BRPI0710776A2 - fibras de carbono e fio de fibras de carbono - Google Patents

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Abstract

FIBRAS DE CARBONO E FIO DE FIBRAS DE CARBONO. São descritas fibras de carbono compostas de fibras de carbono que são pré-tratadas por meio de oxidação eletroquímica. As fibras de carbono da invenção são caracterizadas pelo fato de que as mesmas são providas com uma preparação contendo resina(s) epóxi, um componente de vinila, e um plastificante, em uma quantidade na faixa de 0,3 a 5 por cento em peso com relação às fibras de carbono junto com a preparação.

Description

"FIBRAS DE CARBONO E FIO DE FIBRAS DE CARBONO"
A invenção refere-se às fibras de carbono e a um fio de fibrasde carbono compreendendo estas fibras de carbono.
As fibras de carbono são amplamente conhecidas. Um amplocampo de aplicação para as fibras de carbono é no reforço de plásticos. Aimportância crescente constante está sendo relacionada com a interação entreas fibras de carbono e o plástico a ser reforçado a fim de tornar o plásticoreforçado apropriado para demandas maiores.
O objeto da presente invenção consiste em prover fibras decarbono especialmente apropriadas para o reforço de plásticos. Estas fibras decarbono devem ser apropriadas particularmente para o reforço de ésteres depolivinila (PVE).
O objeto da invenção é alcançado através das fibras decarbono, que foram pré-tratadas por oxidação eletroquímica, e tem umacabamento consistindo de resina(s) epóxi, um componente de vinila, e umplastificante, o acabamento sendo em uma quantidade de 0,3 a 5 % em pesocom relação às fibras de carbono providas no acabamento.
Composições similares são conhecidas em vez de como matrizpara pré-impregnados (WO 99/19407). Estas composições, no entanto, temconstituintes adicionais, como, por exemplo, endurecedores, que tornam oarmazenamento especial dos pré-impregnados necessário a fim de evitar acura da matriz. Deve ser considerado como surpreendente que o uso de algunsconstituintes de uma composição conhecida como uma matriz para pré-impregnados torna possível usar esta composição modificadacomo um acabamento para fibras de carbono. As fibras de carbono queincluem este acabamento são apropriadas de modo excelente para oreforço de PVE. Não é mais necessário fabricar estas composições complexaspara a matriz, como são descritas na técnica anterior. Ao mesmo tempo, asfibras de carbono de acordo com a invenção podem ser enroladas em bobinase podem ser armazenadas durante períodos mais longos sem medidasespeciais.
Preferivelmente, as fibras de carbono de acordo com ainvenção tem o acabamento em uma quantidade de 1,0 a 1,5 % em peso comrelação ao peso total das fibras de carbono com o acabamento.
Demonstrou-ser ser particularmente vantajoso se, para oacabamento das fibras de carbono de acordo com a invenção, uma mistura Efor selecionada como a resina epóxi, assim a mistura consiste de, pelo menos,duas resinas epóxi El e E2, El tendo um índice epóxi na faixa de 2.000 a2.300 mmols/kg, e E2 tendo um índice epóxi na faixa de 500 a 650 mmols/kgresina, e a relação em peso El :E2 das resinas epóxi El e E2 na mistura sendoassim selecionada de modo que a mistura de resina tem um índice epóxi entre550 e 2.100 mmols/kg resina.
As fibras de carbono de acordo com a invenção têmparticularmente um acabamento, que compreende 10 a 40 % em peso damistura de resina epóxi, 10 a 40 % em peso do componente de vinila, e 20 a50 % em peso do plastificante, assim a soma de todos os componentes chegaaté 100 % em peso. Preferivelmente, as fibras de carbono de acordo com ainvenção tem um acabamento, que compreende 20 a 35 % em peso da misturade resina epóxi, 20 a 35 % em peso do componente vinila, e 25 a 40 % empeso do plastificante, aqui novamente, todos os componentes juntos chegam àsoma de 100 % em peso.
É especialmente vantajoso o uso de um componente de vinilamultifuncional. Um exemplo de tal componente vinila é éster tetrametacrilatode NjNjN^lST-tetraglicidil-m-xilenodiamina.
Como plastificantes, em particular tais substâncias quemostram um comportamento termoplástico, isto é, dúctil, demonstraram serapropriadas, por exemplo poli-hidroxiéteres aromáticos ou resinasmodificadas com borracha NBR (borracha acrilonitrila butadieno).As fibras de carbono de acordo com a invenção se distinguemem particular em que, se elas forem processadas em uma amostra de teste comuma matriz de resina de éster de polivinila, elas mostram uma resistência aocisalhamento interlaminar aparente de acordo com EN 2563 de pelomenos 65 MPa, e uma energia de resistência à fratura interlaminar de acordocom EN 6033 de 750 J/m2, pelo que a amostra de teste corresponde àqualidade requerida das placas de teste reforçadas com fibras de carbono por EN 2565.
As fibras de carbono atualmente no mercado mostram,incrustadas no modo descrito em EN 2565, Método A, uma resistência aocisalhamento interlaminar aparente de 57 MPa (HTS 5631, 12K dorequerente) e 61 MPa (T 700 SC FOE, 12K de Toray), respectivamente, euma energia de resistência à fratura interlaminar de 479 J/m2 (THS 5631,12K) e 1078 J/m2 (T 700 SC FOE), respectivamente. Assim, a presenteinvenção provê novas fibras de carbono com uma combinaçãosurpreendentemente boa de características em conexão com ésteres depolivinila.
Em particular, as fibras de carbono de acordo com a invençãotem, quando processadas em uma amostra de teste de acordo com EN 2565,uma resistência ao cisalhamento interlaminar aparente de acordo com EN2563 entre 65 e 80 MPa, e uma energia de resistência à fratura interlaminar deacordo com EN 6033 entre 750 e 1500 J/m2.
Com relação aos padrões citados, as referências são à versãoEN 2563 publicada em março de 1997, versão EN 6033 publicada em abril de1996, e a versão EN 2565 publicada em setembro de 1993.
Um objeto da presente invenção é também um fio de fibras decarbono, que contém 3.000 a 24.000, particularmente 12.000 a 24.000filamentos de fibras de carbono consistindo de fibras de carbono de acordocom a invenção.Com relação à qualidade das placas de teste reforçadas comfibras de carbono por EN 2565, determinou-se de acordo com 5.3.4, que cadaplaca de teste reforçada com fibras de carbono deve ter uma imagem devarredura C de ultra-som, produzida usando uma sonda Krautkrámer, em quenão mais do que 5% da superfície varrida mostram uma atenuação de mais de5 dB.
Para a resina de éster de polivinila da matriz, um sistema deresina de éster de polivinila para a fabricação das placas de teste reforçadascom fibras de carbono foi usado, que tem a seguinte composição:
100 g Derakane 8084, disponível de DOW Derakane
2 g Butanox LPT, disponível de Akzo Nobel Chemicals bv
Ig NL 49P, disponível de Akzo Nobel Chemicals bv
0,05 g NL 63 -10 P, disponível de Akzo Nobel Chemicals bv
Porque o sistema de resina de éster cura muito rapidamente(tempo da duração da utilização de aproximadamente 30 min), recomenda-se,seguindo o método A descrito em EN 2565 (método de aplicação molhada),que o fio deva ser enrolado sob tensão constante do fio em uma placa deenrolamento tendo 2 formas paralelas repousando opostas uma à outra e combarras laterais para limitar a largura do enrolado, e que as fibras de carbonoseja impregnadas com o sistema de resina durante o enrolamento. Aimpregnação ocorre preferivelmente por meio de impregnação do rolete,durante o que a quantidade de resina a ser aplicada é regulada por umaespátula. O enrolamento sobre a placa é realizado em tal modo que porcamada uma massa de fibra por área unitária de 267 g/m2 com uma espessurade 0,25 mm é criada.
Durante o processamento subseqüente, as duas estruturas delaminados localizadas em superfícies opostas são inicialmente curadasdurante 24 h a 23°C e subseqüentemente endurecidas durante 15 horas a 60°C,durante este período elas são mantidas a uma pressão de 5 bars. A espessurado laminado requerida é garantida pelo uso de tiras espaçadoras. O uso depanos de sangrias para absorver a resina em excesso assim como o corte dasestruturas de laminados na face frontal da placa de enrolamento após alcançaro tempo de duração de utilização para reduzir as tensões internas são medidasadicionais tomadas a fim de alcançar a qualidade requerida para as placas deteste reforçadas com fibras de carbono por EN 2565; assim todas as etapassão coordenadas, de modo que a porção de resina da amostra de teste acabadaé de 40 ± 4 % em peso.
A invenção será agora descrita em maiores detalhes a títulodos seguintes exemplos.
Para a fabricação das fibras de carbono de acordo com ainvenção, as seguintes substâncias são usadas para o acabamento nosseguintes exemplos:
Uma mistura E é usada como o componente epóxi, pelo que amistura consiste de duas resinas epóxi El e E2, El tendo um índice epóxi de2.000 mmols/kg resina, e E2 tendo um índice epóxi de 540 mmols/kg, e arelação em peso El :E2 das resinas epóxi El e E2 tendo um índice de 1,2.
O éster tetrametacrilato de NjN^JST-tetraglicidil-m-xilenodiamina foi usado como componente vinila V.
As seguintes substâncias foram usadas como plastificantes:
PI: Hydrosize HP3-02, oferecido por Hydrosize TechnologiesInc. Esta substância é um poli-hidroxiéter aromático modificado.
Os fios de fibras de carbono usados para o acabamentocontinham 12.000 e 24.000 filamentos de fibras de carbono, respectivamente,que tinham sido tratados por oxidação eletroquímica. Os fios foramrevestidos com diferentes misturas de acabamento e finalmente secados. Asmisturas usadas para o acabamento, a quantidade aplicada aofio e as características dos fios são formulados em itens na seguintetabela.Tabela
<table>table see original document page 7</column></row><table>
Como é evidente a partir da tabela, o uso da matriz de PVEDerakane 8084 resulta em valores surpreendentemente elevados para aresistência ao cisalhamento interlaminar aparente e a energia de resistência àfratura interlaminar.

Claims (10)

1. Fibras de carbono que foram pré-tratadas por oxidaçãoeletroquímica, caracterizadas pelo fato de que elas têm um acabamentoconsistindo de resina(s) epóxi, um componente de vinila, e um plastificante, oacabamento estando em uma quantidade de 0,3 a 5 % em peso com relação àsfibras de carbono providas com o acabamento.
2. Fibras de carbono de acordo com a reivindicação 1,caracterizadas pelo fato de que elas tem o acabamento em uma quantidade de-1,0 a 1,5 % em peso com relação ao fio de fibras de carbono provido com oacabamento.
3. Fibras de carbono de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizadas pelo fato de que a resina epóxi é uma mistura E, que consistede pelo menos duas resinas epóxi El e E2, El tendo um índice epóxi na faixade 2.000 a 2.300 mmols/kg, e E2 tendo um índice epóxi na faixa de 500 a 650mmols/kg resina, e a relação em peso E1:E2 das resinas epóxi El e E2 namistura sendo selecionada de modo que a mistura de resina tem um índiceepóxi entre 550 e 2100 mmols/kg resina.
4. Fibras de carbono de acordo com uma ou mais dasreivindicações 1 a 3, caracterizadas pelo fato de que um componente de vinilamultifuncional é usado como o componente de vinila.
5. Fibras de carbono de acordo com a reivindicação 4,caracterizadas pelo fato de que o éster tetrametacrilato de N5N5N15N1-tetraglicidil-m-xilenodiamina é usado como o componente de vinila.
6. Fibras de carbono de acordo com uma ou mais dasreivindicações 1 a 5, caracterizadas pelo fato de que as substâncias são usadascomo o plastificante, que mostram um comportamento termoplástico e dúctil.
7. Fibras de carbono de acordo com uma ou mais dasreivindicações 1 a 6, caracterizadas pelo fato de que os poli-hidroxiéteres ouresinas modificadas com borracha NBR são usados como o plastificante.
8. Fibras de carbono, particularmente de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 7, caracterizadas pelo fato de que, quandoprocessadas em uma amostra de teste com uma matriz de resina de éster depolivinila, tem uma resistência ao cisalhamento interlaminar aparente deacordo com EN 2563 de pelo menos 65 MPa, e uma energia de resistência àfratura interlaminar de acordo com EN 6033 de 750 J/m2, pelo que a amostrade teste corresponde à qualidade requerida por EN EN2565 para placas deteste reforçadas com fibras de carbono.
9. Fibras de acordo com carbono de acordo com areivindicação 8, caracterizadas pelo fato de que, quando processadas em umaamostra de teste, tem uma resistência ao cisalhamento interlaminar aparentede acordo com EN 2563 de entre 65 e 80 MPa, e uma energia de resistência àfratura interlaminar de acordo com EN 6033 de entre 750 e 1500 J/m .
10. Fio de fibras de carbono caracterizado pelo fato de conter-3.000 a 24.000, preferivelmente 12.000 a 24.000 filamentos de carbonoconsistindo de fibras de carbono de acordo com uma ou mais dasreivindicações 1 a 9.
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