Compósitos: Combinação de Materiais

Prévia do material em texto

ESAMC - ESCOLA SUPERIOR DE ADMINISTRAÇÃO, MARKETING E COMUNICAÇÃO
							
Carolina de Moraes Padua R.A: 101170240
Douglas Bueno de Camargo R.A: 101180075
Hester Leão Pereira R.A:101180076
Mildred Ferreira da Silva R.A: 1021180098
Pedro Luis Bezerra Fontes R.A: 101180380
Compósitos
Ciência e Tecnologia dos Materiais
Sorocaba
2018
Sumário
1.	Introdução	1
2.	Estrutura	1
3.	Características	2
4.	Propriedades	2
FAZ FÁCIL ARTESANATO. Fibra de Vidro – 12 Características Mais Importantes. Disponível em: <https://www.fazfacil.com.br/artesanato/fibra-de-vidro/> Acesso em: 10 nov. 2018.	7
BETA EQ. Materiais Compósitos: Um dos Maiores Avanços. Disponível em: <https://betaeq.com.br/index.php/2017/05/19/materiais-compositos/> Acesso em: 10 nov. 2018.	7
NANOTECHNOLOGY BLOGSPOT. Leisure. Disponível em: <http://nano--tech.blogspot.com/p/leisure.html> Acesso em: 10 nov. 2018.	7
AZO MATERIALS. Tennis Balls with Improved Property Retention Thanks to Nanocomposite Coating. Disponível em: < https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=1665> Acesso em: 10 nov. 2018.	7
1. Introdução 
A prática de combinar materiais teve seu primeiro aparecimento no período histórico conhecido por Neolítico, aproximadamente nos anos 2500 a.C no Egito Antigo, onde ocorria a fabricação de tijolos por meio da combinação obtida entre argila e palha. Mais adiante, na era medieval, por volta dos anos 800 a.C também foi possível observar a combinação de materiais na produção de arcos nos quais eram utilizados partes de animais, tais como pele, ossos e chifres, juntamente com madeira.
O termo compósito se refere à combinação de dois ou mais materiais com o objetivo de obter um material cujas propriedades combinadas dos materiais atendam as condições desejadas. Trata-se de um material multifásico, para se obter um compósito é necessário que os dois materiais utilizados possuam fases diferentes e interfaces distintas.
O objetivo da utilização dos materiais compósitos é de se obter propriedades que melhor atendam a aplicação desejada para determinado material. São utilizados materiais com propriedades e estruturas molecular diferentes, deste modo ao combiná-los é possível adquirir uma nova propriedade mecânica, que possua melhorias em termo de tração, resistência, flexão, etc. 
Os materiais utilizados para a produção de um compósito recebem funções diferentes com denominações distintas durante o processo. Um material é chamado de matriz enquanto o outro é denominado reforço, do mesmo modo que cada função determina as características finais do compósito. A função da matriz é de proteger o reforço contra o meio em que está envolvido, além de fornecer proteção ao compósito ao ser manuseado. O material de reforço tem por função fornecer resistência ao compósito. As propriedades do compósito dependem de fatores como a natureza do material e o grau de ligação existente entre os materiais.
2. Estrutura
Para explicar a estrutura dos compósitos, utilizaremos como exemplo os compósitos poliméricos, que são resultado da combinação da matriz de polímeros com materiais distintos de reforço. Um exemplo de compósito polimérico é a fibra de vidro, também conhecido como Polímero Reforçado com Fibra de Vidro (PRFV). Este compósito apresenta como principais características o isolamento elétrico, flexibilidade e versatilidade e sua estrutura é composta pela matriz polimérica combinada com a fibra de vidro, empregada como reforço no processo.
3. Características
A principal característica dos compósitos é a combinação de dois materiais com fases diferentes cujo resultado é um material com novas propriedades que atendem melhor as exigências para sua aplicação. Os materiais utilizados são divididos em matriz e reforço. No caso da fibra de vidro PRFV a matriz é o polímero e o reforço é a própria fibra de vidro.
Figura 1 - Compósito produzido basicamente a partir da aglomeração de finíssimos filamentos flexíveis de fibra de vidro com resina poliéster.
4. Propriedades
Dentre as principais propriedades dos compósitos em se utiliza a matriz polimérica, pode-se destacar a alta rigidez e resistência mecânica, além do baixo peso. Porém, Tita (1999) apresenta algumas dificuldades encontradas quando são empregados materiais de reforço como o aço ou o alumínio. Tais dificuldades são: determinados processamentos levam muito tempo e geram grandes perdas de materiais e incertezas sobre a resistência dos materiais quando expostos a ação prolongada de combustíveis e produtivos químicos com alta corrosão. 
5. Fabricação e Processamento 
Há uma ampla variedade de técnicas de fabricação em processamento de materiais compostos, incluindo: 
• Posicionamento avançado de fibras;
• Colocação de fibras sob medida;
• Processo de preparação de pulverização de fibras de vidro;
• Enrolamento de filamento; 
• Processo Lanxide (cerâmica-metal); 
• Tufting (resinas termofixas e tecidos de fibra longa); 
• Z-Pinning (fibras de reforço). 
O processamento dos compósitos compreende molhar, misturar ou saturar o material de reforço com a matriz fazendo com que a matriz se ligue em uma estrutura rígida. 
5.1 Visão Geral do Molde 
Os materiais de reforço e matriz são combinados, compactados e processados para sofrer uma fusão dentro de um molde. Após essa fusão a forma da peça é definida, podendo sofrer deformação em certas condições do processo.
5.2 Moldagem por Sacolas de Vácuo 
Na indústria dos compósitos o ensacamento a vácuo é muito utilizado. Nessa técnica se usa uma película flexível para selar a peça e encera-la. Após a peça ser selada dentro da sacola de vácuo, um vácuo é desenhado na parte durante a cura. A realização deste processo pode ser feita a temperatura ambiente ou em uma temperatura elevada. 
5.3 Moldagem por Sacolas de Pressão
 
Neste processamento é utilizado um molde fêmea e um molde macho. É colocada uma quantidade de resina no molde fêmea e então apertado a uma máquina que contém um molde macho. Com vapor e ar comprimido, o molde macho é insuflado. Com isso, o excesso de resina é forçado para fora juntamente com o ar preso. 
5.4 Moldagem por Autoclave
 
Nesse processo é utilizado um conjunto de moldes de dois lados, formando as superfícies do painel. No lado superior é uma membrana flexível, e no lado inferior um molde rígido. Geralmente esse processo é realizado tanto a uma temperatura elevada como a uma pressão elevada.
5.5 Molde de Transferência de Resina (RTM)
 
Esse processamento difere na mecânica de como a resina é colocada no reforço na cavidade do molde. Nesse método a resina e os materiais de reforço são colocados no molde já fechado. Esse processo também pode ser feito em temperatura ambiente ou elevada.
6. Aplicações
• Raquetes de tênis (em carbono); 
• Pás (hélices de aviões e helicópteros);
• Bicicletas (carbono);
• Pranchas de surf; 
• Capacetes (kevlar); 
• Coletes a prova de balas (kevlar); 
• Varas (atletismo); 
• Alguns barcos da classe olímpica laser (fibra de vidro ou carbono). 
Figura 2 – Aplicações compósitos
7. Descarte / Reciclagem
8. Estudo de Caso
8.1 Nanocompósitos em Bolas de Tênis
O jogo de tênis está em constante mudança com o resultado da nanotecnologia,  as novas bolas de tênis Double Core (Núcleo Duplo) evitam a fuga de ar, as bolas de tênis retêm a pressão original e quicam por duas vezes mais tempo que as bolas convencionais, a permeação do ar através das paredes da bola é inibida por um fator de dois, devido à presença de uma barreira de revestimento flexível e muito fina (entre 10 e 50 m) de nanocompósito, que cobre o núcleo interno. 
Figura 3 - Bola de Tênis Comum (esquerda), bola de tênis Wilson revestida plaquetas de vermiculita (direita) 
O revestimento foi desenvolvido pela Inmat, patenteado e conhecido como Air D-Fense, consiste em uma matriz de borracha butílica, no interior da qual existem finas plaquetas de vermiculita (membro do grupo dos silicatos em camadas), um mineral natural à base de argila. No interior da borracha butílica, as plaquetas de vermiculita existem como finas lâminasmonomoleculares e estão alinhadas de maneira que todos seus eixos laterais se dispõem no mesmo plano e ao longo da barreira de revestimento existem múltiplas camadas dessas plaquetas.
Figura 4 – Diagrama esquemático mostrando a seção transversal de uma bola de tênis do tipo Double Core.
A presença das plaquetas de vermiculita é responsável do revestimento de nanocompósito reter mais efetivamente a pressão do ar no interior das bolas de tênis. As plaquetas atuam como barreiras multicamadas contra a difusão das moléculas de ar, reduzindo a taxa de difusão, ou seja, o comprimento do percurso de difusão das moléculas de ar é aumentado de maneira significativa. Além disso, a adição das partículas à borracha butílica não diminui sua flexibilidade.
Esse tipo de revestimento também pode ser aplicado em outros tipos de equipamentos esportivos (bolas de futebol, bolas de futebol americano e pneus de bicicleta), assim como pneus de automóveis.
9. Bibliografia
FAZ FÁCIL ARTESANATO. Fibra de Vidro – 12 Características Mais Importantes. Disponível em: <https://www.fazfacil.com.br/artesanato/fibra-de-vidro/> Acesso em: 10 nov. 2018.
BETA EQ. Materiais Compósitos: Um dos Maiores Avanços. Disponível em: <https://betaeq.com.br/index.php/2017/05/19/materiais-compositos/> Acesso em: 10 nov. 2018.
Callister Jr, W.D.; Rethwisch, D. G. Ciência e Engenharia dos Materiais, uma Introdução, 8ª edição, LTC Editora, 2012.
NANOTECHNOLOGY BLOGSPOT. Leisure. Disponível em: <http://nano--tech.blogspot.com/p/leisure.html> Acesso em: 10 nov. 2018.
AZO MATERIALS. Tennis Balls with Improved Property Retention Thanks to Nanocomposite Coating. Disponível em: < https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=1665> Acesso em: 10 nov. 2018.
6