Lista de Exercicio 1 Compositos

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Lista de Exercicio 1 – Materiais Compósitos
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. As propriedades destes materiais dependem principalmente da concentração, tamanho, forma, distribuição e orientação das fibras.
O compósito endurecido por dispersão pode ser definido como um material que tem as partículas do reforço com diâmetro entre 10 e 100 nm. Como é composto de particulas bem pequenas, estas se interagem mais fortemente com a matriz (nível atômico ou molecular), gerando melhores propriedades mecânicas, pois sendo menores, as partículas dificultam a movimentação de defeitos do material, minimizando sua deformabilidade. Já os reforçados por partículas, apresentam um tamanho médio de 1 , o que não permite esse tipo de interação.
São compósitos cujas partículas de reforço são grandes, pois apresentam diâmetro médio de 1 . Um cermeto é uma classe de compósitos particulados compostos por uma mistura física entre metais e cerâmicas, podendo ser WC + Co ou Ni; ou TiC + Co ou Ni. WC confere a dureza e a resistência ao desgaste necessários ao corte de aços endurecidos. Co confere a tenacidade para suportar grandes esforços sem se romper.
A) Matriz é continua, pois não apresenta nenhum tipo de variação brusca em suas propriedades química ou físicas. Já as fibras apresentam pequeno diâmetro e maior comprimento.
B) Unir as fibras;
 Sustentar as fibras e mente-las em posição;
 Proteger as fibras ou partículas do reforço do meio envolvente e do dano durante a fabricação.
C) Matriz:
Resistência à tração
Resistência ao corte
Resistência ao impacto
Ductibilidade
Tenacidade à fratura
Fibras:
Resistência à tração, flexão
Rigidez
Tenacidade à fratura
Estabilidade térmica
Estabilidade dimensional
Reduz o encolhimento da peça resfriada a partir do fundido.
D) Capacidade de transmitir as tensões da matriz para a fibra;
 Evitar descolamento durante o uso.
E) Matriz: Grande tenacidade
 Fibras: Grande módulo de elasticidade
Fibra de Vidro: Ligações iônicas 
Fibra de Carbono: Ligações covalentes
Fibra de Aramida: Ligações covalente
Resistencia a tração: Como apresentação ligações fortes e com cadeias bem alinhadas, as fibras de carbono apresentam a maior resistência a tração.
Modulo de Elasticidade em Tração: O maior modulo é da fibra de carbono.
Alongamento até a ruptura: A aramida se deforma mais até a ruptura em função da presença das ligações secundarias entre cadeias.
Densidade: Maior densidade da fibra de vidro, pois é uma cerâmica.
As ligações presentes nas fibras de aramida são do tipo covalentes. Já entre as suas cadeias temos ligações secundarias do tipo ponte de hidrogênio. Essas ligações resultam em excelente propriedades mecânicas além de uma boa tenacidade em função das interações entre cadeias.
A resistência especifica a tração é o limite intrínseco de cada material de suportar um determinado nível de tensão quando é submetido a uma força axial de elongação. Já o modulo de elasticidade especifico diz respeito ao valor que determinado material consegue suportar de tensão aplicada sem que haja deformação plástica.
Para ambas, a fibra que apresenta o maio modulo é a fibra de carbono.
A) Baixo custo;
Elevada condutividade elétrica;
Elevada estabilidade dimensional, apresentam um baixo coeficiente de dilatação térmica;
Bom comportamento à elevadas temperaturas de serviço.
B) Funde-se a mistura próximo à 1500 ºC, depois passando em um refino a uma temperatura de 1400 ºC, sendo enviada para a distribuição em uma temperatura um pouco mais baixa. Depois, ela passa pelas fieira que, por gravidade ou tração, esticam as fibras que são revestidas e bobinadas.
C) É através dela que a fibra adere a matriz do compósito.
D) As fibras são revestidas com substancias que garantem a integridade física da superfície do material.
Quanto maio a concentração de fibras de vidro no compósito, mais frágil ele tende a ser, em função da característica cerâmica do reforço. Porém, ele apresentará também um maior modulo de elasticidade. Em função da disposição das fibras, quando alinhadas, o compósito apresenta melhor distribuição de tensões, resultando em um produto com propriedades mecânicas melhoradas.
A) Elas podem ser classificadas com base em suas propriedades mecânicas, no tipo de precursor ou na sua temperatura de tratamento térmico.
B) Podem ser produzidas a partir da PAN, do piche mesofasico, do rayon, e a partir de fase gasosa.
C) Pan: Mais produzida, permite melhor controle do processo de produção e tem o melhor rendimento industrial, mas é a mais cara.
Rayon: Baixa fixação de carbono e é uma técnica quase obsoleta.
Piche: Melhor rendimento em fixação de carbono, estrutura próxima ao grafite, mas apresenta variações nas suas propriedades mecânicas.
C)A partir da PAN, estira-se o mesmo e faz-se um processo de estabilização oxidativa a até 300 ºC, obtendo-se o PANox. Depois disso, faz-se a carbonização a temperaturas de até 1700 ºC, passando-se em seguida a etapa de grafitização, em atmosfera inerte a até 2800 ºC.
O principais pontos a serem destacados em compósitos reforçados com este tipo de fibra é o ganho exponencial das propriedades mecânicas do produto final, alcançando valores altíssimos de modulo de elasticidade, resistência a tração e compressão, além de manter valores de densidade baixa. Já as contribuições da matriz são a maior tenacidade do compósito, pela distribuição de tensões mais eficaz.
Fibra: Filamentos delgados, de comprimentos definidos pelo processamento de obtenção. Geralmente apresenta resistência mecânica inversamente proporcional ao diâmetro da fibra.
Whiskers: fibras monocristalinas, que apresentam seção transversal de ~10m e comprimento de ~10.000 vezes maior que o diâmetro, generalizando sua dimensão se dá da seguinte forma: ~ 1 milímetros de comprimento para 1 micrômetro de diâmetro.
Existem vários mecanismos de adesão na região interfacial. Temos o entrelaçamento molecular, que é o emaranhamento de cadeias; atração eletrostática, por efeitos de carga; reorientação catiônica, que é um orientação das cadeias em função de suas cargas finais; reação química; e intertravamento mecânico. Os métodos mais comuns para se medir a adesão na interface é pelo método da gota, onde mede-se o ângulo de molhamento da fibra e o método Wilhelmy, onde mede-se o ângulo de contato da fibra ao ser imersa em um liquido de energia superficial conhecida.
Convencionalmente um barco é confeccionado por molde aberto, como o spray-up (à pistola) e hand lay-up (manual), ou por processos de molde fechado, como o RTM e moldagem por infusão.
Passos básicos envolvidos na laminação manual: 
Inicia-se com a aplicação do desmoldante. Em seguida pode-se aplicar o gel coat ou o véu de superfície, caso seja necessário. 
Disposição e empilhamento do reforço (na forma de mantas ou tecidos) em orientações pré-determinadas sobre o molde. 
A cada camada de reforço sobreposta é efetuada a impregnação com a resina pré-formulada. 
A espessura do componente moldado é obtida pelo número de camadas sobrepostas. 
A cura se processa a temperatura ambiente ou em estufa. 
Passos básicos envolvidos na laminação por projeção(spray-up): 
Utilização de um dispositivo que realiza a aspersão de um mistura de fibras curtas e resina pré-acelerada/iniciador, envolvendo toda a superfície do molde. No momento da aspersão, a resina pode estar previamente formulada, ou então, o agente endurecedor (ou iniciador) pode ser adicionado durante a aspersão. A quantidade de material aspergido fornece a espessura do componente. A regularidade nas frações volumétricas do laminado é dada pela regulagem feita previamente no cabeçote da pistola e no motor do cortador. 
A cura é realizada de maneira similar ao processo de moldagem manual.
Os pré impregnados são produtos intermediários para moldagem de compósitos, sendo constituídos de uma mistura de fibras de reforçoimpregnadas com um determinado polímero. Surgiu em função da necessidade de desenvolver um processo para impregnar as fibras de forma precisa e homogênea antes da moldagem. As duas matérias-primas básicas para a produção de pré-impregnados são a matriz polimérica e a fibra de reforço, na forma de tecidos ou telas unidirecionais que formam uma lâmina. É empregado no processo de moldagem por autoclaves.
Acho que :
Moldagem CPMs:
Desmoldantes (de sacrifício ou semipermanente): hand lay up, aspersão,
Iniciador: na aspersão, LMC
Vácuo: autoclave
Retardante: bobinagem (termorrígido)
Pressão: compressão, transferência de resina
Processo de pultrusão: Utilizado na fabricação de barras , tubos e perfis retos em diversas formas e geometria, este processo impede que os componentes apresentem variações na seção transversal ao longo do comprimento.
Processamento:
- reforço na forma de mechas de fibras contínuas é impregnado com a resina em uma cuba. 
- pós impregnação, o conjunto fibra/matriz adentra o molde ( molde define a seção transversal do componente) que vai conferir uma geometria ao componente que se deseja obter. 
- molde submetido ao aquecimento. Após a saída do molde a peça está pronta. Vantagens 
Processo contínuo e pode ser completamente automatizado. Adequado para produção de grandes volumes de peças. 
Utiliza fibras e resinas de baixo custo e produz produtos comerciais de baixo custo.
Desvantagens 
É adequado para partes que tem área de seção transversal constante. Formas cônicas e complexas não podem ser produzidas. Partes com paredes espessas não podem ser produzidas. 
Estruturas que requerem carregamento complexo não podem ser produzidas porque as propriedades são limitadas a direção axial. 
Enrolamento filamentar: Ideal para a manufatura de tubos e vasos cilíndricos( como vasos cilindrícos de pressão tanques de combustível dutos), utilizando como matriz termoplásticos e termorrígidos e fibras de carbono, aramida ou vidro e híbridos destas. 
Processamento:
Filamentos são apropriadamente impregnados pelo polímero e submetidos à bobinagem sobre um mandril rotatório. 
Uma tensão é aplicada ao reforço a medida que ele é enrolado. 
Quando são utilizados polímeros termorrígidos, as formulações devem apresentar maior tempo de gelificação, para permitir que o trabalho seja completado em uma só etapa. 
O componente é devidamente curado ou solidificado e o mandril é removido por um dispositivo de extração. Existem casos onde o mandril não é removido. 
Variáveis deste processo: tensão na fibra, velocidade, T de banho de impregnação, viscosidade da matriz, velocidade do carro e rotação do mandril. Exigências como forma, acabamento superficial, capacidade de suportar esforços de bobinagem e os vários ciclos de cura ao qual estará submetido ao longo de sua vida útil estão entre as mais importantes para garantir a qualidade da peça bobinada. 
Vantagens 
Investimento inicial alto em equipamento e ferramentas, mas os materiais utilizados na manufatura e a mão-de-obra têm pouco impacto no custo final do componente a ser obtido. 
Utiliza matéria-prima de baixo custo e ferramentas de baixo custo. 
A automatização do projeto permite que a disposição do reforço sobre a superfície do mandril seja bastante precisa e reprodutível, resultando em redução de custo e alto volume de produção. 
Produz peças grandes e pequenas. 
Controle da posição da fibra e aproveitamento do material.
Desvantagens 
É limitado a produzir estruturas convexas e fechadas. 
Não é adequado para fazer estruturas abertas tais como banheiras. 
A fração volumétrica máxima de fibras possível por este processo é 60%. 
Dificuldade em obter distribuição uniforme das fibras e resinas. Mau controle do conteúdo de resinas. 
Controle operacional (programação, parâmetros de processo).
Densidade do WC: 15,63 g/cm³;
Densidade do TiC: 7,3 g/cm³;
Densidade do TaC: 13.9 g/cm³;
Densidade do Co: 8,9 g/cm³;
Frações volumétricas:
WC: 75%
TiC: 15%
TaC: 5%
Co: 5%
 = 13,9575 g/cm³
Procure a densidade do tungstênio puro e da prata (dW = 19,3 g/cm3 e dAg = 10,49 g/cm3).
Use a regra das misturas:
dcompósito = dW.VW + dporo.Vporo onde V é a fração volumétrica.
Assumir que a densidade de um poro é zero (dporo = 0):
Então:
14,5 = (19,3)VW +(0).Vporo
VW = 0,75
Vporo = 1-0,75 = 0,25.
Após a infiltração, a fração volumétrica de prata se iguala à fração volumétrica dos poros = 0,25
Entâo:
%Ag = (0,25).(10,49)/((0,25).(10,49)+ (0,75).(19,3) = 15,3%