AVI - Ciência dos Materiais

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AVI – AVALIAÇÃO INTEGRADA 
FOLHA DE RESPOSTA 
 
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INFORMAÇÕES IMPORTANTES! LEIA ANTES DE INICIAR! 
 
A Avaliação Integrada (AVI) é uma atividade que compreende resolução de cálculo. 
 
Esta avaliação vale até 10,0 pontos. 
 
Atenção1: Serão consideradas para avaliação somente as atividades com status “enviado”. As atividades com 
status na forma de “rascunho” não serão corrigidas. Lembre-se de clicar no botão “enviar”. 
 
Atenção2: A atividade deve ser postada somente neste modelo de Folha de Respostas, preferencialmente, na versão Pdf. 
 
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Nunca copie e cole informações da internet, de outro colega ou qualquer outra fonte, como sendo sua 
produção, já que essas situações caracterizam plágio e invalidam sua atividade. 
 
Se for pedido na atividade, coloque as referências bibliográficas para não perder ponto. 
 
 
 
CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO DAS ATIVIDADES - CÁLCULO 
 
Caminho de Resolução: O trabalho deve seguir uma linha de raciocínio e coerência do início ao fim. O aluno deve colocar todo 
o desenvolvimento da atividade até chegar ao resultado final. 
 
Resultado Final: A resolução do exercício deve levar ao resultado final correto. 
 
A AVI que possui detalhamento do cálculo realizado, sem pular nenhuma etapa, e apresentar resultado final correto receberá nota 10. A 
atividade que apresentar apenas resultado final, mesmo que correto, sem inserir as etapas do cálculo receberá nota zero. Os erros serão 
descontados de acordo com a sua relevância. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Disciplina: Ciência dos Materiais 
 
 
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Resolução / Resposta 
QUESTÃO 1 
Uma das maiores revoluções tecnológicas foi a utilização da impressora 3D, 
evidenciando uma nova onda no sistema industrial chamada de Revolução 4.0. No contexto 
tecnológico, a impressão 3D é uma das grandes soluções trazida por esta onda, além da 
IoT, BigData, energias renováveis e uma automação completa dos processos. Para 
utilização da impressora 3D, muitos materiais foram testados para melhores performances e 
produtividades, para obter como retorno uma redução de custos, a mitigação do tempo e um 
controle maior nas falhas no processo. 
Fonte: http://www.maispolimeros.com.br/2020/01/30/impressao-3d/ 
Para diferenciarmos os diferentes tipos de materiais existentes precisamos 
conhecer suas definições básicas e propriedades. Em função disto, qual a diferença 
entre materiais polímeros e cerâmicos envolvendo definições e propriedades? 
 
Polímeros 
Os polímeros são moléculas grandes e compostas de repetições de 
monômeros, formando cadeias moleculares extensas, unidas intramolecularmente 
por ligações covalentes e entre si por ligações secundárias. 
Por sua natureza temos o Homopolímero onde suas cadeias poliméricas são 
formadas por um único tipo monômero e o Copolímero onde suas cadeias 
poliméricas são formadas por mais de um tipo de monômero ambos podem ser 
lineares, ramificados ou reticulados. 
Por suas reações temos: 
Polimerização por adição ou poliadição 
Formação de uma macromolécula pela combinação de monômeros, 
iguais ou diferentes, sem que ocorra eliminação de átomos ou pequenas moléculas. 
Todos os átomos do monômero são incorporados na cadeia do polímero. O ponto de 
partida para as reações de adição é a quebra da ligação dupla carbono-carbono (C = 
C) presente nos compostos orgânicos, e uma vez quebrada a ligação, forma-se um 
radical com elétron ímpar. Esse elétron atua livremente, tornando o átomo de 
carbono altamente reativo. O radical se une então a outro radical, e começa uma 
reação em cadeia até que se formem longas estruturas, permitindo somar mais 
carbonos à cadeia. 
Polimerização por condensação ou policondensação 
Formação de uma macromolécula pela combinação de monômeros, 
iguais ou diferentes, que ocorra eliminação de átomos ou pequenas moléculas. Os 
grupos funcionais de dois monômeros reagem formando uma nova função orgânica 
e contribuem para o aumento da cadeia carbônica. 
 
 
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Polimerização por rearranjo ou polirrearranjo 
A polimerização por rearranjo se assemelha à polimerização por 
condensação, que ocorre reação entre os monômeros e eliminação de átomos ou 
pequenas moléculas, mas diferem no mecanismo de reação. As reações de 
rearranjo são caracterizadas pela mudança da posição dos átomos na mesma 
molécula. 
Destaca-se a temperatura pois esta, desempenha um papel fundamental no 
comportamento dos materiais poliméricos. À medida que a temperatura varia, o 
polímero tem sua viscosidade modificada, o que altera sua deformação e suas 
propriedades. 
Também alteram as propriedades dos polímeros a presença de aditivos em 
sua composição, tais como estabilizantes, corantes, retardantes de chama, cargas e 
plastificantes. O processo de conformação desses materiais também pode ser 
impactante nas suas propriedades. Na indústria dos polímeros, os métodos mais 
utilizados são injeção, extrusão e moldagem por sopro. 
Dentre as suas características destacamos: 
Os termoplásticos amolecem quando são aquecidos e são reciclados pela 
ação do calor, processo que pode ser reversível. Em geral são bastante macios e 
flexíveis, apresentando um comportamento quando submetidos à uma tensão de 
tração semelhante ao dos metais. São exemplos dessa classe: polietileno (PE), 
poliestireno (PS), PET e cloreto de polivinila (PVC). 
Os termofixos apresentam grande número de ligações cruzadas, o que faz 
com que eles não amoleçam quando aquecidos e não são reciclados pela ação do 
calor. São, em geral, mais duros, rígidos e resistentes em comparação aos 
termoplásticos. Alguns exemplos são, os epóxis e resinas fenólicas. 
Os elastômeros, apresentam um baixo módulo de elasticidade, o que 
permite que eles apresentem altas taxas de deformação a baixos valores de tensão. 
Esses materiais são amorfos, ou seja, sua estrutura não é ordenada, e a rotação de 
suas ligações é facilitada. Um processo que altera as propriedades dos elastômeros 
é a vulcanização (adição de átomos de enxofre), que aumenta a resistência à tração, 
dureza e o módulo de elasticidade. 
As propriedades são de suma importância, destacamos então: 
Química: A natureza química dos monômeros que formam o polímero 
influenciam na estrutura molecular, tanto no que diz respeito à configuração, 
constituição, peso molecular e conformação das moléculas; 
Processo de polimerização: como visto acima, influência nas propriedades 
dos polímeros no que se refere ao mecanismo envolvido e às suas interações na 
estrutura do polímero. 
 
 
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Técnica de Polimerização: A escolha da técnica de polimerização 
adequando-a para obtenção de um polímero com maior pureza. 
Densidade do material: é extremamente importante, principalmente para 
definir qual o melhor processo de transformação para aquele material. 
Estabilidade dimensional: está bastante relacionada com a 
higroscopicidade do material, ou seja, a característica de absorver ou não umidade, 
que pode alterar consideravelmente o volume da peça ou produto confeccionado. 
Outro fator que influencia diretamente esta propriedade é a variação de temperatura, 
que pode deformar a peça ou produto. 
Inflamabilidade: está diretamente relacionada à composição química do 
polímero. Polímeros que possuem elementos químicos da família VII A, como Flúor, 
Cloro e Bromo normalmente, possuem propriedades naturais de extinguir as 
chamas. Para os materiais que não possuem esses elementos em sua estrutura 
química, existem aditivos retardantes de chama que podem promover essas 
características aos materiais. 
Térmicas: é fundamental para conhecer a quais temperaturas (de 
processamento e de uso contínuo) o material pode ser submetido sem que haja 
danos ou que ele inicie processo de deformação térmica. 
Mecânicas: se referem à quanto de deformação por aplicação de força e/ou 
alongamento através da tensão, cisalhamento, tração, compressão e pressão o 
material resiste sem que se deforme ou haja rupturadas cadeias. 
Elétricas: refere-se a capacidade e facilidade ou não de o polímero conduzir 
corrente elétrica, para poder definir algumas aplicações específicas onde essa 
propriedade se faz necessária, ou ao contrário, evitar aplicações, quando esta 
propriedade pode causar acidentes, como por exemplo no recobrimento de cabos e 
fios elétricos, utilizar materiais poliméricos com propriedades elétricas de 
condutividade seria um erro. 
Ópticas: Estão ligadas à passagem de luz através do material, todos 
materiais poliméricos possuem capacidade de possibilitar a passagem de luz através 
de suas moléculas, contudo, existem alguns que permitem maior ou menor 
capacidade. 
Ecológicas: Alguns materiais poliméricos possuem propriedades que os 
tornam ecologicamente corretos, são os chamados polímeros biodegradáveis, ou 
seja, materiais que se degradam com maior facilidade no meio ambiente. Existem 
também um outro conceito chamado polímero verde, que se baseia na matéria-
prima que originou aquele polímero, se é de origem renovável. 
Por terem uma gama variada em suas propriedades, os polímeros podem ter 
aplicações diversificadas algumas delas como em: 
 
 
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Revestimentos - Tintas, vernizes, gomas-lacas e látexes são utilizados para 
revestir superfícies, com o intuito de proteger o item de deterioração, proporcionar 
isolamento elétrico, além de melhorar a aparência. 
Adesivos - Caracterizada por mecanismos mecânicos e químicos, a adesão 
é a união de dois materiais. Silicones, epóxis e acrílicos são os principais materiais 
poliméricos utilizados para cumprir essa função. 
Filmes - Muito presentes em nosso cotidiano, em sacos de embalagens e 
produtos têxteis, filmes finos são feitos a partir de polímeros como polietileno, 
polipropileno, celofane e acetato de celulose. É importante que o material seja leve, 
flexível, resistente à tração e ao rasgo, além de resistente ao ataque por umidade e 
baixa permeabilidade a alguns gases, como vapor d’água. 
Espumas - Poliuretano, poliestireno e PVC são geralmente empregados 
para estofamentos e isolamento termo acústico. 
 
Cerâmicos 
Cerâmicas são materiais inorgânicos e não metálicos que geralmente são 
obtidos através de tratamentos térmicos em temperaturas elevadas. Com pontos de 
fusão elevados, baixos valores de condutividade térmica e elétrica e altas forças de 
compressão, os materiais cerâmicos são amplamente difundidos em diversas 
aplicações no mundo contemporâneo, como por exemplo na construção civil. 
Podemos nos referir aos cerâmicos em duas subdivisões: 
Cerâmica tradicional: presente desde a antiguidade, apresenta-se como a 
cerâmica do cotidiano e presente no imaginário humano. Louças, azulejos, produtos 
de argila e refratários se encaixam nessa classificação. 
Cerâmica avançada: presente principalmente em aplicações elétricas, 
eletrônicas, ópticas e magnéticas. Muito diferente da cerâmica tradicional, 
apresentam propriedades específicas para cada aplicação. Temos como 
representantes dessa classificação os óculos, sensores, capacitores e biocerâmicas 
utilizadas em implantes dentários. 
As principais propriedades ou características dos materiais cerâmicos podem 
ser dadas por: 
Porosidade: significa a quantidade de vazios do material, e pode 
condicionar à maior ou à menor absorção do material. 
Grau de vitrificação: É função da quantidade de vidro formado durante o 
processo de queima, pode tornar a superfície do material mais lisa e resistente, além 
de impermeável. É uma propriedade necessária para determinados tipos de 
materiais quando no seu desempenho, como no caso das telhas, manilhas 
 
 
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cerâmicas, ladrilhos, etc. 
Massa específica aparente: É a relação entre a massa do material e o 
volume desta, incluindo os vazios. Pode variar em função do tipo e da condição da 
argila, além do processo de moldagem. Os processos de moldagem que requerem 
mais água, como nos casos de moldagem, permitem a maior quantidade de poros, 
pela evaporação da água livre; enquanto que os casos de moldagem por 
prensagem, e com menor teor de umidade, contribuem para os tipos de cerâmica 
mais densas. 
Resistência ao desgaste: É a resistência à abrasão. Pode ser favorecida 
também pelo grau de vitrificação. 
Absorção d'água: É representada pela quantidade de água que pode ser 
incorporada ao material, em razão do contato que pode ocorrer entre esta e o 
material. A absorção d'água pode ser favorecida pelo aumento da porosidade e pela 
composição do material. 
Permeabilidade: É a passagem de água pelo interior do material. Esta 
depende da existência de poros, e da comunicação entre eles. A ascensão capilar é 
um fenômeno peculiar aos tubos finos, e face dos poros do material se podem 
formar pequenos vasos capilares; a ascensão capilar é um fenômeno frequente em 
tijolos cerâmicos. 
Resistência mecânica: Esta depende da massa específica alcançada e das 
ligações químicas formadas. É variável com o tipo de argila utilizada, e com o 
processo de produção. 
Comportamento frente ao calor: A cerâmica se degrada frente a uma fonte 
elevada de calor, devido aos diferentes minerais que a compõem, os quais possuem 
diferentes coeficientes de dilatação. Os materiais que suportam altas temperaturas 
se denominam “refratários”, e são produzidos a partir de argilas refratárias. 
Comportamento quanto às deformações por esforços mecânicos: a 
cerâmica é um material frágil, com ruptura brusca frente aos esforços mecânicos. A 
cerâmica apresenta também baixa resistência mecânica frente aos impactos. Isto é 
em decorrência da sua micro estrutura, a qual é bastante heterogênea, marcada 
pela presença de uma pluralidade mineralógica (com minerais com diferentes 
módulos de elasticidade), de ligações químicas (podendo coexistir ligações 
covalentes, iônicas e metálicas), ainda contando com fases amorfas e poros. 
Resistência frente ao intemperismo: A cerâmica, sendo uma rocha 
artificial, ela está sujeita ao intemperismo. Este processo pode ser físico, como já 
apresentado nos casos dos ciclos de absorção e secagem, e ainda pode-se 
considerar os ciclos térmicos, de aquecimento e de resfriamento, como contribuintes 
para a microfissuração interna. 
Isolamento térmico: os materiais cerâmicos apresentam desempenho 
 
 
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favorável com relação ao isolamento térmico, constituindo em bons isolantes, mas 
com grandes vantagens sobre outros materiais sob este aspecto. 
Isolamento acústico: A atenuação de uma onda sonora varia de acordo 
com a massa do material, podendo também ser esta favorecida pela existência de 
uma camada de ar entre as paredes, ou elementos que compõem um sistema. 
Condutibilidade elétrica: Esta é baixa para os materiais cerâmicos. A 
justificativa é facilmente compreendida pelo leitor, ao se atentar para o tipo de micro 
estrutura interna do material. 
Tipos de Materiais cerâmicos que são reconhecidos no mercado: Materiais 
cerâmicos secos ao ar (adobes); materiais de baixa vitrificação como os blocos 
cerâmicos, ladrilhos, lajotas, tijolos maciços; materiais de alta vitrificação como as 
telhas, manilhas, ladrilhos, tijolos laminados; louças; e refratários como os tijolos 
refratários. 
 
Algumas diferenças entre Polímeros e Cerâmicos 
Cerâmicos possuem alto ponto de fusão enquanto os Polímeros possuem 
baixo ponto de fusão; 
Cerâmicos são duros e frágeis e quando submetidos a uma carga de tração, 
elas fraturam antes de ocorrer qualquer deformação, já os Polímeros são maleáveis 
e suportam bem mais a uma carga de tração; 
Os cerâmicos são comumente estáveis sob condições ambientais severas, já 
os Polímeros são instáveis. 
Para exemplificar, quando colocamos água em uma jarra de vidro e em uma 
jarra de plástico e ambas levamos primeiro ao freezer, vemos que a agua faz com 
que a jarra de vidro se rompa (se não for vidro temperado) enquanto a de plástico 
somente deforma; já se pegarmos as mesmas jarra e colocamossobre o fogo, 
vemos que a jarra de vidro suporta mais tempo enquanto a de plástico se deforma e 
decompõe. 
 
 
 
 
 
 
 
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Acessos: 
https://materiaisjr.com.br/polimeros-entenda-mais-sobre-suas-propriedades-e-
aplicacoes/?gclid=EAIaIQobChMIzt-
1oJr_6QIVhQqRCh3lXA8gEAAYASAAEgIYvvD_BwE. acesso em 15 de junho de 
2020. 
http://www.fem.unicamp.br/~caram/8.%20MATERIAIS%20POLIMERICOS%20
GRAD.pdf. acesso em 15 de junho de 2020. 
https://www.portalsaofrancisco.com.br/quimica/polimeros. acesso em 15 de 
junho de 2020. 
https://blog.estrategiavestibulares.com.br/polimeros/. acesso em 15 de junho de 
2020. 
http://sites.poli.usp.br/d/pmt2100/aula11_2005%201p.pdf. acesso em 15 de 
junho de 2020. 
https://www.ceramtec.com.br/materiais-ceramicos/. acesso em 15 de junho de 
2020. 
http://www.fem.unicamp.br/~caram/6.%20MATERIAIS%20CERAMICOS%20G
RAD.pdf. acesso em 15 de junho de 2020. 
https://abceram.org.br/definicao-e-classificacao/. acesso em 15 de junho de 
2020. 
BAUER, L.A.F Materiais de construção, São Paulo, 1992, Livros Técnicos e 
Científicos, 2, p.526-554. consulta em 15 de junho de 2020. 
GOMES, C.F. Argilas, o que são e para que servem. Lisboa, 1988, Fundação 
Calouste Gulbenkian, 457p. consulta em 15 de junho de 2020. 
VAN VLACK, L.H. Ciência dos materiais. São Paulo, 1988, Edgard Blücher, 
427p. consulta em 15 de junho de 2020. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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QUESTÃO 2 
Os materiais compósitos e semicondutores possuem aplicações específicas com 
características formadoras de propriedades e controladas pelos interessados. Tanto a 
indústria como os centros de pesquisa conseguem, através desses materiais, criar 
condições e propriedades diversas para produtos diversos. 
Quando entramos no detalhamento sobre os compósitos, algumas questões ficam em 
evidência. Baseando-se nestas evidências, responda: 
a) Como são constituídos os compósitos? 
b) Quais são os tipos de compósitos? Descreva-os. 
 
Compósitos 
Os compósitos, são materiais formados pela união de outros materiais com o 
objetivo de se obter um produto de maior qualidade. Mas os compósitos não estão 
somente no laboratório e na indústria, dentro de nosso próprio corpo e desde a 
antiguidade já haviam compósitos. Veja três exemplos: 
Osso: O nosso osso possui cartilagens, tendões e músculos que se unem e 
lhe dão resistência e flexibilidade. Além disso, ele é constituído de fibras elásticas de 
colágeno dentro de uma estrutura sólida de fosfato de cálcio. 
Concreto armado: No concreto, o cimento mantém a areia e as pedras 
unidas. Pode-se aumentar a resistência desse concreto introduzindo barras e 
malhas de ferro. 
Blocos de argila: Para tornar os tijolos mais resistentes e duros, povos 
como os assírios e os babilônios misturavam palha no interior desses blocos ou 
tijolos. 
Os compósitos têm então propriedades muito desejáveis na fabricação de 
determinados produtos, como maior dureza e resistência a fraturas e ataques de 
compostos químicos e da água do mar, menor deformação com o calor e maior 
resistência a mudanças de temperatura, dilatando pouco. É possível também se 
desenvolver composites que tenham as características exatas para a fabricação do 
produto, como determinados graus de dureza e de condutividade elétrica. 
Por esses motivos, os composites são largamente aplicados nas asas e 
fuselagem de aviões, em helicópteros, em satélites artificiais, nas carenagens dos 
carros de fórmula 1, em raquetes de tênis, tacos de golfe, skates, veleiros oceânicos 
de competição, em tanques de armazenar líquidos corrosivos, em foguetes e ônibus 
espaciais, que precisam resistir a elevadas temperaturas. 
Como se produz esse composites? Os composites mais modernos são 
formados por fibras unidas entre si por uma substância denominada de matriz, que 
 
 
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funciona como uma espécie de cola. As principais fibras utilizadas são: 
Carbono: cadeias de carbono, que resultam da queima parcial de fibras 
plásticas; 
Vidro: fios de vidro especial; 
Poliaramida: Um exemplo é o kevlar, uma poliamida formada pela reação 
entre o ácido tereftálico e a para-benzeno-diamina. Ele é de altíssima resistência e 
baixa densidade, utilizado para produzir coletes de balas, chassis de carros de 
corrida, bicicletas e peças de aviões; 
Cerâmica: como as de carbeto de silício (SiC) e a de nitreto de silício 
(Si3N4). Pode-se também deixar a cerâmica comum, que é feita de argila, menos 
quebradiça, mais resistente a altas temperaturas e mais leve, por embeber fibras de 
grafite ou de kevlar na cerâmica. 
Quadros que mostram as vantagens e desvantagens de alguns materiais 
 
 
 
 
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As fibras podem estar na forma de manta, particulados ou de fios contínuos ou 
cortados, que são colados pela matriz. 
 
As fibras, por sua vez, são, na maior parte das vezes, as principais 
responsáveis pelas propriedades mecânicas do material e elas podem ser colocadas 
no material compósito sob os mais diversos arranjos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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No quadro abaixo apresentamos os diversos tipos de compósitos existentes 
 
 
 
Já a matriz pode ser: 
Metálica: alumínio, titânio. 
Cerâmica: argila, cimento. 
Plástica: polímeros termofixos, poliésteres, poliamidas, polímeros 
termoplásticos e policarbonatos e resinas epóxi 
Uma das características mais importantes dos materiais compósitos é a 
presença de uma interface entre os diferentes materiais (matriz e fibras). A matriz, 
além de conferir forma ao material, tem como principal função distribuir o estresse 
aplicado ao material entre as fibras. Por isso a adesão entre as fibras e a matriz é 
fundamental. 
O tipo de matriz e de fibras depende das características desejadas, sempre 
levando em consideração o preço. Por exemplo, as fibras de vidro são mais baratas 
que as fibras de carbono, mas as fibras de carbono normalmente são utilizadas 
quando propriedades mecânicas e alta performance são obrigatórias para o material, 
como em aeronaves. 
 
 
 
 
 
 
 
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No quadro abaixo apresentam-se os principais requisitos do material da matriz 
 
 
 
O que torna os materiais compósitos tão versáteis e importantes é justamente o 
fato de combinarem as características de dois materiais diferentes. Mais 
especificamente, eles combinam as baixas densidades dos polímeros com as altas 
propriedades mecânicas das fibras. O mais interessante é que ao comparar 
unicamente as densidades dos materiais compósitos com a densidade dos 
polímeros, a densidade dos polímeros é mais baixa. No entanto, os polímeros 
sozinhos não conseguem conferir certas propriedades mecânicas que os materiais 
compósitos, por terem as fibras. Da mesma forma, comparando-se as propriedades 
mecânicas, muitas vezes as propriedades mecânicas das fibras são melhores que 
aquelas do material compósito, mas as fibras são muito mais densas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Acessos: 
https://betaeq.com.br/index.php/2017/05/19/materiais-compositos/ - acesso 
em 16 junho de 2020. 
https://www.docsity.com/pt/materiais-compositos-6/4882035/ - acesso em 16 
junho de 2020. 
http://voe.eng.br/wp-content/uploads/2019/06/Mat-Comp%C3%B3sitos.pdf - 
acesso em 16 junho de 2020. 
https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/15391/15391_3.PDF - acesso em 16 
junho de 2020. 
http://www.mec.ita.br/~arfaria/MT717_11.pdf - acesso em 16 junho de 2020. 
https://www.ucsminhaescolha.com.br/site/midia/arquivos/05-12-17-materiais-
compositos-e-aplicacoes1.pdf - acesso em 16 junho de 2020.