Introdução ao Processamento de Materiais: Tipos, Características e Aplicação, Notas de aula de Engenharia Metalúrgica

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Materiais Compósitos/Conjugados

D.Sc.D.Sc. Lopes,Lopes, RochaRocha ClaudioClaudio Professor Professor^ Introdução ao Processamento dos Materiais^ Introdução ao Processamento dos Materiais

Materiais Compósitos/Conjugados^ Um

conjugado

é^

um^

material

multifásico

obtido artificialmente, que pode ser composto pormateriais quimicamente dissimilares e separados porinterfaces distintas.

Os^

materiais

conjugados

podem

ser

compostos

por

metais,

cerâmicas,

óxidos

e

polímeros.

A^ maioria

dos

conjugados

são

compostos

apenas por duas fases: uma matriz contínua queenvolve a outra fase, denominada fase dispersa.

Materiais Conjugados

MateriaisConjugados

Reforçados por^ partículas

Reforçados por^ fibras

Estruturais

partículas

fibras

PartículasGrosseiras

Partículasfinas e dispersas

Contínuas(alinhadas)

Descontínuas(curtas)

Laminados

PainéisSanduíche

Alinhadas Orientadasaleatoriamente

Tipos de Compósitos

3 Tipos de Compósitos
^

Reforçados com partículas

^

Reforçados com fibras

^

Estrutural (Laminar ou

Sandwich

^

Estrutural (Laminar ou

Sandwich

Na engenharia, um material compósito é geralmenteentendido

como

um

material

cujos

constituintes

se

diferenciam à escala da microestrutura ou, de preferência,à macro estrutura.
^ Um material compósito é uma mistura física de dois oumais materiais, combinados para formar um novo materialde^

engenharia

útil

com

propriedades

diferentes

aos

componentes puros.

A importância dos compósitos em engenharia advém do fato de que, ao combinar-se dois ou mais materiaisdiferentes, se

pode obter

um material

compósito cujas

propriedades

são

melhores,

em

alguns

aspectos,

às

Qual a importância na Engenharia? propriedades de cada um dos componentes. Qual é o objetivo de preparar um compósito?

Ao^ invés

de^

desenvolver

um

novo

material

que

pode ou não ter as propriedades desejadas para umadeterminada

aplicação,

modifica-se

um

material

já

existente,

através

de

incorporações

de

outro

componente.

PLÁSTICO REFORÇADO POR FIBRA

Tipos de fibras para reforço

- Fibras de vidro - Fibras de carbono - Fibras de aramido (Kevlar)

As^

fibras

de

vidro

são

usadas

para

reforçar matrizes plásticas, de modo a obtercompósitos

estruturais

e^

componentes

moldados

moldados

Aplicação

-^ Náutica -^ Capotas - Cabos de fibra ótica

FIBRAS DE VIDRO PARA REFORÇO DE RESINAS PLÁSTICASAs fibras de vidro são usadas parareforçar matrizes plásticas, de forma aobter^

compósitos

estruturais

e

componentes moldados. As características noscompósitos

de

matriz

plástica

reforçados

por

fibra de vidro são:

-Elevada razão ( resistência/peso);-Boa estabilidade dimensional;-Boa resistência térmica;-Boa resistência à umidade e corrosão;-Boas propriedades de isolamento elétrico;-Facilidade de fabricação.- Custo baixo;

FIBRAS DE ARAMIDO PARA REFORÇAR PLÁSTICOS

As^

fibras

de

aramido

são

usadas

para

reforçar

materiais

plásticos

tendo

uma

estrutura

linear de poliamida aromática. Nome comercialda aramida( Kevlar: DuPont)

Kevlar

29 (Balística) Kevlar

49 (Estrutural) Kevlar 149 (Rigidez)

Comparação das Propriedades deFibras para Reforço de Plásticos.

D.Sc.D.Sc. Lopes,Lopes, RochaRocha ClaudioClaudio Professor Professor^ Introdução ao Processamento dos Materiais^ Introdução ao Processamento dos Materiais

Materiais para a matriz de Plásticos

reforçado por Fibras. As duas resinas mais importantes são:
^ Resina de poliéster insaturada.
^ Resinas epoxídicas. Algumas propriedades das resinas de poliéster e

epoxídicas

Algumas propriedades das resinas de poliéster e

epoxídicas poliéster

epoxídicas

• Resistência à tração, MPa

• Módulo de elasticidade, GPa

• Resistência à flexão, MPa

• Resistência ao impacto, J/m

• Densidade, g/cm

3

Uso

Poliésterinsaturado

^ Casco de barco
^ Painéis de construção
^ Painéis estruturais de automóveis;aviões e vários aparelhos domésticos

12

Uso

Resinaepoxídica

^ Para fibras de carbonoe fibras de aramido

(Mais caras)

Resinas Epoxídicas reforçadas por

Fibras de

Carbono.

Nos^

materiais

compósitos

com

fibras

de

carbono,

estas

contribuem

para excelentes propriedades de rigideze resistência à tração, enquanto que amatriz permite o alinhamento das fibras e^ contribui

para

a^

resistência

ao

Micrografia

do

compósito

de fibras de carbono

com

resina epóxi.

e^ contribui

para

a^

resistência

ao

impacto.

Outra

resinas

podem

ser

usadas para certas aplicações.

A principal vantagem das fibras de carbono resulta dofato^ de

apresentarem

valores

muito

elevados

de

resistência e de módulo de elasticidade associada comuma densidade baixa.

Regra das Misturas

E=Ec

V+^ ff^ EVmm

Ec=módulo de elasticidade do compósitoEf=módulo de elasticidade da fibra Em=módulo

de^ elasticidade

da^ matriz

Considerando

o^ comportamento

elástico

de

um compósito fibroso contínuo e orientado que écarregado na direção do alinhamento das fibras,obtém a seguinte equação:

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E=Ec

V+^ ff^ EVmm

Em=módulo

de^ elasticidade

da^ matriz

Vf=% de volume da fibraVm=% de volume da matriz Em primeiro lugar admite-se que a ligação interfacial fibra-matriz é muito boa, de modo tal quea deformação tanto da matriz como das fibras é amesma (

isodeformação