Materiais para Construção Mecânica e Tratamento Térmico

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Indaial – 2021
Materiais para Construção 
MeCâniCa e trataMento 
térMiCo
Prof. Henrique Gonçalves Pereira
1a Edição
Copyright © UNIASSELVI 2021
Elaboração:
Prof. Henrique Gonçalves Pereira
Revisão, Diagramação e Produção:
Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI
Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri 
UNIASSELVI – Indaial.
Impresso por:
P436m
 Pereira, Henrique Gonçalves
 Materiais para construção mecânica e tratamento térmico. /
Henrique Gonçalves Pereira. – Indaial: UNIASSELVI, 2021.
 193 p.; il.
 ISBN 978-65-5663-387-9
 ISBN Digital 978-65-5663-388-6
 1. Construção mecânica. - Brasil. 2. Tratamento térmico. – Brasil. II. 
Centro Universitário Leonardo da Vinci.
CDD 620
apresentação
Olá, acadêmico, seja bem-vindo à disciplina de Materiais para 
Construção Mecânica e Tratamento Térmico. Eu sou o professor Henrique, 
escrevi este livro com muito carinho para que você possa agregar conhecimento 
aos seus estudos no Curso de Engenharia.
Os materiais utilizados pela humanidade estão em constante 
desenvolvimento e o conhecimento de suas propriedades é de fundamental 
interesse ao engenheiro. No ramo da construção mecânica não é diferente, 
é indispensável ser um profundo conhecedor das características do material 
utilizado para que a peça não venha ter uma falha catastrófica em serviço.
Os tratamentos térmicos utilizados para as mais diferentes finalidades 
têm o objetivo de incrementar as propriedades ao material utilizado, de 
forma a conceder características novas para determinada aplicação.
Desta forma, este livro abordará os diferentes materiais utilizados 
na construção mecânica, as propriedades e peculiaridades de cada um, 
bem como os diferentes tratamentos térmicos existentes, que possibilitam 
acrescentar características favoráveis à aplicação do material.
Na Unidade 1, traçaremos um paralelo da história da humanidade 
com o desenvolvimento tecnológico dos materiais, veremos as diferentes 
classificações de materiais existentes, suas características gerais, aplicações 
mais comuns e suas limitações. Será nesta unidade que abordaremos 
os materiais cerâmicos, poliméricos e compósitos, e ainda faremos uma 
introdução aos materiais metálicos, analisando seu tipo de ligação, 
características e estrutura atômica.
Para a segunda unidade, iremos mais a fundo no campo de materiais 
metálicos, começaremos estudando os defeitos estruturais mais comuns 
desses materiais. Discutiremos sobre os diagramas de equilibro, em especial o 
diagrama Fe-C, seguiremos com os princípios de difusão em metais e sobre o 
comportamento térmico e mecânico desses materiais.
Já na terceira unidade do livro, entraremos no assunto de tratamentos 
térmicos. Falaremos sobre os fenômenos de encruamento, recuperação e 
recristalização, muito comuns em matérias metálicas sujeitos a tratamentos 
térmicos. A seguir, nessa mesma unidade, será comentado sobre os diferentes 
tratamentos térmicos, como recozimento, normalização, têmpera e revenido, 
além dos mais diversos tratamentos aplicados hoje na indústria.
Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para 
você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há novi-
dades em nosso material.
Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é 
o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um 
formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura. 
O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova diagra-
mação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também contribui 
para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo.
Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, 
apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilida-
de de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. 
 
Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para 
apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assun-
to em questão. 
Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas 
institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa 
continuar seus estudos com um material de qualidade.
Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de 
Desempenho de Estudantes – ENADE. 
 
Bons estudos!
NOTA
Espero que você possa aproveitar o conteúdo deste livro, ele foi 
escrito de modo que sua jornada nesta disciplina seja prazerosa e rica em 
conhecimento.
Desejo a você bons estudos!
Prof. Henrique Gonçalves Pereira
Olá, acadêmico! Iniciamos agora mais uma disciplina e com ela 
um novo conhecimento. 
Com o objetivo de enriquecer seu conhecimento, construímos, além do livro 
que está em suas mãos, uma rica trilha de aprendizagem, por meio dela você 
terá contato com o vídeo da disciplina, o objeto de aprendizagem, materiais complemen-
tares, entre outros, todos pensados e construídos na intenção de auxiliar seu crescimento.
Acesse o QR Code, que levará ao AVA, e veja as novidades que preparamos para seu estudo.
Conte conosco, estaremos juntos nesta caminhada!
LEMBRETE
suMário
UNIDADE 1 — MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA ............................................ 1
TÓPICO 1 — CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA .......... 3
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 3
2 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS ............................................................................................. 4
3 MATERIAIS METÁLICOS ................................................................................................................ 5
RESUMO DO TÓPICO 1....................................................................................................................... 8
AUTOATIVIDADE ................................................................................................................................ 9
TÓPICO 2 — MATERIAIS CERÂMICOS, VIDROS E VITROCERÂMICOS ......................... 11
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 11
2 MATERIAIS CERÂMICOS .............................................................................................................. 11
3 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS................................................................. 12
4 ESTRUTURA DOS MATERIAIS CERÂMICOS ......................................................................... 13
4.1 VIDROS .......................................................................................................................................... 13
4.2 VITROCERÂMICOS ..................................................................................................................... 14
4.3 CERÂMICAS REFRATÁRIAS ..................................................................................................... 15
4.4 CERÂMICAS ABRASIVAS .......................................................................................................... 16
RESUMO DO TÓPICO 2..................................................................................................................... 18
AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 19
TÓPICO 3 — MATERIAIS POLIMÉRICOS E COMPÓSITOS ................................................... 21
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 21
2 MATERIAIS POLIMÉRICOS ..........................................................................................................21
2.1 ESTRUTURA MOLECULAR DOS POLÍMEROS .................................................................... 23
2.2 TIPOS DE CADEIAS .................................................................................................................... 24
2.3 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS ............................................................ 26
2.4 CLASSIFICAÇÃO QUANTO À ESTRUTURA QUÍMICA ..................................................... 26
2.5 CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO COMPORTAMENTO MECÂNICO ............................... 28
2.6 CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO DESEMPENHO MECÂNICO ......................................... 30
3 MATERIAIS COMPÓSITOS ........................................................................................................... 31
3.1 COMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRA ........................................................................... 32
3.2 MADEIRA – COMPÓSITO NATURAL ..................................................................................... 34
3.3 COMPÓSITOS AVANÇADOS .................................................................................................... 36
3.4 COMPÓSITOS AGREGADOS .................................................................................................... 37
RESUMO DO TÓPICO 3..................................................................................................................... 39
AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 40
TÓPICO 4 — ESTRUTURA DOS MATERIAIS METÁLICOS .................................................... 43
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 43
2 ESTRUTURA CRISTALINA ............................................................................................................ 43
3 ESTRUTURA DOS MATERIAIS METÁLICOS .......................................................................... 46
4 ESTRUTURA CCC ............................................................................................................................. 49
5 ESTRUTURA CFC ............................................................................................................................. 50
6 ESTRUTURA HC ............................................................................................................................... 52
7 PONTOS, DIREÇÕES E PLANOS CRISTALOGRÁFICOS ..................................................... 55
8 POLIMORFISMO E ALOTROPIA ................................................................................................. 59
LEITURA COMPLEMENTAR ............................................................................................................ 62
RESUMO DO TÓPICO 4..................................................................................................................... 66
AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 68
REFERÊNCIAS ...................................................................................................................................... 70
UNIDADE 2 — LIGAS METÁLICAS E MATERIAIS CRISTALINOS ...................................... 73
TÓPICO 1 — DEFEITOS DOS MATERIAIS METÁLICOS ........................................................ 75
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 75
2 IMPERFEIÇÕES EM METAIS ......................................................................................................... 75
2.1 VIBRAÇÕES ATÔMICAS ............................................................................................................ 75
2.2 IMPERFEIÇÃO QUÍMICA .......................................................................................................... 76
2.3 DEFEITOS PONTUAIS ................................................................................................................ 78
2.4 DISCORDÂNCIAS ....................................................................................................................... 79
2.5 DEFEITOS PLANARES ................................................................................................................ 81
RESUMO DO TÓPICO 1..................................................................................................................... 85
AUTOATIVIDADE .............................................................................................................................. 86
TÓPICO 2 — PRINCÍPIOS DE DIFUSÃO ...................................................................................... 89
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 89
2 MECANISMOS DE DIFUSÃO ....................................................................................................... 89
2.1 DIFUSÃO POR LACUNAS ......................................................................................................... 90
2.2 DIFUSÃO INTERSTICIAL .......................................................................................................... 91
3 EQUAÇÕES DE DIFUSÃO .............................................................................................................. 92
4 FATORES QUE INFLUENCIAM A DIFUSÃO ............................................................................ 98
4.1 ESPÉCIE EM DIFUSÃO ............................................................................................................... 98
4.2 TEMPERATURA ........................................................................................................................... 99
LEITURA COMPLEMENTAR .......................................................................................................... 100
RESUMO DO TÓPICO 2................................................................................................................... 105
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 106
TÓPICO 3 — DIAGRAMAS DE EQUILÍBRIO ............................................................................ 107
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 107
2 FASES ................................................................................................................................................. 107
3 DIAGRAMA DE FASES BINÁRIO .............................................................................................. 109
4 FASES PRESENTES, COMPOSIÇÃO E PROPORÇÃO ......................................................... 111
4.1 FASES PRESENTES, COMPOSIÇÃO E PROPORÇÃO DE REGIÕES BIFÁSICAS .......... 111
4.2 FASES PRESENTES, COMPOSIÇÃO E PROPORÇÃO DE REGIÕES BIFÁSICAS .......... 111
5 FORMAÇÃO DA MICROESTRUTURA EM UMA LIGA ISOMORFA ............................... 113
6 DIAGRAMAS EUTÉTICOS BINÁRIOS .................................................................................... 116
7 REAÇÕES IMPORTANTES NO DIAGRAMA DE FASES ..................................................... 119
8 SISTEMA FERRO-CARBONO ..................................................................................................... 120
8.1 ESTRUTURAS HIPOEUTEOIDES, EUTETOIDES E HIPEREUTETOIDES ....................... 123
RESUMO DO TÓPICO 3................................................................................................................... 127
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 129
REFERÊNCIAS ....................................................................................................................................134
UNIDADE 3 — TRATAMENTOS TÉRMICOS ............................................................................ 135
TÓPICO 1 — CINÉTICA DAS TRANSFORMAÇÕES DE FASES ........................................... 137
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 137
2 INTRODUÇÃO AOS TRATAMENTOS TÉRMICOS .............................................................. 137
3 AQUECIMENTO.............................................................................................................................. 138
3.1 TEMPERATURA DE AQUECIMENTO................................................................................... 140
3.2 TEMPO DE PERMANÊNCIA ................................................................................................... 142
4 RESFRIAMENTO ............................................................................................................................ 143
RESUMO DO TÓPICO 1................................................................................................................... 144
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 145
TÓPICO 2 — DIAGRAMAS, TEMPO, TRANFORMAÇÃO E TEMPERATURA ................... 147
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 147
2 DIAGRAMAS TRANSFORMAÇÃO-TEMPO-TEMPERATURA ......................................... 147
3 MICROESTRUTURAS DO DIAGRAMA TTT ......................................................................... 149
3.1 PERLITA ....................................................................................................................................... 149
3.2 BAINITA ...................................................................................................................................... 150
3.3 ESFEROIDITA ............................................................................................................................. 152
3.4 MARTENSITA ............................................................................................................................. 153
4 RESFRIAMENTO CONTÍNUO .................................................................................................... 155
5 FATORES QUE AFETAM A POSIÇÃO DA CURVA TTT NOS AÇOS ................................ 158
RESUMO DO TÓPICO 2................................................................................................................... 161
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 162
TÓPICO 3 — TRATAMENTOS TÉRMICOS EM AÇOS ............................................................ 165
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................................ 165
2 RECOZIMENTO .............................................................................................................................. 165
2.1 RECOZIMENTO TOTAL OU PLENO ..................................................................................... 165
2.2 RECOZIMENTO EM CAIXA .................................................................................................... 167
2.3 RECOZIMENTO PARA ALÍVIO DE TENSÕES .................................................................... 167
2.4 RECOZIMENTO SUBCRÍTICO OU ESFEROIDIZAÇÃO .................................................... 168
3 NORMALIZAÇÃO .......................................................................................................................... 169
4 TÊMPERA .......................................................................................................................................... 171
4.1 FATORES IMPORTANTES ........................................................................................................ 171
4.2 ENSAIO JOMINY ....................................................................................................................... 172
5 REVENIDO ....................................................................................................................................... 174
5.1 FRAGILIDADE AO REVENIDO .............................................................................................. 177
6 MARTÊMPERA ................................................................................................................................ 178
7 AUSTÊMPERA ................................................................................................................................. 179
8 PATENTEAMENTO ........................................................................................................................ 180
9 ENDURECIMENTO POR PRECIPITAÇÃO .............................................................................. 181
9.1 TRATAMENTO TÉRMICO DE SOLUBILIZAÇÃO ............................................................... 182
9.2 TRATAMENTO TÉRMICO DE PRECIPITAÇÃO .................................................................. 182
LEITURA COMPLEMENTAR .......................................................................................................... 185
RESUMO DO TÓPICO 3................................................................................................................... 188
AUTOATIVIDADE ............................................................................................................................ 190
REFERÊNCIAS .................................................................................................................................... 193
1
UNIDADE 1 — 
MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO 
MECÂNICA
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
PLANO DE ESTUDOS
A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de:
• entender importâncias dos materiais na evolução da humanidade;
• conhecer as classificações de materiais existentes;
• apreender sobre as características e propriedades dos materiais de 
construção mecânica;
• reconhecer a estrutura cristalina dos materiais metálicos.
 Esta unidade está dividida em quatro tópicos. No decorrer da 
unidade, você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo 
apresentado.
TÓPICO 1 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO 
 MECÂNICA 
TÓPICO 2 – MATERIAIS CERÂMICOS, VIDROS E VITROCERÂMICOS
TÓPICO 3 – MATERIAIS POLIMÉRICOS E COMPÓSITOS 
TÓPICO 4 – ESTRUTURA DOS MATERIAIS METÁLICOS
Preparado para ampliar seus conhecimentos? Respire e vamos 
em frente! Procure um ambiente que facilite a concentração, assim absorverá 
melhor as informações.
CHAMADA
2
3
TÓPICO 1 — 
UNIDADE 1
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS PARA 
CONSTRUÇÃO MECÂNICA
1 INTRODUÇÃO
A História humana está intrinsicamente ligada ao desenvolvimento e 
avanço dos materiais de sua época. As eras passadas de civilizações mais antigas 
estão relacionadas aos tipos de materiais utilizados. A Figura 1 demonstra a 
evolução dos materiais utilizados com o passar das eras.
FIGURA 1 – EVOLUÇÃO DOS MATERIAIS DE ACORDO COM O PERÍODO DA HISTÓRIA
FONTE: Adaptada de Gonçalves e Martins (2008, p. 3)
A pré-história, por exemplo, está dividida em Idade da Pedra Lascada 
(Paleolítico), Idade da Pedra Polida (Neolítico) e Idade dos Metais (Ferro, Cobre e 
Bronze). Assim, desde o surgimento do Homo Habilis (homem habilidoso), acerca de 
2,4 milhões de anos, o homem passou a produzir instrumentos a partir de diversos 
materiais, o diferenciando dos outros animais (SOPHIATI; HEUER, 2013).
Como vimos, a evolução da humanidade como sociedade está ligada aos 
materiais, e é natural que o engenheiro, como um dos principais vetores dessa 
evolução, conheça a fundo os principais conceitos e aplicações dos mais diversos 
tipos de materiais.
Neste tópico, abordaremos os principais materiaisutilizados para a 
construção mecânica e suas principais propriedades.
UNIDADE 1 — MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
4
2 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Os materiais podem ser divididos em dois grandes grupos, como materiais 
metálicos ou não metálicos. Os materiais metálicos costumam se subdividir entre 
ferros e não ferrosos enquanto os materiais não metálicos são subdivididos em 
orgânicos ou não orgânicos. A Figura 2 ilustra esta classificação.
FIGURA 2 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
FONTE: Silva e Avanzi (2011, p. 23)
Além dessa classificação geral, é comum vermos os materiais sendo 
divididos em quatro grandes grupos, por apresentarem propriedades semelhantes 
entre si. E serão esses quatro grandes grupos que veremos a seguir:
• materiais metálicos;
• materiais cerâmicos;
• materiais poliméricos;
• materiais compósitos.
Exatamente com base nessa classificação, é possível verificar uma 
tendência da utilização desses materiais com o passar dos anos e a evolução 
tecnológica desde a antiguidade até os dias atuais.
Já comentamos sobre as eras da pré-história e história da humanidade 
e como esses materiais influenciaram esses períodos. Na figura a seguir, Ashby 
(2005) traça um paralelo temporal demonstrando a importância de cada tipo 
material com o passar dos anos. Importante salientar que a figura não está em 
escala linear, porém é facilmente perceptível a importância relativa que o material 
vem tendo ao longo dos anos.
TÓPICO 1 — CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
5
FIGURA 3 – IMPORTÂNCIA RELATIVA DOS MATERIAIS AO LONGO DOS ANOS
FONTE: Adaptada de Ashby (2005, p. 5)
Como pode ser visualizado na Figura 3, os polímeros naturais e os 
materiais cerâmicos tiveram grande importância nos primórdios da humanidade. 
A partir da descoberta dos metais, sua importância, devido as suas propriedades, 
(que abordaremos mais à frente) foi aumentando gradualmente, quando teve seu 
ápice na década de 1950. É fácil observar que nos dias atuais, apesar da grande 
importância relativa que os metais ainda detêm, há um equilíbrio nessa escala de 
importância entre os demais tipos. Polímeros, compósitos e cerâmicos voltaram a 
ter destaque devido aos avanços tecnológicos, tendo sua importância reconhecida 
nas mais diversas aplicações.
A seguir, veremos a principais propriedades e características de cada 
tipo de material, e poderemos discernir por que cada tipo de material possui 
propriedades únicas que os tornam essenciais em cada aplicação.
3 MATERIAIS METÁLICOS
Ao falarmos de materiais para aplicação em construção mecânica, o 
primeiro que nos vem à mente são os materiais metálicos. Esse tipo de material 
tem características que o tornam o mais versátil para este tipo de aplicação.
Shackelford (2008) nos traz um exemplo de um típico material metálico de 
construção, para elucidar as principais propriedades desta classe de material, o aço 
estrutural. O autor destaca justamente que se trata de um material forte, ou seja, 
possui uma boa resistência mecânica e é facilmente moldado à aplicação. Esse tipo 
de material também possui uma boa ductilidade, isso quer dizer que possui uma 
deformação extensa e permanente, diferentemente dos materiais vitrocerâmicos, 
que são extremamente frágeis, ou seja, não sofrem significativa deformação, não 
possuindo a fase plástica e sofrem ruptura brusca. O gráfico da Figura 4 demonstra 
exatamente a diferença desses dois tipos de comportamento.
UNIDADE 1 — MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
6
FIGURA 4 – GRÁFICO TENSÃO X DEFORMAÇÃO PARA A) UM MATERIAL COM COMPORTAMENTO 
TIPICAMENTE FRÁGIL; E B) UM MATERIAL COM COMPORTAMENTO TIPICAMENTE DÚCTIL
FONTE: O autor
Os metais ainda se destacam por outra característica bastante importante, a 
facilidade de condução de energia, tanto térmica quanto elétrica, ou seja, são ótimos 
condutores de calor e eletricidade. Estas propriedades estão fundamentalmente 
associadas ao seu tipo de ligação, conhecida como ligações metálicas. Basicamente, 
esse tipo de ligação química apresenta subníveis de energia incompletos, onde os 
elétrons estão livres para transitar pela estrutura cristalina, esses elétrons livres das 
ligações metálicas formam o que é chamado de “nuvem de elétrons”.
As ligações metálicas que ocorrem em metais também são responsáveis 
por boa parte das demais características, como ponto de fusão relativamente alto 
e densidade superior se comparado as demais ligações químicas. 
Com relação ao ponto de fusão, a verdade é que os metais apresentam uma 
ampla faixa de pontos de fusão, e isso dependerá da energia de ligação envolvida 
na ligação metálica. O mercúrio (Hg), por exemplo, é o único metal que existe na 
forma líquida à temperatura ambiente e pressão atmosférica, pois apresenta uma 
ligação metálica com baixa energia de ligação, de 68 kJ/mol tendo um ponto de 
fusão de -39 °C, por outro lado, nós temos o tungstênio, com energia de ligação 
de 850 kJ/mol e um ponto de fusão 3410 °C, sendo esse o metal de maior ponto de 
fusão e o segundo ponto de fusão mais alto entre os demais elementos, perdendo 
apenas para o carbono.
Quais são os metais? Para isso, podemos dar uma olhada na Tabela 
Periódica dos elementos químicos da próxima figura. Nela, estão destacados os 
elementos metálicos.
TÓPICO 1 — CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
7
FIGURA 5 – TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS QUÍMICOS, COM DESTAQUE PARA ELEMEN-
TOS METÁLICOS EM CINZA
FONTE: Adaptada de Shackelford (2008, p. 4)
Como é possível observar na Figura 5, os elementos metálicos são a 
maioria dos elementos presentes na tabela periódica dos elementos químicos, com 
aproximadamente 2/3 da quantidade de elementos existentes.
Uma coisa que tem que ficar clara, elemento metálico é diferente de 
material metálico, afinal, a maioria dos materiais metálicos que utilizamos são o 
que chamamos de ligas metálicas, ou seja, é a junção de dois ou mais elementos, 
sendo pelo menos um deles, um elemento metálico, formando, assim, uma 
ligação metálica. O próprio aço é uma liga metálica, sendo composto de ferro (Fe) 
e carbono (C), mas esse é um assunto para outro tópico de outra unidade, em que 
abordaremos a fundo o diagrama Fe-C.
Mais à frente, ainda, nesta unidade, abordaremos a estrutura e os defeitos 
presentes em metais.
8
Neste tópico, você aprendeu que:
• A História humana está intrinsicamente ligada ao desenvolvimento e avanço 
dos materiais de sua época.
• Os materiais estão divididos em quatro grandes grupos:
o materiais metálicos;
o materiais cerâmicos;
o materiais poliméricos;
o materiais compósitos.
• Há um equilíbrio na escala de importância entre os quatro grupos e que cada 
material possui uma aplicação distinta devido as suas características.
• As propriedades de cada material estão intimamente ligadas ao seu tipo de 
ligação atômica.
• Elementos metálicos fazem parte da maioria dos elementos presentes na 
tabela periódica.
• Nos materiais metálicos destacam-se a facilidade de condução de energia, 
tanto térmica quanto elétrica, sua boa resistência mecânica e boa ductilidade.
RESUMO DO TÓPICO 1
9
1 Você aprendeu que os materiais evoluíram com a humanidade ao passar dos 
anos, devido aos avanços tecnológicos. Pode-se dividi-los em quatro grandes 
classes de materiais. Com base no exposto, analise as sentenças a seguir:
I- Cerâmico.
II- Metálicos.
III- Poliméricos.
IV- Compósitos.
V- Plásticos.
Assinale a alternativa CORRETA:
a) ( ) As sentenças I, II, III e IV estão corretas.
b) ( ) As sentenças II, III, IV e V estão corretas.
c) ( ) As sentenças I, III, IV e V estão corretas.
d) ( ) As sentenças I, II, IV e V estão corretas.
2 Dentro das classes de materiais, temos os materiais metálicos que são 
combinações de elementos metálicos com outros elementos. Dessa forma, 
eles estão ligados por um tipo específico de ligações química. Que ligação é 
esta? Disserte sobre ela.
3 Estudamos a importância dos materiais no desenvolvimento da humanidade. 
Podemos dividir essesmateriais em metálicos e não metálicos. Nesse contexto, 
assinale a alternativa CORRETA:
a) ( ) Materiais metálicos apresentam tipicamente um comportamento 
de elevada resistência mecânica e elevada fragilidade, por isso são 
comumente aplicados como materiais para construção mecânica.
b) ( ) Os materiais podem ser divididos em materiais metálicos e não metálicos, 
sendo que a maioria dos elementos presentes na tabela periódica são 
não metálicos.
c) ( ) O aço estrutural é exemplo típico de um material não metálico.
d) ( ) O comportamento tipicamente dúctil aliado a uma boa resistência 
mecânica e uma ampla faixa de pontos de fusão, são características dos 
materiais metálicos.
AUTOATIVIDADE
10
11
TÓPICO 2 — 
UNIDADE 1
MATERIAIS CERÂMICOS, VIDROS E VITROCERÂMICOS
1 INTRODUÇÃO
No tópico anterior, dividimos as matérias em quatro grandes classes, 
inclusive já falamos sobre uma delas. Neste tópico, abordaremos uma nova classe 
de material, que possui importância e aplicação desde os primórdios das espécies 
até aplicações sofisticadas nos dias de hoje, falaremos sobre os materiais cerâmicos.
Por definição, cerâmicos são materiais inorgânicos e não metálicos, que 
possuem em sua composição elementos metálicos e não metálicos, podendo ser 
materiais cristalinos ou semicristalinos.
2 MATERIAIS CERÂMICOS
Para entendermos melhor um material cerâmico, vamos pegar um 
exemplo clássico trazido por Shackelford (2008), o alumínio (Al). Sim, o alumínio 
é um material metálico comum, porém em contato com oxigênio do próprio 
ar atmosférico, ele sofre uma reação de oxidação, formando, assim, o óxido 
de alumínio (Al₂O₃), um material cerâmico. Esse óxido possui características 
comuns aos materiais cerâmicos, como estabilidade química a diversos meios, 
diferente do próprio alumínio que reage com o próprio ar atmosférico, além de 
uma elevada temperatura de fusão, 660 °C para o alumínio metálico enquanto o 
óxido de alumínio possui uma temperatura de fusão de 2020 °C.
Nesse momento você pensa, alta temperatura de fusão e estabilidade 
química, posso utilizar este material em substituição ao alumínio em motores 
automotivos, certo? Não é bem por aí, precisamos analisar as outras propriedades 
deste material.
O Al₂O₃, assim como comumente ocorre nos materiais cerâmicos em geral, é 
um material muito duro, resistente a altas temperaturas e com grande estabilidade 
química, porém extremamente frágil, o que o limita para muitas aplicações estruturais. 
Você se lembra do gráfico na Figura 4(a)? Pois bem, esse é comportamento típico de 
um material cerâmico, apresentando pouca ou nenhuma ductilidade.
Suas características citadas anteriormente se devem à natureza de suas 
ligações químicas, de natureza iônica. Esse tipo de ligação química faz com que os 
materiais cerâmicos sejam ainda excelentes isolantes térmicos, sendo aplicados há 
resistores e capacitores com esta finalidade.
12
UNIDADE 1 — MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
3 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS
Uma classificação bastante comum dos materiais cerâmicos é dividi-los em 
4 categoriais: cerâmicas vermelhas, cerâmicas brancas, vidros e cerâmicas especiais. 
A Figura 6 ilustra alguns tipos de materiais cerâmicos.
FIGURA 6 – DIFERENTES TIPOS DE MATERIAIS CERÂMICOS
FONTE: Silva e Avanzi (2011, p. 83)
Como exemplo de cerâmicas vermelhas temos telhas e tijolos, e como exemplo 
de cerâmicas brancas temos azulejos, sanitários e porcelanas. Ambos os tipos detêm 
em sua composição silicatos hidratados de alumínio, como caulinita, haloisita, 
pirofilita e montmorilonita. A diferença de coloração provém da adição de óxido de 
ferro, que concede ao material uma coloração avermelhada (SILVA; AVANZI, 2011).
Uma classificação mais ampla e bastante utilizada na indústria é classificar 
esses materiais com base em sua aplicação. A Figura 7 apresenta essa classificação.
FIGURA 7 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS QUANTO A SUA CLASSIFICAÇÃO
FONTE: Adaptada do Callister Jr. e Rethwisch (2016, p. 467)
Para entender essa classificação quanto a sua aplicação, apresentada na 
Figura 7, é importante entendermos a estrutura desses materiais.
TÓPICO 2 — MATERIAIS CERÂMICOS, VIDROS E VITROCERÂMICOS
13
4 ESTRUTURA DOS MATERIAIS CERÂMICOS
Os materiais cerâmicos, em escala atômica, são bastante semelhantes aos 
metais, apresentando estrutura cristalina, com átomos ordenados formando um 
retículo cristalino, que se repete através de um padrão regular. Ao mudar o método de 
processamento desses materiais, podemos obter estruturas com arranjos não cristalinos, 
ou seja, não apresentam um ordenamento dos seus átomos (SHACKELFORD, 2008). 
A figura a seguir demonstra esses dois padrões de ordenamento.
FIGURA 8 – COMPARAÇÃO EM ESCALA ATÔMICA DE UMA (A) CERÂMICA CRISTALINA E DE UM (B) 
VIDRO NÃO CRISTALINO. OS CÍRCULOS EM PREENCHIDOS EM PRETO APRESENTAM UM ÁTOMO 
METÁLICO ENQUANTO OS CÍRCULOS VAZADOS REPRESENTAM UM ÁTOMO NÃO METÁLICO
FONTE: Shackelford (2008, p. 6)
4.1 VIDROS
O arranjo atômico não cristalino, encontrado na Figura 8(b), é de um material 
de composição cerâmica, porém devido ao seu arranjo atômico irregular, recebem a 
nomenclatura de vidros. Os vidros compartilham a fragilidade presente nas cerâmicas, 
mas são importantes materiais de engenharia, por apresentaram a capacidade de 
transmissão de luz visível, além de radiação ultravioleta e infravermelho, aliando 
ainda a sua inércia química (SHACKELFORD, 2008).
É importante destacar que os materiais vítreos não se solidificam da 
mesma maneira que os materiais cristalinos, pois não ocorre aquela mudança de 
fase abrupta em uma temperatura de fusão específica. Na verdade, o que ocorre é 
que os materiais vítreos, durante uma faixa de temperaturas, tornam-se cada vez 
mais e mais viscosos, transformando-se em um material sólido não cristalino. Para 
ilustrar esse entendimento, análise a figura a seguir. 
14
UNIDADE 1 — MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
FIGURA 9 – COMPORTAMENTO DO VOLUME ESPECÍFICO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA 
DOS MATERIAIS CRISTALINOS E NÃO CRISTALINOS
FONTE: Callister Jr. e Rethwisch (2016, p. 481)
Ao observar a Figura 9, podemos perceber a diferença do comportamento 
do volume específico em relação à temperatura de ambos os tipos de materiais. 
Analisando o resfriamento de material cristalino, é possível perceber que ao 
atingir a temperatura de fusão (Tf), o material sobre uma queda robusta no seu 
volume específico, isso se deve a sua transformação de fase, pois nesse ponto 
material que antes estava no estado líquido, passa ao estado sólido exatamente 
neste ponto. Em materiais não cristalinos, não observamos esse comportamento 
em um único ponto, pois sua transição se dá durante uma faixa de temperatura, 
de Tf até se tornar um sólido amorfo, na sua temperatura de transição vítrea (Tv). 
Como explicado antes, esse comportamento se dá por o líquido super-resfriado 
(abaixo de sua temperatura de fusão) passa a ter um comportamento cada vez 
mais viscoso, até se transformar em vidro.
4.2 VITROCERÂMICOS
Um material mais avançado, também proveniente das cerâmicas, é o que 
chamamos de vitrocerâmicos. Esses materiais são obtidos para certas composições 
de vidro, por exemplo, os aluminossilicatos de lítio, através de um tratamento 
térmico específico que consiste na cristalização controlada desses materiais, 
contendo fase vítrea residual e fase cristalina.
Esses materiais vitrocerâmicos, muitas vezes atingem resistências mecânicas 
superiores às cerâmicas cristalinas tradicionais além de um baixo coeficiente de 
expansão térmica, sendo esses materiais muito utilizados em aplicações que 
exigem alta resistência mecânica aliado à resistência ao choque-térmico. A Figura 
10 apresenta uma micrografia de um material vitrocerâmico.
TÓPICO 2 — MATERIAIS CERÂMICOS, VIDROS E VITROCERÂMICOS
15
 FIGURA 10 – MICROGRAFIA DE UM MATERIAL VITROCERÂMICO
FONTE: Callister Jr. e Rethwisch (2016, p. 469)
O material vitrocerâmico apresentado na Figura 10 apresentaelevada 
resistência mecânica e alta tenacidade, isso se deve as partículas longas e aciculares 
que estão presentes no material em forma de lâmina.
4.3 CERÂMICAS REFRATÁRIAS
Outra classe importante, amplamente utilizada da indústria, são os 
refratários, mas você sabe o que é um material refratário?
Diante disso, podemos dizer que um material refratário precisa apresentar 
resistência a altas temperaturas e manter sua inércia química. Outra característica 
importante, que é muito desejada em materiais refratários, é o seu isolamento 
térmico, uma vez que sua aplicação se dá a elevadas temperaturas, é interessante 
que ele possua a capacidade de reter a energia em forma de calor dentro de um 
sistema, dificultando a troca de energia térmica com o meio externo.
Refratário: se olharmos a definição no dicionário, encontraremos que é aquilo 
que resiste à ação física ou química. Trazendo essa definição para os materiais, podemos 
dizer que o material refratário é aquele que mantém suas propriedades mesmo a altas 
temperaturas, ou seja, ele mantém, não se funde nem se decompõe a elevadas temperaturas 
(caraterísticas físicas) e ainda se mantém não reativo (características químicas). 
IMPORTANT
E
16
UNIDADE 1 — MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
A aplicação de materiais refratários se dá principalmente no revestimento 
de fornos que necessitam atingir elevadas temperaturas, como no beneficiamento de 
materiais metálicos, na fabricação de vidros, em tratamentos térmicos metalúrgicos 
e na geração de energia (CALLISTER JR.; RETHWISCH, 2016). A Tabela 1 apresenta 
a composição dos principais materiais refratários.
TABELA 1 – COMPOSIÇÃO DE CINCO MATERIAIS REFRATÁRIOS COMUNS
Tipo de 
Material 
Refratário
Composição (%p) Porosidade 
Aparente 
(%)Al₂O₃ SiO₂ Mg Cr₂O₃ Fe₂O₃ Chão TiO₂
Argila 
Refratária 25-45 70-50 0-1 0-1 0-1 1-2 10-25
Argila 
Refratária com 
alto teor de 
alumina
90-50 10-45 0,1 0-1 0-1 1-4 18-25
Sílica 0,2 96,3 0,6 2,2 25
Periclásio 1,0 3,0 90,0 0,3 3,0 2,5 22
Minério 
periclásio-
cromo
9,0 5,0 73,0 8,2 2,0 2,5 21
FONTE: Callister Jr. e Rethwisch (2016, p. 470)
O desempenho do material refratário depende em grande parte da sua 
composição. A porosidade é outra variável microestrutura que deve ser controlada 
para a produção de um refratário adequado. Para se ter uma ideia, muitas propriedades 
desejáveis em um material refratário aumentam com a diminuição da porosidade, 
como a resistência mecânica, a capacidade de suportar carga e a resistência ao ataque 
de materiais corrosivos. Em contrapartida, há aquelas propriedades desejáveis que 
melhoram com o aumento da porosidade, como o isolamento térmico e a resistência 
ao choque térmico. Nesse aspecto, é importante achar um valor ótimo, levando em 
conta as condições de serviço (CALLISTER JR.; RETHWISCH, 2016).
4.4 CERÂMICAS ABRASIVAS
As cerâmicas abrasivas são materiais que apresentam elevada dureza 
e resistência ao desgaste. Devido a essas propriedades, esses materiais são 
aplicados para desgastar, polir ou cortar outros materiais de menor dureza. 
Outra exigência importante para essa aplicação é a tenacidade, pois as partículas 
abrasivas não devem fraturar com facilidade. Outra característica importante é 
que devido ao atrito das forças abrasivas ocorre o aumento da temperatura em 
serviço desses materiais, dessa forma, é interessante que os materiais cerâmicos 
abrasivos apresentem certa refratariedade (CALLISTER JR.; RETHWISCH, 2016). 
A Figura 11 apresenta a microestrutura de um abrasivo cerâmico.
TÓPICO 2 — MATERIAIS CERÂMICOS, VIDROS E VITROCERÂMICOS
17
FIGURA 11 – MICROGRAFIA DE UM MATERIAL ABRASIVO CERÂMICO À BASE DE ÓXIDO DE 
ALUMÍNIO AMPLIAÇÃO 100X
FONTE: Callister Jr. e Rethwisch (2016, p. 470)
Analisando a micrografia da Figura 11, é possível observar os grãos 
de óxido de alumínio (regiões claras), bem como a fase ligante e a porosidade 
(regiões cinzas e escuras, respectivamente).
Diamantes são excelentes materiais abrasivos, porém seu custo inviabiliza 
alguns processos. Como alternativas mais comuns, Callister Jr. e Rethwisch (2016) 
citam a utilização de carbetos de silício ou tungstênio, óxido de alumínio e areais 
de sílica.
18
RESUMO DO TÓPICO 2
Neste tópico, você aprendeu que:
• Os materiais cerâmicos apresentam baixa ou nenhuma deformação plástica, 
porém são materiais extremamente duros, ótimos isolantes térmicos, 
resistentes a altas temperaturas e com grande estabilidade química.
• Os cerâmicos são divididos comumente em cerâmicas vermelhas, cerâmicas 
brancas, vidro e cerâmicas especiais, onde podemos encaixar os materiais 
vitrocerâmicos, que possuem a fase cristalina de um material cerâmico 
tradicional como a fase amorfa de um material vítreo.
• Outra classificação mais ampla e bastante utilizada na indústria é classificar 
esses materiais com base em sua aplicação.
• O vidro é um material de composição cerâmica e estrutura amorfa.
• Materiais não cristalinos, como os vidros, não possuem uma temperatura 
específica de fusão, mas sim uma faixa de temperaturas, que começa a partir 
da temperatura de transição vítrea.
19
1 Você aprendeu que os materiais evoluíram com a humanidade ao passar 
dos anos, devido aos avanços tecnológicos. Hoje, é comum apresentá-los 
em quatro grandes classes. Com base nessa classificação, temos os materiais 
cerâmicos. Com relação aos materiais cerâmicos, classifique V para as 
sentenças verdadeiras e F para as falsas:
( ) Materiais cerâmicos são excelentes condutores térmicos.
( ) Trata-se de um material dúctil, porém é resistente a altas temperaturas.
( ) São normalmente ótimos isolantes térmicos e resistentes a altas 
temperaturas.
( ) São materiais frágeis e inertes quimicamente.
( ) Um típico material cerâmico é resistente mecanicamente e deformável 
plasticamente. 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA:
a) ( ) V – F – F – F – V.
b) ( ) F – F – V – V – F.
c) ( ) F – V – V – V – F.
d) ( ) V – V – F – F – V.
2 Um material cerâmico é semelhante, em nível atômico, a um material 
metálico, pois trata-se de materiais cristalinos, com a diferença de que o tipo 
de ligação iônica presente em um material cerâmico permite a ele algumas 
propriedades, como resistência a altas temperaturas e elevada dureza e 
inércia química superior aos materiais metálicos. Apesar disso, explique 
por que os materiais cerâmicos não são utilizados em motores à combustão, 
por exemplo, no lugar dos materiais metálicos.
3 A composição química e a porosidade são importantes variáveis em materiais 
cerâmicos refratários. Explique de que forma o aumento ou diminuição da 
porosidade pode afetar as propriedades dos materiais refratários.
4 Os materiais cerâmicos são uma importante classe de materiais. Eles 
apresentam vantagens e desvantagens e seu uso irá depender da aplicação. 
Sobre as vantagens do uso de um material cerâmico refratário, assinale a 
alternativa CORRETA:
a) ( ) Alta ductilidade, baixo coeficiente de expansão térmica.
b) ( ) Elevada resistência mecânica, alto coeficiente de expansão térmica.
c) ( ) Elevado ponto de fusão, inércia química a altas temperaturas.
d) ( ) Elevado coeficiente de expansão térmico, resistência ao choque térmico.
AUTOATIVIDADE
20
21
TÓPICO 3 — 
UNIDADE 1
MATERIAIS POLIMÉRICOS E COMPÓSITOS
1 INTRODUÇÃO
Até agora, vimos duas importantes classes de materiais, os cerâmicos e 
os metálicos. Esses materiais possuem suas distinções e semelhanças. Ambos 
possuem ponto de fusão elevado, certa dureza e boa resistência mecânica, porém 
diferem quanto à ductilidade, à maleabilidade e à condução de energia.
Neste tópico, abordaremos outras duas importantes classes de materiais, 
que possuem características distintas dos materiais que vimos até agora. Falaremos 
sobre os materiais poliméricos e sobre os materiais compósitos.
2 MATERIAIS POLIMÉRICOS
Os polímeros são outra importante classificação dentro dos tipos de 
materiais. A palavra “polímero” tem origem no grego, onde“poli” significa 
muitas e “mero” significa partes, fazendo essa junção, obtemos “muitas partes”. 
Isso porque polímeros são macromoléculas, ou seja, várias moléculas conectadas 
em uma cadeia principal.
Ao analisar a cadeia principal de uma macromolécula de polímero, 
podemos ver várias unidades de repetição, chamamos essas unidades de meros, 
que são a unidade básica de repetição em uma cadeia polimérica. Essas unidades 
de repetição têm origem em um monômero, que é a molécula unitária para a 
produção de um polímero. Ficou complicado? Para elucidar esta definição, 
observe a figura a seguir.
FIGURA 12 – MOLÉCULA DE POLIETILENO
FONTE: Adaptada de: <https://bit.ly/3kf3QUU>. Acesso em: 29 jul. 2020.
22
UNIDADE 1 — MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
O polímero apresentado na Figura 12 é uma molécula de polietileno. 
Como é possível observar, o monômero do polietileno é o etileno (C₂H₄), e após 
uma reação que chamamos de polimerização, ocorre a quebra da ligação dupla 
do etileno, gerando moléculas que irão se ligar entre si, formando os meros da 
cadeia polimérica, nesse caso, sua unidade de repetição é (C₂H₄-²)n. Essa unidade 
irá se repetir ao longo da cadeia polimérica formando assim uma macromolécula.
Um polímero, visto do ponto de visto macroscópico, não apresenta 
unicamente uma cadeia polimérica, mas um emaranhado de cadeias poliméricas, 
para o caso citado anteriormente, observe a figura a seguir.
FIGURA 13 – (A) A MOLÉCULA DE ETILENO DA ORIGEM AO (B) POLIETILENO, SENDO REPRE-
SENTADO POR (C) EMARANHADO DE CADEIAS POLIMÉRICAS
FONTE: Adaptada de <https://engenhariadeelite.files.wordpress.com/2015/09/polietileno.jpg>. 
Acesso em: 29 jul. 2020.
Ao observar a Figura 13(c), você pode pensar que parece um prato de 
espaguete, e você não está errado. Essa analogia é comumente utilizada para definir 
boa parte das moléculas de polímeros, com suas longas cadeias emaranhadas.
Você, certamente, a essa altura já deve se perguntar: os polímeros são o 
que chamamos de “plásticos”? A resposta é sim e não.
Polímeros são uma definição bem mais ampla e está associada tanto a 
polímeros naturais quanto à polímeros sintéticos. Os polímeros naturais como a 
celulose, a borracha, as proteínas, entre outros são encontradas na natureza e são 
utilizados pela humanidade, como já vimos há milhares de anos. Já os polímeros 
sintéticos são aqueles criados artificialmente pelo homem, entre esses estão os 
plásticos, tintas, chicletes, entre vários outros. 
São esses polímeros sintéticos que revolucionaram o século XX, devido 
estarem muitas vezes associados a aplicações que necessitam de alta ductilidade, 
vieram justamente a ser substitutos, em algumas aplicações, dos metais, em que 
essa propriedade era requerida. Muitas vezes era alternativa mais leve e de menor 
custo (SHACKELFORD, 2008).
Como vimos, polímeros são macromoléculas formadas a partir de 
um monômero, no entanto, é fácil de imaginar que as propriedades de um 
determinado polímero irão sofrer alterações dependendo do tamanho de sua 
molécula, como a sua massa molar (M). É exatamente essa massa molecular, um 
TÓPICO 3 — MATERIAIS POLIMÉRICOS E COMPÓSITOS
23
fator muito importante ao analisarmos a aplicação para determinado polímero. 
Polímeros que possuem o mesmo monômero, porém apresentam maior massa 
molecular, podem ser usados em diferentes aplicações, pois têm suas propriedades 
melhoradas (por exemplo, sua temperatura de transição vítrea), como podemos 
ver na Figura 14 apresentada por Canevarolo Jr. (2006).
FIGURA 14 – COMPORTAMENTO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DE UM POLÍMERO EM FUNÇÃO 
DE SUA MASSA MOLAR
FONTE: Canevarolo Jr. (2006, p. 21)
Em síntese, podemos dizer que para obtermos um aumento de propriedades 
em um determinado polímero, precisamos obter um polímero de maior massa 
molar. O exemplo mais clássico é o próprio polietileno (PE), que pode ainda ser 
dividido em polietileno de baixa densidade (PEBD) ou polietileno de alta densidade 
(PEAD). Esse último, quando apresentar uma cadeia ainda mais extensa, pode ser 
classificado como polietileno de ultra-alto peso molecular (PEUAPM). O PEUAPM 
possui propriedades muito mais elevadas que os demais polietilenos, com peso 
molar superior a 1 milhão de gramas por mol, podendo chegar até 12 milhões de 
grama por mol. Sendo considerado um polímero de engenharia, pode ser aplicado 
nas mais diversas situações que envolvem desde revestimentos industriais até reforço 
em materiais compósitos na forma de fibras de altíssima resistência (SUZUKI, 2009).
2.1 ESTRUTURA MOLECULAR DOS POLÍMEROS
A cadeia principal de um polímero é formada por várias unidades de 
repetição, essas unidades estão ligadas por meio de ligações atômicas fortes. Essas 
ligações intramoleculares (dentro de uma molécula, nesse caso, uma macromolécula) 
são do tipo covalente. Já as ligações entre as moléculas, ou seja, entre as diversas 
cadeias de um polímero, são ligações secundárias fracas, também chamadas de 
ligações intermoleculares (CANEVAROLO JR., 2006).
As ligações covalentes, comuns em polímeros, envolvem o compartilhamento 
de dois elétrons entre os átomos, sendo caracterizadas por curtas distâncias e altas 
energias. Importante ressaltar que esse tipo de ligação pode ocorrer tanto na cadeia 
principal (CP) quando em ligações de grupos laterais (GL), que são aqueles polímeros 
que apresentam ligações laterais ao eixo principal. A Tabela 2 apresenta algumas 
ligações bastante comuns em polímeros, bem como suas respectivas energias de ligação.
24
UNIDADE 1 — MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
TABELA 2 – LIGAÇÕES COVALENTES COMUNS EM POLÍMEROS
Ligação
Energia 
de ligação 
(Kcal/mol)
Estabilidade 
da ligação 
com relação à 
C-C
Distância de 
ligação (Å)
Exemplo de 
polímero
Posição 
da ligação 
C≡N 213 1,16 PAN GL
C≡C 194 1,20
C=O 171 1,23 Poliéster GL
C=N 147 1,27 CP, GL
C=C 147 1,34 Polidienos CP, GL
C-F 120 1,35 Polifluorados GL
C=S 114 1,71
O-H 111 0,96 Polióis GL
C-H 99 1,09 PE GL
N-H 93 1,01 Náilons GL
Si-O 88 1,64 Siliconas CP
C-O 84 1,43 Poliéster CP, GL
C-C 83 1 ,54 Polietileno PE CP
S-H 81 1,35
C-C1 79 1,77 PVC GL
C-N 70 1,47 Náilons CP
C-Si 69 1,87 Silicona GL
C-S 62 1,81 Borracha vulcanizada S GL
S-S 51 2,04 Ponte de S GL
O-O 33 1,48 Peróxidos CP
FONTE: Adaptada de Canevarolo Jr. (2013, p. 37)
Com base na Tabela 2, é possível ver que as ligações que estão acima da 
ligação C-C (bastante comum em uma cadeia polimérica) são mais estáveis, ou 
seja, apresentam maior energia de ligação. Em contrapartida, as ligações que 
estão mais abaixo, são mais fracas, consequentemente menos estáveis.
Vale também destacar que a energia de ligação é inversamente proporcional 
à distância de ligação, isso quer dizer que quanto menor a distância de ligação, 
maior será a energia envolvida naquela ligação atômica.
2.2 TIPOS DE CADEIAS
As cadeias em um polímero podem se apresentar de três tipos: lineares, 
ramificadas e com ligações cruzadas. A figura a seguir ilustra estes três tipos.
M
ai
s 
es
tá
ve
is
M
ai
s 
in
st
áv
ei
s
TÓPICO 3 — MATERIAIS POLIMÉRICOS E COMPÓSITOS
25
FIGURA 15 – TIPOS DE CADEIAS POLIMÉRICAS
FONTE: Adaptada de <https://docplayer.com.br/12661874-Estrutura-molecular-de-polimeros.html>. 
Acesso em: 29 jul. 2020.
As cadeias lineares são aquelas por apenas uma cadeia principal. Já as 
cadeias ramificadas possuem prolongamentos originados de sua cadeia principal, 
que podem ser tanto constituídas dos mesmos monômeros da cadeira principal, 
quando por outros meros, resultados de uma copolimerização. 
As cadeias com ligações cruzadas são cadeias poliméricas que estão ligadas 
entre si, essas ligações entre cadeias acabam impedindo o livre deslizamento das 
cadeias.
FIGURA 16 – EXEMPLO DE COPOLÍMERO
FONTE: <https://s1.static.brasilescola.uol.com.br/img/2013/06/abs.jpg>. Acesso em: 29 jul. 2020.
Você sabe o que é um copolímero? No processo de polimerização, temos o que 
chamamos de homopolímeros e copolímeros. Os homopolímeros são polímeros de adição 
que possuemo mesmo monômero da cadeia principal, já os copolímeros destacam-se por 
apresentarem monômeros diferentes na cadeia principal, podendo estar dispostos de maneira 
aleatória ou regular. O ABS é um exemplo de copolímero, pois apresenta três monômeros 
diferente, a acrilonitrila, o butadieno e o estireno. Veja a estrutura molecular do ABS na Figura 16.
IMPORTANT
E
26
UNIDADE 1 — MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
2.3 CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS POLIMÉRICOS
Existem inúmeras maneiras de se classificar materiais poliméricos, nós já 
vimos uma delas, que são os polímeros naturais ou sintéticos, nessa classificação 
há ainda aqueles que podemos classificar como semissintéticos, que são resultados 
do processamento químico de polímeros naturais, objetivando a melhoria de suas 
propriedades para aplicações mais nobres. Um exemplo de polímero semissintético 
é a partir do amido de que se podem fabricar dextrinas ou borracha hidrogenada 
(BECERRA, 2015). 
 
Outras classificações são possíveis. Veremos, a seguir, as classificações quanto 
à estrutura química, quanto ao modo de preparação, quanto ao comportamento 
mecânico e quanto ao desempenho mecânico.
2.4 CLASSIFICAÇÃO QUANTO À ESTRUTURA QUÍMICA
Nesta classificação, podemos dividir os polímeros em dois grandes grupos, 
os polímeros de cadeia carbônica e os polímeros de cadeia heterogênea. No caso 
dos polímeros de cadeia heterogênea, eles apresentam na cadeia principal além 
do carbono, outro átomo, denominado heteroátomo. Entre os heteroátomos 
mais comuns estão o oxigênio, o nitrogênio, o enxofre, o silício, entre outros 
(CANEVAROLO JR., 2013).
São exemplos de polímeros de cadeia carbônica: Poliolefinas; Dienos; 
Estirenos; Acrílicos; Clorados; Fluorados; Polivinil ésteres poli (fenol-
formaldeído).
São exemplos de polímeros de cadeia heterogênea: Poliéteres; Poliésteres; 
Policarbonato; Poliamidas; Poliuretanos; Aminoplásticos; Derivados da 
celulose; Siliconas.
• Quanto ao modo de preparação
Os materiais poliméricos frequentemente podem ser classificados quanto 
ao seu método de obtenção. Nessa classificação, eles podem ser divididos em 
polímeros de adição e polímeros de condensação.
Para os polímeros de adição, não há perda de massa durante a polimerização, 
ou seja, ocorre a conversão total de todos os elementos (monômeros) envolvidos 
no processo. Em suma, o peso do polímero formado é a soma do peso de todos 
os monômeros adicionados no processo de polimerização (CANEVAROLO JR., 
2013). Polímeros de adição são normalmente de cadeia carbônica, e temos como 
exemplos o PE, PP, PMMA etc. 
A Figura 17 demonstra a polimerização por adição do PMMA, onde ocorre 
a quebra a ligação dupla entre os carbonos do metilacrilato de metila, permitindo 
a produção do polimetilacrilato de metila (PMMA) por adição.
TÓPICO 3 — MATERIAIS POLIMÉRICOS E COMPÓSITOS
27
FIGURA 17 – POLIMERIZAÇÃO POR ADIÇÃO DO PMMA
FONTE: Adaptada de <https://www.vestibular.uerj.br/wp-content/uploads/2019/02/2019_ED_
Quimica.pdf>. Acesso em: 5 ago. 2020.
Os polímeros de condensação possuem um processo de polimerização 
diferente, na polimerização por condensação, ocorre a reação de dois grupos 
funcionais com a eliminação de moléculas de baixo peso molecular. Como 
exemplo desse tipo de reação, Canevarolo Jr. (2013) cita a polimerização do 
poli (hexametileno adipamida), conhecido como náilon 6,6, em que ocorre uma 
condensação em meio aquoso, em que ocorre a reação do hexametileno diamina 
com o ácido adípico, resultando no sal de náilon 6,6 e a eliminação de água, essa 
reação pode ser observada na figura a seguir.
FIGURA 18 – OBTENÇÃO DO SAL DE NÁILON 6,6 POR CONDENSAÇÃO
FONTE: Canevarolo Jr. (2013, p. 52)
O processo é polimerização é uma reação química responsável pela junção de 
uma grande de número de moléculas (monômeros), produzindo assim uma macromolécula 
(polímero). 
IMPORTANT
E
28
UNIDADE 1 — MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
O sal obtido, que é insolúvel em água, é retirado, secado e polimerizado 
em altas temperaturas, de modo a obter-se o náilon 6,6. 
2.5 CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO COMPORTAMENTO 
MECÂNICO
Os polímeros são classificados quanto ao comportamento mecânico em 
três grandes grupos: plásticos, elastômeros e fibras. Os plásticos, que são materiais 
poliméricos sólidos à temperatura ambiente, apresentam uma subdivisão, em 
termoplásticos e termofixos.
Termoplásticos: são polímeros que podem ser moldados sob condições 
específicas de temperatura e pressão. Eles possuem cadeias lineares ou ramificadas, 
que após receber certa quantidade de energia térmica ou pressão suficiente, 
acabam ficando livres para se movimentar (deslizar) e moldar-se à forma desejada, 
ficando novamente rígidos à temperatura ambiente. O processo de aplicação de 
temperatura e pressão mais de uma vez, sendo, neste caso, polímeros recicláveis 
(CANEVAROLO JR., 2013). 
Podemos citar como exemplo de termoplásticos o polietileno (PE) e o 
policloreto de vinila (PVC). Na tabela a seguir, são apresentados os principais 
termoplásticos encontrados, suas características e aplicações.
TABELA 3 – PRINCIPAIS TERMOPLÁSTICOS, CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES
Nome Características Aplicações
Acrilonitrila-
butadieno-
estireno (ABS)
Excelente resistência 
mecânica, dureza.
Forro para refrigeradores, 
equipamentos para 
jardinagem.
Acrílico
Extremamente transparente; 
propriedades mecânicas 
razoáveis.
Lentes, janelas transparentes 
de aeronaves, material de 
desenho.
Polietileno (PE)
Resistência química; 
isolante elétrico; boa 
dureza; coeficiente de atrito 
relativamente baixo.
Brinquedos, garrafas 
flexíveis, copos, bandejas de 
gelo, embalagens, baldes, 
sacos de lixo, sacos de 
embalagens.
Polipropileno 
(PP)
Resistência à distorção 
a quente e à fadiga; 
quimicamente inerte; 
relativamente barato; pouca 
resistência à luz ultravioleta.
Embalagens de filmes, 
gabinetes de TV, malas, 
cadeiras, poltronas, para-
choques de automóveis.
TÓPICO 3 — MATERIAIS POLIMÉRICOS E COMPÓSITOS
29
Poliestireno 
(PS)
Excelentes propriedades 
elétricas e ópticas; boa 
estabilidade térmica e 
dimensional; relativamente 
barato.
Caixas de bateria, aplicações 
domésticas, brinquedos, 
painéis luminosos, materiais 
descartáveis.
Poliéster
Um dos filmes plásticos 
mais resistentes; resistência 
à fadiga, rasgo, umidade, 
ácidos, graxas, óleos solventes.
Gravações magnéticas, 
roupas, automóveis, 
recipientes para bebidas.
FONTE: Adaptada de Silva e Avanzi (2011, p. 80)
Termofixos ou termorrígidos: são polímeros endurecidos por calor, que 
após aplicação de temperatura ou pressão, amolecem e fluem em um molde. No 
entanto as ligações que se formam durante a cura são ligações cruzadas, e pela 
natureza dessas ligações entre cadeias, após o endurecimento desses polímeros, 
não podem ser mais moldados por temperatura e pressão, permanecendo rígidos. 
Epóxi, baquelite e poliéster são exemplos de polímeros termofixos. A Tabela 4 
traz as principais características e propriedades dos termofixos mais comuns.
TABELA 4 – PRINCIPAIS TERMOFIXOS, PROPRIEDADES E APLICAÇÕES
Nome Características Aplicações
Epóxi
Excelentes combinações entre 
propriedades mecânicas e 
resistência à corrosão; boa adesão; 
relativamente barato; boas 
propriedades elétricas.
Moldes elétricos, tintas 
protetoras.
Poliéster
Excelentes propriedades elétricas; 
baixo custo; pode ser usado em 
altas temperaturas.
Capacetes, ventiladores, 
barcos de fibra de vidro, 
componentes para 
automóveis, cadeiras.
FONTE: Adaptada de Silva e Avanzi (2011, p. 81)
Elastômeros: Canevarolo Jr. (2013) define elastômeros como polímeros 
que possuem um alto grau de deformação à temperatura ambiente, podendo 
deformar-se até duas vezes o seu comprimento original e voltar ao seu tamanho 
inicial após ser retirado o esforço de deformação. Podemos citar a borracha 
vulcanizada como exemplo de elastômero.
Silva e Avanzi (2011) destacam as principais características encontrados 
em elastômeros:
30
UNIDADE 1— MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
• Grande elasticidade.
• Pequena rigidez (pequenas tensões para grandes deformações).
• Alta resiliência (restituição da energia recebida com baixa perda).
Fibras: as fibras nada mais são que termoplásticos orientados no sentido 
longitudinal. Para ser considerado fibra, é necessário satisfazer a condição 
geométrica de comprimentos por diâmetro maior que 100 (L/D > 100). Essa 
orientação preferencial das fibras aumenta a resistência mecânica no sentido 
longitudinal em que estão dispostas. Exemplo de fibras são a poliacrilonitrila 
(PAN), nylons e poliéster (CANEVAROLO JR., 2013).
2.6 CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO DESEMPENHO MECÂNICO
Esta classificação é bastante importante em termos de construção mecânica, 
pois ela leva em conta justamente o desempenho mecânico do polímero quando 
usado como peça. Canevarolo Jr. (2013), demonstra essa divisão em quatro categorias.
• Termoplásticos convencionais
Os termoplásticos convencionais, chamados de commodities, são polímeros 
de fácil processamento com alta produção acarretando baixo custo e possuem 
baixa exigência mecânica. Essa categoria corresponde à cerca de 90% do total de 
produção de polímeros no mundo. Entre os termoplásticos convencionais, temos 
o poliestireno (PS) e o PVC.
• Termoplásticos especiais
A categoria de termoplásticos especiais engloba polímeros com 
propriedades melhores com custos levemente superior. Como exemplo temos o 
copolímero de estireno-acrilonitrila (SAN) e os homopolímeros de politetrafluoro-
etileno (PTFE) e polimetacrilato de metila (PMMA). 
No PTFE, também conhecido pelo seu nome comercial Teflon, possui 
alta estabilidade térmica e química. Já para o PMMA e SAN, a propriedade 
normalmente desejada é a alta transparência.
• Termoplásticos de engenharia
Para esta categoria, temos polímeros aplicados em alguns dispositivos 
mecânicos, como engrenagens e componentes automobilísticos, onde é desejado 
que o polímero tenha excelente estabilidade dimensional, alta resistência mecânica 
e boa tenacidade. Nesta categoria, temos como exemplo as poliamidas (náilons), 
os poliésteres termoplásticos (Polietileno-Tereftalato – PET e Polibutileno-
Tereftalato – PBT) o ABS e as aramidas (que são uma família de polímeros 
derivada do náilon, incluindo Nomex e Kevlar).
TÓPICO 3 — MATERIAIS POLIMÉRICOS E COMPÓSITOS
31
• Termoplásticos de engenharia especiais
Os termoplásticos especiais de engenharia são utilizados em aplicações de 
alta temperatura, para isso, são utilizados polímeros com muitos anéis aromáticos 
na cadeia principal, aumentando sua estabilidade térmica. Nessa categoria, temos 
polímeros com adição de enxofre, como as polisulfonas e o polisulfeto de fenileno 
(PPS), as poliimidas e o polieter-eter-cetona (PEEK). A figura a seguir apresenta o 
monômero do PEEK com seus anéis aromáticos na cadeia principal.
FIGURA 19 – MONÔMERO DE PEEK
FONTE: Ketterman (2016, s.p.)
O PEEK é muito utilizado em implantes ortopédicos devido a sua boa 
resistência à abrasão, baixo coeficiente de atrito e boa biocompatibilidade (EVANS; 
GREGSON, 1998; SANTOS, 2017). Outras aplicações do PEEK é em compósitos 
na indústria aeroespacial e na produção de ferramentas de alto desempenho para 
a perfuração de poços na indústria petrolífera (KETTERMANN, 2016).
3 MATERIAIS COMPÓSITOS
Os materiais compósitos compreendem uma importante classe dentro 
dos materiais, não se trata de uma nova classificação, mas de uma mescla de 
dois tipos de materiais diferentes, aliando dessa maneira propriedades inerentes 
a cada uma das classes em questão.
Não confunda o polímero ABS com o sistema de freios ABS, pois siglas com 
significados diferentes. O polímero ABS já vimos que é a junção dos três monômeros que 
o constituem: a acrilonitrila (A), o but-1,3-dieno (B), e o estireno (S, do inglês styrene). Já 
o sistema de freios ABS vem do inglês anti-lock braking system. Apesar do polímero ABS 
também possuir aplicação na indústria automobilística, como nos painéis dos automóveis, 
são duas definições totalmente diferentes.
ATENCAO
32
UNIDADE 1 — MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
3.1 COMPÓSITOS REFORÇADOS COM FIBRA
Um exemplo bastante comum de um material compósito é a fiberglass (fibra 
de vidro). Esse material fibroso atua como reforço e está disposto em uma matriz 
polimérica, deste modo, ele apresenta a alta resistência mecânica proveniente das 
fibras e a boa ductilidade devido a sua matriz polimérica. A Figura 20 apresenta 
uma microscopia de um compósito de fibra de vidro.
FIGURA 20 – COMPÓSITO DE FIBRA DE VIDRO
FONTE: Adaptada de Shackelford (2008)
Os compósitos por fibra-vidro são utilizados para uma gama de aplicações, 
podendo ter propriedades diferentes dependendo do polímero utilizado como 
matriz e do tipo fibra de vidro utilizado. A Tabela 5 descreve a composição de 
fibras de vidros mais comuns e suas características.
TABELA 5 – COMPOSIÇÃO DE FIBRAS DE VIDRO COMUNS 
Nome Característica
Composição (% p)
SiO₂ Al₂O₃ + Fe₂O₃ CaO MgO Na₂O K₂O B₂O₃ TiO₂ ZrO₂
Vidro-A
Sílica de 
cal de soda 
comum
72 <1 10 14
Vidro-AR
Resistente a 
bases alcalinas 
(para reforço 
de concreto)
61 <1 5 <1 14 3 7 10
Vidro-C
Resistente 
à corrosão 
química
65 4 13 3 8 2 5
TÓPICO 3 — MATERIAIS POLIMÉRICOS E COMPÓSITOS
33
Vidro-E Composição elétrica 54 15 17 5 <1 <1 8
Vidro-S
Alta 
resistência e 
alto módulo
65 25 10
FONTE: Adaptada de Shackelford (2008, p. 316)
Dentre os tipos de vidro utilizados para a produção da fibra, podemos 
destacar como mais utilizado, o vidro-E, em que a letra E vem de tipo elétrico, 
pois apresenta pouco sódio em sua composição, ocasionando uma baixa 
condutividade elétrica, além de apresentar durabilidade química proveniente de 
sua composição de borossilicato (SHACKELFORD, 2008). 
As fibras ainda podem estar dispostas de três maneiras distintas na matriz 
polimérica, podendo ser:
• Fibras contínuas. 
• Fibras curtas.
• Tecido tramado.
A Figura 21 ilustra essas três configurações.
FIGURA 21 – TRÊS CONFIGURAÇÕES DE FIBRA COMUNS PARA REFORÇO DE COMPÓSITO: (A) 
FIBRAS CONTÍNUAS, (B) FIBRAS CURTAS E (C) TECIDO TRAMADO
FONTE: Adaptada de Shackelford (2008, p. 317)
Ao observar a figura anterior, é preciso fazer algumas observações 
com relação ao acréscimo de resistência mecânica obtido pela fibra de vidro. É 
importante salientar que temos uma resistência mecânica maior obtidas para fibras 
alinhadas e contínuas. No entanto, essa resistência só é máxima na direção paralela 
ao eixo das fibras, ou seja, a resistência mecânica para este tipo de fibra é altamente 
anisotrópica, ela irá variar conforme a direção de aplicação da carga. Já para as 
demais configurações, temos uma melhor distribuição das direções das fibras, em 
que temos então uma isotropia da resistência mecânica, sendo esta a mesma em 
todas as direções.
A Tabela 6 apresenta uma relação dos materiais mais comuns utilizados 
como matriz polimérica para fibra vidro.
34
UNIDADE 1 — MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
TABELA 6 – COMPOSIÇÃO DE FIBRAS DE VIDRO COMUNS 
Polímero Características e aplicações
Termofixos
Epóxis Alta resistência (para recipientes feitos por bobinagem)
Poliésteres Para estruturas gerais (normalmente, reforço de tecido)
Fenólicos Aplicações em altas temperaturas
Silicones Aplicações elétricas (por exemplo, placas de circuito impresso)
Termoplásticos
Náilon 66
Policarbonato
Poliestireno
Menos comuns, ductilidade especialmente boa
FONTE: Adaptada de Shackelford (2008, p. 317)
3.2 MADEIRA – COMPÓSITO NATURAL
Claramente, os materiais compósitos não foram nenhuma invenção 
humana, na verdade eles estão na Terra muito antes de nós, e o maior exemplo 
disso é da madeira. 
A madeira é um compósito natural reforçado com fibras e pode ser dividido 
em dois grupos, as madeiras moles e as madeiras duras. Apesar das madeiras 
moles apresentarem uma relativa menor resistência mecânica, essa diferenciação 
se dá em virtude de sua sazonalidade. As madeiras moles provêm de plantas 
perenes,com folhas tipo agulha e sementes expostas, já madeiras duras provêm 
de plantas decíduas, que perdem suas folhas anualmente e possuem sementes 
cobertas (SHACKELFORD, 2008). A Figura 22 apresenta uma representação 
esquemática da microestrutura de uma madeira mole.
TÓPICO 3 — MATERIAIS POLIMÉRICOS E COMPÓSITOS
35
FIGURA 22 – (A) FIGURA ESQUEMÁTICA DA MICROESTRUTURA DE UMA MADEIRA MOLE. AS 
CARACTERÍSTICAS ESTRUTURAIS SÃO: TT, FACE DA SEÇÃO TRANSVERSAL; RR, FACE RADIAL; 
TG, FACE TANGENCIAL; AR, ANEL ANUAL; S, MADEIRA PRECOCE (PRIMAVERA); SM, MADEIRA 
TARDIA (VERÃO); WR, RAIO DA MADEIRA; FWR, RAIO FUSIFORME DA MADEIRA; VRD, DUTO 
VERTICAL DE RESINA; HRD, DUTO HORIZONTAL DE RESINA; BP, PONTUAÇÕES AREOLADAS; 
SP, PONTUAÇÕES SIMPLES; E TR, TRAQUEÍDES. (B) MICROGRAFIA ELETRÔNICA DE VARREDU-
RA MOSTRANDO A MICROESTRUTURA DO PINHO-DO-SUL (A 45X)
FONTE: Adaptada de Shackelford (2008, p. 320)
A microestrutura de uma madeira é semelhante à de um compósito 
sintético, cuja madeira apresenta algumas células radiais e outras longitudinais, 
em que as paredes da célula são compostas por celulose. Nas madeiras, são essas 
células que fazem o papem da fibra de vidro que vimos anteriormente, sendo 
responsável pela resistência mecânica do compósito. Essas células estão imersas 
em uma matriz de lignina e hemicelulose, cuja lignina é um polímero em rede de 
fenol-propano e a hemicelulose é a celulose polimérica (SHACKELFORD, 2008). 
A Figura 23 demonstra a macroestrutura da madeira.
FIGURA 23 – MACROESTRUTURA DA MADEIRA
FONTE: Adaptada de Shackelford (2008, p. 320)
Analisando ao Figura 23, é fácil observar que a madeira, assim como nas 
fibras de vidro longitudinais, apresenta uma anisotropia em sua macroestrutura, 
dessa forma, a resistência mecânica máxima de um compósito de madeira está 
orientado conforme o eixo de suas fibras longas e longitudinais. Vale destacar que 
as propriedades mecânicas da madeira sofrem influência do nível de umidade 
atmosférica.
36
UNIDADE 1 — MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
3.3 COMPÓSITOS AVANÇADOS
Os chamados compósitos avançados incluem os materiais que possuem 
um reforço diferente da fibra de vidro tradicional, tendo avançado muito após a 
Segunda Guerra Mundial e com corrida espacial dos anos 1960. Para compósitos 
de matriz polimérica, podemos citar os materiais produzidos com reforços de fibra 
de carbono e com poliparafenileno tereftalamida P (PPD-T), também conhecido 
comercial como Kevlar. As fibras de carbono possuem diâmetros que variam entre 
4 a 10 μm (SHACKELFORD, 2008).
Os polímeros termofixos são os mais tradicionais usado como matriz, como 
epóxis e poliésteres. Shackelford (2008) destaca que os polímeros reforçados com 
fibras de C e Kevlar são utilizados em aplicações de vasos de pressão. As matrizes 
de PEEK e PPS, por apresentarem resistência a altas temperaturas, são comumente 
utilizadas em aplicações aeroespaciais, com o reforço de fibra de C. 
Claro que, apesar de bastante usual, não existem apenas compósitos de 
matriz polimérica. A Tabela 7 apresenta alguns sistemas de matriz/reforço de alguns 
compósitos avançados.
TABELA 7 – COMPOSIÇÃO DE FIBRAS DE VIDRO COMUNS 
Tipo Fibra/Matriz
Matriz polimérica
Para-aramida (Kevlar)/epóxi
Para-aramida (Kevlar)/poliéster
C (grafite)/epóxi
C (grafite)/poliéster
C (grafite)/poliéter-éter-cetona (PEEK)
C (grafite)/sulfeto de polifenileno (PPS)
Matriz metálica
B/Al
C/Al
Al₂O₃/Al
Quer mais um exemplo de material compósito estrutural natural e extremamente 
importante? Uma dica é um material composto por cerca 43% em peso de um material 
cerâmico chamado hidroxiapatita e 36% em peso de colágeno, que é um polímero natural, 
além de líquidos viscosos. Bom, talvez agora você já tenha adivinhado! Se não, vai mais uma 
dica, faz parte do corpo humano! Acho que agora ficou fácil, não é?! Isso mesmo, o osso natural 
é um compósito e este material é considerado um dos principais materiais de construção da 
natureza devido as suas propriedades mecânicas adequadas aliadas à sua capacidade de se 
reparar e remodelar.
INTERESSA
NTE
TÓPICO 3 — MATERIAIS POLIMÉRICOS E COMPÓSITOS
37
Al₂O₃/Mg
SiC/Al
SiC/Ti (ligas)
Matriz cerâmica
Nb/MoSi₂
C/C
C/SiC
SiC/Al₂O₃
SiC/SiC
SiC/Si₃N₄
SiC/Li–Al–silicato (vitrocerâmica)
FONTE: Adaptada de Shackelford (2008, p. 318)
Os compósitos de matriz metálica são utilizados em aplicações que as 
condições de temperatura, condutividade e esforço mecânico são demandadas, e 
as matrizes de polímero não conseguiriam desempenhar sua função. Shackelford 
(2008) cita o exemplo da matriz metálica de alumínio, que quando reforçada com 
boro, é utilizada em ônibus espacial e ao ser reforçada com carbono, é utilizada 
no telescópio Hubble.
Não menos importantes, os compósitos de matriz cerâmica são utilizados 
em aplicação que se exigem uma resistência superior a elevadas temperaturas, 
como o compósito carbono-carbono, que possui alto módulo de elasticidade e alta 
resistência mecânica. Esse material está utilizado em aplicações espaciais como 
blindagens protetivas para veículos de reentrada e também em automóveis de 
alto desempenho, como materiais resistentes à fricção (SHACKELFORD, 2008).
3.4 COMPÓSITOS AGREGADOS
Outro tipo de material compósito que é importante mencionar, são dos 
compósitos agregados. Afinal, nem todos os compósitos são produzidos com 
reforço de fibras, alguns compósitos são reforçados com partículas, esse é o caso 
dos compósitos agregados, em que podemos citar o concreto como exemplo. A 
Figura 24 mostra a macroestrutura do concreto.
FIGURA 24 – MACROESTRUTURA DE CONCRETO
FONTE: Mehta e Monteiro (1994, p. 22)
38
UNIDADE 1 — MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO MECÂNICA
O concreto é produzido por dois particulados distintos, a brita, que é 
denominada o agregado grosso, e areia, que é o agregado fino, tudo isso envolto 
em uma matriz de aluminossilicato de cálcio, que é o famoso cimento. Esse cimento, 
para o concreto moderno, é o cimento Portland. A matriz é formada pela adição 
de água ao pó de cimento e essa reação de hidratação complexa é que endurece 
o cimento e produz a ligação química da matriz com as partículas agregadas 
(SHACKELFORD, 2008).
39
RESUMO DO TÓPICO 3
Neste tópico, você aprendeu que:
• Os materiais poliméricos são macromoléculas que se repetem em uma longa 
cadeia polimérica.
• As propriedades de um polímero aumentam de acordo com o acréscimo de 
sua massa molar.
• As ligações químicas em uma cadeia polimérica são fortes do tipo covalente 
enquanto as ligações entre cadeias são ligações fracas.
• Polímeros podem ser tanto naturais como sintéticos e podem ser classificados de 
diversas formas, tanto pela estrutura química, quanto ao modo de preparação, 
quanto ao comportamento mecânico e quanto ao desempenho mecânico.
• Materiais compósitos são uma mescla de dois tipos de materiais diferentes.
• A madeira e o osso natural são exemplos de materiais compósito estruturais 
produzidos pela natureza.
• Compósitos são formados por uma matriz e um reforço, que pode ser muitas 
vezes fibroso ou particulado.
• As matrizes podem ser tanto de origem polimérica, metálica ou cerâmica.
40
1 Você aprendeu que os materiais evoluíram com a humanidade ao passar 
dos anos, devido aos avanços tecnológicos. Hoje, é comum apresentá-los 
em quatro grandes classes. Sobre a classificação dos tipos de materiais e as 
suas principais propriedades, associe os itens, utilizando o código a seguir:
I- Cerâmico.
II- Metálico.
III- Polimérico.
IV- Compósito
( ) Excelente condutor térmico e elétrico.
( ) Ótimo isolante térmico e resistente à altas temperaturas.
( ) Material dúctil porém não resistente à altas temperaturas.
( ) Material frágil e inerte quimicamente.
( ) Material resistente mecanicamente e deformável plasticamente. 
( ) Material que possui em sua composição mais de um tipo de material.
( ) O aumento de sua massa molecular provoca aumento em suas 
propriedades.
( ) Normalmente reforçado por fibras ou materiais particulados.