O enrolamento filamentar transforma reforços contínuos em estruturas compósitas ocas, depositando fibras em trajetórias controladas sobre uma ferramenta giratória. O vocabulário conecta três decisões: qual material é depositado, onde ele é colocado e como o laminado acabado é verificado. Tubos, tanques, postes e vasos de pressão compartilham grande parte dessa linguagem, embora suas restrições de fabricação sejam diferentes.

1. Da bobina de fibra ao mandril

Mandril — Ferramenta que sustenta a deposição e define a geometria interna. Pode ser removível, colapsável ou sacrificial.

Liner — Barreira interna que pode permanecer no produto. Um liner não é automaticamente uma camada estrutural resistente.

Porta-bobinas, tensionador e guia de deposição — O porta-bobinas sustenta os suprimentos de fibra; o tensionador regula a força de tração; a guia conduz a banda até a superfície. [1]

No enrolamento úmido, o reforço seco recebe resina líquida durante a produção. Towpreg é um reforço fornecido com a resina já incorporada. O enrolamento termoplástico exige uma estratégia adequada de aquecimento e consolidação, em lugar de uma reação de cura termofixa. A escolha do processo altera os requisitos de manuseio, armazenamento e temperatura. [2, 3]

2. Terminologia do reforço e da resina

Filamento, fio, roving e tow — Filamento é uma fibra individual. Feixes maiores são denominados fios, rovings ou tows, conforme o reforço e a terminologia do fornecedor.

Tex e contagem K — Tex expressa a massa linear em gramas por 1.000 m. Designações de tow de carbono como 12K indicam aproximadamente 12.000 filamentos; não especificam a largura do feixe.

Largura da banda — Largura do reforço depositado, medida perpendicularmente à sua direção. Vários feixes podem formar uma única banda. [1]

Matriz — Fase contínua de resina que envolve o reforço; sua janela de processamento e suas propriedades após a cura influenciam a fabricação e o comportamento em serviço.

Impregnação e molhamento — A impregnação introduz resina no reforço. O molhamento descreve a eficácia com que a resina molha as fibras. Uma superfície brilhante, por si só, não comprova impregnação interna completa.

Vida útil da mistura e tempo de gel — A vida útil da mistura é o intervalo de trabalho utilizável nas condições declaradas. O tempo de gel marca a formação de uma rede de gel. Nenhum dos termos significa que o laminado atingiu suas propriedades finais.

Ciclo de cura e pós-cura — O programa térmico prescrito desenvolve a matriz termofixa. Uma pós-cura subsequente pode ser especificada para atingir as propriedades requeridas. Siga o programa validado do fornecedor da resina.

3. Ângulo de enrolamento: declare sempre a referência

Neste artigo, 0° corresponde à direção axial e 90° à circunferencial. Os sinais +α e −α distinguem inclinações opostas em um sistema de coordenadas declarado. Isoladamente, não comandam rotação horária ou anti-horária do mandril. Desenho, simulação e programa CNC devem usar referências compatíveis. [1]

4. Enrolamento circunferencial, helicoidal e polar

O enrolamento circunferencial deposita fibras quase ao redor da circunferência e é eficaz para suportar esforços nessa direção. Um pequeno avanço axial distribui voltas adjacentes ao longo do cilindro. O helicoidal combina rotação e movimento longitudinal, produzindo trajetórias inclinadas. Passes em sentidos opostos podem criar direções cruzadas. O polar conduz o reforço sobre as extremidades e ao redor das aberturas polares; sua viabilidade depende da geometria da peça e da configuração da máquina. [2]

Domo e boss — O domo é a região curva na extremidade de um vaso. O boss é a conexão de extremidade associada a uma abertura e à estrutura enrolada ao seu redor.

Trajetória geodésica — Trajetória sobre uma superfície que é localmente reta na geometria dessa superfície. Em uma superfície curva geral, ela não precisa parecer uma reta em vista lateral.

Trajetória não geodésica — Trajetória que se afasta de uma geodésica e pode exigir contenção lateral por atrito ou outros mecanismos do processo. Uma trajetória desenhada não comprova que a fibra permanecerá em posição.

5. Movimento, passo e velocidade

Para um cilindro ideal com diâmetro constante D, sem escorregamento e com deposição em regime permanente, a geometria superficial fornece:

tan(α) = πDn / vₐ e p = vₐ / n

Aqui, n é a rotação do mandril em rpm; vₐ é a velocidade axial de deposição em mm/min; D é dado em mm; p é o avanço axial por volta em mm/volta. Portanto, tan(α) = πD/p. Essas relações descrevem a trajetória de deposição cilíndrica; não modelam o movimento nos domos nem as reversões.

Exemplo de cálculo: D = 200 mm, n = 10 rpm e α = 60° resultam em vₐ ≈ 3.628 mm/min e p ≈ 362,8 mm/volta. Se o diâmetro aumenta e a relação entre velocidades permanece fixa, o ângulo muda. Por isso, o controle pode atualizar o movimento à medida que o laminado cresce.

6. Passes, circuitos e fechamento do padrão

Uma volta é uma revolução do mandril. Um passe normalmente significa um percurso em um sentido. Um circuito geralmente inclui ida e volta. “Ciclo” é menos uniforme: o fornecedor pode empregar o termo para um circuito, uma repetição ou outra operação programada. Registre a definição junto à contagem, sem presumir que um ciclo equivale a uma volta.

O fechamento do padrão ocorre quando a sequência de trajetórias retorna à sua relação de repetição. Fechamento e cobertura completa são verificações diferentes: um padrão repetitivo ainda pode apresentar lacunas. Indexação é o deslocamento circunferencial controlado entre deposições sucessivas. A reversão é a região da extremidade onde o sentido do percurso muda; ângulo, velocidade e acúmulo local podem diferir dos valores na região cilíndrica central.

Cobertura — Extensão da superfície pretendida coberta pelas bandas depositadas. Verifique a cobertura no comprimento útil e nas extremidades.

Lâmina ou camada — Agrupamento estrutural ou de fabricação do reforço. Declare se uma camada representa uma orientação, um par ±α ou uma sequência completa de cobertura.

Laminado e sequência de empilhamento — Construção completa em camadas e ordem de suas orientações. Por exemplo, [ +55 / −55 / 90 ] lista três orientações; ainda é necessário definir espessura e repetição.

Balanceado e simétrico — Um laminado balanceado combina contribuições equivalentes de +α e −α. Um laminado simétrico espelha sua construção em relação ao plano médio. Uma propriedade não implica a outra.

7. Comprimento útil e margem de recorte

Comprimento útil é a parte mantida no componente acabado. A margem de recorte é o material adicional removido após a fabricação. Ambos diferem do curso total do carro, que pode incluir aproximação, reversão e movimentos de afastamento.

8. Termos de qualidade importantes na fábrica

Fração volumétrica de fibras, Vᶠ — Volume de fibras dividido pelo volume total do compósito. Difere da fração mássica de fibras; a conversão exige as densidades dos constituintes e um tratamento consistente dos vazios.

Teor de vazios — Fração do volume interno ocupado por espaços vazios. Exige um método de medição adequado; apenas a inspeção visual da superfície não permite determiná-lo.

Região rica em resina e área seca — Uma região rica em resina tem relativamente pouco reforço. Uma área seca apresenta impregnação insuficiente. Sua aceitação depende dos requisitos do produto.

Ondulação e escorregamento das fibras — Ondulação é o desvio do alinhamento previsto. Escorregamento é o deslocamento do reforço em relação à posição de deposição pretendida.

Delaminação — Separação entre camadas do laminado. É diferente de um risco superficial ou de uma lacuna entre bandas adjacentes.

Tração e compactação — Tração é a força de estiramento aplicada ao reforço. Compactação descreve a consolidação do material depositado. A tração influencia a consolidação, mas essa relação também depende da curvatura, do ângulo e do comportamento do material. [2]

9. Como escrever uma especificação de enrolamento sem ambiguidades

Uma receita utilizável identifica geometria da peça, materiais, referência angular, largura depositada da banda, base de medição da tração, limites de velocidade, sequência, definições das contagens, tratamento das extremidades, programa de cura e critérios de inspeção. Os nomes dos eixos X, Y, Z e A dependem da máquina: defina suas funções físicas, sem tratar uma letra como convenção universal do enrolamento filamentar.

Exemplo de redação: “Enrolar a região cilíndrica a ±60° em relação ao eixo do mandril. Um circuito significa um percurso de ida e outro de volta. Aplicar o número especificado de circuitos e verificar a cobertura no comprimento útil. Registrar largura depositada da banda, tração por feixe e diâmetro real. Utilizar as receitas aprovadas de reversão e cura.” Os valores numéricos e os limites de aceitação devem ser acrescentados para a peça específica.

Referências e leitura complementar

[1] Cadfil. Filament Winding Glossary. https://www.cadfil.com/help/html/glossary.htm

[2] University of Plymouth, MATS347. Filament winding and pultrusion. https://ecm-academics.plymouth.ac.uk/jsummerscales/MATS347/MATS347C9%20FWpult.htm

[3] Polar Technology. Filament Winding. https://www.polartechnology.co.uk/capabilities/filament-winding/

Todas as figuras são esquemas explicativos originais. O exemplo numérico é ilustrativo.