Materiais Compósitos Poliméricos

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Materiais Compósitos 
Poliméricos 
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COMPÓSITOS
Compósitos ou Materiais compósitos : 
dois ou mais materiais (ou fases). 
Propriedades : rigidez, resistência 
mecânica, peso, desempenho em 
altas temperaturas, resistência a 
corrosão, dureza ou condutividade. 
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Exemplos de materiais compósitos:
1)Madeira: 
fibras de celulose fortes e flexíveis 
em uma matriz rígida de lignina. 
2)Osso: 
mineral cerâmico de hidroxiapatita 
forte e quebradiço imerso em 
polímero – colágeno – tipo de 
proteína. 
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Exemplos de materiais compósitos:
A Hidroxiapatita é formada por fosfato de 
cálcio cristalino (Ca10(PO4)6(OH)2) e representam um 
deposito de 99% do cálcio corporal e 80% do fósforo total
3)Concreto:
compósito agregado : agregado 
grosso (brita) e agregado fino (areia) 
em aluminossilicato de cálcio 
(cimento Portland) 
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Reforço + Matriz
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possíveis combinações dos compósitos com vários
tipos de matrizes.
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Função dos componentes 
Reforço 
•dureza 
•resistência a tração 
•tenacidade 
•rigidez 
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Função dos componentes
Matriz 
•manutenção das fibras na orientação 
apropriada 
•proteção contra abrasão e efeitos 
ambientais 
•transferência e distribuição das 
tensões 
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Fatores que influenciam os 
compósitos 
•Propriedades e fração volumétrica 
•Distribuição e dispersão da fase 
dispersa 
•Tamanho, formato e porosidade da 
carga 
•Adesão interfacial 
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Compósitos de matriz polimérica
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Compósitos de matriz polimérica
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Fibras utilizadas como reforço
•Vidro-E
•Vidro-S
•Carbono (Grafita)
•Para-aramida (Kevlar®)
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Fibras de vidro 
Vantagens:
•baixo custo
•alta resistência a tração
Desvantagens:
•baixo módulo de elasticidade
•baixa resistência à fadiga 16
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Fibra de vidro 
Composição aplicação
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Fibra de vidro 
Agente de ligação: 
Y-(CH2)-Si-(X)3
Y=afinidade orgânica, 
X= afinidade inorgânica 
Aplicações: automóveis, barcos, 
caixas d’água, recipientes de 
armazenamento.
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Fibras de Carbono 
Vantagens:
•baixa massa específica
•alto módulo de elasticidade (200 
a 700GPa)
•maior resistência à umidade e a 
muito ácidos e solventes 
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Fibras de Carbono 
Filamento longo – diâmetro = 0,005 –
0,010 mm 
Cristais de grafita + carbono amorfo 
alinhados paralelamente ao eixo da 
fibra. 
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Fibras de Carbono 
Obtenção:
-Pirólise de fibras de poliacrilonitrila 
(resistência específica maior e 
módulo específico menor), celulose 
(rayon), piches, etc.
-Remoção de oxigênio, nitrogênio e 
hidrogênio
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Fibra de Poli (aramida) 
Vantagens:
•Baixa massa específica
•Alta tenacidade
•Ductibilidade
•Alta resistência mecânica
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Fibra de Poli (aramida) 
Desvantagens:
•Baixa resistência a compressão 
Aplicações: cordas,coletes a prova de 
bala, carcaça de mísseis, substituição 
do amianto em freios.
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Aplicações 
Kevlar:Cordas,coletes a 
prova de bala, carcaça de 
mísseis, substituição do 
amianto em freios, 
embreagem gaxetas -
Kevlar e nomex
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Materiais compósitos híbridos
Compósito híbrido carbono/kevlar 30
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Curva de tensão-deformação
E = modulo de elasticidade = σ/ γ
σe = ponto de escoamento, 
σr = tensão de ruptura, 
γr = deformação de ruptura. 36
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Matrizes Termofixas
Nestas resinas a polimerização se desenvolve em uma 
estrutura tridimensional,pois ocorre uma ligação covalente 
onde não é mais possível ocorrer um escorregamento entre 
as moléculas.
Para estes tipos de polímeros a plasticidade não aumenta 
com a temperatura. São resinas que apresentam 
propriedades isotrópicas e quando curadas não se consegue 
mais fundi-las nem dissolvêlas. Portanto, elas perdem suas 
propriedades elásticas quando aquecidas na temperatura de 
distorção, desta forma tornando limitado o uso para 
componentes estruturais; porém, têm melhor estabilidade
dimensional, resistência ao calor, resistência química e 
elétrica do que as resinas termoplásticas.
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Epóxi
De uma forma geral este tipo de resina é fornecida na forma 
líquida, apresentam propriedades superiores as demais e 
são geralmente utilizadas em materiais de alto desempenho 
dentro da classe dos plásticos reforçados. A resina epóxi é 
utilizada em vários setores na indústria, como 
eletroeletrônica, de embalagem, construção civil e 
transporte. As aplicações específicas incluem os adesivos, 
equipamentos para indústria química, compósitos 
estruturais, etc. A resina epóxi tem características como:
- Baixa retração, devido a ausência de materiais voláteis
- Bom comportamento a temperaturas elevadas (150 0C)
- Boa resistência a agentes químicos
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Poliéster Insaturado
A resina poliéster é fornecida na forma de um líquido 
viscoso e se transforma em um sólido rígido e infusível 
(termorígido) por meio de uma reação química exotérmica 
de polimerização ou cura. A cura dessa resina pode 
acontecer mediante aquecimento, utilizando radiações 
eletromagnéticas, ou pela adição de catalisadores e 
aceleradores de reação
Para a cura em temperatura ambiente, o catalisador mais 
utilizado é o peróxido de metil-etil-cetona (MEKP), utilizando 
juntamente com os aceleradores naftenato de cobalto 
(CoNap), ou dimetilanilina (DMA), na proporção de 0 a 0,3% 
em massa
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Poliéster Insaturado
Possui uma alta facilidade de impregnação nas fibras de 
vidro, permitindo desta forma a obtenção de um material 
com boas características mecânicas em relação aos 
materiais convencionais.
A configuração e composição química do poliéster 
endurecido determinam algumas características como:
- Flexibilidade
- Dureza
- Resistência mecânica
- Resistência química
- Resistência térmica
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A quantidade de acelerador e o catalisador controla a 
velocidade de reação e portanto, o tempo
de gel e a temperatura máxima atingida durante a reação. 
Na prática, sistemas de cura à temperatura
ambiente não atingem cura total, sendo necessário efetuar 
um pós-cura, a uma determinada temperatura
e um determinado tempo para completar a reação.
A seguir será apresentado um gráfico que retrata o tempo 
de gel e as proporções de
catalisadores e aceleradores, utilizando diferentes 
aceleradores.
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Figura 3 – Tempo de Gel para a Formulação da Resina Éster 
Vinílica DER 411- Dow Química. (a) Em
Função da Porcentagem de Dimetilanilina e Catalisador 
(MEKP), (b) Em Função do Naftenato de
Cobalto e Catalisador (MEKP).
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Resina poliéster:
Resina Ortoftálica
O mais comum dos poliésteres, usado para aplicações gerais 
que não exigem alta inércia química.
Resina Isoftálica
Apresenta bom desempenho em ambientes moderadamente 
agressivos.
Resina Bisfenólica
Apresenta o máximo de resistência química possível dentro 
dos poliésteres. É amplamente usada em equipamentos 
para ambientes agressivos.
Resina Tereftálica
Apresenta elevada resistência química, sendo usada na 
fabricação de equipamentos que
exijam uma alta inércia química.
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Resina poliéster:
Fenólica
Este tipo de resina é resultante da reação de um fenol e um 
aldeído. Esta reação faz com que o polímero se torne um 
produto duro, insolúvel e infusível a temperatura alta. São 
utilizadas para obtenção de compósitos estruturais, com 
reforços de fibras de vidro e carbono. A seguir serão
apresentadas as principais características de um material a 
base de resina fenólica:
- Boa resistência a altas temperaturas
- Alta resistência a chama
- Excelentes características elétricas
- Resistente ao choque e abrasão
- Boa resistência a ataques químicos, principalmente a 
solventes orgânicos
- Boa estabilidade dimensional.