Cap.5_compósitos

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GOVERNO DO ESTADO DO PARÁ 
UNIVERSIDADE DO ESTADO DO PARÁ 
CENTRO DE CIENCIAS NATURAIS E TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL 
DISCIPLINA: PROPRIEDADE DOS MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: CVT-MG 
 
 
 
 
 
 
Altamira-PA 
2012 
Capítulo 5 – Polímero Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 1 de 9 
5.1 INTRODUÇÃO 
 
Um material composto é formado pela união de dois materiais de naturezas 
diferentes, resultando em um material de performance superior àquela de seus 
componentes tomados separadamente. O material resultante é um arranjo de fibras, 
contínuas ou não, de um material resistente (reforço) que são impregnados em uma matriz 
de resistência mecânica inferior as fibras. 
 
 
5.2 COMPONENTES CONSTITUINTES DE UM MATERIAL COMPOSTO 
 
5.2.1 Fibras 
 
 
A(s) fibra(s) é o elemento constituinte que confere ao material composto suas 
características mecânicas: rigidez, resistência à ruptura, etc. As fibras podem ser curtas de 
alguns centímetros que são injetadas no momento da moldagem da peça, ou longas e 
que são cortadas após a fabricação da peça. 
Os tipos mais comuns de fibras são: de vidro, de aramida (kevlar), carbono, boro, 
etc. As fibras podem ser definidas como sendo unidirecionais, quando orientadas segundo 
uma mesma direção; bidimensionais, com as fibras orientadas segundo duas direções 
ortogonais (tecidos), Figura 1 e Figura 2, ou com as fibras orientadas aleatoriamente 
(esteiras), Figura 3; e tridimensionais, quando as fibras são orientadas no espaço 
tridimensional (tecidos multidimensionais). 
 
 
5.2.2 Matrizes 
 
 
As matrizes têm como função principal, transferir as solicitações mecânicas as 
fibras e protegê-las do ambiente externo. As matrizes podem ser resinosas (poliéster, 
epóxi, etc), minerais (carbono) e metálicas (ligas de alumínio). 
 
 
 
Figura 1 – Tecido padrão 1 
 
 
Capítulo 5 – Polímero Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 2 de 9 
 
Figura 2 – Tecido - padrão 2 
 
 
 
Figura 3 – Esteira (fibras contínuas ou cortadas) 
 
 
A escolha entre um tipo de fibra e uma matriz depende fundamentalmente da 
aplicação ao qual será dado o material composto: características mecânicas elevadas, 
resistência à alta temperatura, resistência a corrosão, etc. O custo em muitos casos 
pode também ser um fator de escolha entre um ou outro componente. Deve ser observada 
também a compatibilidade entre as fibras e as matrizes. 
 
 
5.3 INTERESSE DOS MATERIAIS COMPOSTOS 
 
 
O interesse dos materiais compostos está ligado a dois fatores: econômico e 
performance. O fator econômico vem do fato do material composto ser muito mais leve que 
os materiais metálicos, o que implica numa economia de combustível e consequentemente, 
num aumento de carga útil (aeronáutica e aeroespacial). A redução na massa total do 
produto pode chegar a 30 % ou mais, em função da aplicação dada ao material 
composto. O custo de fabricação de algumas peças em material composto pode ser 
também sensivelmente menor se comparado com os materiais metálicos. 
O fator performance está ligado a procura por um melhor desempenho de 
componentes estruturais, sobretudo no que diz respeito às características mecânicas 
(resistência a ruptura, resistência à ambientes agressivos, etc.). O caráter anisotrópico dos 
Capítulo 5 – Polímero Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 3 de 9 
materiais compostos é o fator primordial para a obtenção das propriedades mecânicas 
requeridas pelo componente. 
A leveza juntamente com as excelentes características mecânicas faz com que 
os materiais compostos sejam cada vez mais utilizados dentro de atividades esportivas. 
 
 
5.4 APLICAÇÕES DOS MATERIAIS COMPOSTOS 
 
 
A aplicação dos materiais compostos surgiu inicialmente na área aeronáutica devido 
a necessidade de diminuição de peso, preservando a robustez dos componentes estruturais. 
Atualmente uma grande variedade de peças em materiais compostos podem ser 
encontradas nos aviões em substituição aos materiais metálicos: fuselagem, spoilers, portas 
de trem de aterrissagem, portas internas, etc., Figura 4. 
Em muitos destes componentes, sua concepção foge da definição dada inicialmente 
para materiais compostos, pois nestes casos os componentes são fabricados normalmente 
em placas de baixa densidade, contra-placadas por placas finas de alta resistência. Esta 
configuração normalmente é dita sanduíche. De uma forma mais ampla, estas configurações 
são também consideradas “materiais compostos”, pois combinam diferentes materiais. 
 
 
Figura 4 – Componentes em material composto em aviões-caça 
 
 
 
Dentro da área aeronáutica, os helicópteros possuem também vários componentes 
em material composto: pás da hélice principal, hélice traseira, árvore de transmissão, 
fuselagem, etc, Figura 5. 
 
Capítulo 5 – Polímero Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 4 de 9 
 
Figura 5 – Componentes em material composto em helicópteros 
 
A utilização dos materiais compostos 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 composto é utilizado para a 
fabricação de capôs, carters de óleo, colunas de direção, árvores de transmissão, molas 
laminadas, painéis, etc., Figura 6. 
Uma das grandes vantagens trazidas para o meio automobilístico pelos materiais 
compostos é, além da redução do peso, a facilidade em confeccionar peças com 
superfícies complexas. 
 
 
Figura 6 – Componentes em material composto em automóveis 
 
 
Uma atividade esportiva notória que emprega material composto é a Fórmula 1, que 
pode ser considerada como um laboratório para as inovações tecnológicas. Em muitos 
casos, o que se emprega dentro dos carros de Fórmula 1, será utilizado futuramente nos 
carros de passeio. Neste caso, o aumento da relação potência/peso é fundamental para um 
bom desempenho do carro nas pistas. A configuração mais frequentemente utilizada nestes 
carros é do tipo sanduíche que é utilizada para a confecção da carroceria. 
Em praticamente todas as atividades esportivas (Figuras 7 e 8), a redução do peso 
está diretamente ligada a redução do tempo de execução de uma prova esportiva. Como 
Capítulo 5 – Polímero Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 5 de 9 
exemplo disto, podemos citar: barcos a vela, skis, bicicletas, etc. Em alguns casos, o 
que se procura é a agilidade, e a perfeição de alguns golpes, como no tênis, com suas 
raquetes; no golfe, com seus tacos; e no surf, com suas pranchas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7 – Barcos a vela Figura 8 – Ski 
 
Figuras 7 e 8 – Compósitos presentes também nos materiais esportivos 
 
 
Uma aplicação bem recente dos materiais compostos na área aeroespacial são 
os painéis solares de satélites, confeccionados em uma configuração sanduíche, Figura 9, 
e os motores de último estágio dos lançadores de satélites, confeccionados a partir do 
bobinamento das fibras sobre um mandril, Figura 10. 
 
 
Figura 9 – Painéis solares de satélite 
Capítulo 5 – Polímero Maio/2012 
 
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Figura 10 – Propulsor de último estágio de lançador de satélite 
 
 
5.5 PROPRIEDADES 
 
 
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  E G    α Tmax 
aços 7800 205000 79000 0,3 
400 a 
 
1600 
1,8 a 
 
10 
1,3.10-5 800 
ligas de 
alumínio2800 75000 29000 0,3 450 10 2,2.10-5 350 
ligas de 
titânio 
4400 105000 40300 0,3 1200 14 0,8.10-5 700 
Cobre 8800 125000 48000 0,3 
200 a 
 
500 
 1,7.10-5 650 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 5 – Polímero Maio/2012 
 
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  E G    α Tmax 
Vidro 
“R” 
2500 86000 0,2 3200 4 0,3.10
-5
 700 
Vidro 
“E” 
2600 74000 30000 0,25 2500 3,5 0,5.10
-5
 700 
Kevlar 
49 
1450 130000 12000 0,4 2900 2,3 -0,2.10
-5
 
Grafite 
“HR” 
1750 230000 50000 0,3 3200 1,3 0,02.10
-5
 >1500 
Grafite 
“HM” 
1800 390000 20000 0,35 2500 0,6 0,08.10
-5
 >1500 
Boro 2600 400000 3400 0,8 0,4.10
-5
 500 
 
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  E G    α Tmax 
Termorresistentes 
Epóxi 1200 4500 1600 0,4 130 2 a 6 11.10
-5
 90 a 200 
Fenólica 1300 3000 1100 0,4 70 2,5 1.10
-5
 
120 a 
200 
Poliéster 1200 4000 1400 0,4 80 2,5 8.10
-5
 60 a 200 
Poli carbonato 1200 2400 60 6.10
-5
 120 
Termoplásticos 
Poli propileno 900 1200 30 
20 a 
400 9.10
-5
 70 a 140 
Poliamida 1100 4000 70 200 8.10
-5
 170 
 
 
 
Capítulo 5 – Polímero Maio/2012 
 
Prof. Glauber Epifanio Loureiro, M. Sc. Eng Página 8 de 9 
EXERCÍCIO 
 
1) Explique o que é um compósito. 
2) Quais fatores influenciam nas propriedades mecânicas dos compósitos ? 
3) Qual o interesse da engenharia na fabricação de compósitos ? 
4) Dê exemplos de compósitos com matriz cerâmica, metálica e polimérica