BRPI1100272A2

BRPI1100272A2 - método de fabricação de um artigo compósito

Info

Publication number: BRPI1100272A2
Application number: BRPI1100272-7A
Authority: BR
Inventors: Vishal Bansal; Marni Loriel Rutkofsky
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2010-03-01
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-09-04
Also published as: CN102248741A; DE102011000945A1; US20110209812A1; JP2011178165A

Abstract

MéTODO DE FABRICAçãO DE UM ARTIGO COMPóSITO. Trata-se de um método de fabricação de um artigo compósito como uma parte de aeronave ou uma parte de barco, O método inclui: (S1) preparar um laminado pré-impregnado (80), o laminado pré-impregnado (80) compreendendo uma pluralidade de pré-impregnados (30) e ao menos uma membrana de ventilação microporosa (55); (S2) envolver o laminado pré-impregnado (80) com uma bolsa de vácuo impermeável a gás (65); (S3) evacuar um volume envolvido pela bolsa de vácuo impermeável a gás (65) para pré-consolidar a pluralidade de pré-impregnados (30); (S4) consolidar a pluralidade de pré-impregnados (30); e (S5) descontinuar a evacuação.

Description

"MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO COMPÓSITO"

Fundamentos Da Invenção

A invenção se refere, em geral, a um método de fabricação de um artigo compósito. Mais particularmente, a invenção se refere a um método de fabricação de um artigo compósito, incluindo, sem limitação, peças automotivas, peças para aeronaves, peças para barcos, peças para helicópteros, peças para esporte e lazer, e similares.

Há um interesse nos benefícios referentes aos materiais compósitos e aos artigos que os compõem, e um interesse nas aplicações dos artigos compósitos, que variam de componentes industriais e de esporte e lazer a componentes aeroespaciais de alto desempenho.

Breve Descrição Da Invenção

Um primeiro aspecto da revelação oferece um método de fabricação de um artigo compósito, sendo que o método compreende: a preparação de um laminado pré-impregnado, sendo que o laminado pré- impregnado compreende uma série de pré-impregnados e pelo menos uma membrana de ventilação microporosa; o envolvimento do laminado pré- impregnado por uma bolsa de vácuo impermeável a gás; o descarregamento de um volume envolvido pela bolsa de vácuo impermeável a gás para a pré- consolidação da série de pré-impregnados; a consolidação da série de pré- impregnados; e a descontinuação do descarregamento.

Um segundo aspecto da revelação oferece um método de fabricação de um artigo compósito, sendo que o método compreende: a laminação de uma série de pré-impregnados em um molde, em que o molde apresenta um formato do artigo compósito; a sobreposição da série de pré- impregnados com um tecido de drenagem; a sobreposição do tecido de drenagem com pelo menos uma membrana de ventilação microporosa; o envolvimento do molde que contém a série de pré-impregnados, o tecido de drenagem e pelo menos uma membrana de ventilação microporosa com uma bolsa de vácuo impermeável a gás; o descarregamento de um volume envolvido pela bolsa de vácuo impermeável a gás para a pré-consolidação da série de pré-impregnados; a consolidação da série de pré-impregnados; e a descontinuação do descarregamento.

Breve Descrição Dos Desenhos

Estas e outras características desta invenção serão mais facilmente compreendidas a partir da descrição detalhada a seguir dos vários aspectos da invenção considerados em conjunto com os desenhos anexos que ilustram várias modalidades da invenção, em que:

A FIG. 1 mostra um diagrama de fluxo de uma modalidade de um método de fabricação de um artigo compósito, de acordo com a presente invenção;

A FIG. 2 mostra uma ilustração em seção cruzada parcial de um laminado de bolsa de vácuo de uma modalidade de um método de fabricação de um artigo compósito, de acordo com a presente invenção;

A FIG. 3 mostra uma ilustração em seção cruzada parcial de uma modalidade de um fluoropolímero oleofóbico expandido e tratado, de acordo com a presente invenção;

A FIG. 4 mostra uma ilustração em seção cruzada parcial ampliada de uma modalidade de um fluoropolímero expandido com tratamento oleofóbico, de acordo com a presente invenção;

A FIG. 5 mostra uma ilustração em seção cruzada altamente ampliada de uma porção de uma modalidade de um fluoropolímero expandido com tratamento oleofóbico, de acordo com a presente invenção;

A FIG. 6 mostra uma imagem de microscópio eletrônico de varredura (MEV) de uma modalidade de uma membrana de fluoropolímero expandido antes do tratamento oleofóbico, de acordo com a presente invenção; e

A FIG. 7 mostra uma imagem de MEV de uma modalidade de uma membrana de fluoropolímero expandido após o tratamento oleofóbico, de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada Da Invenção

Os métodos de fabricação atuais de artigos compósitos que usam pré-impregnados compreendem geralmente: a Iam inação de uma série de pré- impregnados em um molde apropriado, sendo que cada pré-impregnado compreende filamentos de reforço envolvidos em uma resina não curada; a sobreposição das camadas de pré-impregnados com um pano têxtil de ventilação; o envolvimento dos pré-impregnados laminados e do pano têxtil de ventilação por uma bolsa de vácuo impermeável a gás; o descarregamento de um volume envolvido pela bolsa de vácuo e a manutenção dos pré- impregnados em temperatura ambiente por um tempo suficiente para a pré- consolidação dos pré-impregnados; o aumento progressivo da temperatura dos pré-impregnados para uma temperatura que é alta o suficiente para fazer com que a resina nos pré-impregnados se torne suficientemente móvel, permitindo a ocorrência da coalescência e da moldagem dos pré-impregnados, e permitindo que a resina se torne um gel posteriormente (esta etapa ocorre geralmente em uma autoclave para produzir a consolidação dos pré-impregnados); e a redução da temperatura após a descontinuação do descarregamento e da remoção do artigo compósito resultante formado no molde.

Os métodos mencionados anteriormente não podem ser inteiramente eficazes para a produção de artigos compósitos de alta qualidade e para aplicações de alto desempenho. Durante o processo de fabricação, o pano têxtil de ventilação fica tipicamente embebido pela resina e já não é capaz de fornecer uma passagem para que os componentes voláteis da resina escapem. Quaisquer componentes voláteis e efluentes gasosos presentes podem resultar no artigo compósito com uma porosidade indesejada.

Em referência à FIG. 1, uma modalidade de um método de fabricação de um artigo compósito é mostrada. O método compreende: uma etapa S1, de preparação de um laminado pré-impregnado, sendo que o laminado pré-impregnado compreende uma série de pré-impregnados e pelo menos uma membrana de ventilação microporosa; uma etapa S2, de envolvimento do laminado pré-impregnado por uma bolsa de vácuo impermeável a gás; uma etapa S3, de descarregamento de um volume envolvido pela bolsa de vácuo impermeável a gás para a pré-consolidação da série de pré-impregnados; uma etapa S4, de consolidação da série de pré- impregnados; e uma etapa S5, de descontinuação do descarregamento.

Em referência à FIG. 2, uma ilustração em seção cruzada parcial de um laminado de bolsa de vácuo 10 de uma modalidade de um método de fabricação de um artigo compósito é mostrada. O laminado de bolsa de vácuo 10 não é mostrado em sua totalidade por razões de dareza, mas uma pessoa versada na técnica irá reconhecer a estrutura de todo o laminado de bolsa de vácuo 10, conforme descrito neste documento.

Em uma modalidade, o laminado de bolsa de vácuo 10 pode compreender: um molde 15, um agente de desmoldagem 20, uma primeira camada de peel ply 25, uma série de pré-impregnados 30, uma segunda camada de peel ply 35, um primeiro filme de liberação 40, um tecido de drenagem 45, um segundo filme de liberação 50, uma membrana de ventilação microporosa 55, uma bolsa de vácuo 65, uma barragem de borda 70 e uma vedação 75. O agente de desmoldagem 20, a primeira camada de peel ply 25, a série de pré-impregnados 30, a segunda camada de peel ply 35, o primeiro filme de liberação 40, o tecido de drenagem 45, o segundo filme de liberação 50 e a membrana de ventilação microporosa 55, juntos, formam o que pode ser chamado de um laminado pré-impregnado 80. A bolsa de vácuo 65, vedada ao longo do laminado pré-impregnado 80, e o molde 15, podem ser chamados de laminado de bolsa de vácuo 10.

Em referência à FIG. 1 e à FIG. 2, uma modalidade de um método para fabricação de um artigo compósito é apresentada. Na etapa S1, de preparação de um laminado pré-impregnado, o molde 15 pode ser produzido e selecionado em um formato do artigo compósito a ser fabricado. Em uma modalidade, o molde 15 pode ter um formato selecionado dentre o grupo constituído por peças automotivas, peças para aeronaves, peças para helicópteros, peças ferroviárias, peças para moinhos de vento, peças para barcos, peças para plataformas de campos de petróleo offshore, peças aerospaciais e peças para esporte e lazer. Em outra modalidade, o molde pode ter o formato selecionado dentre o grupo de peças para aeronaves, como um cone de nariz, um flap de trem de pouso, um invólucro de motor, um slat, um aileron, um profundor, um leme, um estabilizador horizontal, um estabilizador vertical e um spoiler. Em outra modalidade, o molde pode ter o formato selecionado dentre o grupo de peças para barcos, como um convés e um casco. Uma pessoa normalmente versada na técnica irá reconhecer que um molde de qualquer formato de peça que seja compatível com o processo de sobreposição de uma série de pré-impregnados para a fabricação de um artigo compósito é abrangido pelo método da presente invenção. O processo de sobreposição de uma série de pré-impregnados em um molde descrito neste documento é bastante conhecido na técnica.

O molde 15, então, pode ser revestido com o agente de desmoldagem 20 para permitir a fácil remoção do artigo compósito do molde 15 após a conclusão do método de fabricação. Em uma modalidade, o agente de desmoldagem 20 pode ser aplicado com uma escova, uma almofada de celulose ou um aerossol em uma sala especialmente preparada e projetada para a deposição de vapor. O agente de desmoldagem 20 pode ser sobreposto pela primeira camada de peel ply 25. A primeira camada de peel ply 25 pode permitir a livre passagem de voláteis e de excesso de resina durante o processo de curagem descrito neste documento. A primeira camada de peel ply 25 pode ser removida para produzir ainda uma superfície aderente e/ou que se possa pintar do artigo compósito. Os agentes de desmoldagem, as camadas de peel ply e seu uso nos processos de fabricação de artigos compósitos são bastante conhecidos na técnica.

O molde 15, o agente de desmoldagem 20 e a primeira camada de peel ply 25 podem ser sobrepostas pela série de pré-impregnados 30. A série de pré-impregnados 30 descrita neste documento pode compreender uma combinação de uma resina (ou matriz) e um reforço de fibra. Em uma modalidade, a série de pré-impregnados 30 pode compreender pelo menos uma resina selecionada dentre o grupo constituído por uma resina epóxi, uma resina fenólica e uma resina de poliamida.

Em outra modalidade, a série de pré-impregnados 30 pode compreender pelo menos uma resina selecionada dentre o grupo constituído por tetraglicidil-diamino-difenil-metano, bis(3,4-epóxi-6-metil- ciclohexilmetil)adipato, uma resina novolak e bismaleimida. As resinas epóxi podem incluir, por exemplo, resinas tipo bisfenol A obtidas a partir de bisfenol A e epicloridrina; resinas obtidas pela epoxidação de resinas novolak (produzidas a partir de fenol e formaldeído) com epicloridrina; resinas epóxi polifuncionais, como tetraglicidil-diamino-difenil-metano, etc., e resinas epóxi alicíclicas, como bis(3,4-epóxi-6-metil-ciclohexilmetil)adipato, etc.

A série de pré-impregnados 30 também pode compreender resinas de poliéster insaturado, por exemplo, resinas obtidas pela reação de uma mistura de ácidos dibásicos saturados, como o ácido ortoftálico ou o ácido isoftálico, e ácidos dibásicos insaturados, como o anidrido de ácido maleico ou o ácido fumárico, com dióis, como o propilenoglicol, e resinas produzidas pela reação de resinas epóxi do tipo bisfenol ou do tipo novolak com ácido metacrílico, etc. As resinas fenólicas podem incluir, por exemplo, resinas novolak produzidas a partir de fenol e formaldeído, etc., e as resinas de poliimida podem incluir, por exemplo, resinas obtidas pela reação de bismaleimida com uma diamina, etc.

A série de pré-impregnados descrita neste documento para uso no método da presente invenção é bastante conhecida na técnica. Uma pessoa normalmente versada na técnica irá reconhecer que o número exato de pré-impregnados usados pode ser dependente das características desejadas do artigo compósito a ser fabricado e pode ser determinado sem experimentação indevida por uma pessoa normalmente versada na técnica.

A série de pré-impregnados 30 pode ser então sobreposta pela segunda camada de peel ply 35 para permitir a livre passagem de voláteis e do excesso de resina durante o estágio de curagem. Várias modalidades e características de uma camada de peel ply são descritas neste documento. O primeiro filme de liberação 40 pode ser aplicado à segunda camada de peel ply 35. O primeiro filme de liberação 40 pode auxiliar na prevenção do fluxo de resina da série de pré-impregnados 30 e pode ser ligeiramente porosa para permitir a passagem de ar e de voláteis. Os filmes de liberação e seu uso no processo de fabricação de artigos compósitos são bastante conhecidos na técnica.

O tecido de drenagem 45 pode ser então sobreposto ao primeiro filme de liberação 40 e pode recobrir todas as camadas anteriormente aplicadas ao molde 15. O tecido de drenagem 40 pode absorver o excesso de resina e auxilar na regulação do fluxo de resina para a produção do artigo compósito com um volume de fibras conhecido. Em uma modalidade, o fluxo de resina pode ser regulado pela quantidade de tecido de drenagem prevista para a produção de um artigo compósito de volume de fibras conhecido. Em outra modalidade, o tecido de drenagem 40 descrito neste documento pode ser um feltro de fibra de vidro. O tecido de drenagem 40 descrito neste documento é bastante conhecido na técnica.

O segundo filme de liberação 50 pode ser então sobreposto ao tecido de drenagem 40. Várias modalidades e características de um filme de liberação são descritas neste documento.

A membrana de ventilação microporosa 55 pode ser sobreposta ao segundo filme de liberação 50 cujas camadas subjacentes são descritas neste documento. O processo de sobreposição de várias camadas ou membranas em um processo de fabricação de um artigo compósito com o uso de pré-impregnados é bastante conhecido na técnica e, portanto, uma pessoa normalmente versada na técnica irá reconhecer como sobrepor a membrana de ventilação microporosa 55 descrita neste documento. Uma pessoa normalmente versada na técnica irá reconhecer que mais de uma membrana de ventilação microporosa 55 descrita neste documento pode ser usada no método descrito neste documento. Em uma modalidade, a membrana de ventilação microporosa 55 pode ter um valor mínimo de permeabilidade a ar de 0,005 pés cúbicos por minuto/pé quadrado a 0,5 polegadas de H2O. Em outra modalidade, a membrana de ventilação microporosa 55 pode ser laminada com um pano têxtil para aumentar o manuseio da membrana de ventilação microporosa 55 durante o processo de fabricação.

A membrana de ventilação microporosa 55 pode compreender um (e)-fluoropolímero expandido incluindo, sem limitação, e-poli(tetrafluoroetileno). Em uma modalidade, o e-poli(tetrafluoroetileno) pode ser tratado de modo oleofóbico. Várias características, modalidades e métodos de formação da membrana e-poli(tetrafluoroetileno) tratada de modo oleofóbico são descritas na Patente US N0 6.228.477 ('477), que é incorporada ao presente documento para fins de referência em sua totalidade. Para fins de clareza e conveniência, certas passagens do documento '477 são descritas no presente documento. A partir disto, a membrana de ventilação microporosa 55 será referida como uma membrana de e-fluoropolímero tratada de modo oleofóbico 55, a menos que especificado em contrário.

Referindo-se às Figuras 3, 4 e 5, membrana de respiração de e- fluoropolímero oleofobicamente tratada 55 compreende uma membrana 216 e um revestimento 228. A membrana 216 também compreende laterais principais opostas 218 e 220. Uma membrana 216 pode ser porosa e pode ter uma estrutura do tipo matriz ou arranjo tridimensional com numerosos nós 222 interconectados por numerosas fibrilas 224. Em uma modalidade, a membrana 216 pode ser microporosa. Em outra modalidade, a membrana 216 pode compreender (e)-poli(tetrafluoroetileno) expandido (e-PTFE).

Um elemento com conhecimento comum na técnica irá reconhecer que qualquer membrana produzida a partir de um material que pode ser oleofóbico ou tratado para ser como tal é abrangido pelo método da presente invenção. Um elemento de conhecimento comum na técnica também irá reconhecer que qualquer membrana de fluoropolímero que pode ser oleofóbica ou tratada para ser como tal é abrangida pelo método da presente invenção. As superfícies de nós 222 e fibrilas 224 podem definir diversos poros de interconexão 226 que se estendem através da membrana 216 entre laterais opostas principais 218 e 220. Uma membrana 216 pode ser revestida com uma material de fluoropolímero oleofóbico de tal maneira que as propriedades hidrofóbicas e oleofóbicas acentuadas resultem sem comprometer sua permeabilidade ao ar.

O revestimento 228 pode aderir aos nós 222 e às fibrilas 224 que definem os poros 226 na membrana 216. O revestimento 228 também pode se conformar às superfícies da maioria dos nós 222 e fibrilas 224. O revestimento 228 pode aprimorar a característica de oleofobia da membrana 216 através da resistência à contaminação a partir da absorção de materiais contaminantes como óleos, óleos corporais em suor, substâncias gordurosas, tensoativos como detergentes, resinas e outros agentes contaminantes.

A definição física de "molhagem" é baseada nos conceitos de energia superficial e tensão superficial. As moléculas líquidas são atraídas umas para as outras em suas superfícies. Esta atração tende a puxar as moléculas líquidas. Valores relativamente altos de tensão superficial significam que as moléculas têm uma forte atração entre si e é relativamente mais difícil separar as moléculas. A atração varia dependendo do tipo de molécula. Por exemplo, a água tem um valor de tensão superficial relativamente alto devido ao fato de a atração em moléculas de água ser relativamente alta devido à ligação de hidrogênio. Os polímeros fluorados ou fluoropolímeros têm um valor de tensão superficial relativamente baixo por causa forte eletronegatividade do átomo de flúor.

A membrana 216 feita de e-PTFE pode conter poros capilares interconectados muito pequenos 226 que se comunicam fluidamente com ambientes adjacentes às laterais principais opostas 218 e 220 da membrana 226. Portanto, a propensão do material e-PTFE da membrana 216 adsorver um líquido corrente, bem como se um líquido corrente seria adsorvido em poros 226, é uma função da energia superficial do sólido, a tensão superficial do líquido, o ângulo de contato entre o líquido e o sólido, e o tamanho ou área de fluxo dos poros capilares.

As propriedades oleofóbica substancialmente aprimoradas da membrana 216 podem ser realizadas se as superfícies que definem os poros 226 na membrana 216, e as laterais opostas principais 218 e 220 são revestidas com um fluoropolímero oleofóbico. Uma dispersão de água de resina de fluoropolímero ou sólidos pode ser capaz de molhar a membrana 216 e entrar nos poros 226 da membrana 216 quando diluída por um agente de molhagem miscível em água, por exemplo, álcool isopropílico (IPA). A dispersão diluída de fluoropolímero oleofóbico tem uma tensão superficial e ângulo de contato relativo que permitem que a dispersão diluída molhe e não seja retirada dos poros 226 da membrana 216. A quantidade mínima de agente de molhagem que pode ser necessária para a mescla entrar nos poros 226 na membrana 216 depende da tensão superficial da dispersão diluída e do ângulo de contato relativo entre a dispersão diluída e o material de membrana 216. A quantidade mínima de agente de molhagem pode ser determinada sem experimentação indevida através da adição de gotas de diferentes razões de mescla à superfície da membrana 216 e da observação de quais concentrações são imediatamente retiradas dos poros 226 da membrana 216.

Para impedir ou minimizar a perda de resistência à penetração de líquido em uma membrana de e-PTFE 216, o valor da energia superficial da membrana 216 pode ser menor que o valor da tensão superficial do líquido corrente e o ângulo de contato relativo pode ser maior que 90°.

O uso de um fluoropolímero oleofóbico coalescido, como um polímero de base acrílica com cadeias laterais de fluorocarbono, para revestir a membrana 216 pode reduzir a energia superficial da membrana 216 , então, menos líquidos são capazes de molhar a membrana 216 e entrar nos poros 226. O polímero de base acrílica com cadeias laterais de fluorocarbono que podem ser usados para revestir a membrana 216 podem estar na forme de uma dispersão miscível em água de copolímero acrílico de perfluoroalquil disperso primeiramente em água, mas também pode conter quantidades relativamente pequenas de acetona e etileno glicol ou outros solventes miscíveis em água. O revestimento 228 pode ser disposto sobre e em torno de superfícies de nós 222 e fibrilas 224 que definem poros de interconexão 226 que se estendem através da membrana 216. O revestimento 228 pode intensificar as propriedades hidrofóbicas da membrana 216 além de fornecer melhores propriedades oleofóbicas para a membrana 216.

A membrana de e-fluoropolímero oleofobicamente tratada 55 pode ter uma taxa de transmissão (MVTR) e permeabilidade ao ar relativamente altas. Em uma modalidade, a membrana de e-fluoropolímero oleofobicamente tratada 55 pode ter uma taxa de transmissão de vapor de umidade (MVTR) de pelo menos 1000 g/m2 por 24 h. Em outra modalidade, a membrana de e-fluoropolímero oleofobicamente tratada 55 pode ter uma MVTR de pelo menos 1500 g/m2 por 24 h.

A membrana 216 pode ser produzida através da extrusão de uma mistura de partículas de PTFE. (disponível junto à du Pont sob o nome de TEFLON®) e lubrificante. O extrudado pode, então, ser calandrado. O extrudado calandrado é, então, expandido ou estirado para formar fibrilas que conectam as partículas ou nós em uma estrutura de arranjo ou matriz tridimensional. "Expandido" se destina a conotar estirado suficientemente além do limite elástico do material para introduzir deformação ou alongamento permanente nas fibrilas do material a ser estirado.

Outros materiais e métodos podem ser usados para formar uma membrana porosa adequada 216 que possui poros 226 que se estendem através da membrana 216. Por exemplo, outros materiais adequados incluem um poliolefina, um poliamida, um poliéster, um polisulfona, um poliéter, um acrílico e um polímero de metacrílico, um poliestireno, um poliuretano, um polipropileno, um polietileno, um polímero celulósico e combinações dos mesmos.

As superfícies de nós 222 e fibrilas 224 definem uma pluralidade de poros interconectados 226 que podem estar em comunicação fluida entre si e podem se estender através da membrana 216 entre lados opostos 218 e 220 da membrana 216. Em uma modalidade, um tamanho adequado para poros 226 pode se situar na faixa de aproximadamente 0,3 micra a aproximadamente 10 micra. Em outra modalidade, o tamanho dos poros 226 pode estar na faixa de aproximadamente 1,0 mícron a aproximadamente 5,0 micra. A membrana 216 pode ser, então, aquecida a fim de reduzir e minimizar estresse residual. Em uma modalidade, a membrana 216 pode ser completamente sinterizada, parcialmente sinterizada ou não sinterizada.

Após a membrana de e-PTFE 216 ser fabricada, a dispersão diluída do fluoropolímero oleofóbico pode ser aplicada à membrana 216 para umedecer as superfícies dos nós 222 e fibrilas 224 que definem os poros 226. A espessura do revestimento de fluoropolímero oleofóbico 228 e a quantidade e o tipo de sólidos de fluoropolímeros no revestimento 228 podem depender de vários fatores. Estes fatores incluem a afinidade dos sólidos para aderirem e se conformarem às superfícies dos nós 222 e fibrilas 224. Após a operação de umedecimento, substancialmente todas dentre as superfícies dos nós 222 e fibrilas 224 podem ser ao menos parcialmente umedecidas e, em outra modalidade, todas as superfícies de todos os nós 222 e fibrilas 224 podem ser completamente umedecidas sem bloquear completamente os poros 226 na membrana 216.

Não é necessário que o revestimento 228 encapsule completamente toda a superfície dos nós 222 ou fibrilas 224, ou seja contínuo para aumentar a oleofobicidade da membrana 216. Em uma modalidade, o revestimento 228 pode encapsular completamente toda a superfície dos nós 222 ou fibrilas 224, ou pode ser contínuo. O revestimento acabado 228 pode resultar da coalescência dos sólidos de fluoropolímero oleofóbico, por exemplo, em uma dispersão aquosa de polímero de base acrílica com cadeias laterais de fluorocarboneto diluídas em um agente de umedecimento miscível em água, em quantas superfícies da membrana 216 for possível.

Os sólidos de fluoropolímero oleofóbico da dispersão diluída podem engatar e podem aderir às superfícies dos nós 222 e fibrilas 224 que definem os poros 226 após o material de agente de umedecimento ser removido. Os sólidos de fluoropolímero oleofóbico podem ser aquecidos sobre a membrana 216 para coalescer e, assim, tornar a membrana de e- fluoropolímero tratada de forma oleofóbica 216 resistente à contaminação através da absorção de óleos e agentes contaminantes. Durante a aplicação de calor, a mobilidade térmica dos sólidos de fluoropolímero oleofóbico pode permitir que os sólidos fluam ao redor dos nós 222 e fibrilas 224, e forme o revestimento 228. As cadeias laterais de fluorocarboneto podem ser orientadas para se estenderem em uma direção longe da superfície revestida dos nós 222 ou fibrilas 224. O fluoropolímero oleofóbico coalescido pode fornecer um revestimento protetor relativamente delgado 228 sobre a membrana 216 que não bloqueie completamente ou cegue os poros 226 na membrana de e-fluoropolímero tratada de forma oleofóbica 55. A membrana de e-fluoropolímero tratada de forma oleofóbica 55 também pode ter um comprimento Z aprimorado, isto é, a membrana de e-fluoropolímero tratada de forma oleofóbica 55 pode resistir à separação em camadas distintas quando a força for aplicada em uma direção normal aos lados principais 18 e 20.

A dispersão aquosa de polímero de base acrílica com cadeias laterais de fluorocarboneto pode incluir água, um copolímero acrílico de perfluoroalquila, um co-solvente solúvel em água e um glicol. Um elemento versado na técnica reconheceria, sem experimentação indevida de outros solventes, co-solventes, e tensoativos, que também pode compreender a dispersão aquosa. Em uma modalidade, uma família de polímero de base acrílica com cadeias laterais de fluorocarboneto que pode ser usada na dispersão aquosa é a família Zonyl® de flúor que contém polímeros de dispersão (produzidos por du Pont e disponível junto à CIBA Specialty Chemicals). Em outra modalidade, pode ser usado Zonyl® 7040 na dispersão aquosa. Outros produtos químicos comercialmente disponíveis que podem ser usados na dispersão aquosa são Milliken's Millguard®, Elf Atochem Foraperle®, Asahi Glass and Chemical's Asahi guard®, Repearl™ 8040 (disponível junto à Mistubishi) e Scotchgard® da 3M e produtos Scotchban®.

A dispersão do polímero de base acrílica que possui cadeias laterais de fluorocarboneto pode ser diluída em um solvente ou agente de umedecimento, como etanol, álcool isopropílico, metanol, n-propanol, n- butanol, N-N-dimetilformamida, metil etil cetona, e éteres glicol de série e- e -p solúveis em água. A dispersão pode ser diluída para fornecer uma razão em peso de agente de umedecimento para dispersão na faixa de aproximadamente 1:5 a aproximadamente 20:1. Em outra modalidade, a razão pode se situar na faixa de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 9:1. Uma quantidade de sólido de fluoropolímero oleofóbico na dispersão aquosa ZonyI® 7040 pode ser até 20 em peso (em peso) % e, em outra modalidade, uma faixa de aproximadamente 14 % em peso a aproximadamente 18 % em peso,

A dispersão diluída pode conter sólidos de fluoropolímero oleofóbico em uma faixa de aproximadamente 1,0 % em peso a aproximadamente 1,0 % em peso. Em uma modalidade, a faixa pode ser de aproximadamente 2,0 % em peso a aproximadamente 6,0 % em peso. A dispersão diluída tem propriedades de ângulo de contato de superfície relativa e tensão de superfície que possibilitam que a dispersão diluída umedeça os poros 226· na membrana 216 e, enfim, seja revestida com sólidos de fluoropolímero oleofóbico. O tamanho médio de partícula dos sólidos de fluoropolímero oleofóbico pode ser de aproximadamente 0,15 micra.

Uma modalidade de um método de tratamento da membrana 216 é apresentada no presente documento. O método inclui fornecer uma membrana 216 que possui superfícies que definem uma pluralidade de poros 226 que se estendem através da membrana 216. Em uma modalidade, os poros 226 na membrana 216 podem ser microporosos. Em outra modalidade, a membrana 216 pode ser feita de e-PTFE. A membrana 216 pode ser desenrolada de um cilindro e enfileirada sobre os cilindros e direcionada em um tanque de retenção ou um reservatório sobre um cilindro de imersão. Uma dispersão diluída de polímero de base acrílica miscível em água com cadeias laterais de fluorocarboneto pode estar no reservatório.

A dispersão de polímero de base acrílica com cadeias laterais de fluorocarboneto pode ser, então, diluída em um agente de umedecimento adequado, como álcool isopropílico ou acetona. A dispersão de polímero de base acrílica com cadeias laterais de fluorocarboneto pode ser diluída a uma razão de agente de umedecimento miscível em água para a dispersão de polímero de base acrílica com cadeias laterais de fluorocarboneto em uma faixa de aproximadamente 1:5 a aproximadamente 20:1. Em uma modalidade, a razão pode ser de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 9:1. A dispersão diluída pode ser, então, aplicada à membrana 216 através de qualquer método adequado conhecido na técnica, por exemplo, através de revestimento de cilindro, imersão (submersão), aspersão e similares. A dispersão diluída pode impregnar a membrana 216, umedecer as superfícies dos nós 222 e fibrilas 224 que definem os poros 226 e as superfícies dos lados principais 18 e 20.

A dispersão não diluída pode ter uma tensão de superfície e ângulo de contato relativo de modo que isto não umedeça os poros 226. A dispersão diluída pode conter sólidos de copolímero acrílico de perfluoroalquila em etileno glicol e água diluída em um agente de umedecimento, como álcool isopropílico, a uma razão predeterminada. A dispersão diluída pode ter uma tensão de superfície e um ângulo de contato relativo de tal modo que a dispersão diluída possa umedecer todas as superfícies da membrana 216.

Enquanto a membrana 216 é imersa na dispersão diluída, as superfícies da membrana 216 que definem os poros 226 podem ser engatadas, umedecidas e revestidas pela dispersão diluída. A membrana umedeòida 216 pode ser, então, direcionada para fora do reservatório.

Um mecanismo, como um par de rodos ou lâminas para uso médico, pode engatar lados principais opostos 218 e 220 da membrana umedecida 216. As lâminas para uso médico do mecanismo pode espalhar a dispersão diluída e pode remover o excesso de dispersão diluída da membrana umedecida 216 a fim de minimizar a chance de bloqueio dos poros na membrana 216. Qualquer outro meio adequado para remover o excesso de dispersão diluída pode ser usado, como uma faca de ar.

A membrana umedecida 216 pode sair do mecanismo de lâmina para uso médico. A membrana umedecida 216 pode, então, ser enfileirada sobre os cilindros. O agente de umedecimento e quaisquer outros materiais fugitivos, como água, acetona e etileno glicol na dispersão diluída, podem ser subseqüentemente removidos através da secagem a ar ou outros métodos de secagem. O agente de umedecimento "tipicamente evapora sozinho, mas a evaporação pode ser acelerada através da aplicação de calor relativamente baixo, por exemplo, aproximadamente 100° C quando o álcool isopropílico for o agente de umedecimento. O vapor do agente de umedecimento pode se mover para longe da membrana umedecida 216.

A membrana umedecida 216 pode ser, então, direcionada para um forno com calor. Pode ser necessário confinar ou desafogar o reservatório e as fontes de calor com uma coifa. A coifa pode ser desafogada para um local desejado através de um conduto. A coifa pode remover ou capturar o vapor, como, agente de umedecimento fugitivo e emulsificadores, da membrana umedecida 216 e pode direcionar o material capturado para um local para armazenamento ou disposição. Ad fontes de calor podem ter, cada uma, duas zonas de aquecimento. A primeira zona pode ser uma "zona de secagem" para aplicar calor relativamente baixo à membrana umedecida 216, por exemplo, 100°C, a fim de evaporar quaisquer agentes de umedecimento fugitivo que ainda não foi evaporado. A segunda zona pode ser uma "zona de curagem" para coalescer os sólidos de fluoropolímero oleofóbico.

As fontes de calor podem aplicar calor a uma temperatura de ao menos 140° C por ao menos aproximadamente trinta segundos à membrana umedecida 216. O calor aplicado pode coalescer os sólidos de fluoropolímero oleofóbico no polímero de base acrílica com cadeias laterais de fluorocarboneto sobre e ao redor das superfícies dos nós 222 e fibrilas 226 para render o óleo de membrana de e-fluoropolímero tratada de forma oleofóbica 55 e resistência ao agente de contaminação. A quantidade e duração que o calor é aplicado para tratar a membrana 216 podem permitir que os sólidos coalesçam e fluam enquanto as cadeias laterais de fluorocarboneto se orientam e se estendem em uma direção para longe das superfícies dos nós 222 e fibrilas 226 que estão revestidas. A membrana de e-fluoropolímero tratada de forma oleofóbica 55 pode, então, sair das fontes de calor e pode, então, ser enfileirada sobre os cilindros e direcionada sobre um carretei de enrolar.

Referindo-se à Figura 6, é mostrada uma fotografia de microscópio eletrônico de varredura (SEM) de uma modalidade de membrana não revestida 216. Para propósitos de comparação, é mostrada uma modalidade de uma membrana de e-PTFE tratada de forma oleofóbica 55 na Figura 7. Referindo-se às Figuras 6 e 7, a membrana de e-PTFE tratada de forma oleofóbica 55 inclui a mesma membrana não revestida 216 com revestimento 228 aplicado. As membranas 216 (Figura 6) e 55 (Figura 7) são da mesma operação de produção. Os SEMs são da mesma magnificação e pode ser visto que as fibrilas revestidas 224 da Figura 7 têm uma aparência mais espessa devido à camada de revestimento 228 sobre as fibrilas 224, mas os poros 226 na membrana de e-PTFE tratada de forma oleofóbica 55 são completamente bloqueados. A permeabilidade ao ar da membrana de e-PTFE tratada de forma oleofóbica 55 ilustrada na Figura 7 foi de 1,21 pés cúbico por minuto (CFM) por pé quadrado conforme medido através de um Teste de Permeabilidade ao Ar Frazier.

A membrana de e-PTFE tratada de forma oleofóbica 55 pode ter uma vantagem sobre as membranas de poli(propileno) tipicamente usadas nas quais a membrana de e-polifluoropolímero tratada de forma oleofóbica 55 pode ser usada em processos de cura de alta temperatura em excesso de 200°C. A membrana de e-polifluoropolímero tratada de forma oleofóbica 55 também pode apresentar uma vantagem na qual as características da membrana de β- polifluoropolímero tratada de forma oleofóbica 55 podem possibilitar a fabricação em temperaturas até e incluindo 300°C. A membrana de e- polifluoropolímero tratada de forma oleofóbica 55 pode, ainda, possibilitar a fabricação em temperaturas na faixa de aproximadamente 80°C a aproximadamente 300°C e todas as subfaixas entre isto.

A membrana de e-polifluoropolímero tratada de forma oleofóbica pode ter uma vantagem de resistir ao umedecimento/vazamento de reticuladores das resinas de pluralidade de pré-impregnadores 30. Os reticuladores podem ter tensões de superfície menores que 15 dynes/cm. Em uma modalidade, a membrana de e-fluoropolímero tratada dé forma oleofóbica 55 pode ser descartável.

Foi encontrado que uma vantagem que pode ser realizada na prática de algumas modalidades de um método de fabricação de um artigo compósito descrito no presente documento é que, quando uma membrana de (e)-fluoropolímero tratada de forma oleofóbica 55 for usada, a membrana de e- fluoropolímero tratada de forma oleofóbica 55 é capaz de manter uma trajetória respirável contínua para os voláteis gerados para escapar; subseqüentemente levado à porosidade reduzida no artigo compósito fabricado.

Referindo-se novamente ao termo membrana de respiração microporosa 55, pode ser fabricado pela metodologia mencionada acima ou por outras técnicas conhecidas na técnica incluindo, mas não se limitando ao uso de fluidos supercríticos, deposição de fase de vapor e etc.

Em uma modalidade do método da presente invenção, o método pode adicionalmente compreender sobrepor um pano de respiração têxtil conhecido na técnica sobre a membrana de e-polifluoropolímero tratada de forma oleofóbica 55. O pano de respiração têxtil pode adicionalmente permitir a aplicação de um vácuo e pode adicionalmente assistir na remoção de ar, voláteis, e efluentes gasosos de toda a montagem. Um elemento versado na técnica irá reconhecer, sem experimentação indevida, que a espessura do pano de respiração necessário para uso no método de fabricação descrito no presente documento é dependente da aplicação, isto é, o artigo compósito a ser fabricado. O processo de sobreposição de um pano de respiração sobre uma camada em uma camada assentada previamente em um processo de fabricação de um artigo compósito com o uso de pré-impregnadores é conhecido na técnica.

Referindo-se às Figuras 1 e 2, após o preparo de laminado de pré-impregnado 80 na etapa S1, pode ser então confinado com uma bolsa de vácuo impermeável ao gás 65 na etapa S2. A bolsa de vácuo 65 pode ser vedada com uma vedação 75. O ar pode, então, ser evacuado forçando a bolsa de vácuo 65 para baixo sobre o laminado de pré-impregnado 80 fazendo com que o laminado de pré-impregnado 80 seja pré-consolidado na etapa S3.

O processo de confinamento de um molde que tem uma pluralidade de pré- impreganadores e várias camadas sobre isto com uma bolsa de vácuo impermeável ao gás, e evacuando o volume confinado pela bolsa de vácuo impermeável é conhecido na técnica.

Na etapa S4, a pluralidade de pré-impregandores pode ser consolidada. O laminado da bolsa de vácuo 10 que tem ainda um vácuo aplicado pode ser colocado dentro de um forno, não mostrado, e pode ser aplicado calor de maneira controlada para fazer com que a pluralidade de pré- impregandores do laminado de pré-impregnado 80 coalesça e molde o formato do artigo compósito. O aquecimento de maneira controlado por evitar grandes diferenciais de temperatura entre a temperatura do ar e a pluralidade de pré- impregandores. Em uma modalidade, o laminado de bolsa de vácuo 10 que ainda tem um vácuo aplicado pode ser colocado dentro de uma autoclave.

A consolidação pode; adicionalmente, compreender a curagem da pluralidade coalescida e moldada de pré-impreganadores. Em uma modalidade, a curagem pode ser realizada em um forno. Em outra modalidade, a curagem pode ser realizada em uma autoclave. O processo de curagem de uma pluralidade coalescida e moldada é conhecido na técnica

Em uma modalidade, a consolidação e curagem da pluralidade de pré- impregandòres pode não precisar ser conduzida em autoclave ou pode ser conduzida em uma autoclave a uma pressão reduzida enquanto alguma compressão vertical pode ser fornecida pelo próprio vácuo aplicado devido ao uso da membrana de respiração microporosa 55 ou múltiplas membranas de respiração microporosas.

Descobriu-se quê uma vantagem que pode ser realizada na prática de algumas modalidades de um método de fabricação de um artigo compósito descrito no presente documento é que quando a membrana de ventilação microporosa 55 é usada, uma compressão vertical contínua é capaz de ser aplicada sobre toda a superfície dos pré-impregnados durante a etapa de curagem da resina; subseqüentemente levando a tolerâncias dimensionais aperfeiçoadas sobre o lado de não ferramentas do artigo compósito.

A consolidação também pode compreender adicionalmente o resfriamento da pluralidade curada de pré-impregnados 30 em um modo controlado, de modo a evitar súbitas quedas de temperatura, que podem induzir altas tensões térmicas. Em uma modalidade, o resfriamento pode ser realizado em um forno. Em outra modalidade, o resfriamento pode ser realizado em uma autoclave. A pressão e/ou vácuo podem ser mantido por todo o período de resfriamento. O processo de resfriamento da pluralidade de pré-impregnados 30 em um modo controlado é bem conhecido na técnica.

Na etapa S5, após a consolidação, o vácuo pode ser descontinuado e, então, o artigo compósito pode ser removido do molde 15.

Foi descoberto que uma vantagem que pode ser realizada na prática de algumas modalidades de fabricação de um artigo compósito descrito no presente documento é que quando a membrana de ventilação microporosa 55 é usada, uma redução de porosidade do artigo compósito pode ser atingida devido á remoção contínua de componentes voláteis e efluentes gasosos.

Foi descoberto que outra vantagem que pode ser realizada na prática de algumas modalidades de fabricação de um artigo compósito descrito no presente documento e que quando a membrana de ventilação microporosa 55 é usada, uma espessura mais uniforme do artigo compósito pode ser atingida devido à porosidade reduzida do artigo compósito.

Foi descoberto que outra vantagem que pode ser realizada na prática de algumas modalidades de fabricação de um artigo compósito descrito no presente documento é que quando a membrana de ventilação microporosa 55 é usada, uma redução no uso de resina e menos desperdício da resina podem atingidos desde que a resenha não impregne na membrana de ventilação microporosa 55.

Os benefícios e vantagens do uso da membrana de ventilação microporosa 55 descrita no presente documento podem ser aplicados quando a membrana de ventilação microporosa 55 é usada em conjunto com o pano de ventilação têxtil tradicional descrito no presente documento ou na ausência do pano de ventilação têxtil. Os termos "primeiro," "segundo," e similares, no presente documento não denotam qualquer ordem, quantidade ou importância, mas, de preferência, são usados para distinguir um elemento de outro e os termos "um" e "uma" no presente documento não denotam uma limitação de quantidade, mas, de preferência, denotam a presença de ao menos um item referenciado.

O modificador "aproximadamente" usado em conjunto com uma quantidade é inclusivo do valor declarado e tem o significado ditado pelo contexto, (por exemplo, inclui o grau de erro associado com a medição da quantidade particular). O(s) sufixo"(s)" conforme usado(s) no presente documento tem a intenção de incluir tanto o singular quanto o plural do termo que ele modifica, por meio disso, incluindo um ou mais daquele termo (por exemplo, o metal(is) inclui um ou mais metais). As faixas reveladas no presente documento são inclusivas e combináveis independentemente' (por exemplo, faixas de "até aproximadamente 25 % em peso, ou, mais especificamente, aproximadamente 5 % em peso até aproximadamente 20 % em peso", são inclusivas dos pontos finais e todos os valores intermediários das faixas de "aproximadamente 5 % em peso a aproximadamente 25 % em peso," etc).

Enquanto várias modalidades são descritas no presente documento, será apreciado a partir do relatório descritivo que várias combinações de elementos, variações ou aperfeiçoamentos no presente documento podem ser realizadas por aqueles indivíduos versados na técnica e estão no escopo da invenção. Em adição, muitas modificações podem ser adaptadas a uma situação particular ou material em relação aos ensinamentos da invenção sem que se afaste do escopo essencial da mesma. Portanto, não é a intenção que a invenção não seja limitada a uma modalidade particular revelada como o melhor modo contemplado para executar essa invenção, mas a invenção incluirá todas as modalidades que se incluam no escopo das reivindicações em anexo.

Claims

1. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO COMPÓSITO; sendo que o método compreende: (S1) preparar um laminado pré-impregnado (80), sendo que o laminado pré-impregnado (80) compreende uma pluralidade de pré- impregnados (30) e ao menos uma membrana de ventilação microporosa (55); (S2) envolver o laminado pré-impregnado (80) com uma bolsa de vácuo impermeável a gás (65); (S3) evacuar um volume envolvido pela bolsa de vácuo impermeável a gás (65) para pré-consolidar a pluralidade de pré-impregnados (30); (S4) consolidar a pluralidade de pré-impregnados (30); e (S5) descontinuar a evacuação.

2. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1, em que a pluralidade de pré- impregnados (30) compreende ao menos uma resina selecionada do grupo que consiste em uma resina epóxi, uma resina fenólica e uma resina poliamida.

3. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 2, em que o ao menos uma resina é selecionada do grupo que consiste em tetraglicidildiaminodifenil metano, bis(3,4-epóxi-6-metil-ciclohexilmetil)adipato, uma resina novolak e bismaleimida.

4. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1, em que a ao menos uma membrana de ventilação microporosa (55) compreende (e)- poli(tetrafluoroetileno) com tratamento oleofóbico.

5. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1, em que a ao menos uma micromembrana porosa (55) compreende (e)-poli(tetrafluoroetileno) que tem um revestimento no mesmo que compreende um polímero de base acrílica com cadeias laterais de fluorocarboneto.

6. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1, em que a ao menos uma membrana de ventilação microporosa (55) tem um valor mínimo de permeabilidade a ar de 0,005 pés cúbicos por minuto /pé2 a 0,5 polegadas de H2O.

7. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1, em que a ao menos uma· membrana de ventilação microporosa (55) é laminada para um pano têxtil.

8. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO COMPÓSITO, sendo que o método compreende: colocar uma pluralidade de pré-impregnados (30) em um molde (15), em que o molde (15) tem um formato do artigo compósito; sobrepor a pluralidade de pré-impregnados (30) com um tecido de drenagem (45); sobrepor o tecido de drenagem (45) com ao menos uma membrana de ventilação microporosa (55); envolver o molde (15) que tem a pluralidade de pré-impregnados (30), o tecido de drenagem (45), e a ao menos uma membrana de ventilação microporosa (55) com uma bolsa a vácuo impermeável a gás (65); evacuar um volume envolvido pela bolsa de vácuo impermeável a gás (65) para pré-consolidar a pluralidade de pré-impregnados (30); consolidar a pluralidade de pré-impregnados (30); e descontinuar a evacuação.

9. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 8, em que a pluralidade de pré- impregnados (30) compreende ao menos uma resina selecionada do grupo que consiste em uma resina epóxi, uma resina fenólica e uma resina de poliimida.

10. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 9, em que a ao menos uma membrana de ventilação microporosa (55) compreende (e)- poli(tetrafluoroetileno).com tratamento oleofóbico.