BR112012007154B1 - pré-forma tecida tridimensional, compósito reforçado com fibra e métodos de formação de pré-forma tecida tridimensional e de compósito reforçado com fibra - Google Patents

Abstract

preforma tecida tridimensional, compósito de fibra reforçado e métodos de formação de preforma tecida tridimensional e de compósito reforçado de fibra uma preforma tecida tridimensional, um compósito reforçado de fibra incorporado a preforma e métodos de fazer os mesmos são divulgados. a preforma tecida inclui uma ou mais camadas de um tecido direcionado enrolado. uma porção do tecido direcionado enrolado é comprimida em um molde para formar uma pena vertical (20). a preforma inclui e perna vertical e um tarugo (15) em uma porção de corpo. a porção de corpo e a perna vertical são integralmente tecidas para haver fibra contínua através de preforma. uma porção do tecido direcionado enrolado inclui fibras de carbono quebradas esticadas na direção de enrolamento e outra porção inclui fibras de carbono convencionais. o tecido direcionado enrolado pode ser tecido em um equipamento de tear com um mecanismo de tomada diferencial. o tecido direcionado enrolado pode ser um tecido único ou de múltiplas camadas. a preforma ou o compósito podem ser uma porção de uma estrutura de janela de aeronave (10).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: “PRÉ-FORMA TECIDA TRIDIMENSIONAL, COMPÓSITO REFORÇADO COM FIBRA E MÉTODOS DE FORMAÇÃO DE PRÉ-FORMA TECIDA TRIDIMENSIONAL E DE COMPÓSITO REFORÇADO COM FIBRA" Antecedentes da Invenção Campo da Invenção [0001] Esta invenção refere-se a compósitos reforçados com fibra e particularmente se refere a pré-formas tendo tiras tecidas de material utilizado em materiais compósitos reforçados, os quais podem ser tecidos planos e formados na sua forma final, tendo a forma final reforço em duas ou mais direções.

Incorporação por Referência [0002] Todas as patentes, pedidos de patentes, documentos, referências, instruções do fabricante, descrições e especificações de produto e folhas de produto para quaisquer produtos aqui mencionados são aqui incorporadas por referência e podem ser empregadas na prática da invenção.

Descrição da Técnica Anterior | [0003] O uso de materiais compósitos reforçados para produzir componentes estruturais é hoje bem difundido, particularmente em aplicações onde suas características desejáveis são procuradas por serem leves em peso, fortes, duras, termicamente resistentes, autossustentáveis e adaptáveis para serem formadas e moldadas. Tais componentes são utilizados, por exemplo, em aplicações aeronáuticas, aeroespaciais, de satélite, de recreação (como em automóveis e barcos de corrida) e outras aplicações.

[0004] Tipicamente, tais componentes consistem em materiais de reforço incorporados em materiais de matriz. O componente de reforço pode ser feito de materiais tais como vidro, carbono, cerâmica, aramida, polietileno e / ou outros materiais que exibem propriedades física, química, térmica, desejadas e / ou outras propriedades, a principal das quais é a grande resistência contra a falha por tensão. Através da utilização de materiais de reforço, os quais, nos últimos tempos, tornaram-se um elemento constituinte do componente completo, as características desejadas dos materiais de reforço, tal como resistência muito elevada, são transmitidas para o componente compósito completo. Os materiais de reforço constituintes tipicamente podem ser tecidos, enredados em malha ou trançados. Normalmente, é dada especial atenção para garantir a utilização ótima das propriedades para as quais os materiais que reforçam os constituintes foram selecionados. Em geral, tais pré-formas de reforço são combinadas com material da matriz para formar componentes desejados acabados ou para produzir estoque de trabalho para a produção final dos componentes acabados.

[0005] Após ser construída a pré-forma de reforço desejada, o material da matriz pode ser introduzido na e dentro da pré-forma, de modo que tipicamente a pré-forma de reforço torna-se envolta no material da matriz e o material da matriz enche as áreas intersticiais entre os elementos constituintes da pré-forma de reforço. O material da matriz pode ser qualquer um de uma grande variedade de materiais, tais como epóxi, poliéster, éster de vinila, cerâmica, e carbono / ou outros materiais, que também exibem propriedades física, química, térmica, desejadas e/ou outras propriedades. Os materiais escolhidos para a utilização como matriz podem ou não podem ser o mesmo que aquele da pré-forma de reforço e podem ou não ter propriedades físicas, químicas, térmicas comparáveis ou outras propriedades. Tipicamente, no entanto, eles não serão dos mesmos materiais ou ter propriedades físicas, químicas, térmicas comparáveis ou outras propriedades, uma vez que um objetivo usual procurado na utilização de compósitos em primeiro lugar é conseguir uma combinação de características no produto acabado que não seja atingível por meio da utilização de um material constituinte sozinho. Assim combinados, a pré-forma de reforço e o material da matriz podem, então, ser curados e estabilizados na mesma operação por termocura ou outros métodos conhecidos e, em seguida submetidos a outras operações para produzir o componente desejado. É significativo notar neste ponto que depois de serem assim curadas, as massas então solidificadas do material da matriz são normalmente muito fortemente aderidas ao material de reforço (por exemplo, a pré-forma de reforço). Como resultado, a tensão no componente acabado, particularmente através do seu material da matriz agindo como um adesivo entre as fibras, pode ser eficazmente transferida para e suportada pelo material constituinte da pré-forma de reforço.

[0006] O uso elevado de materiais compósitos tendo tais reforços de pré-formas com fibra em barris de fuselagem de aeronave levou à necessidade de armações de janelas compósitas. Tradicionais armações de janelas metálicas não podem ser utilizadas para este pedido por causa das diferenças entre os coeficientes de expansão térmica da fuselagem compósita e a armação metálica. Além disso, as camadas de barreira parasitárias devem ser utilizadas para eliminar os problemas de corrosão que podem existir quando alguns compósitos e metais estão em contato. Estas camadas de barreira aumentam o custo de produção, bem como o peso total.

[0007] As armações de janelas das aeronaves 10, por exemplo, tal como aquela representada na Figura 1, tendem a ter a forma oval com o eixo maior da armação curvado para acomodar a forma cilíndrica da fuselagem. A forma da seção transversal da armação da janela 10, tal como aquela representada na Figura 2, por exemplo, é geralmente uniforme. No entanto, a forma pode incluir características complicadoras, tal como uma perna vertical 20 na borda externa e / ou o que são chamados de estruturas de junta "joggle" 15 que facilitam a vedação da janela ao corpo principal da aeronave. A perna vertical 20 é uma característica particularmente difícil de incorporar em um projeto de compósito por causa da forma oval da armação 10. Fabricar esta característica com tecido ou fita convencional requer o uso de pences (darts) para formar a forma curva. Estes pences, no entanto, aumentam a mão-de-obra requerida e reduzem a resistência do compósito resultante.

[0008] Soluções que não exigem a perna vertical foram desenvolvidas e estão sendo usadas atualmente em aeronaves, tal como o Boeing 787 (ver Publicações de Patente US 2008/0078876 e 2008/0169380, por exemplo). Esta geometria mais simples pode ser fabricada usando um processo de moldagem por compressão, juntamente com um composto de moldagem em folha, tal como HexMC de Hexcel Corporation. No entanto, para armações que requerem uma perna vertical, existe ainda uma necessidade de um método que pode fornecer fibra contínua no corpo, bem como na perna vertical, e que pode conduzir a redução de peso e / ou melhor desempenho da armação.

[0009] WO 2005115728, por exemplo, refere-se a um método para fazer uma armação de janela para instalação no casco exterior de uma aeronave. A estrutura inclui um flange exterior, um flange interior e um flange vertical, disposto perpendicular e entre estes dois flanges.

Sumário da Invenção [0010] Portanto, um objetivo da presente invenção é fornecer um método de formação de uma pré-forma tridimensional que tem peso reduzido e / ou um melhor desempenho quando comparado aos projetos da técnica anterior.

[0011] Outro objetivo da presente invenção é eliminar as juntas fracas discutidas nas estruturas da técnica anterior tecendo integralmente diferentes porções da estrutura, tal como o corpo e a perna, para que existam fibras contínuas através de todas as interfaces.

[0012] A invenção, de acordo com uma modalidade exemplificativa, é uma pré-forma tridimensional tecida incluindo uma ou mais camadas de um tecido direcionado de urdidura. Uma porção do tecido direcionado de urdidura é comprimida em um molde para formar uma perna vertical. A pré-forma pode incluir a perna vertical e uma estrutura de junta (joggle) em uma porção de corpo. A porção de corpo e a perna vertical são integralmente tecidas para haver fibra continua através da pré-forma. Uma primeira porção do tecido direcionado de urdidura pode incluir fibras de carbono quebradas esticadas, uma segunda porção do tecido direcionado de urdidura pode incluir fibras de carbono convencionais e uma terceira porção do tecido direcionado de urdidura pode incluir fibras de carbono quebradas esticadas. O tecido direcionado de urdidura pode ser tecido em um tear equipado com um mecanismo de tomada diferencial. O tecido direcionado de urdidura pode ser um tecido simples ou de múltiplas camadas. A pré-forma pode ser uma porção de uma armação de janela de aeronave.

[0013] Outra modalidade exemplificativa é um compósito reforçado com fibra que compreende uma pré-forma tecida tridimensional incluindo uma ou mais camadas de um tecido direcionado de urdidura. Uma porção do tecido direcionado de urdidura é comprimida em um molde para formar uma perna vertical. A pré-forma pode incluir a perna vertical e uma estrutura de junta em uma porção de corpo. A porção de corpo e a perna vertical são integralmente tecidas para haver fibra continua através da pré-forma. Uma primeira porção do tecido direcionado de urdidura pode incluir fibras de carbono quebradas esticadas, uma segunda porção do tecido direcionado de urdidura pode incluir fibras de carbono convencionais e uma terceira porção do tecido direcionado de urdidura pode incluir fibras de carbono quebradas esticadas. O tecido direcionado de urdidura pode ser tecido em um tear equipado com um mecanismo de tomada diferencial.

[0014] O tecido direcionado de urdidura pode ser um tecido simples ou de múltiplas camadas. O compósito pode ser uma armação de janela de aeronave. O compósito pode ser formado por impregnação e cura da pré-forma tecida em um material de matriz.

[0015] Ainda outra modalidade exemplificativa é um método de formação de uma pré-forma tecida tridimensional. O método compreende as etapas de tecelagem de um tecido direcionado de urdidura e disposição de uma ou mais camadas do tecido direcionado de urdidura para formar uma forma predeterminada. O método pode incluir comprimir uma porção do tecido direcionado de urdidura em um molde para formar uma perna vertical. O método também pode incluir a etapa de formar uma estrutura de junta em uma porção de corpo da pré-forma. A porção de corpo e a perna vertical são integralmente tecidas para haver fibra contínua através da pré-forma. Uma primeira porção do tecido direcionado de urdidura pode incluir fibras de carbono quebradas esticadas, uma segunda porção do tecido direcionado de urdidura pode incluir fibras de carbono convencionais e uma terceira porção do tecido direcionado de urdidura pode incluir fibras de carbono quebradas esticadas. O tecido direcionado de urdidura pode ser tecido em um tear equipado com um mecanismo de tomada diferencial. O tecido direcionado de urdidura pode ser um tecido simples ou de múltiplas camadas. A pré-forma pode ser uma porção de uma armação de janela de aeronave.

[0016] Ainda outra modalidade exemplificativa da presente invenção é um método de formação de um compósito reforçado com fibra, que compreende as etapas de formar uma pré-forma tecida tridimensional. O método compreende as etapas de tecelagem de um tecido direcionado de urdidura e disposição de uma ou mais camadas do tecido direcionado de urdidura para formar uma forma predeterminada. O método pode incluir comprimir uma porção do tecido direcionado de urdidura em um molde para formar uma perna vertical. O método também pode incluir a etapa de formar uma estrutura de junta em uma porção de corpo da pré-forma. A porção de corpo e a perna vertical são integralmente tecidas para haver fibra contínua através da pré-forma. Uma primeira porção do tecido direcionado de urdidura pode incluir fibras de carbono quebradas esticadas, uma segunda porção do tecido direcionado de urdidura pode incluir fibras de carbono convencionais e uma terceira porção do tecido direcionado de urdidura pode incluir fibras de carbono quebradas esticadas. O tecido direcionado de urdidura pode ser tecido em um tear equipado com um mecanismo de tomada diferencial. O tecido direcionado de urdidura pode ser um tecido simples ou de múltiplas camadas. O compósito pode ser uma armação de janela de aeronave. O compósito pode ser formado por impregnação e cura da pré-forma tecida em um material da matriz.

[0017] As pré-formas da invenção podem ser tecidas usando qualquer padrão conveniente para a fibra de urdidura, isto é, camada a camada, através de intertravamento angular de espessura, ortogonal, etc. A pré-forma pode ser tecida usando qualquer padrão de entrelaçamento conveniente, tal como sarja, liso, cetim, etc. Embora fibra de carbono seja preferida, a invenção é aplicável para praticamente qualquer outra fibra incluindo, mas não se limitando àquelas que podem ser quebradas esticadas, por exemplo, fibra de carbono quebrada esticada, vidro, cerâmica, e aquelas que não podem ser quebradas esticadas ou não necessitam ser quebradas esticadas, por exemplo, Discotex produzida por Pepin Associates Inc.

[0018] Potenciais aplicações para as pré-formas tecidas da invenção incluem qualquer aplicação estrutural que utiliza armações contornadas com uma perna rígida, tal como armações de janelas em aeronaves, por exemplo.

[0019] Para uma melhor compreensão da invenção, suas vantagens operacionais e seus objetivos específicos, alcançados por suas utilizações, é feita referência à respectiva matéria descritiva na qual modalidades da invenção preferidas, mas não limitativas, são ilustradas e aos desenhos anexos nos quais componentes correspondentes são identificados pelos mesmos numerais de referência.

[0020] Os termos "compreendendo" e "compreendem" nesta divulgação podem significar "incluindo" e "inclui" ou podem ter o sentido comumente dado para o termo "compreendendo" ou "compreende" na Lei de Patentes dos Estados Unidos da América. Termos "consistindo essencialmente em”, ou "é constituído essencialmente por” se usados nas reivindicações têm o significado que lhes é atribuído na lei de Patente dos Estados Unidos da América. Outros aspectos da invenção são descritos na, ou são óbvios a partir da (e dentro do escopo da invenção) seguinte divulgação.

Breve Descrição dos Desenhos [0021] Os desenhos anexos, que são incluídos para proporcionar um entendimento adicional da invenção, são incorporados no e constituem uma parte deste relatório. Os desenhos aqui apresentados ilustram diferentes modalidades da invenção e, juntamente com a descrição servem para explicar os princípios da invenção. Nos desenhos: a FIG. 1 é um esquema de uma armação de janela de aeronave. a FIG. 2 é uma vista em corte transversal da armação de janela de aeronave mostrada na FIG. 1 ao longo da linha 22. a FIG. 3 é um esquemático de um tecido oval produzido utilizando tecelagem "direcional" de acordo com um aspecto da presente invenção. as Figs. 4-5 mostram etapas envolvidas na formação de uma pré-forma tecida tridimensional de acordo com um aspecto da invenção; e a FIG. 6 mostra uma etapa envolvida na formação de uma pré-forma tecida tridimensional de acordo com um aspecto da invenção.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas [0022] A presente invenção será agora descrita mais completamente a seguir com referência aos desenhos anexos, nos quais as modalidades preferidas da invenção são mostradas. Esta invenção pode, contudo, ser incorporada em muitas diferentes formas e não deve ser interpretada como limitada às modalidades ilustradas aqui estabelecidas. Em vez disso, estas modalidades ilustradas são fornecidas para que esta divulgação seja minuciosa e completa e transmita totalmente o escopo da invenção para os versados na técnica.

[0023] Na descrição seguinte, caracteres de referência semelhantes designam partes semelhantes ou correspondentes ao longo das figuras.

[0024] Além disso, na seguinte descrição, entende-se que termos como "superior", "inferior", "topo" "fundo", "primeiro", "segundo" e semelhantes são as palavras de conveniência e não devem ser interpretadas como termos limitantes.

[0025] Voltando agora às figuras, a invenção de acordo com uma modalidade é um método de fabricação de uma pré-forma tecida tridimensional para utilização em aplicações de alta resistência, tal como, por exemplo, estruturas de janela de aeronave, estojos de ventilador de turbina compósitos, anéis de contenção de motor a jato, armações de fuselagem de aeronaves ou em anéis flangeados para a fixação de nacelas de motores de aeronaves. Embora as modalidades preferidas aqui descritas se refiram a uma estrutura de janela de aeronave, a presente invenção não está limitada como tal. Por exemplo, as pré-formas tecidas ou os métodos aqui descritos podem ser utilizados na fabricação de qualquer uma das estruturas listadas acima, ou semelhantes.

[0026] O método de acordo com uma modalidade exemplificativa usa uma técnica de fabricação têxtil única, ou a que é conhecida como "direcionamento de urdidura”. O termo "direcionamento de urdidura” se refere a um sistema de tomada diferencial para os fios da urdidura, que "direciona” os mesmos em uma forma requerida e permite tecelagem reta, tecelagem polar ou uma combinação das mesmas para produzir uma pré-forma que pode tomar praticamente qualquer forma no plano XY do tecido ou da pré-forma. Um exemplo de tal tecido oval direcionado de urdidura 30 produzido usando tecelagem "direcionada" de acordo com um aspecto da presente invenção, é mostrado na Figura 3, onde o tecido oval 30 pode ser plano em um plano e ter uma forma curva no plano XY. Em tal disposição, cada fio de urdidura 32 pode ter um comprimento de caminho diferente, semelhante a linhas ao redor de uma pista de corrida, enquanto cada fio de trama 34 é sempre perpendicular ou ortogonal às bordas do tecido. Isto quer dizer que em pontos onde um fio de trama 34 pode ser entrelaçado com um ou mais fios de urdidura 32, o fio de trama 34 é sempre ortogonal a um ou mais fios de urdidura 32 independentemente do caminho curvilineo que os fios de urdidura 32 assumam.

[0027] Esta técnica pode ser utilizada, de acordo com uma modalidade exemplificativa, para fabricar uma armação de janela compósita, tal como aquela descrita com referência à Figura 1, que inclui recursos como uma perna vertical 20 e uma estrutura de junta 15, mas não requer os pences necessários nos materiais convencionais. O método de acordo com esta modalidade utiliza fibras de carbono quebradas esticadas (SBCF) como fibras circunferenciais em regiões selecionadas, de modo que a perna vertical e a estrutura de junta possam ser integralmente formados na pré-forma. A pré-forma tecida como resultado terá fibra contínua nas direções circunferencial e radial da armação.

[0028] A tecelagem direcional de acordo com este método pode ser realizada em um tear que usa um mecanismo de tomada diferencial programável para produzir a forma oval desejada da armação de janela.

[0029] No tecido direcionado 30, a fibra de urdidura pode ser contínua na direção circunferencial e a fibra de trama é sempre orientada na direção radial, em relação ao raio local de curvatura.

[0030] Múltiplas camadas contínuas de tecido podem ser colocadas no topo umas das outras para acumular a espessura desejada. Camadas adicionais de tecido com fibras orientadas em direções fora do eixo (de novo, em relação ao raio local de curvatura) também podem ser intercaladas entre as camadas de tecido direcionado se resistência adicional e / ou rigidez for necessária. Alternativamente, o tecido direcionado pode ser tecido como um tecido de camadas múltiplas em que duas ou mais camadas do tecido de camadas múltiplas são integralmente retidas por um ou mais fios de urdidura e / ou trama em um padrão desejado. O tecido pode ser tecido usando qualquer padrão conveniente para a fibra de urdidura, isto é, camada a camada, intertravamento angular através da espessura, ortogonal, etc. O tecido em si pode ser tecido usando qualquer padrão de entrelaçamento convencional, tal como liso, sarja cetim, etc. Embora fibra de carbono seja preferida, a invenção é aplicável para praticamente qualquer outro tipo de fibra incluindo, mas não se limitando àquelas que podem ser quebradas esticadas, por exemplo, fibra de carbono quebrada esticada, vidro, cerâmica, e aquelas que não podem ser quebradas esticadas ou não necessitam ser quebradas esticadas. Por exemplo, a fibra utilizada na presente invenção pode ser Discotex, um cabo descontínuo produzido por Pepin Associates Inc., que quando tecido em uma estrutura têxtil permite que a estrutura têxtil estique em sua direção de reforço permitindo a formação de formas complexas de formas iniciais de pré-forma simples.

[0031] A Discotex é produzida cortando fios ou cabos de reforço em comprimentos discretos e alinhando os fios ou cabos cortados para formar um cabo descontínuo. Este cabo é composto por segmentos de cabo de reforço longos, descontínuos e sobrepostos combinados com fibra contínua alinhada e uma sobre-enrolada (overwrap) . A fibra continua alinhada e a fibras sobre-enrolada são necessárias para lidar com o cabo DiscoTex durante as operações têxteis, mas elas também podem ser utilizadas como o material precursor de matriz. Nos casos em que a fibra continua não é necessária em etapas posteriores de processamento ela pode ser removida para render um material têxtil todo descontinuo. O esticamento do tecido DiscoTex permite a fabricação rápida de contornos complexos, enquanto preservando a orientação da fibra e a fração de volume da fibra. Intensa mão de obra para cortar e colocar pences no tecido pode ser eliminada e a tecnologia é aplicável a qualquer tipo de fio de reforço incluindo vidro, carbono e cerâmica.

[0032] Deve-se notar que a pré-forma inicial ou tecido 30 é plana. A forma final da pré-forma tridimensional, no entanto, pode ser desenvolvida usando um processo de formação para gerar a perna vertical, a estrutura de junta e formas curvas gerais ao longo do eixo maior. Essa formação depende do uso de SBCF na direção de urdidura do tecido direcionado, o qual irá permitir que o tecido se alongue conforme necessário na direção circunferencial de modo que a pré-forma seja reta e sem corrugações. Fibra convencional pode ser utilizada na direção de trama, e a largura do tecido pode ser definida para o comprimento de arco total da seção transversal. O SBCF pode ser utilizado na direção de trama se necessário em alguma geometria local que necessite que a trama se alongue. Quando utilizando SBCF, o processo real de formação pode ser projetado para assegurar que o alongamento total necessário não exceda o limite de alongamento de escoamento da fibra.

[0033] O método, de acordo com uma modalidade, pode ser realizado como ilustrado nas Figs. 4-5. Nesta modalidade, a pré-forma tecida 30 pode ser formada utilizando SBCF como fibra de urdidura em uma porção 36 do tecido, por exemplo, e fibra de carbono convencional enrolada em outra porção 38 do tecido. A porção 36 pode ser, por exemplo, a região circunferencial interior da pré-forma oval, enquanto a porção 38 pode ser, por exemplo, a região circunferencial exterior. Neste caso, a borda exterior 40 da pré-forma 30 pode ser fixada ao topo de uma ferramenta de formação 45, por exemplo, e a pré-forma 30 pode ser comprimida em um molde fêmea ou superfície de ferramenta de formação 42. A SBCF na porção 36 alonga quando as fibras são formadas a partir dos menores raios da pré-forma inicial para os maiores raios da parte final. A compressão da pré-forma 30 para dentro do molde fêmea ou da superfície da ferramenta de formação 42 pode ser realizada com compressão radial, ou usando uma de várias técnicas conhecidas. Tal método pode usar uma ferramenta inflável que é pressurizada para obter força radial uniforme sobre a pré-forma 30. Outro método pode usar ferramental de seção múltipla para mover e fixar a pré-forma 30 no lugar sob carga radial para moldagem subsequente.

[0034] Deve-se notar que as SBCF na borda interior da pré-forma podem ter o alongamento percentual mais elevado e o alongamento máximo depende da altura da perna vertical, da profundidade da estrutura de junta, da largura total da pré-forma e do raio local mínimo de curvatura.

[0035] O método de acordo com outra modalidade é ilustrado na FIG. 6. Nesta modalidade, a pré-forma tecida 30 pode ser formada, por exemplo, usando SBCF na direção de urdidura nas porções de borda 36, 36 (regiões circunferenciais interiores e exteriores da pré-forma oval do tecido 30), e urdidura de fibra de carbono convencional na porção central 38 do tecido. A porção da pré-forma 30 que se tornará a perna vertical 20 é na verdade tecida de modo que a mesma possa ser dobrada para trás sobre o corpo principal da pré-forma. Esta característica é necessária para assegurar que a perna vertical 20 não sofra compressão circunferencial durante a formação.

[0036] A pré-forma 30 pode ser fixada na ferramenta sobre a área 22 que contém a fibra de urdidura convencional. A estrutura de junta 15 pode ser, então, formado por prensagem do lado esquerdo da pré-forma 36 no molde 42, e a perna vertical 20 pode ser formada uniformemente empurrando o lado direito 36 da pré-forma 30 para cima e para fora do molde 42. A compressão da pré-forma 30 para o molde fêmea ou superfície da ferramenta de formação 42 pode ser, como descrito anteriormente, realizada com compressão radial ou usando uma das várias técnicas conhecidas. Esse método pode ser usando uma ferramenta inflável que pode ser pressurizada para obter força radial uniforme sobre a pré-forma 30. Outro método pode usar ferramental de seção múltipla para mover e fixar a pré-forma 30 no lugar sob carga radial para moldagem subsequente.

[0037] Deve ser notado que a urdidura de SBCF na borda interior da pré-forma terá geralmente o percentual de alongamento mais elevado e é esta característica que normalmente determinará se qualquer uma das abordagens de formação é viável. O alongamento máximo também depende da altura da perna vertical, da profundidade da estrutura de junta, da largura total da pré-forma e do raio local mínimo de curvatura.

[0038] Após o tecido ser moldado para tomar a forma desejada tridimensional, a pré-forma 30 pode ser transformada em um compósito usando um método de infusão convencional em resina, tal como moldagem por transferência de resina. Por exemplo, a pré-forma de acordo com uma modalidade pode ser processada em uma armação de janela de aeronave 10, como mostrado na FIG. 1. A armação 10 compreende as pré-formas descritas nas modalidades anteriores. As pré-formas podem ser produzidas sem corte e pences das camadas individuais. Eliminando estes cortes e pences melhora-se a resistência, bem como o desempenho da estrutura resultante.

[0039] As pré-formas da presente invenção podem ser tecidas usando qualquer padrão conveniente para a fibra de urdidura, isto é, camada a camada, intertravamento angular através da espessura, ortogonal, etc. Embora fibra de carbono seja preferida, a invenção pode ser aplicável a praticamente qualquer outro tipo de fibra que pode ser quebrada esticada, por exemplo, carbono, náilon, rayon, fibra de vidro, algodão, cerâmica, aramida, poliéster e fios ou fibras de metal.

[0040] O tecido direcionado de urdidura da invenção pode ser feito a partir de materiais tais como, por exemplo, carbono, náilon, rayon, poliéster, fibra de vidro, algodão, vidro, cerâmica, aramida e polietileno, ou qualquer outro material comumente conhecido na técnica. A estrutura final pode ser impregnada com um material de matriz tal como, por exemplo, epóxi, bismaleimida, poliéster, éster de vinila, cerâmica e carbono, utilizando métodos de impregnação de resina, tais como moldagem por transferência de resina ou infiltração de vapor químico, formando assim uma armação compósita tridimensional.

[0041] As potenciais aplicações para a pré-forma tecida da invenção incluem qualquer aplicação estrutural que utiliza uma armação de contorno com uma perna rígida, embora uma armação de janela de aeronave seja descrita como um exemplo aqui.

[0042] Embora modalidades preferidas da presente invenção e modificações das mesmas tenham sido descritas em detalhes, deve ser entendido que esta invenção não está limitada a estas modalidades precisas e modificações, e que outras modificações e variações podem ser efetuadas por uma pessoa versada na técnica sem se afastar do espírito e do escopo da invenção como definido pelas Reivindicações anexas.

REIVINDICAÇÕES

Claims (18)

1. Pré-forma tecida tridimensional (30), compreendendo uma ou mais camadas de um tecido direcionado de urdidura, caracterizada pelo fato de que: pelo menos uma porção do tecido direcionado compreende uma fibra na direção de urdidura (32) que permite que o tecido se alongue em uma direção de reforço, em que a pré-forma (30) inclui uma primeira porção (36) do referido tecido direcionado de urdidura compreendendo a fibra na direção de urdidura (32) selecionada do grupo consistindo de fibras quebradas esticadas e cabos descontínuos, e uma segunda porção (38) do referido tecido direcionado de urdidura compreendendo fibras de carbono convencionais na direção de urdidura (32).

2. Pré-forma tecida tridimensional (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma porção do referido tecido direcionado de urdidura é comprimida em um molde (42) para formar uma perna vertical (20); e/ou em que a referida pré-forma (30) compreende a perna vertical (20) e/ou uma estrutura de junta (15) em uma porção de corpo; e/ou em que a referida porção de corpo e a perna vertical (20) são integralmente tecidas para que haja fibra contínua em toda a pré-forma (30); e/ou em que o referido tecido direcionado de urdidura é formado entrelaçando uma pluralidade de fios ou fibras de urdidura (32) e de trama (34), os referidos fios ou fibras de urdidura (32) e de trama (34) sendo selecionados do grupo consistindo em carbono, náilon, rayon, fibra de vidro, algodão, cerâmica, aramida, poliéster e fios ou fibras de metal.

3. Pré-forma tecida tridimensional (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma terceira porção (36) do referido tecido direcionado de urdidura compreende a fibra na direção de urdidura (32) selecionada do grupo consistindo de fibras quebradas esticadas e cabos descontínuos.

4. Pré-forma tecida tridimensional (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o referido tecido direcionado de urdidura é tecido em um tear equipado com um mecanismo de tomada diferencial.

5. Pré-forma tecida tridimensional (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o referido tecido direcionado de urdidura é um tecido de múltiplas camadas; e/ou em que um padrão de fibra de urdidura no referido tecido direcionado de urdidura é um padrão selecionado do grupo que consiste em camada a camada, ortogonal, e intertravamento angular.

6. Compósito reforçado com fibra caracterizado pelo fato de que compreende uma pré-forma tecida tridimensional (30) como definida na reivindicação 1 e um material de matriz.

7. Compósito, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a referida matriz é uma resina, e o referido compósito é formado a partir de um processo selecionado do grupo consistindo de moldagem por transferência de resina e infiltração de vapor químico; e/ou em que o referido material da matriz é selecionado do grupo consistindo de epóxi, bismaleimida, poliéster, éster de vinila, cerâmica, e carbono.

8. Compósito, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o referido compósito é uma porção de uma armação de janela (10); e/ou em que o referido compósito é uma porção de uma armação de janela de aeronave (10).

9. Método de formação de uma pré-forma tecida tridimensional (30) conforme definida na reivindicação 1, sendo o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: tecer um tecido direcionado de urdidura; e dispor uma ou mais camadas do referido tecido direcionado de urdidura umas sobre as outras para formar uma forma predeterminada; em que pelo menos uma porção do tecido direcionado compreende uma fibra na direção de urdidura (32) que permite que o tecido se estique em uma direção de reforço; em que a pré-forma (30) inclui uma primeira porção (36) do referido tecido direcionado de urdidura compreendendo a fibra na direção de urdidura (32) sendo selecionada do grupo consistindo de fibras quebradas esticadas e cabos descontínuos, e uma segunda porção (38) do referido tecido direcionado de urdidura compreendendo fibras de carbono convencionais na direção de urdidura (32).

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de comprimir uma porção do referido tecido direcionado de urdidura em um molde (42) de modo a formar uma perna vertical (20) ; e/ou compreende ainda a etapa de formar uma estrutura de junta (15) em uma porção de corpo da referida pré-forma (30); e/ou em que a referida porção de corpo e a perna vertical (20) são integralmente tecidas de modo que haja fibra contínua ao longo da pré-forma (30).

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que uma terceira porção (36) do referido tecido direcionado de urdidura compreende a fibra na direção de urdidura (32) selecionada do grupo consistindo de fibras quebradas esticadas e cabos descontínuos.

12. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o referido tecido direcionado de urdidura é tecido em um tear equipado com um mecanismo de tomada diferencial.

13. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o referido tecido direcionado de urdidura é um tecido de múltiplas camadas; e/ou em que um padrão de fibras de urdidura no referido tecido direcionado de urdidura é um padrão selecionado do grupo consistindo em camada a camada, ortogonal e intertravamento angular; e/ou em que o referido tecido direcionado de urdidura é formado por entrelaçamento de uma pluralidade de fios ou fibras de urdidura (32) e de trama (34), os referidos fios ou fibras de urdidura (32) e de trama (34) sendo selecionados do grupo consistindo em carbono, náilon, rayon, fibra de vidro, algodão, cerâmica, aramida, poliéster e fios ou fibras de metal.

14. Método de formação de um compósito reforçado com fibra conforme definido na reivindicação 6, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: formar uma pré-forma tecida tridimensional (30) como definido na reivindicação 9, e impregnar a referida pré-forma (30) com um material de matriz.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o referido compósito é uma porção de uma armação de janela (10); e/ou em que o referido compósito é uma porção de uma armação de janela de aeronave (10).

16. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o referido material de matriz é uma resina, e o referido compósito é formado a partir de um processo selecionado do grupo consistindo de moldagem por transferência de resina e infiltração de vapor químico; e/ou em que o referido material de matriz é selecionado do grupo consistindo de epóxi, bismaleimida, poliéster, éster de vinila, cerâmica, e carbono.

17. Pré-forma tecida tridimensional (30) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende uma ou mais camadas de tecido com fibras orientadas em direções fora do eixo intercaladas entre a pluralidade de tecidos direcionados de urdidura.

18. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de intercalar entre a pluralidade de tecidos direcionados de urdidura uma ou mais camadas de tecido com fibras orientadas em direções fora do eixo.