Aula 02 Compósitos Reforçados com partículas

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� O que são MATERIAIS ?
� O que diferencia os materiais ?
�Como classificamos os materiais ? 
Curso de Engenharia e Ciência dos Materiais – USF
Disciplina: Materiais Compósitos
Professora: Elaine Cristina Marques
Classificação dos Compósitos
Para qualquer compósito independente da seleção da matriz e da 
fase dispersa (material e tipo), existem muitas opções que afetam as 
propriedades.
� O que são MATERIAIS ?
� O que diferencia os materiais ?
�Como classificamos os materiais ? 
Classificação dos Compósitos
• Em geral, a fase particulada é mais 
dura e mais rígida que a matriz
• Partículas restringem o movimento da 
matriz
• A matriz transfere parte do esforço 
aplicado às partículas
• Mecanismo só é efetivo se houver 
uma ligação forte na interface matriz -
partícula
• Diâmetro das partículas entre 0,01 e 
0,1 µm
• Mecanismo de aumento de 
resistência mecânica é semelhante 
ao do processo de endurecimento por 
precipitação (a nível atômico).
• Matriz suporta maior parte do 
esforço e as partículas evitam ou 
dificultam o movimento das 
discordâncias. A deformação plástica
é restringida, o que aumenta a dureza
• As partículas podem ter uma grande 
variedade de geometrias, porém elas 
devem possuir aproximadamente as 
mesmas dimensões em todas as direções.
• Para que ocorra um reforço eficaz, as 
partículas devem ser pequenas e devem 
estar distribuídas ao longo de toda a 
matriz.
• Compósitos com partículas grandes são 
utilizados com os três tipos de materiais 
(metais polímeros e cerâmicas).
Compósitos Reforçado com Partículas Grandes:
Carbeto cimentado 
WC-Co
• Os cermetos são exemplos de compósitos cerâmica-metal. Ele 
é composto por partículas extremamente duras de cerâmica à
base de carbeto (carbeto de tungstênio, carbeto de titânio) em 
uma matriz de um metal como cobalto ou níquel. São utilizados 
como ferramentas de corte para aços endurecidos. Os carbetos
proporcionam a superfície de corte e a matriz metálica aumenta 
a tenacidade prevenindo a propagação de trincas.
• Tanto os elastômeros como os plásticos são frequentemente
reforçados com vários materiais particulados;
Compósitos Reforçado com Partículas Grandes:
• O negro de fumo consiste em 
partículas muito pequenas e esféricas 
de carbono, produzidas pela combustão 
de gás natural ou óleo. Quando 
adicionado à borracha vulcanizada esse 
material extremamente barato melhora 
o limite de resistência à tração, a 
tenacidade, a resistência à ruptura e à
abrasão;
• Pneus de automóveis contém 
aproximadamente 15 a 30% de negro 
de fumo.
Compósitos Reforçado com Partículas Grandes:
Pneus
Protege os laminados da geração de calor 
que ocorre devido à abrasão com o flange
Acabamento 9
Mantém o pneu nas dimensõesArames de reforço 8
Promove alta durabilidade e alta 
manobrabilidade
Preenchimento7
É o corpo principal do pneu. Sustenta a 
pressão, as cargas e choques.
Laminados 6
É a parte mais flexível do pneu, protege a 
carcaça e permite uma jornada confortável.
Parede lateral5
É a parte mais grossa do pneu, protege a 
carcaça de choques externos e danos.
Ombro4
Promove alta durabilidade e 
manobrabilidade
Camada em 
espiral
3
Promove a rigidez da cobertura e protege a 
carcaça
Cinto de aço2
É a parte que entra em contato com a 
superfície da rua, protege a carcaça e 
promove a aderência, manobrabilidade e 
durabilidade
Ranhuras 
(carcaça)
1
Função ElementoNº
Compósitos Reforçado com Partículas Grandes: 
Exemplos
No composto bifásico duas 
expressões matemáticas 
foram desenvolvidas para 
relacionar o módulo (E) com a 
fração volumétrica (V) das 
fases.
Regra das Misturas: Compósitos particulados
Exercício:
As propriedades mecânicas do alumínio podem ser melhoradas pela 
incorporação de partículas finas de óxido de alumínio (Al2O3). 
Sabendo-se que os módulos de elasticidade para esses materiais 
são, respectivamente, 69 GPa e 393 GPa, plote o módulo de 
elasticidade em função do volume percentual de Al2O3 no Al entre 0 e 
100 %vol. usando as expressões para limites superior e inferior.
Resolução:
m p
100 0
90 10
70 30
50 50
30 70
10 90
0 0
0 20 40 60 80 100
50
100
150
200
250
300
350
400
limite inferior
limite superior 
M
ód
ul
o 
de
 E
la
st
ic
id
ad
e 
/ G
P
a
Al
2
O
3
 %vol.
Resolução:
Concreto de cimento portland , composto de agregado fino (areia) e 
agregado grosso (brita) envolvidos por uma pasta cimento-água, com 
bom contato interfacial, que depende da adição correta de água (se 
muita, o concreto apresentará porosidade excessiva, e se pouca, a 
ligação entre a pasta e o agregado não será efetiva).
Concreto armado , composto por concreto e barras de ferro ou aço que 
melhoram a resposta mecânica do material. Aço é adequado porque 
tem o mesmo coeficiente de dilatação do concreto, não é corroído 
neste ambiente e forma boa ligação com o concreto.
Compósitos Reforçado com Partículas Grandes: O 
concreto 
• Os metais e ligas metálicas podem ter sua resistência aumentada 
e ser endurecida através da dispersão uniforme de uma certa 
porcentagem volumétrica de partículas finas de um material muito 
duro .
• A fase dispersa pode ser metálica ou não metálica (muitos 
materiais à base de óxidos são utilizados).
• O mecanismo de aumento de resistência envolve interações entre 
as partículas e as discordâncias no interior da matriz, como ocorre 
com o endurecimento por precipitação.
Compósitos reforçado por dispersão:
• Ex. a resistência das ligas de níquel pode ser aumentada com 
a adição de aproximadamente 3% de óxido de tório (ThO2). 
Esse material é conhecido por níquel com óxido de tório 
disperso (TD).
• O mesmo efeito é produzido no sistema alumínio-óxido de 
alumínio, ou seja, alumínio metálico (matriz) envolto por 
partículas de óxido de alumínio (fase dispersa com 0,1 a 0,2 mm 
de espessura).
Compósitos reforçado por dispersão:
Principais cargas particuladas usadas em polímeros:
Cargas de Enchimento
Microesferas de Vidro
Cargas condutoras de eletricidade