materiais compositos

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Autores
Marcelo F.S.F. de Moura, Alfredo B. de Morais, António G. de Magalhães
título
Materiais Compósitos - Materiais, Fabrico e Comportamento Mecânico
editor
Publindústria, Edições Técnicas
Praça da Corujeira n.º 38 . 4300-144 PORTO
www.publindustria.pt
distribuidor 
Engebook - Conteúdos de Engenharia e Gestão
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Cdu
624 Engenharia Estrutural.
061 Materiais Compósitos.
isbN (ebook)
978-972-8953-73-7
engebook – Catalogação da publicação
Família: Mecânica
subfamília: Materiais/Metalurgia
Índice
Prefácio
1. INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS COMPÓSITOS 1
1.1. Perspectiva global dos compósitos e suas aplicações 1
1.2. Reforços 9
1.2.1. Fibras de vidro 9
1.2.2. Fibras de carbono 11
1.2.3. Fibras aramídicas 13
1.2.4. Fibras de boro 14
1.2.5. Outros tipos de reforços 15
1.3. Formas que podem apresentar os reforços 16
1.3.1. Roving 16
1.3.2. Mantas 16
1.3.3. Tecidos 2D 17
1.3.3.1. Tecidos entrelaçados (woven fabrics) 17
1.3.3.2. Tecidos quase unidireccionais 18
1.3.3.3. Tecidos híbridos 18
1.3.4. Malhas (knitted fabrics) 18
1.3.5. Tecidos 3D 19
1.3.6. Entrançados (braids) 19
1.3.7. Pré-formas 17
1.4. Matrizes 21
1.4.1. Temperaturas de transição 22
1.4.2. Temperatura de deflexão sob carga 23
1.4.3. Matrizes termoplásticas 24
ÍNDICE
iii
1.4.3.1. Polipropileno (PP) 24
1.4.3.2. Poliamida (PA) 24
1.4.3.3. Policarbonato (PC) 25
1.4.3.4. Poli-éter-éter-cetona (PEEK) 25
1.4.3.5. Poliimidas termoplásticas 25
1.4.3.6. Polisufureto de fenileno (PPS) 26
1.4.4. Matrizes termoendurecíveis 27
1.4.4.1. Poliesteres insaturados 27
1.4.4.2. Resinas de vinilester 28
1.4.4.3. Resinas fenólicas 28
1.4.4.4. Resinas de epóxido 29
1.4.4.5. Bismaleimidas 29
1.4.4.6. Poliimidas termoendurecíveis 30
1.5. Semi-produtos 31
1.5.1. Compostos de moldação 31
1.5.1.1. SMC (sheet molding compound) 31
1.5.1.2. TMC (thick molding compound) 31
1.5.1.3. DMC (dough molding compound) 32
1.5.1.4. Compostos termoplásticos 32
1.5.2. Pré-impregnados 32
1.6. Cargas e outros aditivos 33
1.7. Conclusão 34
Questões 34
Referências 35
2. PROCESSAMENTO DE MATERIAIS COMPÓSITOS 37
2.1. Moldação por contacto 38
2.1.1. Moldação manual 38
2.1.2. Moldação por projecção 40
2.2. Moldação por vácuo 41
2.3. Moldação por compressão 43
2.3.1. Moldação por compressão a frio 44
2.3.2. Moldação por compressão a quente 44
2.4. Moldação por injecção 45
2.5. Moldação por injecção a baixa pressão e por transferência 48
2.5.1. RTM (Reaction Transfer Moulding) 48
2.5.2. SRIM (Structural Reaction Injection Moulding) 50
2.5.3. RRIM (Reinforced Reaction Injection Moulding) 50
2.6. Moldação em autoclave 51
2.7. Enrolamento filamentar 54
2.8. Pultrusão 56
2.9. Moldação por centrifugação 57
2.10. Moldação em contínuo 58
2.11. Maquinagem de materiais compósitos 59
MATERIAIS COMPÓSITOS
iv
2.11.1. Furação de materiais compósitos 60
2.11.2. Corte de materiais compósitos 62
2.12. Reciclagem de materiais compósitos 63
Questões 64
Referências 64
3. LEIS CONSTITUTIVAS DA CAMADA 67
3.1. Introdução 67
3.2. Análise geral de sólidos anisotrópicos 68
3.3. Ortotropia e isotropia transversal 71
3.4. Constantes de Engenharia da camada 75
3.5. Lei constitutiva tridimensional 78
3.6. Lei constitutiva para estado plano de tensão 82
Referências 89
4. ANÁLISE MICROMECÂNICA DA CAMADA 91
4.1. Introdução 91
4.2. Análise das constantes de engenharia 92
4.2.1. Modelos de mecânica dos materiais 93
4.2.2. Modelo auto-consistente 97
4.2.3. Limites superior e inferior 98
4.2.4. Modelos semi-empíricos 101
4.2.5. Método das células 102
4.2.6. Conclusão 106
4.3. Análise das resistências 108
4.3.1. Resistência longitudinal à tracção 111
4.3.2. Resistência longitudinal à compressão 119
4.3.3. Conclusão 126
Referências 127
5. CRITÉRIOS DE ROTURA DA CAMADA 131
5.1. Introdução 131
5.2. Critérios não-interactivos 132
5.3. Critérios interactivos 134
5.4. Critérios parcialmente interactivos 137
5.5. Conclusão 143
Referências 144
6. ANÁLISE DOS COMPÓSITOS DE FIBRAS CURTAS 147
6.1. Introdução 147
6.2. Compósitos de fibras alinhadas 148
6.2.1. Modelo de Kelly-Tyson 149
6.2.2. Modelo de Cox 151
6.3. Compósitos de fibras com orientação aleatória 156
ÍNDICE
v
Referências 160
7. ANÁLISE DOS LAMINADOS 163
7.1. Introdução 163
7.2. Teoria clássica dos laminados 164
7.2.1. Relações esforços-deformações de alguns laminados 170
7.2.2. Constantes de engenharia de laminados simétricos 175
7.2.3. Análise da resistência de laminados 178
7.3. Teorias avançadas dos laminados 184
7.3.1. Teorias de deformação globais 184
7.3.2. Teorias de deformação locais 187
7.3.3. Teorias de deformação globais-locais 187
Referências 188
8. EFEITOS HIGROTÉRMICOS E VISCOELÁSTICOS 191
8.1. Introdução 191
8.2. Efeitos higrotérmicos 193
8.2.1. Degradação de propriedades 193
8.2.2. Leis constitutivas com efeitos higrotérmicos 196
8.3. Viscoelasticidade linear 204
8.3.1. Princípio da sobreposição de Boltzmann 204
8.3.2. Modelos de comportamento viscoelástico 205
8.3.3. Análise quase-elástica 209
8.3.4. Solicitações sinusoidais e notação complexa 210
8.3.5. Princípio de equivalência tempo-temperatura 213
Referências 216
9. MECÂNICA DA FRACTURA 221
9.1. Introdução 221
9.2. Fundamentos de Mecânica da Fractura 222
9.2.1. Teoria de Griffith 222
9.2.2. Extensão da teoria de Griffith 225
9.2.3. Factor intensidade de tensão e tenacidade à Fractura 226
9.2.4. Relação entre G e K 228
9.2.5. Modos de solicitação 230
9.2.6. Teoria da densidade de energia de deformação 234
9.3. Aplicação da mecânica da fractura aos compósitos 236
9.3.1. Fractura intralaminar 237
9.3.1.1. Factor intensidade de tensão e taxa de libertação de energia 237
9.3.1.2. Processo de rotura micromecânica em compósitos 239
9.3.1.3. Teoria da densidade de energia de deformação 241
9.3.2. Fractura interlaminar 243
9.3.2.1. Obtenção da taxa crítica de libertação de energia em modo I 243
9.3.2.2. Obtenção da taxa crítica de libertação de energia em modo II 248
MATERIAIS COMPÓSITOS
vi
9.3.2.3. Modo Misto 249
9.4. Métodos numéricos aplicados à fractura interlaminar 252
9.4.1. Método do fecho virtual de fenda 252
9.4.2. Elementos finitos de interface 254
Referências 258
10. TÓPICOS AVANÇADOS EM MATERIAIS COMPÓSITOS 261
10.1. Efeito de bordo 261
10.1.1. Laminados tipo (0, 90) 262
10.1.2. Laminados tipo (+�, -�) 263
10.1.3. Análise teórica de laminados 264
10.1.4. O ensaio de provetes delaminados nos bordos 265
10.2. Critérios de rotura para compósitos com furo e entalhes 268
10.3. Impacto em compósitos 273
10.3.1. Impacto de baixa velocidade 273
10.3.1.1. Ensaios de impacto de baixa velocidade 274
10.3.1.2. Métodos experimentais usados para a detecção do dano 276
10.3.1.3. Dano causado por impacto de baixa velocidade 277
10.3.1.4. Modelação 279
10.3.1.4.1. Força de impacto 279
10.3.1.4.1.1. Modelo do balanço energético 279
10.3.1.4.1.2. Modelo de massa e mola 281
10.3.1.4.1.3. Distribuição espacial da força de contacto 282
10.3.1.4.2. Previsão do dano causado pelo impacto 283
10.3.2. Impacto de alta velocidade 287
10.3.3. Parâmetros fundamentais na resistência ao impacto 289
10.3.4. Resistência residual após impacto 291
10.4. Fadiga em compósitos 295
10.4.1. Mecanismos de dano 295
10.4.2. Factores que afectam o comportamento à fadiga 298
10.4.3. Modelos 29910.4.3.1. Modelos de previsão da vida à fadiga 300
10.4.3.2. Modelos fenomenológicos 301
10.4.3.2.1. Modelos de rigidez residual 301
10.4.3.2.2. Modelos de resistência residual 302
10.4.3.2.3. Modelos de dano progressivo 303
Referências 305
11. ENSAIOS MECÂNICOS 311
11.1. Introdução 311
11.2. Ensaios de tracção 312
11.3. Ensaios de compressão 316
11.4. Ensaios de corte 320
11.4.1. Ensaio de tracção de laminados ±45º 320
ÍNDICE
vii
11.4.2. Ensaio de tracção de laminados unidireccionais a 10º 321
11.4.3. Ensaios de corte em calha 322
11.4.4. Ensaio Iosipescu 324
11.4.5. Ensaio de torção de placas 325
11.4.6. Ensaio de torção de tubos de paredes finas 326
11.5. Ensaios de flexão 327
11.6. Medição das propriedades na direcção da espessura 330
11.7. Ensaios de fractura 333
11.7.1. Modo I 333
11.7.2. Modo II 335
11.7.3. Modo misto I-II 337
11.7.4. Laminados multidireccionais 338
Referências 340
12. LIGAÇÕES EM MATERIAIS COMPÓSITOS 345
12.1. Ligações aparafusadas e rebitadas 346
12.1.1. Características 346
12.1.2. Modos de rotura 347
12.1.3. Modelação 349
12.2. Ligações coladas 352
12.2.1. Características 352
12.2.2. Procedimentos de execução de uma ligação colada 354
12.2.3. Tipos de adesivos 356
12.2.4. Modos de rotura 361
12.2.5. Modelação 363
12.2.6. Regras de projecto de uma ligação colada 366
12.3. Ligações por fusão 367
Referências 368
MATERIAIS COMPÓSITOS
viii
Prefácio
Os materiais compósitos iniciaram a sua caminhada de sucesso em meados do século
20 e daí em diante a sua expressão industrial não mais parou de crescer. Desde artigos
simples, utilizados quotidianamente por todos nós, até aplicações em estruturas e
componentes para a indústria aeronáutica e aeroespacial, os materiais compósitos
ocupam actualmente um lugar destacado entre os materiais de engenharia. Isto deve-se
naturalmente às vantagens que possuem relativamente aos materiais tradicionais,
entre as quais sobressaem a facilidade de processamento, a elevada rigidez e resistência
mecânica e o baixo peso específico dos compósitos de matriz polimérica. Por con-
seguinte, são eles o objecto de estudo neste livro.
O primeiro capítulo apresenta exemplos particularmente significativos da aplicação de
materiais compósitos em diversos domínios e descreve as características dos constitu-
intes principais, com ênfase nos tipos de fibras e de matrizes mais utilizados. Um factor
decisivo na disseminação dos compósitos é a existência de técnicas de fabrico que dão
ao projectista uma enorme liberdade de concepção e a garantia da competitividade do
produto final. As técnicas de processamento são por isso descritas detalhadamente no
capítulo 2.
Os capítulos 3 a 7 tratam os aspectos essenciais do comportamento mecânico. Os
materiais compósitos de alto desempenho são frequentemente constituídos por várias
camadas reforçadas com fibras contínuas. No capítulo 3 são formuladas as relações
entre tensões e deformações da camada, tratada como um sólido anisotrópico
PREFÁCIO
ix
homogéneo, abordagem que se designa por macromecânica. Todavia, a compreensão
do comportamento mecânico requer uma análise à escala microscópica, objecto dos
modelos micromecânicos que são apresentados no capítulo 4. Além disso, a natureza
heterogénea ao nível microscópico é responsável pela existência de vários modos de
rotura. O capítulo 5 aborda precisamente a previsão da rotura da camada, matéria de
grande complexidade. Sendo a utilização de fibras contínuas fundamental para a
obtenção de elevadas propriedades mecânicas, em certas aplicações prevalecem a
facilidade de processamento e o menor custo dos compósitos de fibras curtas. Os fun-
damentos do seu comportamento micro e macromecânico são tratados no capítulo 6,
onde se constata que a rigidez e a resistência são muito inferiores aos da camada 
unidireccional de fibras contínuas na direcção longitudinal. Porém, os laminados 
unidireccionais apresentam propriedades na direcção transversal relativamente
baixas. A solução para este problema passa pela utilização de laminados constituídos
por camadas com diferentes orientações. O seu comportamento é descrito habitual-
mente pela teoria clássica dos laminados, apresentada no capítulo 7.
Para além dos esforços mecânicos, os materiais estão geralmente expostos a
condições de humidade e temperatura que influenciam o seu comportamento. O
estudo dos chamados efeitos higrotérmicos assume particular relevância nos com-
pósitos de matriz polimérica, dado que as matrizes têm um carácter acentuadamente
viscoelástico, que se manifesta por exemplo em fenómenos de fluência e relaxação.
Estes assuntos são objecto de estudo no capítulo 8.
Os progressos nos meios computacionais de projecto e as exigências crescentes de 
competitividade económica têm diminuído a margem de segurança no projecto de
estruturas. Em muitos casos, é actualmente admissível a presença de defeitos, desde
que a sua evolução e efeitos na resistência possam ser previstos no sentido de evitar a
rotura catastrófica. Isto constitui o domínio da Mecânica da Fractura, cujas aplicações
aos compósitos são apresentadas no capítulo 9. Por outro lado, a natureza laminada dos
compósitos de elevado desempenho gera um conjunto particularidades no seu compor-
tamento, de que é exemplo significativo a sensibilidade ao impacto. Estes aspectos mais
avançados do comportamento mecânico são analisados no capítulo 10.
As aplicações estruturais exigem um conhecimento preciso do comportamento mecânico
dos materiais, que é geralmente obtido em ensaios de amostras. Há actualmente um 
conjunto significativo de ensaios que são objecto de normas internacionais. Porém, como
veremos no capítulo 11, subsistem dificuldades importantes na determinação de várias
vertentes do comportamento mecânico complexo dos compósitos.
MATERIAIS COMPÓSITOS
x
Finalmente, o capítulo 12 é dedicado às ligações de materiais compósitos. A necessidade
de efectuar ligações pode dever-se a razões tão diversas como limitações nas dimensões
ou formas das peças, requisitos de desmontabilidade ou realização de reparações. No
caso dos laminados, as ligações aparafusadas e rebitadas interrompem a continuidade
das fibras e favorecem danos localizados. Por conseguinte, assumem particular
importância as ligações coladas com adesivos estruturais.
Como se depreende deste breve resumo, este livro descreve detalhadamente o com-
portamento mecânico e os modelos usados para o cálculo de estruturas compósitas.
Trata-se de um assunto que é de relevância crescente para os profissionais das
Engenharias Mecânica, Civil, Aeronáutica e outras afins. De facto, a temática dos
materiais compósitos consta actualmente dos planos de estudos das licenciaturas e
dos mestrados naqueles domínios. A profundidade com que os assuntos são tratados
neste livro é consistente com as exigências de uma disciplina de mestrado. Todos os
capítulos têm por base uma revisão bibliográfica extensa da literatura internacional,
incluindo artigos científicos nas mais prestigiadas revistas sobre materiais compósitos.
Por outro lado, este livro pode servir de base à leccionação de disciplinas que tratem
os materiais compósitos a outros níveis. Assim, para uma disciplina de introdução aos
materiais serão úteis conhecimentos transmitidos nos capítulos 1 e 2. Além disso, os
capítulos 4.1, 4.2.1, 6.1 e 6.2.1 proporcionarão um entendimento básico do compor-
tamento mecânico. No caso de uma disciplina de materiais compósitos de licenciatura,
recomendam-se os capítulos 1 a 8 e 11.1 a 11.5.
A preparação deste livro assenta evidentemente na formação e na experiência de mais
de uma década dos autores em materiais compósitos. De facto, sendo todos licenciados
e doutorados em Engenharia Mecânica, os seus trabalhos de doutoramento foram
dedicados a diferentes aspectos do comportamento mecânico de materiais compósitos.
Para além da experiênciana leccionação de disciplinas sobre compósitos, os autores
têm também realizado vários trabalhos de investigação nesta área publicados em
revistas científicas internacionais. Os autores têm também em comum o facto de
terem sido alunos de licenciatura e de doutoramento de António Torres Marques,
Professor Catedrático da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto,
Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial. O Professor António
Torres Marques tem tido um papel preponderante no desenvolvimento de trabalhos
de investigação sobre materiais compósitos em Portugal, sendo reconhecido actual-
mente como um dos grandes especialistas mundiais na matéria. Os autores querem
expressar um voto de agradecimento ao Professor António Torres Marques pela
colaboração prestada e pelo interesse na investigação que lhes incutiu.
PREFÁCIO
xi
Capítulo 1
Introdução aos 
materiais compósitos
1.1. Perspectiva Global dos Compósitos e suas Aplicações
Um material diz-se compósito quando resulta da combinação de dois ou mais 
materiais distintos. O exemplo clássico e mais vulgar são os compósitos fibrosos, isto
é, que resultam da dispersão de fibras num material aglomerante, que se designa por
matriz. A incorporação de fibras para melhorar as propriedades dos materiais 
tradicionais começou nos primórdios da história da humanidade. Um dos primeiros
exemplos, referido no nti o esta ento, são os tijolos de argila reforçados com fibras
de palha. Hoje em dia, o conjunto de materiais que se adjectivam de compósitos é
muito vasto, e vão desde o vulgar betão armado até aos compósitos de elevado desem-
penho, à base de resinas de epóxido reforçadas com fibras contínuas de carbono. 
Uma das razões principais para as excelentes propriedades dos compósitos resulta do
facto de as fibras apresentarem propriedades mecânicas muito superiores às dos 
materiais idênticos na forma maciça. Isto foi pela primeira vez demonstrado por Griffith
1.1 , que constatou que, na forma maciça, o vidro possuía tensões de rotura de cerca
de 170 MPa, enquanto fibras de vidro com cerca de 20 μm de diâmetro alcançavam 
tensões de rotura de 3500 MPa. A tabela 1.1 apresenta propriedades de algumas fibras
bem como de materiais na forma maciça, ilustrando de forma clara a importância das
fibras na obtenção das elevadas propriedades mecânicas dos compósitos fibrosos.
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
1
Tabela 1.1. Propriedades de fibras e de materiais na sua forma maciça, adaptada de [1.2] e [1.3].
Apesar do papel fundamental no desempenho dos compósitos, devido à pequena
secção resistente, as fibras não podem ser directamente utilizadas em aplicações
estruturais de engenharia. De facto, cabem à matriz as funções essenciais de dar
forma estável ao compósito, de assegurar a distribuição eficiente de carga pelas fibras
e de proteger as suas superfícies. Os materiais compósitos podem classificar-se segundo
vários critérios, sendo precisamente o tipo de matriz um dos mais relevantes.
Podemos então distinguir compósitos de matriz polimérica, metálica, cerâmica e
cimentosa. A facilidade do processamento e a baixa densidade dos polímeros fazem
com que os compósitos de matriz polimérica sejam actualmente os mais importantes
em termos de desempenho e de campo de aplicações. Por conseguinte, são eles o
objecto de estudo neste livro, em que se adopta uma perspectiva de caracterização do
comportamento mecânico, tendo em vista aplicações estruturais e semi-estruturais.
As fibras mais utilizadas em compósitos de matriz polimérica são as fibras de 
carbono, de vidro e de aramida, cujas características principais são descritas nos 
capítulos 1.2 e 1.3. Por seu turno, as matrizes podem ser termoplásticos, como o
polipropileno, poliamida e o poli-éter-éter-cetena (PEEK), bem como resinas 
termoendurecíveis de poliester ou epóxidas, entre outras, conforme se verá no 
capítulo 1.4. As fibras e a matriz podem ser pré-combinadas, dando origem aos
chamados semi-produtos (ver capítulo 1.5), que são posteriormente processados para
a obtenção da peça compósito final mediante técnicas descritas no capítulo 2.
Finalmente, no capítulo 1.6 faz-se referência a um conjunto de aditivos frequente-
mente presentes nos compósitos, tendo objectivos tão diversos como diminuir o
custo, aumentar a tenacidade ou melhorar o comportamento ao fogo. Para concluir
MATERIAIS COMPÓSITOS
2
esta secção, apresentam-se alguns exemplos ilustrativos da variedade e relevância das
aplicações actuais dos compósitos.
Como é evidente, os materiais compósitos alargam substancialmente o leque de
opções que se colocam aos projectistas e engenheiros de materiais 1.4 . portanto
com toda a naturalidade que os materiais compósitos se encontram disseminados por
diferentes áreas de actividade que incluem indústrias de grande exigência e visibili-
dade tecnológica como a aeronáutica e as indústrias espacial e de defesa, ou outras
como os transportes (com particular destaque para a indústria automóvel), artigos
desportivos, componentes eléctricos e electrónicos e a construção civil.
a) b)
c) d)
Figura 1.1. Aplicações de materiais compósitos na aeronáutica: a) helicóptero Bell modelo 430 que utiliza 
materiais compósitos nas pás e no garfo que as sustenta [1.5]; b) o design apresentado pelo pequeno 
avião M309 seria impensável de realizar sem o recurso em grande escala aos materiais compósitos [1.6]; 
c) C-17 Globemaster III que apresenta partes importantes da estrutura em materiais compósitos [1.7]; d) Sonic 
cruiser, avião da Boeing em desenvolvimento que apresentará 60% dos seus materiais em compósitos [1.8].
Na indústria aeronáutica os desafios tecnológicos são permanentes e a sua especifici-
dade resulta de ser um tipo de produção em pequena escala, em que os elevados 
custos de fabrico podem ser compensados por menores custos operacionais.
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
3
Utilizam-se compósitos de elevado desempenho mecânico, fundamentalmente à base
de fibras de carbono, aramida, híbridos de carbono-aramida, e até fibras de boro em
aplicações mais específicas. O objectivo é conseguir estruturas onde a elevada
resistência específica e a grande leveza se associam a uma enorme liberdade de 
concepção do produto. A figura 1.1 mostra exemplos que ilustram estes princípios.
Esta trajectória dos materiais compósitos na indústria aeronáutica iniciou-se por volta
dos anos 60. São de realçar aplicações em aeronaves militares, caso da cobertura dos
estabilizadores horizontais dos F-14A e, posteriormente, por ordem histórica, nos
estabilizadores verticais e leme dos F-15 e F-16, cobertura das asas dos F-18 e, final-
mente, asa completa, estabilizadores e parte da fuselagem exterior do A -8B 1.9
(figura 1.2). Também na aviação comercial a utilização em larga escala de materiais
compósitos nas estruturas contribui para uma redução significativa de peso, permitindo
deste modo um aumento da lotação dos aparelhos e, consequentemente, uma maior
rentabilidade que as diferentes empresas não podem descurar num mercado de forte
concorrência. A estrutura típica de um avião pode representar até 30 do peso total,
sendo que apenas 10 corresponde a peso útil efectivamente pago. Tomando em
conta que aviões comerciais como o Boeing 757 e 767 incorporam apenas 4 em
peso de compósitos avançados, percebe-se que o campo de progressão neste domínio
é enorme.
a) b)
c) d)
Figura 1.2. Aeronaves militares com aplicações significativas de compósitos: 
a) F15 [1.10]; b) F16 [1.11]; c) F-18 [1.12]; d) AV-8B [1.13].
MATERIAIS COMPÓSITOS
4
A indústria espacial é uma aplicação estrutural de enorme impacto e relevância 
evidenciando as potencialidades dos materiais compósitos. O custo em combustível
para colocação em órbita de qualquer estrutura é elevadíssimo, pelo que qualquer
ganho em peso é um factor decisivo na escolha. Algumas antenas incorporadas em
veículos espaciais,quando expostas directamente aos raios solares necessitam de
manter a sua estabilidade dimensional para se obter um bom desempenho no envio
do sinal. A utilização de estruturas de carbono-epóxido, que podem apresentar 
coeficientes de expansão térmica nulos, são particularmente úteis para esse tipo de
aplicações. A figura 1.3 ilustra o lançamento do Space Shuttle Atlantis, um exemplo
de utilização diversificada de materiais compósitos.
Figura 1.3. Space Shuttle Atlantis [1.14].
Na indústria automóvel, o constrangimento de custos com que se deparam os 
construtores determina que a produção se faça adaptada a elevadas cadências e
baixos custos. Assim, os compósitos de matriz de poliester e reforço em fibra de vidro
ocupam um lugar de destaque. Nos anos 30, a Ford iniciou a aplicação de materiais
compósitos em modelos seus, embora o maior sucesso conhecido seja a realização de
uma estrutura em fibra de vidro para o Chevrolet Corvette em 1953 (figura 1.4).
Figura 1.4. Chevrolet Corvette de 1953 [1.15, 1.16].
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
5
Os anos 70 e 80 ficaram marcados por grandes esforços no sentido de actualizar 
técnicas de fabrico aplicáveis aos diversos tipos de materiais que permitem reduções
significativas de peso. Contudo, a adesão às técnicas de produção desenvolvidas
especificamente para os materiais compósitos ficou aquém das expectativas iniciais, o
que se reflectiu naturalmente num crescimento mais lento do número de aplicações.
Nos anos 90, assistiu-se a progressos substanciais que tornaram as técnicas de 
produção compatíveis com as necessidades da produção massificada característica da
indústria automóvel. A Ford, por exemplo, demonstrou que a moldação em grande
escala de cerca de meia centena de peças a incorporar na estrutura de um seu veículo
proporcionava uma economia de cerca de 60 relativamente à utilização de chapa
embutida. O progresso conseguido, ano após ano, torna mais próximo o objectivo 
de produzir automóveis em materiais compósitos ao mesmo preço dos que são 
produzidos com materiais metálicos 1.17 . Na figura 1.5, por exemplo, pode 
observar-se um modelo actual onde se introduziram diversos componentes estru-
turais em materiais compósitos.
Figura 1.5. Aston Martin V12 Vanquish com indicação de locais (a verde) 
onde se utilizaram compósitos de fibra de carbono [1.18].
Ainda na indústria automóvel, mas num sector muito mais restrito como é o da 
competição, o custo final tem um peso bastante reduzido. O desenvolvimento de pro-
tótipos onde são testadas soluções inovadoras pode gerar uma vantagem tecnológica
decisiva em relação aos concorrentes. Até ao início dos anos 50, todos os chassis
desenvolvidos para a fórmula 1 eram feitos com perfis tubulares de alumínio, sendo
o monobloco revestido por painéis de alumínio. Por esta altura fez-se a introdução de
compósitos à base de fibra de vidro, com fibras aleatoriamente distribuídas numa
matriz de poliester. Estes materiais cedo se revelaram uma solução técnica e economi-
camente interessante, tanto mais que se adaptavam com facilidade à produção de
peças com geometria complexa. A sua utilização manteve-se até aos anos 80 quando
se formou a McLaren international, a primeira equipa a introduzir os compósitos de
carbono no chassis do modelo McLaren MP4-1, ilustrado na figura 1.6. Na opinião
MATERIAIS COMPÓSITOS
6
do seu director técnico, Ron Dennis, a introdução de materiais exóticos permitiu
um aumento da rigidez torsional estimado em 66 e uma considerável redução de
peso. A evolução tecnológica não parou e vários outros componentes foram sendo
sucessivamente substituídos por compósitos à base de carbono. Os chassis MP4-6,
utilizados pela McLaren em 1991, apresentavam cerca de 75 do seu peso em 
materiais compósitos. Actualmente, conseguem-se atingir percentagens ainda mais
elevadas, o que diz bem das potencialidades reconhecidas a estes materiais 1.9 .
Figura 1.6. MacLaren MP4-1 de 1981 [1.19].
No domínio dos transportes é de salientar ainda outros exemplos paradigmáticos.
Barcos, comboios, novos veículos em desenvolvimento, movidos a energias alternativas
(figura 1.7) são áreas onde os materiais compósitos desempenham papéis relevantes,
com tendência clara para aumentarem a sua influência.
a)
b) c)
Figura 1.7. Aplicações de materiais compósitos no domínio dos transportes [1.20]: 
a) barco; b) veículo solar; c) comboio de alta velocidade.
A indústria de componentes eléctricos e electrónicos representa actualmente cerca de
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
7
15 do mercado de materiais compósitos a nível mundial. Exigências de segurança
relacionadas com isolamento eléctrico justificam o uso de materiais compósitos em
vários componentes, como blindagens, circuitos impressos ou baterias. A figura 1.8
ilustra alguns exemplos de aplicações neste domínio. Outras aplicações comerciais
típicas são a produção de artigos desportivos (figura 1.9).
A generalização das aplicações em áreas tão díspares tem contribuído significativa-
mente para a redução do preço dos materiais compósitos e, consequentemente, para
a sua expansão. A provar que as propriedades mecânicas apresentadas concorrem,
com grande vantagem, com os materiais tradicionais de utilização estrutural, está o
reforço de colunas de pontes em regiões sismicamente activas, como a Califórnia e o
apão, recorrendo a compósitos de carbono epóxido (figura 1.10).
a) b)
c) d)
Figura 1.8. Aplicações na área dos componentes eléctricos e electrónicos [1.5]: a) circuito impresso com aplicação 
de uma resina de epóxido reforçada com fibras de vidro; b) cablagens em fibras ópticas; c) torre de distribuição de
energia eléctrica com perfis pultrudidos; d) tambor de máquina de lavar em polipropileno reforçado com fibra de vidro.
MATERIAIS COMPÓSITOS
8
a) b)
Figura 1.9. Aplicações de materiais compósitos em artigos desportivos: a) garfo de bicicleta que utiliza 
combinações de fibra de vidro sob a forma de entrançado e fibra de carbono [1.21]; b) raquetes de ténis [1.22].
´
Figura 1.10. Aplicação de materiais compósitos em pontes [1.5].
1.2. Reforços
1.2.1. FIBRAS DE VIDRO
As fibras de vidro constituem o tipo de reforço mais utilizado. A técnica mais comum
para produzir fibras de vidro é o estiramento de vidro fundido através de uma fieira
em liga de platina-ródio com orifícios de dimensões muito precisas, conforme ilustra
a figura 1.11. A temperatura de fusão depende da composição do vidro, mas ronda
normalmente os 1260ºC. As fibras de vidro são sujeitas a tratamentos superficiais à
saída da fieira, que variam consoante o fim a que se destinam um revestimento têxtil
para o fabrico de tecidos sem risco de danificação da fibra um revestimento plástico
para permitir a compatibilização da fibra com as diferentes matrizes orgânicas 
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
9
existentes. O revestimento plástico contém quatro componentes distintas
um ligante que permite manter os filamentos unidos, evitando-se movimento relativo
e abrasão os ligantes são constituídos por suspensões ou emulsões de poliacetato de
vinilo, resinas de poliester ou epóxido
um agente de adesão à base de compostos orgânicos de silício com o objectivo de
facilitar a adesão fibra-matriz de resina
um lubrificante
agentes anti-estáticos e ou agentes de impregnação.
Figura 1.11. Representação esquemática da produção de fibras de vidro.
Segundo estudos recentes, o teor alcalino é o principal responsável pela resistência ao
envelhecimento. Fibras com teores alcalinos inferiores a 14 apresentam alterações
menos significativas em contacto com agentes atmosféricos ou químicos particular-
mente desfavoráveis1.23 . Assim, a fibra do tipo A, fortemente alcalina, foi sendo
progressivamente substituída pela fibra do tipo E, um vidro de borosilicato com baixa
quantidade de compostos alcalinos, que apresenta boas propriedades eléctricas,
mecânicas e químicas. Actualmente, pelo menos três tipos de fibras são produzidas
sob a forma de fio, casos dos tipos E, S, e R. As duas últimas são produzidas a partir
de vidros de alta resistência e são muito aplicadas na indústria aeronáutica. Na tabela
1.2 são indicadas algumas propriedades que podemos encontrar nas principais fibras
de vidro.
Tabela 1.2. Propriedades de alguns tipos de fibra de vidro.
MATERIAIS COMPÓSITOS
10
As fibras de vidro são identificadas e classificadas por normas BS ISO. Segundo estas
normas, a designação EC 12 40 2400 diz respeito a uma fibra contínua de vidro E,
com um diâmetro nominal de 12 μm e com um peso de 40 gramas por cada 1000 
metros. Outra forma de classificação utiliza o conceito de e . Este termo designa o
peso de 1000 metros de um fio composto por aproximadamente 200 filamentos.
Segundo esta terminologia, a designação anterior, corresponderia a um fio com um
e de 40.
1.2.2. FIBRAS DE CARBONO
Existem dois tipos de fibras agrupáveis no termo mais lato de fibras de carbono as
fibras de carbono propriamente ditas, com percentagens de carbono entre 80 e 95 ,
e as fibras de grafite onde a percentagem de carbono chega aos 99 . Estas são apli-
cadas em compósitos de elevado desempenho mecânico, em áreas como a aeronáutica
e a indústria espacial.
A tecnologia mais recente para a produção de fibras de carbono centra-se na 
decomposição térmica de vários precursores orgânicos, que são essencialmente três
a celulose, que dá origem às chamadas ra on fibers , o poliacrilonitrilo (PAN) e o
alcatrão ( itc ). Os precursores devem possuir algumas características específicas,
tais como
possuir resistência apropriada e características de manuseamento necessárias para
manter as fibras juntas durante todas as etapas do processo de conversão em carbono 
não fundir durante qualquer etapa do processo (para isso deve seleccionar-se um 
precursor não-fusível ou estabilizar o precursor termoplástico antes do processo de
conversão)
não volatilizar completamente durante o processo de pirólise.
Os diferentes precursores conduzem a fibras de carbono com características mecânicas
distintas. A produção a partir da celulose, que foi o primeiro dos processos utilizados,
conduzia a fibras com baixas propriedades mecânicas e caiu rapidamente em desuso.
O método foi posteriormente melhorado e passou-se a obter fibras com propriedades
idênticas às obtidas pelos restantes processos. Contudo, são exigidas elevadíssimas
temperaturas na grafitização, tornando o processo muito dispendioso. As fibras obti-
das a partir do precursor de alcatrão apresentam propriedades mecânicas ligeira-
mente inferiores, embora, ainda assim, satisfaçam um largo conjunto de mercados,
como por exemplo, a indústria automóvel. Apresentam essencialmente vantagens
económicas. O precursor actualmente mais utilizado é o poliacrilonitrilo. O processo,
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
11
esquematicamente representado na figura 1.12 , comporta as seguintes etapas
oxidação - as fibras são aquecidas até 300 ºC em atmosfera rica em oxigénio, con-
duzindo à formação de uma estrutura reticular da cadeia molecular o objectivo desta
fase é suprimir artificialmente o ponto de fusão das fibras
carbonização - a cadeia molecular é aquecida progressivamente até cerca de 1100 ºC
num forno de atmosfera neutra permitindo que apenas átomos de carbono per-
maneçam no final as fibras obtidas apresentam boas propriedades mecânicas e podem
ser usadas sem posterior tratamento superficial
grafitização - é um processo necessário quando se pretende obter fibras de elevado
módulo de elasticidade em atmosfera neutra é feita a pirólise das fibras, obtendo-se
um elevado grau de orientação da estrutura
tratamento superficial - numa atmosfera de ácido nítrico ou ácido sulfúrico as super-
fícies são modificadas de forma a atingirem-se elevados níveis de adesão entre as fibras
e os vários sistemas de resina empregues como matrizes.
Figura 1.12. Processo esquemático de obtenção de fibras de carbono a partir do poliacrilonitrilo (PAN).
A tabela 1.3 ilustra exemplos de propriedades mecânicas de fibras de carbono obtidas
por qualquer um dos processos referenciados. As fibras de carbono são classificadas
com base na sua resistência mecânica e comercializadas segundo as seguintes desig-
nações 1.24
UHM ( tra i od s) para fibras com módulos superiores a 500 GPa
HM ( i od s) para fibras com módulos superiores a 300 GPa e rácio resistên-
cia mecânica módulo em tracção inferior a 1 
IM (inter ediate od s) para fibras com módulos até 300 GPa e rácio resistência
mecânica módulo de cerca de 1
fibras de baixo módulo, com valores inferiores a 100 GPa
HS ( i stren t ) para fibras de resistências à tracção superiores a 3 GPa e rácio
resistência rigidez entre 0.015 e 0.02.
MATERIAIS COMPÓSITOS
12
Tabela 1.3. Propriedades de alguns tipos de fibra de carbono.
As fibras de carbono apresentam uma particularidade importante no sentido longi-
tudinal têm um coeficiente de dilatação negativo ou quase nulo. Associadas a 
materiais com coeficiente de dilatação positivo podem dar origem ao aparecimento
de tensões prejudiciais na interface. Pelo contrário, conseguindo uma conjugação 
criteriosa entre a fibra e a matriz, conseguem-se fabricar materiais compósitos com
coeficiente de dilatação nulo, o que é útil para aplicações no domínio da metrologia,
da óptica e aeroespacial.
1.2.3. FIBRAS ARAMÍDICAS
As fibras aramídicas são produzidas a partir de poliamidas aromáticas. A solução de
polímero é mantida a baixa temperatura (entre -50ºC e -80ºC), sendo depois extru-
dida a uma temperatura de aproximadamente 200ºC. Por este método, a cadeia
molecular é alinhada conseguindo-se obter uma melhoria das propriedades mecânicas.
As fibras aramídicas foram comercializadas pela primeira vez pela Dupont, em 1972,
e posteriormente quer a Enke, quer a Teijin desenvolveram fibras similares.
Actualmente existem dois tipos de produtos 1.25
as fibras standard, tipo Kevlar 29, T aron ou HM.50 (referência utilizada pela
Teijin), com aplicações correntes em cabos, materiais diversos de baixo coeficiente de
atrito e objectos de protecção pessoal
as fibras de elevado módulo, tipo Kevlar 49 da Dupont ou T aron HM da Enke,
com inúmeras aplicações em cascos de barcos, estruturas de aviões, capacetes, coletes
de protecção balística e automóveis de competição.
Apresentam excelente resistência química, mecânica, óptima relação rigidez-peso,
boa resistência ao impacto e à fadiga, boa capacidade de amortecimento de vibrações,
boas características dieléctricas, elevada resistência a solventes orgânicos, com-
bustíveis e lubrificantes. Possuem também boa resistência a ácidos e alcalis. O seu
coeficiente de dilatação tem um comportamento idêntico ao das fibras de carbono
1.26 , com as consequências que então se referiu. As principais desvantagens são a
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
13
baixa resistência à compressão e à flexão, bem como elevada sensibilidade ao corte
interlaminar. Esta desvantagem é normalmente atribuída à fraca ligação interfacial
entre a matriz e as fibras, pelo que se desenvolveram diferentes tratamentos super-
ficiais das fibras aramídicas para melhorar a ligação interfacial e a resistência à 
delaminagem. A tabela 1.4 ilustra algumas propriedades mecânicas características.
Tabela 1.4. Propriedades mecânicas de fibras aramídicas.
1.2.4. FIBRAS DE BORO
As fibras de boro são produzidas por deposição de boro em fase de vapor sobre um
fio de tungsténio ou carbono, que actua como substrato 1.27 . O diâmetro deste é
cerca de 12 m e o resultado, após deposição do boro, é uma fibra que pode atingir
os200 μm. As fibras de boro apresentam um módulo de elasticidade cinco vezes
superior ao da fibra de vidro mas são ligeiramente mais pesadas do que estas.
Utilizam-se na forma de fitas pré-impregnadas numa resina de epóxido, fenólica ou
poliimida. Pelo seu elevado custo, os compósitos com fibras de boro aplicam-se
sobretudo na indústria aeronáutica. As fibras de boro também podem ser integradas
no seio de matrizes metálicas para produzir materiais de utilização a temperaturas
muito elevadas. Contudo, o boro tem o inconveniente de reagir com a matriz metálica,
destruindo-se. Esta situação é ultrapassada através de uma deposição final de car-
boneto de boro ou de carboneto de silício, que actua como barreira ao mecanismo de
difusão. Esta fibra designa-se por . Propriedades típicas de fibras de boro
são indicadas na tabela 1.5.
Tabela 1.5. Propriedades mecânicas de fibras de boro em função do seu diâmetro.
MATERIAIS COMPÓSITOS
14
1.2.5. OUTROS TIPOS DE REFORÇOS
Existe uma grande variedade de outras fibras que podem ser empregues em estruturas
compósitas, maioritariamente associadas a desempenhos de menor exigência. Estão
neste caso as fibras de amianto (asbestos), sisal, poliamidas e poliesteres.
Amianto - é uma fibra mineral, formada por um silicato complexo de composição 
variável e possui como principais propriedades 1.28 elevada resistência mecânica a
temperaturas elevadas, incombustibilidade, boa qualidade isolante, durabilidade, flexi-
bilidade, resistência elevada aos ataques de ácidos, alcalis e bactérias, e baixo custo, por
ser abundante na natureza. Como material para fins industriais teve o seu apogeu no
período compreendido entre as duas guerras mundiais, tendo vindo a decair pelo 
conhecimento de que estava associado ao desenvolvimento de doenças particularmente
graves, como cancros de pulmão e outros tumores malignos.
Sisal - é constituído por fibras naturais com diâmetros entre 125 e 500 μm e com com-
primentos entre 100 e 150 cm, habitualmente. Como reforço em materiais compósitos,
as suas propriedades estão francamente abaixo das que se conseguem com reforços em
fibra de vidro. Além disso salienta-se o facto de serem bastante higroscópicas.
Poliamidas - são mecanicamente resistentes, tenazes e resistentes à abrasão, e bastante
resistentes aos solventes orgânicos mais comuns, alcalis e alguns ácidos. São produzi-
das em filamentos contínuos e podem ser processadas em várias formas para aplicações
na indústria têxtil. Apresentam baixo módulo de elasticidade.
Poliesteres - As fibras de poliester apresentam propriedades semelhantes às poliami-
das, excepto o módulo de elasticidade, que é superior. Os laminados com fibras de
poliester comportam-se melhor que os seus congéneres em fibra de vidro nos casos
em que se exige resistência ao impacto e à abrasão.
Para aplicações a altas temperaturas, são de salientar as fibras cerâmicas obtidas por
deposição química em fase de vapor. Trata-se de fibras que combinam uma elevada
resistência mecânica e elevado módulo de elasticidade a uma capacidade de resistên-
cia a altas temperaturas bastante apreciável. De entre elas, distinguem-se as fibras de
alumina e de carboneto de silício. As fibras de natureza cerâmica são normalmente
produzidas sob a forma de pequenos w iskers. Os w iskers são constituídos por cristais
simples, produzidos em condições de crescimento controlado, conseguindo-se resis-
tências mecânicas equivalentes às fibras de vidro, módulos de elasticidade superiores
aos apresentados pelas fibras de boro 1.23 e tolerando alongamentos elásticos de 
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
15
3-4 , o que lhes confere propriedades assinaláveis. ários materiais, como os
metais, óxidos, carbonetos e compostos orgânicos podem ser preparados sob a forma
de w iskers. Estas fibras estão principalmente associadas à produção de compósitos
de matriz metálica, pelo que caem fora do âmbito desta publicação.
1.3. Formas que podem apresentar os Reforços
1.3.1. ROVING
O rovin , figura 1.13, é basicamente um cordão de filamentos contínuos enrolado
helicoidalmente em bobines. Habitualmente o rovin é constituído por fibras com
diâmetros de 9 ou 13 μm. Pode destinar-se à produção de fibras curtas (por exemplo
para a moldação por projecção), tecidos, ou pode ser processado para a produção de
mantas, entrançados, malhas ou híbrido.
Figura 1.13. Bobine de roving [1.5].
1.3.2. MANTAS
Nas mantas (figura 1.14) as fibras são distribuídas aleatoriamente e agregadas com
um ligante especial em emulsão ou em pó que confere estabilidade e deve ser solúvel
na impregnação. Podemos distinguir três tipos fundamentais de mantas as mantas de
filamentos cortados, designadas por CSM ( o ed trand at), as mantas de fila-
mentos contínuos designadas por CRM ( ontin o s ando at) e as mantas de
superfície. Nas CSM, as fibras apresentam comprimentos típicos menores do que 
50 mm e as propriedades mecânicas são baixas. Com o CRM consegue-se melhor 
conformabilidade e melhores propriedades do compósito. As mantas de superfície
caracterizam-se pela sua leveza (20 a 30 g m2) e são constituídas por fibras curtas 
pré-impregnadas com resina, nas quais se evita o afloramento de fibras à superfície.
MATERIAIS COMPÓSITOS
16
Apresentam bom acabamento superficial e possuem uma maior resistência química.
a) b)
Figura 1.14. Mantas tipo: a) CSM (Chopped Strand Mat); b) CRM (Continuous Random Mat) [1.29].
1.3.3. TECIDOS 2D
Um tecido pode ser do tipo 2D ou 3D e define-se como a confecção de uma ligação
entre feixes de fibras longas de carbono, aramida, vidro ou a combinação destas, para
aplicações em que se exigem elevadas propriedades mecânicas. Existem em várias
larguras, espessuras, orientações e resistências mecânicas. Devem ser suficientemente
estáveis para serem manuseados, cortados e aplicados, mantendo contudo uma
grande capacidade de conformação à forma do molde (propriedade que se designa
por dra abi it ). Os tecidos 3D distinguem-se dos 2D por possuírem fibras orientadas
na direcção da espessura, facto que confere melhor resistência interlaminar ao com-
pósito (ver capítulo 9). Porém, a necessidade de garantir a boa impregnação pela
resina, limita o teor das fibras orientadas no plano, diminuindo as propriedades
mecânicas em relação aos tecidos 2D. Os tecidos são caracterizados pela orientação
das fibras, pelos diferentes métodos empregues na sua confecção e classificados pela
massa por unidade de área, tal como as mantas.
1.3.3.1. Tecidos entrelaçados (woven fabrics)
São produzidos pelo entrelaçamento de fibras segundo direcções perpendiculares,
podendo apresentar padrões variados. Os mais comuns são designados por ane
weave , twi weave , e satin weave 1.30 . Nos tecidos ane weave , cada fibra 
orientada a 0º passa, alternadamente, por baixo e por cima de cada fibra orientada a
90º (figura 1.15a). O tecido é simétrico e com boa estabilidade. Nos tecidos twi
weave (figura 1.15b), uma ou mais fibras a 0º é tecida, alternadamente, por cima e
por baixo de duas ou mais fibras a 90º de uma forma regular ou repetida 1.31 . Os
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
17
tecidos satin weave (figura 1.15c) são basicamente tecidos do tipo twi weave
modificados de forma a provocar poucas intersecções entre as fibras a 0º e as fibras 
a 90º. 
a) b) c)
Figura 1.15. Diferentes tipos de tecido [1.32]: a) "plane weave"; b) "twill weave"; c) "satin weave".
1.3.3.2. Tecidos quase unidireccionais
Estes tecidos caracterizam-se por apresentarem uma elevada predominância de fibras
orientadas a 0º (até 95 da massa total). A principal função das fibras na trama é
garantir alguma estabilidade, permitindo colocar as fibras, num determinado compo-
nente, no local exacto pretendido e nas quantidades necessárias.
1.3.3.3. Tecidos híbridos
Os tecidos híbridos resultam decombinações de diferentes tipos de fibras, como por
exemplo vidro e carbono ou carbono e aramida. Desta forma, juntam-se as caracterís-
ticas mais favoráveis de cada tipo de fibra. A utilização de tecidos híbridos permite
confeccionar compósitos com algumas vantagens relativamente aos compósitos 
convencionais, nomeadamente minimização de distorções de origem térmica, melhor
compromisso entre resistência mecânica, rigidez e tenacidade ou ainda reduções de
peso e ou de custo.
1.3.4. MALHAS (KNITTED FABRICS)
São produzidos pela ligação sucessiva de camadas de fibras alinhadas. As diferentes
camadas são cozidas em conjunto, como ilustra a figura 1.16. Este tipo de construção
facilita a distribuição da carga pelas fibras, permitindo obter elevados módulos em
tracção e em flexão. Apresentam ainda excelente conformabilidade e boa resistência
MATERIAIS COMPÓSITOS
18
interlaminar. uando se utilizam diferentes orientações de fibras consegue-se obter
um reforço com propriedades quase isotrópicas (ver capítulos 3 e 7).
Figura 1.16. Exemplo de uma malha. É visível a existência de várias camadas cozidas entre si [1.33].
1.3.5. TECIDOS 3D
Os tecidos 3D são obtidos por processos especiais de tecelagem (figura 1.17) que
ligam múltiplas camadas de fibras com orientações diversas. Esta tecnologia permite
a confecção de formas para painéis e perfis com fins estruturais 1.21 . A sua resistên-
cia interlaminar é naturalmente boa.
Figura 1.17. Tecido 3D [1.34].
1.3.6. ENTRANÇADOS (BRAIDS)
Os entrançados (figura 1.18) são geralmente mais caros do que as mantas devido ao
processo de confecção. A sua resistência específica é mais elevada. Os entrançados
estão disponíveis em configuração tubular e plana, apresentam boa conformabilidade
podendo ser utilizados como forma de reforço no fabrico de produtos diversos como
raquetes de ténis, sticks de hóquei ou pás de hélices de avião.
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
19
Figura 1.18. Figura 1.18. Entrançado (braid) em forma tubular [1.32].
1.3.7. PRÉ-FORMAS
As pré-formas são produzidas com diversas formas 2D ou 3D (figura 1.19), e tendo
fibras curtas ou fibras contínuas. As pré-formas de fibras curtas podem resultar do
corte e sobreposição manual de mantas ou da projecção das fibras e de um ligante
sobre uma armação perfurada. A sobreposição manual de mantas é um processo de
baixa reprodutibilidade que apenas se justifica para pequenas séries. A projecção é
um processo automatizável, mais dispendioso, que permite a realização de formas
complexas 3D com distribuição planar das fibras. As pré-formas de fibras contínuas
resultam da união de camadas bidimensionais de tecidos com várias orientações.
Apresentam melhor resistência interlaminar e é possível fazer variar a sua espessura.
a) b)
Figura 1.19. Exemplos de pré-formas: a) 2D em fibra de carbono [1.29]; b) 3D em fibra de vidro [1.5].
As pré-formas são utilizadas no fabrico de produtos complexos. Depois de colocadas
na cavidade de moldação é feita a injecção de resina. As pré-formas são estáveis e
oferecem óptima relação resistência - peso. 
MATERIAIS COMPÓSITOS
20
1.4. Matrizes
As matrizes de natureza polimérica dividem-se em duas categorias principais termo-
plásticas e termoendurecíveis.
As matrizes termoplásticas são constituídas maioritariamente pelos designados plás-
ticos técnicos. Estes plásticos são formados a partir de macromoléculas individuais
lineares sem qualquer reticulação entre si. Estas moléculas de grandes dimensões são
mantidas nas suas posições à custa de ligações secundárias (forças intermoleculares),
tais como forças de van der aals e ligações de hidrogénio. uando se aquecem os
polímeros termoplásticos, estas ligações são temporariamente quebradas e passa a
existir mobilidade molecular que permite a reconformação. Com o arrefecimento
posterior, as moléculas como que congelam nas posições entretanto alcançadas,
restabelecendo-se as ligações químicas acima referidas. Em geral, os termoplásticos
salientam-se por apresentarem maior resistência ao impacto, maior tenacidade e 
bastante menor higrospicidade quando comparados com os polímeros termo-
endurecíveis. São facilmente processados por injecção ou por termoformação e
podem ser reciclados, o que constitui um ponto importante nos dias de hoje. A
expansão dos compósitos de matriz termoplástica sempre foi condicionada pela maior
dificuldade em impregnar completamente os reforços. A produção comercial de
grânulos reforçados que ocorreu a partir da década de 60 facilitou o rápido cresci-
mento dos compósitos de matriz termoplástica, estimando-se que representem
actualmente cerca de 35 do mercado mundial de materiais compósitos.
As matrizes termoendurecíveis são constituídas por polímeros em que as moléculas
formam estruturas tridimensionais bastante rígidas. Os termoendurecíveis, ao con-
trário dos termoplásticos, não podem ser reprocessados. Uma vez aquecidos
assumem uma forma permanente. Estes polímeros, vulgarmente designados por
resinas termoendurecíveis, são frequentemente fornecidos para processamento sob a
forma de uma mistura de dois ou três componentes resina, acelerador e catalisador.
uando estes componentes são misturados na proporção adequada, dá-se a polime-
rização e a constituição da estrutura tridimensional, num processo que se designa
habitualmente por cura . Algumas resinas requerem a aplicação adicional de calor e
pressão para se efectuar a cura. Noutras, porém, a cura ocorre à temperatura ambi-
ente. Contudo, as propriedades mecânicas das resinas tendem a melhorar com um
tratamento de pós-cura a altas temperaturas. Uma das principais vantagens das
resinas termoendurecíveis é a maior facilidade de impregnação do reforço, dado que,
antes da cura, apresentam viscosidades bastante inferiores às dos termoplásticos.
Uma das características fundamentais das resinas é a temperatura limite de funciona-
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
21
mento. Neste contexto, assumem particular relevância as temperaturas ditas de tran-
sição e a temperatura de deflexão sob carga.
1.4.1. TEMPERATURAS DE TRANSIÇÃO
No aquecimento ou no arrefecimento de um polímero são observáveis várias fases a
que estão associadas te erat ras de transi o . Consideremos a figura 1.20, repre-
sentativa do andamento do volume específico de polímeros termoplásticos com a
temperatura. Os polímeros total ou parcialmente amorfos são caracterizados pela sua
temperatura de transição vítrea, . Esta temperatura marca a mudança de um com-
portamento rígido para um comportamento caracterizado pelo amolecimento. Acima
da temperatura de transição vítrea, o módulo reduz-se consideravelmente e os
polímeros são dúcteis e facilmente deformáveis. Continuando a aumentar a tempe-
ratura atinge-se o estado de líquido viscoso a uma temperatura designada por tem-
peratura de fusão, . Idealmente, um polímero totalmente cristalino não apresenta
temperatura de transição vítrea. uando se aproxima da temperatura de fusão, a sua
estrutura sofre um colapso catastrófico passando-se a um estado de líquido viscoso,
com o consequente aumento brusco do seu volume específico 1.35 .
Figura 1.20. Variação do volume específico de um polímero com a temperatura.
Os polímeros termoendurecíveis não apresentam fusão. A temperaturas elevadas
degradam-se de forma irreversível. A sua temperatura de transição vítrea é controlada
pelo grau de reticulação da estrutura e, normalmente, as alterações são muito menos
acentuadas do que nos termoplásticos 1.36 . A medição da temperatura de transição
vítrea em polímeros é realizada recorrendo a métodos como a calorimetria diferencial
de varrimento (DSC) ou análise térmica diferencial (DTA).
MATERIAIS COMPÓSITOS
22
Os efeitos da transição vítrea e da fusão no comportamento mecânico dos polímeros
são facilmente perceptíveis pela análise da evolução do módulo de elasticidade, ,
com a temperatura, como ilustraa figura 1.21. Um termoplástico amorfo apresenta
uma considerável alteração das propriedades mecânicas para a temperatura de tran-
sição vítrea. Assim, a temperatura máxima de utilização de um termoplástico amorfo
deve ser inferior a . Um polímero termoendurecível sofre alterações muito menos
pronunciadas a esta temperatura, devido ao elevado grau de reticulação. Contudo, a
temperatura máxima de utilização não deve exceder , para evitar fenómenos de
fluência e relaxação acentuados (ver capítulo 8). Os polímeros semicristalinos apre-
sentam igualmente pequenas variações de propriedades à temperatura de transição
vítrea, devido à presença das regiões cristalinas da matriz. Neste caso, é corrente a
utilização a temperaturas compreendidas entre e , pois abaixo de os
polímeros semicristalinos são geralmente demasiado frágeis.
a) b) c)
Figura 1.21. Evolução do módulo de elasticidade em função da temperatura: 
a) termoplástico amorfo; b) termoendurecível; termoplástico semicristalino.
1.4.2. TEMPERATURA DE DEFLEXÃO SOB CARGA (HEAT DEFLECTION TEM-
PERATURE, HDT)
As características de amolecimento de polímeros não reforçados são determinadas
com base na sua temperatura de deflexão sob carga, HDT. Um provete é sujeito a
uma tensão de flexão em três pontos de 264 psi (1.82 MPa) e aquecido a taxa 
constante até se deformar de um valor específico. A esta temperatura, o material 
apresenta ainda propriedades estruturais aceitáveis. Este procedimento encontra-se
descrito pela norma ASTM D648-72. uer a temperatura de deflexão ao calor sob
carga, HDT, quer a temperatura de transição vítrea, , dependem da densidade de
reticulação de um polímero. Os polímeros que apresentam HDT mais elevada 
apresentam melhores propriedades a temperaturas altas e melhor resistência química.
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
23
A escolha do agente de cura e o ciclo de cura são os principais factores que a afectam
1.37 .
1.4.3. MATRIZES TERMOPLÁSTICAS
Genericamente, podemos dividir os compósitos de matriz termoplástica em duas 
categorias distintas os compósitos de fibras curtas, produzidos a partir de grânulos
contendo fibras de comprimento inferior a 6.4 mm, e os compósitos de fibras longas,
que se destacam por apresentarem propriedades mecânicas superiores.
Para aplicações não estruturais e semi-estruturais, os polímeros que podemos encontrar
mais frequentemente como matriz são polipropilenos, poliamidas, e policarbonatos.
Nos compósitos avançados de alta resistência usam-se sobretudo o PEEK (Poli-éter-
-éter-cetona), Poliimidas e o PPS (Polisulfureto de fenileno).
1.4.3.1. Polipropileno (PP)
O polipropileno é um polímero do grupo das poliolefinas, produzido pela primeira vez
em 1957. Trata-se de um termoplástico branco e opaco com cristalinidade em torno
de 60 a 70 . Apresenta boa resistência ao impacto e rigidez, resistência à distorção e
possui excelente resistência ao ataque químico por ácidos, álcalis e sais, mesmo a ele-
vadas temperaturas. As suas propriedades mecânicas dependem largamente do peso
molecular médio, da distribuição do peso molecular, da estereoregularidade da cadeia
e das condições de processamento. A sua cadeia macromolecular é aparentemente
desequilibrada, uma vez que, em átomos alternados da cadeia principal, aparecem gru-
pos laterais de metilo de grande peso molecular em comparação com os átomos de
hidrogénio. A temperatura típica de processamento ronda os 200 ºC, o que o torna um
dos mais acessíveis ao processamento por técnicas tradicionais.
1.4.3.2. Poliamida (PA)
As poliamidas, vulgarmente designadas por Nylons, têm designações específicas (6,
66, 11, entre outras) que se baseiam no número de átomos de carbono do ácido que
deu origem à amida-base. As que derivam de aminoácidos são designadas por um
único algarismo enquanto as que resultam de diaminas e de diácidos são designadas
por dois algarismos. As poliamidas são fortemente higroscópicas, apresentam baixos
MATERIAIS COMPÓSITOS
24
coeficientes de atrito, grande resistência ao desgaste, boa resistência térmica e, nas va-
riedades reforçadas, uma boa resistência mecânica. Como apresentam habitualmente
pesos moleculares inferiores aos dos plásticos comuns, a sua viscosidade é menor, o
que determina a necessidade de precauções especiais no processamento.
1.4.3.3. Policarbonato (PC)
O policarbonato é um termoplástico amorfo que resulta da reacção de compostos de
dihidróxido aromático com ácido carbónico. incolor, dimensionalmente estável,
durável, com boa resistência térmica, química e à exposição aos agentes ambientais.
Salienta-se ainda o facto de se tratar de um polímero retardador de chama, optica-
mente transparente e pouco higroscópico. A sua resistência ao impacto é elevada, 
considerando-se mesmo a mais elevada de entre os diversos termoplásticos. bastante
utilizado na indústria automóvel, sob a forma de compósitos de fibras longas, para 
certas aplicações onde a absorção de energia entre -40º C e 80º C é importante.
Apresenta temperatura de transição vítrea, , entre 140 e 150 ºC, mas não é
recomendável o seu uso em contínuo a temperaturas superiores a 80 ºC. A temperatura
típica de processamento é de 200 ºC.
1.4.3.4. Poli-éter-éter-cetona (PEEK)
A poli-éter-éter-cetona é um polímero semicristalino, com grau de cristalinidade
máximo de 48 , utilizado frequentemente em compósitos para a indústria aeronáu-
tica. Apresenta temperatura de transição vítrea, , próxima dos 143ºC e pode ser
usado em contínuo a temperaturas até 250 ºC. Relativamente às resinas de epóxido,
tem algumas vantagens importantes, como maior tenacidade e baixa absorção de
água (menor do que 0.5 a 23 ºC). Todavia o processamento é mais difícil devido
do facto da sua cristalinidade ser variável, e o seu custo é elevado. Para garantir uma
boa impregnação dos reforços são necessárias temperaturas e pressões elevadas.
1.4.3.5. Poliimidas termoplásticas
As poliimidas termoplásticas caracterizam-se genericamente pela boa resistência a
altas temperaturas, que lhes permitem funcionar em contínuo até aos 260 ºC. Ao
contrário das poliimidas termoendurecíveis, podem ser reprocessadas por aplicação
de calor e pressão. As polietermidas (PEI) e as poliamidas-imidas (PAI) são dois
exemplos de poliimidas termoplásticas. São ambas polímeros amorfos, com tempe-
raturas de transição vítrea de 217 ºC e 280 ºC, respectivamente 1.36 . A temperatura
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
25
de processamento é próxima dos 350 ºC. Apresentam elevada resistência mecânica e
rigidez a altas temperaturas, estabilidade dimensional e boas propriedades eléctricas.
São também retardadoras de chama e resistem bem a agentes químicos como hidro-
carbonetos e solventes halogenados. Em alguns casos, a sua elevada resistência à
fluência permite substituir metais e outros materiais em muitas aplicações estruturais.
Duas outras poliimidas termoplásticas, conhecidas como polímeros K e LARC-TPI
(Langley Research Center Thermoplastic Imide), são geralmente disponibilizadas
sob a forma de pré-polímeros dissolvidos em solventes adequados. Nesta forma 
apresentam baixas viscosidades que permitem impregnar as fibras para a produção de
pré-impregnados flexíveis. A cura requer temperaturas à volta dos 300 ºC. Dos
polímeros K conhecem-se duas versões K-1 e K-2. A poliimida K-1 é um polímero
amorfo com temperatura de transição vítrea de 210 ºC, que possui boas propriedades
mecânicas, excelente tenacidade, baixa absorção de humidade e boa resistência a
diversos agentes químicos. A poliimida K-2 é superior à K-1 em termos de tempe-
ratura de transição vítrea (cerca de 270 ºC) e de tenacidade 1.38 . A poliimida
LARC-TPI, que pertence ao grupo das poliimidas lineares, foi desenvolvida por 
laboratórios da NASA e apresenta boa tenacidade, é flexível e tem excelentes carac-
terísticas mecânicas e eléctricas para uma larga gama de temperaturas.
1.4.3.6. Polisufureto de fenileno (PPS)O Polisulfureto de fenileno é um polímero semicristalinino, com grau de cristali-
nidade máximo de 65 , que tem temperatura de transição vítrea a 85ºC. O baixo
valor de resulta da ligação bastante flexível entre o sulfureto e os anéis aromáticos.
Apresenta elevada resistência mecânica, excelente resistência química e pode ser
usado em contínuo a temperaturas até 225 ºC.
A tabela 1.6 apresenta algumas propriedades das matrizes termoplásticas acima
referidas, e onde se ilustram os benefícios significativos do reforço na resistência e na
rigidez.
MATERIAIS COMPÓSITOS
26
Tabela 1.6. Propriedades típicas de alguns termoplásticos [1.39].
A amorfo C semicristalino R reforçado com 30 em peso de fibra curta de vidro NR não reforçado
1.4.4. MATRIZES TERMOENDURECÍVEIS
As resinas termoendurecíveis mais utilizadas no fabrico de compósitos para apli-
cações não-estruturais e semi-estruturais são os poliesteres insaturados, as resinas 
de vinilester e as resinas fenólicas. Em compósitos avançados de alta resistência, os
epóxidos, as bismaleimidas e as poliimidas são as referências mais comuns.
1.4.4.1. Poliesteres insaturados
As resinas de poliester classificam-se em duas grandes classes, designadas, respectiva-
mente, por saturadas e insaturadas. No primeiro grupo estão os poliesteres comercia-
lizados sob a forma de filme ou fibras, resinas termoplásticas ou plasticizadores
poliméricos. As resinas de poliester insaturado são das mais utilizadas no fabrico de
materiais compósitos, devido ao seu baixo custo, facilidade de processamento e bom
compromisso entre propriedades mecânicas, eléctricas e químicas. A cura tem início
imediatamente após adição de catalisadores - habitualmente peróxidos orgânicos - e
aceleradores especiais, por exemplo à base de cobalto. O processo desenvolve-se em
duas etapas na primeira, a resina líquida transforma-se num material gelatinoso -
etapa que se designa por ponto de gel a segunda fase conduz ao endurecimento final
através de um processo exotérmico (com libertação de calor). A velocidade de
reacção depende de vários factores, tais como a reactividade da resina, o teor de 
acelerador, o teor de catalisador e as condições ambientais. Por ordem crescente 
de resistência química, as resinas de poliester insaturado dividem-se em três grandes
grupos
as resinas ortoftálicas, que têm aplicação geral
as resinas isoftálicas, que se distinguem por possuírem boa resistência térmica e que
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
27
são aplicadas em meios levemente agressivos, húmidos ou sujeitos a condições
ambientais bastante desfavoráveis
as resinas bisfenólicas, usadas em meios particularmente agressivos - sobretudo com
características ácidas.
1.4.4.2. Resinas de vinilester
As resinas de vinilester são produzidas pela reacção de uma resina de vinilester insa-
turada com uma resina de epóxido. Estas resinas apresentam como características
uma excelente resistência química, elevada tensão de rotura, baixa viscosidade e
processo de cura rápido. A principal desvantagem é a elevada contracção volumétrica,
que pode atingir valores até 10 . uando comparadas com as resinas de epóxido,
exibem adesão moderada. As resinas de vinilester foram especificamente desenvolvi-
das para o fabrico de compósitos com aplicações em ambientes corrosivos e por isso
é frequente a sua utilização no fabrico de tubos e tanques para a indústria química.
1.4.4.3. Resinas fenólicas
As resinas fenólicas resultam da reacção de fenol com o formaldeído em condições
ácidas ou alcalinas, conforme o tipo de resina pretendida. Estas resinas foram
primeiramente introduzidas por Beakland, de que resultou o nome de Baquelite
para o primeiro tipo de resina fenólica produzida. Podem apresentar-se no estado
líquido (resóis) ou no estado sólido (novolacs), dependendo da proporção de cada
reagente, do tempo de polimerização, etc. As resinas líquidas, que são soluções ou
emulsões em água, álcool ou misturas água - álcool, usam-se para impregnação de
materiais diversos, como papéis, tecidos, madeiras, etc. O processo de fabrico dos
resóis desenrola-se em meio alcalino ou seco e é usado apenas quando se deseja obter
resinas translúcidas ou de cores muito claras. Estas resinas podem curar sem adição
de outro material. As resinas sólidas apresentam-se normalmente já formuladas com
cargas, plastificantes e outros aditivos, que lhe conferem uma cor escura. O processo
de fabrico é designado por ácido ou húmido e a sua reticulação faz-se por adição de
um agente endurecedor e aplicação de calor. A resina resultante presta-se bem à
moldação por compressão e por transferência. As resinas fenólicas têm geralmente
excelente comportamento ao fogo, com baixa emissão de fumos. A principal desvan-
tagem é o facto de haver libertação de voláteis na cura, que faz com que sejam pouco
usadas em compósitos de alto desempenho.
MATERIAIS COMPÓSITOS
28
1.4.4.4. Resinas de epóxido
As resinas de epóxido apresentam grande variedade de formulações químicas, a maior
parte baseadas no diglicidil éter de bisfenol A (DGEBA). O esquema de cura destas
resinas passa pela adição de um agente endurecedor apropriado, como aminas alifáti-
cas, aromáticas ou algumas poliamidas. O custo destas resinas é cerca de quatro vezes
o preço das resinas de poliester e cerca de duas vezes o custo das resinas de vinilester.
Como vantagens principais citam-se a elevada resistência mecânica, resistência à
abrasão, resistência química (sobretudo em meios alcalinos), boas propriedades de
adesão à fibra, processo de cura sem libertação de voláteis, grande estabilidade
dimensional em resultado da sua baixa contracção (2 a 3 ), baixa absorção de água
e temperaturas de funcionamento tipicamente entre 100 e 220 ºC. Apresentam boa
processabilidade, embora inferior à apresentada pelas resinas de poliester, face às
maiores viscosidades iniciais e aos tempos de cura longos. Por outro lado, as formu-
lações de base são algo frágeis, mas esta deficiência é facilmente colmatada através de
aditivos de alta tenacidade, tais como alguns termoplásticos como o ABS e borrachas
CTBN.
1.4.4.5. Bismaleimidas
As resinas bismaleimidas são substâncias de baixo peso molecular (pós secos) 
contendo estruturas imida já sob a forma de monómero. Estes monómeros podem
desencadear várias reacções de poli(adição) entre eles, bem como com outros 
co-monómeros. Em contraste com as poliimidas, as reacções de poli(adição) nas 
bismaleimidas não produzem polímeros lineares mas sim reticulações tridimensionais,
estruturas termoendurecíveis que também exibem elevada resistência térmica. Além
disso, as reacções de poliadição não produzem qualquer tipo de produtos voláteis
1.40 . As resinas bismaleimidas são largamente utilizadas na sua forma mais pura -
sólida. Em muitas aplicações, elas estão em conjunto com co-monómeros reactivos,
por exemplo, vinil e seus compostos, aminas aromáticas, compostos à base de fenol,
etc.. A vantagem mais significativa destas misturas sobre a forma original é a melhor
processabilidade. Com a ajuda dos co-monómeros, os pós podem ser transformados
em pasta e moldados à forma desejada. Contudo, a viscosidade destes sistemas é
muitas vezes elevada, pelo que se torna necessário adicionar solventes para facilitar o
processamento, ou mesmo para o tornar viável. As resinas bismaleimidas são utilizadas
como matrizes para compósitos de elevado grau de desempenho para a indústria
aeronáutica e espacial. Apresentam excelente resistência térmica, bom comportamento
ao desgaste, baixa flamabilidade e baixa emissão de fumos. No processo de cura, é
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
29
frequente requererem tempos longos e temperaturas elevadas (mais de 200 ºC). São
também caras e susceptíveis a ataques por alcalis.
1.4.4.6. Poliimidas termoendurecíveis
As poliimidas termoendurecíveis são utilizadas em compósitos aos quais é exigida 
elevada estabilidade dimensionala temperaturas elevadas. São preparadas fazendo
reagir uma diamina com um dianidrido, tornando-se insolúveis e infusíveis após
polimerização. As principais vantagens das resinas poliimidas são a sua elevada
resistência térmica (260 ºC em funcionamento contínuo, podendo chegar a 460 ºC
para curtos períodos, mesmo na presença de solventes), a elevada resistência mecânica,
a boa resistência ao impacto, a resistência à oxidação, a boa capacidade de adesão e
o baixo coeficiente de atrito. Como desvantagens, citam-se o elevado custo, a tendên-
cia para uma elevada absorção de água e a sua difícil transformação.
Como consequência do elevado grau de reticulação que é possível atingir, estes 
materiais são frequentemente frágeis, o que origina alguma tendência para uma
excessiva microfissuração. A melhoria da tenacidade passa por adicionar poliimidas
termoplásticas 1.37 , o que aumenta o tempo de reacção e melhora a processabili-
dade, aspectos favoráveis para o fabrico de peças de geometria mais complexa.
A tabela 1.7 apresenta algumas propriedades das matrizes termoendurecíveis acima
referidas.
Tabela 1.7. Propriedades de resinas termoendurecíveis [1.41].
MATERIAIS COMPÓSITOS
30
1.5. Semi-Produtos
Os semi-produtos são pré-combinações de fibras e matriz que são posteriormente
processados para a obtenção da peça compósito final, através das técnicas descritas
no capítulo 2. Há basicamente dois tipos de semi-produtos os compostos de
moldação e os chamados pré-impregnados.
1.5.1. COMPOSTOS DE MOLDAÇÃO
Os compostos de moldação são produzidos a partir de fibras curtas ou longas impregna-
das com resina. Geralmente são utilizados para a moldação por injecção ou moldação
por compressão (ver capítulo 2). Existem vários tipos disponíveis, com resinas de base
termoendurecível ou termoplástica, sendo os mais comuns designados por s eet o din
co o nd (SMC), t ick o din co o nd (TMC), do o din co o nd (DMC) ou
b k o din co o nd (BMC) e ass at t er o astic (GMT), respectivamente.
1.5.1.1. SMC (sheet molding compound)
A designação SMC refere-se a um composto constituído por fibras e resina (poliester
ou vinilester) envolvidas por folhas de polietileno, estando disponíveis com espessuras
até 6 mm. Utilizam-se para produção de componentes em que se exige uma elevada
cadência de produção e uma resistência mecânica moderada. Os SMC apresentam
tipicamente 30 de fibras em peso. Há também SMC especiais, com elevada
resistência mecânica e elevada resistência ao impacto, pelo que são designados por
i act ou, simplesmente, HMC. Considerando a forma da fibra utilizada,
existem três tipos de SMC disponíveis no mercado SMC-R, com fibras curtas 
dispersas aleatoriamente, SMC-CR, composto formado por fibras contínuas unidi-
reccionais e fibras curtas dispostas aleatoriamente, MC, que consiste numa mistura
de fibras curtas dispostas aleatoriamente e fibras contínuas dispostas numa configu-
ração 1.26 .
1.5.1.2. TMC (thick molding compound)
Distinguem-se dos compostos SMC porque apresentam espessuras que podem ir até
50 mm. Com este tipo de composto de moldação evita-se a necessidade de utilizar
várias camadas de SMC para produzir peças moldadas mais espessas. Devido à sua
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
31
espessura, é reduzida a possibilidade de empilhamento. Nos compostos TMC, as
fibras cortadas estão aleatoriamente distribuídas de uma forma tridimensional.
1.5.1.3. DMC (dough molding compound)
Os compostos DMC, também designados por BMC ( k o din o o nd),
referem-se a uma mistura pastosa de uma resina de poliester ou vinilester com fibras
curtas. A percentagem de fibras é de 15 a 20 , tendo comprimentos entre 6 e 12
mm. Devido à menor quantidade de fibras e aos menores comprimentos destas, a
resistência mecânica é inferior à dos compostos SMC.
1.5.1.4. Compostos termoplásticos
O interesse na utilização de compósitos termoplásticos tem-se acentuado nos últimos
anos. Estes materiais oferecem algumas vantagens relativamente aos compósitos de
matriz termoendurecível, nomeadamente porque podem ser reprocessados.
Genericamente estes compósitos podem apresentar-se nas seguintes formas 
pré-preparadas GMT (G ass at er o astics) e ATC ( dvanced er o astic
o osites). Em princípio, as formulações GMT podem utilizar qualquer tipo de
matriz termoplástica, embora 95 das aplicações comerciais sejam à base de
polipropileno. O reforço é constituído por fibras curtas de vidro E. A temperatura de
utilização destes não excede os 110ºC. O seu domínio de utilização é fundamental-
mente a indústria automóvel.
Originalmente, os ATC utilizavam termoplásticos amorfos para a matriz, tais como
as polietersulfonas e as polietermidas. Hoje em dia outros termoplásticos podem ser
usados, como por exemplo PEEK e PPS. O reforço, sob a forma de fibras contínuas,
pode ser vidro E (para temperaturas de utilização mais baixas), carbono ou aramida.
O seu domínio preferencial de utilização é a indústria aeronáutica.
1.5.2. PRÉ-IMPREGNADOS
Os pré-impregnados constituem misturas de fibra e resina para posterior consoli-
dação, geralmente através da moldação em autoclave (ver capítulo 2). São semi-
-produtos de custo elevado para aplicações de grande exigência, como é o caso da
indústria aeronáutica. Existem pré-impregnados de base termoendurecível e 
MATERIAIS COMPÓSITOS
32
pré-impregnados de base termoplástica, embora os primeiros sejam de aplicação mais
generalizada. Os reforços podem ser à base de vidro, carbono ou aramida na forma
de fibras contínuas unidireccionais ou tecidos. Nos pré-impregnados termoen-
durecíveis, o sistema de resina mais comum é o epóxido. resina são adicionados
inibidores que impedem a cura antes do processamento, desde que armazenados a
temperaturas baixas. Como características mais importantes salientam-se maneabi-
lidade, auto-adesão de camadas no empilhamento, facilidade de posicionamento, 
boa conformabilidade a curvaturas do molde, mas validade limitada. Ao invés, os 
pré-impregnados termoplásticos têm um tempo de validade ilimitado à temperatura
ambiente. São processados à temperatura de fusão da resina, cuja elevada viscosidade
dificulta a impregnação e consolidação. São também rígidos e mais difíceis de manter
em posição no empilhamento. Como não possuem capacidade de auto-adesão de
camadas, o processamento posterior exige pré-aquecimento. Os maiores benefícios
do uso de pré-impregnados termoplásticos são a sua capacidade de reciclagem, o
reduzido tempo de processamento, elevada tenacidade e resistência ao impacto.
1.6. Cargas e outros aditivos
Para além do reforço e da matriz os compósitos são constituídos por cargas e outros
aditivos que se juntam com o propósito de produzir vários efeitos como
diminuição do custo
facilidade de manuseamento
melhoria das características de moldação
melhoria das propriedades pós-cura
introdução de motivos decorativos.
As cargas mais comuns são obtidas a partir de depósitos naturais, por exemplo mica,
feldspato, sílica, quartzo, argila ou cálcio e têm como principal função diminuir o
preço do compósito. As suas principais características devem ser a boa dispersabili-
dade, estabilidade de suspensão, baixa densidade, cor clara, baixa percentagem de
humidade, baixa absorção de óleo, resistência ao calor e resistência química.
Com o objectivo de melhorar determinadas propriedades específicas são empregues
aditivos que, embora em peso tenham uma reduzida percentagem relativamente às
cargas e aos reforços, desempenham funções muito importantes, como por exemplo
diminuição da contracção da matriz durante o processo de cura
melhoria da resistência ao fogo
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
33
diminuição da emissão de voláteis
supressão da emissão de estireno, contribuindo para a melhoria da qualidade do ar
no ambiente de trabalho
condutibilidade eléctrica
melhoria da tenacidade
estabilizadores de ultravioletas