primeira manta e pelo menos uma segunda manta compostas de uma mistura de fibras naturais e sintéticas, associadas entre si a partir de uma camada intermediária de base olefínica, bem como o processo para a fabricação deste material.
Descrição do Estado da Técnica
Atuaimente, os materiais desenvolvidos para aplicações estruturais, entre eles os utilizados para o revestimento de automóveis, estruturas da construção civil e naval, entre outras, compreendem uma gama diversa de componentes. Tais elementos, quando agregados, são capazes de oferecer dife- rentes propriedades e características consoantes à necessidade e aplicação a que se destinam. Tais materiais podem ser denominados como materiais compostos, tricompostos, etc.
Em essência, estes materiais compostos aplicados em estruturas e revestimentos são atuaimente fabricados a partir de pelo menos alguns dos se- guintes elementos:
• Fibras;
• Resina ou matriz;
• Endurecedores ou agentes de cura da resina;
• Desmoldantes
É oportuno dizer que os materiais compostos são definidos como materiais formados de dois ou mais constituintes com distintas composições, estruturas e propriedades e que são separados por uma ou mais interfaces. O ob- jetivo principal na produção de materiais compostos é o de combinar diferentes materiais para produzir uma peça com propriedades superiores às dos componentes unitários.
Adicionalmente, as propriedades dos compostos são controladas principalmente pelas propriedades de seus constituintes, sua distribuição, dispersão, interação destas com uma matriz bem como sua forma e tamanho. No momento em que se conhecem as propriedades individuais de cada material e o modo como os componentes interagem entre si, pode-se projetar um material ideal para uma dada aplicação. Adicionalmente, os materiais compos- tos são também projetados para atender aplicações que necessitem de um conjunto de propriedades específicas, sejam elas estruturais, térmicas, elé- tricas, tribológicas, ópticas entre outras.
Em razão disto, os métodos ou processos de fabricação deste tipo de materiais para aplicação estrutural têm fundamental participação na definição das propriedades físicas do produto final. Entre os diversos métodos disponíveis, aqueles mais pertinentes a presente invenção serão mais detalhadamente descritos a seguir.
Tomando, por exemplo, a produção do forro interno de uma porta de um veículo automóvel, onde uma das porções está virada para a parte interna da porta e a outra porção, dotada do acabamento, está virada para o habitáculo, um dos métodos de produção disponíveis diz respeito à fabricação por injeção plástica que, em termos gerais, pode ser resumida de acordo com as seguintes etapas:
a) Injeção individual de uma primeira e uma segunda manta compostas de fibras naturais e/ou sintéticas em moldes separados;
b) Pareamento das mantas obtidas na etapa a) através de processos de colagem, solda, ultra-som, vibração ou placa quente, através de ferramental e equipamento específico; e
c) Aplicação de adesivo para colagem de um revestimento, seguido de prensagem em um molde específico para a finalização da adesão de todas as camadas do material.
Embora este seja um método bastante empregado para a fabricação destes materiais, apresenta diversos inconvenientes, tais como:
i) necessidade que as duas mantas injetadas tenham dimensões exatas en- tre si para que o pareamento seja perfeito, com vista a evitar abas ou frestas ii) uso de diversos moldes para as etapas de injeção prensagem; e iii) a utilização de colas ou resinas, quando necessário, que produzem vapores tóxicos nocivos aos operadores.
Um segundo método utilizado para a fabricação de materiais compostos ob- jeto da presente invenção é alcançado pela termoformagem a vácuo. Em essência, este método consiste num processo capaz de aquecer uma manta até a temperatura de amolecimento do termoplástico para posterior colocação em um molde refrigerado multicavidade. Seguidamente, por ação de ar comprimido e vácuo, a conformação do produto é promovida. O produto é então resfriado, cortado, desmoldado e pareado com outra manta para for- mar o material composto.
Entre as desvantagens apresentadas por este processo, pode-se citar que as peças por ele estruturadas só são possíveis com um aumento da espessura das mantas. Adicionalmente, por questões de resistência do material, é necessário criar reforços com adição de elementos (tal como, por exemplo, tubos ou porções de aço), podendo ser utilizados em conjunção com nervuras que visem o aumento da rigidez da peça. Naturalmente que todas estas condições construtivas acabam por provocar um aumento no peso final da peça, o que é notoriamente reconhecido como um inconveniente. Cumpre notar também que a adição de elementos com função estrutural como o aço tem como vantagem garantir a resistência mecânica da peça, mas confere uma resistência usualmente superior ao necessário, ocorrendo um super dimensionamento que reduz o binómio peso (adição excessiva de peso) e custo (aumento do numero de etapas de produção e consequentemente do custo final da peça).
Ademais, devido ao fato de este método de fabricação gerar produtos com diferentes espessuras, decorrentes dos estiramentos que ocorrem na termoformagem e no ato da conformação, podem ocorrer trincas e deformações originadas pelas tensões residuais resultantes do resfriamento. Estes defeitos dificultam e podem até impossibilitar o posterior pareamento e prensa- gem do material para a finalização da adesão de todas as camadas do material composto. Este é um dos fatores de ruídos de vibração em veículos dado que embora uma peça possa ter um encaixe perfeito em sua monta- gem, após uma exposição ao sol as tensões tendem a relaxar, provocando a deformação da pela já montada no veículo e com isso os desagradáveis ruídos típicos dos plásticos.
Um terceiro método atualmente utilizado para a fabricação destes materiais compostos com aplicação estrutural é definido como o método folhas gémeas (mais conhecido como Twin Sheet).
Este método de fabricação consiste essencialmente em aquecer-se duas placas de material termoplástico tal qual o método de termoformagem a vácuo descrito acima. Estas placas aquecidas são então moldadas a vácuo, posicionadas paralelamente uma com a outra com as cavidades fixas a uma prensa e então conformadas. Imediatamente após esta conformação, o sistema é fechado, unindo-se as duas faces formadas em uma única peça. Do mesmo modo, este método implica na utilização de diversos moldes de conformação e bombas de vácuo dando origem a etapas que podem provo- car imprecisões nas peças que serão posteriormente pareadas e prensadas. Consequentemente, o material final obtido por este método apresenta como desvantagens uma baixa estabilidade térmica e dimensional.
Vistos os métodos atualmente conhecidos para a fabricação de materiais compostos para fins estruturais, cabe apresentar os compostos tradicional- mente utilizados nestes métodos de fabricação. Os materiais compostos com aplicação estrutural são fabricados a partir da mistura de dois ou mais materiais selecionados entre os compostos particulados, laminados, fibrosos, fibrosos laminados e os compostos desenvolvidos para fins estruturais, tais como, polímeros de alto desempenho dotados de fibras cerâmicas ou poliméricas de alto módulo elástico e resistência mecânica.
Recentemente, as fibras naturais têm se tornado uma alternativa aos componentes sintéticos utilizados para o reforço dos materiais com aplicação estrutural nos mais diversos campos (indústria naval, da construção civil e indústria automobilística).
A título de exemplo, a indústria automobilística já utiliza, por exemplo, fibras de linho, sisal e cânhamo no revestimento interno de portas e porta-malas, bem como fibras de coco e borracha nos bancos. Para as montadoras de automóveis, o uso de fibras naturais significa custos menores na fabricação dos materiais e carros menos pesados, resultando na economia de combustível e contribuindo também para um menor impacto ambiental.
A utilização de fibras naturais, misturadas a outros componentes apropria- dos, apresentam uma série de vantagens sobre outros compostos inorgânicos para o reforçamento de materiais compostos. Note-se que as fibras naturais são mais leves, de baixo custo, densidade menor do que as fibras de vidro e grafite, além de serem oriundas fontes renováveis, não abrasivas, biodegradáveis e amplamente disponíveis em território nacional. Ademais, as fibras naturais garantem boas propriedades mecânicas e de baixa condutividade térmica e elétrica.
Adicionalmente, as fibras naturais atuam nas microfissuras dos materiais, restringindo o crescimento de fissuras quando submetidas a tensões que levam à ruptura do composto, melhorando assim as propriedades mecâni- cas dos materiais em que estão presentes, como resistência à fratura, módulo de elasticidade na flexão, fadiga e resistência ao impacto. A deformação de peças após montagem, tal como acima apontado, ocorre principalmente em peças constituídas majoritariamente por polímeros. A adição de fibras naturais tem como vantagem garantir a estabilidade dimensional, bem como auxiliar na distribuição das tensões internas, diminuindo o empenamento da peça. Isso ocorre porque as fibras naturais são menos sensíveis à deformação por calor.
Neste contexto, existe hoje um interesse crescente na otimização da incorporação de materiais naturais e de materiais lignocelulósicos (fibras naturais tais como sisal, coco, banana, curauá e juta), como reforço em compostos de matrizes termofixas ou termoplásticas.
Mais concretamente, as fibras naturais são utilizadas como reforço em polímeros, substituindo parcialmente as fibras sintéticas como amianto, kevlar, boro, carbono, nylon e vidro que, apesar de possuírem boas características mecânicas, apresentam um custo elevado, são abrasivas aos equipamentos de processamento, possuem alta densidade, não são biodegradáveis, ge- ram produtos com um custo muito alto de reciclagem, além de algumas dessas fibras comprometerem a saúde humana.
Estes materiais compostos atualmente obtidos levam em sua composição resinas, em adição as fibras naturais. Estas resinas, também chamadas de matrizes, têm como principal propósito transferir as tensões impostas ao material composto para as fibras, além de servirem como suporte e proteção das mesmas. Via de regra são utilizadas matrizes de resinas termofixas ou termoplásticas.
Como principais características, as resinas termofixas possuem boas propri- edades mecânicas e estabilidade dimensional, além de serem facilmente processáveis. Elas são ainda resistentes a ataques químicos e possuem elevada resistência térmica.
As resinas termofixas são geralmente as mais utilizadas dado que sob o efeito do calor se polimerizam, ocorrendo um processo irreversível. Suas cadeias carbónicas possuem uma geometria tridimensional. Em outras palavras, temos que, os termofixos ou resinas termofixas, curam num estado irreversível porque sua estrutura molecular é interligada.
Entretanto, quando resinas poliméricas sofrem forças ou cargas de impacto, as relaxações da estrutura molecular não acompanham o processo, resul- tando em fratura ocasionada pela quebra da cadeia e/ou separação das interfaces.
Este fenómeno ocorre especialmente em resinas termofixas, devido à baixa resistência ao impacto promovida pela rede de ligações cruzadas, formadas sob a influência do calor ou de agentes de cura. Sendo assim, há necessi- dade de se empregar reforços nestas matrizes poliméricas, muitas vezes alcançados por meio de nervuras estruturais. Estas nervuras estruturais têm por objetivo dotar uma determinada região mais solicitada mecanicamente de maior resistência. Naturalmente que tal solução requer um molde mais complexo e maior quantidade de material, refletindo-se num peso maior e um custo superior. A aplicação de matrizes a base de resinas termoplásticas para o mesmo fim também é possível e a escolha dependerá das propriedades esperadas para o material composto final.
Assim, a estrutura e as propriedades da interface matriz/fibra influenciam significativamente as propriedades finais do material composto, sendo que a boa adesão interfacial aumenta a transmissão de tensão da matriz para a fibra, aumentando o desempenho mecânico do composto. Caso não haja esta interação, o material estará sujeito a falhas catastróficas, como por exemplo, propagação de trincas em maiores escalas, podendo levar a fratu- ra do material composto.
Usualmente, a interação entre as fibras e seu substrato ocorre via adesão mecânica, sendo este o mecanismo de adesão mais comum. A junção ocorre através da penetração do "adesivo" em forma líquida nos poros, rugosi- dades e fissuras do substrato. Após a evaporação do solvente ou reação química, a resina solidifica, promovendo maior adesão naqueles pontos onde a ancoragem foi mais acentuada.
Apesar dos estudos aplicados com a finalidade de aperfeiçoar a utilização de fibras naturais na mistura base dos materiais compostos, os problemas enfrentados pelas tentativas de incorporação de fibras naturais à mistura base são devidos à natureza higroscópica da celulose e a sua temperatura de degradação térmica, alta variação de propriedades e baixa resistência a microorganismos. Em relação à baixa temperatura de degradação térmica, durante um processamento a temperaturas relativamente baixas, da ordem de 200°C, a degradação da fibra natural limita o seu uso competitivo em termoplásticos de engenharia em substituição às fibras inorgânicas, por exemplo, as fibras de vidro.
Além deste inconveniente, os materiais compostos com aplicação estrutural atualmente compreendem componentes tóxicos, tais como resinas e substâncias desmoldantes, além de eventualmente utilizarem materiais como a fibra de vidro.
Cumpre notar que a fabricação de materiais com aplicação estrutural, de modo a obter um produto com maior rigidez, menor peso, impermeabilidade e ainda manter todas as vantagens das fibras naturais como boas propriedades termo-acústicas, estabilidade térmica e dimensional, reciclabiiidade e baixo custo não pode ser garantida, por exemplo, por uma fibra de vidro. Este material, além das restrições à conformação de peças com espessura reduzida e/ou de geometria complexa, a fibra de vidro tem um peso elevado, o que afasta a sua competitividade para aplicações, por exemplo, de revestimentos na indústria automóvel, aeronáutica, construção, entre outras.
As soluções conhecidas fazem, tal como já comentado, uso de reforços para se atingir uma resistência estrutural, conhecida como carga, que por muitas vezes excede a necessidade. Se se pensar em uma tampa de um carro, ou o forro de um automóvel, faz-se necessário também observar que as soluções até agora disponíveis não têm a necessária resistência térmica, o que origina duas situações, menor conforto para o usuário e diminuição na resistência estrutural da peça.
Até o presente momento não foi encontrada uma solução que permita alcançar, em consonância a um processo de fabricação otimizado, um material composto comercialmente viável e capaz de poder ser conformado em geometrias complexas. Material esse que garantirá uma relação entre um peso reduzido e uma resistência estrutural e térmica, podendo incorporar fibras naturais à mistura base.
Objetivos da Invenção
É, portanto, um objetivo da presente invenção prover um processo para fabricação de um material composto capaz de oferecer uma otimização das etapas de fabricação, processo esse que seja capaz de reduzir o tempo do processamento, a quantidade de material utilizado e consequentemente uma redução do custo de um produto dotado de elevada estabilidade dimensional, resistência mecânica e térmica.
É também um objetivo da presente invenção prover um processo para fabricação para um material composto isento de materiais nocivos, capaz de ofe- recer segurança ao operário e ao usuário, além de ser menos nocivo ao ambiente. Por fim, é um objetivo da presente invenção prover um material composto de base olefínica para aplicações com fins estruturais de geometria complexa ou não, material esse que pode ser composto por fibras naturais e, portanto, oferecer todas as vantagens inerentes às fibras naturais e que apre- sente menor peso, boas propriedades termo-acústicas, boa estabilidade térmica e dimensional, reciclabilidade e baixo custo e que seja, simultaneamente, um material impermeável e com alta rigidez.
Breve Descrição da Invenção
Os objetivos da presente invenção são alcançados por meio de um novo processo para fabricação de um material composto que consiste nas seguintes etapas; etapa (i) aquecimento por contato de pelo menos uma primeira manta e pelo menos uma segunda manta, cada qual composta de fibras naturais e sintéticas, o aquecimento ocorrendo até pelo menos uma temperatura de amolecimento das fibras sintéticas; etapa (ii), disposição da primei- ra e segunda mantas aquecidas na etapa (i) nas cavidades de um molde; etapa (iii), disposição de pelo menos uma camada intermediária de base olefínica no molde, entre cada primeira e segunda mantas; etapa (iv), prensagem do conjunto obtido nas etapas (ii) e (iii); e etapa (v), resfriamento do conjunto obtido na etapa (iv) até pelo menos uma temperatura de endureci- mento.
Os objetivos da presente invenção são ainda alcançados pela provisão de um material composto dotado de pelo menos uma primeira manta e pelo menos uma segunda manta, cada qual composta de fibras naturais e sintéticas, as primeira e segunda mantas sendo associadas entre si e a associa- ção entre cada primeira e segunda mantas sendo promovida por meio de uma camada intermediária de base olefínica.
Descrição Resumida dos Desenhos
A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado no desenho. A figura mostra: Figura 1 - é uma vista explodida do material objeto da presente invenção em uma primeira configuração preferencial.
Descrição Detalhada da Figura O processo de fabricação e o material composto 1 resultante desse processo, objeto da presente invenção, serão descritos a seguir com base na figura 1 , que representa uma possível configuração do material composto 1. Em linhas gerais, o processo da presente invenção utiliza um novo modo de interagir componentes já conhecidos do estado da técnica, a saber, uma mistura de fibras naturais e sintéticas e componentes de base olefínica, para criar um material aplicável estruturalmente e/ou como acabamento em diversas aplicações, tal como em interiores de veículos automotores.
Todavia, o presente processo emprega estes componentes em composição específica, em etapas sob condições particulares, de maneira a obter um material composto 1 que seja dotado de propriedades capazes de compreender todas as vantagens conhecidas do estado da técnica, sem a necessidade de adicionar elementos para garantir a função estrutural.
Adicionalmente, o material compòsto 1 será dotado de excelentes proprie- dades estruturais, menor peso, boas propriedades termo-acústicas, boa estabilidade térmica e dimensional, reciclabilidade, baixo custo e que seja, simultaneamente, um material impermeável e com alta rigidez, como pode ser visto a seguir.
Todas estas características convergem para que o material composto 1 da presente invenção tenha excelente apresentação, o que contribui para um acabamento com elevada qualidade. Em suma, por meio de um revestimento superficial, alcança-se uma excelente aparência, resistente e de baixo custo.
Em outras palavras, a presente invenção propõe um processo para fabrica- ção de um material composto 1 que compreende as seguintes etapas:
• Etapa (i), aquecimento por contato de pelo menos uma primeira manta e pelo menos uma segunda manta 1 1 , 1 1 ', cada qual composta de fibras naturais e sintéticas, o aquecimento ocorrendo até pelo menos à temperatura de amolecimento das fibras sintéticas;
· Etapa (ii), disposição das primeira e segunda mantas 1 1 , 1 1 ' aquecidas da etapa (i) nas cavidades de um molde; • Etapa (iii), disposição de pelo menos uma camada intermediária 12 de base olefínica entre cada primeira e segunda mantas 1 1 , 1 1 ';
• Etapa (iv), prensagem do conjunto obtido nas etapas (ii) e (iii) no molde refrigerado; e
· Etapa (v), resfriamento do conjunto obtido na (iv) até a sua temperatura de endurecimento.
Cumpre notar que o preço de custo de processamento de um material composto é fundamental para que possa ser utilizado pelo mercado. Assim, um processo que ofereça dificuldade em obter geometrias complexas gera um custo excessivo, reduzindo a competitividade no mercado.
O peso excessivo do material também acarreta em limitações, haja vista que, por exemplo, a indústria automóvel busca constantemente a redução de peso. Portanto, existe um compromisso no que diz respeito à elevados valores de resistência estrutural, peso, custo e conformabilidade.
Por outro lado, um peso maior nem sempre significa uma maior resistência. Embora o aumento da gramatura gere um aumento na resistência mecânica, tomando, por exemplo, uma gramatura de 800g, será necessário um tempo de aquecimento de 30 segundos, ao passo que para uma gramatura de 2500 gramas serão necessários 70 segundos. Esta diferença de tempo exclui as chances de sucesso comercial da segunda opção por conta do custo excessivo de produção.
Ademais, apesar da maior carga, a gramatura de 800g pode conseguir maior resistência mecânica que a de 2500g. Isto decorre do projeto, da influência das nervuras para aumento de resistência e, principalmente, da capaci- dade de adesão da camada intermediária 12. Note-se que, tomando, por exemplo, uma placa plana do material composto da presente invenção, quando esta é flexionada pelas pontas, ocorre uma força de tração na região central entre as primeira e segunda mantas 1 1 ,1 1 ', força essa que é suportada pela capacidade de adesão da camada intermediária 12. Assim, o sucesso de cada projeto e de sua resistência mecânica depende não apenas do peso da peça, mas antes da relação de adesão entre as mantas e camada intermediária 12. Por outras palavras, a alta capacidade de adesão da camada intermediária 12 possibilita ao material composto 1 obter alta resistência mecânica. Tal afirmação se deve ao fato de que as forças aplicadas em alguma camada exterior do material composto 1 são transmitidas por meio de tração para a camada intermediária 12, de modo a tentar "escorregar" uma camada em relação a outra, o que impede que isso ocorra é, principalmente, a alta capacidade de adesão entre as camadas.
Cumpre notar, também, que a disposição em camadas adjacentemente dispostas do material composto 1 alcança propriedades mecânicas muito maio- res que a somatória das propriedades de cada camada isoladamente.
DAS FIBRAS UTILIZADAS
As referidas primeira e segunda mantas 1 1 , 1 1 ' utilizadas no presente processo são compreendidas pela mistura de fibras naturais e sintéticas, tal como previamente discutido no estado da técnica.
A mistura de fibras naturais e sintéticas das mantas 1 1 e 1 1 ' é composta por uma proporção da mistura que varia entre 20 e 70% (fibras naturais e sintéticas), sendo que, de acordo com as preferências do mercado, essa proporção varia. Um modo convencional, mas não obrigatório é de substancialmente 50% de fibras naturais e 50% de fibras sintéticas.
A título de exemplo, as mantas 1 1 e 1 1 ' utilizadas na fabricação do presente material 1 são compostas por fibras naturais, que podem ser fibras de juta, sisal, curauá, algodão, linho ou qualquer outro tipo de fibra natural apropriada para esta função, não sendo este um fator limitante à concretização da invenção.
Adicionalmente às fibras naturais, são adicionadas fibras sintéticas, que podem ser fibras de polipropileno (PP), polietileno (PE), poliésteres tais como politereftalato de estireno (PET) ou qualquer outro material sintético pertinente a esta função. Ademais, estas fibras sintéticas podem ser fibras virgens, recicladas ou uma mistura de ambas e devem ser fundamentalmente de base olefínica.
Note-se que o peso das mantas 1 1 e 1 1 ' é limitado à escolha da composição das mesmas (composição das fibras, agulhamento, proporção entre uma e outra, etc). Embora os melhores resultados em termos de qualidade sejam encontrados gramaturas cujas massas específicas sejam substancialmente 500g/m2, podendo naturalmente ser utilizadas outras massas, consoante a aplicação. Este também não é um fator limitante, sabendo-se que para um aumento da carga será necessário o uso de maior densidade e, consequentemente um maior peso que garantirá maior resistência mecânica.
Cumpre notar que as fibras naturais sofrem menor dilatamento térmico que as fibras sintéticas, razão pela qual elimina a necessidade de se adicionar um polímero com alta resistência térmica para evitar variações dimensionais.
A baixa dilatação térmica das fibras naturais consegue compensar a dilatação térmica das fibra sintéticas, de modo que o material composto 1 não sofra dilatações térmicas indesejadas.
Ademais, as fibras naturais conseguem manter a resistência térmica das fibras sintéticas mesmo sendo dotadas de menor densidade, vantagem fundamental em diversos ramos da indústria (automotiva, aeronáutica, etc). Por fim, as fibras naturais são dotadas de poros, adquirindo alto isolamento térmico devido à presença de ar, tal característica resulta em vantagens que serão melhor descritas no decorrer deste relatório.
No tocante à utilização da fibra de vidro em substituição dos materiais da presente invenção pode-se afirmar que é industrialmente/comercialmente inviável. Isto se deve, além da dificuldade em se obter geometrias complexas ou muito finas em fibra de vidro, principalmente à elevada densidade quando comparada com o material da presente invenção. Haja vista que a fibra de vidro é dotada de densidade por volta de 1500kg/m3 enquanto o material composto 1 da presente invenção é dotado de densidade por volta de 0,3kg/m3, ou seja, cerca de 5000 vezes menor.
DO PROCESSO ETAPA (i)
Em consequência da composição determinada da primeira e segunda mantas 1 , 1 1 ', a etapa (i) tem o objetivo de aquecer a manta até o início do seu amolecimento, através do aquecimento por contato, no qual o calor é transferido de desde a porção externa da mantas (11 , 11 ') para o seu interior. O aquecimento é realizado desta forma garantindo o amolecimento das fibras sintéticas, sem que sejam deterioradas as fibras naturais.
Note-se que o tempo de aquecimento para que seja alcançada a temperatura de amolecimento da manta de fibras naturais e sintéticas é definida caso a caso. Sua seleção é dada em função da gramatura e composição das mantas e do processo para aquecimento por contato.
Neste sentido, a gramatura do material é definida em função das caracterís- ticas mecânicas requeridas no produto final. Quanto maior a gramatura, mais energia se consome para se obter a melhor condição de moldagem (temperatura de amolecimento). Mediante as condições necessárias, pode- se aumentar o tempo de aquecimento, a temperatura ou ambos.
ETAPA (ii)
O objetivo da etapa (ii) é o de conferir uma disposição correta das mantas já aquecidas e amolecidas na primeira etapa (i) em um molde.
De modo preferencial, mas não obrigatório, o molde utilizado na etapa (ii) é um molde com um sistema de refrigeração. Tal molde pode ser em alumínio, obtido por simples usinagem, podendo também ser utilizado um molde de aço ou qualquer outro que se mostre funcional. Alternativamente, o molde pode ser mais simples, isto é, sem refrigeração, sendo que são as condições do processo que ao serem manipuladas irão prescindir ou não do resfriamento do molde.
ETAPA (iii)
A etapa (iii), por sua vez, trata do posicionamento de uma camada intermediária 12 de base olefínica, tal como definida acima, entre cada primeira e segunda mantas 11 , 11' da etapa (i). Cumpre notar que neste momento as mantas 1 , 11' encontram-se aquecidas e amolecidas e corretamente posicionadas nas cavidades do molde.
Note-se que a inércia da temperatura das mantas 11 , 11', mais concretamente a temperatura correspondente ao amolecimento das fibras sintéticas presentes na composição das mantas 11 , 11', promove a fusão, na etapa (iv) da camada intermediária 12 de base olefínica apropriada.
No tocante à camada intermediária 12 de base olefínica da etapa (iii), esta é disposta entre cada primeira e segunda mantas 11 ,11 ', sendo formada es- sencialmente de compostos olefínicos. Neste sentido, a escolha da composição desta camada intermediária 12 deve ser consonante à escolha das fibras sintéticas das mantas 11 e 11' descritas acima. Esta escolha decorre do fato de a associação das mantas 11 ,11', ocorrer por meio da interação química entre a camada intermediária 12 e a porção sintética da primeira e segunda mantas 11 ,11'. Uma afinidade entre estas duas porções garantirá uma correta/estável associação das mantas 11 ,11'. Assim, este é um dos pontos fundamentais da presente invenção.
De modo preferível, mas não obrigatório, esta camada intermediária 12 pode ser uma espuma de polipropileno (PP), polietileno (PE) ou qualquer outro componente fisicamente reticulado apropriado para esta função. A vantagem de se utilizar uma espuma reside no fato de o seu posicionamento ser mais pratico, além de sua estocagem ser também mais compensatória.
Naturalmente que a camada intermediária 2 pode ter sua espessura e densidade ajustada a cada aplicação, buscando melhorar a razão entre resis- tência mecânica, isolamento termo-acústico, peso e custos. Além disto, as espumas de base olefínica (correspondentes a camada intermediária 12), por exemplo, de PP ou PE podem ser reticuladas que, quando aderidas à manta da face externa, melhoram a resistência ao impacto, resultando em uma melhoria do módulo de elasticidade (E- Módulos).
Alternativamente, entre as etapas (i) e (iii), há a possibilidade de se posicionar pelo menos uma camada de revestimento 13 em uma face externa do material composto 1 a ser fabricado, simultaneamente com a disposição das mantas aquecidas 11 , 11 '.
Note-se que a camada de revestimento 13 é posicionada em contato com pelo menos uma cavidade do molde. É importante destacar que a adesão da camada de revestimento 13 é simultânea à moldagem, não sendo ne- cessária a aplicação de adesivos. Assim, a adesão da camada de revestimento 13 é promovida exclusivamente pela fusão das fibras sintéticas.
A camada de revestimento 13 aplicada tem função estética, melhorando visualmente o aspecto da peça, além de, dependendo da escolha do mate- rial utilizado para o revestimento, oferecer benefícios complementares no sentido de melhorar propriedades termo-acústicas, conforto ao toque, entre outras. Como um exemplo, pode-se incorporar uma manta de material não- tecido (agulhado) com uma mistura de fibras de polipropileno (PP) e polite- reftalato de etileno (PET). Ou então, as características desejadas podem ser alcançadas através da utilização de tecidos, tri-nitro tolueno (TNT), vinil e termoplásticos olefínicos (TPO) como revestimentos e, dependendo da aplicação, também carpetes, couro, etc.
ETAPA (iv)
Por conseguinte, a etapa (iv) trata da prensagem do conjunto obtido com as mantas 11 ,11', camada intermediária 12 de base olefínica e, se existente, da camada de revestimento 13.
O tempo da prensagem, bem como outras variáveis físico-químicas que compreendem este método são inerentes às características dos materiais, tal como a fibra sintética das mantas 11 ,11 ', o componente do revestimento 13, a camada intermediária 12 de base olefínica.
Neste sentido, assume-se que a prensagem, bem como a próxima etapa (v), são realizadas por um tempo suficiente para dar início ao endurecimento do material, garantindo a qualidade final do produto. Note-se que já a partir do início da etapa (iv) até o final do presente processo, a função refrigerante do molde é ou não necessária, ou seja, o molde já se encontra refrigerando para remover calor do conjunto prensado. Tal decorre da necessidade de se acelerar o resfriamento das mantas, promovendo assim o endurecimento das camadas já associadas.
ETAPA (v)
Por fim, a etapa (v) consiste em manter o conjunto prensado ainda no molde até o completo resfriamento, para que a desmoldagem ocorra com sucesso. Na verdade, este resfriamento tem início com a prensagem em si da etapa
(iv) .
Tanto o tempo de resfriamento como a temperatura que será alcançada para garantir a perfeita desmoldagem são valores dependentes dos materiais escolhidos para a fabricação do material composto 1 final, de acordo com tal necessidade.
Alternativamente, é importante notar que embora as etapas (i) a (v) tenham sido discriminadas para um melhor entendimento da invenção
Uma das modalidades preferíveis desta invenção decorre da vantagem des- te processo para fabricação também poder ser feito de modo contínuo, o qual consiste em realizar os procedimentos equivalentes as etapas de (i) a
(v) em apenas três etapas que ocorrem simultaneamente.
Este tipo de fabricação contínua favorece ganhos de produtividade e, consequentemente, redução de custos.
Este forma contínua de processamento do material composto 1 é muito eficaz ao se tratar da produtividade pois torna todo processo muito simples sem aumento de custo. Assim, a utilização desta solução permite atender a demandas maiores em um tempo inferior.
Tal processo alternativo é alcançado com as seguintes etapas:
· Etapa (i), disposição de pelo menos uma primeira manta 11 e pelo menos uma segunda manta 11', cada qual composta de fibras naturais e sintéticas e disposição de pelo menos uma camada intermediária 12 de base olefínica num molde, entre a primeira manta 11 e a segunda manta 11';
• Etapa (ii), aquecimento, prensagem e adesão do conjunto obtido na etapa (i); e
• Etapa (iii), resfriamento do conjunto obtido na etapa (ii) até pelo menos uma temperatura de endurecimento.
Alternativamente, a presente invenção pode ter um processo onde as mantas (1 ,11') e a camada intermediária (12) são pré-aquecidas. Na sequência este conjunto pré-aquecido é disposto em um molde juntamente com o revestimentos para que se obtenha o produto na sua forma final em praticamente uma etapa, haja vista que o conjunto pré-aquecido pode ser obtido em um processo contínuo (de escala), ficando a parte operacional de montagem e moldagem restrita a uma etapa.
Cumpre notar ainda que todas as variações acima descritas acerca das matérias primas, composição, porcentagens, tempos, temperaturas, condições de manipulação e equipamentos e demais características detalhadas para a primeira configuração do processo acima descrita, valem também para esta configuração alternativa do processo, de modo complementar ou indepen- dentente.
Há que se notar ainda que o processo para fabricação da presente invenção pode também ser blanqueado, o que se adapta a baixos volumes ou séries especiais.
Uma vez que o material composto 1 está finalizado, é possível agregar componentes plásticos e/ou metálicos (tal como acabamentos) por meio adesivo ou soldagem (vibração, placa quente, ultra som). Cabe lembrar que a rebitagem de componentes também é possível. Note-se que ao contrário das soluções do estado da técnica, o produto da presente invenção tem uma resistência mecânica muito superior. Tomando por exemplo o forro de um teto de um automóvel, usualmente a luz para iluminação do habitáculo é fixada em uma moldura (geralmente uma placa de aço), sendo que na pre- sente invenção a fixação do conjunto luminoso pode ser realizado direta- mente no material composto, sem qualquer moldura.
Cumpre notar que realizar tal acabamento no material composto 1 na própria prensa onde foi produzido o material composto 1 advém de inúmeras vantagens em relação à aplicação do acabamento numa injetora, haja vista que, na prensa, ao contrário de na injetora, o material composto 1 já está resfriado no momento de execução do acabamento, possibilitando a aplicação de maiores pressões sem que ocorra deformações indesejadas no material.
Ao fim deste processo, alcança-se o material compostol , dotado de todas as propriedades e características que serão a seguir mais bem definidas.
PRINCIPAIS VANTAGENS INERENTES AO PROCESSO DA PRESENTE INVENÇÃO Uma vantagem do presente processo consiste na adesão total entre as mantas 11 , 11'. Como consequência, o material composto 1 obtido possui uma única ancoragem, homogeneamente distribuída por toda a sua superfície. A explicação para este fenómeno decorre do fato de a camada interme- diária 12 sofrer uma fusão que garante a sua total distribuição entre o espaçamento existente entre as mantas 11 ,11', ou seja, uma coesão absolutamente homogénea.
Neste sentido, qualquer solicitação mecânica é distribuída por toda a superfície do material composto 1 , não sendo direcionada somente nos pontos de ancoragem específicos ou suportados, tal como no estado da técnica (exemplo: apenas nos pontos de colagem). Assim, o desenho da peça pode ou não fazer uso de nervuras usualmente aplicadas pelo estado da técnica, nervuras essas que buscam dar resistência adicional ao material composto 1. No momento em que toda a estrutura do material composto 1 atua de modo resistente a carga, não há motivo para direcionar essas cargas para eventuais nervuras. Reduz-se assim também a complexidade dos moldes. É ainda uma vantagem do processo de fabricação da presente invenção a eliminação de pelo menos um molde em comparação aos métodos de fabricação atualmente empregados. Isto porque, na presente invenção, o molde utilizado para comportar as mantas 11 , 11 ', a camada intermediária 12 de base olefínica e opcionalmente a camada de revestimento 13 é o mesmo molde que promove a coesão entre as camadas e simultaneamente faz a conformação final do material.
No presente processo, uma vez escolhido o molde protótipo, a adoção deste como o molde definitivo para a produção do material obtido ao final do processo necessita somente da inserção de furos para refrigeração, os quais podem ser realizados por simples maçarico. Isto promove rapidez do processo, além de redução de custos pelo fato de não ser necessário esperar dias ou semanas por um molde final.
Portanto, como vantagem adicional, o presente processo para a fabricação de um material evita o descarte desnecessário do protótipo, visto que é possível utilizar o protótipo para a moldagem final do material. DO MATERIAL COMPOSTO DA PRESENTE INVENÇÃO
O material composto 1 obtido pelo processo da presente invenção será melhor descrito a seguir, ainda com base na figura 1. Em suma, o material composto 1 da presente invenção consiste em um material agregado de vá- rias camadas que lhe conferem alta resistência mecânica, baixo peso, impermeabilidade, boas propriedades termo-acústicas, estabilidade/isolante térmica e dimensional, reciclabilidade e baixo custo.
Em essência, o material composto 1 é dotado de pelo menos uma primeira manta 11 e pelo menos uma segunda manta 11', cada qual composta de fibras naturais e sintéticas, as primeira e segunda mantas 11 , 1 ' sendo associadas entre si por meio de uma camada intermediária 12 de base olefíni- ca. Assim, o material composto 1 pode conter inúmeras mantas intercaladas associadas do descrito, ou seja, sempre intermeadas por uma camada intermediária 12.
Alternativamente, pode-se acrescentar pelo menos uma camada de revestimento 13 em pelo menos uma face do material composto 1. Tendo uma porta de um veículo como exemplo, onde o seu forro é compreendido pelo material composto 1 da presente invenção, a porção do forro virada para o interior do veículo pode receber um revestimento 13 com vista a proporcio- nar o acabamento desejado, tal como tecido, couro, etc. Naturalmente que o revestimento 13 vai depender da aplicação do produto, mas para se ter uma idéia mais ampla das possibilidades, o material composto 1 pode também ser usado como acabamento de um teto falso de um edifício e, neste caso, o revestimento 13 pode ser de uma material capaz de receber uma pintura. A título de exemplo, as fibras naturais das mantas 11 e 11 ' podem ser fibras de juta, sisal, curauá, algodão, linho ou qualquer outro tipo de fibra natural apropriada para esta função.
Tal como anteriormente apresentado, é importante ressaltar que as principais vantagens de se utilizar as fibras naturais na composição do presente material composto 1 são: abundância, baixa dilatação térmica, alta isolação térmica, baixo custo, baixa densidade, facilidade de obtenção e manuseio, propriedades atóxicas, baixa abrasão, biodegradabilidade e o aspecto eco- lógico e renovável. Todas estas características positivas estão agregadas ao material composto 1 aqui apresentado.
Adicionalmente, são adicionadas às fibras naturais fibras sintéticas cujo material pode ser, por exemplo, de fibras de polipropileno (PP), polietileno (PE), politereftalato de estireno (PET) ou qualquer outro material sintético pertinente a esta função. Ademais, estas fibras sintéticas podem ser fibras virgens, recicladas ou uma mistura de ambas.
No tocante à camada intermediária 12 de base olefínica, ela está presente entre as primeira e segunda mantas 11 ,11', independentemente do numero de vezes que este conjunto se repita. Por outras palavras, o conjunto da primeira manta 11 unida à segunda manta 11' por meio da camada intermediária 12, pode repetir-se consecutivamente. Assim, este conjunto tricom- posto pode-se repetir várias vezes para formar o material composto 1 , bastando adicionar uma camada intermediária 12 a uma das mantas para que possa associar-se uma nova manta de modo a alcançar-se a espessura desejada. Assim, o material composto pode tanto servir para produzir uma prateleira fina quanto uma porta de uma habitação.
Naturalmente, a camada intermediária 12 de base olefínica é escolhida de acordo com a escolha das fibras sintéticas das mantas 11 ,11' visto que a associação das mantas 11 ,11 ' ocorre por meio da interação química entre a camada intermediária 12 fundida e a porção sintética fundida da primeira e segunda mantas 11 ,1 '. Uma afinidade entre estas duas porções garantirá uma correta/estável associação das mantas 11 ,11'.
De modo preferível, mas não obrigatório, a camada 12 é uma espuma de polipropileno (PP), polietileno (PE) ou qualquer outro componente fisicamente reticulado apropriado para esta função, o que significa dizer que deverá promover excelente adesão às mantas adjacentes e ser um bom isolante térmico. Há que notar que a camada intermediária pode também ser aplicada como um liquido ou mesmo por spray, conquanto que se garanta a quan- tidade necessária para a adesão entre as primeira e segunda mantas 11 ,11'. Ademais, a espessura e a densidade do material empregado na camada 12 podem variar conforme a preferência do mercado. Uma vantagem adicional da presente invenção é a capacidade de o material composto promover isolamento térmico. Se pensarmos na aplicação de um revestimento de um teto de um automóvel, esta proteção térmica adicional traduz-se em grande conforto para o usuário. Tanto pelo menor intensidade de aquecimento do veículo como pelo fato de facilitar o funcionamento de um ar condicionado, reduzindo o consumo de combustível. Ao mesmo tempo, a presente invenção não sofre as deformações tipicamente existentes nas soluções encontradas no estado da técnica.
Note-se que o fato de a camada intermediária 12 atuar como isolante térmi- co garante que o calor não transite de uma manta para a outra. Assim, as forças de tração atuantes e uma primeira manta 1 , são anuladas pelas forças contrária de uma segunda manta 1 1 ', forças essas que são superiores pelo fato de a segunda manta se encontrar a menores temperaturas e assim ser mais capaz de resistir forças/tensões internas atuantes. Este fato é fa- cilmente comprovado em um teste de bancada a quente, tipicamente realizado pelas indústrias consumidoras destes produtos compostos.
Por sua vez, pode ser aplicada uma camada de revestimento 13, tal como apontado acima, sendo a sua função tanto estética, para melhorar visualmente o aspecto da peça, quanto funcional, podendo ser uma superfície preparada para receber um reboco ou pintura, ou mesmo um acabamento metalizado. Em outro possíveis exemplos, pode-se incorporar uma manta de material não-tecido (agulhado) com uma mistura de fibras de polipropileno (PP) e politereftalato de etileno (PET). Outro exemplo, pode ser alcançado pela utilização de tecidos, tri-nitro tolueno (TNT), vinil e termoplásticos olefí- nicos (TPO) como revestimentos e, dependendo da aplicação, também carpetes, couro, etc.
Assim, a escolha do material utilizado para o revestimento 13, oferece benefícios complementares no sentido de melhorar propriedades termo- acústicas, conforto ao toque, entre outras.
VANTAGENS ADICIONAIS
Com vistas às vantagens proporcionadas pelo material composto 1 apresentado, o quesito resistência mecânica é resultado da escolha da gramatura e da proporção entre as fibras naturais e sintéticas que compõem as mantas 11 e 11' compreendidas no material composto 1 objeto da presente invenção, bem como da quantidade de mantas utilizadas.
Com efeito, variando-se a gramatura das mantas 11 e 11 ' ou a espessura da camada intermediária 12 de base olefínica entre elas, varia-se a resistência mecânica do material , característica tal que define um fator imperioso para determinadas aplicações, por exemplo, estruturais na construção civil.
Há ainda que mencionar o baixo peso apresentado pelo presente material composto 1 que advém da utilização de fibras naturais na composição das mantas 11 e 11'. A título de exemplo, os componentes principais de fibras naturais podem ser: celulose, hemicelulose, lignina, pectinas, extrativa (componentes de baixo peso molecular), todos estes componentes de baixa densidade o que, consequentemente, diminui o peso do material composto 1.
Tal diminuição da densidade, além das óbvias vantagens com relação ao baixo peso do produto final, proporciona um menor gasto energético em função do menor tempo de aquecimento necessário. Reduzindo custos e aumentando a produtividade.
Outra característica presente no material composto 1 é a impermeabilidade, que elimina o inconveniente da utilização de fibras naturaisque possuem natureza higroscópica. Isto decorre do fato que no momento da adesão das fibras naturais às fibras sintéticas e à camada intermediária 12 de base olefínica, as fibras naturais ficam encobertas por uma camada sintética impermeável. Deste modo, a absorção de umidade é desprezível, tornando os produtos laváveis, bastando para isso que o revestimento 13 seja passível a esse processo.
Neste sentido, a utilização de fibras naturais misturadas às fibras sintéticas para a composição das mantas 11 ,11' soma vantagens ao produto, ao passo que para este tipo de fibras a energia necessária para sua produção é comparativamente pequena e seus custos de fabricação são reduzidos, além de serem abundantes, mais baratas e não exigirem um grau elevado de industrialização durante seu processamento. Além disto, as fibras naturais atuam nas microfissuras do material composto 1 , melhorando assim as propriedades mecânicas deste, tais como resistência a fraturas, elasticidade e flexão, além de prover maior resistência a impactos, haja vista que as fibras naturais, por serem longas e estarem entre- laçadas, se deformam, mas não se quebram, dotando o material composto de maior limite elástico que as soluções do estado da técnica. Mais especificamente, as fibrilas de celulose que compõem as fibras naturais são alinhadas ao longo do comprimento da fibra, o que resulta em máxima resistência à tração e flexão, além de fornecer rigidez no eixo das fibras portanto, é também um material anisotrópico.
A característica de estabilidade dimensional alcançada pelo produto apresentado é também oriunda da admissão de fibras naturais na sua composição. Em outras palavras, as fibras naturais mantêm o material composto 1 sem contração, dispensando compensações na fabricação dos moldes e também inibem a dilatação quando expostas ao calor. Além disto, a camada intermediária 12 de base olefínica utilizada proporciona isolamento e conforto térmico e contribui para esta estabilidade dimensional. Note-se que os materiais não esfriam por igual em um molde, o que gera tensões internas. A solução aqui apresentada não sofre estas contrações, o que lhe garante a explicada estabilidade dimensional.
Com vistas a uma característica ainda muito importante, o conforto do material composto 1 é alcançado com bastante sucessoO eficiente isolamento termo-acústico alcançado produz uma sensação de conforto, pois seja para altas temperaturas como para temperaturas mais frias o material composto 1 atua como barreira que mantém um equilíbrio. Adicionalmente, a escolha da camada de revestimento 13 em pelo menos uma face externa do material pode modificar completamente a aplicação deste de acordo com a necessidade, conforto requerido e propriedades do material como impermeabilidade, isolamento termo-acústico, flexibilidade, resistência mecânica e rigidez. Ademais, o fator "sustentável" inerente às fibras naturais utilizadas e o fator "reciclável" alcançado pelo material composto 1 , têm atualmente consequências determinantes no custo de produção, de estocagem, de venda e na escolha do consumidor, o qual tende a optar por produtos que sejam produzidos com alguma preocupação ambiental.
De forma a obter uma noção do impacto da presente invenção, os custo de estocagem e de transporte são reduzidos pois os produtos confeccionados com o material composto 1 podem ser apoiados em apenas dois pontos já que todo o material atua como elemento de resistência. Nos materiais do estado da técnica, os pontos críticos da peça têm de ser apoiados com cuidado para não fraturarem devido à resistência estrutural do material estar concentrada em nervuras.
No tocante à reciclabilidade do material composto 1 objeto da presente invenção, o moído dos resíduos do processo de fabricação e/ou do descarte do produto final pode ser adicionado como carga em processos de injeção e/ou extrusão, ou até incinerados sem prejudicar o meio ambiente.
No mais, este material composto 1 apresentado pode ser aplicado nas mais diversas áreas, podendo ser transformado em produtos que vão desde a aplicação em automóveis até o setor de construções. Mais especificamente, este material poderá ser utilizado, além de outras áreas, na:
■ Indústria Automotiva:
o Revestimento de Tetos
o Revestimentos de Colunas
o Porta - Pacotes
o Tampas de Porta Luvas
o Porta Objetos
o Assoalho Porta Malas
o Revestimentos de Colunas
o Isolação Termoacústica
o Revestimentos Traseiros e Laterais de utilitários
o Tapetes de Assoalho
o Acabamentos com função Estrutural
o
■ Construção civil:
o Acabamentos de Tetos o Divisórias
o Painéis, como por exemplo, termoacústicos
o Portas
o Mobiliário
■ Indústria Naval e Aeronáutica:
o Painéis para revestimento de Cabines e Laterais
o Revestimento de Tetos
o Revestimento de Bancos
o Pisos
CONFIGURAÇÕES CONSTRUTIVAS POSSÍVEIS
Seguem algumas combinações de fibras utilizadas, mas não obrigatórias, e recomendadas para um melhor funcionamento da primeira e segunda camada 11 ,11'.
· Poliéster e polipropileno (50%) + fibra natural (50%), ou
• Juta (50%) + polipropileno (50%), ou
• Polipropileno (50%) + poliestireno (25%) + juta (25%), ou
• Polipropileno (60%) + viscose (40%), entre outras.
O percentual de poliéster e fibra natural embora possam variar livremente, entretanto, admitindo o percentual mínimo de polipropileno fixado como 50%, melhores resultados são alcançados.
Tais configurações são desenvolvidas para obter melhoras resultados, tais como os citados anteriormente. As diferentes composições são também trabalhadas de modo a atender a normas e exigências de determinados mer- cados, haja vista que em função da procedência da fibra natural (tal como juta), podem ser detectados níveis de formaldeído superiores à especificação. Nestas circunstancias, pode-se trabalhar com porcentagens menores de fibra natural ou, alternativamente, com uma composição de polipropileno e viscose.
A presente invenção propõe assim um material composto 1 capaz de garantir um compromisso entre viabilidade industrial, resistência, peso e comple- xidade geométrica nunca antes alinhados por meio de duas mantas 11 , 1 1 ' e uma espuma fundida intermediariamente a essa mantas.
Tendo sido descrito exemplos de concretizações preferidos, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis varia- ções, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. Processo para fabricação de material composto (1), caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:
• Etapa (i), aquecimento por contato de pelo menos uma primeira man- ta (11) e pelo menos uma segunda manta (11'), cada qual composta de fibras naturais e sintéticas, o aquecimento ocorrendo até pelo menos uma temperatura de amolecimento das fibras sintéticas;
• Etapa (ii), disposição da primeira e segunda mantas (11 , 11') aquecidas na etapa (i) nas cavidades de um molde;
· Etapa (iii), disposição de pelo menos uma camada intermediária (12) de base olefínica entre cada primeira e segunda mantas (11 , 11');
• Etapa (iv), prensagem do conjunto obtido nas etapas (ii) e (iii); e
• Etapa (v), resfriamento do conjunto obtido na etapa (iv) até pelo menos uma temperatura de endurecimento.
2. Processo para fabricação de material composto (1), de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo fato de que as mantas (11 , 11') compreendem pelo menos as fibras naturais do tipo fibras de juta, sisal, curauá, algodão ou linho, utilizadas isoladamente ou em conjunto.
3. Processo para fabricação de material composto (1), de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que as mantas (11 , 11 ') compreendem pelo menos uma das fibras sintéticas do tipo fibras de poli- propileno (PP), polietileno (PE) ou politereftalato de estireno (PET).
4. Processo para fabricação de material composto (1), de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a proporção da mistura entre as fibras naturais e as fibras sintéticas das mantas (11 , 11 ') varia entre 20 e 70%.
5. Processo para fabricação de material composto (1), de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o aquecimento ocorre de desde a porção externa da mantas (11 , 11') para o seu interior.
6. Processo para fabricação de material composto (1), de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o processo de conformação primeira e segunda mantas (11 , 11 ') ocorre num molde.
7. Processo para fabricação de material composto (1), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o molde é refrigerado.
8. Processo para fabricação de material composto (1), de acordo com as reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a camada intermediária (12) de base olefínica da etapa (iii) é uma espuma reticulada .
9. Processo para fabricação de material composto (1), de acordo com as reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a temperatura das mantas ( 1 , 11') aquecidas na etapa (i) promove a fusão da camada intermediária (12) de base olefínica.
10. Processo para fabricação de material composto (1), de acordo com as reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que pode ser disposta uma camada de revestimento (13) em contato com pelo menos uma cavidade do molde.
11. Processo para fabricação de material composto (1), de acordo com as reivindicações 10, caracterizado pelo fato de que a adesão da camada de revestimento (13) às mantas (11 , 11') é promovida pela fusão das fibras sintéticas.
12. Processo para fabricação de material composto (1), de acordo com as reivindicações 1 a 10 caracterizado pelo fato de que após a etapa (v) o ma- terial (1) recebe componentes adicionais de acabamento.
13. Processo para fabricação de material composto (1), de acordo com as reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que os componentes adicionais são agregados ao material (1) por meio adesivo, rebitagem, soldagem por vibração, soldagem por placa quente ou soldagem por ultra som.
14. Processo para fabricação de material composto (1), caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:
Etapa (i), disposição de pelo menos uma primeira manta 11 e pelo menos uma segunda manta 11', cada qual composta de fibras naturais e sintéticas e de pelo menos uma camada intermediária 12 de base olefínica entre a primeira manta 11 e a segunda manta 11' para obter a geometria desejada; Etapa (ii), aquecimento, prensagem e adesão do conjunto obtido na etapa (i); e
Etapa (iii), resfriamento do conjunto obtido na etapa (ii) até pelo menos uma temperatura de endurecimento.
15. Material composto (1) dotado de pelo menos uma primeira manta (1 ) e pelo menos uma segunda manta (11'), cada qual composta de fibras naturais e sintéticas, as primeira e segunda mantas (11 ,11') sendo associadas entre si, caracterizado pelo fato de que a associação entre cada primeira e segunda mantas (11 ,11') é promovida por meio de uma camada intermediá- ria ( 2) de base olefínica.
16. Material composto (1), de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda mantas (1 , 11') compreendem pelo menos uma das fibras naturais do tipo fibras de juta, sisal, curauá, algodão ou linho.
17. Material composto (1), de acordo com as reivindicações 15 e 16, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda mantas (1 , 11') compreendem pelo menos uma das fibras sintéticas do tipo fibras de polipropileno (PP), polietileno (PE) ou politereftalato de estireno (PET).
18. Material composto (1), de acordo com as reivindicações 15 a 17, carac- terizado pelo fato de que a proporção da mistura entre as fibras naturais e as fibras sintéticas das primeira e segunda mantas (1 , 11') varia entre 20 e 70%.
19. Material composto (1), de acordo com as reivindicações 15 a 18, caracterizado pelo fato de que a camada intermediária (12) de base olefínica é fundida para promover a associação entre as primeira e segunda mantas (11 ,11 ').
20. Material composto (1), de acordo com as reivindicações 15 a 119, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma face externa do material (1) é dotada de uma camada de revestimento ( 3).
21. Material composto (1), de acordo com as reivindicações 15 a 20, caracterizado pelo fato de que tem função estrutural para aplicação nas indústria automobilística, indústria naval, indústria aeronáutica ou construção civil.
22. Material composto (1) para aplicação estrutural ou de acabamento dotado de pelo menos uma primeira manta (11) e pelo menos uma segunda manta (11'), cada qual composta de fibras naturais e sintéticas, as primeira e segunda mantas (11, 11') sendo associadas entre si, caracterizado pelo fato de que a associação entre cada primeira e segunda mantas (11,11') é promovida por meio de uma camada intermediária (12) termicamente isolante, o material composto (1) sendo dotado de base olefínica.
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