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Aula 1 – Introdução a Materiais 
Compósitos 
Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI) –
Campus Itabira 
 
Itabira, 11 de março de 2013 
2 
1. Definição dos compósitos 
2. Histórico de aplicações 
3. Propriedades/Importância 
4. Mercado de compósitos 
5. Constituição 
6. Classificação 
7. Vantagens e Desvantagens 
 
 
Sumário 
Questões... 
• O que são materiais compósitos? 
• Porque utilizar materiais compósitos ao invés de 
polímeros, cerâmicas e metais? 
• Quais são as aplicações típicas de materiais 
compósitos? 
• Quais são as classes e tipos de materiais 
compósitos? 
• Qual o objetivo de desenvolver um material 
compósito? 
 
 
Definições 
“O termo compósito refere-se aos materiais fabricados a partir de dois ou mais 
constituintes”. 
(NETO, F. L; Pardini, L. C, “Compósitos Estruturais: Ciências e Tecnologia”, Editora 
Edgard Blucher, São Paulo, 2006.) 
“Qualquer material multifásico que exiba uma proporção significativa das 
propriedades de ambas as fases que o constituem, de tal modo que é obtida um 
melhor combinação de propriedades”. 
(CALLISTER, W. D. Jr, Ciências e Engenharia de Materiais: Uma Introdução, LTC, 
Rio de Janeiro, 2002.) 
“Mistura física de dois ou materiais, combinados para formar um novo material 
de engenharia útil com propriedades diferentes aos componentes puros, 
podendo ser obtidos por combinação de metais, cerâmicas ou polímeros”. 
 
American Society for testing and Materials (ASTM) 
 
Definições 
“Um material compósito é formado por uma mistura ou combinação de dois ou 
mais microconstitutintes ou macroconstituintes que diferem na forma e na 
composição química e que, na sua essência, são insolúveis uns nos outros”. 
SMITH, F. W., Princípios de Ciências e Engenharia dos Materiais, 3ª ed., Lisboa, 
Portugal, Editora Mc Graw-Hill, 896pg, 1998. 
 
“Um material composto é formado por dois ou mais componentes, com 
identidade química e formas diferentes, que se conservam distintos após o 
processamento e que são separados por uma interface mais ou menos 
definida. A adesão entre esses componentes é tal que as cargas são 
transferidas para os elementos de maior resistência mecânica, as fibras, que 
estão geralmente dispersas no componente que atua como matriz”. 
FERRANTE, M., Seleção de Materiais, 2ª ed, São Carlos, SP, Editora da USCar, 
286pg 2002. 
Definições 
“A manufatura dos compósitos baseia-se em uma ideia simples de combinar e 
colocar em serviço dois ou mais materiais macroconstituintes distintos que, 
geralmente, diferem em composição química e/ou física, com o objetivo de 
obter propriedades específicas, diferentes daquela que cada constituinte 
apresenta separadamente, tendo uma interface reconhecível entre os 
componentes”. REZENDE, M.C.; COSTA, M. L.; BOTELHO, E.C. Compósitos 
Estruturais - Tecnologia e Prática, Artliber, 2011, 1ª Edição. 
“Material compósito é o material que apresenta dois ou mais componentes 
quimicamente diferentes que na escala macroscópica mostra uma interface 
bem definida separando as partes constituintes que compõem a estrutura do 
material. A associação dessas diferentes ”fases ” apresenta quase sempre, 
melhor desempenho que seus componentes individualmente”. 
GERSON MARINUCHI. Materiais Compósitos Poliméricos. Fundamentos e 
Tecnologia. Artliber, 2011, 1ª Edição. 
 
• Exemplos de aplicações de compósitos nas primeiras sociedades 
agrícolas: paredes reforçadas com feixes de palha, bem como arcos 
e carroças constituídos pela união de paus, ossos e chifres de 
animais. 
 
Histórico de aplicações 
Arcos Coreanos feitos com 
compósitos. 
Fabrico artesanal de 
um 
cesto no Bangladesh. 
Olaria Artesanal 
no Zimbabué. 
 A partir da década de 60, os materiais compósitos de alto desempenho foram 
introduzidos de maneira definitiva na indústria aeroespacial e aeronáutica. 
 
Histórico de aplicações 
0
5
10
15
20
25
30
35
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010CRFC
 m
as
sa
 e
st
ru
tu
ra
l %
 
A300 
A310/200 
A320 
A340-300 
A340-600 
A380 
A400M 
Ano 
• A utilização dos materiais compósitos dentro da indústria 
automobilística é bem mais recente do que na área aeronáutica. 
Inicialmente, eram produzidos somente pára-choques e tetos de 
automóveis. 
 
• Atualmente, o material compósito é utilizado para a fabricação de 
cárters de óleo, colunas de direção, árvores de transmissão, molas 
laminadas, painéis, etc. 
 
• Uma das grandes vantagens advindas com a utilização dos 
materiais compósitos no meio automobilístico é, além da redução 
do peso, a facilidade em confeccionar peças com superfícies 
complexas (Pereira, 1999). 
Histórico de aplicações 
Histórico de aplicações Histórico de aplicações 
• Na indústria petrolífera: risers que são estruturas responsáveis pelo 
transporte de petróleo do poço submarino até a plataforma 
offshore. 
 
• Os risers fabricados em material compósito apresentam vantagens 
sobre os convencionais em aço porque são mais leves e mais 
resistentes à fadiga e à corrosão, além de serem bons isolantes 
térmicos (Sousa et al., 2007). 
 
Histórico de aplicações 
Aplicações - Atualmente 
Utilização de compósitos em várias indústrias em 1999 e aqueles projetados para 2000 
Mazumdar, S. K. Composites Manufacturing: Materials, Product, and Process Engineering. 
Taylor Francis Group LLC, 2001. 1ª Edição:. 
 
Mercado de compósitos 
Source: Lucintel 
COMPÓSITOS 
Espectro de propriedades 
Os compósitos comparados com 
outros materiais 
Módulo de 
elasticidade em 
torno de três 
vezes o do 
alumínio e 
praticamente o 
mesmo do aço. 
massa específica 
metade da do 
alumínio e em 
torno de 5 vezes 
menor que a do 
aço. 
Importância Econômica dos Compósitos 
Diagrama esquemático que mostra a evolução e a importância relativa de quatro 
classes de materiais (cerâmicas, polímeros, metais e compósitos) em função do tempo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Importância relativa das necessidades de baixo custo e desempenho estrutural em 
componentes compósitos utilizados em diferentes ramos da indústria. Adaptado de 
NETO, F. L; Pardini, L. C, 2006. 
Custo x Desempenho Estrutural 
Construção Civil 
Automobilística 
Aeronáutica 
Aeroespacial 
Biomédica 
B
a
ix
o
 c
u
s
to
 
Desempenho Estrutural 
 
Constituição do compósito: 
 Fase contínua (matriz) 
 Fase dispersa (reforço/enchimento)
 
 
Constituição 
As fases de um compósito (Daniel e Ishai,1994). 
Matriz (fase contínua) 
Funções da matriz: 
 
Unir as fibras ou partículas do reforço; 
Sustenta as fibras e as mantém em posição: 
 
Separa as fibras ou partículas do reforço de modo a impedir a abrasão 
entre elas; 
 
Proteger as fibras ou partículas do reforço do meio envolvente e do dano 
durante a fabricação; 
 
Distribuir e transferir tensões para as fibras ou partículas do reforço; 
 
Redistribuir tensões para as fibras ou partículas do reforço mais 
resistentes em caso de ruptura; 
 
Isolar as fibras ou partículas do reforço, de modo que reforços individuais 
possam agir separadamente; 
 
 
 
- 
Propriedades 
Mecânicas 
Resistência à tração 
Resistência ao corte 
Resistência ao impacto 
Ductibilidade 
Tenacidade à fratura 
Propriedades 
Térmicas 
Resistência a temperaturas extremas 
Coeficiente de dilatação térmica próximo ao do reforço 
Baixa condutividade térmica 
Propriedades 
Químicas 
Boa adesão ao reforço 
Resistência à degradação em ambientes agressivos 
Baixa absorção de umidade 
Fluidez 
Outras 
propriedades 
Baixo custo 
Solidificação ou cura rápidas 
Principais requisitos da matriz 
• Capacidade para molhar bem as fibras: O que 
implica: 
– Baixa temperatura de fusão e/ou viscosidade baixa. 
– Elevada tensão superficial. 
– Boas propriedades de escoamento. 
 
• Solidificação ou cura rápidas. 
• Temperatura de cura pouco superior à de serviço. 
Principais requisitos da matriz – 
Propriedades para utilizaçãoREFORÇO: Melhorar o desempenho mecânico da matriz 
Fase dispersa 
• Resistência à tração, flexão 
• Rigidez 
• Tenacidade à fratura 
• Estabilidade térmica 
• Estabilidade dimensional 
• Reduz o encolhimento da peça resfriada a partir do fundido. 
 
 
Classificação (reforço) (matriz) 
• Fibrosos 
– fibras contínuas ou descontínuas, ou whiskers, colocados em uma matriz. Exemplo: 
madeiras, ossos, polímeros reforçados com fibras de vidro ou de carbono e metais 
reforçados com fibras de boro ou SiC. 
• Laminados 
– camadas alternadas de materiais diferentes como metais, vidros, tecidos ou papéis 
impregnados com polímeros. 
• Particulados 
– os materiais são equiaxiais; podem ter forma esférica. São compostos com uma 
matriz metálica ou polimérica. 
 
• CMP - compósitos de matriz polimérica 
• CMC - compósitos de matriz cerâmica 
• CMM - compósitos de matriz metálica 
COMPÓSITOS 
Reforçado 
Com 
Fibras 
Estrutural 
Reforçado 
Com 
Partículas 
Partículas Grandes 
Reforçado por Dispersão 
Contínuo (alinhado) 
Descontínuo (curto) 
Laminados 
Painéis em sanduíche 
Alinhado 
Orientado 
Aleatoriamente 
Classificação 
Classificação 
 
• (a) fibrosos 
 
• (b) laminados 
 
• (c) particulados 
 
 
 
 
 
 - CMM – WC imerso em uma matriz de Co 
Compósitos- Exemplos 
Compósitos particulados - PARTÍCULAS GRANDES 
 
• Nesse caso as interações partícula-matriz não podem ser tratadas do 
nível ou ponto de vista atômico ou molecular; 
 
• Partículas maiores que ~ 1 m 
– a fase particulada é mais dura e mais rígida do que a matriz. 
– a matriz transfere parte da tensão aplicada às partículas. 
– O grau de reforço depende de uma forte ligação na interface 
matriz/partícula. 
– Partículas isoaxiais 
Compósitos- Exemplos 
Compósitos Particulados – Partículas grandes: Concreto. 
Cimento (mole e dúctil) 
Brita e areia (dureza) 
Combinação razoável: 
Ductibilidade e alta resistência 
mecânica 
• Cermetos (metais + cerâmicas): 
WC + Co ou Ni 
TiC + Co ou Ni 
 
WC confere a dureza e a 
resistência ao desgaste 
necessários ao corte de aços 
endurecidos. 
 
Dureza(cerâmico) + tenacidade(metal) 
Compósitos- Exemplos 
Compósitos Particulados – Partículas grandes: Cermetos. 
PARTÍCULAS PEQUENAS 
• Diâmetros entre 0,01 e 0,1 m (10 e 100 nm). 
 
• Interações partícula-matriz que levam ao aumento da resistência 
ocorrem no nível atômico ou molecular. 
• Mecanismo de aumento de resistência é semelhante àquele para o 
processo de endurecimento por precipitação. 
– as partículas pequenas dificultam o movimento de defeitos no 
material, a deformação plástica é restringida e a resistência à 
tração e a dureza são melhorados. 
Compósitos- Exemplos 
• Nanocompósitos endurecidos por dispersão: 
Compósitos- Exemplos 
 
a) Propriedades dos componentes individuais e 
composição; 
b) Interação entre as fases; 
c) Razão de aspecto e porosidade da carga; 
d) Dispersão do reforço. 
Propriedades dos Materiais Compósitos 
 
a) Propriedades dos componentes individuais e 
composição 
 
• Regra das Misturas: 
 P = PAVA + PBVB 
 
P = Propriedade do compósito 
PA = Propriedade do componente A 
PB = Propriedade do componente B 
VA e VB = frações volumétricas dos componentes A e B. 
Propriedades dos Materiais Compósitos 
Propriedades dos Materiais Compósitos 
 
b) Interação entre as fases 
 
Mecanismos de aderência: 
 Molhamento (Molhabilidade) 
 Atração eletrostática 
Ligação Química (Ligação química propriamente dita e Interdifusão) 
 Adesão Mecânica 
 
c) Razão de aspecto e porosidade da carga 
 
 
Propriedades dos Materiais Compósitos 
 
d) Dispersão do reforço 
 
 Boa dispersão das cargas na matriz é uma das condições 
necessárias para se ter boas propriedades mecânicas. 
 
Possíveis comportamentos de uma propriedade de um material 
compósito de matriz polimérica em função do volume de carga. 
Propriedades dos Materiais Compósitos 
Fatores que influenciam as propriedades finais do 
material compósito 
(a) concentração 
(b) tamanho 
(c) forma 
(d) distribuição 
(e) orientação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Comparação entre o comportamento mecânico de materiais isotrópicos (a), (b) e (c), e 
compósitos, (d), submetidos a tensões puras normais ( ) ou de cisalhamento ( ). O 
bloco compósito (d) é reforçado com fibras inclinadas em relação ao eixo x. NETO, F. 
L; Pardini, L. C, 2006. 
Propriedades Mecânicas 
(a) Bloco de material isotrópico – 
Livre de tensões (b) Vista lateral após tração simples 
(c) Vista lateral após cisalhamento puro 
(d) Compósito vista lateral após tração simples 
Acoplamento 
Extensão/cisalhamento 
 Características especiais dos compósitos 
 
• Materiais compósitos tem uma elevada rigidez específica (razão 
rigidez/densidade). 
 
• A resistência específica de um material compósito é muito elevada. 
 
• A resistência à fadiga é muito maior para materiais compósitos. 
 
• Compósitos oferecem elevada resistência à corrosão. 
 
• Diversos componentes metálicos podem ser substituídos por um 
único componente compósito. 
 
 
 
 
 
• Baixo coeficiente expansão térmica. 
 
• Manufatura integrada de peças com geometria complexa. 
 
• Potencial baixo custo. 
 
 
 
 
 
 Características especiais dos compósitos 
Desvantagens dos compósitos 
 
 Alto custo de fabricação. 
 Ferramentas de projeto e experiência limitadas. 
 Caracterização mecânica de um compósito é mais complexa 
do que de uma matriz metálica, cerâmica ou polimérica. 
 O reparo de um material compósito não é um processo 
simples como o de um material metálico, cerâmico ou 
polimérico. 
 Os materiais compósitos não necessariamente apresentam a 
maior performance em todas as propriedades usadas para a 
seleção do material: Resistência, tenacidade, formabilidade, 
trabalhabilidade, resistência à corrosão e acessibilidade. 
 
 
• Baixa tolerância a danos e concentradores de tensão. 
• Compatibilidade limitada com processos de manufatura e 
estruturas existentes. 
• Necessário habilidade para trabalho com compósitos. 
 
Desvantagens dos compósitos