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BR112015030520B1 - Painel compósito para componentes de pisos ou de revestimento de paredes e método para fabricação de tal painel - Google Patents

Painel compósito para componentes de pisos ou de revestimento de paredes e método para fabricação de tal painel Download PDF

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BR112015030520B1
BR112015030520B1 BR112015030520-2A BR112015030520A BR112015030520B1 BR 112015030520 B1 BR112015030520 B1 BR 112015030520B1 BR 112015030520 A BR112015030520 A BR 112015030520A BR 112015030520 B1 BR112015030520 B1 BR 112015030520B1
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BR
Brazil
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equal
epoxy resin
unidirectional carbon
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Loïc Le Lay
Laurent Baclet
Julien Scagnetti
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Les Stratifies
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Publication date
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Abstract

painel compósito para componentes de pisos ou de revestimento de paredes e método para fabricação de tal painel. a invenção propõe um painel (10) compósito leve e resistente a impactos e ao descascamento, compreendendo: . um núcleo alveolado (1) em poli(p-fenilenotereftalamida), em ambos os lados do qual estão posicionadas duas peles, cada uma compreendendo: . uma camada interna (2, 3) compreendendo: - um tecido (2a, 3a) de fibra de vidro e em contato com o núcleo alveolado (1); e - uma teia (2b, 3b) de fibras de carbono unidirecionais orientadas ao longo de uma primeira direção; . uma camada externa (4, 5), em contato com a camada interna correspondente (2, 3), compreendendo: - uma teia (4a, 5a) de fibras de carbono unidirecionais orientadas ao longo de uma segunda direção diferente da primeira direção, a teia (4a, 5a) de cada camada externa (4, 5) voltada para a teia (2b, 3b) da camada interna (2, 3) correspondente; e - um tecido (4b, 5b) de fibra de vidro e. os tecidos (2a, 3a, 4b, 5b) de fibra de vidro são impregnados com, pelo menos, 70 % em peso de resina epóxi e têm uma massa inferior ou igual a 30 g/m². as teias (2b, 3b, 4a, 5a) de fibras de carbono têm um módulo de elasticidade compreendido entre 275 e 300 gpa, são pré-impregnadas com entre 30 % e 40 % em peso de resina epóxi e têm uma massa inferior ou igual a 100 g/m². fig. 2

Description

[001] A invenção se refere a um painel compósito para componentes de pisos ou de revestimento de paredes do tipo divisórias, painéis laterais ou peças de mobiliário, bem como a um método para a fabricação de tal painel.
[002] Em muitos setores e particularmente na aeronáutica, o ganho em peso é uma questão importante para melhorar a eficiência energética do equipamento.
[003] O ganho em peso, geralmente, está em contradição com a outra questão importante nesses setores: resistência mecânica.
[004] No exemplo de uma aeronave, muitos elementos consistem em materiais compósitos associando peso baixo e maior resistência mecânica.
[005] Atualmente, pisos ou componentes de revestimento de parede, na maioria, consistem em painéis compósitos compreendendo um núcleo central alveolado (ou "nida-core") e dois "revestimentos" fixados em ambos os lados do núcleo alveolado. Estes revestimentos compreendem uma ou várias camadas de materiais idênticos ou diferentes.
[006] Em particular, os painéis compósitos usados atualmente são formados por uma pilha de camadas que consistem em um nida-core de alumínio 1/8 (tamanho de malha (mesh) de 3,2 mm) com gravidade específica de 98 kg/m3 de Hexcel© ou de Alcore Brigantine© e um revestimento externo do tipo poli (p-fenilenotereftalamida) 20914 (mais conhecido pelo nome comercial de Kevlar®), tecido de acordo com uma configuração de tecelagem do tipo cetim 4H, e pré-impregnado com uma resina epóxi 1454 da Hexcel©.
[007] A disposição é feita manualmente, com a possibilidade de cobrir a totalidade das camadas decorativas de tecido, sem qualquer impacto na resistência mecânica dos painéis.
[008] São fornecidos insertos de fixação para fixar estes painéis em suportes, na posição de uso. Os insertos usados atualmente são em aço inoxidável, colados com um adesivo estrutural ou com um adesivo do tipo de densificação de resina, com um diâmetro de 30 mm.
[009] As arestas de cada um dos painéis são cobertas com uma resina específica para bordas, com densidade de 0,68.
[010] Os painéis atuais têm a vantagem de serem muito resistentes ao descascamento, ou seja, à separação das diferentes camadas. Portanto, eles formam pisos resistentes ao desgaste e ao atrito gerado pela passagem de usuários.
[011] No entanto, os painéis atuais apresentam muitas desvantagens. A sua massa permanece sempre muito elevada, relativamente às exigências cada vez mais restritivas de construção, com relação às aeronaves.
[012] Além disso, eles têm uma deflexão mais substancial sob uma carga local, do que um painel de acordo com a invenção compreendendo revestimentos de carbono. Este fenômeno advém do fato de a fibra de Kevlar® usada para os revestimentos ser uma fibra mais elástica do que a fibra de carbono.
[013] Finalmente, eles têm baixa resistência ao impacto e requerem a cobertura por uma camada protetora, por exemplo, carpetes.
[014] A presente invenção, portanto, é direcionada a permitir a produção de um piso ou componente de revestimento de parede leve, rígido sob uma carga local e resistente aos impactos e ao descascamento.
[015] A invenção propõe a substituição do núcleo alveolado de alumínio por um núcleo alveolado de Kevlar®.
[016] Este material é conhecido pela sua grande sensibilidade ao descascamento e, na prática, não é usado para a produção de núcleos alveolados para este tipo de painéis.
[017] A presente invenção permite, notavelmente, o uso de tal material para o núcleo alveolado, mantendo excelentes propriedades contra o descascamento e também propriedades mecânicas.
[018] Para este fim, o objeto da invenção é um painel compósito, caracterizado pelo fato de compreender: - um núcleo alveolado em poli (p-fenilenotereftalamida), em ambos os lados do qual estão posicionados: - uma camada interna em contato com o núcleo alveolado e compreendendo: - um tecido de fibra de vidro E impregnado com, pelo menos, 70 % em peso de resina epóxi e com uma massa inferior ou igual a 30 g/m2, o tecido estando em contato com o núcleo alveolado; e - uma teia de fibras de carbono unidirecionais orientadas de acordo com uma primeira direção, com um módulo de elasticidade compreendido entre 275 e 300 GPa, com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2 e pré-impregnada com entre 30 % e 40 % em peso de uma resina epóxi; - - uma camada externa em contato com a camada interna correspondente compreendendo: - uma teia de fibras de carbono unidirecionais orientadas ao longo de uma segunda direção diferente da primeira direção da teia de fibras de carbono da camada interna, com um módulo de elasticidade compreendido entre 275 e 300 GPa, com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2 e pré- impregnada com entre 30 % e 40 % em peso de uma resina epóxi. A teia de fibras de carbono unidirecionais de cada camada externa voltada para a teia de fibras de carbono unidirecionais da camada interna correspondente; e - um tecido de fibra de vidro E com uma massa inferior ou igual a 30 g/m2 e pré-impregnado com, pelo menos, 70 % em peso de resina epóxi.
[019] Notavelmente, é a presença de uma teia de tecido de fibras de vidro do tipo E, superimpregnada com resina epóxi (pelo menos 70 % de impregnação), em contato com o núcleo alveolado de Kevlar® que dá a possibilidade de obter uma resistência ao descascamento tão grande como a dos painéis do estado da técnica. Esta teia de vidro também se encontra na face externa do revestimento, de modo a proporcionar proteção contra a corrosão induzida pelo carbono (por exemplo, corrosão das subestruturas de alumínio de aviões) e contra impactos locais.
[020] De acordo com outras formas de realização: - a resina epóxi pode ser autoextinguível; - o núcleo alveolado pode ter uma direção L, a chamada "direção da fita" e uma direção W, a chamada "direção de expansão", perpendicular à direção L e em que a primeira direção da teia de fibras de carbono unidirecionais é perpendicular à direção L, com a direção da fita. - a segunda direção da teia de fibras de carbono da camada externa pode formar um ângulo com a primeira direção da teia de fibras de carbono da camada interna, compreendido entre 45 ° e 135 °, de preferência, entre 60 ° e 120 °, vantajosamente de 90 °. - o painel compósito pode compreender ainda, entre uma camada interna e uma camada externa, pelo menos uma, de preferência, entre uma e quatro teias de fibras de carbono unidirecionais com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2, pré-impregnadas com entre 30 % e 45 % em peso de uma resina epóxi e orientadas ao longo da mesma segunda direção que a das fibras de carbono unidirecionais da teia de fibras de carbono unidirecionais das camadas externas; - as fibras de vidro E podem ter: - uma resistência à tração máxima igual a 3.400 MPa, - um módulo de elasticidade de cerca de 70.000 MPa e - uma gravidade específica relativa igual a 2,5 g/cm3. - as fibras de carbono podem ter: • uma resistência à tração máxima compreendida entre 4.000 e 7.000 MPa, • um módulo de elasticidade compreendido entre 275.000 e 300.000 MPa e • uma gravidade específica relativa igual a 1,8 g/cm3. • o painel pode compreender, ainda, um tecido com fibras de pararamida associadas com uma resina de polieterimida (PEI); e/ou • o painel pode compreender, ainda, insertos de fixação em poliamida-imida (Torlon®). Um objeto da invenção também é um método para a fabricação do painel compósito anterior, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas: - a) depositar em cada lado de um núcleo alveolado em poli (p- fenilenotereftalamida), uma camada interna compreendendo: - em contato com o núcleo alveolado, um tecido de fibra de vidro E com uma massa inferior ou igual a 30 g/m2 e pré-impregnado com, pelo menos, 70 % em peso de resina epóxi; e - em contato com o tecido fibra de vidro E, uma teia de fibras de carbono unidirecionais com um módulo de elasticidade compreendido entre 275 e 300 GPa, com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2 e pré-impregnada com entre 30 % e 40 % em peso de uma resina epóxi, posicionada de modo que as fibras de carbono sejam orientadas ao longo de uma primeira direção; (c) depositar na teia de fibras de carbono unidirecionais de cada camada interna, uma camada externa compreendendo: - voltada para a teia de fibras de carbono unidirecionais da camada interna correspondente, uma teia de fibras de carbono unidirecionais posicionadas de tal modo que as fibras são orientadas ao longo de uma segunda direção, diferente da primeira direção da teia de fibras de carbono da camada interna, com um módulo de elasticidade compreendido entre 275 e 300 GPa, com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2 e pré- impregnada com entre 30 % e 40 % em peso de uma resina epóxi; e - em contato com a teia de fibras de carbono unidirecionais orientada ao longo da segunda direção, um tecido de fibra de vidro E com uma massa inferior ou igual a 30 g/m2 e pré- impregnado com, pelo menos, 70 % em peso de resina epóxi, de modo a obter uma pilha de camadas compósitas.
[021] De acordo com outras formas de realização: - o método pode compreender ainda uma etapa (b), entre as etapas (a) e (c), para depósito de, pelo menos, uma teia de fibras de carbono unidirecionais com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2 e pré-impregnada com entre 30 % e 40 % em peso de uma resina epóxi, orientada ao longo da mesma segunda direção que a das fibras de carbono unidirecionais da teia de fibras de carbono unidirecionais das camadas externas depositadas na etapa (c). - antes da etapa (a), cada face do núcleo alveolado pode ser usinada com uma fresa incluindo uma serra na extremidade da fresa; e/ou - o painel pode ser usinado localmente em, pelo menos, uma porção da sua espessura, de modo a produzir poços nos quais são posicionados os insertos de fixação em poliamida-imida, mantidos na posição com um adesivo.
[022] Outras características da invenção ficarão evidentes a partir da descrição detalhada feita a seguir, com referência aos desenhos anexos que ilustram, respectivamente: - a Figura 1 ilustra uma vista esquemática em perspectiva de uma camada alveolada usada em um painel de acordo com a invenção; - a Figura 2 ilustra uma vista esquemática em corte de uma primeira forma de realização de um painel de acordo com a invenção; - as Figuras 3 a 7 ilustram vistas esquemáticas em corte de cinco formas de realização de um painel de acordo com a invenção, compreendendo camadas de reforço adicionais; - a Figura 8 ilustra uma vista esquemática em corte da usinagem de um núcleo alveolado em Kevlar® usado em um painel de acordo com a invenção; e - a Figura 9 ilustra uma vista esquemática em corte de um inserto em um painel de acordo com a invenção.
[023] Na presente descrição, os termos e expressões a seguir têm as seguintes definições: - Teia: uma teia é um conjunto unidirecional de fibras não tecidas e mantidas juntas por quaisquer meios, tais como uma cola, uma resina, um adesivo. Em oposição a isso, um tecido é um entrelaçado bidirecional (urdidura e trama) de fibras entrelaçadas de acordo com uma ou várias formas de tecelagem (por exemplo, lona, cetim, sarja, ou outros tecidos). - Pré-impregnado: uma teia ou tecido pré-impregnado compreende uma resina misturada à teia ou tecido durante a sua fabricação, antes da produção do painel. - A percentagem de impregnação ou percentagem de resina representa a proporção entre o peso total da teia ou tecido pré-impregnado e o peso da resina, o total multiplicado por cem. - A fibra de vidro do tipo E tem as seguintes características químicas:
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[024] As suas propriedades mecânicas são, então, mais ou menos substanciais, dependendo da tecelagem desta última para formar uma teia. - Uma camada com uma estrutura alveolada (ver Fig. 1) compreende três direções perpendiculares uma à outra: a direção W, na chamada "direção de expansão"(geralmente considerada como uma referência angular: 0 °), a direção L, a chamada "direção da fita", perpendicular à direção W (90 ° em relação à direção W que está em 0 °) e a direção h, representando a altura da camada. - Módulo intermediário: uma fibra de carbono é dita tendo um "módulo intermediário"quando o módulo de Young (ou o módulo de elasticidade) está compreendido entre 275 e 300 GPa. Ao contrário, uma fibra de carbono é considerada como tendo "um módulo elevado" quando o módulo de Young (ou módulo de elasticidade) está compreendido entre 350 e 450 GPa e uma fibra de carbono é considerada como sendo de "baixa resistência"ou padrão quando o módulo de Young (ou módulo de elasticidade) é inferior a 240 GPa. - As fibras de vidro podem ser classificadas da seguinte forma: as chamadas fibras de vidro "padrão"E, que têm um módulo de Young (ou módulo de elasticidade) de 70 GPa, as fibras de vidro S e R, chamadas de "fibras de alta resistência"e que têm um módulo de Young (ou módulo de elasticidade) compreendido entre 85 e 90 GPa e as fibras de vidro D que proporcionam propriedades dielétricas muito boas. Também existem outras fibras de vidro para resistência em um meio básico (vidro AR), em um meio químico (vidro C) e em meio ácido (vidro E-CR).
[025] As Figs. 2 a 7 ilustram formas de realização de um painel compósito de acordo com a invenção.
[026] O painel 10 ilustrado na Fig. 2 compreende: - - um núcleo alveolado 1 em Kevlar® (poli(p- fenilenotereftalamida)), em ambos os lados do qual estão posicionados: - - uma camada interna 2-3 em contato com o núcleo alveolado 1 e uma camada externa 4-5, em contato com a camada interna correspondente (isto é, do mesmo lado relativamente ao núcleo alveolado 1). Cada camada interna 2-3 compreende: - um tecido 2a-3a de fibra de vidro E com uma massa inferior ou igual a 30 g/m2, pré-impregnado com, pelo menos, 70 % em peso de uma resina epóxi. O tecido 2a-3a está em contato com o núcleo alveolado (1); e - uma teia 2b-3b de fibras de carbono unidirecionais com um módulo intermediário, orientadas ao longo de uma primeira direção, com um módulo de elasticidade compreendido entre 275 e 300 GPa, com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2 e pré-impregnada com entre 30 % e 40 % em peso de uma resina epóxi.
[027] O tecido de fibra de vidro do tipo E, de massa baixa (inferior ou igual a 30 g/m2) sobrecarregado com resina (mais de 70 % de resina epóxi), em contato com a camada alveolada 1, permite a possibilidade de obtenção de uma excelente resistência ao descascamento, apesar do uso de Kevlar® para o alveolado. Esta resistência é tão grande como a dos painéis do estado da técnica, ou ainda melhor. A medição da resistência ao descascamento foi realizada pelo método de medição de acordo com as disposições da norma ASTM D1781 de certificação aeronáutica, o chamado "teste pelicular de tambor ascendente".
[028] O tecido de fibra de vidro de acordo com a invenção também permite a possibilidade de obtenção de excelente proteção contra a corrosão induzida pelo carbono (por exemplo, corrosão das subestruturas de alumínio de aviões) e contra impactos locais.
[029] A medição da resistência à corrosão foi realizada de acordo com as disposições da norma ABD0031 de certificação aeronáutica.
[030] A medição da resistência a impactos locais foi realizada de acordo com as disposições da norma ASTM D3029 de certificação aeronáutica e as prescrições aeronáuticas da norma AITM1.0057 da Airbus©.
[031] A teia 2b-3b de fibras de carbono unidirecionais é orientada ao longo de uma primeira direção de orientação das fibras de carbono. Esta última pode ser a direção L da direção da fita do alveolado (90 °), ou a direção W, perpendicular a esta direção da fita (0 °), ou seja, na direção de expansão.
[032] Vantajosamente, a primeira direção de orientação das fibras de carbono das teias 2b e 3b é a direção W, perpendicular à direção da fita (0 ° C), isto é, a direção de expansão.
[033] Na Fig. 2, esta orientação está esquematizada por uma linha de pontos que representam as fibras transversais. Naturalmente, esta representação não está em escala e, na realidade, as fibras estão muito mais próximas umas das outras.
[034] Esta disposição permite um ganho de resistência do painel à deformação superior a cerca de 4% no painel deformado.
[035] Cada camada externa 4-5 compreende: - uma teia 4a-5a de fibras de carbono unidirecionais com um módulo intermediário, um módulo de elasticidade compreendido entre 275 e 300 GPa, com um peso inferior a ou igual a 100 g/m2, pré-impregnada com entre 30 % e 40 % em peso de uma resina epóxi. - um tecido de fibra de vidro E 4b-5b com uma massa inferior ou igual a 30 g/m2, pré-impregnado com, pelo menos, 70 % em peso de resina epóxi. O tecido 4b-5b está em contato com o meio ambiente. As teias 4a-5a são posicionadas voltadas (de frente) para as teias 2b-3b de fibras de carbono unidirecionais da camada interna correspondente.
[036] As fibras de carbono unidirecionais das teias 4a-5a são orientadas ao longo de uma segunda direção, diferente da primeira direção da teia 2b-3b de fibras de carbono da camada interna.
[037] A segunda direção da teia de fibras de carbono da camada externa forma um ângulo com a primeira direção W da teia de fibras de carbono da camada interna, compreendido entre 45 ° e 135 °, de preferência entre 60 ° e 120 °.
[038] Vantajosamente, o ângulo entre a segunda e a primeira direção é de 90 °C (+/- 3 °). Em outras palavras, as fibras de carbono da teia de uma camada externa são perpendiculares às fibras de carbono da teia da camada interna correspondente. Isto significa que a segunda direção de orientação das fibras de carbono das teias 2b e 3b é a direção L na direção da fita.
[039] Ao manter um posicionamento perpendicular das fibras de carbono da camada externa relativamente às fibras de carbono da camada interna correspondente, é possível garantir uma melhor resistência da camada externa à deformação e também aos impactos e às tensões mecânicas, se o ângulo entre ambas teias é diferente de 90 ° (+/- 3 °).
[040] A resina epóxi usada para impregnar as teias 2b-3b-4a-5a de fibras de carbono e os tecidos 2a-3a-4b-5b de fibras de vidro é uma resina epóxi desenvolvida do tipo EP137 da Gurit©, que atende aos requisitos de resistência à incêndio da norma aeronáutica FAR 25.853, mas também de emanação de fumaça, toxicidade e evolução de calor da norma ABD0031 de certificação aeronáutica.
[041] As fibras de carbono têm: - uma resistência à tração máxima, de preferência, igual a 5.600 MPa. A resistência à tração máxima pode estar compreendida entre 4.000 e 7.000 MPa; - um módulo de elasticidade de cerca de 290.000 MPa; O módulo de elasticidade pode estar compreendido entre 275.000 e 300.000 MPa; e - uma gravidade específica relativa igual a 1,8 g/cm3.
[042] O tecido 4b-5b de fibra de vidro usado nas camadas externas é idêntico ao usado nas camadas internas.
[043] As fibras de vidro têm: - uma resistência à tração máxima igual a 3.400 MPa; - um módulo de elasticidade da ordem de 70.000 MPa; - uma gravidade específica relativa igual a 2,5 g/cm3.
[044] A resistência à tração máxima e o módulo de elasticidade são medidos de acordo como o método ASTM D3379.
[045] A gravidade específica relativa é medida de acordo com o método ASTM D3800.
[046] O uso, nas camadas internas e externas, de fibras de carbono unidirecionais com um módulo de elasticidade intermediário permite uma melhor resistência às forças, relativamente às fibras de carbono de resistência elevada.
[047] Para fabricar um painel compósito de acordo com a invenção, é aplicado o seguinte método:
[048] Em uma etapa (a), em ambos os lados de um núcleo alveolado 1 em poli(p-fenilenotereftalato), é depositada uma camada interna 2-3, compreendendo: - em contato com o núcleo alveolado 1, um tecido 2a-3a de fibra de vidro E com uma massa inferior ou igual a 30 g/m2, pré-impregnado com, pelo menos, 70 % em peso de resina epóxi; e - em contato com o tecido 2a-3a de fibra de vidro E, uma teia 2b-3b de fibras de carbono unidirecionais com um módulo de elasticidade compreendido entre 275 e 300 GPa, com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2, pré-impregnada com entre 30 % e 40 % em peso de uma resina epóxi e posicionada de modo que as fibras de carbono são orientadas ao longo de uma primeira direção;
[049] Em uma etapa (c), é depositada na teia 2b-3b de fibras de carbono unidirecionais de cada camada interna 2-3, uma camada externa 4-5 compreendendo: - voltada para a teia 2b-3b de fibras de carbono unidirecionais da camada interna correspondente, uma teia 4a-5a de fibras de carbono unidirecionais posicionadas de tal modo que as fibras são orientadas ao longo de uma segunda direção, diferente da primeira direção da teia 2b-3b de fibras de carbono da camada interna, com um módulo de elasticidade compreendido entre 275 e 300 GPa, com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2, pré- impregnada com entre 30 % e 40 % em peso de uma resina epóxi; e - em contato com a teia 4a-5a de fibras de carbono unidirecionais orientadas ao longo da segunda direção, um tecido 4b-5b de fibra de vidro E com uma massa inferior ou igual a 30 g/m2 e pré-impregnado com, pelo menos, 70 % em peso de resina epóxi, para a obtenção de uma pilha de camada compósita.
[050] Para certas aplicações, o número de teias de fibras de carbono pode ser aumentado, de modo a atender requisitos de rigidez adicionais. Para isso, entre a etapa (a) e a etapa (c), camadas intermediárias, cada uma composta de uma única teia de fibras de carbono unidirecionais, são depositadas ao longo da mesma segunda direção que a das fibras de carbono unidirecionais da teia de fibras de carbono unidirecionais das camadas externas depositadas na etapa (c).
[051] Após a realização da etapa (c), essas camadas intermediárias são inseridas entre as camadas internas e camadas externas.
[052] As teias de fibras de carbono usadas nas camadas intermediárias são idênticas às usadas nas camadas internas e externas.
[053] Estas formas de realização são ilustradas nas Figs. 3 a 6, em que o painel compreende, respectivamente, uma (6a), duas (6a-6b), três (6a-6b-6c), quatro (6a, 6b, 6c, 6d) e cinco (6a, 6b, 6c, 6d, 6e) teias adicionais de fibras de carbono de massa baixa (inferior ou igual a 100 g/m2), com um módulo de elasticidade intermediário e pré-impregnadas com uma resina epóxi autoextinguível (com 30 % a 40 % em peso de impregnação).
[054] De acordo com a invenção, a orientação das teias adicionais de fibras de carbono unidirecionais sempre é ao longo da direção da fita (90 °).
[055] Este arranjo permite a possibilidade de obtenção de um painel que tem uma resistência à deformação ideal dos painéis, em relação ao peso total do painel.
[056] O núcleo alveolado 1 de Kevlar® (poli(p-fenilenotereftalato)) tem, vantajosamente, uma gravidade específica compreendida entre 72 kg/m3 e 96 kg/m3.
[057] O núcleo alveolado 1 usado, vantajosamente, tem um tamanho de malha de 0,4 mm e uma espessura de papel compreendida entre 70 μm e 72 μm. A altura h do núcleo 1 é calculada de acordo com a espessura do revestimento (formado por uma camada interna, uma camada externa e, opcionalmente, uma ou várias camadas intermediárias) e a espessura do painel compósito exigido por fabricantes de aeronaves, de modo a atender as prescrições exigidas para o painel.
[058] Por exemplo, uma teia de fibras de carbono unidirecionais e a sua lona de fibra de vidro E tem uma espessura de 0,125 mm. Uma única teia de fibras de carbono unidirecionais tem uma espessura de 0,1 mm. Por exemplo: • para a forma de realização da Fig. 2, a altura h do núcleo 1 é 9,5 mm, de modo a atender o requisito de um painel com uma espessura de 10 mm (núcleo e revestimentos combinados); • para a forma de realização da Fig. 3, a altura h do núcleo 1 é 9,3 mm; • para a forma de realização da Fig. 4, a altura h do núcleo 1 é 15,1 mm, de modo a atender o requisito de um painel com uma espessura de 16 mm (núcleo e revestimentos combinados); • para a forma de realização da Fig. 5, a altura h do núcleo 1 é 14,9 mm; • para a forma de realização da Fig. 6, a altura h do núcleo 1 é 14,7 mm; • para a forma de realização da Fig. 7, a altura h do núcleo 1 é 9,5 mm.
[059] O uso de um núcleo 1 com uma gravidade específica de 96 kg/m3é recomendado, de modo a ser capaz de atender às tensões de perfuração da ordem de 150 daN (por exemplo, por um salto tipo estilete), mas também à resistência à compressão e ao cisalhamento.
[060] Por meio da pilha de acordo com a invenção, é obtido um painel compósito, com muito bom comportamento ao impacto (resistência de até 12 J), comparável aos painéis anteriores de 7,2 J, que consistem de um tecido de Kevlar cobrindo um núcleo alveolado de alumínio.
[061] A resistência dos painéis a um impacto é medida por meio de uma torre de queda, de acordo com a norma AITM 1.0057 da Airbus®.
[062] Para certas aplicações, a gravidade específica do núcleo 1 pode ser de 72 kg/m3, para uma espessura de papel compreendida entre 45 μm e 47 μm O uso deste Nida poderá ser alcançado quando o requisito de perfuração puder ser cancelado, ou se a espessura do revestimento (presença de uma ou várias camadas intermediárias) for suficiente para atender à tensão de perfuração de 150 daN.
[063] Se for necessário o aumento da robustez do conjunto, uma camada externa 11 (ver Fig. 7) do tipo de pararamida/polieterimida (PEI), que pode chegar a 350 g/m2, pode ser aplicada sobre a face externa (camada 4b em tecido de fibra de vidro E) de, pelo menos, uma das camadas externas do painel compósito. Esta camada externa, com uma espessura de 0,250 mm, garante a proteção contra impactos do conjunto do painel compósito até 16 J, otimizando, simultaneamente, o ganho de massa e reduzindo-o a um valor mínimo.
[064] A resistência dos painéis ao impacto é medida por meio de uma torre de queda, de acordo com a norma AITM 1.0057 da Airbus®.
[065] O painel compósito de acordo com a invenção pode empregar esta camada em condições frias, usando um adesivo do tipo Montaprene 2796©, que aumenta a resistência e o amortecimento no momento do impacto pela sua flexibilidade.
[066] A ligação com adesivo a frio permite a possibilidade de associação destes materiais, mesmo se eles têm coeficientes de expansão muito diferentes.
[067] Com os painéis do estado da técnica, a ligação adesiva tinha de ser aplicada à quente, o que obriga a um balanceamento do painel e, portanto, abrange ambas as camadas externas desta camada de pararamida/PEI.
[068] As características do painel de acordo com a invenção, em particular a presença, no exterior, de um tecido fibra de vidro E e de teias internas de fibras de carbono com diferentes orientações, permite a possibilidade de evitar o balanceamento dos painéis (ligação adesiva com uma camada de pararamida/PEI sobre uma única face) limitando, por conseguinte, o peso geral do painel.
[069] A condição da superfície do núcleo 1 de Kevlar® é um dado importante para observar as condições de descascamento. Este descascamento deve ser próximo ao obtido com um alveolado do estado da técnica (de alumínio), de modo a reter um descascamento superior a 15 daN.
[070] Para este fim, conforme ilustrado na Fig. 8, antes da etapa (a), a invenção propõe a usinagem de cada face do núcleo 1 de Kevlar®, por meio de uma fresa 20, que inclui uma extremidade engatada com um eixo rotativo 21 e uma extremidade livre incluindo uma serra 22. Este tipo de fresa é fabricado, nomeadamente, por Neuhauser-controx GmbH (por exemplo, uma fresa de vários dentes com um revestimento de diamante e uma placa de corte de PVD, com número de referência 7300-017-050-23-10).
[071] O uso deste tipo de fresa permite suprimir qualquer rebarba de fabricação e a obtenção de uma condição de superfície tal, que quando a camada interna é colada sobre o núcleo, o descascamento é maior do que 15 daN, o que nunca foi obtido com um alveolado de Kevlar .
[072] Como a orientação das teias foi especificada acima, a disposição (método para assentamento das camadas) deve observar as seguintes restrições: • é essencial que todo o material felpudo ou rebarbas na superfície do núcleo 1 sejam ou tenham sido suprimidos, sem o que a resistência ao descascamento das camadas pode entrar em colapso, mas também a resistência mecânica do painel pode entrar em colapso. Portanto, é necessário o uso de um núcleo alveolado de Kevlar® sem quaisquer rebarbas. • as larguras das teias de fibra de carbono unidirecionais não devem se sobrepor, quando da colocação desta última uma ao lado da outra, caso contrário a resistência ao descascamento e a resistência mecânica (flexão) do painel podem entrar em colapso. O intervalo de tolerância, durante a colocação das camadas, entre duas larguras é de 0 a 2 mm.
[073] O painel compósito de acordo com a invenção permite o uso de componentes que atuam diretamente na redução da massa do conjunto.
[074] Portanto, é possível o uso de insertos de fixação 30 (ver Fig. 9) em materiais leves não metálicos, tais como a poliamida-imida comercializada com a marca Torlon®, em vez de insertos de aço inoxidável usados nos painéis do estado da técnica.
[075] Podem ser usados os seguintes insertos: • um inserto flutuante do tipo AEP1035-3S375, ou • um inserto fixo do tipo AEP1036-3-12, da ADVANCED ENGINEERED PRODUCTS, INC.
[076] Este tipo de inserto de Torlon® permite um ganho de 50 % na massa, para cada fixação necessária no momento da conclusão. O uso deste tipo de insertos é possível devido à presença do tecido 2a-3a em baixo da teia 2b-3b de fibras de carbono unidirecionais, que aumenta consideravelmente a fixação do revestimento sobre o núcleo alveolado 1 de Kevlar®. Esta maior resistência ao descascamento do revestimento permite, assim, por meio de trepanação do nida, uma melhor difusão das forças incluídas no inserto e, portanto, que atuam no conjunto do complexo (Nida + revestimento + inserto + adesivo do inserto) e não somente no inserto e seu adesivo.
[077] De modo a fixar estes insertos 30 no painel, o painel é usinado localmente em, pelo menos, uma porção da sua espessura, de modo a produzir poços nos quais são posicionados os insertos de fixação em poliamida-imida. A usinagem é, por exemplo, a trepanação com um diâmetro 3 mm maior do que o do inserto. E, em seguida, o inserto é posicionado e o espaço vazio entre o inserto e o painel é preenchido com um adesivo estrutural do tipo ADEKIT® A171/H9971 da AXSON®. Este adesivo garante a fixação do inserto e garante a sua resistência às forças de tração e cisalhamento exigidas pelos fabricantes de aeronaves nas suas especificações técnicas.
[078] Portanto, a invenção proporciona a possibilidade de obtenção de um painel compósito leve e de bom desempenho, com desempenho ainda melhor do que os painéis do estado da técnica.
[079] Os painéis de acordo com a invenção podem ser usados como pisos compósitos, divisórias compósitas, painéis de revestimento compósitos, peças de mobiliário ou estruturas compósitas.

Claims (12)

1. Painel compósito (10), caracterizado porcompreender: - um núcleo alveolado (1) em poli(p-fenilenotereftalamida), em ambos os lados do qual estão posicionadas duas peles, cada uma compreendendo: - uma camada interna (2, 3) em contato com o núcleo alveolado (1) e compreendendo: - um tecido (2a, 3a) de fibra de vidro E impregnado com, pelo menos, 70 % em peso de resina epóxi e com uma massa inferior ou igual a 30 g/m2, o tecido (2a, 3a) estando em contacto com o núcleo alveolado (1); e - uma teia (2b, 3b) de fibras de carbono unidirecionais orientadas ao longo de uma primeira direção, com um módulo de elasticidade compreendido entre 275 e 300 GPa, com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2 e pré- impregnada com entre 30 % e 40 % em peso de uma resina epóxi; - uma camada externa (4, 5), em contato com a camada interna correspondente (2, 3), compreendendo: - uma teia (4a, 5a) de fibras de carbono unidirecionais orientadas ao longo de uma segunda direção diferente da primeira direção da teia (2b, 3b) de fibras de carbono da camada interna (2, 3), com um módulo de elasticidade compreendido entre 275 e 300 GPa, com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2 e pré-impregnada com entre 30 % e 40 % em peso de uma resina epóxi, a teia (4a, 5a) de fibras de carbono unidirecionais de cada camada externa (4, 5) voltada para a teia (2b, 3b) de fibras de carbono unidirecionais da camada interna correspondente (2, 3); e - um tecido (4b, 5b) de fibra de vidro E com uma massa inferior ou igual a 30 g/m2 e pré-impregnado com, pelo menos, 70 % em peso de resina epóxi.
2. Painel compósito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pora resina epóxi ser autoextinguível.
3. Painel compósito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado poro núcleo alveolado (1) ter uma direção L, a chamada "direção da fita" e uma direção W, a chamada "direção de expansão", perpendicular à direção L e em que a primeira direção da teia de fibras de carbono unidirecionais é perpendicular à direção L com a direção da fita.
4. Painel compósito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pora segunda direção da teia de fibras de carbono da camada externa formar um ângulo com a primeira direção da teia de fibras de carbono da camada interna compreendido entre 45 ° e 135 °, de preferência, entre 60 ° e 120 °, vantajosamente de 90 °.
5. Painel compósito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado porcompreender ainda, entre uma camada interna (2, 3) e uma camada externa (4, 5), pelo menos uma, de preferência entre uma e quatro teia(s) (6, 7, 8, 9) de fibras de carbono unidirecionais com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2, pré-impregnada(s) com entre 30 % e 45 % em peso de uma resina epóxi e orientada(s) ao longo da mesma segunda direção que a das fibras de carbono unidirecionais da teia (4a, 5a) de fibras de carbono unidirecionais das camadas externas.
6. Painel compósito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por: - As fibras de vidro E terem: - uma resistência à tração máxima igual a 3.400 MPa, - um módulo de elasticidade de cerca de 70.000 MPa e - uma gravidade específica relativa igual a 2,5 g/cm3. - As fibras de carbono terem: - uma resistência à tração máxima compreendida entre 4.000 e 7.000 MPa, - um módulo de elasticidade compreendido entre 275.000 e 300.000 MPa e - uma gravidade específica relativa igual a 1,8 g/cm3.
7. Painel compósito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado porcompreender ainda um tecido (11) de fibras de pararamida associadas com uma resina de polieterimida (PEI).
8. Painel compósito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado porcompreender ainda insertos de fixação (30) em poliamida-imida.
9. Método para a fabricação de um painel compósito tal como descrito em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado porcompreender as seguintes etapas: (a) depositar em cada lado de um núcleo alveolado (1) em poli(p-fenilenotereftalamida), uma camada interna (2, 3) compreendendo: - em contato com o núcleo alveolado, um tecido (2a, 3a) de fibra de vidro E com uma massa inferior ou igual a 30 g/m2 e pré-impregnado com, pelo menos, 70 % em peso de resina epóxi; e - em contato com o tecido fibra de vidro E, uma teia (2b, 3b) de fibras de carbono unidirecionais com um módulo de elasticidade compreendido entre 275 e 300 GPa, com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2 e pré-impregnada com entre 30 % e 40 % em peso de uma resina epóxi, posicionada de modo que as fibras de carbono são orientadas ao longo de uma primeira direção; c) depositar, voltada para a teia (2b, 3b) de fibras de carbono unidirecionais de cada camada interna (2, 3), uma camada externa (4, 5) compreendendo: - voltada para a teia (2b, 3b) de fibras de carbono unidirecionais da camada interna (2, 3) correspondente, uma teia (4a, 5a) de fibras de carbono unidirecionais posicionadas de tal modo que as fibras são orientadas ao longo de uma segunda direção, diferente da primeira direção da teia (2b, 3b) de fibras de carbono da camada interna (2, 3), com um módulo de elasticidade compreendido entre 275 e 300 GPa, com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2 e pré-impregnada com entre 30 % e 40 % em peso de uma resina epóxi; e - em contato com a teia (4a, 5a) de fibras de carbono unidirecionais orientadas ao longo da segunda direção, um tecido (4b, 5b) de fibra de vidro E com uma massa inferior ou igual a 30 g/m2 e pré-impregnado com, pelo menos, 70 % em peso de resina epóxi, de modo a obter uma pilha de camada compósita (10).
10. Método de fabricação, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado porcompreender ainda uma etapa (b), entre as etapas (a) e (c), para depósito de, pelo menos, uma teia (6, 7, 8, 9) de fibras de carbono unidirecionais com uma massa inferior ou igual a 100 g/m2, pré-impregnada com entre 30 % e 40 % em peso de uma resina epóxi, orientadas ao longo da mesma segunda direção que a das fibras de carbono unidirecionais da teia (4a, 5a) de fibras de carbono unidirecionais das camadas externas depositadas na etapa (c).
11. Método de fabricação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 ou 10, caracterizado por, antes da etapa (a), cada face do núcleo alveolado ser usinado com uma fresa (20) incluindo uma serra (22) na extremidade da ferramenta de corte.
12. Método de fabricação, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado poro painel (10) ser usinado localmente em, pelo menos, uma porção da sua espessura, de modo a produzir poços nos quais são posicionados os insertos de fixação (30) em poliamida-imida, mantidos na posição com um adesivo.
BR112015030520-2A 2013-06-06 2014-06-04 Painel compósito para componentes de pisos ou de revestimento de paredes e método para fabricação de tal painel BR112015030520B1 (pt)

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