BRPI0721085A2 - Material e inserto de reforço estrutural, cavidade reforçada e método de reforço da mesma, e automóvel - Google Patents
Material e inserto de reforço estrutural, cavidade reforçada e método de reforço da mesma, e automóvel Download PDFInfo
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "material e inserto de reforço estrutural, cavidade reforçada e mé- todo de reforço da mesma, e automóvel".
Antecedentes
Muitos produtos têm corpos ou alojamentos que incluem cavida- des ocas. Apenas como alguns exemplos, automóveis, caminhões e outros veículos, assim como alguns aparelhos consumidores têm cavidades ocas formadas entre painéis internos e externos, em pilares, ou dentro de seus membros de armação que formam seus respectivos corpos ou alojamentos.
Em particular, alguns membros estruturais de corpos automoti- vos têm uma variedade de orifícios, lugares ocos, cavidades, passagens e aberturas. Cavidades ocas são muitas vezes criadas nestes produtos para reduzir o peso totai do produto finai, assim como para reduzir os custos de material. Entretanto, introduzir cavidades ocas dentro de uma estrutura en- volve compromissos ("tradeoffs"). Por exemplo, introduzir uma cavidade oca pode reduzir as características de resistência total ou de absorção de ener- gia de um membro estrutural. Em adição, uma cavidade oca pode resultar em transmissão aumentada de vibração ou som para outras partes do pro- duto.
É conhecido que o uso de materiais de reforço estrutural para tentar equilibrar estes e outros compromissos ("tradeoffs"). Alguns reforços atuais incluem um material expansível aplicado a um veículo, o qual tipica- mente é um componente moldado. O material expansível é expandido du- rante a fabricação do produto, garantindo o reforçador na medida em que o material expandido entra em contato com a superfície adjacente do produto. Entretanto, o material expansível em tais reforçadores pode não estar segu- ramente unido ao veículo, levando a uma vedação desigual ou inadequada. Além disso, a expansão do material pode não alcançar todo canto e fenda de um veículo não usualmente ou irregularmente moldado.
Em adição, alguns materiais expansíveis de reforço estrutural conhecidos podem ser sensíveis a um processo de aquecimento, tal como um processo de cozimento ("bake"). O desempenho de tais materiais expan- síveis é ligado à taxa de expansão, o que depende do tempo e da tempera- tura do aquecimento.
Adicionalmente, alguns materiais expansíveis de reforço estrutu- ral conhecidos são espessos, mesmo antes da expansão. Em tais casos, a espessura de um material de pré-expansão mais um espaço entre um inser- to de reforço e uma cavidade estrutural pode totalizar cerca de 8 a 10 mm para permitir fluxo de revestimento por eletrodeposição ("e-coat flow") e tole- râncias de montagem. Matérias de reforço estrutural que têm espessura re- duzida podem melhorar o desempenho global do sistema. Desse modo, permanece uma necessidade por um material de
reforço estrutural melhorado que alivie pelo menos alguns destes inconveni- entes. SUMÁRIO
As reivindicações anexas descrevem um material de reforço es- trutural aperfeiçoado que alivie pelo menos alguns dos inconvenientes acima identificados dos materiais de reforço convencionais. Um material de reforço estrutural é descrito aqui, que compreende um material de base. O material de base pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em termorrígi- dos, termoplásticos de baixa viscosidade com fases curtas de transição, Ii- gas metálicas com baixo ponto de fusão, e combinações dos mesmos. Pró- ximo às condições normais de temperatura e pressão (STP), o material de reforço estrutural é um sólido ou massa conformável ou uma mistura dos mesmos. O material de reforço estrutural transita para uma fase fluível, o que inclui sem limitação uma fase líquida ou substancialmente líquida, du- rante aquecimento a uma temperatura de ativação. Após a ativação, cura e/ou arrefecimento, o material de reforço estrutural é um substancialmente sólido e tem uma resistência suficiente para reforçar uma cavidade.
Um método de reforçar uma cavidade é descrito aqui. O método inclui uma etapa de fixar um material de reforço estrutural a um veículo para formar um inserto. O material de reforço estrutural compreende um material de base selecionado a partir do grupo que consiste em termorrígidos, termo- plásticos de baixa viscosidade com fases curtas de transição, ligas metálicas com baixo ponto de fusão, e combinações dos mesmos. Próximo às CNTP, o material de reforço estrutural é um sólido ou massa conformável, ou uma mistura dos mesmos. O método inclui uma etapa de colocar o inserto dentro de uma cavidade. Outra etapa no método envolve aquecer o inserto a uma temperatura de ativação, de modo que o material de reforço estrutural se torne líquido ou substancialmente líquido e flua para dentro da cavidade. O processo de cura pode ocorrer, dependendo da natureza do material de ba- se, causando a formação de um termorrígido. Após o arrefecimento do inser- to, o material de reforço sólido é aderido a pelo menos uma porção da cavi- dade, desse modo reforçando a cavidade.
Um inserto de reforço estrutural é aqui descrito. O inserto com- preende um veículo que tem uma primeira extremidade e uma segunda ex- tremidade oposta à primeira extremidade, e pelo menos uma área de susten- tação entre a primeira extremidade e a segunda extremidade. A(s) área(s) de sustentação contém(êm) material(ais) de reforço estrutural. O material de reforço estrutural compreende um material de base selecionado a partir do grupo que consiste em termorrígidos, termoplásticos com fases curtas de transição e baixas viscosidades, ligas metálicas com baixos pontos de fusão, e combinações dos mesmos. Próximo às CNTP, o material de reforço estru- tural é sólido, massa conformável ou uma mistura dos mesmos. O material de reforço estrutural está em uma fase fluível após aquecimento a uma tem- peratura de ativação. Após arrefecimento após ativação e/ou cura, o material de reforço estrutural tem uma resistência suficiente para reforçar uma cavi- dade e é um sólido ou um sólido termorrígido. O inserto também inclui es- puma expansível não-curada na ou próximo à primeira extremidade do veí- culo. O inserto também contém espuma expansível não-curada na ou próxi- mo à segunda extremidade do veículo. Com aquecimento a uma temperatu- ra de ativação, a espuma expandida impede que o fluxo do material líquido de reforço estrutural da área de fixação se estenda além da espuma expan- dida para dentro de outras regiões de uma cavidade.
Uma cavidade reforçada também é aqui descrita. A cavidade in- clui um inserto dentro da cavidade. O inserto inclui uma área de sustentação. A cavidade inclui material de reforço estrutural curado ou solidificado, que compreende um material de base selecionado partir do grupo que consistem em termorrígidos, termoplásticos de baixa viscosidade com fases curtas de transição, ligas metálicas com baixos pontos de fusão, e combinações dos mesmos. O material de reforço estrutural curado ou solidificado fluiu da área de sustentação do inserto e é aderido a pelo menos uma porção da cavidade e reforça a cavidade. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
A Figura 1 é uma vista lateral de um inserto em uma cavidade horizontal de um corpo estrutural antes da ativação.
A Figura 2 é uma vista lateral de um inserto em uma cavidade horizontal de um corpo estrutural após ativação.
A Figura 3 é uma vista lateral de um inserto em uma cavidade vertical de um corpo estrutural após ativação. A Figura 4 é uma vista lateral de um inserto em uma cavidade
vertical de um corpo estrutural após ativação.
A Figura 5 é uma vista em perspectiva de uma armação automo- tiva que tem múltiplas cavidades na mesma. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO As Figuras 1 e 2 ilustram uma modalidade de uma cavidade 10
horizontalmente orientada que pode ser reforçada usando um material de reforço estrutural 20 sobre um inserto 111.0 inserto 111 pode ser inicial- mente colocado ou fixado na cavidade 10 usando um adesivo estrutural 33, ou qualquer outro adesivo químico ou fixador mecânico. De modo alternati- vo, o inserto 111 pode ter suportes de perna (não-mostrados) para reter o inserto 111 na cavidade 10. A Figura 1 representa a cavidade 10 antes que ocorra o aquecimento ou uma temperatura de ativação. NA Figura 1, o inser- to 111 compreende um veículo 11 junto com o material de reforço estrutural e a espuma estrutural 12. O veículo 11 segura o material de reforço estru- tural 20 em uma área de sustentação 22 usando qualquer método disponí- vel, incluindo fixadores mecânicos, tais como os clipes 26.
A Figura 2 representa uma modalidade de uma cavidade hori- zontalmente orientada após aquecimento a uma temperatura de ativação. Na Figura 2, o inserto 111 compreende um veículo 11 junto com o material de reforço, estrutural 20 e uma espuma estrutural 12. Durante aquecimento, o material de reforço estrutural 20 muda de uma fase sólida ou de massa conformável para uma fase líquida ou substancialmente líquida. O material de reforço estrutural 20 então flui da área de sustentação 22 para uma su- perfície na cavidade 10 devido à resistência gravitacional. Nesta modalidade, a espuma estrutural 12 das extremidades de fundo do veículo 11 expandida durante aquecimento e aderida à cavidade 10. A espuma estrutural expandi- da 12 do veículo 11 atua como uma barreira física, restringindo o fluxo do material de reforço estrutural 20 enquanto o material de reforço estrutural 20 está em, substancialmente, uma fase líquida. Após cura e/ou arrefecimento, o material de reforço estrutural 20 é um sólido ou uma fase termorrígida sóli- da e proporciona reforço estrutural à cavidade 10. As Figuras 3 e 4 ilustram uma modalidade de uma cavidade 10
verticalmente orientada que pode ser reforçada usando um material de re- forço estrutural 20 em um inserto 111.0 inserto 111 pode ser colocado ou fixado na cavidade 10 através de qualquer método, incluindo um adesivo (não-mostrado) ou um fixador mecânico (não-mostrado), ou uma dobra na cavidade 10 substancialmente vertical para proporcionar um rebordo (não- mostrado). A Figura 3 representa a cavidade 10 antes que o aquecimento para uma temperatura de ativação ocorra. Na Figura 3, o inserto 111 com- preende um veículo 11 junto com o material de reforço estrutural 20 e a es- puma estrutural 12. O veículo 11 segura o material de reforço estrutural 20 no lugar antes da ativação usando qualquer método, incluindo o adesivo 24.
A Figura 2 representa uma modalidade de uma cavidade verti- calmente orientada após aquecimento a uma temperatura de ativação. Na Figura 4, o inserto 111 compreende um veículo 11 junto com o material de reforço estrutural 20 e a espuma estrutural 12. Durante aquecimento, o ma- terial de reforço estrutural 20 muda de uma fase sólida ou de massa confor- mável para uma fase líquida ou substancialmente líquida. O material de re- forço estrutural 20 então flui do veículo 11 para uma superfície da cavidade e espuma estrutural 12 devido à resistência gravitacional. Nesta modali- dade, a espuma estrutural 12 expandiu do veículo 11 e aderiu à cavidade 10. A espuma estrutural 12 no veículo 11 atua como uma barreira física, restrin- gindo o fluxo do material de reforço estrutural 20 enquanto o material de re- forço estrutural 20 está em, substancialmente, uma fase líquida. Após cura e/ou arrefecimento, o material de reforço estrutural 20 é um sólido ou uma fase termorrígida e proporciona reforço estrutural à cavidade 10.
Na Figura 5, o automóvel 2 é mostrado identificando muitas (po- rém não todas) cavidades 10 que podem ser reforçadas com o material de reforço estrutural 20. Algumas dessas cavidades 10 podem ser verticais ou substancialmente verticais, outras podem ser horizontais ou substancialmen- te horizontais. Algumas destas cavidades 10 são formadas de metal, tal co- mo aço, porém as cavidades 10 podem ser formadas de qualquer material, incluindo plásticos. A título de exemplo não limitativo, estruturas potencial- mente reforçáveis, que têm cavidades 10 nas mesmas, no automóvel 2 in- cluem, mas não estão limitadas a pilar A 4, painel de soleira da porta (roc- ker) 6, reforçador de retenção de criança 100, trilhos de armação 32, selador de tanque de combustível 36, capota 38, para-choques 40, pilar B 42 e por- ta/portinhola dobradiça 44. As Figuras 1 a 5 são meramente exemplares e não se destinam
a limitar as reivindicações anexas a aplicações automotivas, a configurações particulares de insertos, a formas particulares ou orientações de cavidades, etc.
Materiais de reforço estrutural O material de reforço estrutural 20 compreende um material de
base selecionado a partir do grupo que consiste em termorrígidos, termo- plásticos com fases curtas de transição e baixa viscosidade, ligas metálicas com baixos pontos de fusão, e combinações dos mesmos. Próximo às CNTP, o material de reforço estrutural 20 é sólido ou é uma massa confor- mável ou mistura dos mesmos. Deste modo, técnicas de fabricação incluindo moldagem por injeção, extrusão, corte e estampagem matriz podem ser u- sadas para moldar o material de reforço estrutural 20 para inclusão sobre ou em um veículo 11 para fazer um inserto 111, ou para inserção direta dentro de uma cavidade 10.
Quando o inserto 111 é aquecido a uma temperatura de ativa- ção, o material de reforço estrutural 20 se transforma em uma fase fluível, tal como uma fase líquida ou uma fase substancialmente líquida. Deste modo, o material de reforço estrutural 20 fui de um veículo 11 para uma superfície da cavidade 10 e adota a forma da cavidade 10, embora possa ser irregular. A gravidade controla o fluxo do material de reforço estrutural 20, juntamente com quaisquer barreiras físicas. Quando curado e/ou arrefecido, o material de reforço estrutural 20 se torna ou um sólido ou um termorrígido sólido que adere à cavidade 10 e é de resistência suficiente para reforçar a cavidade 10.
Temperaturas de ativação podem ser tão baixas quanto cerca de 100°C (se o material de reforço estrutural 20 compreende uma liga metálica), cerca de 120°C, cerca de 140°C ou cerca de 150°C, e tão altas quanto cerca de 170°C, cerca de 180°C ou cerca de 190°C. Variações de qualquer uma destas temperaturas a qualquer outra destas temperaturas são contempla- das. No caso de um automóvel, uma temperatura de ativação pode ser al- cançada durante o processo de cozimento ("bake"). Após arrefecimento e cura ou endurecimento em uma fase sólida
ou um termorrígido sólido, o material de reforço estrutural 20 tem resistência suficiente para reforçar a cavidade 10. Em uma modalidade, a resistência à tensão e módulo Young do material de reforço 20 são iguais a ou maiores do que aquelas da espuma de reforço estrutural expansível 12 após ativação. Em uma modalidade, a resistência à tensão do material de refor-
ço estrutural 20 é maior do que cerca de 20 MPa, e pode variar até cerca de 40 MPa1 cerca de 50 MPa ou cerca de 70 MPa. Em uma modalidade, o mó- dulo Young do material de reforço estrutural 20 é maior do que cerca de 500 MPa, e pode variar até cerca de 1000 MPa ou cerca de 1500 MPa ou cerca de 3000 MPa.
Ao contrário da espuma de reforço estrutural expansível 12, as propriedades de resistência do material de reforço estrutural 20 são subs- tancialmente independentes das condições de aquecimento de, por exem- plo, um processo "bake". As propriedades de resistência da espuma de re- forço estrutural expansível 12 dependem substancialmente da taxa de ex- pansão, o que, por sua vez, depende substancialmente das condições de aquecimento, incluindo tempo e temperatura. Pelo contrário, em algumas modalidades das reivindicações anexas abaixo, o material de reforço estru- tural 20 não inclui um agente de expansão, também conhecido como um agente de sopro, e suas propriedades de resistência não são relacionadas a uma taxa de expansão. Outras modalidades do material de reforço estrutural 20, entretanto, podem opcionalmente incluir um agente de sopro.
Comparado à espuma de reforço estrutural expansível não- curada 12, a espessura do material de reforço estrutural 20 é reduzida. A espessura do material de reforço estrutural 20 mais uma fenda entre um in- serto 111 e uma cavidade estrutural 10 pode totalizar cerca de 3 a 5 mm pa- ra permitir fluxo e tolerâncias de montagem. Esta espessura reduzida pode melhorar o desempenho global do sistema.
Em modalidades onde um ou mais termorrígidos compreendem o material de base, polímeros termorrígidos à base de oligoéster cíclico cris- talino podem ser usados, incluindo polímeros à base de oligo (butiltereftala- tos) cíclicos. Tais oligoésteres estão comercialmente através da Cyclics Corp. Polímeros termorrígidos formados a partir de tais oligoésteres são descritos na WO 2006/075009 A1, aqui incorporados por referência em sua totalidade. Tais oligoésteres podem opcionalmente ser modificados por, en- tre outras classes de compostos, argilas organofílicas e nanoargilas, resinas epóxi, e combinações das mesmas. Sem estar limitado por teoria, acredita- se que tal modificação pode proporcionar resistência maior ao material 20 e moldabilidade melhorada após polimerização e antes de ser ativado. Os oli- goésteres são polimerizados por um processo de polimerização fundida por abertura de anel para criar um poliéster que tem um alto peso molecular. Em outra modalidade, um termorrígido pode compreender uma
formulação de resina epóxi de um componente que é um sólido ou uma massa conformável à cerca de CNTP. Uma formulação adequada inclui uma mistura que compreende de cerca de 1 % por peso a cerca de 50% por peso de resina epóxi líquida, de cerca de 10% por peso a cerca de 50% por peso de resina epóxi sólida, de cerca de 5% por peso a cerca de 30% por peso de enrijecedores, de cerca de 2% por peso a cerca de 10% por peso de endu- recedor latente e de cerca de 5% por peso a cerca de 40% por peso de ma- teriais de enchimento e aditivos.
Resinas epóxi líquidas adequadas incluem resinas epóxi do bis- fenol A, tais como resinas epóxi líquidas DER que estão comercialmente disponíveis através da Dow Chemical Co. em Midland, Michigan e as resinas epóxi líquidas EPON, que estão comercialmente disponíveis através da Re- solution Performance Products em Houston, Texas. Resinas epóxi sólidas adequadas podem ser do "tipo 1" a "tipo 6" (tendo pesos moleculares vari- ando de cerca de 1000 a 6000 Daltons). Resinas epóxi sólidas adequadas são sólidas à temperatura ambiente e têm uma temperatura de transição vítrea maior do que 30°C. Resinas epóxi sólidas adequadas devem ser subs- tancialmente líquidas quando aquecidas a pelo menos cerca de 120°C ou 140°C ou 150°C e então têm uma viscosidade de entre 400 mPAs e 15000 mPAs. Resinas epóxi líquidas adequadas incluem resinas epóxi do bisfenol A, tais como resinas epóxi líquidas DER que estão comercialmente disponí- veis através da Dow Chemical Co. em Midland, Michigan. Formulações de resina epóxi podem incluir agentes tixotrópicos, porém a quantidade de a- gentes tixotrópicos deve ser balanceada pela presença de uma resina epóxi líquida para assegurar um bom fluxo na fase líquida ou substancialmente líquida.
Enrijecedores adequados incluem borrachas reativas de nitrila e
borrachas líquidas reativas à base de poliuretano e similares. Enrijecedores adequados incluem as borrachas reativas, monoméricas, líquidas, comerci- almente disponíveis a seguir: CTB, CTBN, CTBNX e ATBN, que estão co- mercialmente disponíveis a partir da B. F. Goodrich Chem. Co., em Cleve- land, Ohio. Partículas núcleo-coroa e poliacrilatos também podem ser usa- dos como enrijecedores. Endurecedores latentes adequados incluem dician- diamida, 4,4'-diaminodifenil sulfona, complexos de trifluoreto de boro amina, imidazóis latentes, ácidos policarboxílicos, poli-hidrazidas, diciandiamida, adutos de amina epóxi latente e uréias substituídas e similares. Materiais de enchimento adequados incluem materiais de enchimento inorgânicos, tal como sílica, alumina, pó de mica, carbonato de cálcio, hidróxido de alumínio, carbonato de magnésio, talco, argila, caulim, dolomita, carboneto de silício, pó de vidro, bolhas de vidro, dióxido de titânio, nitreto de boro ou nitreto de silício e materiais em folha e em fita, tal como mica, vidro, poliéster, aramida e/ou poli-imida e similares.
Aditivos adequados incluem pigmentos, agentes corantes, retar- dadores de chama (ignífugos), diluentes, agentes de acoplamento, flexibili- zadores, agentes de sopro químicos, agentes de sopro físicos, quantidade traço de aceleradores de cura, dispersantes, agentes de umidificação, agen- tes desespumantes, antioxidantes, absorvedores de ultravioleta, fotoestabili- zadores, tal como HALS, e agentes de reforço, tais comopartículas de borra- cha, e similares. Qualquer número de ingredientes opcionais pode ser incluí- do em um sistema epóxi de um componente, incluindo triglicidilisocianurato, diglicidil éter de ácido tereftálico, triglicidil éter de ácido trimetílico, adutos sólidos de diglicidil éter de hidroquinona de trimetilolpropano-diglicidil éter e di-isocianatos, e misturas dos mesmos. Sistemas de resina epóxi de um componente comercialmente
disponíveis incluem SikaPower® 493 e SikaPower® 498, os quais podem ser usados conforme vendidos ou modificados com cargas superiores de material enchimento.
Em outra modalidade, um termorrígido pode compreender um sistema fundido a quente de elastômero de poliuretano de um componente (PUR). Sistemas fundidos a quente PUR adequados incluem um poliéster terminado em hidróxi, cristalino em combinação com polióis ou polieterpolióis de baixo peso molecular. A reticulação latente, que não ocorre até a ativa- ção, envolve isocianatos bloqueados comumente usados em tecnologia de revestimento em pó. Um reticulador comercialmente disponível é VESTA- GON BF 1350 e BF 1540 da Degussa, uma companhia alemã com escritó- rios em Parsippany, New Jersey. Poli-isocianatos bloqueados com nucleófi- Ios1 tal como caprolactama, fenóis ou benzoxazolonas também são adequa- dos. Adicionalmente, partículas de isocianato microencapsuladas com uma coroa inerte compreendendo uretano ou uréia que libera os isocianatos em temperaturas elevadas, tais como as temperaturas de ativação. Nesta moda- lidade, a porção amina da coroa inerte reage com o isocianato e um poliol com aquecimento para formar um PUR.
Qualquer outro termorrígido pode ser usado desde que o termor- rígido mude de fases, conforme descrito aqui, a uma temperatura de ativa- ção e cure para ter uma resistência suficiente para reforçar uma cavidade 10.
Em modalidades onde um ou mais termoplásticos compreendem o material de base, o material termoplástico deve ter na fase curta de transi- ção e baixa viscosidaae em sua fase iíquida. Poliestireno e derivados de po- Iiestireno e similares são adequados, especialmente para aplicações que apelam para temperaturas de ativação mais elevadas, tais como aquelas acima de 200°C ou 210°C. Para aplicações que apelam para uma tempera- tura de ativação inferior e que requerem menos resistência de reforço, polie- tileno de baixa densidade e similares podem ser adequados. Faixas ade- quadas de fases de transição incluem de cerca de 10 min em cerca de 140°C a cerca de 30 minutos em cerca de 195°C, cerca de 10 min em cerca de 150°C a cerca de 30 minutos em cerca de 175°C; e cerca de 15 min em cerca de 150°C a cerca de 30 minutos em cerca de 170°C. Faixas adequa- das de viscosidade na fase líquida incluem de cerca de 500 mPAs a cerca de 100.000 mPAs; 5.000 mPAs a 50.000 mPAs; e 7.000 mPAs a 18.000 mPAs.
Qualquer outro termoplástico pode ser usado desde que o ter- moplástico mude de fases, conforme descrito aqui, a uma temperatura de ativação e cure para ter uma resistência suficiente para reforçar uma cavida- de 10.
Em modalidades onde uma ou mais ligas metálicas compreen-
dem o material de base, a base metálica pode compreender metal, tal como estanho (Sn), índio (In), chumbo (Pb) ou bismuto (Bi), ou uma combinação dos mesmos. A maioria das ligas com base em fusão de estanho ou ligas para soldar. São adequadas. Em algumas modalidades, ligas livres de chumbo podem ser usados para evitar potenciais questões de toxicidade. Outras ligas também podem ser usadas. Em modalidades que incluem pelo menos uma liga metálica,a liga é eutética ou quase eutética e tem um baixo ponto de fuso. Baixos pontos de fusão podem se tão baixos quanto cerca de 100°C, cerca de 120°C, cerca de 140°C ou cerca de 150°C, e tão altos quanto cerca de 170°C, 18°C ou 190°C. Ligas adequadas exemplares inclu- em ligas de bismuto-estanho-chumbo como Metal de Rosa, que inclui cerca de 50% de Bi, 25% de Pb e 25% de Sn (Bi50Pb25Sn25). INDALLOYS dis- poníveis pela Indium Corporation of América que têm pontos de fusão de 103°C a 227°C são também adequadas. Outras ligas exemplares pode inclu- ir, pelo menos, Orionmetall (Bi42Pb42Sn16), Bipanetall (P6020Bi15Sn), e Walker Alloy (Bi45Pb28Sn22Sb5). Qualquer outra liga metálica pode ser usada, desde que a liga
mude de fases, conforme descrito aqui, a uma temperatura de ativação e solidifique para ter uma resistência suficiente para reforçar uma cavidade 10. Espumas de Reforço Estrutural
A espuma estrutural 12 pode opcionalmente ser usada sobre ou em um veículo 11. Conforme mostrado nas modalidades ilustradas nas Figu- ras 1 - 4, espuma estrutural expandida 12 pode atuar como uma barreira física para impedir o fluxo do material de reforço estrutural em fase líquida para dentro de certas regiões da cavidade 10. Em tal modalidade, a es- puma estrutural não-curada 12 se expande durante a ativação e adere à ca- vidade 10. A espuma estrutural 12 pode eficazmente selar regiões da cavi- dade 10 para impedir o fluxo do material de reforço estrutural 20 para dentro daquelas regiões durante um processo de aquecimento tal como um proces- so do cozimento ("bake").
A espuma 12 pode ser qualquer uma das espumas expansíveis comercialmente disponíveis. A Sika Corporation de Madison Heights, Michi- gan, comercializa materiais termicamente expansíveis sob o nome comercial SikaBaffle®, os quais são descritos nas Patentes US N0S 5.266.133 e 5.373.027, ambas as quais são aqui incorporadas por referência em sua to- talidade. A Sika Corporation também comercializa materiais reforçadores termicamente expansíveis sob o nome comercial SikaReinforcer®. Uma sé- rie destes materiais reforçadores termicamente expansíveis, de propriedade da Sika Corporation, está descrita na Patente US N0 6.387.470, aqui incor- porada por referência em sua totalidade. Em modalidades que empregam uma espuma 12, formulações de resina epóxi de um componente são ade- quadas, que compreendem um agente de sopro químico ou físico e um a- gente de cura.
Em uma modalidade, a espuma 12 ativa e expande e cura à
temperatura ligeiramente inferior à temperatura na qual o material de reforço estrutural 20 se funde. Qualquer espuma expansível 12 pode ser usada des- de que a espuma 12 se expanda de tal modo que adira à cavidade 10 e seja capaz de impedir o fluxo do material de reforço estrutural substancialmente líquido 20 enquanto a temperatura da cavidade 10 permanece em ou em cerca de uma temperatura de ativação. Adesivos Estruturais
O adesivo estrutural 33 pode opcionalmente ser usado para fixar um inserto 111 dentro de uma cavidade 10, em que a cavidade 10 compre- ende metal, tal como aço ou aço revestido. A cavidade 10 também pode compreender plásticos ou outros materiais. A Sika Corporation de Madison Heights1 Michigan, comercializa uma linha de adesivos estruturais adequa- dos sob o nome comercial SikaSeal® e Sikaflex®, os quais são adequados para uso com várias modalidades das reivindicações anexas. Adesivos ade- quados podem ser à base de epóxi, porém qualquer adesivo 33 pode ser usado desde que ele seja capaz de fixar um inserto 111 dentro de uma cavi- dade 10 pelo menos até a cavidade 10 ser aquecida a uma temperatura de ativação. Após ativação, na modalidade ilustrada na Figura 2, o inserto 111 é adicionalmente mantido no lugar através da espuma 12 e material de reforço estrutural 20.
Embora a presente invenção tenha sido particularmente mostra- da e descrita com referência às modalidades preferidas e alternativas acima mencionadas, deve ser entendido por aqueles versados na técnica que vá- rias alternativas às modalidades da invenção descritas aqui podem ser em- pregadas na prática da invenção, sem se afastar do espírito e escopo da invenção conforme definidas nas reivindicações a seguir. As reivindicações a seguir se destinam a definir o escopo da invenção, e o método e aparelho dentro do escopo destas reivindicações e seus equivalentes estão assim cobertos. Esta descrição da invenção deve ser entendida como incluindo todas as combinações novas e não-óbvias de elementos aqui descritos, e reivindicações podem ser apresentadas neste ou um pedido posterior a qualquer combinação nova e não-óbvia destes elementos. As modalidades acima mencionadas são ilustrativas, e nenhuma característica ou elemento singular é essencial a todas as possíveis combinações que podem ser rei- vindicadas neste ou um pedido posterior.
Claims (30)
1. Material de reforço estrutural (20), caracterizado pelo fato de que compreende: um material de base selecionado a partir do grupo que consiste em termocurados, termoplásticos de baixa viscosidade com fases curtas de transição, ligas metálicas de baixo ponto de fusão, e combinações dos mesmo, em que, próximo às CNTP, o material de reforço estrutural (20) está em uma fase selecionada a partir do grupo que consiste em sólida, massa conformável, e misturas dos mesmos, em que o material de reforço estrutural (20) transita para uma fa- se substancialmente líquida durante o aquecimento a uma temperatura de ativação, e em que, após a ativação e o arrefecimento, o material de reforço estrutural (20) é substancialmente sólido e possui uma resistência suficiente para reforçar uma cavidade.
2. Material de reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material de base compreende um termor- rígido à base de oligoéster cíclico cristalino.
3. Material de reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material de base compreende um termor- rígido de epóxi de um componente.
4. Material de reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material de base compreende um termor- rígido fundido a quente de elastômero de poliuretano de um componente.
5. Material de reforço estrutural, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o material de base compreende um termoplástico que tem uma fase de transição de cerca de minutos em aproximadamente 140°C a cerca de 30 minutos em aproxi- madamente 195°C.
6. Material de reforço estrutural, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o material de base compreende um termoplástico que possui uma fase de transição de cerca de10 minutos em aproximadamente 150°C a cerca de 30 minutos em aproxi- madamente 175°C.
7. Material de reforço estrutural, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o material de base compreende um termoplástico que possui uma fase de transição de cerca de15 minutos em aproximadamente 150°C a cerca de 30 minutos em aproxi- madamente 170°C.
8. Material de reforço estrutural, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o material de base compreende um termoplástico que possui uma viscosidade de cerca de 500 mPas a cerca de 100.000 mPas, preferivelmente de cerca de 5.000 mPas a30.000 mPas, mais preferiveimente de cerca de 7.000 mPas a 18.000 mPas.
9. Material de reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material de base compreende uma liga metálica eutética.
10. Material de reforço estrutural, de acordo com a reivindicação9, caracterizado pelo fato de que o material de base compreende uma liga metálica que possui um ponto de fusão de cerca de 100°C a cerca de 190°C, preferivelmente de cerca de 120°C a cerca de 180°C, mais preferi- velmente de cerca de 140°C a cerca de 170°C.
11. Material de reforço estrutural, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o material de ba- se compreende uma liga à base de metal selecionado a partir do grupo que consiste em Sn, In, Bi, Pb e combinações dos mesmos.
12. Material de reforço estrutural, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a temperatura de ativação varia de pelo menos cerca de 120°C a cerca de 190°C, preferivel- mente de pelo menos cerca de 140°C a cerca de 180°C, mais preferivelmen- te de pelo menos cerca de 150°C a cerca de 170°C.
13. Material de reforço estrutural, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a resistência à ten- são é de pelo menos de cerca 20 MPa1 preferivelmente de pelo menos de cerca 20 MPa a pelo menos cerca de 70 MPa.
14. Material de reforço estrutural, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o módulo de Young é de pelo menos cerca de 500 MPa1 preferivelmente de pelo menos cerca de 500 MPa a pelo menos cerca de 3000 MPa.
15. Método de reforçar uma cavidade, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: (a) fixar um material de reforço estrutural (20), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, a um veículo (11) para formar um inserto (111); (b) inserir o inserto (111) em uma cavidade (10); (c) aquecer o inserto (111) a uma temperatura de ativação de modo que o material de reforço estrutural (20) se torna substancialmente líquido e flui para dentro da cavidade (10); e (d) arrefecer o inserto (111) de modo que o material de reforço estrutural (20) solidifica na cavidade (10) e adere a pelo menos uma porção da cavidade (10), desso modo reforçando a cavidade (10).
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pe- Io fato de que o veículo (11) compreende um metal ou um plástico ou uma combinação dos mesmos.
17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que a etapa (a) de fixação compreende o uso de um fixador mecânico (26).
18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que a etapa (a) de fixação compreende o uso de um adesivo (24).
19. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 18, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma etapa preliminar de modificar um veículo (11) para incluir pelo menos uma barreira física para controlar o fluxo de material de reforço estrutural líquido (20).
20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 19, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma barreira física com- preende espuma estrutural (12).
21. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 20, caracterizado pelo fato de que a cavidade compreende metal.
22. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 15 a 21, caracterizado pelo fato de que a cavidade está no interior de um auto- móvel (2).
23. Inserto de reforço estrutural (111), caracterizado pelo fato de que compreende: (a) um veículo que possui primeira extremidade e uma segunda extremidade oposta à primeira extremidade, e pelo menos uma área de sus- tentação (22) entre a primeira extremidade e a segunda extremidade, a pelo menos uma área de sustentação compreendendo material de reforço estru- tural (20) fixado à área de sustentação; (b) o material de reforço estrutural (20) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14 em que, após o resfriamento após a ativação, o material de reforço estrutural possui uma resistência suficiente para reforçar uma cavidade e está em uma fase selecionada a partir do gru- po que consiste em termorrígido e sólido; (c) espuma expansível não-curada (12) em ou próxima à primei- ra extremidade do veículo; e (d) espuma expansível não-curada (12) em ou próxima à segun- da extremidade do veículo; de modo que mediante o aquecimento a uma temperatura de a- tivação, a espuma expandida (12) impede que o fluxo do material de reforço estrutural (20) da área de sustentação (22) se estenda para além da espuma expandida (12).
24. Inserto de reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a área de sustentação (22) é uma cavida- de no veículo (11).
25. Inserto de reforço estrutural, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 24, caracterizado pelo fato de que o material de re- forço estrutural é fixado na área de sustentação com um fixador mecânico (26).
26. Inserto de reforço estrutural, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 24, caracterizado pelo fato de que o material de re- forço estrutural é fixado na área de sustentação com um adesivo (24).
27. Automóvel (2), caracterizado pelo fato de que compreende cavidade (10) que compreende o inserto de reforço estrutural (111) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 23 a 26.
28. Cavidade reforçada (10), caracterizado pelo fato de que compreende: (a) um inserto (111) dentro da cavidade (1), o inserto (111) inclu- indo uma área de sustentação (22); e (b) material de reforço estrutural curado ou solidificado (20), con- forme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, em que o mate- rial de reforço estrutural curado ou solidificado (20) fluiu da área de susten- tação (22) e é aderido a pelo menos uma porção da cavidade (10) e reforça a cavidade (10).
29. Cavidade reforçada, de acordo com a reivindicação 28, ca- racterizado pelo fato de que a cavidade (10) está dentro de um trilho de ar- mação (6) de um automóvel (2).
30. Cavidade reforçada, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 28 a 29, caracterizado pelo fato de que a cavidade (10) está dentro de um pilar A (4) ou dentro de um pilar B (42) de um automóvel (2).
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