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Universidade Federal de Mato Grosso do Sul - UFMS
Faculdade de Engenharia – FAENG
Engenharia de Produção
Ciência dos Materiais
Prof. Dr. Márcio Roberto Oliveira
Fernanda Roda Andreussi
Materiais Compósitos
A Combinação de propriedade adiquiridas pela junção de dois ou mais materiais distintos, onde apresentam propriedades mecânicas superiores à soma das propriedades individuais de cada constituinte, dão origem à materiais conhecidos como Compósitos. As propriedades dos compósitos são uma função das propriedades das fases constituentes (distribuição e dispersão), suas relativas porções ( fração volumentrica), e a geometria (tamanho, formato e porosidade da carga) e adesão interfacial. Esse tipo de material apresenta características que podem resultar em um melhor desempenho estrutural em condições específicas de uso podendo ter uma área de aplicação maior.
O compósito é considerado como sendo um material multifase que demonstra uma significativa proporcionalidade de ambas as fases constituentes. Os Compositos são formados de acordo com as características pretendidas com a combinação de materiais como polímeros, ligas metálicas, cerâmicos, fibras, etc.
Os materiais que podem compor esse tipo de material são classificados em Matriz e Reforço. A Matriz proporciona ductilidade ao compósito que transmite os esforços mecânicos aos materiais de reforço, ela envolve e mantem outros constituintes em suas posições relativas. Já o Reforço, é caracterizado por ser descontínuo e suportar os esforços aplicados ao compósito, podendo apresentar elevada resistência e rigidez.
O Reforço é constituido basicamente de Fibras ou particulas, sendo o elemento que confere ao compósito suas características mecânicas (rigidez; resistência à ruptura). As fibras podem ser curtas, são injetadas no momento da moldagem do material, ou longas e que são cortadas após a fabricação. Os tipos mais comuns de fibras são: de vidro, de aramida (kevlar), carbono, e boro. As fibras podem ser definidas como sendo unidirecionais ou bidimensionais.
A Matriz pode ser metálica, polimérica,cerâmica, carbono e grafite, isso depende da caracteristica que o composito resultante precisa ter, já que é um material desenvolvido de acordo com a aplicação.
Os materiais cimentícios são materiais frágeis que apresentam resistências à tração e capacidades de deformação muito baixas, sendo muito utilizado principal na construção civil.
O cimento é um pó fino com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes capaz de unir fragmentos ou massas de materiais sólidos em um corpo compacto. O cimento Portland e o cimento asfáltico são os mais comuns, sendo o Portland o mais fácil de encontrar no mercado dominando 75% da produção brasileira.
Fig1. Processo de Hidratação do Cimento.
O cimento Portland, aluminossilicato de cálcio, é um aglomerante hidráulico, composto por Clinquer, Gesso e Fibras que após em contato com água sofre transformações mineralógicas.
O clínquer de cimento Portland pode ser definido como um material obtido através da sinterização de rochas carbonáticas e argilosas, ou outro material similar que possua composição semelhante e suficiente reatividade. Estes materiais, previamente moídos, dosados e homogeneizados, são submetidos a tratamento térmico em forno rotativo, na temperatura de queima de 1450°C, onde ocorrem fusões parciais e, durante o resfriamento, sendo os nódulos de clínquer obtidos.
A composição típica de um clínquer Portland contém 67% de CaO, 22% de SiO2, 5% de Al2O3, 3% de Fe2O3 e 3% de outros componentes, distribuídos por quatro fases distintas, conhecidas como alita, belita, fase aluminato e fase ferrita. A alita constitui de 50 a 70% do clínquer, e é formada por silicato tricálcico (Ca3SiO5), também chamado de C3S, modificado em composição e estrutura cristalina pela incorporação de íons, principalmente Mg2+, Al3+ e Fe3+, entre outros. A belita, que constitui de 15 a 30% do clínquer, é formada por silicato dicálcico (Ca2SiO4), também chamado de C2S, modificado pela incorporação de íons, principalmente Mg2+, Al3+, Na+, Ti4+, Ba2+, Fe3+. A fase aluminato constitui de 5 a 10% do clínquer e é formada por aluminato tricálcico (Ca3Al2O6), conhecido como C3A, modificado em
habilidade em transmitir cargas. Uma fibra que se posiciona paralela ao plano de ruptura não tem efeito, enquanto que uma perpendicular tem efeito máximo.
As principais fibras utilizadas são a fibra de vidro, a fibra de aço e as in natura como fibra de coco.
O concreto é classificado de acordo com a sua composição sendo o Concroto Ciclopico aquele onde em sua composição são adicionadas pedras conhecidas como “pedra de mão”, material granulometrico variável, de 10 a 40 cm e peso médio superior a 5 kg. O Concreto Auto Adensável, é um tipo de concreto indicado para concretagem de peças desamente armadas, estruturas em pré moldado, pois apresenta facilidade de bombeamento, excelente homogeneidade, resistência e durabilidade devido a presença de aditivos superplatificantesem sua composição. O CAD, concreto de alto desempenho apresenta alta resistencia e durabilidade, o que aumenta a vida util do materia. No entandto o Concreto Armado e Protendido são os principais resultados de combinação de materiais diferentes, por que alem de clinquer, agregados ainda é adicionado o aço. Esse tipo de concreto é o mais utilizado na construção civil, devido à suas caracteriticas unicas e a relação custo beneficio, já que com a combinação o concreto adquire melhor desempenho em relação ao esforços como tração e compressão.
O desenvolvimento de novos materiais compósitos que revolucionou, a indústria aeronáutica e aeroespacial, a construção civil, esporte e saúde. Esses materiais modernos vem sendo utilizados, por exemplo, no fabrico de asas, fuselagens, estabilizadores e outros componentes, havendo em determinados casos aviões (ultraleves) essencialmente constituídos por materiais compósitos. Houve o desenvolvimento de peças mais leves e resistentes para a indutria automobilistica e para artigos despotivos, melhorando o desempenho e a relação custo beneficio em ambos os casos.
Referências:
IBRACON. Materiais de Construção e princípios de ciência e engenharia de materiais. Ed. C. Isaia; Ibracon, São Paulo, 2007. v. 1 e 2
http://www.abcp.org.br/conteudo/wp-content/uploads/2009/12/BT106_2003.pdf, visualizado em 5 de novembro de 2013, às 10:43.
Callister. Ciência e Engenharia de Materiais uma Introdução, 8º Edição
