BRPI0708764A2

BRPI0708764A2 - processo para conceder condutividade À superfÍcie de artigo formado, e artigo formado com condutividade superficial

Info

Publication number: BRPI0708764A2
Application number: BRPI0708764-0A
Authority: BR
Inventors: Kazuyuki Oguri; Takahiro Sekigawa; Akiko Inoue; Masami Kamiya
Original assignee: Mitsubishi Heavy Ind Ltd
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2011-06-14
Also published as: EP1995349A1; JP2007246967A; EP1995349A4; WO2007108247A1; JP4908884B2; US20090029180A1; CA2644171A1

Abstract

PROCESSO PARA CONCEDER CONDUTIVIDADE À SUPERFÍCIE DE ARTIGO FORMADO, E ARTIGO FORMADO COM CONDUTIVIDADE SUPERFICIAL. A presente invenção refere-se a um revestimento metálico com excelente aderência que é formado por meio de um processo simples sobre a superfície de um artigo formado que compreende uma resina, concedendo assim condutividade ao artigo formado. Partículas metálicas são projetadas por meio de um método de pulverização a frio sobre pelo menos uma parte da superfície de um artigo formado que compreende uma resina, formando assim um revestimento metálico.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA CONCEDER CONDUTIVIDADE À SUPERFÍCIE DE ARTIGO FORMADO, E ARTIGO FORMADO COM CONDUTIVIDADE SUPERFICIAL".

Campo da Técnica

A presente invenção diz respeito a um processo para concedercondutividade à superfície de um artigo formado, e a um artigo formado comcondutividade superficial.

Técnica Antecedente

Materiais compostos baseados em resina compreendendo umaresina, tais como plásticos reforçados com fibras, são leves e também muitofortes e são, portanto, amplamente usados como materiais estruturais dentrode avião, automóveis e embarcações e similares. Por causa destes tipos demateriais compostos baseados em resina compreenderem uma resina debaixa condutividade como a matriz, nesses casos onde, por exemplo, o ma-terial é usado para a estrutura de asa principal de um avião, a superfície domaterial deve ser provida com condutividade a fim de fornecer resistência arelâmpago. Um exemplo de um processo conhecido para conceder conduti-vidade à superfície de um material-composto envolve uma técnica na qualuma lâmina delgada de cobre é submetida à conformação de aderência a-quecida ao mesmo.tempo que a conformação do material-composto, expon-do assim a lâmina delgada de cobre na superfície do material-composto (porexemplo, vide a referência de patente 1).

Referência de Patente 1: Pedido de Patente Japonês Não-Examinado, Publicação N- Hei 11-138669

Descrição da Invenção

Entretanto, no processo indicado anteriormente no qual uma lâ-mina delgada de cobre é submetida à conformação de aderência aquecidasimultânea na superfície do material-composto baseado em resina, por cau-sa do processo resultar na união de uma resina e uma lâmina delgada decobre com coeficientes de expansão térmica muito diferentes, a aderênciatem sido problemática. Além disso, por causa dos coeficientes de expansãotérmica diferirem para a resina e a lâmina delgada de cobre, unir a lâminadelgada de cobre através de uma grande área de superfície de uma superfí-cie de material-composto baseado em resina é impossível. Além disso, aoperação de unir uma lâmina delgada de cobre à superfície de um material-composto baseado em resina é tecnicamente difícil.

A presente invenção foi desenvolvida considerando as circuns-tâncias mencionadas anteriormente, e tem um objetivo de fornecer um pro-cesso para conceder condutividade a um artigo formado, ao produzir um ar-tigo formado compreendendo uma resina, tal como um material-compostobaseado em resina, e subseqüentemente usar um processo simples paraformar um revestimento metálico com excelente aderência na superfície doartigo formado, assim como fornecer um artigo formado com condutividadesuperficial, compreendendo um revestimento metálico com excelente ade-rência disposto na superfície de um artigo formado que compreende umaresina.

A fim de alcançar o objetivo mencionado anteriormente, um pro-cesso para conceder condutividade a uma superfície de um artigo formadode acordo com a presente invenção compreende uma etapa de projetar par-tículas metálicas, usando um método de pulverização a frio, sobre pelo me-nos uma parte da superfície de um artigo formado que compreende uma re-sina, formando assim um revestimento metálico.

Neste processo, uma técnica simples na qual partículas metáli-cas são projetadas diretamente sobre a superfície de um artigo formado po-de ser usada para formar um revestimento metálico com excelente aderên-cia, concedendo assim condutividade ao artigo formado.

Além disso, um artigo formado com condutividade superficial deacordo com a presente invenção é uma estrutura compreendendo um artigoformado que compreende uma resina e um revestimento metálico formadopor um método de pulverização a frio em pelo menos uma parte da superfí-cie do artigo formado.

Este artigo formado com condutividade superficial é produzidousando uma técnica simples na qual partículas metálicas são projetadas di-retamente sobre a superfície de um artigo formado, e tem um revestimentometálico que apresenta excelente aderência.

De acordo com a presente invenção, um revestimento metálico éformado na superfície irregular de um artigo formado de resina tal como ummaterial-composto, pelo bombardeio da superfície com partículas metálicasem alta velocidade. Pelo uso de um aparelho simples para formar um reves-timento metálico com excelente aderência diretamente sobre a superfície deum artigo formado, a superfície do artigo formado pode ser provida comcondutividade. Além disso, a presente invenção também capacita um artigoformado com condutividade superficial, compreendendo um revestimentometálico com excelente aderência, para ser produzido usando um processosimples.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 mostra uma fotografia seccional transversal de umartigo formado com condutividade superficial obtido usando o processo deconcessão de condutividade de um exemplo 1.

A figura 2 mostra uma fotografia seccional transversal de umartigo formado com condutividade superficial obtido usando o processo deconcessão de condutividade de um exemplo 2.Melhor Modo para Realização da InvençãoModalidades do processo para conceder condutividade a uma

superfície de um artigo formado e do artigo formado com condutividade su-perficial de acordo com a presente invenção estão descritas a seguir.

Exemplos de materiais que podem ser usados favoravelmentecomo o artigo formado de resina que passa por revestimento de superfíciecom um revestimento metálico de acordo com a presente invenção incluemmateriais compostos nos quais uma resina age como a matriz, incluindoplásticos reforçados com fibras (FRP) compreendendo uma fibra inorgânicatal como uma fibra de vidro, fibra de carbono, fibra de carbeto de silício, fibrade alumina ou fibra de boro, ou uma fibra orgânica tal como uma fibra denáilon, fibra de vinylon ou fibra de aramida misturada em uma resina de ter-mofixação tal como uma resina de poliéster não-saturado ou resina epóxi, etermoplásticos reforçados com fibras (FRTP) compreendendo qualquer umadas fibras mencionadas anteriormente misturada em uma resina termoplásti-ca tal como uma resina de policarbonato, resina metacrílica, resina de clore-to de polivinila, resina de poliamida ou resina ABS. Particularmente nessescasos onde a presente invenção é aplicada à produção de estruturas de asaprincipal de avião ou similar que são providas com resistência a relâmpago,o uso de um plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP) ou plástico re-forçado com fibra de vidro (GFRP) como o artigo formado de resina é prefe-rido. Entretanto, a presente invenção não está restringida a estes tipos demateriais, e artigos formados unicamente de resinas também podem ser u-sados como o alvo para o processo de concessão de condutividade da pre-sente invenção.

O artigo formado de resina é preferivelmente submetido a umpré-tratamento seguindo a conformação, mas antes da formação do revesti-mento metálico, ao tornar áspera a superfície do artigo formado pela execu-ção de jateamento com granalha usando partículas miúdas. Exemplos daspartículas (o material de projeção) usadas neste jateamento com granalhaincluem partículas duras tais como de metal, cerâmicas e de vidro, e destas,partículas cerâmicas de alumina, sílica, carbeto de silício e zircônia e simila-res são particularmente preferidas. Não existem restrições particulares naforma das partículas usadas no jateamento com granalha, e tanto partículassubstancialmente esféricas quanto partículas com bordas aguçadas tais co-mo as partículas de alumina e carbeto de silício mencionadas anteriormentepodem ser usadas.

O tamanho médio de partícula do material de projeção é tipica-mente não maior que 200 μm, e é preferivelmente não menor que 10 μm,mas não maior que 100 μm. Se o tamanho médio de partícula do material deprojeção superar 200 μm, então a excessiva energia cinética das partículasde material de projeção pode causar danos à superfície do artigo formado e,particularmente nesses casos onde o artigo formado é do tipo de material-composto descrito anteriormente, pode causar danos às fibras internas, oque é muito indesejável. Além disso, se o tamanho médio de partícula domaterial de projeção for menor do que 10 μm, alcançar então um estado dejateamento estável se torna difícil.

Ao projetar as partículas de projeção mencionadas anteriormen-te sobre pelo menos uma parte da superfície de um artigo formado quecompreende uma resina, a superfície do artigo formado é tornada ásperapelo jateamento com granalha. No jateamento com granalha, a velocidadede jateamento é prescrita em termos da pressão de sopro do ar comprimidoou similar. Na presente invenção, a pressão de jateamento usada durante ojateamento com granalha que é executado como um pré-tratamento para aformação do revestimento metálico é preferivelmente não menor que 0,1MPa e não maior que 1 MPa, e é ainda mais preferivelmente não menor que0,3 MPa e não maior que 0,6 MPa. Se a pressão de jateamento for maiorque 1 MPa, então a excessiva energia cinética das partículas de material deprojeção pode causar danos à superfície do artigo formado e, particularmen-te nesses casos onde o artigo formado é do tipo de material-composto des-crito anteriormente, pode causar danos às fibras internas, o que é muito in-desejável. Além disso, se a pressão de jateamento for menor que 0,1 MPa,então alcançar um estado de jateamento estável se torna difícil.

Na presente invenção, a cobertura de jateamento com granalhaé preferivelmente não menos que 100% e não mais do que 1.000%, e é ain-da mais preferivelmente não menos que 100% e não mais que 500%. Seesta cobertura for menor que 100%, então a superfície do artigo formadonão pode ser tornada áspera e ativada satisfatoriamente, e o efeito do jate-amento com granalha em melhorar a aderência entre a superfície tratada doartigo formado e um objeto unido ou uma película de revestimento é inatingí-vel. Além disso, se a cobertura superar 1.000%, então a superfície do artigoformado pode ser danificada e, particularmente nesses casos onde o artigoformado é do tipo de material-composto descrito anteriormente, as fibrasinternas podem ser danificadas, o que é muito indesejável.

A aspereza de superfície média Ra da superfície tratada de umartigo formado que tenha sido submetido a um pré-tratamento sob as condi-ções descritas anteriormente é preferivelmente não menor que 0,3 pm e nãomaior que 2 pm. Se a aspereza de superfície da superfície tratada for menorque 0,3 μιτι, então a superfície do artigo formado não pode ser tornada áspe-ra e ativada satisfatoriamente, e o efeito do pré-tratamento em melhorar aaderência entre a superfície tratada do artigo formado e um objeto unido ouuma película de revestimento é inatingível. Além disso, se a aspereza desuperfície da superfície tratada superar 2 pm, então no caso de um material-composto descrito anteriormente, as fibras internas podem ser danificadas, oque é indesejável.

Seguinte à conclusão deste pré-tratamento, o qual pode ser u-sado tal como exigido para tornar áspera a superfície do artigo formado deresina, partículas metálicas são projetadas sobre a superfície do artigo for-mado de resina usando um método de pulverização a frio, formando assimum revestimento metálico.

O método de pulverização a frio é uma técnica na qual partículasde material de revestimento são aquecidas para uma temperatura que é me-nor do que o ponto de fusão ou ponto de amolecimento das partículas, e sãoentão pulverizadas em velocidades ultra-sônicas usando um gás propelente,fazendo com que as partículas batam assim no substrato em um estado só-lido, formando um revestimento. Durante a batida no substrato, as partículaspassam por uma deformação plástica e se acumulam na superfície de subs-trato, formando um revestimento.

Na presente invenção, partículas metálicas comparativamentemaleáveis são usadas como as partículas de material de revestimento. E-xemplos dos tipos de partículas metálicas que podem ser usadas incluempartículas de estanho, cobre, zinco e de ligas destes metais. Destas, partícu-Ias de estanho ou partículas de zinco formam revestimentos que apresentamaderência particularmente favorável aos artigos formados de resina e, por-tanto, pulverização a frio usando partículas de estanho ou partículas de zin-co é preferivelmente usada pelo menos no estágio inicial de formação derevestimento. Dos materiais mencionados anteriormente, partículas de esta-nho são particularmente desejáveis.

O tamanho de partícula das partículas metálicas é preferivel-mente não menor que 10 pm e não maior que 50 μηι. Um tamanho de parti-cuia de menos que 10 μιη é indesejável, já que um estado pulverização es-tável não pode ser alcançado. Além disso, se o tamanho de partícula supe-rar 50 μιτι, então deposição das partículas se torna problemática, o que tam-bém é indesejável.

Exemplos do gás propelente usado para pulverizar as partículasmetálicas incluem hélio, nitrogênio e ar, e em termos de construção de umaparelho real, o uso de ar é preferido, já que ele oferece excelente operabili-dade e é de baixo custo. Entretanto, dependendo das circunstâncias, o usode um gás inerte pode ser desejável a fim de impedir oxidação ou degenera-ção das partículas metálicas. Em tais casos, hélio é particularmente desejá-vel já que altas velocidades de fluxo podem ser alcançadas.

Desde que a velocidade de colisão das partículas pulverizadasseja maior do que uma certa velocidade fixada, a energia cinética das partí-culas faz com que a partículas passem por uma deformação plástica, capaci-tando o início da formação do revestimento. Esta velocidade fixada é conhe-cida como a velocidade crítica. Esta velocidade crítica varia dependendo dosmateriais usados para as partículas e o substrato, e o tamanho de partícula.Na presente invenção, a pressão de pulverização do gás propelente men-cionado anteriormente é selecionada de maneira que a velocidade de coli-são das partículas metálicas atingindo o artigo formado alcança a velocidadecrítica, e é tipicamente estabelecida para um valor de pelo menos 0,5 a 0,6MPa.

A temperatura de aquecimento do gás propelente compreen-dendo as partículas metálicas é usualmente selecionada de forma apropria-da de acordo com os materiais sendo usados, e é tipicamente estabelecidapara um valor de não menos que 100°C e não mais do que 500°C.

Usando o processo descrito anteriormente, um revestimento me-tálico é formado em pelo menos uma parte da superfície do artigo formado,concedendo assim condutividade à superfície do artigo formado.

Em um artigo formado com condutividade superficial obtida des-ta maneira, a espessura do revestimento metálico não é menor que 30 μιη enão maior que 2 mm. Particularmente nesses casos onde o artigo formadocom condutividade superficial é usado como uma estrutura de asa principalde avião que apresenta resistência a relâmpago, a espessura do revestimen-to metálico é preferivelmente não menor que 50 pm e não maior que 500μm.

O revestimento metálico pode ser formado de uma única cama-da, ou pode ser formado pela laminação de duas ou mais camadas conjun-tamente. No caso de um revestimento laminado, estanho ou zinco, cada umdos quais apresenta excelente aderência às resinas, é preferivelmente usa-do para formar a camada mais próxima ao substrato do artigo formado, eformar uma camada de estanho mais próxima ao substrato do artigo forma-do é particularmente desejável. A fim de alcançar um nível de condutividadeparticularmente alto, uma camada de estanho ou zinco é preferivelmenteformada mais próxima ao substrato do artigo formado usando-se o processode concessão de condutividade da presente invenção, e uma camada decobre é então preferivelmente formada no topo usando-se o processo deconcessão de condutividade da presente invenção.

Modalidades do processo para conceder condutividade a umasuperfície de um artigo formado e do artigo formado com condutividade su-perficial de acordo com a presente invenção foram descritas anteriormente,mas na presente invenção, outros métodos de pulverização tais como pulve-rização térmica também podem ser usados em vez de o método de pulveri-zação a frio descrito anteriormente.

A presente invenção está descrita com mais detalhes a seguirusando uma série de exemplos.

Exemplo 1

Um artigo formado produzido de um plástico reforçado com fi-bras de carbono (CFRP) foi submetido a um tratamento de pulverização afrio sob as condições descritas a seguir, concedendo assim condutividade àsuperfície do artigo formado.

Partículas metálicas: partículas de estanho, tamanho médio departícula de 40 μητ.

Condições de pulverização: pressão de pulverização de 0,5 MPa,temperatura de aquecimento de gás de 300°C.

Uma fotografia seccional transversal do artigo formado com con-dutividade superficial obtida por meio do tratamento de concessão de condu-tividade indicado anteriormente está mostrada na figura 1.

Da figura 1 fica evidente que o revestimento de estanho se formou com trilhamento favorável da desigualdade na superfície do artigo formado.

Exemplo 2

Um artigo formado produzido de um plástico reforçado com fi-bras de carbono (CFRP) foi submetido a um tratamento de pulverização afrio de dois estágios sob as condições descritas a seguir, concedendo assimcondutividade à superfície do artigo formado.

(Primeiro Tratamento de Pulverização a Frio)

Partículas metálicas: partículas de estanho, tamanho médio departícula de 40 pm.

Condições de pulverização: pressão de pulverização de 0,5 MPa,temperatura de aquecimento de gás de 300Ό.

(Segundo Tratamento de Pulverização a Frio)

Partículas metálicas: partículas de cobre, tamanho médio de par-tícula de 30 pm.

Condições de pulverização: pressão de pulverização de 0,6MPa, temperatura de aquecimento de gás de 400°C.

Uma fotografia seccional transversal do artigo formado com con-dutividade superficial obtida por meio do tratamento de concessão de condu-tividade indicado anteriormente está mostrada na figura 2.

Da figura 2 fica evidente que o revestimento de estanho se for-mou com trilhamento favorável da desigualdade na superfície do artigo for-mado, e que o revestimento de cobre se formou então em cima do revesti-mento de estanho.

Claims

1. Processo para conceder condutividade a uma superfície deum artigo formado, compreendendo uma etapa de projetar partículas metáli-cas, usando um método de pulverização a frio, sobre pelo menos uma partede uma superfície de um artigo formado que compreende uma resina, for-mando assim um revestimento metálico.

2. Artigo formado com condutividade superficial, compreendendoum artigo formado que compreende uma resina, eum revestimento metálico formado por meio de um método depulverização a frio sobre pelo menos uma parte de uma superfície do artigoformado.