Introdução à Compósitos

Introdução à Compósitos

(Parte 1 de 3)

Universidade do Estado do Rio de Janeiro Campus Regional – Instituto Politécnico

Graduação: Engenharia mecânica QUÍMICA DOS MATERIAIS

Novembro de 2008

Universidade do Estado do Rio de Janeiro Campus Regional – Instituto Politécnico

Graduação: Engenharia mecânica QUÍMICA DOS MATERIAIS

Membros do Grupo:

Andreza Menezes Lima

João Victor Ferreira Carvalho Thiago Liberato Girão

Orientador: Valéria

Novembro de 2008

ÍNDICE INTRODUÇÃO 4

HISTÓRIA 5

DEFINIÇÃO 6

MATRIZ CERÂMICA10
INTERESSE12
APLICAÇÕES14
CONCLUSÃO16

REFORÇOS 6 REFORÇO CONTÍNUO6 REFORÇO DESCONTÍNUO 6 FIBRAS 7 FIBRAS DE VIDRO7 FIBRAS DE ARAMIDA (KEVLAR)7 FIBRAS DE CARBONO8 FIBRAS DE BORO8 MATRIZES 9 MATRIZ METÁLICA9 MATRIZ POLIMÉRICA9

1)MÁQUINAS PARA FABRICAÇÃO DE COMPÓSITOS17
3)CUSTO DE ALGUMAS FIBRAS19
BIBLIOGRAFIA20

ANEXO 2)APLICAÇÃO DA FIBRA DE KEVLAR ( EM CONSTRUÇÃO CIVIL) 18 3

Muitas de nossas tecnologias necessitam de materiais com combinações não usuais de propriedades que são encontradas em ligas metálicas convencionais, cerâmicas, e materiais poliméricos. Esta afirmação é verdadeira especialmente quando falamos de materiais utilizados em aplicações aeroespaciais, submarinas e de transporte. Por exemplo, engenheiros aeroespaciais estão cada vez mais à procura de materiais estruturais que sejam pouco densos, fortes, firmes, resistentes a impactos e abrasão, e não tão facilmente corroídos; uma formidável combinação de características. Geralmente materiais fortes são relativamente densos, entretanto, aumentando sua resistência ou firmeza perde em resistência a impacto.

Combinações de propriedades de materiais e suas aplicações foram (e estão sendo) estendias pelo desenvolvimento em pesquisas de materiais compósitos. Basicamente, um compósito é considerado como sendo um material multifase que demonstra uma significativa proporcionalidade de ambas as fases constituentes, com as quais uma melhor é realizada. De acordo com este princípio de ação combinada, combinações mais eficientes de cada propriedade são fabricados pela junção de dois ou mais materiais distintos.

Vários materiais compósitos são compostos por apenas duas fases;

Uma é denominada "matriz", a qual é contínua envolve a outra fase, muitas vezes chamada de "fase dispersa". As propriedades dos compósitos são uma função das propriedades das fases constituentes, suas relativas porções, e a geometria da "fase dispersa" (que compreende o formato de suas partículas, seu tamanho, distribuição e orientação).

Compósitos, ao contrário do que se imagina, não são de origem recente. Na antiguidade, tijolos para a construção civil eram fabricados de barro e capim seco, formando um compósito. O capim fornecia a resistência mecânica do material enquanto o barro o preenchia fornecendo solidez. A utilização e o desenvolvimento de materiais compósitos se deu de uma formas mais lenta que a dos metais e ligas metálicas.

A fibra de vidro foi o primeiro compósito a ser desenvolvido (em meados do século XVIII), mas só passou a ser desenvolvido comercialmente no ano de 1939, no decorrer da 2ª Guerra Mundial, visando aplicações elétricas em altas temperaturas. Após vinte anos começaram a ser produzidas as "fibras avançadas": fibras de boro (final da década de 1950) e Carbono (final da década de 1960). O fim da Guerra Fria, no final da década de 80, trouxe uma redução na pesquisa e desenvolvimento de materiais compósitos para a área militar. Entretanto, o desenvolvimento de compósitos durante a guerra foram de grande utilidade ao serem transferidos para a área civil. Novas linhas de aeronaves, artigos esportivos e estruturas de engenharia civil estão atualmente em desenvolvimento e aperfeiçoamento, o que aumenta o consumo de materiais compósitos.

O campo dos materiais compósitos é ao mesmo tempo novo e antigo. É antigo na perspectiva de que muitos objetos naturais, incluindo o corpo humano, são compósitos. É novo na perspectiva de que somente a partir da década de 1939 é que compósitos fibrosos artificiais passaram a ser produzidos comercialmente.

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). O objetivo de seu desenvolvimento é combinar diferentes materiais para produzir um único dispositivo com performance superior à de seus componentes formadores.

⇒Reforços:

Existem dois tipos diferentes de reforços:

Reforço Contínuo: Constituinte que se estende de forma ininterrupta, segundo pelo menos uma direção, através de todo o compósito. Se divide ainda em FIBRAS CONTÍNUAS (Reforços cilíndricos, produzidos de forma contínua, de modo a não apresentarem extremidades livres ao longo do comprimento do compósito, apresentam-se agrupadas ou em fiadas) ou MONOFILAMENTOS (Semelhante a fibra contínua, mas com diâmetro superior, apresentam-se isolados).

Reforço Descontínuo: Constituinte não percolante de um compósito, assumindo a forma de um conjunto de elementos discretos embebidos na matriz. Pode ser: FIBRAS CURTAS (Reforços cilíndricos descontínuos), WHISKERS(Monocristais alongados, contribuição adicional ao reforço de matriz), PARTÍCULAS(Reforços de partículas mono ou policristalinas e de diferentes morfologias), DISPERSÓIDES(Semelhantes ás partículas, mas com dimensões menores, o que induz um componente adicional de reforço) e PLAQUETAS(Reforços planares).

⇒Fibras :

A fibra é o elemento que confere ao compósito suas características mecânicas (rigidez; resistência à ruptura). As fibras podem ser curtas de alguns centímetros que são injetadas no momento da moldagem da peça, ou longas e que são cortadas após a fabricação da peça. Os tipos mais comuns de fibras são: de vidro, de aramida (kevlar), carbono, e boro. As fibras podem ser definidas como sendo unidirecionais, quando orientadas segundo uma mesma direção; bidimensionais, com as fibras orientadas segundo duas direções ortogonais (tecidos).

Fibras de vidro:

São usadas para reforçar matrizes poliméricas, de modo a se obter compósitos estruturais e componentes moldados. Os compósitos de matriz plástica reforçada com fibras de vidro apresentam as seguintes características favoráveis: elevada razão (quociente) entre resistência e peso; boa estabilidade dimensional; boa resistência ao calor, à umidade e à corrosão; boas propriedades de isolamento elétrico; facilidade de fabricação e custo relativamente baixo, por esse motivo são de longe o reforço mais utilizado. São utilizadas em cascos de navios, hélices de barcos, componentes para a indústria aeronáutica e automobilística, pranchas de surf etc.

Fibras de aramida (kevlar):

É o nome genérico das fibras de poliamida aromática. Elas surgiram no comércio em 1972, apresentadas pela Du Pont®, com o nome comercial de KEVLAR® . Hoje existem dois tipos comercializados desse produto: O Kevlar 29® (possui elevada resistência mecânica e baixa densidade, concebida para proteção balística, cordas e cabos)e o Kevlar 49® (possui resistência mecânica e um módulo de elasticidade elevados, com densidade baixa; É aplicado nas indústrias aeroespacial, marítima, automobilística e outras .Uma das grandes desvantagens dessa fibra é seu preço elevado.

Fibras de Carbono:

dois precursores: o poliacrilonitrilo (PAN) e o breu (piche)

Compósitos poliméricos reforçados com fibras de carbono, por exemplo, de resina epóxi, são caracterizados pelo fato de apresentarem uma combinação de baixo peso, resistência mecânica muito elevada e elevada rigidez (módulo de elasticidade). As fibras de carbono, para estes compósitos, são fabricadas principalmente a partir de

Fibras de Boro:

A fibra de Boro foi desenvolvida nos Estados Unidos usando técnicas de deposição química de vapores pelas quais o Boro é depositado sobre um filamento de Tungsténio muito fino, o processo é contudo muito dispendioso. Estas fibras aceitam com sucesso matrizes de "Epoxy" e Alumínio. Modulo de elasticidade 5 vezes superior ao modulo da fibra de vidro, ligeiramente mais pesadas que a fibra de vidro, elevado custo, utilizados também em compósitos de matriz metálica.

Outras fibras:

Utilizadas em compósitos com menores exigências: Amianto –fibras mineral, Sisal – fibras naturais, Poliamidas e Poliésteres.

⇒Matrizes :

As matrizes têm como função principal, transferir as solicitações mecânicas as fibras e protegê-las do ambiente externo São contínuas, envolvem o outro constituinte. As matrizes podem ser metálicas, poliméricas e cerâmicas:

Matriz metálica:

A matriz é constituída por um metal.Estes compósitos oferecem vantagens relativamente aos materiais convencionais combinando as propriedades do metal que serve de matriz com as propriedades do material que serve de reforço , esta combinação de vantagens é superior que a conseguida com os compósitos poliméricos.

Comparando o numero de aplicações onde se utiliza os compósitos metálicos com os compósitos poliméricos e materiais convencionais é pequeno. O elevado preço de produção e técnicas insuficientes (difícil processamento) condicionam a utilização destes compósitos.

As fibras podem ser utilizadas como reforços incluindo também reforços de natureza cerâmica.

Classificação de compósitos metálicos:

- CM parcialmente reforçado – compósito metálico onde o reforço representa apenas 5% do volume do compósito - CM com reforços curtos

- CM com reforços Whisker

- CM com reforço monofilamentos

- CM com reforço continuo

Matriz polimérica:

As matrizes poliméricas, consistem de uma resina polimérica como fase matriz e fibras como meio de reforço. Etimologicamente, a palavra polímero significa “muitas partes”. Um material polimérico pode ser considerado como constituído por muitas partes, ou unidades, ligadas quimicamente entre si de modo a formar um sólido. Dependendo do modo como estão ligados química e estruturalmente, os plásticos podem ser divididos em duas classes: termoplásticos e termoendurecíveis.

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