BRPI0713744A2 - interface entre uma peça rìgida e um material compósito, método para a formação de uma interfase entre uma peça rìgida e um material compósito, e, peça rìgida - Google Patents

Abstract

INTERFACE ENTRE UMA PEçA RìGIDA E UM MATERIAL COMPóSITO, MéTODO PARA A FORMAçãO DE UMA INTERFACE ENTRE UMA PEçA RìGIDA E UM MATERIAL COMPóSITO, E, PEçA RìGIDA. A presente invenção apresenta uma interface entre uma peça rígida (1) e um materia compósito (2), o mencionado material compósito (2) compreendendo fibras (3), a mencionada peça rígida (1) compreendendo duas ou mais palhetas (4a,4b,...) projetando-se a partir de uma superfície da mencionada peça rígida (1), as mencionadas palhetas (4) compreendendo duas ou mais superfícies laterais (41,42,43,44), nas quais uma ou mais fibras (3) do mencionado material composto (2) sendo arranjadas para passar através de um ou mais estrangulamentos em forma de funil (45) formados entre as superfícies laterais (41a,43a,41b,43b,...) de palhetas adjacentes (4a,4a,...), nas quais um material de matriz de fixação (7) é arranjado ao redor da mencionda uma ou mais fibras (3), pelo menos dentro ou próximo dos mencionados estrangulamentos em forma de funil (45), nos quais as mencionadas palhetas (4) são arranjados para exercer forças de equilíbrio transversais e axiais sobre as mencionadas fibras (3) e sobre o mencionado material de matriz de fixação (7) quando a mencioanda interface for submetida às forças.

Description

"INTERFACE ENTRE UMA PEÇA RÍGIDA E UM MATERIAL COMPÓSITO, MÉTODO PARA A FORMAÇÃO DE UMA INTERFACE ENTRE UMA PEÇA RÍGIDA E UM MATERIAL COMPÓSITO, E, PEÇA RÍGIDA"

Relatório do problema

Transferência de carga entre um tubular ou tubulação compreendendo fibras contínuas em um material compósito reforçado com fibra e uma peça terminal metálica é importante em muitas aplicações. Pode-se mencionar os campos da tecnologia de tubulação onde que há uma necessidade de tubo ascendentes de compósitos reforçados com fibra, pás de moinho ou outras estruturas de compósitos reforçados com fibra. Um dos principais problemas ao se reforçar um material com fibra é terminar e acoplar de modo seguro as fibras passando das camadas reforçadas com fibra para uma peça terminal rígida, freqüentemente, metálica. Se o acoplamento não for projetado e fabricado corretamente há um risco dos feixes de fibra escorregarem para fora do acoplamento e camadas inteiras de fibra serem deslaminadas. Se isto ocorrer, o resultado será uma falha catastrófica. A presente invenção apresenta um método novo e original para este acoplamento.

Fundamentos da técnica

Na técnica anterior foram propostas várias soluções para o problema acima, a maior parte delas compreendendo o uso das assim chamadas juntas de trava de retenção ou interfaces de compósito de metal de trava de retenção (MCIs). Ao usar uma trava de retenção MCI, o método comum de fabricação é o enrolamento de filamento. Vários manuais sobre materiais compósitos e sua tecnologia descrevem o enrolamento de filamento 20 em detalhe. No momento, é suficiente enunciar que o enrolamento de filamento é um processo de fabricação onde feixes de fibra impregnados de resina (estopas) são colocados ao longo de pontos geodésicos, em padrões helicoidais, sobre o topo de um mandril ou revestimento. Após o término da operação de enrolamento de filamento, a resina é reticulada (curada). Para uma assim chamada junta de tubo ascendente, o revestimento metálico, ao qual duas peças terminais metálicas são soldadas topo a topo, constitui o mencionado mandril/revestimento. Dependendo das tensões reais que ocorrerem durante a operação, a própria seção tubular deveria conter quantidades apropriadas de fibras em diagonal, tanto próximo a uma direção axial, como no sentido do aro. Uma junta de trava de retenção como conhecida na técnica anterior é, basicamente, uma ou mais ranhuras circunferenciais, dentro das quais, uma ou mais camadas diagonais de material reforçado são dobradas e acopladas, como mostrado esquematicamente na Fig. 4, do presente pedido. Após os feixes de fibra terem sido colocados dentro das ranhuras, eles podem ser acoplados e fixados dentro das ranhuras por enrolamento de aro de fibras adicionais tangencialmente sobre o topo das mencionadas camadas diagonais dentro das ranhuras, travando, desse modo, as mencionadas camadas diagonais no lugar. A área de seção transversal das camadas diagonais portadoras de carga é um dos principais parâmetros que determinam a força da trava ou interface. O método acima pode ser, além disso, refinado como proposto na EP097049 onde está descrito o uso de uma pluralidade de ranhuras de trava de retenção. A EP997049 propõe um método em que as travas de retenção são de profundidade variável para que a carga seja distribuída igualmente em cada ranhura e, para evitar que uma das ranhuras suporte toda a carga de fibras. A GB2415727 descreve um conector terminal em uma interface de compósito para metal, com vedação associada, para a terminação de um tubo ascendente de compósito. A junta da trava de retenção assemelha-se muito com a solução descrita na EP097049. Soluções adicionais foram providas no W02004044372 e na U.S. 6050612, nas quais mais e mais soluções avançadas e melhoramentos estão propostos.

O U.S. 20030067167 descreve uma junta para conexão de tubulações de compósito, reforçada com fibra, compreendendo uma parte macho e uma parte fêmea providas sobre duas partes terminais de duas tubulações a ser conectadas, caracterizada pelo fato da mencionada parte macho e a mencionada parte fêmea terem um módulo axial de elasticidade que aumenta substancialmente, proporcional, a partir de suas extremidades livres para sua conexão com as mencionadas tubulações.

A U.S. 6676169 descreve um método incluindo o acoplamento de um conector tendo pelo menos uma retenção para um segmento de tubulação de compósito compreendendo uma pluralidade de fibras de filamento, enrolando a pluralidade de fibras de filamento através do conector de extremidade, onde a tensão é mantida continuamente sobre as fibras de filamento de modo que as fibras de filamento atravessem pelo menos uma retenção.

A U.S. 5702109 provê um dispositivo de tubulação flexível de alta pressão, expansível, em particular para a tubulação de vedação em campos de gás ou óleo, compreendendo duas peças terminais e um elemento tubular composto de material elastomérico compreendendo pelo menos duas lâminas de cordonéis enroladas em uma hélice ao redor do eixo longitudinal do mencionado elemento, em um ângulo pequeno de cerca de 10° a 15° em relação ao mencionado eixo, caracterizado por cada lâmina ser em filamentos e compreender, na direção da urdidura, cordonéis de têxteis muito fortes.

A U.S. 5327963 descreve um dispositivo de acoplamento adaptado para acoplamento a um corpo tubular elastomérico tendo fibras de reforço enlaçadas, como parte de um conjunto tubular. O dispositivo inclui um membro de acoplamento, uma haste, e um mecanismo para reter o corpo tubular elastomérico em um encaixe de vedação com a haste, e um mecanismo para reter o corpo tubular elastomérico em encaixe de vedação com a haste, quando conectado à mesma. O mecanismo de retenção mantém este encaixe por ser interposto com laços das fibras de reforço para limitar a movimentação axial das fibras de reforço e, do corpo tubular elastomérico, em interface à mencionada haste. A U.S. 4755406 descreve um método para formar uma conexão de tubulação de material compósito e um dispositivo de conexão compreendendo a aplicação da mesma.

Há diversos problemas em relação aos métodos mencionados acima, o principal problema sendo que estes sistemas são inadequados se houver grandes forças compressivas ou axiais atuando sobre as fibras. Se uma grande força compressiva atuar sobre uma junta de trava de retenção, as fibras podem se afrouxar a partir de seus acoplamentos à face portadora de carga da ranhura, e as fibras podem deslaminar. O dobramento das fibras dentro das ranhuras também pode ser problemático, uma vez que a zona de dobramento, quando submetida a grandes forças compressivas ou axiais, pode ser um iniciador de rachadura para as fibras. A seção da peça terminal rígida em que a ranhuras estão arranjadas pode, apropriadamente, ser construída de modo que o ângulo de dobramento das fibras dentro das ranhuras limite a quantidade de dobramento da fibra, entretanto, isto envolve o alargamento desta seção da tubulação, e apenas reduz as tensões de dobramento e não elimina os esforços. Embora as fibras ou os feixes de fibra possam ter tolerâncias muito elevadas para cargas axiais, do mesmo modo, são menos freqüentemente bem adaptados ao dobramento.

Breve Sumário da invenção

A presente invenção é uma solução para pelo menos alguns dos problemas acima mencionados e compreende uma interface entre uma peça terminal rígida e um material compósito, o mencionado material compósito compreendendo fibras, na quais características novas e caracterizantes da invenção compreendem:

*a mencionada peça terminal rígida compreendendo duas ou mais palhetas projetando-se de uma superfície da mencionada peça terminal, as mencionadas palhetas compreendendo duas ou mais superfícies laterais,

*em que um ou mais feixes ou cabos de reboque de fibra impregnados de resina do mencionado material compósito são arranjados para passar através de um ou mais estrangulamentos em forma de funil formados entre superfícies laterais de palhetas adjacentes,

*em que um material de matriz de fixação é arranjado ao redor do mencionado um ou mais feixes, pelo menos dentro ou próximo dos mencionados estrangulamentos em forma de funil,

*em que as mencionadas palhetas estão arranjadas para exercer forças de equilíbrio transversais e axiais sobre as mencionadas fibras e sobre o mencionado material de matriz de fixação quando a mencionada interface for submetida às forças.

A presente invenção compreende adicionalmente um método para a formação de uma interface entre uma peça terminal rígida e um material compósito compreendendo fibras em um material de matriz, em que as características novas e caracterizantes do método estão caracterizadas pelas seguintes etapas:

formar duas ou mais palhetas sobre a mencionada peça terminal rígida, as mencionadas palhetas compreendendo duas ou mais superfícies laterais respectivas,

arranjar um ou mais dos mencionados feixes de fibra através de pelo menos um ou mais dos mencionados estrangulamentos em forma de funil formados entre as mencionadas superfícies laterais de palhetas adjacentes,

arranjar o mencionado material de matriz ao redor da mencionada uma ou mais fibras, pelo menos dentro ou próximo dos mencionados estrangulamentos em forma de funil, e

curar o mencionado material de matriz para a formação de uma fixação entre a mencionada peça rígida e o mencionado material compósito.

A invenção compreende adicionalmente uma peça terminal rígida para formar a junta entre um material compósito compreendendo fibras, em que características novas e caracterizantes da invenção compreendem a mencionada peça rígida compreendendo duas ou mais palhetas se projetando a partir de uma superfície da mencionada peça rígida, as mencionadas palhetas compreendendo duas ou mais superfícies laterais,

em que um ou mais feixes de fibra do mencionado material compósito são arranjados para passar através de um ou mais estrangulamentos em forma de funil formados entre superfícies laterais de palhetas adjacentes,

em que as mencionadas palhetas são arranjadas para exercer forças de equilíbrio transversais e axiais sobre os mencionados feixes de fibra e sobre o mencionado material de matriz de fixação quando a mencionada interface for submetida às forças.

Modos de realização vantajosos adicionais da invenção estão apresentados nas reivindicações dependentes aqui anexadas.

Legendas da Figura

Pretende-se que as figuras anexas sejam apenas para a finalidade de ilustração e não deverão ser interpretadas de nenhuma maneira que limite a invenção, que será limitada apenas pelas reivindicações anexas.

A Fig. 1 ilustra esquematicamente a técnica anterior, em que é mostrado um sistema para fixar um material compósito compreendendo fibras a uma peça terminal rígida. Feixes de fibra com orientação diagonal são passados dentro das, assim chamadas, travas de retenção e são fixados no lugar por meio de enrolamentos de aro. A proporção principal das forças atuando sobre os mencionados feixes de fibra é exercida a partir das faces que suportam carga, das juntas de travas de retenção.

A Fig. 2 ilustra esquematicamente o arranjo de enrolamento de acordo com a invenção. Uma pluralidade de palhetas (4) compreendendo superfícies laterais (41, 42, 43, 44) é arranjada sobre uma peça terminal rígida (1).

A Fig. 3 descreve uma vista isométrica de um modo de realização de acordo com a invenção, em que a peça terminal rígida (1) é formada como uma tubulação, e em que podem ser vistas as mencionadas palhetas (4) e os funis formados em túnel (45) entre as mencionada palhetas (4).

A Fig. 4 descreve uma vista isométrica de um modo de realização de acordo com a invenção, correspondendo principalmente à Fig. 3, mas em que, igualmente, pode ser visto um colar (5) compreendendo hastes de colar estendidas (51) arranjadas em uma extremidade da peça terminal rígida (1).

A Fig. 5 descreve uma seção transversal de uma peça terminal rígida (1), de acordo com a invenção, na qual estão mostradas as mencionadas palhetas (4) arranjadas sobre uma protuberância (8) formada sobre a mencionada peça terminal rígida (1).

A Fig. 6 descreve principalmente a mesma seção transversal da Fig. 5, mas, na qual, um anular (6) é arranjado envolvendo, pelo menos parcialmente, as mencionada palhetas (4). Como na Fig. 5, as mencionada palhetas (4) estão arranjadas sobre a protuberância (8) formada sobre a mencionada peça terminal rígida (1).

A Fig. 7 descreve uma vista isométrica de um modo de realização da invenção, em que pode ser visto o mencionado anular (6) arranjado encapsulando as mencionadas palhetas (4), arranjadas sobre a mencionada peça terminal (1).

A Fig. 8 descreve uma vista esquemática de um modo de realização alternativo, de acordo com a invenção, em que está mostrada uma pluralidade de fileiras de palhetas (4) arranjadas sobre a mencionada peça terminal rígida (1), e em que está mostrado o mencionado colar (5) compreendendo as mencionadas hastes estendidas do colar (51).

A Fig. 9 ilustra um modo de realização da interface, de acordo com a invenção, em que uma série de insertos de envasamento pré- moldados pode ser arranjada entre as palhetas. A Fig. 9a é uma vista em perspectiva de um setor de uma interface de metal/compósito, de acordo com a invenção, em que um envasamento pré-moldado foi usado. A Fig. 9b ilustra um caminho de feixe de fibra passando através de um canal através de um inserto de envasamento pré-moldado, durante o processo de enrolamento, e carregado parcialmente com o material de matriz de fixação, o feixe de fibra retornando ao redor de um colar compreendendo as hastes estendidas do colar, arranjadas ao redor de uma extremidade da peça terminal rígida. A Fig. 9c ilustra um inserto de envasamento pré-moldado inserido entre duas palhetas. A Fig. 9d ilustra a etapa de carregamento com o material de matriz, e a Fig. 9e ilustra o material de carregamento e o colar, no lugar.

A Fig. 10 ilustra um setor de um modo de realização da peça rígida da interface para o uso não como um flange de tubulação, mas para uso como um bocal formado em anel para formar a porção de saída a partir de uma casca compósita formada em tubo ou em tanque, de modo a permitir a passagem de gases com velocidades altas e sob pressão e temperatura altas.

Modos de realização preferidos da invenção Com referência agora, às figuras, a presente invenção apresenta uma interface entre uma peça terminal rígida (1) e um material compósito (2) o mencionado material compósito (2) compreendendo fibras (3). A mencionada peça terminal rígida (1) compreendendo duas ou mais palhetas (4a, 4b,...) projetando-se a partir de uma superfície da mencionada peça rígida (1) e, as mencionadas palhetas (4), compreendendo duas ou mais superfícies laterais (41, 42, 43, 44). Uma ou mais fibras (3) do mencionado material compósito (2) são arranjadas para passar através de um ou mais estrangulamentos em forma de funil (45), formados entre as superfícies laterais (41a, 43a, 41 b, 43b,...), de palhetas adjacentes (4a, 4b,...) e, um material de matriz de fixação (7) arranjado ao redor da mencionada uma ou mais fibras (3), pelo menos dentro ou próximo dos mencionados estrangulamentos em forma de funil (45). O mencionado material de fixação (7) pode, preferivelmente, ser um material que possa ser curado como resina epóxi, ou qualquer outra fórmula apropriada de material de matriz. As mencionadas palhetas (4) são, então, arranjadas para exercer forças de equilíbrio transversais e axiais sobre as mencionadas fibras (3) e sobre o mencionado material de matriz de fixação (7), quando a mencionada interface for submetida às forças. Uma vez que as fibras ou feixes de fibra (3) são capazes de suportar grandes cargas axiais, este arranjo é significativamente mais estável do que os arranjos providos pela técnica anterior. Uma vez que as fibras ou feixes de fibra (3) não são dobrados dentro das ranhuras como mostrado na técnica anterior, nenhum dobramento que possa iniciar a formação de rachaduras é executado. Embora as fibras ou os feixes de fibra (3) possam ter tolerâncias muito elevadas às cargas axiais, eles são, como descrito acima, menos freqüentemente adaptados a dobramento.

A área da seção transversal das camadas diagonais portadoras de carga é um dos parâmetros principais que determinam a força da trava ou interface nas juntas de trava de retenção como descrito na técnica anterior. A presente invenção permite um acoplamento muito mais forte porque não tem este fator de limitação compreendido na junta, e o fator determinante da força da interface é limitado apenas pela força e pela quantidade das fibras (3) presentes e a resistência de cisalhamento entre as palhetas portadoras de carga (4a, 4b,...) e a protuberância (8) da qual elas se projetam.

Em um modo de realização particularmente preferido de acordo com a invenção, a peça terminal rígida (1) é um tubular formado em tubo, e a mencionada interface será, então, uma interface entre um material compósito (2) igualmente formado em tubo. Este arranjo permite a formação de uma interface entre uma seção de tubulação compreendendo um material compósito (2) e uma peça terminal rígida (1) formada como uma tubulação. Quando se une seções de tubulação, uma a outra, para formar, por exemplo, um tubo ascendente para uso na exploração e produção de petróleo, é necessário prover juntas metálicas, e quando for usado materiais compósitos (2) para reforço das mencionadas tubulações, ou em circunstâncias em que as mencionadas tubulações compreendam principalmente materiais compósitos, há a necessidade de juntas robustas, entre as mencionadas peças terminais (1) e os mencionados materiais compósitos (2).

Aplicações adicionais da invenção podem igualmente compreender o uso de fixação de materiais compósitos (2), compreendidos em seções de pás de asas de moinhos, à peça terminal rígida metálica (1) na raiz da lâmina. As forças axiais exercidas sobre estas asas podem ser muito grandes e necessitam uma junta muito resistente entre o material de asa de compósito e a peça terminal rígida. Outras aplicações podem incluir pernas de tensão, mastros, recipientes e outras peças em que haja necessidade de uma junta entre uma peça terminal rígida (1) e um material compósito (2), como será evidente a uma pessoa experiente na técnica.

Em um modo de realização de acordo com a invenção, as mencionadas palhetas (4) podem ter uma forma geométrica romboidal ou semi-romboidal, como mostrado nas Figs. 3 e 4. A geometria da peça terminal (1) e das palhetas semi-romboidais (4) é adaptada para enrolamento de filamento das mencionadas fibras (3) de material compósito (2). Os materiais compósitos (2) são, tipicamente, enrolamentos de filamentos em um padrão de ângulo de hélice ± θ ao redor das peças a serem reforçadas. Ao ângulo de hélice θ do enrolamento dever ser dado um valor menor do que o semi-ângulo do ângulo agudo da ponta das palhetas semi-romboidais (4) para que as fibras (3) não entrem em contacto com as extremidades das palhetas romboidais (4). O contato entre as extremidades das mencionadas palhetas (4) e as mencionadas fibras (3) deve ser evitado para assegurar que as fibras (3) não sejam quebradas pelas mencionadas palhetas (4) quando as mencionadas fibras (3) forem submetidas à força que faça com que elas se movam em relação às mencionadas palhetas (4).

E igualmente possível usar um padrão de colocação de fibra que, além dos ângulos de hélice ± Θ, use uma orientação de fibra no sentido axial. Um destes padrões de enrolamento pode consistir de uma camada de fibra de ângulo de hélice + Θ, uma camada de ângulo O, e uma camada com ângulo de hélice - Θ. Após isto, um ou mais enrolamentos de aro podem ser adicionados. A combinação real de ângulos de enrolamento e a quantidade relativa de fibras (3), em cada direção, dependerá da situação da carga, na verdade, da pressão interna versus carga axial dentro da tubulação.

De modo a facilitar o enrolamento das fibras (3), um colar (5) compreendendo múltiplas hastes alongadas se estendendo radialmente (51) pode ser arranjado na extremidade externa da peça terminal rígida (1), e onde cada fibra (3) ou feixe de fibras é passado ao redor de uma ou mais das hastes (51) e retornados entre as palhetas (4). Este processo pode ser executado tantas vezes quanto desejado ou permitido pelo comprimento de cada fibra (3) ou feixe de fibras. Depois que o esquema de enrolamento de filamento estiver terminado, as fibras (3) são cortadas a partir do mencionado colar (5), e o mencionado colar (5) é removido. A Fig. 4 mostra uma peça terminal de acordo com a invenção com o colar (5), no lugar.

Em um modo de realização mais preferido da invenção, quando o esquema de enrolamento de filamento estiver terminado, um (6) anular, com uma forma interna ligeiramente cônica, é pressionado axialmente sobre o topo das palhetas (4), como mostrado na Fig. 5. A fim de conseguir uma conexão vazada livre entre o compósito (2) e a parte metálica, é executada uma operação de infusão de vácuo. O conjunto terminal é enrolado com um colar elástico pré-moldado que cobre ambos os lados das superfícies planas do anular (6) e se estendendo, tipicamente, por IOOmm sobre cada lado e, desse modo, formando uma vedação impermeável ao vácuo razoavelmente boa. Um vácuo é aplicado, e um material de fixação (7), preferivelmente da mesma composição que o usado no processo de enrolamento de filamento, é inserido no anular (6) carregando, assim, todo o anular (6). Em um modo de realização preferido da invenção, o colar elastomérico pode ser transparente para que o processo de carregamento seja supervisionado. O anular (6) provê um reforço adicional da interface.

As palhetas (4) podem, em um modo de realização vantajoso de acordo com a invenção, ser arranjadas sobre uma protuberância (8) sobre a mencionada peça rígida (1), a mencionada protuberância sendo, preferivelmente, formada como um bulbo. Quando o mencionado anular (6) estiver arranjado sobre o topo das mencionadas palhetas (4), como mostrado na Fig. 5, a protuberância proverá uma constrição adicional na direção radial à fibra (3) e o material de fixação (7). Esta constrição na direção radial proverá resistência adicional às forças sobre a junta na direção longitudinal, tornando a interface mais resistente.

A conexão assim formada entre o compósito (2) e a peça terminal rígida (1) pode, agora, ser considerada como formando uma trava de cunha cônica nos dois sentidos. Quando submetidas à tensão axial, as fibras (3) são puxadas axialmente e, quando são deslocadas em relação às palhetas (4), as fibras (3) são comprimidas na direção transversal, e a pressão transversal aumenta como hastes com fibras unidirecionais (3) em um assento de envasamento cônico. Em relação à compressão, a outra extremidade da trava de cunha funcionará da mesma maneira, assegurando, então, de que a conexão seja mantida mesmo durante compressão da conexão. Embora a compressão de, por exemplo, tubulações, seja bastante rara, esta pode ocorrer quando, por exemplo, uma embarcação de perfuração oscila verticalmente e o tubo ascendente compensa esta oscilação inadequadamente. Entretanto, para outras aplicações como lâminas de turbina de vento, tensões compressivas estão presentes no lado traseiro da lâmina.

Em um modo isolado de realização preferido da invenção, uma pluralidade das mencionadas palhetas (4) é arranjada sucessivamente, de modo que as mencionadas fibras (3) passem através de dois ou mais espaços entre quatro ou mais palhetas sucessivas (4) arranjadas longitudinalmente na mencionada peça terminal rígida (1), ver Fig. 8. Este arranjo permite fixação adicional de fibras (3) no lugar, uma vez que as fibras (3) foram comprimidas através de uma pluralidade de estrangulamentos em forma de funil (45) ao longo da direção longitudinal das fibras (3). Como será evidente a uma pessoa experiente na técnica, o anular (6) pode ser arranjado acima de algumas ou de todas as mencionadas palhetas sucessivas (4), de modo que o reforço das juntas seja contínuo na direção axial da junta. Em um modo de realização preferido adicional da invenção, a peça terminal (1) pode ser soldada ou fixada de outro modo a uma tubulação pré-formada, que deverá ser reforçada por um material compósito por meio de um esquema de enrolamento de filamento Pretende- se que a mencionada tubulação possa ser usada, por exemplo, na exploração e produção de petróleo.

A geometria da peça terminal, de acordo com a invenção, pode ser fabricada usando-se uma máquina de fresa ou cortador controlado inicialmente ou por qualquer outro meio adaptado à finalidade como será evidente a uma pessoa experiente na técnica.

Em um modo de realização vantajoso adicional da invenção, um agente de liberação apropriado pode ser provido sobre a peça rígida (1), antes do enrolamento da fibra. O agente de liberação é arranjado para reduzir concentrações de tensão no arranjo da fibra ou do feixe de fibra (3) e, deste modo, reduzir o potencial de falha da fibra (3). O agente de liberação pode compreender qualquer compósito de agente de liberação apropriado, como será evidente para uma pessoa experiente na técnica.

Em um modo de realização vantajoso adicional da invenção, uma película fina compreendendo um compósito elastomérico pode ser arranjada sobre a peça rígida (1) antes do enrolamento de filamento A finalidade da aplicação da mencionada película elastomérica fina é, como a aplicação do mencionado agente de liberação, reduzir concentrações de tensão no arranjo da fibra ou do feixe de fibra (3) após o enrolamento de filamento e reduzir, assim, o potencial de falha da fibra. A película elastomérica fina será deformada pelas forças de cisalhamento potenciais atuando entre o arranjo fibra (3)/ material de fixação e a peça terminal rígida (1). Qualquer material elastomérico apropriado pode ser empregado, como borracha de Nitrila (NBR) ou HNBR (borracha de nitrila hidrogenada), ou qualquer outro compósito elastomérico apropriado. Em um modo de realização vantajoso adicional da invenção, os dois métodos acima podem ser combinados, onde, primeiro, uma película fina de um compósito elastomérico apropriado é aplicada à peça terminal rígida (1) e, segundo, o mencionado agente de liberação é aplicado sobre a mencionada película elastomérica fina para maior redução da tensão potencial no arranjo de fibra (3) da fibra.

Em um modo de realização da interface de acordo com a invenção, uma série de insertos de envasamento pré-moldados (46) pode ser arranjada entre as palhetas (4a, 4b,...) antes que o processo de enrolamento seja iniciado (favor ver Fig. 9 e ,particularmente, a Fig. 9c.). Os insertos de envasamento pré-moldados (46) têm uma superfície externa (47) geralmente se afunilando de uma seção transversal larga para uma seção transversal estreita, correspondendo à forma interna dos mencionados estrangulamentos em forma de funil (45), e arranjados geralmente para carregar uma parte dos mencionados estrangulamentos em forma de funil (45) contra um par de superfícies laterais arranjadas opostamente (41, 42), favor ver Fig. 9a e Fig 9c, e tendo um canal central (48) para receber as mencionadas fibras (3) indicadas como um feixe cilíndrico maciço na Fig. 9b, e para ser carregado com o mencionado material de fixação (7), favor referir-se à Fig. 9d.

Estes insertos de envasamento pré-moldados (46) podem ser providos com propriedades mecânicas variáveis para melhorar a distribuição das forças quando a interface entre a peça rígida (1) e o material compósito (2) for carregada axialmente. Isto pode controlar melhor a progressão da deformação plástica sob cargas elevadas. Uma vantagem adicional dos insertos de envasamento pré-moldados é que seu uso pode simplificar o processo de produção durante o enrolamento da fibra, porque haverá uma necessidade reduzida, ou nenhuma, de injeção ou infusão, após o enrolamento. O inserto de envasamento pré-moldado pode ser produzido em massa, facilmente, a um custo baixo.

A Fig. 10 ilustra um setor de um modo de realização da peça rígida da interface (1) para uso não como uma tubulação de flange, mas sim para uso como um bocal formado como anel para formar a porção de saída de uma casca compósita formada como tanque ou tubulação, de modo a permitir a passagem de gases com velocidade elevada e sob pressão e temperatura altas.

Claims (25)

1. Interface entre uma peça rígida (1) e um material compósito (2), o mencionado material compósito (2) compreendendo fibras (3) em um material de matriz de fixação (7), caracterizada pelo fato de que: a mencionada peça rígida (1) compreende duas ou mais palhetas (4a, 4b,...) projetando-se a partir de uma superfície da mencionada peça rígida (1), as mencionadas palhetas (4a, 4b,...) compreendem duas ou mais superfícies laterais (41, 42, 43, 44), nas quais uma ou mais fibras (3) do mencionado material compósito (2) são arranjadas para passar através de um ou mais estrangulamentos em forma de funil (45) formados entre as superfícies laterais (41a, 43a, 41b, 43b,...) de palhetas adjacentes (4a, 4b,...), onde o mencionado material de matriz de fixação (7) é arranjado ao redor da mencionada uma ou mais fibras (3), pelo menos dentro ou próximo aos mencionados estrangulamentos em forma de funil (45), onde as mencionadas palhetas (4) são arranjadas para exercer forças de equilíbrio transversais e axiais sobre as mencionadas fibras (3) e o mencionado material de matriz de fixação (7) quando a mencionada interface for submetida a forças axiais.

2. Interface de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do mencionado material compósito (2) e a mencionada peça rígida (1) formar seções de uma tubulação.

3. Interface de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de uma luva anular (6) ser arranjada para encapsular uma seção desejada sobre as mencionadas palhetas (4), as mencionadas fibras (3) e o mencionado material de carregamento (7), de modo a vedar o mencionado material compósito (2) entre as mencionadas palhetas (4).

4. Interface de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato das mencionadas palhetas (4) terem uma forma geométrica romboidal ou semi-romboidal.

5. Interface de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato dar mencionadas palhetas (4) serem arranjadas sobre uma protuberância (8) sobre a mencionada peça rígida (1).

6. Interface de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato da mencionada protuberância (8) ter a forma de um bulbo.

7. Interface de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de uma pluralidade das mencionadas palhetas (4) ser arranjada sucessivamente de modo que as mencionadas fibras (3) passem através de dois ou mais espaços entre quatro ou mais palhetas sucessivas (4) arranjadas longitudinalmente na peça terminal rígida (1).

8. Método para a formação de uma interface entre uma peça rígida (1) e um material compósito (2) compreendendo fibras (3) em um material de matriz (7), caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas: formar duas ou mais palhetas (4a, 4b,...) na mencionada peça rígida (1), as mencionadas palhetas (4a, 4b,...) compreendendo duas ou mais superfícies laterais respectivas (41a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b 44a, 44b), arranjar uma ou mais das mencionadas fibras (3) através de pelo menos um ou mais estrangulamentos em forma de funil (45) formados entre as mencionadas superfícies laterais (41a, 43a, 41b, 43b,...) de palhetas adjacentes (4a, 4b), arranjar o mencionado material de matriz (7) ao redor da mencionada uma ou mais fibras (3), pelo menos dentro ou próximo aos mencionados estrangulamentos em forma de funil (45), e curar o mencionado material de matriz (7) para a formação de uma fixação entre a mencionada peça rígida (1) e o mencionado material compósito (2) a mencionada fixação arranjada para exercer forças de equilíbrio transversais e axiais sobre as mencionadas fibras (3) quando o mencionado material de fixação for submetido a forças axiais.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato da mencionada peça rígida (1) ser formada como uma seção terminal de uma tubulação.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de uma luva anular (6) ser arranjada encapsulada sobre uma seção ao redor das mencionadas palhetas (4) de modo a vedar as mencionadas fibras (3) e o mencionado material de carregamento (7), e fixar a mencionada luva (6) no lugar.

11. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de uma pluralidade das mencionadas palhetas (4) ser de modo que as mencionadas fibras (3) passem através de dois ou mais espaços entre quatro ou mais palhetas arranjadas sucessivamente (4) na longitudinal da mencionada peça terminal.

12. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato das mencionadas fibras (3) serem enroladas ao redor de hastes de colar estendidas (51) sobre um colar (5) arranjado próximo à extremidade da peça terminal rígida (1) e onde as mencionadas fibras (3) são giradas ou enroladas ao redor das mencionadas hastes de colar estendidas (51) antes da colocação do material de fixação (7).

13. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato da mencionada peça terminal (1) poder ser soldada, ou fixada de outro modo, a uma tubulação pré-formada, por meio do que a mencionada peça terminal (1) e a mencionada tubulação pré-formada combinadas são reforçadas pelo mencionado material compósito compreendendo as mencionadas fibras (3), por meio de um esquema de enrolamento de filamento.

14. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de um tratamento de superfície da mencionada peça terminal rígida (1) por um agente de liberação ser executado antes do arranjo de uma ou mais das mencionadas fibras (3) através do mencionado pelo menos um ou mais estrangulamentos em forma de funil (45) formados entre as mencionadas superfícies laterais (41a, 43a, 41b, 43b,...) de palhetas adjacentes (4a, 4b,...).

15. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de um tratamento de superfície da mencionada peça terminal rígida (1) por uma película fina compreendendo um compósito elastomérico ser executado antes do arranjo de uma ou mais das mencionadas fibras (3), através do mencionado pelo menos um ou mais estrangulamentos em forma de funil (45) formados entre as mencionadas superfícies laterais (41a, 43a, -41b, 43b,...) de palhetas adjacentes (4a, 4b,...).

16. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de um tratamento de superfície da mencionada peça terminal rígida (1) por uma película fina compreendendo um composto elastomérico ser executado antes de um tratamento de superfície subseqüente da mencionada peça terminal (1) por um agente de liberação ser executado antes do arranjo de uma ou mais das mencionadas fibras (3), através do mencionado pelo menos um ou mais estrangulamentos em forma de funil (45) formados entre as mencionadas superfícies laterais (41a, 43a, 41b, 43b,...) de palhetas adjacentes (4a, 4b,...).

17. Peça rígida (1) para formar uma junta entre um material compósito (2) compreendendo fibras (3), caracterizada pelo fato de a mencionada peça rígida (1) compreender duas ou mais palhetas (4a, 4b,...) projetando-se a partir de uma superfície da mencionada peça rígida (1), as mencionadas palhetas (4a, 4b,...) compreendendo duas ou mais superfícies laterais (41, 42, 43, 44), um ou mais estrangulamentos em forma de funil (45) formados entre as superfícies laterais (41a, 43a, 41b, 43b,...) de palhetas adjacentes (4a, .4b,...), pelos quais uma ou mais fibras (3) do mencionado material compósito (2) deverão passar completamente, onde as mencionadas palhetas (4) são arranjadas para exercer forças de equilíbrio transversais e axiais sobre as mencionadas fibras (3) e sobre o mencionado material de matriz de fixação (7) quando a mencionada interface for submetida às forças.

18. Peça rígida de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato da mencionada peça rígida (1) ser moldada como uma tubulação.

19. Peça rígida de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato da mencionada peça rígida (1) ser arranjada para ser soldada ou fixada de outro modo sobre uma seção de tubulação, onde a mencionada seção de tubulação é arranjada para ser reforçada pela mencionada fibra (3) contendo material compósito (2).

20. Peça rígida de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato das mencionadas palhetas (4) terem uma forma geométrica romboidal ou semi-romboidal.

21. Peça rígida de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato das mencionadas palhetas (4) serem arranjadas sobre uma protuberância (8) sobre a mencionada peça rígida (1).

22. Peça rígida de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato da mencionada protuberância (8) ter a forma de um bulbo.

23. Peça rígida de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de uma pluralidade das mencionadas palhetas (4) ser arranjada sucessivamente de modo que as mencionadas fibras (3) passem através de dois ou mais espaços entre quatro ou mais palhetas sucessivas (4) arranjadas longitudinalmente na peça terminal rígida (1).

24. Interface de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender um inserto de envasamento pré-moldado (46) tendo uma superfície externa (47) geralmente se afunilando a partir de uma seção transversal larga para uma seção transversal estreita, correspondendo à forma interna dos mencionados estrangulamentos em forma de funil (45), e arranjado geralmente para carregar uma parte dos mencionados estrangulamentos em forma de funil (45) contra um par das superfícies laterais arranjadas opostamente (41, 42), e tendo um canal central (48) para receber as mencionadas fibras (3) e para ser carregado com o mencionado material de fixação (7).

25. Interface de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da mencionada peça rígida (1) ser um bocal em forma de anel para formar a porção de saída a partir de uma casca compósita formada em tubulação ou em tanque, de modo a permitir a passagem de gases com velocidade elevada.