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Princípios de Ciências de Materiais: Compósitos
Francis MendesLuann CarlosVinícius Mezadri
Universidade Federal de Ouro Preto / JM
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Índice1 – Introdução2 – Definição 3 – Características4 – Classificação dos Compósitos5 – Aplicações6 – Conclusão
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Introdução :Histórico :
• Manipulação dos recursos naturais.• Proteção do Homem.• Preocupação com a redução dos custos nas industriais.• Necessidade de inovação.
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Mercados de materiais compósitos
31
19.7
12.4
9.95.8
0.8
Vendas
TransportesContrução CivilMarinhaEquipamentos elet-ricos/eletronicosProdutos de consumoAeroespacial e aeronaves
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Definição : • Compósito é um material heterogêneo formado
por dois ou mais constituintes distintos, classificados por fibras, contínuas ou não, de um material resistente (reforço, que é descontínuo, ou seja, envolvido pela matriz) e matriz ( material de preenchimento, de resistência mecânica inferior à da fibra).
• A fase matriz pode ser um metal, um polímero ou um cerâmico, que confere estrutura ao material compósito preenchendo os espaços vazios que ficam no reforço e mantendo-o na sua posição
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Características :•Leveza e facilidade de transporte•Resistencia Química•Resistencia as intempéries•Flexibilidade Arquitetônica•Durabilidade•Fácil Manutenção•Resistencia Mecânica•Feito sob medida
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Classificação dos Compósitos de acordo com a matriz:
COMPÓSITOS
MATRIZ METÁLICA
MATRIZ CERÂMICA
MATRIZ POLIMÉRICA
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Materiais compósitos :Matriz Cerâmica
• Vantagens: são resistentes à oxidação e à deterioração sob temperaturas elevadas.
• Desvantagens: Predisposição destes materiais à fratura.
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Materiais compósitos :Matriz Metálica
• Vantagens: alta resistência mecânica e aproveitar e grande potencial de redução de peso.
• Desvantagens: alto custo
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Materiais compósitos :Matriz Polimérica
É constituída por muitas partes, unidas ou ligadas quimicamente entre si, de modo a formar um sólido.
Termoplásticos Termoendurecíveis
MATRIZ POLIMÉRICA
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Materiais compósitos Matriz Polimérica
• Vantagens: (à temperatura ambiente) baixo peso, bem como processos fáceis de fabrico e custo reduzido.
• Desvantagens: impossibilidade de trabalho a altas temperaturas, instabilidade dimensional devido aos elevados coeficientes de expansão térmica, a sensibilidade à radiação e, em alguns casos, a absorção da umidade ambiente.
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COMPÓSITOS
MATRIZ METÁLIC
A
MATRIZ CERÂMIC
A
MATRIZ POLIMÉRIC
A
Termoplásticos Termoendurecíveis
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Materiais compósitos Os três principais tipos de Fibras Sintéticas são:
Fibra de Vidro
Fibra de Aramida
Fibra de Carbono
Fibras Sintéticas
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Fibras Sintéticas : 1. Fibra de Vidro
•boa estabilidade dimensional
•boa resistência ao calor, à umidade e à corrosão
•boas propriedades de isolamento elétrico
•elevado quociente entre resistência e peso
•facilidade de fabrico e custo relativamente baixo
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Fibras Sintéticas :
2. Fibra de Aramida (ou poliamida aromática)
• baixo peso
• elevada rigidez
• absorção de impacto
• resistência mecânica muito elevada
• preço elevado
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Fibras Sintéticas :
3. Fibra de Carbono
• resistência mecânica
• baixa densidade
• módulo de elasticidade elevados
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Aplicações :Surgiu inicialmente na área
aeronáutica devido a necessidade de diminuição de peso, preservando a robustez dos componentes estruturais.
Podem ser encontradas nos aviões em substituição aos materiais metálicos (fuselagem, spoilers, portas de trem de aterrissagem, portas internas)
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Indústria Automobilística:Inicialmente eram produzidos somente
párachoques e tetos de automóveis.Atualmente, o material composto é
utilizado para a fabricação de capôs, carters de óleo, colunas de direção, árvores de transmissão, molas laminadas, painéis, dentre outras peças.
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Bioengenharia:São usados na fabricação
de próteses internas e externas.
Como por exemplo a substituição do fêmur, com uma haste de compósito encimada por uma esfera de Al2O3 ; suporte de pessoas com problemas de locomoção, através de náilon/fibras de carbono; ou até mesmo válvulas de coração artificial em carvão pirolítico.
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Esportes :A Fórmula 1 pode ser considerada
como um laboratório para as inovações tecnológicas. Em muitos casos, o que se emprega dentro dos carros de Fórmula 1 será utilizado futuramente nos carros de passeio.
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Esportes :Em praticamente todas as atividades
esportivas, a redução do peso está diretamente ligada a redução do tempo de execução de uma prova esportiva. Como exemplo disto, podemos citar barcos a vela, skis e bicicletas. Em alguns casos, o que se procura é a agilidade e a perfeição de alguns golpes, como no tênis, com suas raquetes; no golfe, com seus tacos; e no surf, com suas pranchas.
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Saneamento Básico :Utilizados em tubos e estações de
tratamento de água e efluentes, esse é um segmento com expressiva atuação do setor de compósitos e com grande expectativa de crescimento.
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Construção Civil:O compósito já é amplamente utilizado
por este segmento, sendo utilizado para fabricação de caixas d'água, tanques, coberturas, perfis, mármore sintético, banheiras, telhas.
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Outros :No setor eletrônico o material á
aplicado em leitos para cabos, antenas, elementos de isolação, cabines telefônicas.
Em setores químicos e petrolíferos, 20% das plataformas de petróleo da Petrobrás já utilizam produtos fabricados a partir de compósitos, substituindo, por exemplo, as grades de piso em aço.
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Conclusão:A crescente exigência das novas
tecnologias, sobretudo no que respeita à combinação de propriedades incompatíveis de variados materiais, como a resistência mecânica e tenacidade, levou ao aparecimento de novos materiais. Estes materiais são cada vez mais utilizados como substitutos dos materiais convencionais.