BRPI0910330B1

BRPI0910330B1 - Pré-forma tecida tridimensional e método para formar a mesma

Info

Publication number: BRPI0910330B1
Application number: BRPI0910330-9A
Authority: BR
Inventors: Jonathan Goering; Kenneth Ouellette
Original assignee: Albany Engineered Composites, Inc.
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2019-05-14
Also published as: BRPI0910330A2; KR20110003512A; CN102046865A; EP2271798A1; US7712488B2; ZA201006939B; RU2496930C2; CA2720143A1; CN102046865B; RU2010140193A; EP2271798B1; JP5659144B2; US20090247034A1; TWI365926B; KR101615102B1; TW200946729A; ES2744383T3; AU2009231874A1; CA2720143C; DK2271798T3

Abstract

pré-forma tecida tridimensional e método para formar a mesma uma pré-forma tecida para um material reforçado de combinação, que pode ser tecida plana e dobrada no formato. a pré-forma tem uma arquitetura de tessitura tridimensional com fibras de enchimento (114) tecidas para proporcionar intertravamento camada a camada de camadas de fibras de urdidura (116) assim como também intertravamento de fibras dentro de cada camada. pelo menos duas pernas (125; 135) estendem-se a partir de uma base (120), tendo cadauma da base (120) e das pernas (125; 135) pelo menos duas camadas de fibras de urdidura. as pernas (125; 135) podem ser conectadas numa interseção simétrica ou assimétrica de colunas distribuídas, com um número para ou ímpar de colunas de fibras de urdidura sendo localizado entre as pernas. as extremidades exterioires da base e/ou pernas têm, de preferência, estreitamentos formados a partir das camadas de extremidade de fibras de urdidura num padrão em degrau.

Description

Relatório Descritivo Antecedentes da Invenção Campo da Invenção

Esta invenção refere-se em geral a pré-formas tecidas e, em particular, refer-se a pré-forma tecida usada em um material compósito, que pode ser tecido plano e dobrado em sua forma dinal, sem produzir dobras indesejáveis na pré-forma.

Incorporação por Referência

Todas as Patentes, Pedidos de Patentes, documento, referências, instruções do fabricante, descrições, especificações do produto e as folhas do produto para todos os produtos mencionados neste documento são incorporados por referência, podendo ser empregados na prática da invenção.

Descrição do Estado da Técnica

A utilização de materiais compeositos de reforço para a produção de componentes estruturais está, agora, difundida, principalmente em aplicações onde as suas características desejáveis são procuradas como sendo leve no peso, forte, duro, resistente termicamente, autosustentáveis e adaptáveis para serem formados e moldados. Esses componentes são utilizados, por exemplo, nos setores aeroespacial, aeronáutico, de satélites, de recreação (como nas corridas de barcos e automóveis) e outras aplicações.

Petição 870180066501, de 31/07/2018, pág. 6/21

2/18

Normalmente tais componentes consistem em materiais de reforço incorporados nos materiais da matriz. O componente de reforço pode ser feito de materiais como o vidro, carbono, aramida, cerâmica, polietileno e/ou outros materiais que exibam propriedades física, química, térmica e/ou outras propriedades desejadas, a principal das quais é a grande resistência contra falha por estresse. Através da utilização desses materiais de reforço, os quais ultimamente têm se tornado um elemento constituinte do componente final, as características desejadas dos materiais de reforço, tal como a altíssima resistência, são transmitidas para o componente compósito final. Os materiais de reforço constituintes, normalmente, podem ser tecidos, entrelaçados ou orientados de outra forma para configurações e formas desejadas para pré-formas de reforço. Normalmente, é dada especial atenção para garantir a utilização ótima das propriedades para as quais os materiais de reforço constituintes têm sido selecionados. Usualmente essas pré-formas de reforço são combinadas com o material de matriz para dar forma final desejada ou para a produção de componentes em estoque para a produção final de componentes acabados.

Após a pré-forma de reforço desejada ter sido construída, o material de matriz pode ser introduzido na pré-forma, de modo que, normalmente, a pré-forma de reforço se torna envolta no material de matriz e o material de matriz preenche as áreas intersticiais entre os elementos constitutivos da pré-forma de reforço. O material da matriz pode ser qualquer um de uma grande variedade de materiais, tais como epóxi, poliéster, éster-vinílicos, carbono, cerâmica e/ou outros materiais, os quais também apresentam propriedades física, química, térmica e/ou outras propriedades desejadas. Os materiais escolhidos para uso como matriz podem ou não ser os mesmos que os da préforma de reforço e podem ou não ter propriedades físicas, químicas, térmicas ou outras propriedades comparáveis. Normalmente, no entanto, eles não serão os mesmos materiais ou não terão propriedades

3/18 físicas, químicas, térmicas ou outras propriedades comparáveis, visto que um dos objeti-vos procurados no uso de compósitos em primeiro lugar é conseguir uma combinação de características no produto final que não é alcançável através da utilização de um material constituinte 5 sozinho. Assim combinados, a pré-forma de reforço e o material de matriz podem, então, ser curados e estabilizados na mesma operação por termocura ou outros métodos já conhecidos e, então, submetidos a outras operações para produzir o componente desejado. É importante notar neste ponto que, depois de serem assim curadas, as massas, 10 então, solidificadas do material da matriz, normalmente, estão fortemente aderidas ao material de reforço (por exemplo, a pré-forma de reforço). Como resultado, a tensão sobre o componente acabado, nomeadamente através do seu material da matriz agindo como uma cola entre as fibras, pode ser efetivamente transferida e gerada pelo 15 material constituinte da pré-forma de reforço.

Freqüentemente, é desejado produzir-se componentes em configu-rações que não sejam de simples formas geométricas, tais como placas (por si) de lâminas, retangulares ou sólidos quadrados etc. Uma maneira de fazer isso é combinar essas formas geométricas básicas em 20 formas complexas mais desejadas. Essa combinação típica é feita juntando-se as pré-formas de reforço feitas como descrito acima em um ângulo (geralmente um ângulo reto) com respeito uma à outra. Os propósitos comuns para esses arranjos angulares de pré-formas de reforço juntas é criar uma forma desejada para formar uma pré-forma 25 de reforço, que inclui uma ou mais paredes finais ou interseções “T”, por exemplo, ou para reforçar a combinação resultante de pré-formas de reforço e estrutura de compósito que ela produz contra os desvios ou falhas nela ao serem expostas a forças exteriores, tais como pressão ou tensão. Em qualquer caso, uma consideração relacionada é tornar cada 30 junção entre os componentes constituintes tão mais forte possível. Dada a força desejada muito elevada dos constituintes da pré-forma de

4/18 reforço, por si só, o enfraquecimento da junção torna-se, efetivamente, um “elo fraco” na “cadeia” estrutural.

Um exemplo de uma configuração de interseção está estabelecido na Patente US 6.103.337, cuja revelação é aqui incorporada em sua totalidade por referência. Esta referência estabelece um meio eficaz de junção de duas placas de reforço em uma forma de T.

Várias outras propostas foram feitas no passado para fazer essas junções. Tem sido proposto formar e curar um elemento de painel e um elemento de enrijecimento em ângulo separado um do outro, tendo este último uma superfície de contacto com o painel única ou ser bifurcada numa extremidade para formar duas superfícies de contato do painel co-planares, divergentes. Os dois componentes são, então, unidos por colagem adesiva da superfície(s) de contato do(s) painel(eis) do elemento de enrijecimento para uma superfície de contato do outro componente usando o adesivo termocura ou outro material adesivo. No entanto, quando a tensão é aplicada ao painel curado ou ao revestimento da estrutura composta, cargas em valores inaceitavelmente baixos resultaram em forças de “peeF que separam o elemento de enrijecimento do painel em sua interface, uma vez que a força efetiva da junta é a do material da matriz e não do adesivo.

O uso de parafusos ou rebites de metal na interface desses componentes é inaceitável, porque essas adições, pelo menos parcialmente destroem e enfraquecem a integridade das estruturas de compósito em si, adicionam peso e introduzem diferenças no coeficiente de expansão térmica entre estes elementos e o material ao redor.

Outras abordagens para resolver este problema têm sido baseadas no conceito da introdução de fibras de alta resistência em toda a área comum através da utilização de métodos como a costura de um dos componentes ao outro e confiar no fio de costura para

5/18 introduzir essas fibras de resistência no local de junção. Uma abordagem dessas é mostrada na Patente US 4.331.495 e na sua Patente de contra partida divisional de método da US 4.256.790. Estas patentes divulgam junções que são feitas entre um primeiro e segundo painel de compósito feito de telas de fibras ligadas por adesivo. O primeiro painel é bifurcado em uma extremidade para formar duas superfícies de contato do painel co-planares divergentes, de acordo com o estado da técnica, que foram unidas ao segundo painel com pontos de fios de compósito flexível não curados através de ambos os painéis. Os painéis e os fios foram, então, “co-curados”, ou seja, curados simultaneamente. Outro método para melhorar a resistência da junção é estabelecido na Patente US 5.429.853.

Embora o estado da técnica tenha procurado melhorar a integridade estrutural do compósito reforçado e se tenha conseguido êxito, especialmente no caso da Patente US 6.103.337, existe um desejo de ainda melhorar ou resolver o problema através de uma abordagem diferente a partir do uso de adesivos ou de acoplamento mecânico. Neste sentido, uma abordagem poderia ser a criação de uma estrutura de tecido tridimensional (“3D”) por máquinas especializadas. No entanto, o custo envolvido é considerável e raramente é desejável ter um vai-e-vém de tecelagem direcionado para a criação de uma estrutura simples. Apesar deste fato, as pré-formas em 3D que podem ser transformadas em componentes compósito reforçado de fibra são desejáveis, pois proporcionam uma maior resistência em relação aos compósitos laminados bidimensionais convencionais. Essas pré-formas são particularmente úteis em aplicações que requeiram o compósito para carregar cargas fora dos aviões. No entanto, as pré-formas do estado da técnica discutidas acima têm sido limitadas na sua capacidade de resistir a cargas elevadas fora dos aviões, a serem tecidas em um processo automatizado de tear e fornecerem uma variação da espessura de partes das pré-formas. A construção da tecitura e

6/18 automatização da tecelegam de pré-forma estava em seu início e proporcionava apenas uma pequena vantagem sobre o enrolamento de fibras laminado, convencional ou os compósitos trançados, limitando a versatilidade das pré-formas.

Outra abordagem seria a de tecer uma estrutura de duas dimensões (2D) e dobrá-la em forma 3D. No entanto, isso normalmente resulta em peças que se distorcem, quando a pré-forma é dobrada. A distorção ocorre porque o comprimento das fibras enquanto enroladas é diferente daquele que deve ser, quando a pré-forma é dobrada. Isso faz curvaturas e ondulações em áreas onde os comprimentos de fibras enquanto enroladas são demasiado curtos e dobras nas áreas onde os comprimentos das fibras são muito longos. Um exemplo de uma arquitetura de tecitura de pré-forma em 3D, que pode levar a ondulações ou dobras em áreas onde a pré-forma é dobrada é divulgado na Patente US 6.874.543, cujp conteúdo integral é aqui incorporado por referência. A arquitetura da tecitura revelada na Patente '543 é difícil de tecer por causa do uso da chamada “meia picada”. Uma meia picada é uma trama ou fibras de preenchimento ou fio que executa menos da metade do caminho em toda a largura da pré-forma. Quando esta picada é inserida pelo vaivém, um comprimento de fibra maior do que a metade da largura da pré-forma continua a ser puxado para fora da bobina. Este excesso de fibra não é tecida na pré-forma nesta picada e, quando a próxima picada é inserida, que é também uma meia picada, há muita fibra em excesso e forma-se um laço entre as pernas do Pi. Esse efeito está representado esquematicamente na Figura 2.

A pré-forma 10 tem uma base 20, duas bordas 5, 15 e duas pernas 25, 35 que se estendem desde a base 20, cada perna 25, 35 tendo uma superfície interna 22 e uma superfície externa 102. Cada fibra de preenchimento 14 na estrutura tem um início na primeira borda 5 da base 20, depois, estende-se até à segunda borda 15 da base

7/18

20, depois estende-se de volta em direção a uma seção central da base 20, então, sai das camadas da base 20 e estende-se até às camadas de uma das pernas 25 antes de estender-se até às camadas da outra perna 35. Como pode ser visto na Figura, a fibra em excesso 14 é puxada a partir da bobina quando o vaivém passa através da pré-forma 10 e a trama não é tecida deste lado da pré-forma 20 com o uso da meia picada. Portanto, um ciclo 30 permanece quando o vaivém passa de volta através da pré-forma 20. Uma fibra de preenchimento 14 após sair das camadas das pernas 25, 35, estende-se de volta para as camadas de base 20, para retornar à primeira borda 5 da base 20. A Figura 3 mostra o uso destas meia picadas com mais detalhes, onde pode ser visto que o desenho utiliza cinco movimentos de vaivém para uma seqüência de picada completa, quatro meia picadas e uma picada completa. Este tipo de movimento de vaivém não só reduz a produtividade no tear, mas também, ocasiona dobras e ondulações nas áreas onde os comprimentos das fibras como tecidos são muito longos, como discutido acima. Estas distorções causam anomalias de superfície indesejáveis e reduzem a força e rigidez da pré-forma.

Assim, existe uma necessidade de uma pré-forma 3D, que proporcione uma abordagem alternativa e/ou um método aperfeiçoado de criar pré-formas em 3D e/ou estruturas de compósitos reforçadas sem formar dobras ou ondulações na estrutura.

Sumário da Invenção

É, portanto, um objetivo principal da invenção proporcionar uma pré-forma 3D de melhor qualidade, sem quaisquer dobras ou ondulações na estrutura.

Ê um objetivo adicional da invenção fornecer uma pré-forma 3D, que seja a de um desenho que é uma alternativa e/ou um aperfeiçoamento nas pré-formas existentes e/ou estruturas de

8/18 compósitos de reforço até, então, disponíveis.

É um outro objetivo da invenção proporcionar um novo método de produção de uma pré-forma 3D com melhor qualidade, que elimine a formação de dobras e reduza o tempo de tecitura, substituindo cinco movimentos de vaivém por três, proporcionando assim uma melhor préforma em menor período de tempo.

É um objetivo adicional da invenção fornecer essa pré-forma em 3D, que possa ser dobrada na forma sem distorção das fibras que compõem a pré-forma.

Um objetivo ainda adicional da invenção é proporcionar uma préforma 3D, a qual seja particularmente útil na formação de compósitos reforçados na forma Pi.

Estes e outros objetos e as vantagens são alcançados ao fornecer uma pré-forma tecida em 3D que pode ser tecida no plano e, em seguida, dobrada em sua forma final antes da impregnação de resina, sem produzir uma distorção indesejável nas fibras. Isto é conseguido ajustando os comprimentos das fibras durante a tecitura de forma que os comprimentos das fibras são equalizados, quando a pré-forma é dobrada na forma proporcionando uma transição suave na dobra. Esta técnica, embora particularmente apropriada para formar pré-formas tecidas no formato Pi, pode ser utilizada com diversas formas. Além disso, embora seja feita referência às pré-formas tecidas, sua aplicabilidade a não tecidas, tais como ligadas por trançado ou costurado, por exemplo, será evidente para um pessoa versada na técnica.

Assim, uma modalidade da invenção é uma pré-forma para juntas mecânicas ou estruturais tendo uma arquitetura de tecitura tridimensional com fibras de preenchimento de tecido para fornecer um entrelaçamento camada a camada de camadas de fibras de urdidura,

9/18 bem como o entrelaçamento de fibras em cada camada. A pré-forma tecida transfere a carga fora do plano através de fibras orientadas a minimizar a tensão inter-laminar. A pré-forma tem uma base e pelo menos duas pernas que se estendem desde a base, a base e as pernas tendo cada uma pelo menos duas camadas de fibras de urdidura.

As fibras de preenchimento seguem uma seqüência de tecitura que as leva através de uma parte da base, então, para as pernas e, finalmente, através da parte oposta da base. As pernas podem ser conectadas em um cruzamento de colunas distribuídas, simétricas com um número ímpar de colunas de fibras de urdidura sendo localizado entre as pernas. A pré-forma pode, no entanto, ter uma estrutura nãosimétrica, com comprimentos de pernas iguais ou diferentes. A préforma também pode ter um número par de colunas de fibras de urdidura entre as pernas e os pés podem ser perpendiculares ou não perpendiculares ou em ângulo com a base. As extremidades externas da base e/ou das pernas, preferencialmente, têm perfis cônicos formados a partir das camadas finais de fibras da urdidura em um padrão escalonado.

Outra modalidade da presente invenção é um método de formar uma pré-forma para uso em materiais compósitos reforçados. A préforma é formada de modo a ter uma arquitetura de tecitura tridimensional com fibras de preenchimento tecidas para proporcionar um entrelaçamento camada a camada de camadas de fibras da urdidura, bem como um entrelaçamento de camadas dentro de cada camada. A pré-forma tecida transfere a carga fora do plano através de fibras orientadas a minimizar a tensão inter-laminar. A pré-forma tem uma base e pelo menos duas pernas que se estendem desde a base, tendo a base e as pernas cada uma pelo menos duas camadas de fibras da urdidura. As fibras de preenchimento seguem uma seqüência de tecitura que as leva através de uma parte da base e, depois, para as pernas e,

10/18 finalmente, através da parte oposta da base. As pernas podem ser conectadas em cruzamento de colunas distribuídas, simétricas ou não simétricas, com um número par ou ímpar de colunas de fibras da urdidura estando localizado entre as pernas. As pernas podem ser perpendiculares ou não perpendiculares ou angular à base.

Para uma melhor compreensão da invenção, das vantagens operacionais e objetivos específicos alcançados por seus usos, é feita referência à matéria descritiva que a acompanha, na qual são ilustradas modalidades preferidas, mas não limitativas, da invenção.

Os termos “compreendendo” e “compreende” nesta divulgação podem significar “incluindo” e “inclui “ ou pode ter o sentido comumente dado ao termo “compreendendo” ou “compreende” na Lei de Patentes americana. Os termos “consistindo essencialmente em” ou “consiste essencialmente em”, se forem utilizados nas Reivindicações, têm o significado que lhes é atribuído na Lei de Patentes americana. Outros aspectos da invenção são descritos ou são óbvios (e dentro do âmbito da invenção) a partir da divulgação a seguir.

Breve Descrição dos Desenhos

Os desenhos que acompanham a descrição, que são incluídos para proporcionar um melhor entendimento da invenção, são incorporados e se constituem numa parte desta descrição. Os desenhos aqui apresentados ilustram diferentes modalidades da invenção e, juntamente com a descrição servem para explicar os princípios da invenção. Nos desenhos:

a Figura 1 é uma vista em seção transversal de uma pré-forma em forma de Pi com pernas em uma posição em pé e flanges em qualquer um dos lados da pré-forma de acordo com uma modalidade da invenção;

11/18 a Figura 2 é uma vista de extremidade esquemática de uma préforma em forma de Pi do estado da técnica representando a formação de dobras devido às meias picadas;

a Figura 3 é uma vista esquemática terminal de uma pré-forma em forma de Pi do estado da técnica que representa a formação de meias picadas e arquitetura de fibra na mesma;

a Figura 4 é uma vista esquemática terminal de uma pré-forma em forma de Pi representando a formação de picadas completas e arquitetura de fibra na mesma, de acordo com uma modalidade da invenção;

as Figuras 5(a) & 5(b) são fotografias que mostram uma préforma de acordo com a invenção e uma pré-forma como revelada em uma técnica anterior, respectivamente; e a Figura 6 é uma vista esquemática terminal de uma pré-forma em forma de Pi representando a arquitetura de fibra na mesma, de acordo com uma modalidade da invenção.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferidas

As Figuras 1, 4, 5a e 6 ilustram uma modalidade preferida de uma pré-forma tridimensional 100. A pré-forma 100 é formada por tecitura de uma ou mais fibras de enchimento 114 em um padrão através de uma pluralidade de fibras de urdidura 116, estendendo-se as fibras de urdidura 116 perpendicularmente ao plano do padrão. Nas Figuras 4 e 6, é ilustrado o padrão completo usado para formar a préforma em forma de Pi 100, onde fibras de enchimento 114 são mostradas no plano de visão, enquanto as fibras de urdidura 116 são mostradas como perpendiculares ao plano de visão. As fibras 114, 116 são mostradas como espaçadas separadamente nas vistas esquemáticas da arquitetura, entretanto as fibras 114, 116 são comprimidas juntas,

12/18 quando realmente tecidas em uma pré-forma terminada 100.

Voltando, agora, à Figura 4, todas fibras de urdidura 116 na préforma 100 são geralmente paralelas umas às outras, com ondulações leves ao longo do comprimento longitudinal de cada fibra 116 e são dispostas em colunas geralmente verticais. A pré-forma 100 é, de preferência, tecida a partir de materiais usados para estruturas de compósitos típicas, por exemplo, fibra de vidro e fibras de carbono, e é tecida de forma a ter uma base 120 e pelo menos duas pernas 125, 135 se estendendo a partir de base 120, formando um perfil em forma de Pi. As pernas 125, 135 podem ser perpendiculares ou não perpendiculares ou anguladas em relação à base 120. A base 120 e as pernas 125, 135 compreendem, cada uma, pelo menos duas camadas de fibras de urdidura 116 e são mostradas como tendo bordas diminuídas opcionais. Para facilidade de tecelagem, a pré-forma 100 é tecida com pernas 125, 135 repousando contra a base 120, embora as pernas 125, 135 sejam pretendidas para uso em uma posição vertical, em forma de U, como, por exemplo, mostrado em Figurai. A base 120 é mostrada tendo oito camadas de fibras de urdidura 116 e pernas 125, 135 são mostradas tendo quatro camadas de fibras de urdidura 116.

Opcionalmente, como mostrado, as fibras de urdidura 116 na base 120 têm uma área de seção transversal menor do que as fibras de urdidura 116 nas pernas 125, 135. Usando fibras de urdidura 116 menores apenas na base 120 e não nas pernas 125, 135, o aumento do tempo exigido para tecer a arquitetura sobre uma tecelagem é minimizado ao mesmo tempo em que ainda proporciona uma base mais forte 120 na pré-forma 100 através de uma quantidade maior de entrelaçamento de fibras de urdidura 116.

Referindo-se de volta à Figura 4, a pré-forma 100 é ilustrada com o padrão de tecitura que começa em uma extremidade 105 da base 120, a qual é mostrada à esquerda da base 120. Em uma parte típica da

13/18 sequência de tecitura, a fibra de enchimento 114 alterna acima e abaixo das fibras de urdidura 116 de uma camada durante cada passagem para a direita, entrelaçando as fibras 116 daquela camada. Também, em uma parte típica da sequência de tecitura, a fibra de enchimento 114 alterna acima e abaixo fibras de urdidura 116 de duas camadas adjacentes durante cada passagem pela esquerda, entrelaçando as camadas umas com as outras. Como mostrado nas Figuras e descrito abaixo, partes da sequência de tecitura, incluindo aquelas dentro das pernas 125, 135, nas bordas e nas superfícies exteriores da pré-forma 100, podem diferir a partir destas declarações gerais.

Como mostrado na Figura 4, a sequência de tecitura geral começa com a fibra de enchimento 114 na posição A e se estende em direção ao centro da base 120 e, então, para dentro de um lado exterior 112 de uma das pernas 135 na posição Bl. A fibra de enchimento 114, então, se estende para a posição C na extrema direita da extremidade direita da perna 135. A partir da posição C, a fibra de enchimento 114 é tecida de volta ao longo da mesma linha, em direção ao centro da base, a partir de onde a fibra de enchimento 114 se estende descendo para a base 120 e de volta para o lado exterior 112 da outra perna 125 para a posição D na extremidade esquerda mais distante da perna 125. A fibra de enchimento 114, então, é tecida de volta ao longo da mesma linha, em direção ao centro da base 120 e se estende de volta à base 120 na posição B2, passa através das colunas centrais das fibras de urdidura 116 localizadas entre as pernas 125, 135, então, de volta à base 120 na posição E e alcança a posição F na outra extremidade 115 da base 120. Isto forma uma sequencia de tecitura completa de fibra de enchimento 114, que basicamente combina quatro meias picadas junto e forma três picadas cheias, como representado na Figura 4. As camadas que terminam das fibras de urdidura 116 formam bordas em cone na base 120 e pernas 125, 135, tal como forma em cone 124 na borda lateral esquerda da base 120 e forma em cone 126 na perna 135.

14/18

Para completar uma célula unitária ou seção vertical, as passagens de fibras de enchimento 114 através da pré-forma 100 são repetidas para camadas adjacentes de fibras de urdidura 116 até que todas as camadas sejam entrelaçadas. O padrão de enchimento é repetido para formar seções verticais adjacentes, criando comprimentos contínuos de pré-forma.

A Figura 6 mostra particularmente o padrão de tecitura usado para formar as pernas 125, 135 e base 120 em uma pré-forma 100 em forma de Pi. A base 120 é mostrada com oito camadas de fibras de urdidura 116, e pernas 125, 135 são mostradas com quatro camadas de fibras de urdidura 116, entretanto o padrão pode ser modificado para trabalho com mais ou menos camadas de fibras de urdidura na base 120 e pernas 125, 135. Em outras palavras, a base 120 pode ter mais camadas que cada uma das pernas 125, 135 ou vice-versa. O padrão de tecitura proporciona entrelaçamento de fibras de urdidura 116 dentro de uma camada, e entrelaçamento entre camadas de fibras de urdidura. As camadas adjacentes são entrelaçadas executando uma parte das fibras de enchimento 114 sobre uma fibra de urdidura 116 em uma primeira camada em uma primeira coluna e abaixo de uma fibra de urdidura em uma segunda camada, adjacente, em uma segunda coluna, adjacente, a segunda camada sendo abaixo da primeira camada. As pernas 125, 135 são tecidas em uma posição horizontal, deitada, como mostrado, enquanto o padrão é tecido. Durante a instalação, cada perna 125, 135 é deslocada para uma posição parada, vertical, a largura de cada perna 125, 135 quando estando vertical compreendendo quatro camadas.

A pré-forma 100 é melhorada a partir de pré-formas tecidas prévias ao proporcionar uma interseção distribuída, altamente simétrica, de pernas 125, 135 com a base 120. A base 120 tem três colunas centrais de fibras de urdidura e duas colunas separadoras de fibras de

15/18 urdidura, as quais são as colunas adjacentes para qualquer dos lados laterais das colunas centrais. O uso de um número ímpar de colunas centrais permite a tecitura para aproximadamente formar uma imagem de espelho para qualquer lado lateral de um plano central de simetria seccionando em duas a coluna central, melhorando a simetria de distribuição de carga dentro da base 120. Embora mostrada como tendo três colunas centrais, a modalidade preferida da pré-forma 100 pode ter qualquer número ímpar de colunas centrais, o número de colunas centrais determinando a largura nominal da forma em U formada quando as pernas 125, 135 estão em uma posição em pé. As pernas 125, 135 podem ser perpendiculares ou não perpendiculares ou anguladas à base 120.

Para introduzir simetricamente cargas a partir das pernas 125, 135 na base 120, tais como cargas a partir de um membro (não mostrado) ligado entre pernas em pé 125, 135, as partes das fibras de enchimento 114 que conectam as pernas 125, 135 são divididas em grupos de números iguais ou substancialmente iguais de partes de fibra. Cada grupo intersecta a base 120 entre uma de uma coluna separadora e colunas centrais ou entre uma de uma coluna separadora e as colunas laterais direita ou esquerda adjacentes aquela coluna separadora. Por exemplo, como mostrado na Figura 6, o grupo 29 estende-se entre as camadas 2 e 4 da perna 125 e base 120, cruzando a base 120 entre as colunas c e d. Igualmente, o grupo 31 intersecta a base 120 entre as colunas d e e, o grupo 33 intersecta a base 120 entre as colunas g e h, e o grupo 37 intersecta a base 120 entre as colunas h e I. É para ser notado aqui que embora as figuras mostrem a geometrias simétricas, o método da invenção imediata pode ser usado na produção de configurações assimétricas também.

Embora mostradas na localização preferida aproximadamente no centro da pré-forma 100, as colunas centrais 27 podem compreender

16/18 colunas de fibras de urdidura 116 localizadas lateralmente a partir do centro da pré-forma 100. Por exemplo, as colunas b, c, e d podem compreender as colunas centrais, e as colunas a e e podem atuar como colunas separadoras. Estas pernas de deslocamento 125, 135 em direção a uma borda exterior da base 120, embora ainda proporcionando simetria na tecitura da base 120 sobre as colunas b, c, e d e proporcionando a distribuição simétrica da carga a partir de pernas 125, 135 na base 120. Formas em cone, tais como as formas em cone 124 e formas em cone 126 são formadas sobre uma borda exterior de uma pré-forma ao terminar camadas sucessivas de fibras de urdidura em comprimentos que são menores que em camadas anteriores. Por exemplo, a Figura 6 mostra a camada 5 terminando na coluna s, enquanto a camada 6 termina na coluna t, a amada 5 sendo uma fibra de urdidura 116 mais curta do que a camada 6. Igualmente, a camada 6 é mais curta do que a camada 7, e este padrão se repete para cada camada mais baixa adjacente. Uma pré-forma tendo bordas em cone tanto na base ou pernas em pé tem uma resistência melhor para distribuir cargas que uma pré-forma em que as camadas de fibra de urdidura todas terminam no mesmo comprimento. Além disso, o uso de um tamanho de fibra menor para a fibra em cone de urdidura proporciona uma transição mais macia, mais gradual da pré-forma para o compósito laminado ao qual ela é juntada. O padrão de tecitura na Figura 6 é para as oito camadas de fibras de urdidura 116 de base 120.

A pré-forma em forma de Pi, tecida,completa é mostrada na Figura 1 com pernas 125, 135 na posição vertical, formando uma forma em U entre as pernas 125, 135. Todavia, as pernas 125, 135 podem ser perpendiculares ou não perpendiculares ou anguladas em relação à base 120. A pré-forma 100 é tecida repetindo-se a sequencia de tecitura completa para formar seções verticais adjacentes ao longo do comprimento longitudinal da pré-forma 100. O processo de tecitura produz comprimentos contínuos da pré-forma 100, que são, então, cortados

17/18 para os comprimentos desejados para a instalação. Um exemplo de uma pré-forma formada de acordo com a invenção em comparação com uma pré-forma desenhada anterior com dobras entre as pernas em pé é mostrado nas Figuras 5(a) & 5(b), respectivamente.

Tipicamente, as pré-formas são tecidas usando um tipo de fibra, por exemplo, fibras de carbono (grafite), tanto para a urdidura como para as fibras de enchimento. Todavia, as pré-formas podem também ter padrões de tecitura híbridos que usam fibras feitas de materiais de múltiplas formas, tais como fibras de carbono e fibras de vidro. Estes padrões podem resultar em pré-formas tendo dureza mais alta, custo reduzido e características de expansão térmica otimizada. Os padrões de tecitura compreendem todas as fibras de urdidura de um tipo e todas as fibras de enchimento de outro tipo ou a tecitura pode ter urdidura e/ou fibras de enchimento de tipos alternados organizados, por exemplo, em um padrão de “tabuleiro de damas” ao longo das camadas.

As vantagens da presente invenção incluem a capacidade de tecer uma pré-forma de alta resistência e fácil de usar para montar componentes em estruturas. As tecituras melhoradas entrelaçam as fibras de urdidura de cada camada e entrelaça as camadas umas às outras, enquanto distribuindo cargas através da pré-forma de uma maneira altamente simétrica. Tendo um número ímpar de colunas de fibras de urdidura na base entre as pernas da pré-forma, um padrão de tecitura pode ser espelhado sobre um plano central de simetria. Todavia, isto não é necessário para a prática da invenção. A pré-forma pode também ter uma estrutura assimétrica, com comprimentos de perna iguais ou diferentes ou até um número par de colunas de fibras de urdidura na base entre as pernas da pré-forma.

A presente invenção também introduz um tipo novo e sem igual de movimento de vaivém para produzir as pré-formas, que não só

18/18 κ

melhora a produtividade sobre o tear, mas também evita a formação de dobras e ondulações em áreas onde a pré-forma é dobrada, o que, por sua vez, melhora a resistência e dureza da pré-forma.

Conseqüentemente, a invenção proporciona uma abordagem 5 alternativa e/ou um método melhorado de criar pré-formas 3D e/ou estruturas de compósitos de reforço sem formar dobras ou ondulações na estrutura.

Deste modo pela presente invenção seus objetos e vantagens são percebidos e, embora tenham sido reveladas e descritas em detalhe 10 modalidades preferidas neste documento, o seu escopo não deve assim ser limitado, ao invés, o seu escopo deve ser determinado pelas Reivindicações anexadas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de Formação de Pré-forma Tecida, caracterizado por que o método compreende as etapas de:

(a) proporcionar uma pluralidade de camadas adjacentes, tendo cada camada uma pluralidade de fibras de urdidura (116), sendo as fibras de urdidura (116) geralmente paralelas umas às outras e formando colunas geralmente verticais; e (b) tecer pelo menos uma fibra de enchimento (114) com as camadas de fibra de urdidura (116) para formar uma base (120) e duas pernas (125, 135) que se extendem a partir da base (120), a base (120) e cada perna sendo formadas a partir de pelo menos duas camadas de fibra de urdidura (116), tendo a base (120) um primeiro lado com uma primeira borda e um segundo lado com uma segunda borda, e tendo uma extremidade interna em uma seção central da base (120) e uma extremidade exterior, em que as pernas (125, 135) são deslocadas umas das outras por colunas de urdidura centrais da base (120), em que a pelo menos uma fibra de enchimento (114) é tecida de tal modo que a fibra de enchimento tem um início na primeira borda da base (120), depois, estende-se em direção a uma seção central da base (120) e então passa através das colunas centrais de fibra de urdidura localizadas entre as duas pernas (125, 135), então sai das camadas da base (120) e estende-se para dentro das camadas da perna adjacente ao segundo lado da base (120) antes de se estender de volta ao longo da mesma linha em direção à seção central da base (120) passando por colunas centrais de

Petição 870180154542, de 23/11/2018, pág. 7/15
2/7 fibra de urdidura localizadas entre as duas pernas (125, 135), e, então, se estende para dentro das camadas da outra das pernas adjacente ao primeiro lado da base (120), então sai das camadas das pernas e se estende de volta para dentro e através das camadas da seção central da base (120) para se estender para a segunda borda da base (120), e em que as fibras de enchimento (114) entram em cada perna na extremidade interna de cada perna (125, 135) e se estendem para a extremidade exterior de cada perna antes de retornar à extremidade interna de cada perna, as fibras de enchimento intertravando as camadas da base (120) e intertravando as camadas de cada perna (125, 135), e também intertravando as fibras de urdidura (116) dentro de cada camada, e o número de colunas de urdidura central da base determina uma largura nominal em forma de U quando as pernas (125, 135) são formadas na posição vertical.

2. Método de Formação de Pré-forma Tecida, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que as colunas de fibras de urdidura (116) incluem colunas centrais (27) de fibras de urdidura (116) localizadas entre as fibras de enchimento conectando uma das pernas à base (120) e as fibras de enchimento conectando a outra das pernas à base (120), as colunas centrais (27) compreendendo um número ímpar de colunas e permitindo um padrão de tecelagem substancialmente de imagem no espelho em torno de um plano central de simetria da préforma tecida.

Petição 870180154542, de 23/11/2018, pág. 8/15
3/7

3. Método de Formação de Pré-forma Tecida, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que as colunas de fibra de urdidura (116) incluem colunas centrais (27) de fibras de urdidura (116) localizadas entre as fibras de enchimento (114) conenctando uma das pernas (125, 135) à base (120) e as fibras de enchimento (114) conectando a outra das pernas à base (120), as colunas centrais (27) compreendendo um número par de colunas e permitindo um padrão de tecelagem substancialmente assimétrico em torno de um plano central da base da pré-forma tecida.
4. Método de Formação de Pré-forma Tecida, de acordo com a reinvidicação 2 ou 3, caracterizado por que as colunas de fibras de urdidura (116) incluem colunas separadores de fibras de urdidura (116) adjacentes aos lados opostos das colunas centrais (27), cada coluna separadora dividindo partes das fibras de enchimento em dois grupos, um grupo estendendo-se entre a base (120) e a perna a entre o conjunto central de colunas e a coluna separadora adjacente, o outro gurpo se extende entre a coluna do separador e as colunas lateralmente para fora da coluna do separador.
5. Método de Formação de Pré-forma Tecida, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que a base (120) tem mais camadas do que cada uma das pernas (125, 135) ou vice-versa.
6. Método de Formação de Pré-forma Tecida, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que as bordas da base (120) e/ou as pernas (125, 135) são formadas em estreitamento.

Petição 870180154542, de 23/11/2018, pág. 9/15

4/7
7. Método de Formação de Pré-forma Tecida, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que as pernas (125, 135) são perpendiculares ou não perpendiculares ou anguladas com a base (120).
8. Pré-forma Tecida caracterizada por que compreende uma estrutura produzida pelo método como definido na reivindicação 1.
9. Pré-forma Tecida, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por que as colunas de fibras de urdidura incluem colunas centras de fibras de urdidura (116) localizadas entre as fibras de enchimento que conectam uma das pernas (125) à base e as fibras de enchimento que conectam a outra das pernas (135) à base, as colunas centrais (27) compreendendo um número ímpar de colunas e permitindo um padrão de tecelagem substancialmente de imagem no espelho em torno de um plano central de simetria da pré-forma tecida.
10. Pré-forma tecida, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por que as colunas de fibras de urdiura incluem colunas centrais (27) de fibras de urdidura localizadas entre as fibras de enchimento que conectam uma das pernas (125) à base e as fibras de enchimento que conectam a outras das pernas (135) à base, as colunas centrais (27) compreendendo um número par de colunas e permitindo um padrão de tecelagem substancialmente assimétrico em torno de um plano central da pré-forma tecida.
11. Pré-forma tecida, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizada por que as colunas de fibras de urdidura (116) incluem colunas separadoras de fibras de urdidura adjacentes aos lados opostos

Petição 870180154542, de 23/11/2018, pág. 10/15

5/7 das colunas centrais, cada coluna separadora dividindo partes das fibras de enchimento em dois grupos, um grupo estendendo-se entre a base e a perna a partir de entre o conjunto central de colunas e a coluna separadora adjacente, o outro grupo estendendo-se a partir de entre a coluna separadora e as colunas lateralmente externa da coluna separadora.
12. Pré-forma tecida, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por que a base tem mais camadas do que cada uma das pernas ou vice-versa.
13. Pré-forma tecida, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por que as extremidades da base e/ou as pernas são em estreitamento.
14. Pré-forma tecida, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por que as pernas são perpendiculares ou não perpendiculares ou anguladas com a base.
15. Método de Formação de Pré-forma Tecida, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por que o método compreende adicionalmente as etapas de:

a) tecer um número par ou ímpar de colunas centrais de fibras de urdidura (116) na base (120) entre as interseções das pernas (125, 135) e base; e

b) localizar as colunas separadoras adjacentes às colunas centrais, uma das partes de fibras de enchimento para cada perna intersectando a base adjacente a um lado da coluna separadora

Petição 870180154542, de 23/11/2018, pág. 11/15

6/Ί correspondente, o outro dos grupos de partes de fibras de enchimento para cada perna intersectando a base sobre o lado oposto da coluna separadora correspondente.
16. Método de Formação de Pré-forma Tecida, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por que a base (120) tem mais camadas de fibras de urdidura do que cada uma das pernas ou vice-versa.

1Ί. Método de Formação de Pré-forma Tecida, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por que as pernas (125, 135) são perpendiculares ou não perpendiculares ou anguladas com a base.
18. Pré-forma Tecida, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por compreender:

um número par ou ímpar de colunas centrais (2Ί) de fibras de urdidura (116) na base (120) sendo localizado entre as interseções das pernas e da base; e colunas separadoras sendo localizadas adjacentes às colunas centrais (2Ί), um dos grupos de partes para cada perna intersectando a base adjacente a um lado da coluna separadora correspondente, o outro dos grupos para cada perna intersectando a base sobre o lado oposto da coluna separadora correspondente.
19. Pré-forma Tecida, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada por que a base (120) tem mais camadas de fibras de urdidura (116) do que cada uma das pernas (125, 135) ou vice-versa.
20. Pré-forma Tecida, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada por que as pernas (125, 135) são perpendiculares ou não

Petição 870180154542, de 23/11/2018, pág. 12/15

7/7 perpendiculares ou anguladas com a base (120).
21. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 15, caracterizado por que as pernas (125, 135) são iguais ou desiguais no comprimento.
22. Pré-forma Tecida, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por que as pernas (125, 135) são iguais ou desiguais no comprimento.
23. Pré-forma Tecida, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada por que pelo menos duas pernas são iguais ou desiguais no comprimento.