BRPI0904732A2

BRPI0904732A2 - método para fabricação de um artigo reforçado com fibra e estrutura de membrana para uso em uma operação de moldagem

Info

Publication number: BRPI0904732A2
Application number: BRPI0904732-8A
Authority: BR
Inventors: Vishal Bansal; Nusrat Farzana
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2010-11-03
Also published as: US8388885B2; MX2009011981A; CN101797804B; DE102009044515A1; CN101797804A; US20100285297A1

Abstract

MéTODO PARA FABRICAçãO DE UM ARTIGO REFORçADO COM FIBRA E ESTRUTURA DE MEMBRANA PARA USO EM UMA OPERAçãO DE MOLDAGEM. Trata-se de um método para fabricação de um artigo reforçado com fibra (20). O método inclui as etapas de fornecimento de uma estrutura de fibra de esteira (42) que define os espaços vazios na mesma. Uma estrutura de membrana (82) é aplicada ao longo de pelo menos uma porção da estrutura de fibra (42). A estrutura de membrana (82) inclui uma membrana microporosa (120). Pelo menos a membrana microporosa (120) da estrutura de membrana (82) tem uma classificação de resisténcia a óleo de pelo menos um número 8 determinado pelo teste AATCC. Proporciona-se uma mistura de resina e endurecedor. A resina é infundida nos espaços vazios da estrutura de fibra (42) aplicando-se um vácuo à estrutura de fibra e à estrutura de membrana (82) em que a estrutura de membrana inibe o fluxo de resina através desta.

Description

"MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO REFORÇADO COM FIBRAE ESTRUTURA DE MEMBRANA PARA USO EM UMA OPERAÇÃO DE MOLDAGEM"

Antecedentes da Invenção

Esta invenção refere-se geralmente à fabricação de um artigoreforçado com fibra e, particularmente, à fabricação do artigo através de umprocesso de moldagem auxiliado por vácuo que utiliza membrana.

Os artigos compósitos feitos de uma matriz de resinareforçada com fibra que são usados em temperaturas relativamenteelevadas são conhecidos. Por meio de exemplo, tais artigos compósitospodem incluir lâminas de motor a jato, nacelas de motor a jato, cascos denavio, corpos e componentes de carro, lâminas de turbina de vento,estruturas de aeronave, tais como, asas, partes de asa, domos de radar,componentes de fuselagem, cones de nariz, cursos de flape, trem de pousoe anteparo posterior. As fibras de reforço usadas no artigo compósitopodem ser qualquer fibra técnica adequada, tal como, fibra de vidro,carbono, aramida, cerâmica, híbrida, e similares. Dependendo do serviçoem que o artigo compósito será colocado, o artigo pode ser fabricado comuma resina aplicada a uma temperatura elevada, de modo que a tensãosuperficial da resina seja relativamente baixa.

Os artigos compósitos conhecidos podem ser fabricadosinfundindo-se resina em uma camada reforçada com fibra com vácuo. Omaterial de folha laminada é colocado adjacente à camada reforçada com fibra.O material de folha laminada inclui uma membrana. Sabe-se que a resina éintroduzida na camada reforçada com fibra em temperaturas relativamentealtas, de modo que a resina tenha uma tensão superficial relativamente baixa.A resina, de vez em quando, pode molhar o vazar através da membrana.Quando a molhagem ou vazamento ocorre o processo de moldagem torna-semenos eficaz.

Portanto, existe uma necessidade de uma estrutura de membranaaprimorada que pode resistir melhor à molhagem ou vazamento através damembrana para uso em operações de moldagem auxiliada por vácuo comresinas em uma temperatura relativamente alta e/ou que tem tensõessuperficiais relativamente baixas.

Breve Descrição da Invenção

Um aspecto da invenção consiste em um método para fabricaçãode um artigo reforçado com fibra. O método inclui as etapas de proporcionaruma estrutura de fibra de esteira que definem espaços vazios na mesma. Umaestrutura de membrana é aplicada ao longo de pelo menos uma porção daestrutura de fibra de esteira. A estrutura de membrana inclui uma membranamicroporosa. A membrana microporosa da estrutura de membrana tem pelomenos uma classificação de resistência a óleo com pelo menos um número 8determinado pelo teste AATCC 118. Proporciona-se uma mistura de resina eendurecedor. A resina é infundida nos espaços vazios da estrutura de fibra deesteira aplicando-se um vácuo na estrutura de fibra de esteira e na estrutura demembrana em que a estrutura de membrana inibe o fluxo de resina atravésdesta.

Outro aspecto da invenção consiste em um método parafabricação de um artigo reforçado com fibra. O método inclui as etapas deproporcionar a estrutura de fibra de esteira que define espaços vazios namesma. Uma estrutura de membrana é aplicada ao longo da estrutura de fibrade esteira. A estrutura de membrana tem uma classificação de resistência aóleo de pelo menos um número 8 determinado pelo teste AATCC 118 e umapermeabilidade ao ar de pelo menos 0,005 CFM por pé quadrado a 125pascais, conforme determinado pelo teste ASTM D737. Proporciona-se umamistura de resina e endurecedor. A resina é infundida nos espaços vazios daestrutura de fibra de esteira aplicando-se um vácuo na estrutura de fibra deesteira e na estrutura de membrana em que a estrutura de membrana inibe ofluxo de resina através desta.

Outro aspecto da invenção consiste em uma estrutura demembrana para uso em uma operação de moldagem de transferência em queuma mistura de resina e endurecedor é usada. A estrutura de membrana incluiuma membrana microporosa. Um tecido poroso é laminado na membranamicroporosa. Um material de tratamento é aplicado pelo menos na membranamicroporosa. A membrana microporosa tem uma resistência a óleo de pelomenos um número 8 determinado pelo teste AATCC e que tem umapermeabilidade ao ar de pelo menos 0,005 CFM por pé quadrado determinadapelo teste ASTM D737.

Breve Descrição Das Figuras

Estes e outros recursos, aspectos e vantagens da invenção serãoentendidos quando a seguinte descrição detalhada é lida com referência aosdesenhos em anexo, em que:

A Figura 1 é uma vista em perspectiva que ilustra um artigocompósito feito com reforço de fibra, de acordo com um aspecto dainvenção;

A Figura 2 é uma vista em perspectiva explodida que ilustra afabricação de uma porção do artigo compósito mostrado na Figura 1, de acordocom um aspecto;

A Figura 3 é uma vista em corte transversal ampliada de umaestrutura de membrana ilustrada nas Figuras 2 usada na fabricação de pelomenos uma porção do artigo compósito, de acordo com um aspecto;

A Figura 4 é uma vista similar à Figura 3 que ilustra uma estruturade membrana, de acordo com outro aspecto da invenção;

A Figura 5 é uma vista similar à Figura 3 que ilustra uma estruturade membrana, de acordo com outro aspecto da invenção; e

A Figura 6 é uma vista similar à Figura 3 que ilustra uma estruturade membrana, ainda de acordo com outro aspecto da invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

Um método para fabricação de um artigo compósito feito comuma matriz de resina reforçada com fibra que utiliza uma estrutura demembrana microporosa oleofóbica nova e aprimorada é descrita em detalhesabaixo. A estrutura de membrana microporosa oleofóbica nova eaprimorada resiste, até uma extensão que é até agora desconhecida, aovazamento, "molhagem" ou à passagem de resina com tensões superficiaisrelativamente baixas, enquanto permite que o gás passe através damesma. A estrutura de membrana permite que um vácuo seja aplicado demaneira relativamente uniforme em todo o artigo compósito ou porçõesselecionadas desejadas do artigo compósito durante um processo demoldagem. A estrutura de membrana também permite o uso de resina emcondições de operação, de modo que a resina tenha tensões superficiaisrelativamente baixas. A estrutura de membrana facilita adicionalmente umfluxo controlado de resina e reduz os defeitos no artigo que podem resultardo fluxo de resina não uniforme. O tempo de ciclo de produção junto com otempo de trabalho é reduzido junto com uma redução no custo de materiaisconsumíveis por processo. O uso da estrutura de membrana microporosaoleofóbica nova e aprimorada proporciona, por exemplo, qualidadeaprimorada da parte acabada, conteúdo de espaço vazio inferior,retrabalho manual reduzido e razões de fibra para resina otimizadas.

Os artigos compósitos feitos a partir de uma matriz de resinareforçada com fibra podem incluir, por meio de um exemplo não limitativo,um artigo 20, tal como uma nacela ou alojamento reforçado com carbonopara um motor a jato de aeronave 22, conforme ilustrado na Figura 1. Oartigo 20 ou nacela é posicionado ao redor do motor a jato 22. Devido asua proximidade com o motor a jato 22, pelo menos as porções do artigo20 ou nacela podem ser expostas a temperaturas elevadas (por exemplo,180°C) por períodos prolongados, como durante a operação do motor ajato. Embora um motor a jato nacela seja apresentado e descrito, o artigo20 pode incluir, sem limitação, lâminas de motor a jato, nacelas de motor ajato, cascos de navio, corpos e componentes de carro, lâminas de turbinade vento, estruturas de aeronave, tais como, asas, partes de asa, domosde radar, componentes de fuselagem, cones de nariz, cursos de flape, tremde pouso e anteparo posterior

A aplicação para o artigo 20 pode requerer resistênciarelativamente alta ao longo do tempo exposto a temperaturas elevadas ou pesorelativamente baixo em que uma fibra técnica é usada, tal como, fibra de vidro,carbono, aramida, cerâmica, híbrida, e similares ou misturas destas. O artigo20 pode ser fabricado com um processo de moldagem auxiliado por vácuoquando a tolerância relativamente alta é requerida, o baixo conteúdo de espaçovazio e alto conteúdo de fibra de reforço é desejado. Os processos demoldagem auxiliados por vácuo geralmente aplicam uma resina ou mistura deresina e endurecedor, em uma temperatura relativamente elevada, de modoque sua tensão superficial seja relativamente baixa.

O artigo 20, de acordo com um aspecto da invenção, é feito deuma estrutura de matriz de resina reforçada com fibra de carbono. Aestrutura reforçada com fibra de carbono do artigo 20 pode ser feita a partirde uma ou mais camadas de material reforçado com fibra de carbono. Oartigo 20 é fabricado infundindo-se resina, com ou sem endurecedor, naestrutura reforçada com fibra de carbono com vácuo. A resina é introduzidana estrutura de reforço de fibra de carbono em uma temperaturarelativamente alta, d e modo que a resina tenha uma tensão superficialrelativamente baixa.

O artigo 20 pode ser feito de um par de partes. As partes doartigo 20 são feitas separadamente. As partes do artigo 20, então, sãoconectadas entre si através de meios adequados para formarem o artigoacabado 20, conforme ilustrado na Figura 1.

Referindo-se à Figura 2, cada parte do artigo 20 pode incluir umnúcleo 40. O núcleo 40 inclui tipicamente uma pluralidade de sulcos parafacilitar o fluxo de resina através do núcleo e o restante do artigo 20 durante afabricação. O núcleo 40 pode ser feito de qualquer material adequado, talcomo, espuma polimérica, colméia de madeira e/ou metal. Os exemplos deespumas poliméricas adequadas incluem, porém, não se limitam a, espumasde PVC, espumas de poliolefina, espumas de epóxi, espumas de poliuretano,espumas de poliisocianurato, e misturas destas.

O artigo 20 também inclui pelo menos uma camada de materialde reforço estrutural 42 situado adjacente ao núcleo 40. Cada camada domaterial de reforço estrutural 42 é formada a partir de uma esteira de fibras dereforço. De maneira típica, a esteira é uma esteira tecida de fibras de reforçoou uma esteira não tecida de fibras de reforço orientadas de maneiradirecional. A esteira de fibras de reforço possui espaços vazios em todo omaterial de reforço estrutural 42 que são completamente preenchidos comresina. Os exemplos de fibras de reforço adequadas incluem, porém, não selimitam a, fibras de vidro, fibras de grafite, fibras de carbono, fibras poliméricas,fibras de cerâmica, fibras de aramida, fibras de kenaf, fibras de juta, fibras delinho, fibras de cânhamo, fibras celulósicas, fibras de sisal, fibras de coco efibras híbridas, e similares ou misturas destas.

Durante a fabricação, uma resina, que também pode ser umamistura de resina e endurecedor, é infundida no material de reforço estrutural42 do artigo 20 para preencher os espaços vazios na esteira de fibras dereforço e, então, curada. A resina infundida pode ser curada com o calor e/outempo, a fim de proporcionar o artigo 20. A resina infundida pode ser curadacom o calor e/ou tempo, a fim de proporcionar o artigo 20. A resina curadaproporciona integridade e resistência a cada artigo acabado 20. Os exemplosde resinas adequadas incluem, porém, não se limitam a, resinas de éstervinílico, resinas de epóxi, resinas de poliéster, éter de diglicidila de resinas abase de bisfenol-A, e misturas destas. A escolha de uma resina pode dependerdo serviço pretendido do artigo 20, da fibra de reforço usada e do processo defabricação.

Uma mistura de resina e endurecedor particularmenteadequada é comercialmente disponível sob o nome comercial RTM-6 juntoà Hexcel Corporation. A resina é um material monocomponente que temum reticulador ou endurecedor misturado com a resina. Um exemplo de umreticulador adequado é uma mistura de aminas cicloalifáticas. Quandocurada, a resina exibe uma rede estrutural tridimensional com propriedadesestáveis em temperatura relativamente alta a qual a mesma pode serexposta.

A mistura de resina e endurecedor que tem uma tensãosuperficial relativamente baixa em temperatura elevada é tipicamente infundidana esteira de fibra de reforço, conforme ilustrado no gráfico abaixo. Porexemplo, se aplicada a 100°C, a tensão superficial da mistura de resina eendurecedor fica na faixa de cerca de 21 a 22 dinas/cm. A 80°C, a tensãosuperficial da mistura de resina e endurecedor fica na faixa de cerca de 23 a 24dinas/cm. Aproximando-se de 180°C, a tensão superficial estimada da misturade resina e endurecedor tem cerca de 13 dinas/cm. A mistura de resina eendurecedor com esta tensão superficial relativamente baixa pode vazar ou"molhar", através das estruturas de membrana conhecidas até agora que foramusadas nos processos de moldagem de transferência de resina auxiliada porvácuo.

Tensão Superficial de Mistura de Resina/Endurecedor vs. Temperatura

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Temperatura (0C)

Durante a fabricação do artigo 20, o material de reforço estrutural42 é disposto em relação ao núcleo 40, se qualquer um for usado e, então,posicionado em um molde 60. Um material de liberação 80 é aplicado àsuperfície exposta ou externa do material de reforço estrutural 42 do artigo 20.O material de liberação 80 se encontra sob a forma de uma película deliberação e camada de descolamento. Uma estrutura de membrana oumontagem de membrana oleofóbica e permeável a gás 82, então, é aplicadaao longo do material de liberação 80 e do artigo 20 para facilitar o processo deinfusão de resina.

Um material de transporte aéreo 84 pode ser posicionado aolongo da estrutura ou montagem de membrana 82 para auxiliar adicionalmentena desgaseificação da peça de trabalho ao permitir que o gás deslocadodurante a infusão de resina escape nos espaços vazios do material de reforçoestrutural 42. O material de transporte aéreo 84 pode ser formado de qualquermaterial de malha ou tecido, por exemplo, uma malha de polietileno.

Uma película de ensaque a vácuo impermeável a gás ou filme avácuo 86 formado a partir de um material adequado, por exemplo, umapoliamida, é posicionado ao longo do material de transporte aéreo 84. Umaconexão de vácuo 100 se estende através de uma borda lateral da película deensaque a vácuo 86. Uma vedação 102 se estende ao redor da periferia domolde 60 entre o molde e a película de ensaque a vácuo 86 para evitar ovazamento de gás e resina. A vedação 102 se encontra em conexão fluida coma conexão de vácuo 100.

Uma conexão de entrada de infusão de resina 104 se estendeatravés de uma porção central da película de ensaque a vácuo 86. A conexãode infusão de resina 104 se encontra em conexão fluida com um tubo dealimentação de resina 106 que passa basicamente pela extensão do molde 60.O tubo de alimentação de resina 106 é posicionado adjacente ao artigo 20.

A resina é introduzida na conexão de infusão de resina 104, notubo de alimentação de resina 106 e nos materiais reforço estruturais 42,enquanto um vácuo é estabelecido através da conexão de vácuo 100. O vácuofacilita o fluxo de resina e infunde a resina nos espaços vazios no material dereforço estrutural 42. A montagem de membrana 82 evita que a resina flua paralonge dos materiais reforço estruturais 42, enquanto permite que o gásdeslocado pela resina infundida escape até a conexão de vácuo 100. Ofornecimento de resina e vácuo para o artigo 20 é interrompido: A resina,então, é curada. A conexão de entrada de resina 104 e o tubo de alimentação106, o material de transporte aéreo 84, a película de ensaque a vácuo 86, amontagem de membrana 82 e o material de liberação 80 são removidos doartigo 20. O artigo 20, então, pode ser removido do molde 60 e permitido acurar adicionalmente, ser usado, acabado ou montado com outroscomponentes.

Em um aspecto da invenção, a montagem de membrana 82 (Figura3) inclui uma membrana microporosa 120 laminada de maneira térmica ouadesiva a um material de forro de tecido poroso 122. A montagem demembrana 82 tem uma lateral de membrana 124 e uma lateral de forro detecido 126.

A membrana 120 é, de preferência, uma membrana poliméricamicroporosa que permite o fluxo de gases, tal como, ar ou vapor de água,dentro ou através da membrana e é hidrofóbica. A membrana 120 é formada apartir de qualquer material adequado, por exemplo, politetrafluoro etileno,poliolefina, poliamida, poliéster, polissulfona, poliéter, polímeros acrílicos emetacrílicos, poliestireno, poliuretano, polipropileno, polietileno, polifenilenosulfona, e misturas destes. Uma membrana polimérica microporosa preferidapara uso como a membrana 120 consiste em um politetrafluoro etilenoexpandido (ePTFE) que foi pelo menos parcialmente sinterizado.

Uma membrana de ePTFE compreende tipicamente umapluralidade de nós interconectados por fibrilas que formam um tipo de retículáde estrutura microporosa, conforme é conhecido. A membrana 120 tem umtamanho de poro médio de cerca de 0,01 micrômetro (μ) a cerca de 10μ. Assuperfícies dos nós e fibrilas definem inúmeros poros de interconexão que seestendem completamente através da membrana 120 entre as principaissuperfícies laterais opostas da membrana em uma trajetória tortuosa.

Tipicamente, a porosidade (isto é, a porcentagem de espaço aberto no volumeda membrana 120) da membrana 120 fica entre cerca de 50% e cerca de 98%.O material, tamanho de poro médio e energia superficial da membrana 120ajudam a estabelecer a capacidade oleofóbica da membrana.

A membrana 120, de preferência, é feita através da extrusão deuma mistura de partículas de pó fino de politetrafluoro etileno (PTFE)(disponível junto à DuPont sob o nome resina em pó fino TEFLON®) elubrificante. O extrudado é, então, calandrado. O extrudado calandrado é,então, "expandido" ou estendido em pelo menos uma direção e, de preferência,duas direções ortogonais, para forma r as fibrilas que conectam os nós em umamatriz tridimensional ou tipo de retícula de estrutura. "Expandido" tem intençãode significar suficientemente estendido além do limite elástico do material paraintroduzir o conjunto permanente ou alongamento nas fibrilas. A membrana120, então, é preferencialmente aquecida ou "sinterizada" para reduzir eminimizar a tensão residual no material de membrana. Entretanto, a membrana120 pode ser não sinterizada ou parcialmente sinterizada conforme adequadoao uso contemplado da membrana. Um exemplo de propriedades demembrana 120 adequado inclui um peso de unidade de cerca de 14 g/m2 (0,42onças por jarda quadrada), uma permeabilidade ao ar de cerca de 1,5 CFM,uma pressão Mullen Water Entry de cerca de 15 PSI e uma taxa detransmissão de vapor de umidade (MVTR) de cerca de 60.000 gramas pormetro quadrado por dia (g/m2/dia).

Sabe-se que a membrana de ePTFE porosa 120, embora tenhaexcelentes propriedades hidrofóbicas, é oleofílica. Ou seja, o material queconstitui a membrana 120 é suscetível a não resistir aos agentes de teste, talcomo, a mistura de resina e endurecedor em temperatura relativamenteelevada, de modo que a mesma tenha uma tensão superficial relativamentebaixa, tal como 24 dinas/cm ou menos.

Outros materiais e métodos podem ser usados para formar umamembrana adequada 120 que tem uma estrutura de poro aberto. Por exemplo,outros materiais adequados que podem ser usados para formar umamembrana porosa incluem, porém, não se limitam a, poliolefina, poliamida,poliéster, polissulfona, polissulfona, polímeros acrílicos e metacrílicos,poliestireno, poliuretano, polipropileno, polietileno, polímero celulósico ecombinações destes. Outros métodos adequados para produzir umamembrana microporosa 120 incluem formação de espuma, raspagem, fundiçãoou assentamento de fibras ou nanofibras de quaisquer dos materiaisadequados.

De acordo com um aspecto da invenção, pelo menos amembrana 120 da montagem de membrana 82 é tratada com um material defluoropolímero oleofóbico, de tal modo que resulta em propriedades oleofóbicasaprimoradas sem comprometer sua permeabilidade a gás. De acordo com umaspecto não limitativo, toda a montagem de membrana 82 é preferencialmentetratada com o material de fluoropolímero oleofóbico. O revestimento defluoropolímero oleofóbico adere aos nós e fibrilas que definem os poros namembrana 120 e nas superfícies dos poros no material de forro de tecido 122.

As propriedades oleofóbicas substancialmente aprimoradaspelo menos da membrana microporosa 120 podem ser realizadas se assuperfícies que definem os poros na membrana 120 forem tratados com omaterial de fluoropolímero oleofóbico. O tratamento pode ser aplicado àmembrana 120, ao material de forro 122 ou à montagem de membrana 82em qualquer meio adequado, tal como aquele apresentado e descrito napatente U.S. número 6.228.477 ou na publicação de pedido de patenteU.S. 2004/0059717. A propriedade oleofóbica a umentada da membrana120, do material de forro 122 ou da montagem de membrana 82 éimportante como misturas de resinas e endurecedor que são usadas quetêm tensões superficiais relativamente baixas.

O termo "oleofóbico" é usado para descrever uma propriedade dematerial que é resistente à molhagem por materiais de teste de líquido, talcomo a resina. Uma "propriedade oleofóbica" ou "capacidade oleofóbica" damontagem de membrana 82 é tipicamente classificada em uma escala de 1 a8, de acordo com o teste AATCC 118. Este teste avalia de maneira objetivauma resistência da amostra de teste à molhagem através de diversos líquidosde teste padronizados que têm diferentes tensões superficiais. Oito líquidos deteste padrão, identificados como #1 a #8, são usados no teste. O líquido deteste #1 consiste em óleo mineral (tensão superficial: 31,5 dinas/cm a 25°C) e olíquido de teste #8 consiste em heptano (tensão superficial: 19,61 dinas/cm a25°C). De acordo com o método de teste, cinco gotas de cada líquido de testesão colocadas em uma lateral da montagem de membrana 82 a ser testada.

Ocorre falha quando o vazamento ou molhagem da montagem de membrana82 por um líquido de teste selecionado ocorre em 30 segundos.

A classificação de número oleofóbico da montagem de membrana82 corresponde ao último líquido de teste testado de maneira bem sucedida.Quanto mais alta a classificação de número oleofóbico, maior a propriedadeoleofóbica ou a capacidade oleofóbica, conforme evidenciado pela resistência àpenetração através dos líquidos de teste com tensão superficial relativamenteinferior. Descobriu-se que tanto a lateral de membrana 124 como a lateral detecido 126 da montagem de membrana 82 eram capazes de passar por umteste através do hexano que tem uma tensão superficial relativamente maisbaixa que o heptano. Consulte a tabela abaixo para a relação de tensãosuperficial e temperatura de agentes de teste.

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Portanto, um novo número de classificação não padrão "8+" foiadotado para indicar que a amostra testada resistiu à penetração de hexanosob condições de teste padrão. Deste modo, o termo "preferencialmente pelomenos uma classificação de número 8" significa que um número 8 padrão oumaior, tal como, 8+, é obtido pela amostra testada. Isto é um aprimoramentosignificativo sobre as montagens de membrana conhecidas usadas nosprocessos de moldagem auxiliados por vácuo.

Os laminados de amostra sob a forma de montagens demembrana 82 foram tratados de acordo com um aspecto da invenção. Aspropriedades que resultaram do tratamento são relatadas na tabela abaixo.

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Algumas membranas 120 são relativamente delgadas e frágeis. Omaterial de forro de tecido 122 é incluído na montagem de membrana 82 paraproporcionar suporte para a membrana 120. O material de forro 122 pode teroutras funções alternativas que incluem, por exemplo, restringir ou evitar ofluxo de partículas iguais e/ou diferentes e fluidos, como a membrana 120 e/ouproteger a membrana 120 ou outras camadas na montagem de membrana 82contra dano a partir do manuseio.

O material de forro de tecido 122 pode ser formado de fibraspoliméricas tecidas ou não tecidas, por exemplo, fibras de poliéster, fibras denáilon, fibras de polietileno e misturas destas. O material de forro 122 étipicamente feito a partir de um tecido poroso, não tecido ou tela de materialpolimérico. Muitas vezes o material de forro 122 é feito usando um materialfibroso, entretanto, outros materiais porosos também podem ser usados. Otamanho de poro médio do material de forro 122 geralmente é maior que otamanho de poro médio da membrana 120, embora isto não seja necessárioem algumas aplicações. Deste modo, em algumas aplicações, o material deforro 122 atua para filtrar pelo menos parcialmente o fluido que flui para dentroou através do artigo laminado. Tipicamente, o tamanho de poro médio dotecido de suporte é de cerca de 500 μιτι (mícron) ou menos e, muitas vezes,pelo menos cerca de 0,5 pm. A porosidade do tecido de suporte muitas vezesfica na faixa de cerca de 20% a quase 90%.

Os materiais poliméricos adequados ao material de forro poroso122 incluem, por exemplo, plásticos estendidos ou sinterizados, tais como,poliésteres, polipropileno, polietileno e poliamidas (por exemplo, náilon). Estesmateriais muitas vezes são disponíveis em diversos pesos que incluem, porexemplo, cerca de 17 g/m2 (0,5 oz/yd2, cerca de 34 g/m2 (1 oz/yd2) e cerca de68 g/m2 (2 oz/yd2). O material tecido, tal como, 70 denier de acabamento detafetá puro de tecido de náilon também pode ser usado. Outro tecido adequadoconsiste em um produto têxtil não tecido, tal como um meio não tecidobicomponente horizontalmente unido de copoliéster de 61 g/m2 (1,8 oz/yd2).

A montagem de membrana 82 é permeável a gás e oleofóbica.Ou seja, a montagem de membrana 82 permite a passagem de gases atravésda mesma. A adição do tratamento oleofóbico aumenta a resistência damontagem de membrana 82 a ser molhada pela resina, óleo ou substanciasoleosas. A montagem de membrana 82 tem uma resistência ao óleo ouclassificação de resistência de pelo menos um número 8, conformedeterminado pelo teste AATCC 118. A montagem de membrana 82 tambémtem uma permeabilidade ao ar de pelo menos 0,01 CFM/pés2 a 125 Pascaispor pé quadrado da membrana medida pelo teste ASTM D737.

A montagem de membrana resultante 82, de acordo com oaspecto ilustrado na Figura 3, tem uma lateral de membrana 124 e uma lateralde tecido 126. A montagem de membrana 82 é hidrofóbica tanto na lateral demembrana 124 como na lateral de tecido 126. Ou seja, a montagem demembrana 82 evita ou resiste à passagem de líquidos, tal como água, atravésdo artigo laminado. A montagem de membrana 82 é permeável a gás etransmissora de vapor de umidade. Ou seja, a montagem de membrana 82permite a passagem de gases, tal como, ar, dióxido de carbono e vapor deágua através da mesma.

Um tratamento oleofóbico é aplicado em toda a montagem demembrana 82 a partir de um solvente inorgânico, de acordo com um aspectoda invenção, para proporcionar a capacidade oleofóbica aprimorada para todaa montagem de membrana. A adição do tratamento oleofóbico aumenta aresistência da montagem de membrana 82 à passagem da resina a partir dalateral de membrana 124 ou da lateral de tecido 126. Entretanto, será aparenteque apenas a membrana 120 pode ser tratada para aumentar sua capacidadeoleofóbica.

O material de forro 122 e a membrana 120 são laminados emconjunto. A laminação do material de forro 122 e da membrana 120 pode serrealizada por uma variedade de métodos, tal como, a laminação térmica oulaminação adesiva. A Figura 3 ilustra um aspecto de uma montagem demembrana 82 na qual o material de forro 122 e a membrana 120 são aderidospor laminação térmica. A membrana 120 é, de preferência, uma membrana depolitetrafluoro etileno (ePTFE) microporosa expandida disponível junto à BHAGroup, Inc. como número de peça QM902. O material de forro de tecido 122 é,de preferencia, uma camada porosa de material de fiação contínua, disponíveljunto à Freudenberg como número de peça Novatexx 2425. A membrana 120 eo material de forro de tecido 122 são laminados em conjunto. A montagem demembrana laminada 82 é, então, tratada para aumentar as propriedadesoleofóbicas, de acordo com um aspecto.

Descobriu-se que um fluido inorgânico sob condiçõessupercríticas pode dissolver o material de tratamento de polímero fluoradopreferido. A solução resultante é capaz de molhar a montagem de membrana82 e entrar nos poros na membrana microporos a 120 com o material detratamento de polímero fluorado dissolvido. A solução com o material detratamento de polímero fluorado dissolvido tem uma tensão superficial,viscosidade e ângulo de contato relativo que permitem que o material detratamento dissolvido seja facilmente transportado para dentro dos menoresporos da membrana 120 e do material de forro 122 com o solvente inorgânico.

O solvente inorgânico é, de preferência, dióxido de carbono emuma fase supercrítica. A tensão superficial da solução dióxido de carbono(SCCO2) supercrítica é menor que 1 dina/cm e, mais preferencialmente, menorque 0,1 dina/cm, de modo que a mesma possa entrar em áreas muitopequenas da montagem de membrana 82 a ser tratada, tais como, os pores damembrana 120. O dióxido de carbono supercrítico também tem umaviscosidade menor que cerca de 0,1 centipoise. A viscosidade e a tensãosuperficial da solução são extremamente baixas, de modo que muito poucaresistência ao fluxo seja encontrada, deste modo, concedendo a si mesma apossibilidade de entrar mesmo nos menores poros da membrana 120. Otratamento eficaz é possível mesmo se a montagem de membrana 82 seencontrar em um estado confinado, tal como em um rolo firmemente enroladode material laminar.

O material de tratamento de polímero fluorado ou fluoropolímero édepositado na e ao redor das superfícies dos nós e fibrilas que definem osporos de interconexão que se estende através da membrana 120 e poros domaterial de forro 122. Isto resulta em um revestimento relativamente delgado euniforme que é virtualmente aplicado em todas as superfícies da montagem demembrana 82. Uma vez que a quantidade adequada predeterminada dematerial de tratamento de polímero fluorado é depositada na montagem demembrana 82, os poros não são drasticamente reduzidos na área de fluxo apartir de um artigo laminado não tratado. As propriedades oleofóbicasaprimoradas são realizadas tanto na lateral de membrana 124 como na lateralde tecido 126 da montagem de membrana 82.

Os exemplos de materiais de tratamento de polímero fluoradoincluem aqueles que têm uma porção fluoroalquila ou, de preferência, umaporção perfluoroalquila. Tal material de tratamento de polímero fluoradoconsiste em um copolímero acrílico perfluoroalquila referido como Fabati 100 efoi projetado e sintetizado por Micell Technologies, Inc. O Fabati 100 foisintetizado em MIBK (metil isobutil cetona) que utiliza TAN (1,1,2,2,-tetraidroperfluorooctil acrilato); acrilato de butila; um agente de reticulação TMI(isopropenil-a,a-dimetilbenzil isocianato); iniciador Vazo 52 (2,4-dimetil-2,2'-azobispentanonitrila). O material de tratamento Fabati 100 é reticulado atravésde uma cura de pós-tratamento com calor. Outro copolímero acrílicoperfluoroalquila adequado é o Fabati 200. O Fabati 200 é similar ao Fabati 100,porém, não tem o agente de reticulação (TMI) e HBA (4-hidroxibutil acrilato) éusado, em vez do acrilato de butila. Deste modo, o material de tratamentoFabati 200 não requer aquecimento de pós-tratamento.Uma variedade de solventes inorgânicos pode ser usada nasolução que contém o material de tratamento de polímero fluorado oleofóbico.O termo "solvente inorgânico" refere-se a solventes não aquosos ecombinações de solventes não aquosos e, em particular, a solventes quecompreendem compostos inorgânicos. Os solventes inorgânicos adequadosincluem, por exemplo, dióxido de carbono (C02), amônia (NH3)1 uréia[(NH2)2CO], ácidos inorgânicos, tais como, ácido clorídrico, ácido sulfúrico,tetracloreto de carbono e tetrafluoreto de carbono e óxidos de carbono, taiscomo, dióxido de carbono (CO2)1 monóxido de carbono (CO), carbonato depotássio e bicarbonato de sódio. Uma escolha de solvente ou solventes podeser afetada por uma variedade de fatores que incluem a solubilidade domaterial de tratamento no solvente, peso molecular do solvente e polaridade dosolvente. Nos aspectos preferidos da invenção, o material de tratamento écompletamente dissolvido no solvente inorgânico. Em outros aspectos dainvenção, o material de tratamento não é totalmente dissolvida no solventeinorgânico.

A quantidade de material de tratamento de polímero fluorado nasolução pode variar em uma ampla faixa. Tipicamente, a quantidade dematerial de tratamento de polímero fluorado na solução afeta a capacidadeoleofóbica resultante da montagem de membrana 82. Tipicamente, aquantidade de material de tratamento de polímero fluorado ou fluoropolímero,na solução é de cerca de 25%, em peso, ou menos e, de preferência, cerca de10%, em peso, ou menos. Para muitas aplicações, em que a montagem demembrana 82 é usada, a quantidade de material de tratamento defluoropolímero no solvente inorgânico varia de cerca de 0,8%, em peso, a cercade 10,0%, em peso e, de preferência, de cerca de 2,0%, em peso, a cerca de5,0%, em peso.

De acordo com um aspecto da invenção, o material de forro 122 ea 120 da montagem de membrana 82 são tratados em conjunto subsequentesà laminação do material de forro 122 e da membrana 120. Tipicamente,durante o tratamento, a solução de polímero fluorado molha e, de preferência,satura o material de forro 122 e a membrana 120 da montagem de membrana82. O uso de um solvente inorgânico facilita a distribuição relativamenteuniforme do material de tratamento de polímero fluorado por todo o material deforro 122 e a membrana 120 do artigo laminado. O solvente inorgânico é,então, removido. O material de tratamento de polímero fluorado se liga aomaterial de forro 122 e a membrana 120 e aumenta a capacidade oleofóbicaem ambas as laterais 124, 126 da montagem de membrana 82.

De maneira opcional, a montagem de membrana tratada 82,então, pode ser "curada" por aquecimento. O processo de "cura" aumenta acapacidade oleofóbica ao permitir a reorganização do fluoropolímero em umaorientação oleofóbica. A temperatura de cura varia entre os fluoropolímeros.

A montagem de membrana 82 tem uma taxa de transmissão devapor de umidade relativamente alta (MVTR) e permeabilidade ao ar, enquantosuas propriedades oleofóbicas são aperfeiçoadas pelo material de tratamento.Ambas as laterais 124, 126 da montagem de membrana 82 têm umaclassificação de resistência ao óleo pelo menos com uma classificação denúmero 8, conforme determinado pelo teste AATCC 118 e, de preferência, umaclassificação de número 8+. A montagem de membrana 82 tem, de preferência,uma taxa de transmissão de vapor de umidade (MVTR) pelo menos de 1500g/m2/dia e, mais preferencialmente, pelo menos 15.000 g/m2/dia medida peloteste JISL-1099B2. A montagem de membrana 82 tem, de preferência, umapermeabilidade ao ar de pelo menos 0,005 CFM por pé quadrado demembrana, de preferência, pelo menos 0,01 CFM por pé quadrado demembrana e, mais preferencialmente, pelo menos 0,05 CFM por pé quadradode membrana medida pelo teste ASTM D737.As propriedades oleofóbicas aprimoradas da montagem demembrana 82 são realizadas, de acordo com um aspecto da invenção, aotratando-se as superfícies que definem os poros na membrana 120 e nomaterial de forro 122 assim como as superfícies da lateral de membrana 124 eda lateral de tecido 126 da montagem de membrana 82 com um material detratamento de polímero fluorado ou fluoropolímero. A montagem de membrana82, de acordo com um aspecto da invenção, tem o revestimento de material detratamento uniforme dos menores poros da membrana 120 do artigo laminado.O material de tratamento aplicado modifica as propriedades de toda amontagem de membrana 82, tal como, a capacidade oleofóbica.

Um aspecto alternativo da invenção é usar duas ou maismontagens de membrana 82 fisicamente revestidas em conjunto em vez de serlaminadas em conjunto. No teste, uma estrutura de membrana de amostrainclui três montagens de membrana 82 revestidas em conjunto. A estrutura demembrana resultante resistiu ao vazamento e molhagem com a mistura deresina e endurecedor RTM-6 até a temperatura da mistura de resina eendurecedor atingir 180°C. A tensão superficial a 180°C para a mistura deresina e endurecedor RTM-6 é de cerca de 13 dinas/cm. Nos termos de testede AATCC 118, a montagem de membrana 82 tem uma classificação deresistência de pelo menos um número 8 e ainda um número 8+. Apermeabilidade ao ar desta estrutura de membrana era 0,1 CFM a 125 pascalpor pé quadrado de membrana medida pelo teste ASTM D737.

Uma montagem de membrana 82a, de acordo com outro aspectoda invenção ilustrado na Figura 4, inclui duas montagens de membrana 82,conforme ilustrado na Figura 3 laminadas em conjunto e, então, submetidas aotratamento oleofóbico. A montagem de membrana 82a tem uma lateral demembrana 124 e uma lateral de tecido 126. A montagem de membrana 82a éhidrofóbica tanto na lateral de membrana 124 como na lateral de tecido 126.Ou seja, a montagem de membrana 8 2a evita ou resiste à passagem delíquidos, tal como, água através do artigo laminado. A montagem de membrana82a é permeável a gás e transmissora de vapor de umidade. Ou seja, amontagem de membrana 82a permite a passagem de gases, tal como ar,dióxido de carbono e vapor de água através desta.

A montagem de membrana 82a é oleofóbica. A adição dotratamento oleofóbico aumenta a resistência da montagem de membrana 82aao vazamento ou ser molhada pela resina líquida, óleo ou substancias oleosas.A montagem de membrana 82a tem uma resistência ao óleo ou classificaçãode resistência pelo menos de um número 8, conforme determinado pelo testeAATCC 118 e, de preferência, pelo menos uma classificação de número 8+. Amontagem de membrana 82a também tem uma permeabilidade ao ar de pelomenos 0,01 CFM/pé2 a 125 pascal, conforme determinado pelo teste ASTMD737.

A montagem de membrana 82b, de acordo com outro aspectoilustrado na Figura 5, inclui duas montagens de membrana lamina das emconjunto. A montagem de membrana 82b é similar à montagem de membrana82a. Entretanto, as membranas 140 usaram um tratamento oleofóbico aplicadode maneira diferente das membranas 120. As membranas 140 são tratadaspelo método descrito na patente U.S. número 6.288.477. As membranastratadas 140 são, então, laminadas no material de forro de tecido não tratadopara formar a montagem de membrana 82b. A montagem de membrana 82btem uma lateral de membrana 144 e uma lateral de tecido 126. A montagem demembrana 82b é hidrofóbica tanto na lateral de membrana 144 como na lateralde tecido 126. Ou seja, a montagem de membrana 82b evita ou resiste àpassagem de líquidos, tal como, água, através do artigo laminado. A montagemde membrana 82b é permeável a gás e transmissora de vapor de umidade. Ouseja, a montagem de membrana 82b permite a passagem de gases, tal como,ar, dióxido de carbono e vapor de água através da mesma.

A montagem de membrana 82b é oleofóbica. A adição dotratamento oleofóbico aumenta a resistência da montagem de membrana 82bao vazamento ou através de resina, óleo ou substâncias oleosas. A montagemde membrana 82b tem uma resistência ao óleo ou classificação de resistênciapelo menos de um número 8, conforme determinado pelo teste AATCC 118 e,de preferência, pelo menos uma classificação de número 8+. A montagem demembrana 82b também tem uma permeabilidade ao ar de pelo menos 0,01CFM/pé2 a 125 Pascal por pé quadrado de membrana medida pelo teste ASTMD12Í7.

A montagem de membrana 82c, de acordo com ainda outroaspecto ilustrado na Figura 6, inclui duas membranas 120 e 160 laminadas nomaterial de forro 122. As membranas 120 e 160 podem ser laminadas emconjunto ou integralmente formadas como uma peça durante a fabricação. Asmembranas 120, 160 podem ser idênticas ou ter espessuras diferentes,tamanhos de poro, espaços vazios ou outras propriedades. Cada uma,nenhuma ou ambas as membranas 120, 160 podem ser tratadas paraaumentar suas propriedades oleofóbicas. As membranas 120, 160 sãolaminadas no material de forro de tecido 122. A montagem de membrana 82cpode ser tratada para aumentar a capacidade oleofóbica após a laminação. Asmembranas 120, 160 podem ser situadas em laterais opostas do material deforro de tecido 122.

A montagem de membrana 82c tem uma lateral de membrana164 e uma lateral de tecido 126. A montagem de membrana 82c é hidrofóbicatanto na lateral de membrana 164 como na lateral de tecido 126. Ou seja, amontagem de membrana 82c evita ou resiste à passagem de líquidos, talcomo, água através do artigo laminado. A montagem de membrana 82c épermeável a gás e transmissora de vapor de umidade. Ou seja, a montagem demembrana 82c permite a passagem de gases, tais como, ar, dióxido decarbono e vapor de água através da mesma.

A montagem de membrana 82c tem propriedades oleofóbicasaprimoradas. A adição do tratamento oleofóbico aumenta a resistência damontagem de membrana 82c ao vazamento ou ser molhada através da resina,óleo ou substâncias oleosas. A montagem de membrana 82c tem umaresistência ao óleo ou classificação de resistência de pelo menos número 8,conforme determinado pelo teste AATCC 118 e, de preferência, pelo menosuma classificação de número 8+, de modo que a mesma possa apresenta fluxode resina através da montagem de membrana quando a tensão de superfícieda resina a 25C é menor que 19,61 dinas/cm. A montagem de membrana 82ctambém tem uma permeabilidade ao ar de pelo menos 0,01 CFM/pé2 a 125pascal por pé quadrado de membrana medida pelo teste ASTM D737.

Um aspecto alternativo da invenção consiste em usar duas oumais montagens de membrana 82c fisicamente revestidas em conjunto em vezde ser laminadas em conjunto. No teste, uma estrutura de membrana deamostra incluiu três montagens de membrana 82c revestidas em conjunto. Aestrutura de membrana resultante resistiu ao vazamento e molhagem com amistura de resina e endurecedor RTM-6 até a temperatura da mistura de resinae endurecedor atingir 180°C. A tensão superficial a 180°C para a mistura deresina e endurecedor RTM-6 é de cerca de 13 dinas/cm. Em termos de testeAATCC 118, a montagem de membrana 82 tem uma classificação deresistência de pelo menos um número 8 e ainda um número 8+. Apermeabilidade ao ar desta estrutura de membrana era de 0,1 CFM a 125pascal por pé quadrado de membrana medida pelo teste ASTM D737.

Embora a invenção tenha sido descrita em termos de diversasmodalidades específicas, aqueles versados na técnica irão reconhecer que ainvenção se estende além das modalidades especificamente descritas atéoutras modalidades alternativas e/ou usos dos sistemas, técnicas emodificações óbvias e equivalentes àquelas descritas. Pretende-se que oescopo da invenção descrita não seja limitado pelas modalidades particularesdescritas acima

Claims

1. MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE UM ARTIGOREFORÇADO COM FIBRA (20), o método compreende as etapas de:proporcionar uma estrutura de fibra de esteira (42) que defineespaços vazios na mesma;aplicar uma estrutura de membrana (82) ao longo de pelo menosuma porção da estrutura de fibra (42), a estrutura de membrana inclui umamembrana microporosa (120), em que pelo menos a membrana microporosada estrutura de membrana tem uma classificação de resistência a óleo de pelomenos um número 8 determinado pelo teste AATCC;proporcionar uma mistura de resina e endurecedor; einfundir a resina nos espaços vazios da estrutura de fibra (42)aplicando-se um vácuo na estrutura de fibra e na estrutura de membrana (82),em que a estrutura de membrana inibe o fluxo de resina através da mesma.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que amembrana microporosa (120) da estrutura de membrana (82) inclui pelo menosuma camada feita a partir de politetrafluoro etileno expandido.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que aestrutura de membrana (82) inclui adicionalmente um tratamento oleofóbico e aestrutura de membrana tem uma classificação de resistência a óleo de pelomenos um número 8 determinado pelo teste AATCC.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que amistura de resina e endurecedor inclui éter de diglicidila de bisfenol-A.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que aestrutura de membrana (82) tem uma permeabilidade ao ar de pelo menos 0,005 CFM/pé2, conforme determinado pelo teste ASTM D737.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que aestrutura de membrana (82) compreende uma camada de tecido (122)laminada na membrana microporosa (120).

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que aestrutura de membrana (82) resiste à molhagem através da mistura de resina eendurecedor com uma tensão superficial tão baixa quanto cerca de 13dinas/cm.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, em que aestrutura de membrana (82) inclui pelo menos duas membranas microporosas(120, 140, 160) e pelo menos uma camada de tecido (122).

9. ESTRUTURA DE MEMBRANA PARA USO EM UMAOPERAÇÃO DE MOLDAGEM, na qual uma mistura de resina e endurecedor éusada, a estrutura de membrana que compreende:uma membrana microporosa;um tecido poroso laminado na membrana microporosa; eum material de tratamento aplicado pelo menos na membranamicroporosa, a membrana microporosa tem uma resistência a óleo de pelomenos um número 8 determinado pelo teste AATCC e que tem umapermeabilidade ao ar de pelo menos 0,005 CFM por pé quadrado determinadapelo teste ASTM D737.

10. ESTRUTURA DE MEMBRANA, de acordo com areivindicação 15, em que o material de tratamento compreende umfluoropolímero.