BR102012031443A2

BR102012031443A2 - Fibra oca com propriedade de gradiente e método de fabricação da mesma

Info

Publication number: BR102012031443A2
Application number: BRBR102012031443-6A
Authority: BR
Inventors: Thomas Karl Tsotsis
Original assignee: Boeing Co
Priority date: 2011-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-11-12
Also published as: US20190233973A1; EP2602363A1; BR102012031443B1; EP2602363B1; JP2013122105A; ES2726098T3; US20170159210A1; US10774447B2; JP6180105B2; US10253433B2; CN103160941B; US9683310B2; CN103160941A; US20130149523A1

Abstract

FIBRA OCA COM PROPRIEDADE DE GRADIENTE E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DA MESMA. A presente invenção refere-se a uma fibra oca e métdo de fabricação. A fibra oca tem uma porção do volume interno tendo uma porção do primeiro núcleo e uma ou mais porções ocas do segundo núcleo. A porção do primeiro núcleo tem nanoestruturas e um mais primeiros polímeros. As nanoestruturas agem como um modelo de orientação para a orientação dos primeiros polímeros em uma direção paralela ao eixo geométrico longitudinal da fibra. A porção do primeiro núcleo fica em contato com e abrange as porções ocas do segundo núcleo. A fibra oca ainda tem uma porção do volume externo tendo um ou mais segundos polímeros. A porção do volume externo fica em contato com e abrangendo completamente a porção do volume interno. A porção do volume interno tem pelo menos um do módulo tênsil e da resistência que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil e da resitência da porção do volume externo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FIBRA OCA COM PROPRIEDADES DE GRADIENTE E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DA MESMA".

Precedentes

1) Campo da descrição

A descrição refere-se, de forma geral, a fibras ocas com reforço de nanoestrutura e mais particularmente, a fibras de carbono ocas de nú- cleo-revestimento com reforço da nanoestrutura do núcleo e propriedades de gradiente para uso em estruturas compostas para aeronaves e outras estru- turas.

2) Descrição da técnica relacionada

Materiais de resina reforçados com fibra, ou materiais "compósi- tos" como eles são geralmente conhecidos, são usados em uma ampla vari- edade de estruturas e peças de componente, incluindo na fabricação de ae- ronave, espaçonave, mecanismos a rotor, embarcações, automóveis, cami- nhões e outros veículos, por causa das elevadas razões de resistência em relação ao peso, resistência à corrosão e outras propriedades favoráveis. Em particular, na construção de aeronave, estruturas compostas e peças de componente são usadas em quantidades crescentes para formar a fusela- gem, asas, seção da cauda, painéis externos e outras peças de componente da aeronave.

Materiais compósitos convencionais tipicamente incluem vidro, carbono ou "camadas" de fibra de poliaramida em configurações tecidas e/ou não tecidas. As camadas de fibra podem ser fabricadas em peças com- postas pela sua laminação com um material de matriz não curado (por e- xemplo, uma resina de epóxi). O laminado pode então ser curado com a a- plicação de calor e/ou pressão para formar a peça acabada.

O material da fibra nas peças compostas apresenta resistência relativamente alta na direção das fibras. A resistência ao impacto, entretanto, é geralmente determinada pelas propriedades da matriz curada. Fibras de carbono com elevados módulos e resistências podem ter problemas na inter- face da fibra-matriz quando existe um desacordo entre a dureza da matriz e a fibra. Existem materiais compósitos conhecidos com módulos e resistên- cias mais elevadas do que as fibras atualmente usadas de módulo elevado a intermediário. Entretanto, tais materiais compósitos conhecidos mostraram uma suscetibilidade às propriedades reduzidas da interface entre a fibra e a matriz, assim limitando os benefícios disponíveis de tais fibras de desempe- nho superior. Além disso, existem métodos conhecidos que modificam o di- mensionamento da fibra ou usam químicas de matriz diferentes. Entretanto, tais métodos conhecidos podem não superar a suscetibilidade às proprieda- des reduzidas da interface entre a fibra e a matriz enquanto ainda provendo propriedades melhoradas da fibra. Além do mais, tais métodos conhecidos podem aumentar o peso dos materiais compósitos e podem aumentar os custos de fabricação e produção dos materiais compósitos.

Além disso, outra maneira para aumentar a resistência ao im- pacto e a dureza à fratura das peças compostas é aumentar as propriedades estruturais dos materiais compósitos adicionando nanoestruturas, tal como nanoestruturas de carbono, nos materiais compósitos. Nanotubos de carbo- no são moléculas ordenadas de carbono puro que formam cilindros muito pequenos (na ordem de 10 nanômetros (isto é, 1x10"8 metros)). Os nanotu- bos de carbono exibem resistência rara e podem ser mais de 30 vezes mais fortes do que as fibras de carbono típicas e 100 vezes mais fortes do que o aço de peso equivalente.

Materiais compósitos conhecidos tendo reforço de nanoestrutu- ra, tal como reforço de nanotubo de carbono, existem. Entretanto, tais mate- riais compósitos conhecidos podem suspender os nanotubos de carbono na resina resultando na orientação aleatória dos nanotubos entre camadas de fibra adjacentes. Além do mais, a adição de quantidades até mesmo peque- nas de nanotubos de carbono em uma resina líquida tende a aumentar dra- maticamente a sua viscosidade e, assim, diminuir a sua capacidade de pro- cessamento. Além disso, fibras de carbono produzidas convencionalmente usadas tipicamente nos materiais compósitos aeroespaciais e outros materi- ais compósitos podem ter microestruturas amorfas no núcleo da fibra e es- truturas grafíticas ordenadas na porção externa da fibra, o que resulta na resistência e na dureza substanciais de tais fibras sendo derivadas da por- ção externa da fibra.

Além do mais, a redução no peso geral das estruturas compos- tas e das peças pode ser desejável para aeronave, espaçonave e outros veículos, já que o maior peso resulta em um uso maior de combustível e por sua vez em custos maiores. Assim, um material de fibra composta que pos- sibilite a fabricação de estruturas e peças mais leves é vantajoso e desejá- vel.

Dessa maneira, existe uma necessidade na técnica por uma fi- bra melhorada com propriedades mais adequadas para uso em materiais compósitos e um método de fabricação da mesma que provejam vantagens sobre os materiais e métodos conhecidos. Sumário

Essa necessidade por uma fibra melhorada com propriedades mais adequadas para uso em materiais compósitos e um método de fabrica- ção da mesma é satisfeita. Como discutido na descrição detalhada abaixo, modalidades da fibra melhorada com propriedades mais adequadas e um método de fabricação da mesma podem proporcionar vantagens significati- vas sobre os materiais e os métodos conhecidos. Em uma modalidade da descrição, é apresentada uma fibra oca.

A fibra oca compreende uma porção do volume interno. A porção do volume interno compreende uma porção do primeiro núcleo tendo uma pluralidade de nanoestruturas e um ou mais primeiros polímeros. As nanoestruturas a- gem como um modelo de orientação para a orientação do um ou mais pri- meiros polímeros em uma direção paralela ao eixo geométrico longitudinal da fibra oca. A porção do volume interno ainda compreende uma ou mais porções ocas do segundo núcleo, a porção do primeiro núcleo estando em contato com e abrangendo a uma ou mais porções ocas do segundo núcleo. A fibra oca ainda compreende uma porção do volume externo tendo um ou mais segundos polímeros, a porção do volume externo estando em contato com e abrangendo completamente a porção do volume interno. A porção do volume interno tem pelo menos um do módulo tênsil e da resistência que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil e da resistência da porção do volume externo.

Em outra modalidade da descrição, é apresentada uma fibra o- ca. A fibra ótica compreende uma porção do núcleo interno. A porção do nú- cleo interno compreende uma porção do primeiro núcleo tendo uma plurali- dade de nanotubos de carbono e uma pluralidade de primeiros polímeros. Os nanotubos de carbono agem como um modelo de orientação para orien- tação da pluralidade dos primeiros polímeros em uma direção paralela a um eixo geométrico longitudinal da fibra oca. A porção do núcleo interno ainda compreende uma configuração de porção oca única do segundo núcleo que se estende através do comprimento da fibra oca, a porção do primeiro nú- cleo estando em contato com e abrangendo a porção oca do segundo nú- cleo. A fibra oca ainda compreende uma porção do revestimento externo tendo um ou mais segundos polímeros, a porção do revestimento externo estando em contato com e abrangendo completamente a porção do núcleo interno. A porção do núcleo interno tem pelo menos um do módulo tênsil e da resistência que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil e da resistência da porção do revestimento externo.

Em outra modalidade da descrição, é apresentada uma fibra o- ca. A fibra oca compreende uma porção do núcleo interno. A porção do nú- cleo interno compreende uma porção do primeiro núcleo tendo uma plurali- dade de nanotubos de carbono e uma pluralidade de primeiros polímeros. Os nanotubos de carbono agem como um modelo de orientação para orien- tação da pluralidade de primeiros polímeros em uma direção paralela ao eixo geométrico longitudinal da fibra oca. A porção do núcleo interno ainda com- preende uma pluralidade de configurações de porções ocas do segundo nú- cleo que se estendem através do comprimento da fibra oca para formar uma configuração de "ilhas-no-mar", a porção do primeiro núcleo estando em contato com e abrangendo as porções ocas do segundo núcleo. A fibra oca ainda compreende uma porção do revestimento externo tendo um ou mais segundos polímeros, a porção do revestimento externo estando em contato com e abrangendo completamente a porção do núcleo interno. A porção do núcleo interno tem pelo menos um do módulo tênsil e da resistência que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil e da resistência da porção do revestimento externo.

Em outra modalidade da descrição, é apresentada uma peça composta. A peça composta compreende uma pluralidade de fibras ocas baseadas em carbono. Pelo menos uma fibra oca baseada em carbono compreende uma porção do volume interno. A porção do volume interno compreende uma porção do primeiro núcleo tendo uma pluralidade de nano- estruturas e um ou mais primeiros polímeros. As nanoestruturas agem como um modelo de orientação para orientação do um ou mais primeiros políme- ros em uma direção paralela ao eixo geométrico longitudinal da fibra. A por- ção do volume interno ainda compreende uma ou mais porções ocas do se- gundo núcleo, a porção do primeiro núcleo estando em contato com e a- brangendo a uma ou mais porções ocas do segundo núcleo. A pelo menos uma fibra baseada em carbono ainda compreende uma porção do volume externo tendo um ou mais segundos polímeros, a porção do volume externo estando em contato com e abrangendo completamente a porção do volume interno. A porção do volume interno tem pelo menos um do módulo tênsil e da resistência que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil e da resistência da porção do volume externo. A peça composta ainda compre- ende uma matriz de resina curada para a pluralidade de fibras ocas basea- das em carbono.

Em outra modalidade da descrição, é apresentado um método de fabricação de uma fibra oca tendo resistência melhorada à formação de microfratura em uma interface da fibra-matriz. O método compreende a mis- tura, em um primeiro solvente, de uma pluralidade de nanoestruturas, um ou mais primeiros polímeros e um polímero fugitivo que pode ser dissociado das nanoestruturas e do um ou mais primeiros polímeros, de modo a formar uma mistura da porção do volume interno. O método ainda compreende a mistura, em um segundo solvente, de um ou mais segundos polímeros de modo a formar uma mistura da porção do volume externo. O método ainda compreende girar a mistura da porção do volume interno e a mistura da por- ção do volume externo e extrair o polímero fugitivo da mistura da porção do volume interno a fim de formar uma fibra precursora. O método ainda com- preende aquecer a fibra precursora para oxidar a fibra precursora e mudar a estrutura da ligação molecular da fibra precursora. O método ainda compre- ende obter uma fibra oca. A fibra oca compreende uma porção do volume interno tendo uma porção do primeiro núcleo com as nanoestruturas e com o um ou mais primeiros polímeros sendo orientados em uma direção paralela ao eixo geométrico longitudinal da fibra oca. A porção do volume interno ain- da tem uma ou mais porções ocas do segundo núcleo, a porção do primeiro núcleo estando em contato com e abrangendo a uma ou mais porções ocas do segundo núcleo. A fibra oca também compreende uma porção do volume externo tendo o um ou mais segundos polímeros, a porção do volume exter- no estando em contato com e abrangendo completamente a porção do vo- lume interno. A porção do volume interno tem pelo menos um do módulo tênsil e da resistência que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil e da resistência da porção do volume externo, resultando na fibra oca tendo uma resistência melhor à formação de microestrutura na interface da fibra-matriz.

Os aspectos, funções e vantagens que foram discutidos podem ser obtidos independentemente em várias modalidades da descrição ou po- dem ser combinados em ainda outras modalidades, os detalhes adicionais das quais podem ser observados com referência à descrição seguinte e aos desenhos.

Breve descrição dos desenhos A descrição pode ser mais bem entendida com referência à des-

crição detalhada seguinte tomada em conjunto com os desenhos acompa- nhantes que ilustram modalidades preferidas e exemplares, mas que não estão necessariamente desenhadas em escala, em que:

A figura 1A é uma ilustração de uma vista esquemática em pers- pectiva de uma das modalidades de uma fibra oca da descrição,

A figura 1B é uma ilustração de um corte tomado ao longo das linhas 1B-1B da fibra oca da figura 1 A, A figura 1C é uma ilustração de um corte de uma fibra precurso- ra com uma porção de núcleo do polímero fugitivo antes da conversão para a fibra oca da figura 1 A,

A figura 2A é uma ilustração de uma vista esquemática em pers- pectiva de outra das modalidades de uma fibra oca da descrição,

A figura 2B é uma ilustração de um corte tomado ao longo das linhas 2B-2B da fibra oca da figura 2A,

A figura 2C é uma ilustração de um corte de uma fibra precurso- ra com uma porção do núcleo do polímero fugitivo antes da conversão para a fibra oca da figura 2A,

A figura 3 é uma ilustração de um diagrama de blocos de uma das modalidades de uma fibra oca da descrição,

A figura 4 é uma ilustração de um diagrama de blocos de outra das modalidades de uma fibra oca da descrição, A figura 5 é uma ilustração de um diagrama de blocos de outra

das modalidades de uma fibra oca da descrição,

A figura 6 é uma ilustração de um diagrama de blocos de uma das modalidades de uma peça composta tendo uma das modalidades de uma fibra oca da descrição, A figura 7 é uma ilustração de uma vista em perspectiva de uma

aeronave exemplar que pode incorporar uma peça composta tendo uma ou mais modalidades vantajosas de uma fibra oca da descrição,

A figura 8 é uma ilustração de um diagrama esquemático de uma modalidade exemplar de um método da descrição, A figura 9 é uma ilustração de um diagrama de blocos de moda-

lidades exemplares das técnicas de rotação e aparelhos de rotação que po- dem ser usados nas modalidades do método revelado da descrição e

A figura 10 é uma ilustração de um diagrama de fluxo de uma modalidade exemplar de um método da descrição. Descrição detalhada

Modalidades descritas serão agora descritas mais completamen- te a seguir com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais algu- mas, mas não todas as modalidades descritas são mostradas. Na realidade, várias modalidades diferentes podem ser providas e não devem ser interpre- tadas como limitadas às modalidades apresentadas aqui. Ao contrário, es- sas modalidades são apresentadas de modo que essa descrição seja inteira e completa e transporte totalmente o escopo da descrição para aqueles ver- sados na técnica.

Agora com referência às figuras, em uma modalidade da descri- ção, como mostrado nas figuras 1A-1C, é apresentada uma fibra oca 30. A figura 1A é uma ilustração de uma vista esquemática em perspectiva de uma das modalidades da fibra oca 30 da descrição. A figura 1B é uma ilustração de um corte tomado ao longo das linhas 1B-1B da fibra oca 30 da figura 1A. A figura 1C é uma ilustração de um corte de uma fibra precursora 31 com uma porção de núcleo do polímero fugitivo 28 antes da conversão para a fibra oca 30 da figura 1A. A figura 2A é uma ilustração de uma vista esquemática em pers-

pectiva de outra das modalidades de uma fibra oca 30 da descrição. A figura 2B é uma ilustração de um corte tomado ao longo das linhas 2B-2B da fibra oca 30 da figura 2A. A figura 2C é uma ilustração de um corte de uma fibra precursora 31 com uma porção do núcleo do polímero fugitivo 28 antes da conversão para a fibra oca 30 da figura 2A.

A figura 3 é uma ilustração de um diagrama de blocos de uma das modalidades da fibra oca 30 da descrição. A figura 4 é uma ilustração de um diagrama de blocos de outra das modalidades de uma fibra oca 30 da descrição.

O termo "fibra", como usado aqui, significa ambas as fibras de

comprimento finito, tal como fibras artificiais conhecidas, bem como estrutu- ras substancialmente contínuas, tal como filamentos, a menos que de outra forma indicado. Como mostrado na figura 1A, a fibra oca 30 tem um eixo geométrico longitudinal 32 que se estende pelo comprimento 33 da fibra oca 30. A fibra oca 30 é preferivelmente contínua e preferivelmente tem uma es- trutura da porção oca 34 (vide figura 1A) ao invés de ser sólida. Como mos- trado na figura 1A, a fibra oca 30 preferivelmente tem uma configuração ci- líndrica ou tubular 36 ou outra configuração adequada. A fibra oca 30 prefe- rivelmente compreende uma fibra oca de carbono 38 (vide figura 4), uma fibra oca baseada em carbono 40 (vide figura 4), tal como uma fibra oca de grafita 42 (vide figura 4) ou outra fibra oca adequada.

Como mostrado nas figuras 1B e 2B, a fibra oca 30 compreende

uma porção do volume interno 44, de preferência na forma de uma porção do núcleo interno 46 (vide também figura 4). A porção do volume interno 44 compreende um primeiro diâmetro externo (di) 48. O primeiro diâmetro ex- terno (di) 48 pode preferivelmente variar no comprimento de aproximada- mente 2 micrômetros a aproximadamente 50 micrômetros; pode variar mais preferivelmente de aproximadamente 4 micrômetros a aproximadamente 10 micrômetros ou pode variar mais preferivelmente ainda de aproximadamente 4 micrômetros a aproximadamente 7 micrômetros ou pode ter outro compri- mento adequado. Como mostrado na figura 1B, a porção do volume interno 44 ainda compreende uma porção do corpo interno 50 e uma porção da pa- rede externa 52 circundando a porção do corpo interno 50.

Como mostrado nas figuras 1B e 2B, a porção do volume interno 44 ainda compreende uma porção do primeiro núcleo 45 (vide também figu- ras 3-4). A porção do primeiro núcleo 45 compreende uma ou mais nanoes- trutura(s) 54 ou uma pluralidade de nanoestruturas 54 (vide figuras 3-4). Como mostrado na figura 4, a(s) nanoestrutura(s) 54 pode(m) compreender preferivelmente nanoestrutura(s) de carbono 56, nanotubo(s) 58, nanotu- bo(s) de carbono 60, nanotubo(s) de haloisita 62, nanotubo(s) de nitreto de boro (64) ou outra nanoestrutura adequada que estimula a formação de mo- delo de um polímero precursor. De preferência, a(s) nanoestrutura(s) 54 é (são) nanotubo(s) 58 e mais preferivelmente a(s) nanoestrutura(s) 54 é (são) nanotubo(s) de carbono 60. O(s) nanotubo(s) 58, tal como nanotubo(s) de carbono 60, que pode(m) ser usado(s) pode(m) compreender estruturas de parede simples, parede dupla ou múltiplas paredes. Os nanotubos de carbo- no de parede simples podem ser fabricados por qualquer método conhecido, tal como pela síntese da fase gasosa do monóxido de carbono em alta pres- são, alta temperatura, depósito do vapor catalítico usando estoques de abas- tecimento contendo carbono e partículas de catalisador de metal, ablação com laser, método do arco ou qualquer outro método para sintetizar os na- notubos de carbono de parede simples. Os nanotubos de carbono de parede simples obtidos a partir da síntese estão geralmente na forma de pó de na- notubo de carbono de parede simples, que pode também ser suprido como uma dispersão ou suspensão em um líquido, tais como acetamida de dimeti- Ia (DMAc), formamida de dimetila (DMF) ou outro fluido adequado. A porção do volume interno 44 pode compreender uma porcentagem de conteúdo da nanoestrutura, tal como conteúdo de nanotubo, de preferência variando em uma quantidade de aproximadamente 0,01% em peso a aproximadamente 10% em peso, mais preferivelmente variando em uma quantidade de apro- ximadamente 0,01% em peso a aproximadamente 5% em peso e mais pre- ferivelmente ainda variando em uma quantidade de aproximadamente 0,1% em peso a aproximadamente 1% em peso. Os nanotubos 58 são de prefe- rência substancialmente alinhados ao longo do eixo geométrico longitudinal 32 (vide figura 1A) da fibra oca 30.

Como mostrado nas figuras 3-4, a porção do primeiro núcleo 45 da porção do volume interno 44 ainda compreende um ou mais primeiros polímeros 66. Como mostrado na figura 4, o primeiro polímero 66 preferivel- mente compreende um polímero, tais como poliacrilonitrila (PAN) 68, breu 70, sulfeto de polifenileno (PPS) 72, viscose 67, celulose 69, cloreto de poli- vinilideno (PVDC) 71, álcool polivinílico (PVA) 73, combinações desses ou outro polímero adequado.

Como usado aqui, o termo polímero de "poliacrilonitrila (PAN)" inclui polímeros compreendendo pelo menos aproximadamente 85% em pe- so de unidades de acrilonitrila (geralmente conhecidas na técnica como acrí- lico ou polímeros de poliacrilonitrila). Esse termo como usado aqui também inclui polímeros que têm menos do que 85% em peso de unidades de acrilo- nitrila. Tais polímeros incluem polímeros modacrílicos, geralmente definidos como polímeros compreendendo de aproximadamente 35% em peso a a- proximadamente 85% em peso de unidades de acrilonitrila e tipicamente copolimerizados com cloreto de vinila ou cloreto de vinilideno. De preferên- cia, o polímero de poliacrilonitrila tem pelo menos 85% em peso de unidades de poliacrilonitrila. Outros polímeros conhecidos na técnica como sendo pre- cursores adequados para o carbono e fibras de grafita, tais como álcool poli- vinílico, poliamidas aromáticas ou poli(acetilenos), podem ser adequados, se capazes de extrusão pela rotação do fundido.

Poliacrilonitrilas exemplares processáveis com fundido são des- critas nas Pat. U.S. Nos. 5.602.222, 5.618.901 e 5.902.530. Tais polímeros estão comercialmente disponíveis, por exemplo, de BP Chemicals Inc., como polímeros acrílicos BAREX (BAREX é uma marca registrada de BP Chemi- cais Inc. de Cleveland, Ohio) e similares.

PANs processáveis/giratórios com fundido são particularmente preferidos porque eles são excelentes precursores para a formação das fi- bras de carbono. Além disso, PANs processáveis com fundido exibem resis- tência ao calor adequada, com um ponto de fusão de aproximadamente 185°C (graus Celsius). Fibras de poliacrilonitrila também exibem boa resis- tência de tração e resiliência. Além disso, as fibras de poliacrilonitrila são especialmente vantajosas nessas modalidades utilizando a dissolução como um meio de extração, porque a poliacrilonitrila possui resistência superior à água e substância química, assim permitindo que uma ampla faixa de sol- ventes seja utilizada na dissolução do componente fugitivo.

Para finalidades desse pedido, "breu" é o nome para qualquer um dos líquidos altamente viscosos que aparecem sólidos em temperatura ambiente e incluem uma mistura de hidrocarbonetos aromáticos substituídos com alquila e predominantemente aromáticos. O breu pode ser criado a par- tir de produtos de petróleo ou plantas. O breu derivado do petróleo é tam- bém chamado de betume, enquanto o breu produzido a partir de plantas é também conhecido como resina. De preferência, o polímero de breu com- preende um breu da mesofase. Quando aquecidos, os materiais do breu formam uma massa isotrópica. À medida que o aquecimento continua, cor- pos esféricos começam a se formar. Os corpos esféricos são de uma natu- reza anisotrópica líquida-cristalina. Essas esferas continuam a crescer e coalescer até que uma fase anisotrópica contínua densa se forme, cuja fase foi chamada a "mesofase". Assim, a mesofase é a fase intermediária ou a região líquida-cristalina entre o breu isotrópico e o semicoque obtenível em temperaturas mais altas. O breu da mesofase adequado para certas modali- dades descritas aqui pode ser extraído do breu natural. Por exemplo, o breu da mesofase pode ser extraído por solvente do breu isotrópico contendo os "mesogens" como descrito na Pat. U.S. No. 5.032.250. As Pat. U.S. Nos. 4.277.324 e 4.208.267 também descrevem processos para obter o breu da mesofase pelo tratamento do breu isotrópico. O breu isotrópico compreende moléculas que não estão alinhadas em cristais oticamente ordenados e "mesogens" são materiais de formação da mesofase ou precursores da me- sofase.

Em outras modalidades alternativas, sulfeto de polifenileno pode ser substituído no lugar do PAN giratório com fundido. Sulfeto de polifenileno (PPS) é considerado como um polímero importante de alta temperatura por- que ele exibe várias propriedades desejáveis. Por exemplo, sulfetos de poli- fenileno desejavelmente exibem resistência ao calor, ácidos e álcalis, à des- coloração, ao branqueamento, envelhecimento, luz solar e abrasão. Em uma modalidade alternativa, a nanofibra de carbono contínua compreende um polissulfeto sintético de cadeia longa, no qual pelo menos 85% a aproxima- damente 99% das ligações do sulfeto são presas diretamente em dois anéis aromáticos. Nas modalidades particulares, uma composição de resina de sulfeto de poliarileno pode ser substituída no lugar do PAN. Por exemplo, a composição da resina pode incluir pelo menos 70 % em mol de unidades de sulfeto de p-fenileno (por exemplo, 70 % em mol a 100 % em mol ou 80 % em mol a 90 % em mol). Em tais composições, o equilíbrio ou 30 % em mol restantes pode incluir qualquer combinação de um álcali ou um grupo do alcóxido tendo de 1 a 12 átomos de carbono, um grupo de fenila e um grupo nitro. Em várias modalidades, as composições de resina podem também incluir hidróxidos de metal e/ou óxido de ferro. Composições de resina ade- quadas são apresentadas na Pat. U.S. No. 5.021.497.

A(s) nanoestrutura(s) 54, tais como o(s) nanotubo(s) 58, nanotu- bo(s) de carbono 60 ou outras nanoestruturas adequadas agem como um modelo de orientação 74 (vide figura 3) para orientação ou orientação de um ou mais primeiros polímeros 66 e em particular, as cadeias de polímero do(s) primeiro(s) polímero(s) 66 em uma direção 76 (vide figura 3) que é pa- ralela ou substancialmente paralela à direção (D) 78 (vide figura 1A) do eixo geométrico longitudinal 32 da fibra oca 30. Além disso, o(s) nanotubo(s) de carbono 60 pode(m) agir como modelos de orientação para o um ou mais primeiros polímeros 66 na direção 76 que é paralela ou substancialmente paralela ao eixo geométrico longitudinal 32 da fibra oca 30. Em particular, a adição da(s) nanoestrutura(s) 54, tal como o(s) nanotubo(s) 58, nanotubo(s) de carbono 60 ou outras nanoestruturas adequadas, na porção do volume interno 44, tal como na forma da porção do núcleo interno 46, da fibra oca 30, age para orientar as moléculas PAN para prover maior dureza e resis- tência do que disponível das fibras conhecidas contendo PAN somente. A- lém disso, a(s) nanoestrutura(s) 54, tal como o(s) nanotubo(s) 58, nanotu- bo(s) de carbono 60 ou outras nanoestruturas adequadas podem agir como agentes de nucleação para a cristalização do polímero. Assim, a formação do modelo ou o efeito de orientação da(s) nanoestrutura(s) 54, tal como o(s) nanotubo(s) 58, nanotubo(s) de carbono 60 ou outras nanoestruturas ade- quadas possibilita uma microestrutura cristalina ordenada quando compara- do com as fibras conhecidas que podem ter uma microestrutura amorfa na porção de núcleo da fibra.

Como mostrado nas figuras 1A-1B e 2A-2B, a porção do primei- ro núcleo 45 da porção do volume interno 44 ainda compreende uma ou mais porções ocas do segundo núcleo 47. A porção do primeiro núcleo 45 fica preferivelmente em contato com e abrange, de preferência abrange completamente, a uma ou mais porções ocas do segundo núcleo 47. Em uma modalidade, como mostrado nas figuras 1A-1B, a porção oca do se- gundo núcleo 47 compreende uma configuração única da porção oca do se- gundo núcleo 49 que se estende através de um comprimento 33 (vide figura 1A) da fibra oca 30. De preferência, a configuração única da porção oca do segundo núcleo 49 se estende através de uma porção central 51 da fibra oca 30. Em outra modalidade, como mostrado nas figuras 2A-2B, a por- ção oca do segundo núcleo 47 compreende uma pluralidade de configura- ções de porções ocas do segundo núcleo 53 onde cada porção oca do se- gundo núcleo 47 se estende através de um comprimento 33 (vide figura 2A) da fibra oca 30. De preferência, a pluralidade de configurações de porções ocas do segundo núcleo 53 está na forma de uma configuração de "ilhas-no- mar" 55 (vide figura 2A).

A uma ou mais porções ocas do segundo núcleo 47 podem ser formadas preferivelmente quando um polímero fugitivo 29 é extraído ou de- saparece durante a conversão da fibra precursora 31 (vide figuras 1C e 2C) para a fibra oca 30. Como usado aqui, o termo "polímero fugitivo" se refere aos compósitos que podem ser extraídos de uma fibra de múltiplos compo- nentes ou fibra precursora depois da rotação, mas em qualquer um de vários pontos do processo de fabricação da fibra. Em geral, fibras de múltiplos componentes são formadas de dois ou mais materiais poliméricos que foram extrusados juntos para prover segmentos de polímero contíguos contínuos que se estendem para baixo do comprimento da fibra oca.

A figura 1C é uma ilustração de um corte de uma fibra precurso- ra 31 com uma porção do núcleo do polímero fugitivo 28 antes da conversão para a fibra oca 30 da figura 1 A. A figura 2C é uma ilustração de um corte de uma fibra precursora 31 com uma porção do núcleo de polímero fugitivo 28 antes da conversão para a fibra oca 30 da figura 2A. Na configuração de "ilhas-no-mar" 55 mostrada na figura 2C, o polímero fugitivo 29 compreende uma pluralidade de ilhas 57, e o primeiro polímero 66 compreende o mar 59. Em uma modalidade alternada (não mostrada), o primeiro polímero 66 pode compreender uma pluralidade de ilhas sólidas e o polímero fugitivo 29 com- preende o mar. O diâmetro das ilhas 57 do polímero fugitivo 29 pode variar em comprimento de aproximadamente 20 nanômetros a 1000 nanômetros ou 50 nanômetros a 950 nanômetros ou 100 nanômetros a 900 nanômetros ou 250 nanômetros a 600 nanômetros ou pode ter outro comprimento ade- quado. Em várias modalidades, a razão de peso do primeiro polímero 66, tal como PAN, em relação ao polímero fugitivo 29 pode variar de aproximada- mente 20/80 a aproximadamente 80/20. Alternativamente, a configuração de "ilhas-no-mar" 55 pode também ser caracterizada pela razão de ilha/mar. A razão de ilha/mar pode também variar de 20/80 a 80/20. Em uma modalida- de preferida, a razão de ilha/mar varia de 40/60 a 50/50.

O polímero fugitivo, por exemplo, pode compreender polímeros

solúveis em água, tal como, mas não limitado a, álcool polivinílico, oxido de polietileno, poliacrilamida, ácido polilático ou resinas de copoliéster solúveis em água, copolímeros, terpolímeros e misturas desses ou polímeros extraí- veis com solvente orgânico, tal como poliestireno ou poliéster. Em certas modalidades, o polímero fugitivo pode ser extraído da fibra de múltiplos componentes usando um solvente adequado depois da rotação, mas antes do tratamento térmico para carbonizar o componente do polímero, tal como o PAN. Alternativamente, o componente fugitivo pode compreender um po- límero que decompõe com o tratamento térmico, tal como esse geralmente associado com a carbonização dos polímeros de PAN. Os produtos de de- composição podem então ser extraídos ou removidos das fibras de múltiplos componentes geralmente através da difusão através dos materiais não fugi- tivos.

Em geral, o primeiro polímero 66 e o segundo polímero 100, tal como o PAN giratório com o fundido e o polímero fugitivo 29 são escolhidos de modo a serem mutuamente incompatíveis. Os vários componentes prefe- rivelmente têm as características de solubilidade apropriadas, tal que o polí- mero fugitivo é solúvel em solvente (se removido usando um processo de extração com solvente), enquanto o polímero insolúvel é preferivelmente capaz de suportar a extração do polímero fugitivo sem prejuízo. Além disso, o equilíbrio da adesão/incompatibilidade entre os componentes da fibra composta é considerado altamente benéfico. Os componentes aderem van- tajosamente de modo suficiente entre si para permitir que a fibra de múltiplos componentes pré-extraída seja submetida ao processamento têxtil conven- cional, tais como enrolamento, torção, tecedura, entrelaçamento ou carda- gem sem qualquer separação apreciável dos componentes, se assim dese- jado. Inversamente, os polímeros são de preferência suficientemente incom- patíveis, de modo que a adesão entre os componentes é suficientemente fraca, de modo a apresentar rápida dissolução durante o processo de extra- ção.

Como mostrado nas figuras 1A-1C e figuras 2A-2B, a fibra oca 30 ainda compreende uma porção do volume externo 80, de preferência na forma de uma porção do revestimento externo 82 (vide figura 4). Como mos- trado nas figuras 1B e 2B, a porção do volume externo 80 compreende um segundo diâmetro externo (d2) 84. O segundo diâmetro externo (d2) 84 da porção do volume externo 80 da fibra oca 30 pode ser variado para se ajus- tar a uma necessidade desejada ou para proporcionar propriedades deseja- das. Por exemplo, o segundo diâmetro externo (d2) 84 pode variar preferi- velmente no comprimento de aproximadamente 2 micrômetros a aproxima- damente 50 micrômetros; pode variar mais preferivelmente de aproximada- mente 5 micrômetros a aproximadamente 10 micrômetros ou pode variar mais preferivelmente ainda de aproximadamente 5 micrômetros a aproxima- damente 7 micrômetros ou pode ter outro comprimento adequado.

Como mostrado nas figuras 1B e 2B, a porção do volume exter- no 80 da fibra oca 30 pode ainda compreender uma porção de parede inter- na 86 e uma porção de parede externa 88 tendo uma superfície externa 90. Como ainda mostrado nas figuras 1B e 2B, a porção do volume externo 80 pode ainda compreender uma porção de corpo 92 formada entre a porção de parede interna 86 e a porção de parede externa 88. Como mostrado nas figuras 1A e 2A, a porção do volume externo 80 fica preferivelmente em con- tato com e abrange completamente a porção do volume interno 44. De prefe- rência, a porção do volume externo 80 abrange de maneira cilíndrica a por- ção do volume interno 44. Como mostrado na figura 3, a porção do volume interno 44 preferivelmente tem pelo menos um do módulo tênsil 94 e da re- sistência 95 que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil 96 e da resistência 97 da porção do volume externo 80, e em particular, na super- fície externa 90 da porção do volume externo 80. De preferência, a fibra oca tem propriedades de gradiente 98 (vide figura 4) que variam do módulo tênsil 94 e/ou da resistência 95, que são preferivelmente maiores na porção do volume interno 44, em relação ao módulo tênsil 96 e/ou a resistência 97, que são preferivelmente mais baixos na porção do volume externo 80, e em particular, na superfície externa 90 da porção do volume externo 80. Isso resulta na fibra oca 30 tendo, como mostrado na figura 4, uma resistência melhorada 102 à formação de microfratura 104 na interface da fibra-matriz 106 entre a superfície externa 90 da porção do volume externo 80 da fibra oca 30 e a matriz de resina 108 curada ou acoplada na fibra oca 30.

Como mostrado nas figuras 3-4, a porção do volume externo 80 da fibra oca 30 ainda compreende um ou mais segundos polímeros 110. Como mostrado na figura 4, o segundo polímero 110 compreende, de prefe- rência, um polímero, tais como poliacrilonitrila (PAN) 68, breu 70, sulfeto de polifenileno (PPS) 72, viscose 67, celulose 69, cloreto de polivinilideno (PVDC) 71, álcool polivinílico (PVA) 73, combinações desses ou outro polí- mero adequado. O primeiro polímero 66 e o segundo polímero 110 podem compreender, cada um, o mesmo polímero ou equivalente. Alternativamente, o primeiro polímero 66 e o segundo polímero 110 podem compreender, cada um, um polímero diferente do mesmo polímero, por exemplo, equivalente, ou família de polímero.

Como mostrado na figura 5, é apresentada uma fibra oca 30, de preferência na forma de uma fibra oca de carbono 38. A figura 5 é uma ilus- tração de um diagrama de blocos de outra das modalidades da fibra oca 30 na forma da fibra oca de carbono 38. Como mostrado na figura 5, a fibra oca 30, tal como a fibra oca de carbono 38, compreende uma porção do núcleo interno 46. A porção do núcleo interno 46 compreende uma porção do pri- meiro núcleo 45 tendo um primeiro diâmetro externo (d^ 48, uma pluralidade de nanotubo(s) de carbono 60 e uma pluralidade de primeiro(s) polímero(s) 66. O(s) nanotubo(s) de carbono 60 age(m) como um modelo de orientação 74 para a orientação do(s) primeiro(s) polímero(s) 66 em uma direção 76 paralela ou substancialmente paralela ao eixo geométrico longitudinal 32 da fibra oca 30, tal como a fibra oca de carbono 38. Além disso, o(s) nanotu- bo(s) de carbono 60 pode(m) agir como modelos de orientação do(s) primei- ro(s) polímero(s) 66 na direção 76 paralela ou substancialmente paralela ao eixo geométrico longitudinal 32 da fibra oca 30, tal como a fibra oca de car- bono 38. A porção do núcleo interno 46 ainda compreende uma ou mais porções ocas do segundo núcleo 47. Em uma modalidade, a porção oca do segundo núcleo 47 pode compreender uma configuração única de porção oca do segundo núcleo 49 estendida através de um comprimento 33 (vide figura 1A) da fibra oca 30. De preferência, a configuração única da porção oca do segundo núcleo 49 se estende através de uma porção central 51 da fibra oca 30. Em outra modalidade, a porção oca do segundo núcleo 47 compreende uma pluralidade de configurações de porções ocas do segundo núcleo 53, onde cada porção oca do segundo núcleo 47 se estende através de um comprimento 33 (vide figura 2A) da fibra oca 30. De preferência, a pluralidade de configurações de porções ocas do segundo núcleo 53 é na forma de uma configuração de "ilhas-no-mar" 55. A porção do primeiro nú- cleo 45 fica preferivelmente em contato com e abrange, de preferência a- brange completamente, a uma ou mais porções ocas do segundo núcleo 47.

Como mostrado na figura 5, a fibra oca 30, tal como a fibra oca de carbono 38, ainda compreende uma porção do revestimento externo 82 tendo um segundo diâmetro externo (d2) 84 (vide figura 1B) e tendo um ou mais segundos polímeros 110. De preferência, a porção do revestimento externo 82 fica em contato com e abrange completamente, e de preferência de modo cilíndrico, a porção do núcleo interno 46. Como mostrado na figura 5, a porção do núcleo interno 46 preferivelmente tem pelo menos um do mó- dulo tênsil 94 e da resistência 95 que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil 96 e da resistência 97 da porção do revestimento externo 82, e em particular, na superfície externa 90 da porção de parede externa 88 da porção do revestimento externo 82. O primeiro polímero 66 e o segundo po- límero 110 podem compreender, cada um, o mesmo polímero ou equivalen- te. Alternativamente, o primeiro polímero 66 e o segundo polímero 110 po- dem compreender, cada um, um polímero diferente de uma mesma família de polímero. O primeiro polímero 66 e o segundo polímero 110 podem com- preender, cada um, um polímero, como discutido acima, tais como poliacri- Ionitrila (PAN) 68, breu 70, sulfeto de polifenileno (PPS) 72, viscose 67, celu- Iose 69, cloreto de polivinilideno (PVDC) 71, álcool polivinílico (PVA) 73, combinações dos mesmos ou outro polímero adequado. Como mostrado na figura 5, a fibra oca 30, tal como a fibra oca de carbono 38, de preferência, tem propriedades de gradiente 98 que variam do módulo tênsil 94 e/ou da resistência 95, que são preferivelmente maiores na porção do núcleo interno 46, em relação ao módulo tênsil 96 e/ou a resistência 97, que são preferi- velmente mais baixos em uma porção do revestimento externo 82, e em par- ticular, na superfície externa 90 da porção de parede externa 88 da porção do revestimento externo 82. Isso resulta preferivelmente na fibra oca 30, tal como a fibra oca de carbono 38, tendo uma resistência melhorada 102 à formação de microfratura 104 na interface da fibra-matriz 106 entre a fibra oca 30, tal como a fibra oca de carbono 38 e uma matriz de resina 108.

Em outra modalidade da descrição, como mostrado na figura 6, é apresentada uma peça composta 100. A figura 6 é uma ilustração de um diagrama de blocos de uma das modalidades da peça composta 100 com- preendendo uma pluralidade de fibras ocas 30, de preferência na forma de uma pluralidade de fibras ocas baseadas em carbono 40. Pelo menos uma das fibras ocas baseadas em carbono 40a compreende uma porção do vo- lume interno 44 tendo um primeiro diâmetro externo (di) 48 (vide figura 1B) e tendo uma pluralidade de nanoestrutura(s) 54 e um ou mais primeiros polí- meros 66. A(s) nanoestrutura(s) 54 age(m) como um modelo de orientação 74 para a orientação do um ou mais primeiros polímeros 66 em uma direção 76 paralela ou substancialmente paralela ao eixo geométrico longitudinal 32 da pelo menos uma fibra oca baseada em carbono 40a. Além disso, a(s) nanoestrutura(s) 54 pode(m) agir como modelos de orientação para o um ou mais primeiros polímeros 66 na direção 76 paralela ou substancialmente pa- ralela ao eixo geométrico longitudinal 32 da pelo menos uma fibra oca base- ada em carbono 40a. Como mostrado na figura 6, a pelo menos uma fibra oca baseada em carbono 40a ainda compreende uma porção do volume externo 80 tendo um segundo diâmetro externo (d2) 84 (vide figura 1B) e tendo um ou mais segundos polímeros 110. A porção do volume externo 80 fica preferivelmente em contato com e abrange completamente a porção do volume interno 44. Como mostrado na figura 6, a porção do volume interno 44 preferivelmente tem pelo menos um do módulo tênsil 94 e da resistência 95 que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil 96 e da resis- tência 97 da porção do volume externo 80, e em particular, na superfície ex- terna 90 da porção de parede externa 88 da porção do volume externo 80.

Como mostrado na figura 6, a peça composta 100 ainda com- preende uma matriz de resina 108 curada para a pluralidade de fibras ocas baseadas em carbono 40 e curada para a pelo menos uma fibra oca basea- da em carbono 40a. O primeiro polímero 66 e o segundo polímero 110 po- dem compreender, cada um, o mesmo polímero ou equivalente. Alternativa- mente, o primeiro polímero 66 e o segundo polímero 110 podem compreen- der, cada um, um polímero diferente da mesma família de polímero. O pri- meiro polímero 66 e o segundo polímero 110 podem compreender, cada um, um polímero, como discutido acima e mostrado na figura 4, tais como polia- crilonitrila (PAN) 68, breu 70, sulfeto de polifenileno (PPS) 72, viscose 67, celulose 69, cloreto de polivinilideno (PVDC) 71, álcool polivinílico (PVA) 73, combinações dos mesmos ou outro polímero adequado. A(s) nanoestrutu- ra(s) 54, como mostradas na figura 4, pode(m) compreender preferivelmente nanoestrutura(s) de carbono 56, nanotubo(s) 58, nanotubo(s) de carbono 60, nanotubo(s) de haloisita 62, nanotubo(s) de nitreto de boro 64 ou outra na- noestrutura adequada que estimula a formação do modelo de um polímero precursor. A pelo menos uma fibra oca baseada em carbono 40a preferivel- mente tem propriedades de gradiente 98 que variam do módulo tênsil 94 e/ou da resistência 95 na porção do volume interno 44 em relação ao módu- lo tênsil 96 e/ou a resistência 97 na porção do volume externo 80, e em par- ticular, na superfície externa 90 da porção de parede externa 88 da porção do volume externo 80. Isso preferivelmente resulta na pelo menos uma fibra oca baseada em carbono 40a tendo uma resistência melhorada 102 à for- mação da microfratura 104 em uma interface da fibra-matriz 106 entre a pelo menos uma fibra oca baseada em carbono 40a e a matriz de resina 108.

A figura 7 é uma ilustração de uma vista em perspectiva de uma aeronave exemplar 10 que pode incorporar uma peça composta 100 (vide também figura 5) tendo uma ou mais modalidades vantajosas da fibra oca 30 (vide figuras 1A-6) como descrito aqui. Como mostrado na figura 7, a aero- nave 10 compreende uma fuselagem ou corpo 12, nariz 14, a cabine 16, a- sas 18 operativamente acopladas na fuselagem ou corpo 12, uma ou mais unidades de propulsão 20, um estabilizador vertical da cauda 22 e um ou mais estabilizadores horizontais da cauda 24. Embora a aeronave 10 mos- trada na figura 7 seja geralmente representativa de uma aeronave de passa- geiros comercial, peças compostas, tal como a peça composta 100 para a asa 18 tendo uma ou mais fibras ocas 30 (vide figuras 1A-6) podem também ser utilizadas em outros tipos de aeronave. Mais especificamente, os ensi- namentos das modalidades descritas podem ser aplicados a outras aerona- ves de passageiro, aeronave de carga, aeronave militar, mecanismos a rotor e outros tipos de aeronave ou veículos aéreos, bem como veículos aeroes- paciais, satélites, veículos de lançamento no espaço, foguetes e outros veí- culos aeroespaciais. Pode também ser verificado que as modalidades das montagens, métodos e sistemas de acordo com a descrição podem ser utili- zadas em outros veículos de transporte, tais como barcos e outras embarca- ções, trens, automóveis, caminhões, ônibus ou outros veículos de transporte adequados. Pode ainda ser verificado que as modalidades das montagens, métodos e sistemas de acordo com a descrição podem ser usadas em vá- rias estruturas compostas tendo uma ou mais das fibras ocas 30.

Em outra modalidade da descrição, como mostrado nas figuras 8-10, é apresentado um método 200 de fabricação de uma fibra oca 30 (vide figuras 1A-6 e 8) tendo resistência melhorada 102 (vide figura 8) à formação da microfratura 104 (vide figura 8) em uma interface da fibra-matriz 106 (vide figura 8). A figura 8 é uma ilustração de um diagrama esquemático de uma modalidade exemplar do método 200 da descrição. A figura 9 é uma ilustra- ção de um diagrama de blocos de modalidades exemplares das técnicas de rotação 120 e aparelhos de rotação 122 que podem ser usados nas modali- dades do método 200 revelado da descrição. A figura 10 é uma ilustração de um diagrama de fluxo de uma modalidade exemplar do método 200 da des- crição. Como mostrado nas figuras 8 e 10, o método 200 compreende a etapa 202 de mistura, em um primeiro solvente 112 (vide figura 8), de uma pluralidade de nanoestrutura(s) 54 (vide figura 8), um ou mais primeiros po- límeros 66 (vide figura 8) e um polímero fugitivo 29 que pode ser dissociado da(s) nanoestrutura(s) 54 e do um ou mais primeiros polímeros 66, de modo a formar uma mistura da porção do volume interno 114 (vide figura 8). A(s) nanoestrutura(s) 54 pode(m) compreender preferivelmente, como mostrado na figura 4, nanoestrutura(s) de carbono 56, nanotubo(s) 58, nanotubo(s) de carbono 60, nanotubo(s) de haloisita 62, nanotubo(s) de nitreto de boro 64 ou outra nanoestrutura adequada que estimula a formação do modelo de um polímero precursor. O polímero fugitivo 29 pode compreender um polímero, tais como polimetilmetacrilato, álcool polivinílico, óxido de polietileno, polia- crilamida, ácido poliláctico, poliestireno ou resinas de copoliéster solúveis em água, copolímeros, terpolímeros ou misturas desses ou outro polímero ade- quado. A(s) nanoestrutura(s) 54, tal como nanotubo(s) de carbono 60, po- dem estar em uma quantidade de aproximadamente 0,01% a aproximada- mente 10% em peso da mistura da porção do volume interno 114. As nano- estruturas, tal como os nanotubos de carbono, podem ser dispersas dentro da mistura da porção do volume interno 114 por meio mecânico e/ou quími- co (por exemplo, dispersantes ou tensoativos).

Como mostrado nas figuras 8 e 10, o método 200 ainda compre- ende a etapa 204 de mistura, em um segundo solvente 116 (vide figura 8), de um ou mais segundos polímeros 110 (vide figura 8) a fim de formar uma mistura da porção do volume externo 118 (vide figura 8). O primeiro polímero 66 e o segundo polímero 110 podem compreender, cada um, o mesmo po- límero ou equivalente. Alternativamente, o primeiro polímero 66 e o segundo polímero 110 podem compreender, cada um, um polímero diferente da mesma família de polímero. O primeiro polímero 66 e o segundo polímero 110 podem compreender, cada um, um polímero, como discutido acima e como mostrado na figura 4, tais como poliacrilonitrila (PAN) 68, breu 70, sul- feto de polifenileno (PPS) 72, viscose 67, celulose 69, cloreto de polivinilide- no (PVDC) 71, álcool polivinílico (PVA) 73, combinações desses ou outro polímero adequado.

O primeiro solvente 112 e o segundo solvente 116 podem com- preender, cada um, um mesmo solvente ou equivalente. Alternativamente, o primeiro solvente 112 e o segundo solvente 116 podem compreender, cada um, um solvente diferente. O primeiro solvente 112 e o segundo solvente 116 podem compreender, cada um, um solvente, tais como dimetilacetamida (DMAc), dimetilformamida (DMF), dimetilssulfóxido (DMSO), dimetilssulfona (DMSO2)1 carbonato de etileno, carbonato de propileno (PPC), cloroacetoni- trila, fosfato de dimetila (DDVP), anidrido acético (Ac2O) ou outro solvente adequado.

Como mostrado nas figuras 8-10, o método 200 ainda compre- ende a etapa 206 de girar a mistura da porção do volume interno 114 e a mistura da porção do volume externo 118 e extrair o polímero fugitivo 29 da mistura da porção do volume interno 114 a fim de formar uma fibra precurso- ra oca 31. A rotação pode compreender uma técnica de rotação conhecida 120 (vide figura 9) usando um aparelho de rotação conhecido 122 (vide figu- ra 9). Por exemplo, como mostrado na figura 9, a técnica de rotação 120 po- de compreender a rotação da solução 124 usando um aparelho de rotação da solução 126, rotação do gel 128 usando um aparelho de rotação do gel 130, rotação do fundido 132 usando um aparelho de rotação do fundido 134, rotação a úmido 136 usando um aparelho de rotação a úmido 138, eletrorro- tação 140 usando um aparelho de eletrorrotação 142, rotação a seco 144 usando um aparelho de rotação a seco 146, rotação por extrusão 148 usan- do um aparelho de rotação por extrusão 150 e combinações dos mesmos ou outro processo de rotação adequado.

Como mostrado nas figuras 8 e 10, o método 200 ainda compre- ende a etapa 208 de aquecer a fibra precursora 31 para oxidar 152 a fibra precursora 31 e para mudar a estrutura da ligação molecular 154 da fibra precursora 31. Por exemplo, as fibras precursoras 31 podem ser submetidas à carbonização compreendendo o aquecimento das fibras precursoras oxi- dadas 31 para uma temperatura variando de aproximadamente 600 graus Celsius a aproximadamente 3000 graus Celsius. A mistura da porção do volume interno 114 e a mistura da por- ção do volume externo 118 podem ser extrusadas e alimentadas em um conjunto de rotação em pacote capaz de produzir fibras compreendendo di- mensões de nanoescala e substancialmente alinhar as nanoestruturas, tal como os nanotubos de carbono, com o primeiro polímero 66, tal como PAN. Em várias modalidades, o polímero fugitivo 29 que pode ser dissociado do PAN giratório com o fundido pode ser fornecido para uma extrusora separa- da. A mistura da porção do volume interno 114 e a mistura da porção do vo- lume externo 118 e o polímero fugitivo 29 podem ser separadamente extru- sados e alimentados em um conjunto de rotação em pacote capaz de produ- zir fibras de múltiplos componentes compreendendo as dimensões de nano- escala em uma configuração de "ilhas-no-mar" 55 e substancialmente ali- nhar as nanoestruturas, tal como os nanotubos de carbono, com o primeiro polímero 66, tal como o polímero de PAN. Se uma configuração de "ilhas-no- mar" está sendo produzida, vários métodos incluem extrair o polímero fugiti- vo 29 das fibras de múltiplos componentes para formar fibras de PAN. Tais fibras podem ser oxidadas aquecendo suficientemente as fibras de PAN. A oxidação pode envolver aquecer as fibras de PAN para aproximadamente 300 graus Celsius. O polímero de PAN muda de uma estrutura de escada para uma estrutura de anel estável como entendido por aqueles versados na técnica. Para formar fibras de carbono contínuas, que são reforçadas por nanoestruturas, tal como nanotubos de carbono, sendo substancialmente alinhadas com eles, as fibras de PAN oxidadas podem ser submetidas a uma carbonização. A carbonização pode compreender o aquecimento das fibras oxidadas para uma temperatura variando de aproximadamente 600 graus Celsius a aproximadamente 3000 graus Celsius.

Os parâmetros de extrusão para fabricar fibras de filamento con- tínuo de múltiplos componentes compreendendo uma mistura de nanotubo de carbono/polímero de PAN e o polímero fugitivo para produzir uma fibra tendo dimensões de nanoescala de acordo com as modalidades descritas aqui podem variar dependendo das propriedades desejadas. Em geral, en- tretanto, para formar uma fibra de múltiplos componentes, pelo menos dois polímeros (por exemplo, mistura de nanotubo de carbono/PAN e o polímero fugitivo) são extrusados separadamente e alimentados em um sistema de distribuição de polímero em que os polímeros são introduzidos em uma pla- ca de fiandeira. Os polímeros seguem trajetórias separadas para a fiandeira da fibra e são combinados em um furo da fiandeira. A fiandeira é configurada de modo que o extrusor tem a seção transversal geral de fibra desejada (por exemplo, redonda, de três lobos, etc.). Tal processo é descrito, por exemplo, em Hills Pat. U.S. No. 5.162.074.

Como mostrado nas figuras 8 e 10, o método 200 ainda compre- ende a etapa 210 de obter uma fibra oca 30 compreendendo uma porção do volume interno 44 com um primeiro diâmetro externo (di) 48 (vide figura 1B) e tendo uma porção do primeiro núcleo 45 com a(s) nanoestrutura(s) 54 e com o um ou mais primeiros polímeros 66 sendo orientados em uma direção 76 paralela ao eixo geométrico longitudinal 32 da fibra oca 30. A porção do volume interno 44 ainda tem uma ou mais porções ocas do segundo núcleo 47. A porção do primeiro núcleo 45 fica preferivelmente em contato com e abrange, de preferência abrange completamente, a uma ou mais porções ocas do segundo núcleo 47. A fibra oca 30 ainda compreende uma porção do volume externo 80 com um segundo diâmetro externo (d2) 84 (vide figura 1B) e tendo um ou mais segundos polímeros 110. A porção do volume ex- terno 80 fica preferivelmente em contato com e abrange completamente a porção do volume interno 44. Como mostrado na figura 8, a porção do volu- me interno 44 preferivelmente tem pelo menos um do módulo tênsil 94 e da resistência 95, isto é, o módulo tênsil e/ou a resistência, que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil 96 e da resistência 97, isto é, o módulo tênsil e/ou a resistência, da porção do volume externo 80, e em particular, da superfície externa 90 da porção da parede externa 88 da porção do volume externo 80. Isso resulta preferivelmente na fibra oca 30 tendo uma resistên- cia melhorada 102 à formação de microfratura 104 na interface da fibra- matriz 106 entre a fibra oca 30 e a matriz de resina 108. A fibra oca 30 pode compreender preferivelmente uma fibra oca de carbono 38 (vide figura 3), uma fibra oca baseada em carbono 40 (vide figura 3), tal como uma fibra oca de grafita 42 (vide figura 3) ou outra fibra oca adequada.

Como mostrado na figura 10, o método 200 ainda compreende opcionalmente a etapa 212 de curar a matriz de resina 108 para uma plurali- dade das fibras ocas 30 para formar uma peça composta 100 (vide figuras 6- 7).

Em várias modalidades do método 200 descrito aqui, o primeiro polímero 66 e o segundo polímero 110 tipicamente são selecionados para terem temperaturas de fusão, tal que o primeiro e o segundo polímeros 66, 110, respectivamente, podem ser girados em uma passagem do polímero que possibilita a rotação dos componentes através de um capilar comum substancialmente na mesma temperatura sem degradar um dos componen- tes. Seguinte à extrusão através de uma matriz, os fios de fluido finos resul- tantes, ou filamentos, podem permanecer em um estado derretido por algu- ma distância antes que eles sejam solidificados pelo esfriamento em um meio fluido circundante, que pode ser esfriado e soprado com ar através dos fios. Depois de solidificado, os filamentos podem ser enrolados em um rolete ou outra superfície de enrolamento. Para filamentos contínuos, os fios po- dem ser enrolados em um rolete que puxa para baixo as correntes de fluido finas em proporção à velocidade do rolete de enrolamento.

A fibra de filamento contínuo pode ainda ser processada em fi- bra artificial. No processamento das fibras artificiais, grandes números, por exemplo, 1.000 fios a 100.000 fios, de filamento contínuo podem ser reuni- dos seguinte à extrusão para formar uma estopa para uso no processamento adicional, como é conhecido na técnica. O uso de tais estopas é conhecido da mesma forma nas aplicações de filamento contínuo, também. Uma solu- ção de acabamento pode ser opcionalmente aplicada para ajudar no proces- samento da fibra, como é conhecido na técnica. Tal solução de acabamento pode ser escolhida de modo a não interferir com os processos a jusante, tal como a extração e vários tratamentos térmicos.

De acordo com certas modalidades, um alinhamento molecular intensificado pode ser realizado enquanto produzindo as fibras reforçadas com nanotubo de carbono devido às restrições geométricas impostas duran- te a rotação. Essas restrições são preferivelmente maiores do que essas realizadas quando produzindo fibras de diâmetro maior. Adicionalmente, a fiandeira da técnica de rotação e o aparelho de rotação podem ser projeta- dos para permitir a adequação do diâmetro do filamento e/ou da espessura da parede. Como tal, uma faixa completa de propriedades pode ser atingida.

A tecnologia de distribuição do polímero permitindo a produção econômica de microfibras e nanofibras pode usar técnicas similares à tecno- logia do circuito impresso para a fabricação dos componentes de rotação em pacote. Esses componentes precisos podem então ser usados para distribuir com precisão os polímeros em uma área extremamente pequena disponível no pacote de rotação. Tais pacotes de rotação permitem a produção econô- mica e prática de microfibras e de nanofibras. Tais pacotes de rotação po- dem ser providos por Hills, Inc. de West Melbourne, Flórida.

De preferência, fibras de carbono contínuas com estruturas com traços de nanoescala incluindo nanotubos de carbono substancialmente ali- nhados nela de acordo com as modalidades descritas podem ser produzidas pela utilização de um pacote de rotação tendo um sistema de distribuição que produz um nível de precisão para possibilitar a produção de traços de nanoescala dentro das seções transversais da fibra/filamento, especialmente fibras do tipo "ilhas-no-mar" de nanoescala. De preferência, as restrições geométricas impostas pelo sistema de distribuição preciso de tais pacotes de rotação alinham substancialmente os nanotubos de carbono ao longo de um eixo geométrico longitudinal da fibra. Mais especificamente, as restrições geométricas impostas pela escolha do pacote de rotação ajudam a fazer com que o PAN e os nanotubos de carbono fiquem substancialmente alinha- dos um dentro do outro ao longo da direção longitudinal da fibra. Por exem- plo, o PAN pode ser substancialmente orientado ao longo dos nanotubos de carbono que são alinhados na direção longitudinal da passagem da fibra substancialmente por toda a seção transversal de um precursor do PAN ten- do uma seção transversal alveolar. Da mesma forma, nanotubos de carbono podem ficar substancialmente alinhados com substancialmente toda a seção transversal de uma fibra de carbono contínua com traços de nanoescala tendo uma seção transversal alveolar na direção longitudinal da fibra.

Como tal, as fibras ocas de PAN reforçadas com nanotubo de carbono resultantes descritas aqui podem ser grafitizadas beneficamente em fibras de carbono estruturais. Tais fibras de PAN reforçadas com nanotubo de carbono podem incluir dimensões do nanotubo para prover propriedades melhoradas. Os precursores do PAN podem ter o polímero fugitivo, se pre- sente, removido antes de ou durante a oxidação e a carbonização para pro- duzir uma fibra oca de carbono.

De acordo com várias modalidades alternativas, o PAN giratório com o fundido pode ser substituído por outros polímeros, tal como breu (de preferência, breu da mesofase) ou sulfeto de polifenileno (PPS). Em tal mo- dalidade, nanotubos de carbono podem ser misturados no breu derretido em ou ligeiramente acima da sua temperatura de amolecimento. A mistura é então aquecida para uma temperatura de extrusão que pode ser aproxima- damente 20 graus Celsius a aproximadamente 30 graus Celsius acima da temperatura de amolecimento e uma fibra de breu pode ser extrusada pela rotação com fundido como discutido aqui. A fibra baseada em breu, tendo nanotubos de carbono, pode, a seguir, ser oxidada e depois carbonizada.

As modalidades descritas da fibra oca 30 e do método 200 pro- porcionam uma fibra oca de revestimento-núcleo em que ambas a porção do núcleo interno 46 e a porção do revestimento externo 82 são feitas do mes- mo material de polímero, de preferência, poliacrilonitrila (PAN) 68 (vide figura 4). Um novo aspecto é que na porção do núcleo interno 46, o PAN 68 con- tém nanoestrutura(s) 54, tais como nanotubo(s) 58, nanotubo(s) de carbono 60 (vide figura 4) ou outra nanoestrutura. A(s) nanoestrutura(s) 54, tal como nanotubo(s) 58, nanotubo(s) de carbono 60 (vide figura 4) ou outra nanoes- trutura, agem como um modelo de orientação 74 (vide figura 4) para orientar as moléculas do PAN 68 a fim de prover maior dureza e resistência quando comparado com as fibras conhecidas tendo o PAN somente. Além disso, a formação do modelo ou o efeito de orientação

da(s) nanoestrutura(s) 54, tais como nanotubo(s) 58, nanotubo(s) de carbo- no 60 (vide figura 4) ou outras nanoestruturas, possibilita uma microestrutura cristalina ordenada, em comparação com as fibras conhecidas que podem ter uma microestrutura amorfa na porção de núcleo da fibra. Além disso, as modalidades descritas da fibra oca 30 e do método 200 proporcionam uma fibra oca de núcleo-revestimento com resistência e dureza melhoradas em um peso reduzido com pouco ou nenhum efeito no custo. O uso de nanoes- trutura(s) 54 na porção do volume interno 44, tal como a porção do núcleo interno 46, alinha as cadeias de polímero do um ou mais primeiros polímeros 66 para criar uma maior dureza na porção do volume interno 44 e uma me- nor dureza na superfície externa 90 da porção de parede externa 88 da por- ção do volume externo 80 da fibra oca 30. Assim, qualquer desacordo possí- vel na interface da fibra-matriz 106 entre a dureza da matriz de resina 108 e a dureza da fibra oca 30 é minimizado ou eliminado. As modalidades descri- tas da fibra oca 30 e do método 200 proporcionam uma nanofibra de reves- timento-núcleo que é funcionalmente classificada e preferivelmente tem pro- priedades de gradiente 98 que variam do módulo tênsil 94 e/ou da resistên- cia 95 na porção do volume interno 44 para o módulo tênsil 96 e/ou a resis- tência 97 na porção do volume externo 80 e em particular, na superfície ex- terna 90 da porção de parede externa 88 da porção do volume externo 80 da fibra oca 30.

Esse efeito é atingido pela combinação da rotação do núcleo-

revestimento com a orientação do modelo pela(s) nanoestrutura(s) 54 na porção do volume interno 44 da fibra oca 30. Assim, as propriedades da in- terface da fibra-matriz 106 do módulo tênsil, resistência de tração, dureza e outras propriedades são melhoradas na interface da fibra-matriz 106. Isso resulta em melhor resistência da fibra oca 30 à formação de microfratura 104 na interface da fibra-matriz 106 entre a fibra oca 30 e a matriz de resina 108.

As modalidades descritas da fibra oca 30 e do método 200 apre- sentam uma fibra oca de carbono 38 funcionalmente classificada na qual a porção do volume externo 80 da fibra oca 30 tem propriedades diferentes da porção do volume interno 44 e a porção do volume interno também compre- ende área significativas que são continuamente ocas ao longo do compri- mento da fibra oca 30. A uma ou mais porções ocas do segundo núcleo 47 da porção do núcleo interno 45 da fibra oca 30 introduz uma ou mais por- ções ocas para o centro da fibra oca 30 para reduzir o peso enquanto man- tendo o desempenho. As porções côncavas podem ser ilhas localizadas ou se estender por todo o comprimento da fibra.

As modalidades descritas da fibra oca 30 e do método 200 apre-

sentam, em uma modalidade, uma configuração de porção do revestimento externo 82 - porção do primeiro núcleo 45 - porção oca do segundo núcleo 47 e em outra modalidade uma configuração de porção do revestimento ex- terno 82 "ilhas-no-mar" 55 porção de núcleo. A porção do revestimento ex- terno 82 em ambas as modalidades é preferivelmente um polímero não pre- enchido. A porção do primeiro núcleo 45 pode compreender um ou mais po- límeros equivalentes ou diferentes dos polímeros compreendendo a porção do revestimento externo 82 e pode ainda compreender nanoestruturas, tal como nanotubos de carbono, que servem para alinhar o polímero ao longo do comprimento da fibra oca 30 para aumentar as propriedades mecânicas e para formar uma estrutura mais altamente grafítica do que o revestimento ou cobertura quando a fibra oca é grafitizada. A porção oca do segundo núcleo 47 é formada de um polímero fugitivo 29 que desaparece durante a conver- são da fibra precursora 31 para carbono para deixar um centro oco. Na con- figuração de "ilhas-no-mar" 55, as ilhas compreendem a porção oca do se- gundo núcleo 47 e o mar compreende o material da porção do primeiro nú- cleo 45, tal que durante a conversão da fibra precursora 31 para carbono, as ilhas desaparecem deixando as porções ocas do segundo núcleo 47. Uma fibra oca de núcleo-revestimento é produzida em que ambos a porção do núcleo interno e o revestimento externo ou porção de cobertura são feitos do mesmo material básico - por exemplo, poliacrilonitrila (PAN). A diferença es- sencial é que, na porção do núcleo interno, o PAN contém nanoestruturas, tal como nanotubos de carbono. As nanoestruturas, tal como os nanotubos de carbono, agem para modelar as moléculas do PAN para prover uma es- trutura mais grafítica com maior dureza e resistência do que disponível do PAN somente. Além do mais, tal formação de modelo ou efeito de orientação das nanoestruturas, tal como os nanotubos de carbono, possibilita uma mi- croestrutura ordenada, grafítica.

De acordo com um aspecto da presente descrição, é apresenta- da uma fibra oca compreendendo uma porção do núcleo interno compreen- dendo uma porção do primeiro núcleo tendo uma pluralidade de nanotubos de carbono e uma pluralidade de primeiros polímeros, os nanotubos de car- bono agindo como um modelo de orientação para orientação da pluralidade de primeiros polímeros em uma direção paralela ao eixo geométrico longitu- dinal da fibra oca e uma configuração única de porção oca do segundo nú- cleo se estendendo através do comprimento da fibra oca, a porção do pri- meiro núcleo estando em contato com e abrangendo a porção oca do se- gundo núcleo e, uma porção do revestimento externo tendo um ou mais se- gundos polímeros, a porção do revestimento externo estando em contato com e abrangendo completamente a porção do núcleo interno, em que a porção do núcleo interno tem pelo menos um do módulo tênsil e da resistên- cia que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil e da resistência da porção do revestimento externo. Vantajosamente, a pluralidade de primei- ros polímeros e a pluralidade de segundos polímeros compreendem, cada um, poliacrilonitrila (PAN) e a fibra oca inclui uma fibra oca de carbono ou uma fibra oca baseada em carbono. De acordo com um aspecto da presente descrição é apresenta-

da uma fibra oca compreendendo uma porção do núcleo interno compreen- dendo uma porção do primeiro núcleo tendo uma pluralidade de nanotubos de carbono e uma pluralidade de primeiros polímeros, os nanotubos de car- bono agindo como um modelo de orientação para a orientação da pluralida- de dos primeiros polímeros em uma direção paralela ao eixo geométrico lon- gitudinal da fibra oca e uma pluralidade de configurações de porções ocas do segundo núcleo estendendo através de um comprimento da fibra oca pa- ra formar uma configuração de "ilhas-no-mar", a porção do primeiro núcleo estando em contato com e abrangendo as porções ocas do segundo núcleo e uma porção do revestimento externo tendo um ou mais segundos políme- ros, a porção do revestimento externo estando em contato com e abrangen- do completamente a porção do núcleo interno, em que a porção do núcleo interno tem pelo menos um do módulo tênsil e da resistência que são maio- res do que pelo menos um do módulo tênsil e da resistência da porção do revestimento externo. Vantajosamente, a pluralidade de primeiros polímeros e a pluralidade de segundos polímeros compreendem, cada uma, poliacrilo- nitrila (PAN) e a fibra oca inclui uma fibra oca de carbono ou uma fibra oca baseada em carbono.

De acordo com um aspecto da presente descrição, é apresenta- da uma peça composta compreendendo uma pluralidade de fibras ocas ba- seadas em carbono, pelo menos uma fibra oca baseada em carbono com- preendendo uma porção do volume interno compreendendo uma porção do primeiro núcleo tendo uma pluralidade de nanoestruturas e um ou mais pri- meiros polímeros, as nanoestruturas agindo como um modelo de orientação para a orientação do um ou mais primeiros polímeros em uma direção para- lela a um eixo geométrico longitudinal da fibra oca baseada em carbono; e, uma ou mais porções ocas do segundo núcleo, a porção do primeiro núcleo estando em contato com e abrangendo a uma ou mais porções ocas do se- gundo núcleo e, uma porção do volume externo tendo um ou mais segundos polímeros, a porção do volume externo estando em contato com e abran- gendo completamente a porção do volume interno, em que a porção do vo- lume interno tem pelo menos um do módulo tênsil e da resistência que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil e da resistência da porção do volume externo; e, uma matriz de resina curada para a pluralidade de fibras ocas baseadas em carbono. Vantajosamente, os primeiros polímeros e os segundos polímeros compreendem, cada um, um polímero compreen- dendo poliacrilonitrila (PAN), breu, sulfeto de polifenileno (PPS), viscose, celulose, cloreto de polivinilideno (PVDC), álcool polivinílico (PVA) ou combi- nações desses. Vantajosamente, as nanoestruturas compreendem nanoes- truturas de carbono, nanotubos, nanotubos de carbono, nanotubos de haloi- sita ou nanotubos de nitreto de boro. Vantajosamente, a uma ou mais por- ções ocas do segundo núcleo compreendem uma configuração única de porção oca do segundo núcleo estendida através do comprimento da fibra oca baseada em carbono. Vantajosamente, a uma ou mais porções ocas do segundo núcleo compreendem uma pluralidade de configurações de porções ocas do segundo núcleo estendidas através do comprimento da fibra oca baseada em carbono para formar uma configuração de "ilhas-no-mar".

De acordo com um aspecto da presente descrição, é apresenta- da uma fibra oca compreendendo uma porção do volume interno compreen- dendo uma porção do primeiro núcleo tendo uma pluralidade de nanoestru- turas e um ou mais primeiros polímeros, uma ou mais porções ocas do se- gundo núcleo, a porção do primeiro núcleo estando em contato com e a- brangendo a uma ou mais porções ocas do segundo núcleo; e uma porção do volume externo tendo um ou mais segundos polímeros, a porção do vo- lume externo estando em contato com e abrangendo completamente a por- ção do volume interno, em que a porção do volume interno tem pelo menos um do módulo tênsil e da resistência que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil e da resistência da porção do volume externo. Vantajo- samente, a fibra oca compreende uma fibra oca de carbono ou uma fibra oca baseada em carbono. Vantajosamente, as nanoestruturas compreendem nanoestruturas de carbono, nanotubos, nanotubos de carbono, nanotubos de haloisita ou nanotubos de nitreto de boro. Vantajosamente, a uma ou mais porções ocas do segundo núcleo são formadas de um polímero fugitivo que desaparece durante a conversão de uma fibra precursora para a fibra oca.

Muitas modificações e outras modalidades da descrição surgirão para um versado na técnica a qual essa descrição pertence tendo o benefí- cio dos ensinamentos apresentados nas descrições precedentes e nos de- senhos associados. As modalidades descritas aqui são planejadas para se- rem ilustrativas e não planejadas para serem limitadoras ou exaustivas. Em- bora termos específicos sejam utilizados aqui, eles são usados em um senti- do genérico e descritivo somente e não para finalidades de limitação.

Claims

1. Fibra oca que compreende: uma porção do volume interno (44) compreendendo: uma porção do primeiro núcleo (45) tendo uma pluralidade de nanoestruturas (54) e um ou mais primeiros polímeros, uma ou mais porções ocas do segundo núcleo (47), a porção do primeiro núcleo (45) estando em contato com e abrangendo a uma ou mais porções ocas do segundo núcleo (47) e uma porção do volume externo (80) tendo um ou mais segundos polímeros, a porção do volume externo (80) estando em contato com e a- brangendo completamente a porção do volume interno (44), em que a porção do volume interno (44) tem pelo menos um do módulo tênsil e da resistência que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil e da resistência da porção do volume externo (80).

2. Fibra oca, de acordo com a reivindicação 1, em que o um ou mais primeiros polímeros e o um ou mais segundos polímeros compreen- dem, cada um, um polímero compreendendo poliacrilonitrila (PAN), breu, sulfeto de polifenileno (PPS), viscose, celulose, cloreto de polivinilideno (PVDC), álcool polivinílico (PVA) ou combinações dos mesmos.

3. Fibra oca, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, em que a fibra oca tem propriedades de gradiente que variam do módu- lo tênsil e da resistência, que são maiores na porção do volume interno (44), em relação ao módulo tênsil e a resistência, que são mais baixos na porção do volume externo (80), e que resultam na fibra oca tendo uma resistência melhorada à formação de microfratura na interface da fibra-matriz.

4. Fibra oca, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, em que a uma ou mais porções ocas do segundo núcleo (47) compre- ende uma configuração única de porção oca do segundo núcleo (90) esten- dida através de um comprimento da fibra oca.

5. Fibra oca, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, em que a uma ou mais porções ocas do segundo núcleo (47) compre- ende uma pluralidade de configurações de porções ocas do segundo núcleo (53) estendidas através de um comprimento da fibra oca para formar uma configuração de "ilhas-no-mar".

6. Método de fabricação de uma fibra oca tendo resistência me- lhorada à formação de microfratura em uma interface da fibra-matriz, o mé- todo compreendendo: misturar, em um primeiro solvente (112), uma pluralidade de na- noestruturas (54), um ou mais primeiros polímeros e um polímero fugitivo (28) que pode ser dissociado das nanoestruturas e do um ou mais primeiros polímeros, de modo a formar uma mistura da porção do volume interno (114), misturar, em um segundo solvente (116), um ou mais segundos polímeros de modo a formar uma mistura da porção do volume externo (118), girar a mistura da porção do volume interno e a mistura da por- ção do volume externo e extrair o polímero fugitivo da mistura da porção do volume interno a fim de formar uma fibra precursora (31), aquecer a fibra precursora (31) para oxidar a fibra precursora e mudar a estrutura da ligação molecular da fibra precursora e obter uma fibra oca compreendendo: uma porção do volume interno (44) tendo uma porção do primei- ro núcleo (45) com as nanoestruturas e com o um ou mais primeiros políme- ros sendo orientados em uma direção paralela ao eixo geométrico longitudi- nal da fibra oca, a porção do volume interno (44) ainda tendo uma ou mais porções ocas do segundo núcleo (47), a porção do primeiro núcleo (45) es- tando em contato com e abrangendo a uma ou mais porções ocas do se- gundo núcleo e uma porção do volume externo (80) tendo o um ou mais segun- dos polímeros, a porção do volume externo (80) estando em contato com e abrangendo completamente a porção do volume interno (44), em que a porção do volume interno (44) tem pelo menos um do módulo tênsil e da resistência que são maiores do que pelo menos um do módulo tênsil e da resistência da porção do volume externo (80), resultando na fibra oca tendo uma resistência melhor à formação de microestrutura na interface da fibra-matriz.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, em que o um ou mais primeiros polímeros e o um ou mais segundos polímeros compreen- dem, cada um, um polímero compreendendo poliacrilonitrila (PAN)1 breu, sulfeto de polifenileno (PPS), viscose, celulose, cloreto de polivinilideno (PVDC), álcool polivinílico (PVA) ou combinações dos mesmos.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6 e 7, em que o pri- meiro solvente (112) e o segundo solvente (116) compreendem, cada um, um solvente compreendendo dimetilacetamida (DMAc), dimetilformamida (DMF), dimetilssulfóxido (DMSO), dimetilssulfona (DMSO2), carbonato de etileno, carbonato de propileno (PPC), cloroacetonitrila, fosfato de dimetila (DDVP) ou anidrido acético (Ac2O).

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a8, em que o polímero fugitivo (28) compreende polimetilmetacrilato, álcool polivinílico, óxido de polietileno, poliacrilamida, ácido poliláctico, poliestireno, poliéster ou resinas de copoliéster solúveis em água, copolímeros, terpolí- meros ou misturas dos mesmos.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, em que a uma ou mais porções ocas do segundo núcleo (47) compre- ende uma configuração única de porção oca do segundo núcleo (90) esten- dida através de um comprimento da fibra oca ou uma pluralidade de configu- rações de porções ocas do segundo núcleo (47) estendidas através de um comprimento da fibra oca para formar uma configuração de "ilhas-no-mar".