Materiais compósitos

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Materiais compósitos
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Tecnologias modernas exigem materiais com combinações incomuns de propriedades que não podem ser atendidas pelas ligas metálicas, cerâmicas e materiais poliméricos convencionais.
Exemplo: Materiais com baixa densidade mas fortes e rígidos, resistentes à abrasão e ao impacto e que não corroam. 
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Material multifásico possuindo proporções significativas das propriedades de cada uma das fases conseguindo-se uma melhor combinação de propriedades. 
A madeira é um compósito natural: 
Fibra de celulose flexíveis e resistentes 
Lignina , resina mais rígida que mantém as fibras unidas 
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Características gerais de um compósito
Um compósito industrial consiste em um material artificialmente multifásico onde as fases devem ser quimicamente diferentes, separadas por uma interface 
Logo todo material compósito apresenta duas fases:
FASE MATRIZ: É contínua e envolve a fase dispersa
FASE DISPERSA:
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Propriedades de um compósito dependem:
Propriedades das fases constituintes
Das quantidades relativas das fases constituintes
Da geometria da fase dispersa
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Tipos de compósitos
3 tipos de compósitos
Reforçados com partículas
Reforçados com fibras
Estrutural 
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Compósitos reforçados com partículas
Características gerais:
Em geral a fase particulada é mais dura e mais rígida que a matriz.
A matriz transfere parte da tensão aplicada às partículas que suportam uma fração da carga 
Diâmetro das partículas de o,o1 μm até 0,1μm para dispersões com partículas pequenas.
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Compósitos com partículas
Concreto:
Cimento-matriz
Areia e brita- particulados
Cermetos (metais + cerâmicas): 
WC + Co (micrografia ao lado) ou Ni
TiC + Co ou Ni
Dureza(cerâmico) + tenacidade(metal) 
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Compósitos com partículas
Elastômeros e plásticos:
 São reforçados com partículas de NEGRO DE FUMO.
NEGRO DE FUMO: Queima do gás natural ou óleo gera partículas de carbono que melhora a resistência, tenacidade e dureza dos polímeros 
Ex: Pneus 
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Compósitos reforçados com fibras
Em geral deseja-se nesses materiais alta resistência, tenacidade e rigidez em relação ao seu peso. 
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Tipos de compósitos reforçados com fibras.
Compósito reforçado com fibras:
Continuo e alinhado (Fig. (a) ao lado) boa melhora na resistencia
Descontínuo (curto) : Fibra curta pouca melhora na resistência.
 Alinhado (Fig. (b) ao lado)
Orientado aleatoriamente (Fig. (c) ao lado)
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Comportamento mecânico de um compósito reforçado com fibras. Curvas tensão- deformação
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Exemplo de fibras: 
 De vidro
 De carbono
 De aramida 
Exemplos de matrizes:
Em geral metais ou polímeros, pois se deseja alguma dutilidade da matriz, e as fibras já são frágeis, mas pode ser cerâmicas também (matriz frágil e fibras frágeis)
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Resistências à tração na direção longitudinal e transversal às fibras
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Compósitos com matriz de polímero
Com fibra de vidro: Diâmetro da fibra de 3 a 20 μm (pisos industriais recipientes para armazenamento tubulações)
Com fibra de carbono: (equipamentos esportivos, componentes estruturais de aeronaves, Hélice de helicóptero)
Com fibra de aramida: Nomes comerciais Kevlar e Nomex + epoxi ou poliester. (Cordas,coletes a prova de bala, carcaça de mísseis, substituição do amianto em freios, embreagem gaxetas etc) 
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Comparação entre as propriedades de um polímero sem e com o reforço de fibras de vidro
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Comparação entre as propriedades de um polímero sem e com o reforço de fibras de vidro (tradução)
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Compósitos de matriz metálica
Resiste à temperaturas mais altas que com matriz polimérica.
MATRIZ:
Superligas: (a base de Niquel, Cobalto, Molibdênio.
Ligas de alumínio
Ligas de magnésio
Ligas de titânio
Ligas de cobre 	
FIBRAS: (entre 10 e 60% em volume)
DE CARBONO
DE CARBETO DE SILÍCIO SiC.
DE ALUMINA (PARTICULADOS EM GERAL)
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Comparação entre as propriedades de vários compósitos metal- reforço de fibra
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Compósitos carbono - carbono
Um dos materiais mais avançados e promissores em engenharia é o compósito de MATRIZ DE CARBONO com reforço de FIBRA DE CARBONO.
Grande resistência mecânica e a fluência alta tenacidade baixa expansão térmica e ótima condutividade térmica. 
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Processamento dos compósitos reforçados com fibras 
Pultrusão: Para produção de formatos de seção reta constante (barras tubos vigas).
Mechas ou cabos de fibras são impregnados com uma resina termofixa, sendo então estirados através de um molde de aço aquecido. 
Passa na seqüência em um molde de cura aquecido que confere a peça sua forma final.
Matrizes usuais: Poliésteres, ésteres vinílicos, resinas epoxi.
Fibras usuais: De vidro , carbono, aramida 
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Processamento dos compósitos reforçados com fibras
Prepreg: Processo mais utilizado para estruturas.
Fibras contínuas pré-impregnadas com resina polimérica parcialmente curadas em espessuras de 0,08mm a 0,25 mm e larguras de 2,5 mm a 1525 mm.
Esse material é enviado ao fabricante em forma de fita. Essa fita molda e cura por completo o produto sem a necessidade de adicionar qualquer resina adicional apenas com calor e pressão. 
Teor de resina: 35 a 45 % em vol. termofixa ou termoplástica.
O prepreg deve ser mantido a 0 C pois a cura prosseguiria à temperatura ambiente
Após a remoção do papel de suporte várias camadas são colocadas, em geral com as fibras cruzadas para se ter mesma resistência nos dois sentidos 
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Processamento dos compósitos reforçados com fibras
Enrolamento de filamento: Processo no qual as fibras de reforço contínuas são posicionadas segundo um padrão pré-determinado para compor uma forma oca geralmente cilíndrica 
Fios individuais ou em mechas são alimentados através de um banho de resinas e em seguida enroladas continuamente ao redor de um mandril (processo automático).
Após um número apropriado de camadas a cura é executada em m forno ou a temperatura ambiente após a retirada do mandril.
Como alternativa pode-se enrolar prepregs estreitos e delgados (até 10 mm) ao redor do mandril.
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Compósitos estruturais
Compósitos laminares: Folhas ou painéis bidimensionais são cimentados umas as outras invertendo a direção do alinhamento das fibras de cada placa
Ex: Esqui moderno
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Compósitos estruturais
Painéis em forma de sanduíches: Duas folhas externas mais resistentes separadas por uma camada de metal menos denso.
Folhas externas: madeira compensada, alumínio e ligas, plásticos + fibras, titânio aço.
Recheio interno: Polímeros com espuma, borrachas sintéticas, colmeias.
Ex: Asas e fuselagem de aeronaves telhados, pisos, paredes. 
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