MANTAS DE FIBRAS CONTÍNUAS PRÉ-IMPREGNADAS, MULTICAMADAS E MULTIDIRECIONAIS COM ÂNGULO ENTRE FIBRAS CONTROLÁVEL E SEU PROCESSO DE FABRICAÇÃO [001] A presente invenção refere-se à obtenção de mantas de fibras contínuas multicamadas e multidirecionais com ângulo entre fibras controláveis, e o método de obtenção destas mantas de compósitos pré-impregnados que após curados e manufaturados, transformam- se em um componente em compósito com alta resistência estrutural, com baixo custo e com diversos segmentos e aplicações. O material pré-impregnado resultante pode ser curado com ação de temperatura e pressão, transformando-se em componentes em compósitos com geometrias simples e complexas com aplicações industriais em setores como construção civil, naval, aeronáutica, ferroviária, automobilística e caminhões, óleo e gás, defesa, artigos esportivos, diversos componentes industriais, entre outras. CAMPO DA APLICAÇÃO [002] As mantas de fibras continuas pré-impregnadas, objeto da presente invenção, são materiais compósitos que aliam baixa densidade com elevada resistência mecânica compostos de dois ou mais elementos contendo polimeros e fibras que são submetios a esforços mecânicos cuja aplicação e grande interesse nas indústrias aeroespacial, automobilística, ferroviária, naval, aeronáutica, de telecomunicações, eletrônica, de petróleo e gás, construção civil, esportiva e de equipamentos médicos, entre outras. OBJETIVO DA INVENÇÃO [003] As mantas de fibras continuas pré-impregnadas, objeto da presente invenção, tem por objetivo principal prover o mercado pertinente de um novo material compósto à base de laminados fabricados à base de pré-impregnados (prepregs), com propriedades mecânicas vantajosas em uma ou mais direções com custo inferior, processabilidade superior, e sem suas limitações de armazenamento e manuseio, assim como um novo processo de fabricação desses materiais compósitos que alia vantagens das técnicas comercialmente mais exigentes (pré impregnados, laminados UD) ao custo das técnicas mais baratas (BMC, hand layup) e flexibilidade próxima ao de maior flexibilidade de geometria disponível (SMC, BMC). ESTADO DA TÉCNICA [004] Existem alguns documentos de patente que descrevem mantas de fibras e processos de obtenção de mantas de fibras com materiais compósitos, porém nenhum desses documentos antecipa o processo e as mantas de fibras conforme descritos nesta invenção. Dentre esses documentos podem-se destacar os seguintes: [005] O documento de patente US4571355, FIBER REINFORCED RESIN COMPOSITES FORMED OF BASIC PLY BLANKETS, onde são divulgados compósitos de resina reforçada com fibra formados por mantas de camada básica. O método da invenção usa critérios de projeto, a saber, orientação de fibra e porcentagens de fibra em cada direção de orientação, para criar uma manta de camada básica com a mesma orientação de fibra e relação de porcentagem. Especificamente, uma manta de camada básica compreende uma pluralidade de camadas, uma em cada direção de orientação da fibra. A proporção de magnitude de fibra que cada camada de manta tem para a magnitude de fibra da manta é baseada nos critérios de projeto proporção de fibra. A espessura da manta de camada básica é dividida na espessura do projeto em vários locais e os resultados usados para determinar o número de mantas necessárias para atender aos requisitos de espessura do compósito de resina reforçada com fibra em tais locais. As mantas de camadas básicas são então empilhadas para criar a espessura necessária; [006] O documento de patente CN112970526A, LAYING METHOD OF MULTIPLE LAYERS OF REINFORCED FIBER PLANT BLANKETS, onde a invenção pertence ao campo técnico de métodos de colocação de mantas ecológicas para plantas e descreve um método de colocação de múltiplas camadas de mantas vegetais de fibra reforçada. De acordo com o método, as mantas de fibra reforçadas são colocadas de cima para baixo ao longo da superfície do declive de assentamento, enquanto as múltiplas camadas de mantas de fibra reforçadas são empilhadas e as peças de fixação são usadas para ancoragem após o assentamento empilhado, de modo que a colocação de as mantas de fibra reforçadas são facilitadas e a estabilidade das mantas de fibra reforçadas na superfície do talude de assentamento é garantida. Os cobertores de plantas são impedidos de escorregar. Ao adicionar um agente nutricional, a eficiência e a capacidade de crescimento das sementes de gramíneas nas mantas de plantas são melhoradas e a vida útil das mantas de plantas é prolongada. Um agente de retenção de água é adicionado, de modo que a capacidade de retenção de água dos cobertores de plantas é melhorada. Um aglutinante é adicionado, para que a viscosidade do solo seja aumentada e, enquanto isso, o crescimento estável dos sistemas radiculares de sementes de gramíneas que penetram no solo é garantido. O método de colocação é simples no processo, capaz de fornecer conveniência para a colocação, baixo custo de fabricação e maior taxa de cobertura verde, os benefícios econômicos e a eficiência da proteção ambiental são aumentados e as tarefas de gerenciamento de período posterior são bastante reduzidas. [007] O documento de patente CN111995815A, PREPARAÇÃO DE MATERIAL DE POLIOLEFINA DE ALTA RESISTÊNCIA TIPO FIBRA DE MELAMINA, ISENTO DE HALOGÊNIO, RETARDADOR DE CHAMAS, ESPECIAL PARA MANTAS DE ESQUI SECAS, onde a invenção fornece um método de preparação de um material de poliolefina de alta resistência do tipo fibra de melamina, isento de halogênio, retardador de chama, especial para mantas de esqui secas. A poliolefina retardante de chama livre de halogênio é preparada preparando fibras de melamina e adicionando as fibras de melamina em poliolefina. A poliolefina tem um desempenho abrangente mais excelente, pode substituir um material tradicional de manta de esqui seca e traz uma experiência de esqui melhor e mais segura para as pessoas. O material de poliolefina de alta resistência do tipo fibra de melamina, isento de halogênio, retardador de chamas, especial para cobertores de esqui secos, tem as vantagens de ser de alta resistência, bom em propriedade de retardamento de chama, alta segurança e similares; [008] O documento de patente US4516996A, FORMATION OF MOLDED GLASS FIBER PARTS FROM GLASS FIBER BLANKETS AND PRODUCT , que descreve peças de fibra de vidro moldadas são formadas depositando uma resina fenólica e poliisocianato líquido nas fibras de vidro à medida que são emitidas a partir de um meio de formação de fibra, acumulando as fibras de vidro como um pacote e moldando o pacote em contato com uma amina terciária para curar a referida resina e poliisocianato e para produzir uma peça de fibra de vidro moldada; [009] O documento de patente US3865540A, PURGING SYSTEM AND METHOD FOR A PROCESS PRODUCING GLASS FIBER BLANKETS, que descreve uma manta de fibra de vidro impregnada de ligante é curada e moldada passando a manta através de uma série de conjuntos de placas aquecidas espaçadas. A cura da manta produz vapores, fumaças, odores e outros poluentes que devem ser impedidos de escapar para o entorno dos conjuntos de placas. Consequentemente, esses gases são purgados da manta à medida que a manta passa entre os conjuntos de placas adjacentes. O ar quente é introduzido de uma câmara plenum em um lado do cobertor. O ar quente e os poluentes do aglutinante são aspirados através e da manta por uma câmara de sucção no lado oposto da manta. Os gases da câmara de sucção são então passados por um enchimento de ar e descarregados na atmosfera; e [010] O documento de patente WO9913185A1, FLEXIBLE MINERAL FIBER DUCT WRAP INSULATION BLANKET INCORPORATING A STRIP OF ADHESIVE FOR SECURING ADJACENT BLANKETS, onde são fornecidas mantas isolantes úteis para aplicação em dutos de aquecimento, ventilação ou ar-condicionado. Em uma manta de isolamento preferida (5), é fornecida uma camada de manta de lã (15) incluindo uma pluralidade de fibras minerais. A camada de manta de lã (15) inclui uma primeira porção de borda lateral. Uma camada de revestimento (25) é aderida à camada de manta de lã e uma aba (10) se estende da primeira porção de borda lateral da camada de manta de lã (15). A manta isolante (5) inclui ainda meios adesivos (20) para permitir que a aba (10) da manta isolante (5) seja fixada de forma adesiva a uma porção ou camada de manta isolante adjacente (40). Os meios adesivos (20) desta invenção podem estar localizados na aba ou em uma porção de borda lateral oposta à aba para conectar a porções ou camadas de manta isolante adjacentes. DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [011] A seguir faz-se referência às Figuras que acompanham este relatório descritivo, para melhor entendimento e ilustração do mesmo, onde se vê: [012] A Figura 1 mostra um esquema representando a relação entre a resistência do material compósito versus o tipo de material de reforço. Efeito do tipo de reforço na resistência mecânica do compósito (Fonte: Autor) [013] A Figura 2 mostra os Dados da Grand View Research sobre o mercado de compósitos em 2020. (Composites Market Size, Share & Trends Analysis Report By Product (Carbon, Glass), By Manufacturing Process (Layup, Filament, RTM), By End Use, By Region, And Segment Forecasts, 2021 — 2028) [014] A Figura 3 mostra os Principais componentes em compósitos na indústria automobilística europeia e sua taxa de crescimento (Adaptado de CAR Research 2017, Automotive Composites Market: Trends, Opportunities and Competitive Analysis - LUCINTEL) [015] A Figura 4 mostra o esquema das Potenciais estruturas a serem substituídas por compósitos em um veículo de passeio (Adaptado de CAR Research 2017, Automotive Composites Market: Trends, Opportunities and Competitive Analysis - LUCINTEL) [016] A Figura 5 mostra um Caminhão IVECO com 5 componentes fabricados em compósitos no mercado de caminhões diversos componentes hoje já são fabricados em compósitos, como exemplificado na Figura 5. [017] A Figura 6 mostra uma Vista explodida do EMB-170 ressaltando componentes em compósitos. Fonte: REZENDE, Mirabel C.. Fractografia de Compósitos Estruturais. Polímeros [online]. 2007, vol.17, n.3, pp.E4-E11. ISSN 0104-1428. http://dx.doi.org/10.1590/S0104- 14282007000300003. [018] A Figura 7 mostra a FONTE: Adaptado de BOEING. Disponível em http://www.boeing.com/commerciaI/aeromagazine/articIes/qtr_4 _06/articIe_04_2.htmI. [019] A Figura 8 mostra o Adaptado de M. DUHOVIC and D. BHATTACHARYYA, University of Auckland, New Zealand — Chapter 8 — Knitted Fabric Composites. [020] A Figura 9 mostra as Resistências obtiveis com a invenção de acordo com o ângulo de enrolamento. Fonte: Autor [021] A Figura 10 mostra o aptado de V MIDDLETON,13 - Filament winding,Editor(s): M J Owen, V Middleton, I A Jones,ln Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering,lntegrated Design and Manufacture Using Fibre-Reinforced Polymeric Composites,Woodhead Publishing,2000,Pages 187-206, ISBN 9781855734531, https://doi.org/10.1533/9781855738874.233. [022] A Figura 11 mostra o adaptado de V MIDDLETON,13 - Filament winding,Editor(s): M J Owen, V Middleton, I A Jones,ln Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering,lntegrated Design and Manufacture Using Fibre-Reinforced Polymeric Composites,Woodhead Publishing,2000,Pages 187-206, ISBN 9781855734531, https://doi.org/10.1533/9781855738874.233. [023] A Figura 12 mostra a estrutura de Poliésteres Insaturados e Ésteres Vinílicos: Andreas Kandelbauer, Gianluca Tondi, Oscar C. Zaske and Sidney H. Goodman School of Applied Chemistry, Reutlingen University, Germany; Salzburg University of Applied Sciences, Austria; Consultant, PalosVerdes Estates, CA and Principal Engineer/Scientist (Emeritus), RaytheorrHughes Aerospace Corp. & Senior Lecturer (Emeritus), University of Southern California. [024] A Figura 13 mostra um exemplo do mecanismo de espessamento, que exige a presença de grupos ácidos na resina selecionada. [025] A Figura 14 mostra o fluxograma do processo de fabricação das mantas de fibras contínuas pré-impregnadas, multicamadas e multidirecionais com ângulo entre fibras controlável. PROBLEMA A SER RESOLVIDO [026] Os avanços científico e tecnológico observado nas últimas décadas vem exigindo materiais que possuam características cada vez mais específicas. Neste contexto, partindo- se da combinação de dois ou mais componentes em uma única estrutura de forma a obter propriedades que nenhum dos componentes isolados seria capaz de fornecer, surge o conceito de materiais compósitos. [027] Para contornar os desafios da engenharia, materiais que aliam baixa densidade com elevada resistência mecânica são de grande interesse. Nesse cenário destacam-se os plásticos reforçados com fibras de alto módulo (Fibras de vidro, carbono, aramida, naturais). Tais estruturas, quando submetidas a esforços mecânicos tem a fibra (reforço) como responsável por suportar o carregamento, enquanto a matriz polimérica é responsável por distribuir a carga de maneira homogênea. Materiais que apresentam tais propriedades são amplamente aplicados nas indústrias aeroespacial, automobilística, ferroviária, naval, aeronáutica, de telecomunicações, eletrônica, de petróleo e gás, construção civil, esportiva e de equipamentos médicos, entre outras. [028] As propriedades de um material compósito não dependem somente de sua composição química. A região de contato entre o reforço e a matriz é denominada interface. Se os materiais interagem entre si formando uma interface, tem-se um material compósito, ou composto. Caso contrário é formada apenas uma mistura heterogênea. Outros fatores que determinam as propriedades são a morfologia do sistema, o tamanho, forma e distribuição do componente de reforço e das cargas sendo de fundamental importância. Se um reforço de elevado módulo elástico é introduzido em uma matriz de baixo módulo, o esforço é transmitido pela matriz ao reforço, causando uma tensão cisalhante na região de interface. [029] O tipo, concentração, tamanho e orientação da fibra determinam grande parte das propriedades mecânicas do compósito. Geralmente distinguimos as fibras em função do seu tamanho como Fibras curtas (<25mm), Fibras Longas (>25 e >=50mm) e fibras contínuas. Dada a devida adesão entre a fibra reforçante e a sua matriz, as propriedades mecânicas são definidas majoritariamente pela orientação das fibras. Geralmente, compósitos apresentam comportamento anisotrópico. Isto é, suas propriedades mudam em função da direção de aplicação da carga. Ele apresenta a maior resistência e rigidez possível paralelamente à orientação da fibra. Em contrapartida, ao se trabalhar perpendicularmente à essa orientação, as propriedades do compósito podem ser até inferiores à da matriz. [030] O processo de fabricação de materiais compósitos é dependente do tipo de reforço e da matriz. Existem diversas técnicas de processamento com suas vantagens e desvantagens, conforme Tabela 1 abaixo; T _{abela 1} Onde: 0: Baixo;1: intermediário; 2: alto; 3: altíssimo [031] A fim de fabricar componentes em compósitos, a grande flexibilidade de processamento e matérias primas deve ser levada em conta, visando atingir a desejada propriedade, custo, e produtividade para oferecer uma solução competitiva. O mercado de materiais compósitos reflete essa versatilidade. Dados de 2020 sugerem que o mercado global de materiais compósitos tenha um valor estimado em U$D 86,4 bilhóes, com crescimento estimado de 6.6% anuais até 2028. As principais indústrias consumidoras dessa demanda são a indústria automobilística e de transporte, energia eólica, aeroespacial e defesa, construção civil, naval, óleo e gás, entre outras. Dados da Grand View Research ilustram o mercado de compósitos em 2020. [032] O setor de construção civil e infraestrutura tem mostrado um aumento no consumo de compósitos, bem como os bens de consumo, esporte e indústria biomédica. [033] Outro setor que constantemente tem exibido um aumento no consumo dessa classe de materiais é a indústria automobilística e de transporte. Além do uso tradicional em componentes de interior e exterior, devido à crescente demanda por veículos elétricos, a indústria busca soluções que reduzam o peso de seus componentes para permitir uma maior autonomia às suas baterias. [034] O desafio de substituir componentes tradicionalmente feitos em metais por materiais compósitos é motivado além da relação resistência/peso (chamada de peso específico) dos compósitos, esses materiais apresentam as seguintes propriedades que podem ser vantajosas nestes seguimentos, com: Baixo coeficiente de expansão térmica; Excelente estabilidade dimensional; Resistência à corrosão em ambientes agressivos; Alta resistência à impacto; Atenuação de som e ruido; e “Pintabilidade” (aceitação de tintas e pigmentos para acabamento classe A; entre outros. [035] As tendências de mercado indicam oportunidades para os materiais compósitos no mercado ferroviário, automobilístico e de caminhões, com a constante necessidade de redução de peso visando melhor desempenho de combustível, e viabilizar a autonomia de veículos elétricos. Tomando por exemplo, a indústria automobilística europeia, cuja participação de compósitos é estimada em 4,7 Bilhões de dólares em 2025 (Lucintel). Os principais componentes que aplicam materiais compósitos na indústria automobilística, e sua taxa de crescimento, são exemplificados na Figura 3. [036] Tomando como exemplo o mercado de veículos elétricos, há espaço para substituir componentes feitos em metal por materiais compósitos, caso as propriedades estruturais de um pré-impregnado fossem atingíveis por um compósito de maior produtividade e menor custo. A presente invenção propõe uma técnica que viabiliza essa categoria de materiais. [037] Além dos componentes de maior volume hoje, existe potencial para substituição de diversos componentes fabricados em ligas metálicas, conforme apresentado na Figura 4. Já no mercado de caminhões diversos componentes hoje já são fabricados em compósitos, como exemplificado na Figura 5. [038] Além dos componentes apresentados na imagem, hoje os defletores (parte superior) já são fabricados com a mesma tecnologia, e especialmente em caminhões elétricos, influenciados pela necessidade de redução de peso, existe um movimento de viabilizar componentes estruturais como as vigas dos chassis, feixes de mola, entre outros componentes estruturais, em materiais compósitos. [039] A constante busca pela redução de peso induziu o surgimento de uma classe de materiais com propriedades elevadas para substituir ligas metálicas em aplicações mais nobres, como peças estruturais de aeronaves. Tal classe é conhecida como compósitos avançados, que aliam a elevada resistência mecânica a propriedades como resistência à fadiga e corrosão, processabilidade e a possibilidade de se obter geometrias complexas. A Figura 6 apresenta o uso de materiais compósitos na aeronave EMB-170. A demanda é tão crescente nesse setor que o Boeing 787 possui 50% do seu peso em materiais compósitos, conforme ilustra a Figura 7. [040] As soluções mais antigas e baratas em questão de custo de matéria prima partem da laminação manual entre os componentes, e as soluções mais avançadas incluem o uso de fibras pré impregnadas e laminação automatizada, com diversas soluções intermediárias, porém todos com suas vantagens e desvantagens conforme informações abaixo; [041] Na indústria de materiais compósitos, há um constante desenvolvimento das matrizes poliméricas, que evoluem atingindo novas características físico-químicas a cada dia. No que se refere à indústria têxtil, ou seja, aos reforços dos materiais compósitos, o estado da indústria se mantem quase constante, com pouca evolução ao longo das últimas décadas. A seleção do material para cada aplicação se resume às propriedades da resina/matriz, e ao trade off a ser avaliado para a seleção da produção. [042] Os principais pontos influenciados pela escolha do tipo de reforço a ser utilizado são: [043] A Rigidez e resistência mecânica. Essa propriedade é influenciada diretamente pelo paralelismo q tamanho das fibras de reforço. O caso ideal é todas as fibras contínuas e paralelas à direção da carga, o pior é todas as fibras curtas e aleatoriamente distribuídas; [044] A Resistência à fratura interlaminar. O cisalhamento interlaminar é a falha do material na região entre as camadas, onde elas são sobrepostas umas as outras. Essa propriedade é favorecida em compostos de fibras curtas onde não existe sobreposição de camadas, e prejudicada pela baixa processabilidade dos materiais, pois no caso de materiais laminados, quem dita a resistência à fratura interlaminar é o comportamento da RESINA da região. Onde o processamento é prejudicado, existe uma grande formação de vazios, que originam trincas nessa região; [045] A Processabilidade em geometrias complexas. O caso ideal, é onde o compósito pode ser injetado ou moldado por compressão à quente e assume a forma do molde, e isso ocorre em compósitos de fibras curtas como BMC e SMC. No caso de laminação, seja de mantas não tecidas, de tecidos crimp ou non crimp (bidirecionais) pré impregnados ou não, ou unidirecionais, a processabilidade é relacionada às propriedades do reforço têxtil, sendo o melhor caso mantas não-tecidas, e o pior os laminados unidirecionais; [046] A Isotropia. A relação entre direção da aplicação da carga e a resistência do material é chamada de ISOTROPIA. Quanto mais independente da direção for a resistência, maior a isotropia. Essa propriedade é maior em compostos com fibras curtas e aleatórias, e menor em fibras unidirecionais; e [047] O Custo de material e produção. Em materiais compósitos, processos mais artesanais possuem um alto custo de produção, e um menor custo de material, como a impregnação manual seja com mantas, malhas, tecidos. O uso de pré impregnados aumenta a produtividade, porém é uma matéria prima de altíssimo custo hoje no mercado, seja tecido ou laminados unidirecionais. [048] Quanto aos principais pontos influenciados pela escolha do tipo de reforço, a invenção aqui proposta propõe: [049] Sobre a Rigidez e resistência mecânica, propõe a utilização de fibras contínuas, com paralelismo com controle de ângulos entre fibras engenheirado a fim de otimizar a aplicação de cada produto; [050] Sobre a Resistência à fratura interlaminar, garante boa processabilidade em geometrias complexas, que favorece a resistência interlaminar; [051] Sobre a Processabilidade em geometrias complexas, permite o direcionamento das fibras multidirecionais a fim de minimizar a força necessária para que haja fluxo, podendo ser posicionada em raios pequenos e formar materiais de alta complexidade, acima dos tecidos comuns bidirecionais; [052] Sobre a Isotropia, permite projetar a isotropia otimizada para a aplicação, pois as fibras de reforço são direcionadas exatamente para onde será aplicada carga; e [053] Sobre o Custo de material e produção, permite o uso de uma matéria prima de baixo custo similar ao SMC, com a processabilidade e propriedades do pré impregnado, sem a necessidade de implementar ferramentais de alto custo. [054] Assim, além das propriedades acima mencionadas, a presente invenção apresenta resistência mecânica e rigidez similar à de pré impregnados, conhecidos no mercado. [055] Para resolver os problemas citados acima, foi desenvolvida uma combinação entre formulação química e técnica de manufatura da matéria prima para se obter um pré- impregnado de fibras contínuas, podendo atingir altos teores de fibra (acima de 60%), fabricadas em processo automatizado para produtividade, reprodutível, que permita controle de parâmetros para se obter ângulos pré-determinados entre os reforços multidirecionais, resultando em um pré-impregnado moldável a pressões baixas e faixa de temperatura ampla (60°-180°C) de acordo com as propriedades desejadas para o compósito em questão. [056] Assim, não é necessário o uso de ferramentais e moldes complexos para resistir à altas pressões, reduzindo o custo de operação, bem como a matéria prima é de baixo custo comparado aos tecidos pré impregnados. [057] Para fabricar componentes onde a o requisito estrutural é alto, porém o uso dos compósitos de maior resistência mecânica é impossibilitado por questões operacionais ou comerciais (laminado unidirecional, laminação de pré-impregnados convencionais), a presente invenção possibilita uma alternativa nova para substituir o uso de metais nessas aplicações. Para aplicações onde um compósito tradicional atenderia, porém onde a demanda não justifica o uso de ferramentais de alto custo para atender aos requisitos de processamento de um pré-impregnado, ou infusão, a presente invenção permite atender aos requisitos estruturais e de baixo peso, sem a necessidade de ferramentais complexos Viabilizando técnica e comercialmente possibilidades onde antes um dos dois era limitante, a presente invenção abre portas para aplicar materiais compósitos em diversas novas oportunidades. [058] Sendo a invenção que permite o controle em variação de ângulos nas fibras contínuas multidirecionais, a invenção possibilita a fabricação de mantas pré impregnadas com ângulo das suas fibras de forma mais otimizada na sua resistência a tração de acordo com o cálculo estrutural do projetista do componente estrutural do compósito. A manta pode ser fabricada com espessura conforme desejado, seja para posterior laminação de camadas finas, ou em sobreposições de camadas de orientações quaisquer, na espessura final do produto a ser manufaturado, bem como qualquer combinação intermediária destas de acordo com a orientação do projetista/calculista estrutural. [059] Esta combinação de superposição de camadas, que permite o controle e obtenção de espessura desejável da manta, bem como ângulos dos filamentos controlados em cada camada sobreposta da manta na melhor direção dos esforços solicitantes, resulta nas mantas de fibras contínuas pré-impregnadas, multicamadas e multidirecionais com ângulo entre fibras controlável, objeto da presente invenção. [060] A composição da matriz desta manta pré-impregnada está formulada para adequar-se aos diversos processos de manufatura existentes no mercado, visando a simplificação e otimização do processo de fabricação de produtos com este material e consequente redução de custo final de peças e componentes fabricados com a Manta pré-impregnada multidirecional, além de viabilizar a aplicação de materiais compósitos em produtos com maior requisito estrutural. [061] O pré-impregnado resultante pode ter suas propriedades mecânicas variáveis de acordo com o ângulo desejado entre os filamentos contínuos. Isso permite a seleção do ângulo apropriado para cada componente e suas respectivas solicitações de carga, resultando em uma estrutura otimizada que pode ter redução de espessura, peso e consumo de material para se obter resultados de um pré- impregnado de alto desempenho com baixo custo tanto de matéria prima quanto operacional. DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [062] A presente invenção propõe a solução dos problemas mencionados através do processo de fabricação e das mantas com fibras multidirecionais impregnadas com matriz de compostos, cujo processo se inicia com a bobinagem filamentar contínua de um feixe de filamentos de fibras de reforço, ao redor de um mandril com geometria preferencialmente cilíndrica, passando por um banho de resina podendo conter aditivos e cargas, onde a combinação dos movimentos de rotação do mandril, diâmetro do mandril, passo (distância entre as bandas de fibra depositadas no mandril), largura da banda de fibra de reforço, e velocidade do cabeçote que deposita as fibras (carrinho) resultam em um ãngulo de enrolamento “o”. A combinação de movimentos resulta em um padrão de deposição de fibras sobre o mandril de forma que um ciclo resulte no cobrimento completo de uma secção pré-determinada do mandril, onde ao longo dessa secção existirá reforço depositado bidireccionalmente com ângulo de enrolamento o entre as fibras e o eixo central de rotação do mandril. [063] O parâmetro variável e aqui de suma importância é o ângulo de enrolamento, que é determinado através do modelo matemático; Onde, [064] O Ângulo pode ser calculado de diferentes maneiras, relacionando estas variáveis e variáveis derivadas destas. [065] Os filamentos de fibra de reforço devem ser impregnados na banheira de resina, onde tensão deve ser exercida de forma a auxiliar a vencer a tensão superficial das fibras, eliminando bolhas de ar e garantindo a molhabilidade, bem como o paralelismo entre os filamentos, em seguida passando por sistemas de raspagem que eliminam excesso de resina para ajudar a atingir o teor desejado de resina/fibra. [066] A viscosidade da solução de resina/aditivos/cargas, a temperatura e umidade ambientes e da banheira de resina, bem como a reatividade dos componentes são parâmetros controlados para garantir a molhabilidade e teor de resina desejados. [067] Os filamentos molhados, na sequência são depositados através de um cabeçote ou carrinho móvel no eixo X, no mandril que é rotacionado no eixo o. A sincronização desses movimentos conforme citado acima garante a deposição uniforme dos filamentos no mandril. [068] O revestimento completo de uma secção pré-determinada do mandril consiste em uma camada. Podem ser laminadas camadas subsequentes, com ângulos de enrolamento distintos ou idênticos, resultando em um pré impregnado com maior espessura e bidirecional, unidirecional ou multidirecional, conforme desejado. [069] A espessura da manta pré impregnada obtida é controlável, podendo variar de 0.3mm até a espessura final da peça a ser fabricada. [070] Para que a combinação de resina e fibras de reforço constitua um pré-impregnado manufaturável, é preciso que haja uma etapa de espessamento. [071] Procedendo-se o corte longitudinal ao molde, obtendo-se desta forma, uma manta retangular que terá uma dimensão num lado de a x Diâmetro e de outro o comprimento filamentado sobre o molde e a espessura de camadas desejada. [072] Para as formulações à base de resina poliéster insaturado e éster-vinílica, o espessamento é obtido através de óxidos e hidróxidos de metais alcalinos terrosos (Grupo II) em concentrações variando entre 0.01% e 5% em peso de resina, ou ainda espessamento com sistema à base de uretano. No caso de óxidos e hidróxidos, a velocidade de espessamento é influenciada também pela granulometria do óxido, sua reatividade e pureza. No caso de resina epóxi, o espessamento é obtido com endurecedores latentes até o alcance do estágio B de cura sendo resfriado posteriormente. [073] No caso de resinas termoplásticas, o espessamento é físico e não químico, sendo necessário primeiro a fusão/amolecimento da resina em questão para a impregnação dos filamentos, com o resfriamento sendo responsável por aumentar a viscosidade e formar a manta pré impregnada. [074] Sem a adição da etapa de espessamento, o produto final não é possível. A Figura 13 ilustra o mecanismo de espessamento, que exige a presença de grupos ácidos na resina selecionada. [075] A literatura sugere que os íons de magnésio se ligam aos grupos ácido carboxílicos das moléculas de poliéster ou éster vinílica, de forma reversível através da formação de agregados iônicos. Essa interação resulta em aumentos de viscosidade da ordem de 10 ⁶ Pa.s. [076] Após a viscosidade atingir o valor desejável, onde é possível manipular o pré- impregnado sem danificar a posição das fibras de reforço, o material é removido do mandril e o ciclo pode ser repetido. O material a ser armazenado deve ser protegido com embalagens que sejam barreira de estireno, tal qual poliamida. [077] A velocidade linear das fibras de reforço na banheira pode variar entre 0.1 e 1fl metros/segundo de acordo com a viscosidade da resina, condições ambientes, resistência à tração, sistemas de tensionamento e velocidade desejada de produção e espessamento. O mecanismo de imersão e controle de tensão e teor de resina é esquematizado na Figura 11. [078] Camadas idênticas e bem definidas de uma lâmina a —o° e uma outra a + o ° devem ser enroladas em ciclos controlados. Desta forma, após cada ciclo, a banheira e o mandril voltam na mesma exata posição; [079] As lâminas a — o ° e a + o ° devem se construir concomitantemente para que existe um entrelaçamento entre as duas lâminas; [080] Em cada ciclo, uma camada de duas lâminas cobre o mandril, sem falha nem sobreposição. [081] Para atender a estes requisitos, deve-se aliar à equação de ângulo de enrolamento à uma relação de cruzamento adequada. Isto é referente à sequência de empilhamento de ‘laminas’ sequenciais. Apliquemos a variável Ww (Waywind) para nos referir ao cruzamento. [082] O cruzamento Ww é deduzido pelo ângulo de enrolamento e sua função entre diàmetro do mandril e comprimento de enrolamento por: Tan(o) = L/(Ww.H.D) [083] O cruzamento é fundamental para garantir uma superior resistência transversal às fibras, evitando a falha por ruptura transversal. Uma vez atingido o produto, que é a manta de fibras contínuas pré-impregnadas, multicamadas e multidirecionais com ângulo entre fibras controlável, o material pode ser moldado em uma peça de material compósito por diversas técnicas tradicionais de conformação. [084] Para o processo de fabricação da manta de fibras contínuas pré-impregnadas, multicamadas e multidirecionais com ângulo entre fibras controlável, o tipo, combinação e quantidade de matérias primas que são utilizadas (conforme tabela de materiais) depende e varia conforme o objetivo final a ser atingido (temperatura e pressão de cura, teor de fibra e resina, requisitos de inflamabilidade, temperatura de aplicação, contato com químicos, etc). Mas de forma geral, todos seguem a mesma rotina de fabricação, compreendendo doze estapas pricipais, sendo estas: 1: Dosagem/pesagem dos componentes; 2: Posicionamento das pontas de roving na banheira do carrinho; 3: Adição e homogeneização das fases liquidas; 4: Adição e homogeneização das fases sólidas; 5: Adição da mistura final na banheira do carrinho; 6: Passagem das pontas de roving pela banheira, fieiras, e posicionamento no carrinho; 7: Início do ciclo de movimentos conforme pré-determinado por cálculo a fim de atingir o ângulo desejado; 8: Repetição de 1-7 até atingir a largura, espessura e padrão de trançamento desejados; 9: Cortar as pontas de roving e manter o mandril em rotação pelo tempo suficiente para a reação de espessamento iniciar, e elevar a viscosidade até o ponto onde a resina não se separe mais das fibras; 10: Cortar o pré impregnado nas secções que desejar (exemplo: mantas de lmetro x 1 metro).11: Enrolar o produto final em plástico barreira de estireno (exemplo: Poliamida); e 12: Armazenar o produto à temperatura ambiente até sua conformação. Conforme ilustrado na Figura 11 e 14 EXEMPLO DE REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO [085] O tipo, combinação e quantidade de matérias primas que são utilizadas (conforme tabela de materiais) depende e varia conforme o objetivo final a ser atingido (temperatura e pressão de cura, teor de fibra e resina, requisitos de inflamabilidade, temperatura de aplicação, contato com químicos, etc). [086] A seleção da resina deve levar em conta as propriedades finais, uma vez que comercialmente existem centenas de resinas de diferentes propriedades. Deve-se considerar a estrutura da resina com base nos seus precursores, por exemplo; [087] Os precursores na primeira coluna da Tabela 2, conferem à resina poliéster insaturado final a propriedade da segunda coluna: Tabela 2 [088] A composição do poliéster insaturado selecionado se dará independente dos precursores, contendo pelo menos um poliol (exemplo azul, propilenoglicol) e um ácido (exemplo amarelo, ácido ftálico). O monômero de estireno atua tanto como solvente redutor de viscosidade, quanto promotor de cura (vermelho, monômero de estireno). [089] Os precursores serão responsáveis por promover as informações da Tabela 3 abaixo, que são essenciais para se atingir um espessamento adequado, e ao mesmo tempo garantir uma molhabilidade apropriada. [090] A acidez está diretamente ligada tanto à velocidade de espessamento, quanto à viscosidade final do produto, bem como o seu peso molecular. Tabela 3 [091] O mesmo se aplica para resinas éster vinílicas, ressaltando a necessidade da presença de grupos ácidos para atingir ao objetivo da invenção. [092] A seleção do sistema de impregnação é baseada na necessidade do produto de atender ou não a espessuras constantes e sua tolerância, bem como na velocidade de espessamento, viscosidade e produtividade necessária. [093] Os aditivos para as resinas incluem os agentes de: o Agente de cura, que promove a reticulação/cura seja a temperatura ambiente ou elevada; o Inibidor que atrasa a reação de reticulação/cura modificando a janela de processamento; os Agentes tixotrópicos de Controle de fluxo e escorrimento; as argas de enchimento que promovem a Redução de custo, redução de contração durante a cura, e retardam a propagação de chamas; os Pigmentos para Conferir coloração desejada; o Agente de espessamento que Confere ao composto a consistência desejada para ser manipulada; o Reforço de fibra que eleva as propriedades mecânicas; os Agentes de molhamento que Facilitam a molhabilidade das fibras de reforço pela resina; o Agente tensoativo para Redução de bolhas presas na resina; o Agente desmoldante que Facilita a remoção do compósito moldado do molde de fabricação; e o Aditivo Low Profile para a dispersão de termoplástico ou elastômero em solvente que atua também como agente de reticulação, conferindo menor contração de cura e melhor acabamento superficial do produto moldado. [094] Um exemplo de composição utilizada na invenção esta mosytrado na Tabela 4. Tabela 4 [095] Assim, pelas características de configuração e funcionamento, e pelas vantagens acima descritas, pode-se notar claramente que as MANTAS DE FIBRAS CONTÍNUAS PRÉ- IMPREGNADAS, MULTICAMADAS E MULTIDIRECIONAIS COM ÂNGULO ENTRE FIBRAS CONTROLÁVEL E SEU PROCESSO DE FABRICAÇÃO, tratam-se um objeto, produto versatil e processo de fabricação novos para o Estado da Técnica os quais revestem-se de condições de inovação, atividade inventiva e industrialização inéditas, que o fazem merecer o Privilégio de Patente de Invenção.