BRPI0609920A2 - reforço de materiais celulares - Google Patents
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Abstract
REFORçO DE MATERIAIS CELULARES. A invenção pertence a um método para reforçar materiais celulares (1), uma construção em sanduíche reforçada (5) bem como uma aeronave equipada de modo correspondente. No método, um material celular (1) é fornecido com feixes de fibras (3) que são introduzidos dentro do material celular (1) com uma agulha (8) . Neste caso, a agulha (8) perfura inicialmente um furo direto (2) dentro do material celular (1) a partir de um lado a fim de segurar subseqúentemente um feixe de fibras (3) situado no outro lado com a agulha (8) e puxar o dito feixe de fibras para dentro do material celular (1).
Description
"REFORÇO DE MATERIAIS CELULARES"
REFERÊNCIA A PEDIDOS RELACIONADOS
Este pedido reivindica o beneficio da data de de-pósito do Pedido de Patente Alemão N°. 10 2005 024 408.4 de-positado em 27 de maio de 2005, e do Pedido de Patente pro-visório Americano N° . 60/685.296 depositado em 27 de maio de2005, a descrição de cujos pedidos é aqui incorporado porreferência.
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se ao campo técnico demateriais compostos. A invenção refere-se especificamente aum método para fabricar um material celular reforçado. A in-venção também se refere a um componente do tipo sanduíchecom um núcleo de material celular reforçado, bem como a umaaeronave com tal componente do tipo sanduíche ou com um com-ponente estrutural que foi fabricado utilizando o método deacordo com a invenção.
ANTECEDENTES TECNOLÓGICOS
Devido a sua relação de resistência ou rigidez su-perior com densidade, os materiais compostos e, em particu-lar, construções em sanduíche são amplamente utilizadas nocampo de construção de aeronave. Os componentes do tipo san-duíche usualmente consistem de uma camada ou superfície decobertura superior e inferior, entre as quais está dispostauma estrutura de núcleo do tipo colméia, que é composta decélulas se estendendo verticalmente com seção transversalhexagonal e serve para aumentar a rigidez.
A construção em sanduíche pode também ter outraspropriedades, por exemplo, propriedades de isolamento acús-tico ou térmico (assim chamadas propriedades multifuncio-nais) se a estrutura em sanduíche é realizada de acordo. Is-to pode tornar possível eliminar medidas adicionais realiza-das com componentes separados tal que é obtida uma reduçãode peso do conceito total.
Materiais celulares rigidos são usados como umaalternativa a um desenho com uma estrutura de colméia. Emcomparação com estruturas de colméia, materiais celularesrigidos fornecem certas vantagens com respeito a isolamentotérmico e acústico, bem como a fabricação de componente. Noentanto, uma desvantagem de tais construções em sanduíche àbase de espuma pode ser vista nas propriedades mecânicas in-feriores esperadas em comparação com construções em sandui-che que têm uma estrutura de núcleo do tipo colméia de den-sidade comparável. Isto é compensado utilizando técnicas decostura para incorporar fibras ou fios em componentes de ma-teriais celulares rigidos. Depois de um processo de infil-tração de resina, as regiões penetradas pelas fibras contri-buem para o reforço mecânico do material celular.
Uma construção em sanduíche conhecida reforçadacom pontos de costura é descrita, por exemplo, em US6.187.411. A fim de reforçar esta construção em sanduíche, écosturada com um fio em um processo de costurar de dois la-dos, em que um fio superior é inserido dentro do laminadocom uma agulha de uma camada de cobertura da construção emsanduíche por meio de técnicas convencionais, e retida porum fio inferior no laminado na vizinhança da outra camada decobertura. Isto cria uma alça quando a agulha é retraída dolaminado. Uma técnica de costura de dois lados deste tipo étambém descrita em US 4.196.251, em que o fio inferior seestende paralelo à segunda camada de cobertura e essencial-mente perpendicular ao fio superior. US 5.624.622 tambémdescreve uma construção em sanduíche de materiais celularesque é reforçada por meio de um processo de costura, em quetécnicas de costura de ponto de corrente ou ponto atrás co-nhecidas são utilizadas.
Em todas as técnicas de costura conhecidas, umaagulha inicialmente penetra o material celular e simultanea-mente introduz o fio dentro do material celular. Durante aperfuração do material celular, o fio se estende essencial-mente paralelo à agulha sobre o comprimento inteiro. O tama-nho do furo do furo de perfuração portanto é definido pelodiâmetro da agulha e a espessura do fio.
Conseqüentemente, uma desvantagem de todos estesmétodos conhecidos é que o furo restante depois da retraçãoda agulha do material celular é excessivamente grande em re-lação à espessura do fio introduzido. Isto leva à região dofuro que não enchida por fibras, a ser enchida com resinadepois da infiltração de resina tal que o aperfeiçoamentodas propriedades mecânicas não é realizada com as fibras co-mo desejado, mas em vez disto essencialmente baseado na re-sina infiltrada nestes métodos. No entanto, os aperfeiçoa-mentos das propriedades mecânicas especificas, isto é pro-priedades relacionadas com peso, não são suficientes para opotencial de construção leve exigido em construção de aero-nave tal que a utilização de materiais celulares reforçadosdeste tipo 'pe somente considerado em casos raros.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Dentre outras coisas, pode ser um objetivo da pre-sente invenção aperfeiçoar o reforço de materiais celularescom fibras ou feixes de fibra de tal maneira que, em essên-cia, as fibras introduzidas são responsáveis para o aperfei-çoamento das propriedades mecânicas do núcleo de materialcelular.
0 termo material celular no contexto da presenteinvenção refere-se a qualquer material de núcleo que é ade-quado para uso como um material de núcleo em construções emsanduíche. Os materiais celulares de preferência consistemde materiais celulares reais, mas podem no contexto da pre-sente invenção também consistir de têxteis tais como, fel-tros ou qualquer outro tecido não tramado. Por exemplo, ométodo descrito permite a utilização não problemática deprodutos semi-acabados têxteis, particularmente feltros outecidos não tramados, a fim de aperfeiçoar suas propriedadesem outra dimensão. No contexto da presente invenção, o termofeixes de fibras refere-se a mechas que consistem de umapluralidade de fibras individuais ou monofilamentos, fibrasindividuais bem como fios que são produzidos torcendo fibrasindividuais ou feixes de fibras. O termo espessura de umfeixe de fibras refere-se à soma de todas as fibras indivi-duais em forma comprimida no contexto da presente invenção.
O objetivo da invenção pode ser alcançado com ummétodo para fabricar um material celular reforçado tridimen-sionalmente, com um componente do tipo sanduíche fabricadocorrespondentemente, bem como com uma aplicação, por exem-plo, no campo de aeronáutica ou astronáutica e, em particu-lar, com uma aeronave que é equipada com tal componente dotipo sanduíche ou caracteriza um componente estrutural quefoi fabricado utilizando o método de acordo com a invenção.
A invenção é baseada na noção de eliminar a intro-dução simultânea de feixes de fibra para reforçar um materi-al celular durante a produção dos furos, dentro dos quais osfeixes de fibras devem finalmente estar dispostos em uma ma-neira direcionada, e para fornecer inicialmente o materialcelular com um furo direto que se estende de uma primeirasuperfície na direção de uma segunda superfície a fim de pu-xar subseqüentemente um feixe de fibras tornada disponívelno outro lado da segunda superfície dentro do furo direto nadireção da primeira superfície. No método de acordo com ainvenção, um furo direto é portanto inicialmente produzidoem um material celular em uma primeira etapa, em que o ditofuro direto se estende de uma primeira superfície do materi-al celular para uma segunda superfície do material celular.Os materiais celulares em questão podem ter geometrias tri-dimensionais com superfícies opostas, em que superfícies pa-ralelas estão somente presentes em casos simples. As cons-truções em sanduíche freqüentemente caracterizam curvaturastridimensionais, mudanças abruptas em espessura e similar.
Pelo menos um feixe de fibras é tornado disponívelno outro lado da segunda superfície do material celular an-tes, durante ou depois da produção do furo direto. 0 termono outro Aldo da segunda superfície refere-se ao feixe defibra sendo situado mais perto da segunda superfície que daprimeira superfície. Depois de produzir o furo direto no ma-terial celular, o pelo menos um feixe de fibra pode ser se-guro a partir da direção do furo direto a fim de ser subse-qüentemente puxado para dentro do furo direto no materialcelular. Em outras palavras, um elemento penetra através dofuro direto a partir da primeira superfície do material ce-lular a fim de pegar ou segurar e puxar o feixe de fibra si-tuado no outro lado através do furo direto na direção daprimeira superfície. Esta penetração pode ocorrer simultane-amente com a produção do furo direto que é realizado, porexemplo, perfurando o material celular com uma agulha ou emuma etapa subseqüente.
Como mencionado acima, os materiais celulares po-dem consistir de quaisquer materiais celulares arbitrários,mas materiais^ celulares rigidos PMI de alta qualidade podemser vantajosos no campo da aeronáutica. Naturalmente, m étambém possível utilizar outros materiais celulares que con-sistem, por exemplo de cloreto de polivinilo ou poliuretano.
Em vez de utilizar o método de acordo com a invenção parareforçar materiais celulares, o método da invenção pode tam-bém ser usado para reforçar têxteis tais como, por exemplo,feltros ou quaisquer outros tecidos não tramados que, nocontexto da invenção, podem também ser agrupados sob o termogenérico materiais celulares.
Os furos diretos podem ser produzidos no materialcelular em qualquer posição angular. A orientação dos furosdiretos pode ser individualmente adaptada, em particular, aoformato respectivo do material celular a ser reforçado bemcomo às situações de carga a serem esperadas sob condiçõesde operação. 0 método torna possivel confeccionar uma estru-tura em sanduíche para uma carga e aplicação especificas.
Como mencionado acima, pelo menos um feixe de fi-bras é tornado disponível no outro lado da segunda superfí-cie do material celular. A fim de facilmente segurar o feixede fibra, pode ser mantido na região do furo direto, por e-xemplo em uma maneira estendida reta, na vizinhança da se-gunda superfície a fim de segurar com segurança os feixes defibras com um gancho ou similar. Quando se segura tal feixede fibra estendida reta a fim de puxar o feixe de fibra a-través do furo direto, é inicialmente dobrado tal que umaalça é formada. Devido a esta medida, o número de (mo-no) filamentos que finalmente se estendem através do furo di-reto é duas vezes tão alto quanto o número de fibras indivi-duais do feixe de fibras individuais no estado inicial. Al-ternativamente , seria possivel já produzir uma alça a sersegura ou agarrada tal que o processo de dobrar é eliminado.Os materiais de fibra usados podem consistir, por exemplo,de fibras de aramida, fibras de carbono, fibras de nylon,fibras de poliéster, fibras de metal ou fibras de vidro, emque quaisquer outros materiais de fibra podem também ser u-tilizados. Os feixes de fibra freqüentemente consistem demechas de 12K, isto é, feixes de fibra com 12.000 monofila-mentos. A fim de aperfeiçoar adicionalmente o efeito de re-forço obtido com as mechas, seria também naturalmente possi-vel utilizar mechas com mais ou menos que 12.000 fibras, porexemplo mechas de 24K (24.000 fibras individuais) ou mechascom muito mais fibras.
O método de acordo com a invenção pode tornar pos-sivel aperfeiçoar as propriedades mecânicas possíveis de ma-teriais celulares usados em uma variedade de campos. Materi-ais celulares reforçados deste tipo são usados primariamentepara aplicações, em que é importante satisfazer exigênciasde rigidez estrita com baixos custos de material e pouco pe-so. O campo de aeronáutica e astronáutica é um exemplo clás-sico de um campo em que tais materiais celulares reforçadossão usados, porque as exigências com respeito à rigidez ouresistência dos componentes estruturais e o menor peso pos-sível sempre se aplicam neste caso. Em engenharia aeronáuti-ca e astronáutica, por exemplo, o método de acordo com a in-venção pode tornar possível fabricar flaps, lemes ou estru-turas de fuselagem bem como partes em painel ou partes dointerior utilizando o método de acordo com a invenção. Emadição, o método da invenção pode também ser utilizado naindústria de automóvel, construção ou móveis, bem comoquaisquer outros ramos de indústria, em que os materiais u-sados freqüentemente devem satisfazer as exigências de rigi-dez estrita e o peso precisa ser simultaneamente minimizado.O método de acordo com a invenção pode também ser usado emtodos os casos, em que não somente as propriedades de rigi-dez acima mencionadas, mas também as propriedades de isola-mento térmico e/ou acústico são de importância porque estassão propriedades inerentes dos materiais usados no métododevido a sua habilidade de ser facilmente comprimido.
O furo direto no material celular pode ser produ-zido perfurando o material celular com uma agulha a partirda primeira superfície até que a agulha emerge através dasegunda superfície do material. A agulha deve ter o menordiâmetro da haste possível de modo a evitar produzir um furodireto com uma seção transversal excessivamente grande. Asuperfície de.seção transversal da haste da agulha deve, emparticular, não exceder a espessura do feixe de fibras a se-rem puxadas através do furo direto (ou não ser maior que du-as vezes a espessura única do feixe de fibras no estado ini-cial estirado, respectivamente).
A fim de pegar pelo menos um feixe de fibras, elepode ser enganchado, por exemplo, na agulha. Para este pro-pósito, a agulha pode apresentar um ponto com um ilhó na re-gião do ponto de agulha através desta abertura lateral.
Se o furo direto é produzido com uma agulha, ahaste da qual tem a menor superfície de seção transversalpossível, pode ser assegurado que o furo direto produzidotem uma superfície de seção transversal que é menor que aespessura do feixe de fibras puxado através do mesmo. Estetamanho definido da superfície de seção transversal do furodireto pode tornar possível comprimir o feixe de fibra en-quanto é puxada para dentro do furo direto tal que as fibrasindividuais se juntam tão estreitamente quanto possível e seestendem através do furo direto tão paralelo quanto possívelpara parede interna do mesmo. A fim de simplificar a traçãoe compressão das fibras individuais, um bocal em formato defunil pode estar disposto na localização, em que o feixe defibra respectivo é puxado para dentro do material celular,em que o feixe de fibra e puxado para dentro do material ce-lular e adicionalmente comprimido por este bocal em formatode funil. No entanto, desde que as fibras individuais tipi-camente têm uma seção transversal redonda, espaço suficientepara introduzir subseqüentemente um sistema de matriz - par-ticularmente de natureza duroplástica - dentro da aberturadireta e entre as fibras individuais também permanece entreas fibras individuais no estado comprimido do feixe de fi-bras .
Depois que o pelo menos um feixe de fibras é puxa-do através do furo direto na maneira descrita acima, podeser cortado nivelado com a primeira e/ou segunda superfície.
Alternativamente, as extremidades do feixe de fibras que seprojetam sobre as superfícies poderiam também ser colocadasde modo plano contra as superfícies e ligadas às mesmas. Seo material a ser reforçado consiste. de uma construção emsanduíche, a primeira e/ou a segunda superfície pode serformada por uma superfície de cobertura ou uma camada de co-bertura da estrutura em sanduíche. Neste caso, o furo diretopreviamente produzido se estende através do material celularbem como as duas camadas de cobertura que cobrem o materialcelular tal que o feixe de fibras também se estende atravésdestas três camadas. Naturalmente, seria também possível in-troduzir feixes de fibras em um material celular simples namaneira descrita acima e prover subseqüentemente ambos oslados com camadas de cobertura correspondentes, em que asextremidades projetadas dos feixes de fibras são colocadas eligadas ou laminadas entre a camada de cobertura e o materi-al celular.
A fim de finalmente produzir uma ligação entre asfibras individuais bem como entre as' fibras e o material ce-lular, o furo direto contendo pelo menos um feixe de fibraspode ser infiltrado com uma resina em uma etapa seguinte. Ainfiltração pode ser realizada, por exemplo, aplicando umvácuo em um lado do material celular a fim de retirar umaresina situada no outro lado através do furo direto. Alter-nativamente, qualquer outro método de infiltração conhecidopode ser empregado.
A fim de reforçar um material celular com feixesde fibra por meio do método descrito, é necessário realizaro método várias vezes de modo a introduzir feixes de fibrasdentro do material celular em várias localizações. Portanto,o método começa novamente em outra localização depois que opelo menos um feixe d fibras foi puxado para dentro do mate-rial celular através do furo direto. Em vez de meramenteproduzir um furo em uma localização do material celular comeste método, a fim de subseqüentemente puxar através de umfeixe de fibras, o método pode ser realizado também simulta-neamente em várias localizações. Por exemplo, o material ce-lular poderia ser simultaneamente perfurado por uma plurali-dade de agulhas e um número correspondente de feixes de fi-bras poderia se tornar disponível no outro lado do materialcelular tal que podem ser seguros ou agarrados pelas agulhase puxados para dentro do material celular através dos furosdiretos produzidos pelas agulhas. É também possível produzirum feixe de fibras que conecta vários furos, se o processode tornar disponíveis feixes de fibras é configurado em umamaneira adequada.
De acordo com outro aspecto da presente invenção,o objetivo do mesmo é alcançado com um componente do tiposanduíche de acordo com a invenção. 0 componente do tiposanduíche da invenção compreende um núcleo de material celu-lar com primeira e segunda superfícies opostas. 0 núcleo dematerial celular contém uma pluralidade de furos diretos quese estendem entre a primeira e a segunda superfície. Nestecaso, um feixe de fibras é puxado através de cada um destesfuros diretos, em que os furos diretos têm uma superfície deseção transversal que essencialmente é completamente enchidopelos feixes de fibras e fornecida com uma matriz. As fibrasindividuais do feixe de fibras se estendem através os furosdiretos respectivos em uma maneira direta neste caso.
O componente do.tipo sanduíche de acordo com a in-venção tem uma boa resistência ou rigidez e um baixo peso.
Esta relação otimizada entre rigidez e peso é baseada no fa-to de que os furos diretos essencialmente são completamenteenchidos pelos feixes de fibras tal que o conteúdo de resinanos furos diretos pode ser mantido em um nivel baixo.
Devido às propriedades de rigidez do componente dotipo sanduíche de acordo com a invenção, pode ser usado paratodas as aplicações em que é importante obter boa rigidezenquanto mantém o peso tão baixo quanto possível. Uma apli-cação importante para o componente do tipo sanduíche da in-venção portanto é o campo de aeronáutica e astronáutica por-que a minimização de peso naturalmente sempre precisa serobservada neste caso. No campo de aeronáutica e astronáuti-ca, é possível fabricar, por exemplo, flaps, lemes ou estru-turas de fuselagem bem como partes em painel ou partes dointerior na forma do componente do tipo sanduíche de acordocom a invenção. Outros campos de aplicações são, por exem-plo, a indústria de automóveis, a indústria de construção oua indústria de móveis bem como quaisquer outros ramos da in-
10 dústria, em que uma relação otimizada entre a rigidez e opeso é freqüentemente importante.
Componentes do tipo sanduíche de acordo com a in-venção consistem primariamente de componentes planos com du-as superfícies opostas, em que as superfícies se encontramparalelas uma a outra em casos simples. No entanto, as cons-truções de sanduíche freqüentemente apresentam curvaturastridimensionais,m mudanças abruptas em espessura e similar.
Embora o núcleo de material celular possa consis-tir de qualquer material celular arbitrário, materiais celu-lares rígidos de PMI de alta qualidade podem ser vantajososno campo da aeronáutica. No entanto, deve também ser possí-vel utilizar outros materiais celulares que consistem, porexemplo, de cloreto de polivinilo ou poliuretano. Têxteistais como, por exemplo, feltros ou quaisquer outros tecidosnão tramados podem também ser agrupados sob o termo genéricode materiais celulares.
A fim de impedir os furos diretos produzidos nomaterial celular de ser predominantemente enchido com resinatal que o peso do componente do tipo sanduíche seria indese-javelmente aumentado e as propriedades de rigidez seriam di-minuídas, os furos diretos têm uma superfície de seçãotransversal que é menor que a espessura do feixe de fibrassendo puxados através da mesma, tal que o feixe de fibras écomprimido enquanto é puxado através e o furo direto possi-velmente é ligeiramente alargado. Isto não somente tornapossível manter uma baixa densidade do componente do tiposanduíche, mas também assegurar que as fibras individuais dofeixe de fibras se estendem essencialmente através do furodireto em uma mentira reta porque as fibras individuais sãopuxadas retas durante este processo de compressão.
Desde que os componentes do tipo sanduíche consis-tem tipicamente de pelo menos três camadas (um núcleo e duascamadas de cobertura), a pluralidade de furos diretos podese estender diretamente de uma camada de cobertura para aoutra camada de cobertura, isto é, a primeira e/ou a segundasuperfície do componente do tipo sanduíche é formada por umacamada de cobertura. Os feixes de fibras conseqüentementepodem se estender através do componente do tipo sanduícheinteiro incluindo as camadas de cobertura.
Dependendo das condições de fabricação e operação,os feixes de fibras podem tanto terminar nivelados com aprimeira e/ou a segunda superfície quanto ser colocado demodo plano contra a primeira e/ou a segunda superfície. Seas superfícies consistem respectivamente de uma camada decobertura, os feixes de fibras portanto tanto terminam nive-lados com uma camada de cobertura quanto são colocados demodo plano contra seu lado superior. Naturalmente, é tambémpossível para os feixes de fibras terminar diretamente nive-lados com o núcleo de material celular quanto ser colocadosde modo plano contra o dito núcleo, em ambos os lados doqual camadas de cobertura correspondentes podem ser lamina-das .
As explicações precedentes quanto ao componente dotipo sanduíche, de acordo com a invenção, tornam claro queeste componente pode ser fabricado utilizando o método dainvenção para fabricar um material celular reforçado comodescrito explicitamente acima. Portanto, as explicaçõesquanto ao método da invenção se aplicam analogamente ao com-ponente do tipo sanduíche.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A invenção será descrita abaixo considerando umamodalidade exemplar com referência às figuras inclusas, emque :
a Figura 1 mostra um estado inicial do método deacordo com a invenção;
a Figura 2 mostra várias etapas do método em umamaneira exemplar;
a Figura 3 mostra outra etapa do método em uma ma-neira exemplar;
a Figura 4 mostra um material celular com um feixede fibras introduzido;
a Figura 5 mostra um primeiro componente do tiposanduíche reforçado;
a Figura 6 mostra um segundo componente do tiposanduíche reforçado, e
as Figuras la-lc mostram três agulhas desenhadasde modo diferente para realizar o método da invenção.
Componentes idênticos ou similares são identifica-dos pelos mesmos caracteres de referência em todas as figu-ras. As ilustrações nas figuras elucidam o método bem como ocomponente do tipo sanduíche em uma maneira puramente esque-mática e pode parcialmente não estar em escala real.
DESCRIÇÃO DETALHADA DE UMA MODALIDADE EXEMPLAR
A Figura 1 mostra uma agulha farpada 8 antes daperfuração de um material celular 1. Uma peculiaridade daagulha farpada 8 é que apresenta uma região de ilhó em suaponta que é aberta em um lado como descrito em mais detalheabaixo com referência às Figuras la-lc. O material celular 1consiste, por exemplo, de um material celular rigido de PMIou um material celular de qualidade inferior, por exemplo,um material de PVC celular ou um material de poliuretano ce-lular. O material celular 1 pode também consistir de um ma-terial têxtil tal como, por exemplo, um feltro ou qualqueroutro tecido não tramado. De acordo com a Figura 1, a agulha8 é alinhada com relação à linha vertical por um ângulo oí. 0ângulo a pode ser variado entre 0 e 90° a fim de introduzirum feixe de fibras dentro do material celular 1 a um ânguloarbitrário a. Isto pode tornar possível obter um reforçoconfeccionado de modo a levar especialmente em conta certassituações de carga, às quais o material celular 1 será sub-metido na construção em sanduíche. Embora o ângulo a sejameramente ilustrado de modo bidimensional devido à figurabidimensional, este ângulo a naturalmente pode também ser umângulo sólido tal que o furo direto e o feixe de fibras sub-seqüentemente situado no mesmo pode estar disposto no mate-rial celular 1 em um ângulo sólido arbitrário.
A Figura 2 mostra um estágio do método de fabrica-ção, em que a agulha 8 penetrou o material celular 1 com suaponta. Devido a esta penetração, um furo direto 2 foi produ-zido no material celular 1, que se estende através do mate-rial celular 1 a um ângulo sólido a. Um feixe de fibras 3(por exemplo uma mecha de 24K) que foi formatado em uma alçana vizinhança imediata do lado de baixo do material celular1 é situado abaixo do material celular na região do ponto desaida da agulha 8. Esta alça do feixe de fibras 3 portantopode ser seguro ou agarrado pela agulha farpada 8 a fim depuxar o feixe de fibras 3 para dentro do material celular 1quando a agulha 8 é retraida.
Embora o feixe de fibras 3 seja ilustrado na formade uma alça na Figura 2 por razões de clareza, o feixe defibras 3 pode realmente ser disposto abaixo do material ce-lular 1 e estirado reto paralelo ao mesmo a fim de segurareste feixe de fibras estirado 3 abaixo do material celular 1com a ajuda da agulha 8. 0 feixe de fibras 3 tem uma espes-sura, única S tal que a seção de feixe de fibras em alça, deacordo com a Figura 2, tem aproximadamente uma espessura du-pia 2S.
Na Figura 3, a agulha 8 já está retraida novamentedo material celular 1. Devido a esta retração, o feixe defibras 3 seguras ou agarradas pela agulha 8 é puxado paradentro do furo direto 2 no lado de baixo do material celular1, em que o feixe de fibras 3 é comprimido quanto penetradentro do furo direto. Esta compressão ocorre porque a agu-lha 8 e portanto o furo direto 2 têm uma superfície de seçãotransversal que é menor que a espessura dupla 2S do feixe defibras sendo puxado através. As fibras individuais do feixede fibras 3 são essencialmente alinhadas retas e pressiona-das de modo justo uma contra a outra na abertura direta 2devido a esta compressão e a força de tração exercida nofeixe de fibras pela agulha 8 tal que somente espaços inter-mediários muito finos permanecem entre as fibras individuais .
Na Figura 4, o feixe de fibras inteiro 3 é puxadopara dentro do material celular 1 a um ângulo a, em que aagulha 8 foi desacoplada do feixe de fibras 3. Por exemplo,o feixe de fibras 3 pode agora ser cortado nivelado com am-bos os lados do material celular 1 a fim de infiltrar subse-qüentemente o furo direto 2 com uma resina.
Alternativamente, as extremidades do feixe de fi-bras 3 mostradas na Figura 4 podem ser colocadas contra am-bas as superfícies do material celular 1 e ligadas no mesmo.
A ligação pode ser realizada, por exemplo, laminando camadasde cobertura 7 que, no entanto, não são ilustradas na Figura5 para ambas as superfícies do material celular tal que asextremidades dos feixes de fibras 3 junta estreitamente esão ligadas nas superfícies do material celular 1.
Em vez de produzir meramente um furo direto 2 nonúcleo do componente do tipo sanduíche na maneira descritaacima a fim de puxar através um feixe de fibras 3, é tambémpossivel penetrar adicionalmente as camadas de cobertura 7com a agulha 8, como mostrado na Figura 6, a fim de puxarsubseqüentemente um feixe de fibras 3 através do componentedo tipo sanduíche interior 5, em que as extremidades do ditofeixe de fibras podem novamente ser colocadas de modo planocontra e ligadas às camadas de cobertura 7 ou cortadas nive-ladas com as camadas de cobertura 7 como mostrado na Figura 6.
As Figuras 7a-7c mostram três agulhas desenhadasde modo diferente para realizar o método de acordo com a in-venção. A Figura 7a mostra uma primeira modalidade de umaagulha farpada 8 com uma haste reta 9 que é afunilada a umponto 10 em seu lado dianteiro. Na região do ponto 10, a a-gulha 8 apresenta um ilhó 11 que, no entanto, é fornecidocom uma abertura em um lado a fim de introduzir um feixe defibras 3 dentro da região de ilhó 11 da agulha 8 . A regiãode ilhó 11 da agulha farpada 9 portanto consiste de um pri-meiro limbo 12 que se estende continuamente para o ponto 10e um segundo limbo 13 que se estende de volta na direção dahaste 9, no entanto, sem atingir a dita haste a partir doponto 10 (em uma maneira convexamente curvada).
A agulha farpada 8 mostrada na Figura 7b corres-ponde essencialmente com aquela mostrada na Figura 7A, mastambém apresenta um mecanismo de fechamento adicional 14 queé desenhado para fechar a abertura do ilhó 11 enquanto a a-gulha é retraida do material celular 1. O mecanismo de fe-chamento 14 consiste essencialmente de uma aba que junta ahaste da agulha 8 em uma região afunilada 16 em sua posiçãoinicial. Logo que esta aba 15 contata o material celular 1com sua extremidade livre quando a agulha 8 é retraída domaterial celular, a aba se move nba direção anti-horária apartir de sua posição inicial, a saber em uma posição em quefecha completamente a abertura do ilhó 11 como mostrado naFigura 7B. Isto impede que a extremidade de gancho do segun-do limbo 13 danifique a parede interna de um furo direto 2no material celular 1 quando a agulha 8 é retraida do mate-rial celular 1. Em adição, o mecanismo de fechamento 14 as-segura que nenhuma fibra seja separada do feixe de fibras 3enquanto é puxado para dentro do material celular 1. Quandose perfura o material celular 1 incluindo camadas de cober-tura já aplicadas 7 ou um produto semi-acabado têxtil, o me-canismo de fechamento 14 impede a agulha de segurar e puxarpara o interior do furo, as fibras do material têxtil. Talefeito é realmente desejável, por exemplo, na costura defeltros, mas poderia levar a uma perda das propriedades me-cânicas do composto subseqüente nestas aplicações. A Figura7c mostra uma terceira modalidade de uma agulha 8 que apre-senta um ilhó lenticular 11 na região de sua ponta 10. Emvez de ser capaz de segurar um feixe de fibras 3 através daabertura no ilhó como nas duas agulhas acima descritas, umfeixe de fibras 3 precisa ser inserido ou disparado atravésdo ilhó 11 da agulha de acordo com a Figura 7c a fim de pro-duzir a conexão com a agulha.LISTA DE REFERÊNCIA
1 material celular
2 furo direto
3 feixe de fibras/mecha
4 ângulo de perfuração a
5 componente do tipo sanduíche
6 extremidade de fibra juntando de modo plano
7 camada de cobertura
8 agulha
9 haste
10 ponto
11 ilhó
12 primeiro limbo
13 segundo limbo
14 mecanismo de fechamento
15 aba
16 região de haste afunilada
Sespessura única de um feixe de fibras
Claims (16)
1. Método para fabricar um material celular refor-çado, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende as etapasde:produzir um furo direto (2) no material celular(1) que se estende de uma primeira superfície do materialcelular (1) para uma segunda superfície do material celular (D ;tornar disponível pelo menos um feixe de fibras(3) no outro lado da segunda superfície do material celular (1) ;penetrar através do furo direto (2) a partir daprimeira superfície a fim de segurar o pelo menos um feixede fibras (3); epuxar o pelo menos um feixe de fibras (3) dentrodo furo direto (2) no material celular (1).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que:o furo direto (2) é produzido perfurando o materi-al celular (1) com uma agulha (8).
3. Método, de acordo com a reivindicação 2,CARACTERIZADO pelo fato de que:o pelo menos um feixe de fibras (3) é seguradosendo enganchado na agulha (8).
4. Método, de acordo com uma das reivindicações 2ou 3, CARACTERIZADO pelo fato de que:o furo direto (2) é produzido com uma superfíciede seção transversal que é menor que uma espessura 2S dofeixe de fibras (3) para ser puxado através do mesmo tal queo feixe de fibras (3) é comprimido enquanto é puxado atra-vés .
5. Método, de acordo com uma das reivindicações 3ou 4, CARACTERIZADO pelo fato de que:a agulha (8) é essencialmente inserido dentro dofuro direto (2) no material celular tal que é seguido porpelo menos um feixe de fibras (3).
6. Método, de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, CARACTERIZADO pelo fato de' que ainda compreendeas etapas de:aparar o pelo menos um feixe de fibras (3) puxadopara dentro do furo direto (2) tal que suas extremidades senivelam com pelo menos uma das primeira e segunda superfi-cies; oucolocar o pelo menos um feixe de fibras (3) puxadodentro do furo direto (2) contra pelo menos uma das primeirae segunda superfícies.
7. Método, de acordo com uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreendea etapa de:formar ou dispor uma camada de cobertura (7) empelo menos uma das primeira e segunda superfícies.
8. Método, de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que ainda compreendea etapa de:encher o furo direto (2) contendo o pelo menos umfeixe de fibras com um sistema de matriz.
9. Método, de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que:o método começa novamente depois que pelo menos umfeixe de fibras (3) foi puxado para dentro do furo direto(2) no material celular (1).
10. Componente do tipo sanduíche fabricado utili-zando o método, de acordo com uma das reivindicações 1-9, ocomponente do tipo sanduíche (5), CARACTERIZADO pelo fato deque compreende:um núcleo de material celular (1) com pelo menosum furo direto (2) e pelo menos um feixe de fibras (2) dis-posto no furo direto (3),em que o furo direto (2) tem uma superfície de se-ção transversal que, essencialmente, é completamente enchidopor pelo menos um feixe de fibras (2).
11. Componente do tipo sanduíche, de acordo com areivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que:o núcleo de material celular (1) apresenta duassuperfícies essencialmente opostas entre as quais o pelo me-nos um furo direto (2) se estende.
12. Componente do tipo sanduíche, de acordo com areivindicação 10 ou 11, CARACTERIZADO pelo fato de que:o pelo menos um furo direto (2) contendo o pelomenos um feixe de fibras (3) é infiltrado com uma resina.
13. Componente do tipo sanduíche, de acordo comqualquer uma das reivindicações 10-12, CARACTERIZADO pelofato de que:a superfície de seção transversal do pelo menos umfuro direto (2) é menor que uma espessura 2S do pelo menosum feixe de fibras (3) puxadas através do mesmo tal que ofeixe de fibras (3) é comprimido quando é puxado para dentrodo furo direto (2).
14. Componente do tipo sanduíche, de acordo comqualquer uma das reivindicações 10-13, CARACTERIZADO pelofato de que:pelo menos uma das primeira e segunda superfíciedo núcleo (1) do material celular é formada por uma camadade cobertura (7) .
15. Componente do tipo sanduíche, de acordo comqualquer uma das reivindicações 10-14, CARACTERIZADO pelofato de que o pelo menos um feixe de fibras (3) termina ni-velado com pelo menos uma das primeira e segunda superfíciesou é colocada de modo plano contra pelo menos uma das pri-meira e segunda superfícies.
16. Uma aeronave com um componente do tipo sanduí-che, de acordo com uma das reivindicações 10-15,CARACTERIZADO pelo fato de que um componente estrutural quefoi fabricado utilizando o método de uma das reivindicações-1-9.
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