Materiais compsitos

Tecnologias modernas exigem materiais com combinaes incomuns de propriedades que no podem ser atendidas pelas ligas metlicas, cermicas e materiais polimricos convencionais.Exemplo: Materiais com baixa densidade mas fortes e rgidos, resistentes abraso e ao impacto e que no corroam.

Material multifsico possuindo propores significativas das propriedades de cada uma das fases conseguindo-se uma melhor combinao de propriedades.

A madeira um compsito natural: Fibra de celulose flexveis e resistentes Lignina , resina mais rgida que mantm as fibras unidas

Caractersticas gerais de um compsitoUm compsito industrial consiste em um material artificialmente multifsico onde as fases devem ser quimicamente diferentes, separadas por uma interface

Logo todo material compsito apresenta duas fases:FASE MATRIZ: contnua e envolve a fase dispersaFASE DISPERSA:

Propriedades de um compsito dependem:

Propriedades das fases constituintesDas quantidades relativas das fases constituintesDa geometria da fase dispersa

Tipos de compsitos3 tipos de compsitosReforados com partculasReforados com fibrasEstrutural

Compsitos reforados com partculasCaractersticas gerais:Em geral a fase particulada mais dura e mais rgida que a matriz.A matriz transfere parte da tenso aplicada s partculas que suportam uma frao da carga Dimetro das partculas de o,o1 m at 0,1m para disperses com partculas pequenas.

Compsitos com partculasConcreto:Cimento-matrizAreia e brita- particuladosCermetos (metais + cermicas): WC + Co (micrografia ao lado) ou NiTiC + Co ou NiDureza(cermico) + tenacidade(metal)

Compsito concreto: Cimento matriz, areia e brita particulados.

Compsitos com partculasElastmeros e plsticos: So reforados com partculas de NEGRO DE FUMO.NEGRO DE FUMO: Queima do gs natural ou leo gera partculas de carbono que melhora a resistncia, tenacidade e dureza dos polmeros Ex: Pneus

Compsitos reforados com fibrasEm geral deseja-se nesses materiais alta resistncia, tenacidade e rigidez em relao ao seu peso.

Tipos de compsitos reforados com fibras.Compsito reforado com fibras:Continuo e alinhado (Fig. (a) ao lado) boa melhora na resistenciaDescontnuo (curto) : Fibra curta pouca melhora na resistncia. Alinhado (Fig. (b) ao lado)Orientado aleatoriamente (Fig. (c) ao lado)

Comportamento mecnico de um compsito reforado com fibras. Curvas tenso- deformao

Exemplo de fibras: De vidro De carbono De aramida

Exemplos de matrizes:Em geral metais ou polmeros, pois se deseja alguma dutilidade da matriz, e as fibras j so frgeis, mas pode ser cermicas tambm (matriz frgil e fibras frgeis)

Resistncias trao na direo longitudinal e transversal s fibras

Compsitos com matriz de polmeroCom fibra de vidro: Dimetro da fibra de 3 a 20 m (pisos industriais recipientes para armazenamento tubulaes)Com fibra de carbono: (equipamentos esportivos, componentes estruturais de aeronaves, Hlice de helicptero)Com fibra de aramida: Nomes comerciais Kevlar e Nomex + epoxi ou poliester. (Cordas,coletes a prova de bala, carcaa de msseis, substituio do amianto em freios, embreagem gaxetas etc)

Comparao entre as propriedades de um polmero sem e com o reforo de fibras de vidro

Comparao entre as propriedades de um polmero reforado com 3 tipos de fibras: vidro, carbono e aramida

Compsitos de matriz metlicaResiste temperaturas mais altas que com matriz polimrica.MATRIZ:Superligas: (a base de Niquel, Cobalto, Molibdnio.Ligas de alumnioLigas de magnsioLigas de titnioLigas de cobre

FIBRAS: (entre 10 e 60% em volume)DE CARBONODE CARBETO DE SILCIO SiC.DE ALUMINA (PARTICULADOS EM GERAL)

Comparao entre as propriedades de vrios compsitos metal- reforo de fibra

Compsitos carbono - carbonoUm dos materiais mais avanados e promissores em engenharia o compsito de MATRIZ DE CARBONO com reforo de FIBRA DE CARBONO.Grande resistncia mecnica e a fluncia alta tenacidade baixa expanso trmica e tima condutividade trmica.

Processamento dos compsitos reforados com fibras Pultruso: Para produo de formatos de seo reta constante (barras tubos vigas).Mechas ou cabos de fibras so impregnados com uma resina termofixa, sendo ento estirados atravs de um molde de ao aquecido. Passa na seqncia em um molde de cura aquecido que confere a pea sua forma final.Matrizes usuais: Polisteres, steres vinlicos, resinas epoxi.Fibras usuais: De vidro , carbono, aramida

Processamento dos compsitos reforados com fibrasPrepreg: Processo mais utilizado para estruturas.Fibras contnuas pr-impregnadas com resina polimrica parcialmente curadas em espessuras de 0,08mm a 0,25 mm e larguras de 2,5 mm a 1525 mm.Esse material enviado ao fabricante em forma de fita. Essa fita molda e cura por completo o produto sem a necessidade de adicionar qualquer resina adicional apenas com calor e presso. Teor de resina: 35 a 45 % em vol. termofixa ou termoplstica.O prepreg deve ser mantido a 0 C pois a cura prosseguiria temperatura ambienteAps a remoo do papel de suporte vrias camadas so colocadas, em geral com as fibras cruzadas para se ter mesma resistncia nos dois sentidos

Prepreg em fase final de fabricao

Processamento dos compsitos reforados com fibrasEnrolamento de filamento: Processo no qual as fibras de reforo contnuas so posicionadas segundo um padro pr-determinado para compor uma forma oca geralmente cilndrica Fios individuais ou em mechas so alimentados atravs de um banho de resinas e em seguida enroladas continuamente ao redor de um mandril (processo automtico).Aps um nmero apropriado de camadas a cura executada em m forno ou a temperatura ambiente aps a retirada do mandril.Como alternativa pode-se enrolar prepregs estreitos e delgados (at 10 mm) ao redor do mandril.

Compsitos estruturaisCompsitos laminares: Folhas ou painis bidimensionais so cimentados umas as outras invertendo a direo do alinhamento das fibras de cada placaEx: Esqui moderno

Compsitos estruturaisPainis em forma de sanduches: Duas folhas externas mais resistentes separadas por uma camada de metal menos denso.Folhas externas: madeira compensada, alumnio e ligas, plsticos + fibras, titnio ao.Recheio interno: Polmeros com espuma, borrachas sintticas, colmeias.Ex: Asas e fuselagem de aeronaves telhados, pisos, paredes.