Tecnologia dos Materiais I Professor: Cláudio Schaeffer Compósitos Felipe Maciel Jones Silva Maurício Nunes Victor Hugo

Oque é compósito? / Constituição Os compósitos são materiais multifásicos produzidos artificialmente, que possuem uma combinação desejável das melhores propriedades das suas fases constituintes. Ou seja, a combinação desses dois componentes fornece então um produto superior a qualquer um deles isolados. Os materiais compósitos são constituídos por uma fase contínua (matriz), e uma fase dispersa (agente de reforço ou fibras). Um compósito industrial consiste em um material artificialmente multifásico, onde as fases devem ser quimicamente diferentes, separadas por uma interface. As matrizes e reforços além de serem compatíveis quimicamente, devem ter propriedades mecânicas complementares. Geralmente, uma fase (a matriz) é contínua e envolve completamente a outra (a fase dispersa).

Distribuição e Propriedades

Tipos de Compósitos Os compósitos podem ser classificados em 3 categorias principais: Reforçado com Partículas; Reforçados com Fibras; Estruturais. E cada uma tem suas próprias subdivisões.

Reforçados com Partículas A principal característica dos compósitos particulados é que a matriz transfere parte da tensão aplicada, às partículas, as quais suportam uma fração da carga. Subdivide-se em 2: Partículas grandes; Por dispersão.

Partículas grandes / por dispersão Por dispersão, obtém-se melhor resistência através de partículas extremamente pequenas da fase dispersa, as quais inibem o movimento das discordâncias. Em outras palavras as partículas pequenas dificultam o movimento de defeitos no material, a deformação plástica é restringida e a resistência à tração e a dureza são melhoradas. O tamanho da partícula é geralmente maior no caso dos compósitos com partículas grandes, a fase particulada é mais dura e mais rígida do que a matriz, além disso, a matriz transfere parte da tensão aplicada às partículas. O concreto é um tipo de compósito com partículas grandes.

Reforçados com fibras No caso desses compósitos, uma carga aplicada é transmitida e distribuída entre as fibras através da fase matriz, a qual, na maioria dos casos, é pelo menos moderadamente dúctil. A principal característica é que nesses materiais deseja-se alta resistência, tenacidade e rigidez em relação ao seu peso. Subdivide-se em contínua e descontínua.

Contínua / Descontínua Nas contínuas, as fibras são longas e alinhadas, e causam uma boa melhora na resistência do material. As propriedades mecânicas dos compósitos com fibras contínuas e alinhadas são altamente anisotrópicas. Na direção do alinhamento, o reforço e a resistência assumem seu valor máximo; perpendicularmente ao alinhamento, esses valores são mínimos. A subdivisão descontínua ainda divide-se em 2: Alinhada; Orientada aleatoriamente. Descontínua e alinhada – apesar das fibras curtas ainda temos rigidez e resistência significativa mesmo sendo menor que a contínua, mas temos uma maior limitação na eficiência do reforço. Fibras de vidro picadas são os reforços desse tipo usados com maior frequência, contudo, fibras descontínuas de carbono e aramidas também são empregadas.

Contínua / Descontínua Na descontínua e orientada aleatoriamente é utilizada quando a direção das tensões são multidirecionais.

Compósitos reforçados com fibras de acordo com a matriz: Matriz de Polímero: Os compósitos com matriz de polímero são os mais comuns e podem ser reforçados com fibras de vidro, de carbono e aramida. Matriz Metálica: As temperaturas de operação são maiores no caso dos compósitos com matriz metálica, os quais também utilizam uma variedade de tipos de fibras e uísqueres. O objetivo é a obtenção de uma resistência específica elevada e/ou de um módulo específico elevado. Matriz Cerâmica: o objetivo de projeto é uma maior resistência à fratura. Isso é obtido através das interações entre as trincas que estão avançando e as partículas da fase dispersa. Matriz Carbono-Carbono e Matrizes Híbridas: Suas principais características são grande resistência mecânica e a fluência, alta tenacidade, baixa expansão térmica e ótima condutividade térmica.

Compósitos Estruturais São compostos normalmente tanto por materiais homogêneos como por materiais compósitos, cujas propriedades dependem não somente das propriedades dos materiais constituintes, mas também do projeto geométrico dos vários elementos estruturais. Divide-se em 2: Laminados; Painéis em sanduíche. Nos laminados as camadas são empilhadas e subseqüentemente cimentadas umas às outras, de modo tal que a orientação da direção de alta resistência varia de acordo com cada camada sucessiva. Os painéis em sanduíche consistem em duas folhas externas mais resistentes, ou faces, que se encontram separadas por uma camada de material menos denso, ou recheio, que por sua vez possui menor rigidez e menor resistência. As faces suportam a maior parte da carga para dentro do plano e também quaisquer tensões de flexão transversais.

Tipos de Compósitos

Características Gerais dos Compósitos: - Leveza e facilidade de transporte; - Resistência química; - Flexibilidade Arquitetônica; - Durabilidade; - Fácil Manutenção; - Resistência Mecânica; - Feito sob medida.

Vantagens de usar materiais compósitos: - Resistência ao impacto; - Baixo coeficiente de fricção; - Resistente a abrasão; - Resistente a altas temperaturas; - Diversos processos de Fabricação; - Boa resistência química.​

Aplicações no dia a dia Construções: Ultimamente os materiais mais utilizados na construção de edifícios com grande durabilidade são os compósitos poliméricos reforçados com fibras, o que têm possibilitado manutenções menos frequentes durante o ciclo de vida da estrutura. Também exibem grande potencial para construções modulares o que permite a montagem rápida dos componentes padronizados no local, bem como a redução dos custos de construção. Indústria naval e construção civil: A utilização de materiais compósitos reforçados em diversas aplicações destas indústrias naval e de construção civil tem aumentado continuamente nos últimos anos em comparação com os materiais tradicionais. As principais aplicações consistem na reparação e reforço estrutural com compósitos FRP por serem mais leves, de fácil e rápida aplicação, mais resistentes à agressividade do meio ambiente e por possuírem maior resistência à tração. A utilização destes materiais quer na construção quer na reparação de pontes metálicas tem sido alvo de vários estudos com o objetivo de prolongar o seu ciclo de vida e aumentar os intervalos entre as manutenções deste tipo de infraestrutura bem como diminuir o tempo de paragem do tráfego nas mesmas durante a reparação. Também na indústria de construção naval os compósitos são utilizados em várias aplicações de modo a satisfazer inúmeros requisitos de estaleiros e armadores de navios. Reabilitação e reparação de estruturas metálicas: Dominam recentemente um grande número de aplicações notáveis, nomeadamente, em técnicas de reforço, reparação e manutenção de estruturas metálicas devido à incomparável dureza e rigidez, à versatilidade de produção, à simplicidade dos métodos de reparação e aos reduzidos custos de fabricação.

 À título de curiosidade   Compósitos naturais: madeira, osso.

Bibliografia: - www.periodicos.capes.gov.br/; - www.almaco.org.br/compositos.cfm; - William D. Callister, Jr., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução; Editora LTC – 5ª edição.

OBRIGADO!!!!