TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

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TECNOLOGIA 
DOS MATERIAIS
Ronei Stein
Materiais compósitos
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Definir material compósito, os componentes principais e suas várias 
classificações.
 � Descrever a função do material particulado (fibra) e da matriz (resina) 
e o nome das várias formas de cada um. 
 � Descrever o processamento de compósitos reforçados com fibras.
Introdução
Os compósitos (ou também conhecidos como compostos) compreen-
dem uma classe de materiais que a cada dia ganham mais importância 
tecnológica. Quando um material é preparado usando materiais de na-
tureza distinta, é denominado compósito, logo, podem ser encontrados 
na natureza ou ser sintetizados. A partir dessa definição, fica evidente a 
infinidade de estruturas e instrumentos que podem ser desenvolvidas com 
compósitos, o que explica a dependência da humanidade para com esses 
materiais, bem como a pertinência de seu estudo e desenvolvimento. 
Neste capítulo, você vai estudar sobre os materiais compósitos, sua 
definição e classificação, bem como a função da fase dispersa e da matriz. 
Além disso, serão apresentados os principais processos de fabricação 
desses materiais.
Compósitos – definições gerais
Muitas das nossas tecnologias modernas exigem materiais com combinações 
não usuais de propriedades que não podem ser atendidas pelas ligas metáli-
cas, pelos materiais cerâmicos e pelos materiais poliméricos convencionais. 
Exemplo disso são os materiais necessários para a aplicação aeroespacial, 
subaquáticas e de transporte. 
Mas, afinal, o que é um material compósito? De acordo com Callister e 
Rethwisch (2013), não existe uma definição unanimemente aceita. O termo 
“compósito” deriva de “composto”, ou seja, qualquer coisa formada por partes 
(ou constituintes) diferentes. Esses materiais podem tanto ser naturais (madeira, 
osso) como artificiais, os quais englobam uma vasta lista.
Em relação à escala atômica, algumas ligas metálicas e alguns materiais 
poliméricos também podem ser considerados materiais compósitos, uma vez 
que são formados por agrupamentos atômicos diferentes. As combinações e 
as faixas das propriedades dos materiais foram, e ainda estão sendo, amplia-
das através do desenvolvimento de materiais compósitos. Juntando-se dois 
materiais, objetiva-se uma melhor combinação de propriedades. 
Compósitos: são materiais formados pela união de outros materiais com o objetivo 
de se obter um produto de maior qualidade. A síntese de materiais compósitos se 
dá por misturar compostos de naturezas diferentes com o intuito de imprimir novas 
propriedades aos materiais.
A importância dos compósitos no campo da Engenharia se deve ao fato 
de que, ao combinar dois ou mais materiais diferentes, pode-se obter um 
material compósito cujas propriedades são superiores, ou até ́ mesmo me-
lhores, em alguns aspectos, às propriedades de cada um dos componentes. 
Pertencem, portanto, a esta categoria uma enorme quantidade de materiais 
(CALLISTER, 2014).
Muitos materiais compósitos são compostos por apenas duas fases. A 
fase matriz é contínua e envolve a outra fase, chamada fase dispersa (ou 
material tipo reforço). Dessa forma, a matriz preenche os espaços vazios 
que se estabelecem entre os materiais reforços, enquanto esse material reforço 
irá garantir as propriedades químicas e físicas do compósito. Ou seja, as 
propriedades dos compósitos são uma função das propriedades das duas fases 
constituintes, das suas quantidades relativas e da geometria da fase dispersa, 
conforme a Figura 1 a seguir. 
Materiais compósitos2
Figura 1. Diversas características geométricas e espaciais das partículas da fase dispersa 
que podem influenciar as propriedades dos compósitos: (a) concentração, (b) tamanho, 
(c) forma, (d) distribuição e (e) orientação.
Fonte: Callister (2014).
As matrizes podem ser divididas quanto ao tipo:
 � Compósito de matriz polimérica (CMP).
 � Compósito de matriz metálica (CMM).
 � Compósito de matriz cerâmica (CMC).
Quanto à forma da fase dispersa, estas podem ser divididas em partículas, 
fibras e estrutural. Para compreender melhor esta divisão, a Figura 2 a seguir 
apresenta um esquema de classificação para os vários tipos de compósitos.
3Materiais compósitos
Figura 2. Esquema de classificação para os vários tipos de compósitos.
Fonte: Adaptado de Callister e Rethwisch (2013).
Segundo Callister e Rethwisch (2013), os compósitos com partículas gran-
des e os compósitos reforçados por dispersão são as duas subclassificações 
dos compósitos reforçados com partículas. A diferença entre estas está nos 
mecanismos de reforço ou de aumento de resistência. O termo grande é usado 
para indicar que as interações partícula-matriz não podem ser tratadas do nível 
ou ponto de vista atômico ou molecular. Para a maioria desses compósitos, a 
fase particulada é mais dura e mais rígida do que a fase matriz. 
 � Partículas grandes: alguns materiais poliméricos, aos quais foram 
adicionados enchimentos, são, na realidade, compósitos com partículas 
grandes. Os enchimentos modificam ou melhoram as propriedades do 
material e/ou substituem parte do volume utilizando um material mais 
barato, servindo como enchimento. 
O concreto é um exemplo de material compósito com partículas grandes. Este é 
composto por cimento (matriz) mais a areia e brita (usados como particulados).
 � Compósitos reforçados por dispersão: os metais e as ligas podem ter 
sua resistência aumentada e podem ser endurecidos mediante a dispersão 
uniforme de uma determinada porcentagem volumétrica de partículas 
finas de um material inerte e muito duro. No caso, a fase dispersa pode 
ser metálica ou não metálica. 
Materiais compósitos4
 � Compósitos reforçados com fibras: o objetivo dos projetos com este 
tipo de material é aumentar a resistência e/ou rigidez elevadas em relação 
ao peso do material. Em relação aos compósitos com fibras contínuas 
e alinhadas, a resposta mecânica depende de diversos fatores, como 
os comportamentos tensão-deformação das fases fibra e matriz, as 
frações volumétricas das fases e, além disso, direção na qual a tensão 
ou carga está sendo aplicada. Já em relação aos compósitos com fibras 
descontínuas e alinhadas, estas estão se tornando cada vez mais comuns 
no mercado comercial. As fibras de vidro picadas são os reforços desse 
tipo usados com maior frequência. 
 � Compósitos estruturais: os avanços dos compósitos criaram novas 
oportunidades para estruturas de alto desempenho e com baixo peso, 
favorecendo o desenvolvimento de sistemas estratégicos, como na área 
de mísseis, foguetes e aeronaves de geometrias complexas.
Diferença entre fase fibra e fase matriz
Em relação à fase fibra, de acordo com Callister (2002) e Askeland e Wright 
(2014), tecnologicamente, os compósitos mais importantes são aqueles nos 
quais as fases dispersas estão na forma de fibras. As metas de compósitos 
reforçados com fibra incluem alta resistência mecânica e/ou rigidez numa 
base de peso. Essas características estão expressas em termos dos parâme-
tros resistência mecânica específica e módulo específico, que correspondem, 
respectivamente, às razões de resistência mecânica para massa específica e 
módulo de elasticidade para massa específica. Em relação ao diâmetro e à sua 
natureza, as fibras são agrupadas em três classificações distintas, sendo estas:
 � Uísqueres: consistem em monocristais muito finos com razões compri-
mento-diâmetro extremamente grandes. Como apresentam pequenas 
dimensões, estes possuem elevado grau de perfeição cristalina e estão 
virtualmente livres de defeitos, o que lhes fornece uma resistência 
muito elevada. Esses materiais incluem a grafita, o carbeto de silício, 
o nitreto de silício e o óxido de alumínio. 
 � Fibras: podem ser materiais policristalinos ou amorfos e têm peque-
nos diâmetros. Esses materiais fibrosos são geralmente polímeros ou 
cerâmicas, como o vidro, o carbono, o boro, o óxido de alumínio e o 
carbetode silício. 
5Materiais compósitos
 � Arames: os arames finos têm diâmetros relativamente grandes. Dentre 
os materiais típicos que compõem essa classe, estão incluídos o aço, o 
molibdênio e o tungstênio. Os arames são utilizados como um reforço 
radial de aço nos pneus de automóveis (Figura 3), nas carcaças de mo-
tores e jato enroladas com filamentos e em mangueiras de alta pressão 
enroladas com arame. 
Figura 3. Exemplo de fibra em forma de arames em um pneu.
Fonte: ja-images/Shutterstock.com.
Apesar das altas resistências, os uísqueres não são utilizados em grande escala como 
meio de reforço, pois são extremamente caros. Além do mais, é difícil e impraticável 
incorporar uísqueres ao interior de uma matriz.
Em se tratando da fase matriz dos compósitos com fibras, esta pode ser 
feita a partir de metais, polímeros ou cerâmicas. Normalmente, os metais e 
os polímeros são usados como materiais da matriz, quando características de 
ductilidade são desejáveis. Em se tratando dos compósitos com matriz à base 
de material cerâmico, o componente de reforço é adicionado para melhorar a 
tenacidade à fratura (CALLISTER, 2014).
Materiais compósitos6
Mas quais as funções da fase matriz em relação aos compósitos reforçados 
com fibras? Callister (2014) ressalta que a matriz é responsável por ligar as 
fibras umas nas outras, atuando como um meio do qual uma tensão aplicada 
externamente é transmitida e distribuída para as fibras. É fundamental que 
o material da matriz seja dúctil, além do módulo de elasticidade da fibra ser 
muito maior do que aquele exibido pela matriz. 
Como segunda função da matriz, cita-se a de proteção das fibras individuais 
contra danos na sua superfície em decorrência de um processo de abrasão 
mecânica ou de reações químicas com o meio ambiente. Esses defeitos podem 
formar trincas, que podem levar a falhas, mesmo quando se têm baixos níveis 
de tensão de tração. 
Como terceira função da matriz, esta serve para separar as fibras umas das 
outras e, devido à relativa baixa dureza e plasticidade, previne a propagação 
de trincas frágeis de uma fibra para outra fibra, o que pode causar uma grande 
falha. É importante frisar que as forças de ligação entre a fibra e a matriz 
devem ser grandes, para minimizar a extração das fibras dentro da matriz. 
A resistência final do compósito depende em grande parte da magnitude da 
força de ligação, essencial para maximizar a transmitância da tensão de uma 
matriz fraca para as fibras mais fortes (CALLISTER, 2014).
Compósitos com matriz de polímeros e com matriz 
metálica
Conforme mencionado anteriormente, na fase matriz dos compósitos com 
fibras, podem ser feitos a partir de polímeros, metais ou cerâmicas, sendo os 
dois primeiros os mais utilizados. Os compósitos com matriz de polímero 
(CMPs) consistem em uma resina polimérica como a fase matriz e em fibras 
como o meio de reforço. Esses materiais têm uma ampla aplicabilidade em 
diferentes quantidades, em função das suas propriedades à temperatura am-
biente, da sua facilidade de fabricação e do custo. Existem vários tipos de 
compósitos com matriz de polímero, sendo estas:
 � compósitos poliméricos reforçados com fibra de vidro;
 � compósitos poliméricos reforçados com fibras de carbono;
 � compósitos poliméricos reforçados com fibras aramidas: as fibras ara-
midas consistem em materiais de alta resistência e com alto módulo de 
elasticidade, sendo muito desejáveis devido à relação resistência-peso, 
os quais são superiores àquelas exibidas pelos metais;
7Materiais compósitos
 � outros materiais para reforço com fibra: em menor intensidade, são 
utilizados o boro, o carbeto de silício e o óxido de alumínio; 
 � materiais para matrizes poliméricas: as resinas mais amplamente 
utilizadas e as mais baratas são os poliésteres e os ésteres vinílicos. 
Esses materiais de matrizes são usados principalmente para compor os 
compósitos reforçados com fibras de vidro. Como se tem um grande 
número de formulações de resinas, consequentemente se tem uma ampla 
variedade de propriedades para esses polímeros.
Em relação aos compósitos com matriz metálica (CMM), como o pró-
prio nome remete, a matriz é um material dúctil. Esses materiais podem ser 
utilizados em temperaturas de serviço mais elevadas do que seus metais-base 
análogos, além disso, o reforço pode melhorar a rigidez específica, a resistência 
específica, a resistência à abrasão, a resistência à fluência, a condutividade 
térmica e a estabilidade dimensional (CALLISTER, 2014).
Entre as vantagens do uso de compósitos com matriz metálica em relação aos com-
pósitos com matriz à base de polímeros, pode-se citar: operação em temperaturas 
mais elevadas, sua não inflamabilidade e sua maior resistência contra a degradação 
por fluidos orgânicos. 
Porém, os compósitos com matriz metálica são mais caros do que os CMPs, desta 
forma, os CMMs apresentam usos restritos.
Processamento dos compósitos 
reforçados com fibras
Na fabricação de plásticos reforçados com fibras contínuas, as quais atendam 
as especificações de projetos, as fibras devem estar distribuídas uniformemente 
no interior da matriz plástica, e, na maioria dos casos, também devem estar 
orientadas virtualmente na mesma direção. Entre as técnicas de processa-
mento de compósitos reforçados com fibras, estas podem ser de molde aberto 
ou fechado. Dentre os processos abertos, pode-se mencionar: processo de 
deposição manual, pulverização, pultrusão e enrolamento de filamentos.
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 � Processo de deposição manual: este é o processo mais simples, sendo 
que, primeiramente, aplica-se um revestimento de gel ao molde aberto. 
O reforço de fibras de vidro, o qual consiste normalmente num tecido ou 
manta, é, em seguida, colocado manualmente no molde. A resina plástica 
misturada aos catalisadores e aceleradores é então vazada ou aplicada 
com o auxílio de um pincel grosso, ou pulverizada (spray). Por meio 
da passagem de rolos, faz-se com que a resina molhe completamente o 
reforço, removendo-se o ar que possa ter ficado aprisionado, conforme 
se vê na Figura 4 a seguir (SMITH; HASHEMI, 2012).
Figura 4. Método de deposição manual para a moldagem de materiais 
compósitos de matriz plástica reforçada por fibras.
Fonte: Smith e Hashemi (2012).
 � Processo spray (ou também conhecido como pulverização): é seme-
lhante ao método de deposição manual e pode ser usado para se obter 
cascos de barcos, banheiras e bases de chuveiro e outras formas de 
médio ou grande tamanho. Caso se use fibra de vidro, o processo 
consiste na deposição simultânea, sobre um molde de resina (com 
catalisadores) e de pedaços de feixes de fibras, usando-se para tal uma 
pistola de corte e projeção, a qual é alimentada por multifio de feixes 
contínuos (SMITH; HASHEMI, 2012). A Figura 5 a seguir apresenta 
uma ilustração deste processo.
9Materiais compósitos
Figura 5. Método de spray para moldagem de materiais compósitos de matriz 
plástica reforçada por fibras.
Fonte: Smith e Hashemi (2012).
 � Enrolamento de fios: outro processo de molde aberto, importante para 
a fabricação de tubos cilíndricos de elevada resistência, é o processo de 
enrolamento de fio. Nesse processo, a fibra é alimentada por meio de 
um banho de resina e enrolada em volta de um mandril de dimensões 
adequadas. Após ter se aplicado o número de camadas considerado 
suficiente, o enrolamento realizado sobre o mandril é sujeito à cura, 
realizada à temperatura ambiente ou à temperatura mais elevada, em 
uma estufa. A peça moldada é depois extraída do mandril, conforme 
se vê na Figura 6 a seguir.
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Figura 6. Processo de enrolamento de fio para a fabricação de materiais compósitos 
de matriz plástica reforçada por fibras.
Fonte: Smith e Hashemi (2012).
Em relação aos processos de molde fechado para plásticos reforçados 
com fibras, pode-se citar: moldagem por compressão e moldagem por inje-
ção, processo de moldagem de folha (MF), processo de pultrusão contínua e 
prepreg.A seguir serão explicadas as duas últimas técnicas, por serem mais 
comumente utilizadas.
 � Pultrusão: processo usado para a fabricação de plásticos reforçados 
por fibras, com a forma de perfis de seção constante, tais como vigas, 
calhas, tubos cilíndricos ou com outras seções. Incialmente, as mechas 
ou cabos de fibra são impregnados com uma resina termofixa, as quais 
são estiradas por meio de um molde de aço, o qual pré-conforma a peça 
de acordo com a forma desejada. Posteriormente, a peça passa por um 
molde de cura que é usinado com precisão, dando à peça sua forma final. 
Esse material também é aquecido, visando a dar início ao processo de 
cura da matriz. A Figura 7 a seguir ilustra o processo (CALLISTER, 
2014; SMITH; HASHEMI, 2012).
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Figura 7. Processo de pultrusão.
Fonte: Smith e Hashemi (2012).
Para saber na prática como ocorre o processo de pultrusão, 
assista o vídeo disponível no link ou código a seguir.
https://goo.gl/yqYgxe 
 � Prepreg: este provavelmente é o material compósito mais largamente 
usado para aplicações estruturais. O processo prepreg começa pela 
colimação de uma série de mechas de fibras contínuas enroladas numa 
bobina. Essas mechas são então “sanduichadas” e prensadas entre 
chapas de papel de liberação e condução usando rolos aquecidos, um 
processo denominado “calandragem”. Essas folhas de papel de descarga 
são recobertas com um filme fino de solução de resina aquecida de 
relativamente baixa viscosidade, de maneira a fornecer a completa 
impregnação das fibras. Uma lâmina de metal (espátula) espalha a 
resina num filme de espessura e largura uniformes. O produto final 
consiste na fita fina de fibras contínuas e alinhadas embutidas numa 
resina parcialmente curada. 
Materiais compósitos12
ASKELAND, D. R.; WRIGHT, W. J. Ciência e engenharia dos materiais. 3. ed. São Paulo: 
Cengage Learning, 2014.
CALLISTER, W. D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. New Jersey: John 
Wiley & Sons, 2002.
CALLISTER, W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia dos materiais: uma introdução. 
8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013.
CALLISTER, W. D. Fundamentos da ciência e engenharia de materiais: uma abordagem 
integrada. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014.
SMITH, W. F.; HASHEMI, J. Fundamentos de engenharia e ciência dos materiais. 5. ed. 
Porto Alegre: AMGH, 2012. 
Leituras recomendadas
BEER, F. P. et al. Mecânica dos materiais. 7. ed. Porto Alegre: AMGH, 2015. 
LAWRENCE, V. V. Princípios de ciência e tecnologia dos materiais. 10. ed. Rio de Janeiro: 
Elsevier, 1984.
RILEY, W. F.; STURGES, L. D.; MORRIS, D. H. Mecânica dos matérias. 5. ed. Rio de Janeiro: 
LTC, 2003.
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