BRPI0909075A2 - Materiais compósitos, métodos para fazer os mesmos e artigo aeroespacial compreendendo material compósito curado - Google Patents

Materiais compósitos, métodos para fazer os mesmos e artigo aeroespacial compreendendo material compósito curado Download PDF

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BRPI0909075A2
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Simmons Martin
Martin Simmons
Leslie Cawse John
John Leslie Cawse
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Hexcel Composites Ltd.
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Abstract

MELHORIA DOS MATERIAIS COMPOSTOS Um material composto, o material composto que compreende um pré-impregnado, disse o pré-impregnado que compreende pelo menos uma resina polimérica e pelo menos um reforço fibroso condutor, partículas eletricamente condutivas dispersas na resina polimérica e uma camada superior de uma fibra de carbono revestida de metal, compreendendo uma resina mais componente, onde o metal compreende um ou mais metais selecionados a partir de níquel, cobre, ouro, platina, paládio, índio e da prata.

Description

“MATERIAIS COMPÓSITOS, MÉTODOS PARA FAZER OS MESMOS E ARTIGO AEROESPACIAL COMPREENDENDO MATERIAL COMPÓSITO CURADO” A presente invenção refere-se a materiais compósitos e, em particular de fibras re- vestidas de materiais compósitos reforçados que apresentam maior condutividade elétrica.
Os materiais compósitos são cada vez mais usados em aplicações estruturais em muitos . campos, devido às suas propriedades mecânicas atraentes e baixo peso em comparação aos metais. Compostos consistem de camadas de materiais para fornecer um material tipo . estruturalmente vantajoso laminado. No entanto, embora a condutividade elétrica seja um dos atributos mais óbvios de metais, materiais compósitos baseados em reforços de fibras (tais como filmes adesivos, revestimentos de filmes, e enrolamento de materiais pré- impregnados, têm geralmente muito baixa condutividade elétrica.
Materiais compósitos convencionais consistem geralmente em uma fase de reforço, geralmente composto por fibras contínuas ou descontínuas, e uma fase de matriz, geral- mente um termofixas ou polímero termoplástico. A maior parte da primeira geração precoce de polímeros de matriz para a fabricação de compostos foi, por natureza, frágil e, portanto, foi necessário desenvolver versões mais temperadas. Os materiais compósitos utilizados em estruturas primárias em aplicações aeroespaciais tendem a ser chamados de segunda ou terceira geração de materiais temperados.
Há uma necessidade particular de materiais compósitos que apresentam condutivi- dade elétrica para diversas aplicações. Estas aplicações incluem o uso de proteção contra descargas atmosféricas, a dissipação eletrostática (ESD), e da interferência eletromagnética (EMI). Existentes materiais compósitos, tais como aqueles baseados em fibras de carbono, têm alguns de condutividade elétrica, que geralmente estão associados com a natureza de grafite dos filamentos de carbono. No entanto, o nível de condutividade elétrica é insuficiente para proteger o material compósito dos efeitos prejudiciais de uma forte descarga elétrica, como um relâmpago.
A segunda geração de compostos temperados representa uma melhoria em relação aos primeiros materiais de primeira geração, devido à incorporação de endurecer as fases dentro do material da matriz. Melhoria da condutividade elétrica é comumente introduzido . 30 destes materiais por diversos meios. Isso inclui a incorporação de metais para a montagem via folhas expandidas, malhas de metal, ou fios entrelaçados. Metais mais utilizados para . esta finalidade incluem alumínio, bronze e cobre. Estes materiais compósitos podem propor- cionar uma melhor condutividade elétrica. No entanto, eles geralmente são pesados e têm uma degradação significativa das propriedades mecânicas e estéticas. Estes compostos são — normalmente encontrados nas primeiras ou segundas telas do material e, portanto, uma superfície global resulta no acabamento pobre muitas vezes.
No caso de uma greve relânpago de compostos de segunda geração, o dano é normalmente restrito à superfície da camada protetora. A energia do raio é geralmente sufi- ciente para vaporizar alguns dos metais e gravar um pequeno buraco na malha ou outra camada protetora. Danos ao composto subjacente podem ser mínimos, sendo restritos para o início de uma ou duas folhas. No entanto, depois de tal ataque seria necessário cortar a zona danificada e fazer uma boa proteção de metal fresco e, se necessário, composto fres- : co. Como já mencionado, os materiais com fibras de carbono possuem alguma condu- . tividade elétrica. No entanto, o caminho de condutividade é apenas no sentido das fibras, com limitada capacidade de dissipação de corrente elétrica em direções ortogonais ao plano doreforço de fibra (direção z). Materiais reforçados de carbono, muitas vezes incluem uma estrutura entrefolha, frequentemente composto por uma camada de resina de algum tipo, que resultam da condutividade inerentemente baixa na direção z, devido às propriedades de isolamento elétrico da entrefolha. O resultado de tal acordo pode levar a efeitos desastrosos quando atingido por um raio que a descarga elétrica pode entrar na entrefolha, volatiizam a resina nele, e causar delaminação em massa e penetração através do material compósito.
Outras partículas condutoras como o carbono negro, polipirrol, nanofibras de car- bono e suas misturas, foram utilizadas sozinhas como aditivos em materiais compósitos, mas não foram mostradas para melhorar a resistência a danos causados por um raio, por exemplo.
A adição de partículas de metal revestida pré-impregnados tipo entrefolhas de- monstrou ser eficaz na redução do nível de danos causados por uma greve relâmpago de um composto, mas os danos para a superfície e camadas inferiores podem ser reduzidos ainda mais.
Chamados de terceira geração os materiais compósitos temperados são baseados na tecnologia entrefolha onde camadas resinosas são alternadas com camadas de fibra re- forçada, e fornecem proteção contra impactos. No entanto, essas camadas de resina agem como isolante elétrico e, portanto, a condutividade elétrica na direção z do material é pobre (ou seja, ortogonais à direção das fibras). Raio que atinge o material compósito pode resul- tar em falha catastrófica do componente, com um buraco a ser perfurado através de uma . 30 telalaminada múltipla. A presente invenção, portanto, visa proporcionar um material compósito que melho- . rou as propriedades de condutividade elétrica em relação às tentativas anteriores, como descrito aqui, e tem pouco ou nenhum peso adicional em comparação com um padrão de material compósito. A presente invenção pretende fornecer um material compósito que me- —lhoroua condutividade elétrica, sem prejuízo do desempenho mecânico do material. A pre- sente invenção pretende fornecer um método de fabricação do material compósito tendo melhores propriedades de condutividade elétrica.
Um outro objetivo é proporcionar uma greve relâmpago de material compósito tole- rantes, que é conveniente para a fabricação, utilização e reparação.
De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção é fornecido um material compósito que compreende: i) um pré-impregnado que compreende pelo menos uma resina polimérica e pelo : menos um reforço fibroso do condutor; ii) partículas eletricamente condutoras dispersas na resina polimérica e . lili) uma camada de fibra de carbono revestida de metal, compreendendo mais um componente de resina, onde o metal compreende um ou mais metais selecionados a partir de níquel, cobre, ouro, platina, paládio, índio e da prata.
De acordo com um segundo aspecto da presente invenção é previsto um método de fazer um material compósito que compreende as etapas; i) proporcionando um pré-impregnado compreendendo pelo menos uma resina po- limérica e pelo menos um reforço fibroso do condutor; ii) dispersando partículas eletricamente condutora na resina polimérica e jji) adicionando uma camada de fibra de carbono revestida de metal, compreenden- do um componente de resina, onde o metal compreende um ou mais metais selecionados a partir de níquel, cobre, ouro, platina, paládio, índio e da prata.
A camada superior pode ser adicionada durante ou após a fabricação de um pré- impregnado e podem ser consolidada no local usando aderência proporcionada pela resina contida no pré-impregnado.
Verificou-se que o uso de partículas condutoras em uma resina polimérica de um pré-impregnado em combinação com uma camada de fibra de carbono revestida de metal, compreendendo um componente de resina, onde o metal compreende um ou mais metais selecionados a partir de níquel, cobre, ouro, platina, o paládio, índio e da prata, como uma dobra superior do pré-impregnado, prevê redução de resistividade da massa, resistividade de superfície e melhorar z-direcional da condutividade elétrica através do material compósi- to. Além disso, verificou-se que as partículas dispersas em conduzir a formulação de resina e, posteriormente, pré-impregnados, resultam em um pré-impregnado tendo substancial- . 30 mente similar a manipulação de características de um pré-impregnado equivalente inaltera- do.
. O uso de uma camada de fibra de carbono revestida de metal, compreendendo um componente de resina, onde o metal compreende um ou mais metais selecionados a partir de níquel, cobre, ouro, platina, paládio, índio e da prata, como uma camada superior ao composto de material pré-impregnado contendo partículas de metal revestido aumenta as propriedades de condutividade elétrica do composto de material pré-impregnado. Isso faz com que o material compósito ainda mais resistente a danos que podem ser sustentados por uma forte descarga elétrica, como um relâmpago.
As referências a um material compósito incluem materiais que compõem um reforço fibroso, onde a resina polimérica está em contato com a fibra, mas não impregnado na fibra. O termo material compósito inclui também uma solução alternativa em que a resina é parci- almente incorporada ou parcialmente impregnada na fibra, vulgarmente conhecida na arte : como pré-impregnado. O pré-impregnado também pode ter uma camada de reforço fibroso totalmente impregnado. O material compósito pode também incluir multicamadas de materi- R ais que têm várias camadas de fibra de resina de fibra. Referências para "estrutura entrefolhas" referem-se ao material de múltiplas cama- dastendo uma estrutura de fibra de resina de fibra. A entrefolha "refere-se à resina poliméri- ca, que está presente, e intercalado entre as camadas de fibra.
Referências para “espessura entrefolhas" é a distância média entre a camada de entrefolha medida a partir da superfície superior de uma camada inferior de fibra a uma su- perfície mais baixa de uma fibra superior da dobra. A espessura entrefolha é, portanto, equi- valente à espessura da camada de resina polimérica intercaladas, e as referências a espes- sura entrefolha e espessura de resina polimérica são intercambiáveis.
Os termos entrefolha, camada de resina entrefolha, camada laminada de resina, e uma camada de fibra livre como aqui utilizados são intercambiáveis, e referem-se a camada de resina polimérica.
O termo resina polimérica utilizado aqui refere-se a um sistema polimérico.
O termo resina "polimérica" e "sistema polimérico" são utilizados alternadamente no presente pedido, e referem-se às misturas de comprimentos de cadeia de resinas de varia- dos comprimentos de cadeia. O termo polimérico inclui, portanto, uma modalidade onde as resinas estão presentes na forma de uma mistura de resina compreendendo quaisquer mo- —nômeros, dímeros, trímeros, resinas ou com uma cadeia de comprimento superior a 3. O resultado da resina polimérica é curado quando forma uma matriz cruzada de resina.
Resistividade da massa refere-se à medição da “massa" ou resistividade “volume” de um material semicondutor. Pode ser visto que a referência a uma "resistividade inicial de massa" refere-se à resistividade da massa de uma resina polimérica antes da adição de par- . 30 tículascondutoras. O valor em Ohms- m é a resistência inerente a um determinado material. Ohms m (wm) é usado para medir a resistividade de um material tridimensional. A resistivi- . dade p elétrica da massa de um material normalmente é definida pelo seguinte: P=RAI, onde p é a resistividade estática (medido em ohm metros), R é a resistência elétrica de um espécime uniforme do material (medido em ohms) / é o comprimento do espécime (medido em metros) A é a área transversal do espécime (medido em metros quadrados)
Na presente invenção, a resistividade de volume é medida apenas em direção z (a- través da espessura do material compósito). Em qualquer caso, é referenciado como resis- tividade “volume”como a espessura é sempre tomada em consideração no cálculo.
O objetivo da invenção é obtido por incorporação de uma camada de fibra de car- 5 —bono revestida de metal, compreendendo um componente de resina, onde o metal compre- ende um ou mais metais selecionados a partir de níquel, cobre, ouro, platina, paládio, índio e da prata, em um pré-impregnado, além de incorporar a região entrefolha do pré- . impregnado a uma baixa fração de volume de conduzir as partículas a um nível totalmente insuficiente para dar a condutividade elétrica da resina polimérica própria (ou seja, na au- —sênciadefibra de carbono) a partir do qual é feito o pré-impregnado.
Além disso, verificou-se que além da realização de partículas, tais como partículas de carbono e esferas de vidro revestido de prata, para o material compósito, bem como uma camada de topo de uma fibra de carbono revestida de metal, compreendendo um compo- nente de resina, onde o metal é composto por um ou mais metais selecionados a partir de níquel, cobre, ouro, platina, patádio, índio e da prata, reduz a resistividade da massa e, por- tanto, proporciona níveis de condutividade elétrica que excederem os níveis que poderiam ter sido razoavelmente esperados.
Normalmente, a quantidade total de intervalos de revestimento de metal é em cerca de 10 a 65% em peso da fibra.
Qualquer um dos metais níquel, cobre, ouro, platina, paládio, índio e prata podem ser usados para revestir a fibra de carbono, sozinhos ou em combinação, mas normalmente o níquel é utilizado para o revestimento de fibra de carbono em combinação com um ou mais metais selecionados de cobre, ouro, platina, paládio, índio e prata. Mais tipicamente, um revestimento de cobre e níquel é utilizado para revestir a fibra de carbono.
A eficiência da camada de metal revestida por fibra de carbono é tal que o número total de condução de telas utilizadas na montagem de compostos podem ser reduzidas, permitindo assim a realização de dobras de ser restrito à parte externa, onde proteção con- tra raios é mais crucial. Além disso, os danos causados por raios são substancialmente limi- tados à camada exterior devido ao aumento da condutividade do material compósito da in- venção.
i O material compósito da invenção é conveniente para a fabricação de materiais e- . xistentes, porque parasitárias são difíceis de lidar. Na invenção, a camada de fibra de car- bono pode ser incorporada facilmente em pré-impregnados e poderia facilmente, se neces- sário, ser fornecido como produto integral.
Além disso, o acabamento é bom e o material compósito da invenção pode ser pro- cessado como pré-impregnado.
Um benefício adicional da invenção é uma condutividade térmica melhorada para o pré-impregnado, levando a aquecer mais rápido e melhor a dissipação do calor gerado du- rante a cura da exotermia. Um benefício a mais é que a resistência elétrica do material com- pósito é essencialmente inalterada com a variação de temperatura.
A redução da resistividade da massa e melhora nos resultados de condutividade emum melhor desempenho de greve relâmpago. Essa melhora alcançada pela invenção é assim de estranhar tendo em vista os baixos níveis de partículas eletricamente condutoras utilizadas e da alta resistividade elétrica normalmente exibidas pela mesma resina entrefo- . lha. Os termos "resistividade" e "condutividade" aqui utilizada referem-se à resistividade elétrica e condutividade elétrica, respectivamente.
Como usado aqui, o termo "partículas" refere-se a discreta três dimensões em for- ma de aditivos que são distintos, tratados como uma unidade individual, e separados de outros aditivos individuais, mas isso não impede dos aditivos de estarem em contato uns com os outros. O termo engloba as formas e tamanhos de partículas eletricamente conduto- ras descritas e definidas neste documento.
O termo "proporção", usado aqui é entendido para se referir à razão entre a maior dimensão para a menor dimensão de um corpo tridimensional. O termo é aplicável aos aditi- vos de qualquer forma e tamanho como aqui utilizado. Quando o termo é usado em relação a substancialmente corpos esféricos ou esférico, a proporção relevante seria a de maior diâmetro transversal, com o menor diâmetro transversal do corpo esférico. Assim, será en- tendido que uma esfera perfeita teria uma proporção de unidade. A proporção, conforme especificado neste documento, para as partículas eletricamente condutoras são com base nas dimensões das partículas após qualquer revestimento metálico que foi aplicado.
A camada de fibra de carbono revestida de metal, normalmente é composta por fi- bra de carbono não-tecida, como tem um excelente acabamento superficial, mas também pode em vez de compreender os tecidos e malhas. Alternativamente, picadas de metal re- vestidas de fibras de carbono podem ser aplicadas diretamente sobre a superfície pré- impregnada. É importante que a fibra de carbono seja leve.
A fibra de carbono pode variar em peso areal de cerca de 5 g / m? a cerca de 100 g /m? A adiçãode uma camada de fibra de 34 g / m? de carbono é capaz de reduzir os danos causados por um raio de cerca de 30-40% em área e profundidade. ' Referências ao tamanho das partículas eletricamente condutoras são os maiores diâmetros transversais das partículas.
Exemplares de partículas eletricamente condutoras podem ser incluídos, mas não estãolimitados a esferas, microesferas, dendritos, grânulos, pós, de qualquer outro material aditivos tridimensional adequado, ou qualquer combinação dos dois.
As partículas condutoras utilizadas na presente invenção podem compreender quaisquer partículas condutoras capaz de reduzir a resistividade da massa, facilitando assim a condutividade elétrica do material compósito.
As partículas eletricamente condutoras podem ser selecionadas a partir da condu- ção de partículas de metal revestido, condução de partículas não-metálicas ou uma combi- naçãodos dois.
As partículas de condução são dispersas na resina polimérica. Prevê-se que o ter- mo "dispersão" pode se incluído, quando as partículas estão presentes realizando substan- . cialmente toda a resina polimérica sem estar presente em uma concentração significativa- mente mais elevada em qualquer parte da resina polimérica. Além disso, o termo "disper- são" também inclui a realização de partículas estando presente em áreas localizadas de resina polimérica se a resistividade da massa reduzida for necessária em áreas específicas dos materiais compósitos.
A condução de partículas de metal revestido pode incluir núcleo de partículas que são substancialmente cobertas por um metal adequado.
As partículas do núcleo podem ser quaisquer partículas adequadas. Partículas a- dequadas são incluídas, mas não estão limitadas a aqueles formados a partir de polímeros, borracha, cerâmica, vidro, minerais, ou produtos refratários, tais como cinzas.
O polímero pode ser qualquer polímero termoplástico ou termofixo. Os termos polí- mero termoplástico 'e' polímero termofixo são CARACTERIZADOS aqui.
O núcleo formado por partículas de vidro pode ser qualquer dos tipos usados para fazer microesferas sólidas ou de vidro oco.
Exemplos não limitando adequado sílica contendo partículas de vidro incluem o vi- dro de soda, borosilicato e quartzo. Alternativamente, o vidro pode ser substancialmente sílica livre. Adequados vidros de sílica livre incluem, a título de exemplo apenas, vidros de calcogenetos.
O núcleo de partículas pode ser poroso ou oco ou pode ser uma estrutura de cas- ca-núcleo, por exemplo, partículas de casca-núcleo de polímeros. As partículas do núcleo podem ser o primeiro revestimento com uma camada de ativação, uma camada de adesão a promoção, uma camada de cartilha, uma camada semicondutora ou outra camada de metal antesde serem revestidas.
i As partículas do núcleo são geralmente formadas a partir de partículas ocas de vi- . dro. O uso de partículas de núcleo oco formadas a partir do vidro pode ser vantajosa em aplicações onde a redução de peso é de particular importância.
Misturas de partículas do núcleo podem ser utilizadas para obter, por exemplo, — densidades mais baixas ou outras propriedades úteis, por exemplo, uma proporção de partí- culas de vidro ocas de metal revestido pode ser usada com uma proporção de partículas de borracha e metal revestidos para obter uma camada endurecida com menor gravidade es-
pecífica.
Adequado metais para o revestimento de partículas do núcleo incluídas, mas não estão limitados a, prata, ouro, níquel, cobre, estanho, alumínio, platina, paládio, e quaisquer outros metais, conhecida por possuir alta condutividade elétrica, ou uma combinação de duasoumais. Normalmente, a prata é usada para uma alta condutividade. Múltiplas camadas de revestimentos de metal podem ser utilizadas para revestir as i partículas de núcleo, por exemplo, cobre revestido de ouro e cobre revestido de prata. Si- ' multânea deposição de metais também é possível, produzindo revestimentos metálicos mis- tos. O revestimento de metal pode ser efetuado por qualquer dos meios conhecidos pa- ra partículas de revestimento. Exemplos de processos adequados de revestimento incluem a deposição de vapor químico, sputtering, galvanoplastia, ou a deposição eletrolítica. O me- tal pode estar presente como massa de metal, metal poroso, colunares, macrocristalino, fibrilar, dendríticas, ou de qualquer das formas conhecidas no revestimento de metal. O re- vestimento de metal pode ser liso, ou pode conter irregularidades da superfície, tais como fibrilas ou colisões, de modo a aumentar a área de superfície específica e melhorar a ligação interfacial.
O revestimento de metal pode ser posteriormente tratado com qualquer dos agen- tes conhecidos na arte para melhorar a ligação interfacial com a resina polimérica, por e- xemplo,silanos, titanatos e zirconatos.
A resistividade elétrica do revestimento de metal deve ser preferivelmente inferior a 3 x 10 "wm, mais preferivelmente menos de 1 x 10" wm, e mais preferivelmente menos de 3 x 10 "wm.
A condução de partículas de metal revestido pode ser de qualquer formato adequa- —do,taiscomo esférica, elipsoidal, esferoidais, discoidal, dendríticas, barras, discos, acicular, cubóide ou poliédricas. Finamente fibras picadas ou moídas também podem ser utilizadas, tais como metal revestido de fibras de vidro moído. As partículas podem ter geometrias bem definidas, ou podem ser de forma irregular.
As partículas de condução de metal revestido, normalmente possuem uma propor- : 30 çãode<100,preferencialmente inferior a 10, e mais, preferencialmente <2. O metal revestido para realização da distribuição granulométrica pode ser monodis- ' perso ou polidisperso. Preferencialmente, pelo menos, cerca de 90% das partículas de me- tais revestidos têm uma dimensão dentro do intervalo de cerca de 0,3 um a cerca de 100 um, mais preferivelmente cerca de 1 um a cerca de 50 mm, e mais preferivelmente entre cercade5ume40 um.
As partículas eletricamente condutoras podem ser partículas de condução não- metálica. Será entendido que este inclui quaisquer partículas adequadas não-metálicas não possui um revestimento metálico, capaz de reduzir a resistividade da massa, facilitando as- sim a condutividade elétrica do material compósito.
A adequada condução de partículas não metálicas incluem, mas não estão limita- das a flocos de grafite, pó de grafite, partículas de grafite, folhas de grafeno, fulerenos, car- bono preto, intrinvnzecamente polímeros condutores (ICPs - incluindo polipirrol, politiofeno e polianilina), transferência de complexos de carga, ou qualquer combinação destes.
| Um exemplo de uma combinação adequada de realização de partículas não- BR metálicas inclui combinações de ICPs com negro de carbono e partículas de grafite.
Os não-metálicos de condução de distribuição de tamanho de partícula podem ser —monodispersos ou polidispersos. Preferencialmente, pelo menos, cerca de 90% da realiza- ção de partículas não-metálicas têm um tamanho dentro da faixa de cerca de 0,3 um e cerca de 100 um, mais preferivelmente cerca de 1 um e cerca de 50 mm, e mais preferivelmente entre cerca de 5 um e 40 um.
As partículas eletricamente condutoras têm um tamanho em que pelo menos cerca de50% das partículas presentes na resina polimérica tem um tamanho em cerca de 10 um de a espessura da camada de resina polimérica. Em outras palavras, a diferença entre a espessura da camada de resina e do tamanho das partículas eletricamente condutoras é inferior a cerca de 10 um. Normalmente, as partículas eletricamente condutoras tem um ta- manho em que pelo menos cerca de 50% das partículas presentes na resina polimérica têm umtamanho dentro de 5 um da espessura da camada de resina polimérica.
O tamanho de pelo menos cerca de 50% das partículas eletricamente condutoras é, portanto, a ponte que toda a espessura entrefolha (camada de resina polimérica), e as partí- culas que estão em contato com um reforço superior da camada fibrosa e um menor reforço fibroso das camadas dispostas sobre a camada de resina polimérica.
As partículas eletricamente condutoras podem estar presentes na faixa de cerca de 0,2% vol. e cerca de 20 vol.% do material compósito. Preferivelmente, as partículas de con- dução estão presentes na faixa de cerca de 0,4 vol.% e cerca de 15% vol.. Mais preferivel- mente, a realização de partículas estão presentes na faixa de cerca de 0,8% vol. e cerca de 10% vol.
: 30 Em uma modalidade alternativa, as partículas eletricamente condutoras podem es- tar presentes em um montante inferior a cerca de 10 vol.% da camada de resina polimérica.
' Pode ser visto que as escalas preferenciais das partículas eletricamente condutoras são expressas em% vol. como o peso das partículas podem apresentar uma grande varia- ção devido à variação na densidade.
As partículas eletricamente condutoras podem ser usadas sozinhas ou em qualquer combinação adequada.
Sem querer ser indevidamente vinculado pela teoria, verificou-se que os benefícios da invenção podem ser atribuídos devido às partículas condutoras (ou de metal revestido ou não-metálicos), agindo como pontes de condutividade elétrica em toda a espessura entrefo- lha (ou seja, toda a camada de resina polimérica entre as camadas de reforço fibroso), as- sim ligam camadas de reforço fibroso e melhoraram o z-direcional de condutância elétrica. A camada de fibra de carbono revestido de metal, compreendendo um componente de resina, : onde o metal compreende um ou mais metais selecionados a partir de níquel, cobre, ouro, platina, paládio, índio e da prata, melhorando ainda mais o z-direcional de condutância elé- . trica. Também foi encontrado o uso de partículas eletricamente condutoras com tama- —nhos substancialmente igual à espessura entrefolha, vantajosamente permite a condutivida- de elétrica em todo o material compósito (no plano z) a ser fornecido em níveis relativamen- te baixos de carga. Esses níveis de baixa carga de partículas eletricamente condutoras são menos do que seria tipicamente necessário para fazer a própria resina polimérica eletrica- mente condutiva. As partículas eletricamente condutoras, portanto, facilitam a condutividade elétrica, reduzindo a resistividade da massa do material compósito.
O material compósito pode também incluir os nanomateriais de carbono. Os nano- materiais de carbono podem ser selecionados a partir de qualquer nanotubo de carbono ou nanofibra de carbono.
Os nanomateriais de carbono podem ter um diâmetro na faixa de cerca de 10 a cerca de 500 nm, preferivelmente na faixa de cerca de 100 a cerca de 150 nm.
Os nanomateriais de carbono podem ter um comprimento preferivelmente na faixa de cerca de 1 a cerca de 10 um.
Os nanomateriais de carbono podem fornecer serviços eletricamente condutivos —nasviasem todo o material compósito (no plano z) através de uma ponte entre a entrefolha. Os reforços fibrosos são normalmente dispostos em forma de telas ou camadas, com uma série de fios de fibra. O material compósito compreende tipicamente pelo menos duas telas de reforço fibroso que estão dispostas ao lado de uma camada de resina polimérica. Bem como proporcionar condutividade elétrica nos planos x-e y- do material, as telas atuam como : 30 apoio paraas camadas da estrutura do material, e substancialmente contêm a resina poli- mérica. R O reforço fibroso do pré-impregnado pode ser selecionado a partir de híbridos ou sistemas mistos de fibras que compreende fibras sintéticas ou naturais, ou uma combinação dos dois. O reforço fibroso é formado a partir de fibras, que são eletricamente condutivas e dereforço fibroso, portanto é eletricamente condutivo.
O reforço fibroso pode normalmente ser selecionado a partir de qualquer material adequado, como o vidro metalizado, carbono, grafite, fibras de polímero metalizado (com qualquer camada de metal contínua ou descontínua), o polímero pode ser solúvel ou insolú- vel na resina polimérica. Qualquer combinação destas fibras pode ser selecionada. Misturas destas fibras, com fibras não-condutivas (como fibra de vidro) podem também ser usadas.
O reforço fibroso é mais preferivelmente formado substancialmente a partir de fibras de carbono. O reforço fibroso pode incluir rachaduras (ou seja, trecho quebrado) ou seleti- vamente de fibras descontínuas, ou fibras contínuas. Prevê-se que o uso de fibras seletiva- i mente rachadas ou descontínuas pode facilitar a disposição do material compósito curado . antes de ser totalmente curado de acordo com a invenção, e melhorar a sua capacidade de ser moldado.
O reforço fibroso pode ser na forma de tecido, não crespo, não-tecidos, unidirecio- nal, ou fitas têxteis multiaxiais ou reboques.
A forma do tecido é preferivelmente selecionada a partir de uma planície, cetim, sarja ou estilo. As formas não-crespo e multiaxial podem ter um número de telas e orienta- ções fibrosas.
Esses estilos e formas de reforço fibroso são bem conhecidos no campo de reforço de compostos, e estão disponíveis comercialmente a partir de certo número de empresas, incluindo Hexcel Reforços de Villeurbanne, França.
A resina polimérica do pré-impregnado e o componente de resina, ambos preferi- velmente incluem independentemente, pelo menos, uma resina termoplástica ou termofixa.
O termo "resina termofixa" inclui qualquer material adequado, que é de plástico e, geralmente, líquido, pó ou maleável antes da cura e projetado para ser moldado na forma final. A resina termofixa pode ser qualquer resina termofixa apropriada. Depois da curada, uma resina termofixa não é adequada para a fusão e remodelação. Materiais adequados de resina termofixa para a presente invenção incluem, mas não estão limitados a, resinas de fenol formaldeído, uréia-formaldeído, |,3,5-triazina-2 ,4,6-triamina (melamina), bismaleimida, resinas epóxi, resinas de éster de vinil , resinas benzoxazina, resinas fenólicas, poliésteres, poliésteres insaturados, resinas de éster de cianato, ou uma combinação de duas ou mais da mesma.
A resina termofixa é preferivelmente selecionada a partir de resinas epóxi, resinas : 30 deésterde cianato, bismaleimida, éster de vinil, benzoxazina e resinas fenólicas. O termo "resina termoplástica" inclui qualquer material que seja de plástico ou de- . formável, derrete a um líquido quando aquecido e congela a um sólido quebradiço, e forma um estado vítreo quando suficientemente arrefecido. Uma vez formado e curado, uma resina termoplástica é adequado para a fusão e re-moldagem. Polímeros termoplásticos adequa- dos para uso com a presente invenção podem incluir qualquer um dos sulfona poliéster (PES), etersulfona poliéster (PEES), sulfona polifenil, polisulfona, poliéster, macrociclos po- limerizáveis (por exemplo, tereftalato de butileno cíclico), polímeros de cristal líquido, polia-
mida, polieterimida, aramida, poliamida, poliéster, policetona, poliéter (PEEK), poliuretano, poliuréia, poli éter de amida aril, poli aril sulfureto, policarbonatos, óxido de fenileno (PPO) e PPO modificado, ou uma combinação de duas ou mais da mesma. A resina polimérica preferivelmente compreende pelo menos um éter de bisfenol-A (BPA)diglicidílico e F-bisfenol A (BPF) éter diglicidílico e seus derivados; derivado tetraglicí- dio de 4,4 'diaminodifenilmetano (TGDDM), um derivado triglicídio de aminofenóis e outros i éteres glicidílicos de glicidila e aminas conhecido na técnica. . A resina polimérica é aplicada para um reforço fibroso. O reforço fibroso pode ser total ou parcialmente impregnado pela resina polimérica. Em uma modalidade alternativa, a resina polimérica pode ser uma camada separada que é proximal, e em contato com o re- forço fibroso, mas não substancialmente impregnar esse dito reforço fibroso.
O componente de resina mais usado para impregnar a camada de fibras de carbo- no podem ser eletricamente condutivo ou não condutivo e pode incluir pelo menos uma resi- na termoplástica ou termofixa. Exemplar de resinas inclui, mas não estão limitados a todos —daresina dos compostos listados acima para a resina polimérica. O componente de resina ainda pode ou não ser a mesma resina, como a resina polimérica. O componente de resina também pode, opcionalmente, beneficamente conter partículas condutoras (ou metais reves- tidos ou não-metálicos).
O material compósito pode incluir pelo menos um agente de cura. O agente de cura pode ser substancialmente presente na resina polimérica. Prevê-se que o termo "substanci- almente presente" significa pelo menos cerca de 90 % em peso do agente de cura, normal- mente cerca de 95 % em peso do agente de cura.
Para as resinas epóxi, agentes de cura de invenção são aqueles que facilitam a cu- ra dos compostos epóxi-funcionais da invenção, e, sobretudo, facilitar a abertura do anel de polimerização de tais compostos epóxi. Em uma modalidade particularmente preferida, co- mo agentes de cura incluem os compostos que polimeriza com o composto de epóxi- funcional ou compostos, na polimerização de abertura de anel do mesmo. agentes de cura normalmente incluem cianoguanidina, aromáticos e alifáticos aminas, anidridos de ácido, ácidos de Lewis, uréias substituídas, imidazólicos e hidrazinas.
: 30 Dois ou mais agentes de cura podem ser usados em combinação. . Agentes adequados de cura incluem anidridos, particularmente anidridos policarbo- . xílicos como anidrido nadic (NA), anidrido metilnadic, anidrido ftálico, anidrido tetraidroftálico, anidrido hexaidroftálico, anidrido metiltetraidroftálico, anidrido metilhexaidroftálico, anidrido endometilenotetraidroftálico, ou anidrido trimelítico.
Mais agentes de cura são aminas, incluindo aminas aromáticas, tais como 1,3- diaminobenzeno, 1,4-diaminobenzeno, 4,4 'diaminodifenilmetano, e o poliaminosulfas, tais como 4,4'-diaminodifenílico sulfona (4,4 ' -DDS) e 3,3 '- sulfona diaminodifenílico (3,3'-DDS).
Além disso, agentes de cura podem incluir resinas de fenol-formaldeído, tais como a resina de fenol-formaldeído tendo um peso molecular médio de cerca de 550-650, a resina de p-t-butilfenol formaldeído com um peso molecular médio de cerca de 600-700, e a resina de p-n-octilfenol formaldeído, tendo um peso molecular médio de cerca de 1200-1400.
No entanto, adequado contendo grupos de resinas fenólicas podem ser utilizadas, tais como baseadas resinas de resorcinol, e resinas formadas por polimerização catiônica, i tais como copolímeros de diciclopentadieno-fenol. Ainda mais resinas apropriadas, as resi- . nas de melamina-formaldeído e resinas de uréia-formaldeído.
Diferentes composições comercialmente disponíveis podem ser utilizadas como agentes de cura na presente invenção. Uma composição tal AH-154, uma formulação de tipo dicianodiamida, disponível a partir Ajinomoto E.U.A. Inc. Outros que são apropriados incluem ancamida 1284, uma mistura de 4,4 '-metilenodianilina e 1,3 benzenodiamina, que está disponível a partir do Pacífico Âncora Química, Divisão da Performance Química, Pro- dutos Aéreos e Químicos, Inc., Allentown, E.U.A..
O agente de cura é selecionado de modo que ele ofereça a cura do componente de resina dos materiais compósitos, quando combinado com a temperatura adequada deles . A quantidade de agente de cura necessário para proporcionar a cura adequada do componen- te de resina vai variar dependendo de vários fatores, incluindo o tipo de resina a ser curada, a temperatura de cura desejada, e o tempo de cura. Agentes de cura normalmente incluem cianoguanidina, aromáticos e alifáticos aminas, anidridos de ácido, ácidos de Lewis , uréias substituídas, imidazólicos e hidrazinas. O montante específico do agente de cura necessário para cada situação específica pode ser determinado por bem estabelecida a experimenta- ção de rotina.
Exemplar de agentes de cura preferiu incluir 4,4 ' sulfona-diaminodifenílico (4,4'- DDS)e3,3'-diaminodifenílico sulfona (3,3-DDS).
O agente de cura, se presente, pode estar presente na faixa de cerca de 45 % em peso e cerca de 2 % em peso do material compósito. Mais tipicamente, o agente de cura pode estar presente na faixa de cerca de 30 % em peso e cerca de 5 % em peso. Tipica- mente, o agente de cura pode estar presente na faixa de cerca de 25 % em peso e cerca de : 30 5%em peso. Aceleradores, se presentes, são geralmente urones. Aceleradores adequados, que . podem ser usados sozinhos ou em combinação incluem N, N-dimetil-, N'-3, 4-diclorofenil uréia (Diuron), uréia N'-3-clorofenil (Monuron) e, preferivelmente, N, N-(4 -metil-m-fenileno- bis [N, N'-dimetilureia] (urone TDI).
O material compósito e / ou a camada de fibra de carbono também pode incluir componentes adicionais, tais como melhorar o desempenho ou agentes modificadores. O desempenho melhora ou modifica os agentes, a título de exemplo, só podem ser seleciona-
dos a partir flexibilizantes, agentes de endurecimento ou partículas, aceleradores adicionais, borrachas de casca-núcleo, os retardadores de chama, agentes umectantes, pigmentos / corantes, retardantes de chama, plastificantes, absorvedores UV, compostos antifúngicos, cargas, modificadores de viscosidade / agente de controle de fluxo, agente de pega, estabi- lizadores, inibidores, ou qualquer combinação de dois ou mais produtos. : Agentes de endurecimento / partículas podem incluir, a título de exemplo apenas, uma das seguintes isoladamente ou em combinação: poliamidas, copoliamidas, poliimidas, ' aramidas, policetonas, poliarileno éteres cetonas, poliarileno éteres cetonas, poliésteres, poliuretanos, polissulfonas, polímeros de alto desempenho de hidrocarbonetos, líquidos po- límeros de cristal, PTFE, elastômeros e elastômeros segmentados.
Agentes/partículas de endurecimento, se presentes, podem estar presentes na fai- xa de cerca de 45 % em peso a cerca de O % em peso do material compósito. Mais tipica- mente, eles podem estar presentes na faixa de cerca de 25 % em peso a cerca de 5% em peso. Mais tipicamente, eles podem estar presentes na faixa de cerca de 15 % em peso a —cercade10% em peso.
Um agente/partícula de endurecimento adequado, a título de exemplo, é Sumikaex- cel 5003P, que está disponível comercialmente a partir de Sumitomo Chemicals de Tóquio, Japão. Alternativas para 5003P são Solvay 105P polisulfona e 104P Solvay que estão co- mercialmente disponíveis a partir da Solvay Bruxelas, Bélgica.
Enchimentos adequados podem incluir, a título de exemplo, apenas, uma das se- guintes isoladamente ou em combinação: sílicas, aluminas, titânia, vidro, carbonato de cált- cio e óxido de cálcio.
Pigmentos adequados podem incluir, a título de exemplo apenas, dióxido de titânio. Este reduz a exigência para a cartilha e pintura, assim, melhorando ainda mais os benefícios do material compósito da invenção como um material para resistir a uma greve relânpago com lesão mínima.
O material compósito pode incluir uma resina polimérica adicional que é, pelo me- nos, um termofixo ou resinas termoplásticas, tal como definido anteriormente.
Embora seja desejável que a maioria das partículas eletricamente condutoras estão : 30 localizadas dentro da resina polimérica do material compósito, geralmente não é prejudicial se uma pequena porcentagem de tais partículas são distribuídas dentro do reforço fibroso.
R As partículas de condução podem ser convenientemente dispersas dentro da resina polimé- rica pré-impregnada por operações convencionais de mistura ou operações de mistura.
A mistura de resina contendo todos os aditivos necessários e as partículas de con- dução podem ser incorporadas pré-impregnadas por quaisquer dos métodos conhecidos, por exemplo, um processo chamado de laca, o processo de película de resina, extrusão, pulverizando, impressão ou outros métodos conhecidos.
Em um processo de laca todos os componentes de resina são dissolvidos ou dis- persos em um solvente e o reforço fibroso é mergulhado no solvente, e o solvente é então removido pelo calor, ácido iodídrico de uma resina de um processo de filme da resina poli- mérica é lançada como um filme contínuo a partir de uma laca ou resina termoplástica de fundição, em um substrato que tem sido tratado com um agente de liberação e, em seguida o filme revestido é contatado contra o reforço fibroso, e, sob o auxílio de calor e pressão, o filme de resina derrete e flui para as fibras. Uma multiplicidade de filmes pode ser utilizada e . um ou ambos os lados da camada de fibras podem estar impregnados dessa maneira. Se o pré-impregnado é feito por um filme ou processo laca, a maioria das partículas de condução serão “filtradas” pelas fibras de reforço e assim será substancialmente impedi- da de entrar no reforço fibroso, porque o tamanho das partículas são maiores do que a dis- tância entre o reforço fibras. Outros processos tais como a pulverização ou impressão per- mitiria a realização de partículas para ser colocada diretamente sobre o reforço fibroso com uma penetração muito baixa da referido partículas entre as fibras.
Quando o metal revestido por partículas ocas são utilizadas, pode ser necessária a utilização de cisalhamento menor do equipamento de mistura para reduzir o efeito de defor- mação que a mistura pode produzir sobre as partículas de condução.
O pré-impregnado pode ser na forma de fitas contínuas, “towpregs”, tecidos, man- tas ou picado comprimentos de fitas, “towpregs”, tecidos ou mantas. O pré-impregnado tam- bém pode funcionar como uma película adesiva ou revestimento de filme, e pode ainda ser adicionados portadores de diversas formas os tecidos, malhas e não-tecidos.
Pré-impregnados formulados de acordo com a presente invenção podem ser fabri- cados em componentes finais usando qualquer um dos métodos conhecidos, por exemplo, manual de disposição, automatizada fita de disposição (ATL), colocação da fibra automati- zada, ensacamento a vácuo, autoclave de cura, fora da autoclave de cura, processamento de fluidos assistidos, processos de pressão assistidos, combinado processos de molde, cura de prensa simples, cura de prensa clave, ou faixa contínua de prensagem.
De acordo com uma modalidade da invenção, o material compósito pode incluir uma única camada de reforço fibrosa condutiva, que tem sido aplicada em um lado de uma camada de resina polimérica que compreende partículas eletricamente condutoras. O material compósito pode ser fabricado em uma modalidade de uso simples e, posteriormen- . te, ser formado em várias camadas para proporcionar uma estrutura entrefolha por disposi- ção. A estrutura entrefolha é, portanto, formada durante a disposição onde uma configura- ção de fibra de resina de fibra surge.
O material compósito pode, portanto, compreender um único pré-impregnado.
Alternativamente, o material compósito pode incluir uma pluralidade de pré- impregnados.
A espessura da camada de resina polimérica pré-impregnada é preferencialmente na faixa de cerca de 1 um a cerca de 100 mM, mais preferivelmente cerca de 1 mM para 50 mM, e mais preferivelmente cerca de 5 mM para 50 mM. Múltiplas camadas de materiais compósitos condutores podem ser usados. Assim, a título de exemplo, um conjunto pode ser preparado a partir de 12 telas da norma de materiais compósitos, e quatro camadas de materiais compósitos compreendendo partículas | condutoras da presente invenção, aumentando assim a condutividade do conjunto final.
. Como outro exemplo, um conjunto laminado pode ser preparado a partir de 12 telas de nor- ma de materiais compósitos, e material compósito compreendendo partículas condutoras e sem reforço de fibra de carbono. Opcionalmente, onde um material compósito da invenção é usado, uma camada eletricamente isolante pode ser colocada entre as camadas de fibra de carbono e da superfície da resina. Por exemplo, um vidro reforçado de camada fibrosa pode ser usado como a camada de isolamento. Entende-se que existem muitas montagens pos- Síveis que possam ser utilizadas e aquelas descritas a seguir são a título de exemplo ape- nas Um benefício adicional é que o material compósito da invenção atual, antes de ser totalmente curado, é completamente flexível e é adequado para processos automatizados de fita de disposição, que são cada vez mais utilizados na fabricação de grandes estruturas em materiais compósitos na indústria aeroespacial.
Múltiplas camadas de materiais compósitos condutores podem ser usados. Assim, a título de exemplo, um conjunto pode ser preparado a partir de 12 telas da norma de materiais compósitos, e quatro camadas de materiais compósitos compreendendo partículas condutoras da presente invenção, aumentando assim a condutividade do conjunto final. Como outro exemplo, um conjunto laminado pode ser preparado a partir de 12 telas de nor- made materiais compósitos, e material compósito compreendendo partículas condutoras e sem reforço de fibra de carbono. Opcionalmente, onde um material compósito da invenção é usado, uma camada eletricamente isolante pode ser colocada entre as camadas de fibra de carbono e da superfície da resina. Por exemplo, um vidro reforçado de camada fibrosa pode ser usado como a camada de isolamento. Entende-se que existem muitas montagens pos- síveis que possam ser utilizadas e aquelas descritas a seguir são a título de exemplo ape- nas.
. Um benefício adicional é que o material compósito da invenção atual, antes de ser totalmente curado, é completamente flexível e é adequado para processos automatizados de fita de disposição, que são cada vez mais utilizados na fabricação de grandes estruturas emrmateriais compósitos na indústria aeroespacial.
O material compósito da invenção pode ser total ou parcialmente curado com uma temperatura adequada, a pressão e as condições de tempo conhecido na técnica.
O material compósito pode ser curado através de um método selecionado a partir de radiação UV-visível, radiação de microondas, feixe de elétrons de radiação gama, radia- ção ou outros adequados térmicos ou não térmicos. Assim, de acordo com um quarto aspecto da presente invenção não é fornecido um método de fazer um material compósito curado compreendendo as etapas de o segundo aspecto, e, posteriormente, a cura do material compósito. A etapa de cura do quarto aspecto pode estar usando qualquer método conhecido. BR Particularmente são preferidas métodos de cura, como descrito aqui. Existe assim, fornecendo um material compósito curado que inclui um material —compósito de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, onde o material compó- sito é curado.
Quando o material compósito está curado, o componente de resina mais na cama- da de metal revestidos por fibra de carbono também é curado simultaneamente. Embora a maior parte da discussão a seguir concentre-se na proteção relânpago que vai ser facilmente visto que existem muitas aplicações em potencial para um material compósito apresentando resistividade maior reduzida e alta condutividade elétrica. Assim, o nível de condutividade obtida pela presente invenção tornará os materiais resultantes com- postos adequados para uso em blindagem eletromagnética, proteção eletrostática, corrente de retorno e outras aplicações onde a maior condutividade elétrica é necessária.
Além disso, embora grande parte da discussão centra-se em torno de componentes aeroespaciais, também é possível aplicar a presente invenção de relâmpago e outros pro- blemas de gestão elétrica em turbinas eólicas, prédios, embarcações marítimas, trens, au- tomóveis e outras áreas de interesse.
Prevê-se que a presente invenção, quando usada para componentes aeroespaci- ais, pode ser usada para aplicações de estrutura primária (isto é, aquelas partes da estrutu- ra que são fundamentais para manter a integridade do avião), assim como aplicações de estrutura secundária.
Assim, não é fornecido um processo para tornar um artigo aeroespacial formado a partir de um material compósito curado compreendendo as etapas de: : 30 - Fazer um material compósito curado de acordo com o método do quarto aspecto, . e - Usando o material compósito curado para produzir um artigo aeroespacial por qualquer método.
De acordo com um outro aspecto da invenção que é fornecido um artigo aeroespa- cial que compõem o material compósito curado da invenção.
Todos os recursos descritos neste documento podem ser combinados com qual-
: 18 quer um dos aspectos acima mencionados, em qualquer combinação.
Para que a presente invenção possa ser mais facilmente compreendida, a referên- cia vai ser feita agora, a título de exemplo e ilustração, a seguinte descrição e desenhos que acompanham, em que; Figura 1 é uma fotografia de uma superfície superior de um painel danificado de um sistema de entrefolha (Exemplo comparativo 1), após uma greve relâmpago simulada.
Figura 2 é uma fotografia de uma superfície inferior de um painel danificado de um - sistema de entrefolha (Exemplo comparativo 1), após uma greve relâmpago simulada.
Figura 3 é uma fotografia de uma superfície superior de um painel danificado de um sistema de entrefolha contendo prata revestida de esferas ocas de vidro (Exemplo compara- tivo 2), após uma greve relâmpago simulada.
Figura 4 é uma fotografia de uma superfície superior de um painel danificado do sis- tema de entrefolha contendo prata revestida com esferas de vidro ocas de carbono de véu cobre-níquel revestido, 34 gsm (Exemplo 3), de acordo com a invenção, após uma greve relâmpago simulada.
Figura 5 é um ultra-som C-scan de um painel danificado de um sistema de entrefo- lha após uma greve relâmpago simulada (Exemplo comparativo 1), profundidade de dano 1- 6 tela, área danos 56.000 mm2.
Figura 6 é um ultra-som C-scan do painel danificado de um sistema de entrefolha contendo prata revestida de esferas ocas de vidro (Exemplo comparativo 2), profundidade de dano 1-3 tela, área danos 34.000 mm2.
Figura 7 é um ultra-som C-scan do painel danificado do sistema entrefolha conten- do prata revestida de esferas de vidro ocas de carbono de véu cobre-níquel revestido (E- xemplo 3), de acordo com a invenção, profundidade danos 1-2 tela, área danos 21.000 mm2.
Figura 8 mostra um conjunto pré-impregnado com uma camada de superfície metá- lica revestida fibrosa integralmente ligada a condutores de pré-impregnados e com partícu- las de metal revestido. Outro material particular não é mostrado (por exemplo, partículas de resina termoplástica pré-impregnada).
Figura 9 mostra um conjunto pré-impregnado com uma pluralidade de camadas pré-impregnadas condutivas e uma camada superficial compreendendo a camada de metal BR revestido fibroso. Resina | pode ser o mesmo ou diferente da resina Il.
Na Figura 8 um conjunto pré-impregnado 2 com uma camada superficial de resina 4 compreendendo fibras metálicas revestidas 6 integralmente ligadas à realização pré- impregnada e possuindo metal revestido na realização 8 de partículas podem ser vistos.
Outros materiais particulares, tais como partículas de resina termoplástica pré-impregnadas, não são mostrados na figura.
- 19 Figura 9 mostra outro conjunto pré-impregnado 10 possuindo uma pluralidade de camadas pré-impregnadas condutivas com uma resina polimérica 12 (resina 1) e condutor de reforços de fibra de carbono 14, e uma camada de superfície compreendendo uma resina 4 (resina ll) e a camada de metal revestidos fibroso 6 . Resina | pode ser o mesmo que Resina 1loupodem ser diferentes resinas. Experimental Nos exemplos a seguir, “composto de carbono" se refere à matriz de resina de ba- - se, na presença de reforço de fibras de carbono, usado para fabricação pré-impregnada. HexPly M21 é uma resina epóxi intercaladas de material pré-impregnados disponíveis a par- tirdeHexcel Composites, Duxford, Cambridge, Reino Unido.
Exemplo comparativo 1 (composto de carbono) M21 resina foi produzida usando um mixer Winkworth (mixer Z-lâmina) e foi coloca- do um filme no papel de liberação de silicone. Este filme foi, em seguida, impregnado de resina para fibra de carbono unidirecional módulo intermediário, usando uma escala piloto UD prepregger, que produziu pré-impregnado com um peso de 190 g/m2 de área de 35 % em peso de resina. Dois pré-impregnados de seis camadas foram produzidos (disposição 0/90) que foram cerca de 60 centímetros por 60 centímetros e estes foram curados em uma mesa a vácuo com uma pressão de 0,7 MPa (7 bar) a 177ºC por 2 horas.
Os painéis foram testados para a zona de IA; superfícies do avião para o qual exis- te uma elevada probabilidade de fixação inicial relâmpago (de entrada ou de saída) com baixa probabilidade de cair em flash, como cúpulas e bordos de ataque. Zona IA também inclui as áreas varridas líderes de anexo. A zona de teste de IA tem três componentes de onda, uma alta corrente componente A (2x108 A, <500 us), intermediária atual do compo- nente B (média de 2 KA, <5 ms) e continua atual do componente C (200C, <1 s). Ambas as superfícies dos painéis foram desgastados em torno das bordas para garantir uma boa co- nexão com a moldura exterior. Zona IA refere-se a todas as áreas da aeronave superfícies onde um curso de retorno é esperado durante o primeiro canal de ligação relânpago com uma baixa probabilidade de cair em flash. O eletrodo foi conectado ao painel através de um fio de cobre fino. O fio de cobre fornece um caminho para a atual e vaporiza no teste. É ne- ' 30 —cessário, pois a tensão gerada não é suficiente para quebrar o ar. Como pode ser visto na Tabela 1 e figuras 1, 2 e 5, um sistema entrefolha que não . esteja protegido contra raios é consideravelmente danificado por um ataque simulado zona IA. Dano é todo o sistema que seria catastrófico se isso ocorreu durante um ataque real.
Exemplo comparativo 2 (composto de carbono) M21 resina modificada com prata de esferas de vidro revestida (2 vol.%, 35%em : peso de resina), foi produzida usando um mixer Winkworth (mixer Z-lâmina) e foi colocado um filme no papel liberação de silicone. Este filme foi, em seguida, impregnado de resina z 20 para fibra de carbono unidirecional módulo intermediário, usando uma escala piloto prepreg- ger UD, que produziu pré-impregnado com um peso de 190 g/m2 areal de 35 % em peso de resina.
Dois pré-impregnados de seis camadas foram produzidos (disposição 0/90) que fo- ram cerca de 60 centímetros por 60 centímetros e estes foram curados em uma mesa a vá- cuocom uma pressão de 0,7 MPa (7 bar) a 177 º C por 2 horas.
Os painéis foram testados para a zona IA, como por exemplo, um comparativo 1. A adição de partículas eletricamente condutoras de um sistema de entrefolha redu- . ziu drasticamente a área de danos causados por uma greve zona IA.
Tabela 1 e Figuras 3 e 6 mostram que a profundidade de dano é reduzida pela metade para o top três telas e a á- rea dano é reduzida em 39% o que indica a vantagem da adição de partículas condutoras que a ponte da resina rica em entrefolha.
Exemplo 3 (composto carbono) M21 resina modificada com prata de esferas de vidro revestido (2 vol.%, 3,5 % em peso de resina), foi produzido usando um mixer Winkworth (mixer Z-lâmina) e foi colocado um filme no papel liberação de silicone.
Este filme foi, em seguida, impregnado de resina para fibra de carbono unidirecional módulo intermediário, usando uma escala piloto prepreg- ger UD, que produziu pré-impregnado com um peso de 190g/m2 areal de 35 % em peso de resina.
Dois pré-impregnados de seis camadas foram produzidos (disposição 0/90) que fo- ram cerca de 60 cm por 60 cm.
Adicionado a camada externa da disposição foi Cu-Ni-C véu (34 gsm) fornecido pelo Técnico de Fibra de Produtos que estava impregnada com uma pe- lícula de resina M21 (25 g / m?). Os painéis foram curados em uma mesa a vácuo com uma pressão de 0,7 MPa (7 bar) a 177 º C por 2 horas.
Os painéis foram testados para a zona IA, como por exemplo, comparativo 1. Tabela 1 e Figuras 4 e 7 mostram que a adição de uma camada de Cu-Ni-C véu em conjuntocom a prata revestida de esferas de vidro ocas reduziu ainda mais a área de danos e prejuízos de profundidade para as duas telas de topo depois de uma zona de raio IA simu- lada.
Table 1 ro EEE um B+C - Teste | Corrente de Ação Inte-| Transferência Danos à Pele Pico gral de Carga Total — ErreECT Tl | ee Exemplo 1 mais delaminação 310X30mm Traseiro: mais delamina- ção 420X180mm, buraco através do painel.
z 21 Comparativo 191.7 2.04 24.3 Frente: deslize, tufos e Exemplo 1 mais delaminação 330X250mm Traseiro: mais delamina- ção 420X230mm, buraco através do painel.
Comparativo | 1 205.7 2.32 24.4 Frente: deslize, tufos e Exemplo 2 mais delaminação . 400X200mm Traseiro: danos não visí- veis.
' Comparativo | 2 205.7 2.32 24.4 Frente: deslize, tufos e Exemplo 2 mais delaminação 400X200mm Traseiro: danos não visí- veis.
Exemplo 3 |3 200.3 212 28.0 Frente: deslize, tufos e mais delaminação 190X140mm Traseiro: danos não visí- veis.
Exemplo 3 [4 199.0 2.11 27.8 Frente: deslize, tufos e mais delaminação 190X140mm Traseiro: danos não visí- veis.
Todos os ensaios e propriedades físicas constantes foram determinados a pressão atmosférica e temperatura ambiente (ou seja, 20ºC), salvo disposição em contrário, ou salvo disposição em contrário dos métodos de ensaio e procedimentos referenciados.
A resistividade de superfície é uma medida de resistividade de filmes finos com es- pessura uniforme. Resistividade de superfície é medida em ohms / quadrado (w / sq.), e é equivalente a resistividade para sistemas bidimensionais. O termo é, portanto, uma medida de resistividade de uma passagem de corrente ao longo da superfície, e não através do ma- terial que é expressa em resistividade a granel. Resistividade de superfície é também referi- da como resistência de folha.
É preciso entender que a invenção não deve ser limitada aos detalhes das modali- dades acima, que são descritos a título de exemplo apenas. Muitas variações são possíveis.

Claims (16)

. REINVINDICAÇÕES
1. Material compósito, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: i) um pré-impregnado compreendendo pelo menos uma resina polimérica e pelo menos um reforço fibroso condutor; ii) partículas eletricamente condutoras dispersas na resina polimérica; e iii) uma camada superior de uma fibra de carbono revestida de metal, compreen- dendo um componente de resina adicional, em que o metal compreende um ou mais metais . selecionados a partir de níquel, cobre, ouro, platina, paládio, índio e prata.
2. Material compósito, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fa- toda fibra de carbono ser revestida com níquel em combinação com um ou mais metais selecionados a partir de cobre, ouro, platina, paládio, índio e prata.
3. Material compósito, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato que pelo menos uma resina polimérica e/ou o componente de resina adicional cada um, independentemente, compreende pelo menos um termofixo ou resina termoplástica, em quearesina polimérica e o componente de resina adicional podem ser os mesmos ou dife- rentes.
4. Material compósito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas eletricamente condutoras compreendem partículas condutoras revestidas de metal ou partículas condutoras não metálicas.
5. Material compósito, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fa- to de que os metais apropriados para revestirem as partículas do núcleo compreendem ou- ro, prata, níquel, cobre, estanho, alumínio, platina ou paládio, ou uma combinação de quais- quer dois ou mais dos mesmos.
6. Material compósito, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, CARACTERIZADO —pelofatode que pelo menos cerca de 90% das partículas condutoras revestidas de metal e/ou partículas condutoras não metálicas possuem um tamanho na faixa de cerca de 0,3 uM a cerca de 100 um.
7. Material compósito, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, CARACTERIZADO pelo fato das partículas do núcleo serem selecionadas a partir de polímeros, borracha, ce- —râmica, vidro, mineral, ou produtos refratários.
8. Material compósito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, . CARACTERIZADO pelo fato das partículas do núcleo serem porosas, ocas, ou que tenham uma estrutura casca-núcleo.
9. Material compósito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, —CARACTERIZADO pelo fato da resistividade elétrica do revestimento de metal ser inferior a 3x10º em.
10. Material compósito, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo
: 2 fato das partículas condutoras não metálicas serem selecionadas a partir de flocos de grafi- te, pó de grafite, partículas de grafite, folhas de grafeno, fulerenos, carbono preto, polímeros intrinsicamente condutores, complexos de transferência de carga, ou qualquer combinação dos mesmos.
11. Material compósito, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato das partículas eletricamente condutoras estarem presentes na faixa de cerca de 0,4 % em volume a cerca de 15 % em volume do material compósito. .
12. Método para fazer um material compósito, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: i) fornecimento de um pré-impregnado compreendendo pelo menos uma resina po- limérica e pelo menos um reforço fibroso condutor; li) dispersão de partículas eletricamente condutoras na resina polimérica; e iii) adição de uma camada superior de uma fibra de carbono revestida de metal, compreendendo um componente de resina adicional, em que o metal compreende um ou —maismetais selecionados a partir de níquel, cobre, ouro, platina, paládio, índio e prata.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma resina polimérica possui uma resistividade inicial de massa e em que a etapa de dispersão das partículas eletricamente condutoras na resina reduz a resistividade de massa da resina polimérica para menos do que a resistividade inicial de massa.
14. Método para fazer um material compósito curado, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapas (i) - (iii), conforme definidas na reivindicação 12, e posterior- mente a cura do material compósito.
15. Material compósito curado, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um material compósito, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, em queormaterial compósito é curado.
16. Artigo aeroespacial, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende o materi- al compósito curado, conforme definido na reivindicação 15.
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