Apostila 2

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MATERIAIS PARAMATERIAIS PARA
ENGENHARIAENGENHARIA
MECÂNICAMECÂNICA 
UNIDADE 2 – MATERIAISUNIDADE 2 – MATERIAIS
NÃO METÁLICOSNÃO METÁLICOS 
Autor: Ronaldo Gomes de Castro MedeirosAutor: Ronaldo Gomes de Castro Medeiros
Revisor: Gustavo Tressia de AndradeRevisor: Gustavo Tressia de Andrade 
I N I C I A R
Introdução
Caro(a) estudante, 
Os materiais não metálicos possuem uma enorme importância para o mundo, pelas
diversas aplicações que eles podem proporcionar aos seres humanos. Assim, o estudo
desses diferentes tipos de materiais, como os cerâmicos, polímeros, elastômeros e
compósitos se faz extremamente importante para a escolha ideal dos materiais
condizentes com a aplicação desejada. 
Ao longo da Unidade 2, veremos importantes conceitos referentes às principais
Autor:
Ronaldo Gomes de Castro Medeiros
Revisor:
Gustavo Tressia de Andrade
MATERIAIS PARA
ENGENHARIA MECÂNICA
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS
INTRODUÇÃO 01
2.1 CERÂMICOS 02
2.2 POLÍMEROS 05
2.3 ELASTÔMEROS 16
2.4 COMPÓSITOS 16
SÍNTESE 25
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 27
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 1
propriedades, aplicações e diferenças entre os materiais estudados. Dessa forma,
seremos capazes de entender as principais diferenças eles, destacando as aplicações de
cada conceito estudado. 
Bons estudos! 
2.1 Cerâmicos
Os materiais cerâmicos são formados por metais e não metais, unidos em sua grande
maioria por ligações iônicas. A estrutura cristalina desse tipo de material costuma ser
mais complexa do que a dos materiais metálicos, já que são formados por dois ou mais
elementos. 
Os materiais cerâmicos possuem diversas aplicações devido à variedade de suas
propriedades. Assim, as principais aplicações dos materiais cerâmicos são: vidros, tijolos,
porcelanas, refratários, dentre outras. 
Figura 1 - Objetos comuns feitos a partir de materiais cerâmicos: tesoura, xícara de porcelana, tijolo de construção,
azulejo de piso e vaso de vidro. Fonte: CALLISTER JR.; RETHWISCH, 2016, p. 10.
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 2
Um dos principais elementos químicos utilizado nos materiais cerâmicos, o carbono,
pode ser encontrado em duas formas: grafite ou diamante. O diamante é um material
com alta dureza, muito utilizado em aplicações ósseas, telas, ferramentas de corte. Já o
grafite é um material que possui dureza muito baixa, podendo ser utilizado, por exemplo,
em tijolo e instrumentos para escrita, como lápis. 
As principais propriedades dos materiais cerâmicos são seu alto ponto de fusão e, em
sua grande maioria, baixa condutividade elétrica. Além disso, são materiais resistentes a
ambientes em corrosão severa e também podem ser duros ou frágeis e ter um custo
relativamente baixo. 
Os materiais cerâmicos possuem algumas desvantagens, como sua baixa resistência à
fratura. Essa classe de material possui uma alta resistência à compressão, porém uma
baixa resistência ao choque. Os cerâmicos são considerados materiais duros e frágeis,
embora existam cerâmicas de baixa dureza, o que por consequência limita suas
aplicações. 
Em temperatura ambiente, os materiais cerâmicos possuem o comportamento frágil, ou
seja, não terão deformação plástica significativa. Com isso, as cerâmicas romperão de
forma brusca. 
A propagação de trinca em materiais cerâmicos acontece em alta velocidade, devido ao
seu comportamento frágil. Com isso, quando uma cerâmica sofre algum tipo de dano,
seja por impacto, torção, flexão ou até mesmo pressão interna, as trincas nesses
materiais tendem a propagar rapidamente, levando o material à fratura brusca. 
#PraCegoVer: na figura, temos várias peças em cerâmica. Da
esquerda para a direita: uma xícara na cor branca estampada com
flores rosas, uma tesoura em cerâmica com cabo preto, um azulejo,
um tijolo com três furos e uma jarra de vidro com boca oval. 
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 3
Figura 2 – Representações esquemáticas das origens e das configurações de trincas para materiais cerâmicos
frágeis, que resultam de (a) uma carga de impacto (contato pontual), (b) flexão, (c) uma carga de torção e (d)
pressão interna. Fonte: CALLISTER JR.; RETHWISCH, 2016, p. 508. 
Assim, o fato de os materiais cerâmicos possuírem baixa resistência a impactos faz com
que suas aplicações sejam limitadas, isto é, não basta analisar sua alta resistência à
#PraCegoVer: na figura, temos a ilustração de várias peças
cerâmicas apresentando trincas sofridas por carga de impacto,
torção, flexão e pressão interna. Da esquerda para a direita: uma
placa na cor cinza com trincas representadas por traços escuros,
uma placa na cor cinza com trincas causadas por flexão
representadas por traços, um cilindro na cor cinza com trincas
causadas por torção representadas por traços escuros, um jarro na
cor cinza com trincas causadas por pressão interna representadas
por traços escuros. 
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 4
temperatura, pois caso a aplicação tenha algum risco de sofrer impactos, isso acarretará
a falha prematura do material. 
Tendo em vista a necessidade de garantir uma resistência mecânica adequada, a
fabricação dos materiais cerâmicos requer cuidados especiais para que se possa garantir
a qualidade das peças, como por exemplo, um controle rígido da quantidade, tamanho e
forma das porosidades existentes no material, pois sua presença irá gerar
concentradores de tensão, o que, consequentemente, diminuirá a resistência desses
materiais. 
APLICAÇÕES – MATERIAIS CERÂMICOS
» Clique nas setas ou arraste para visualizar o conteúdo
Com isso, destaca-se que os materiais cerâmicos possuem diversos tipos de aplicação
de acordo com suas propriedades específicas, como a alta resistência à temperatura
(embora esses tipos de materiais também possuam algumas limitações, como a baixa
resistência ao impacto). 
CIMENTO
Os cimentos são aplicados diretamente na indústria de construção civil.
 
2.2 Polímeros 
Os materiais poliméricos são formados, geralmente, por hidrocarbonetos, ou seja,
materiais formados por carbono e hidrogênio. Além disso, os polímeros são formados por
grandes moléculas, denominadas macromoléculas, constituídas por unidades de
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 5
CIMENTO
Os cimentos são aplicados 
diretamente na indústria de 
construção civil.
REFRATÁRIOS
Os refratários são utilizados 
em aplicações que possuem 
necessidade de resistir à altas 
temperaturas, como caldeiras e 
fornos.
ARGILA
A argila é um material de 
aplicação ampla devido ao 
seu baixo custo de produção 
e a sua alta capacidade de 
conformação. É muito utilizada 
em utensílios domésticos e 
aplicações que necessitam de 
isolamento elétrico.
repetição, chamadas de meros. 
O termo monômero refere-se a uma molécula formada por apenas um único mero, ou
seja, apenas uma única unidade de repetição. Quando essa unidade molecular é
formada pela junção de várias unidades de repetição, ou vários meros, chamamos esses
materiais de polímeros. 
Figura 3 – Representação de monômero e de uma cadeia de um polímero. Fonte: CALLISTER JR.; RETHWISCH,
2016, p. 564. 
#PraCegoVer: na figura, temos a ilustração de um monômero e de
uma cadeia polimérica. Da esquerda para a direita: um monômero
sendo representado por dois carbonos ligados a quatro
hidrogênios. Logo após temos a representação da cadeia
polimérica, com a representação de vários carbonos ligados uns
aos outros.
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 6
Em definição, os polímeros são macromoléculas formadas por monômeros que se ligam
quando em condições adequadas de pressão e temperatura, com a ajuda de
catalisadores, pelo processo de polimerização. 
A polimerização é o processo no qual os monômeros se ligam uns aos outros, formando
longas cadeias de unidades repetidas que serão os polímeros. Já os catalisadores são
responsáveis por acelerar a reação de polimerização. 
A estrutura molecular dos polímeros irá conferir a eles diversas propriedades importantes
em suas aplicações. Essa variação em sua estrutura dependerá da disposição de suas
cadeias,que podem ser divididas em: polímeros lineares, polímeros ramificados,
polímeros com ligações cruzadas e polímeros em rede. Os polímeros lineares são
formados por meros, ou seja, unidades repetidas, unidas umas às outras em uma única
cadeia. Essas cadeias são unidas por ligações fracas, tendo como consequência
negativa a facilidade em serem quebradas, e como vantagem sua flexibilidade. 
Quanto aos polímeros ramificados, destaca-se a formação de cadeias ramificadas, na
qual a cadeia principal possuirá ramificações laterais. 
Em relação aos polímeros com ligações cruzadas, eles são formados por cadeias que
possuem ligações cruzadas umas às outras, através de ligações covalentes, ou seja,
ligações fortes, o que faz com que esse processo seja irreversível. Assim, podemos citar
as borrachas como exemplos de polímeros com ligações cruzadas. 
VOCÊ SABIA?
Os polímeros que possuem ligações cruzadas tendem a ter propriedades
mecânicas melhores no quesito resistência do que os materiais poliméricos que
não possuem esse tipo de ligação. Com isso, no mercado, quando se deseja
obter materiais poliméricos mais fortes e resistentes, visa-se, no processo de
fabricação, à obtenção de materiais com ligações cruzadas.
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 7
Um material polimérico que possui muitas ligações cruzadas é considerado um polímero
com ligações em rede. Esses materiais possuem uma grande quantidade de ligações
cruzadas, formando redes tridimensionais. Os principais polímeros formados por ligações
em redes são as resinas epóxis. As ligações em rede, por possuírem anéis aromáticos,
concedem a esses materiais alta resistência à temperatura, devido à dificuldade de
quebra dessas ligações.
Figura 4 – Representações esquemáticas de estruturas moleculares (a) linear, (b) ramificada, (c) com ligações
cruzadas e (d) em rede (tridimensional). Os círculos representam unidades repetidas individuais. Fonte:
CALLISTER JR.; RETHWISCH, 
2016, p. 574. 
#PraCegoVer: na figura, temos a ilustração de estruturas
moleculares. No lado esquerdo superior, temos uma cadeia
molecular linear sendo representada por duas fileiras com bolinhas
na cor laranja ligadas umas às outras por traços. Ao lado, temos
uma cadeia com ligações cruzadas representadas por bolinhas na
cor laranja ligadas umas às outras por meio de fileiras que se
cruzam. No lado esquerdo inferior, temos cadeias ramificadas,
representadas por fileiras de bolinhas na cor laranja, ligadas umas
às outras por traços, porém, apresentando ramificações laterais. Ao
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 8
Destaca-se que quanto maior for a dificuldade de movimentação das cadeias, maior será
a resistência desse material e, consequentemente, menor será sua ductilidade. Com
isso, podemos observar que os polímeros com ligações em rede ramificadas possuirão
maior ductilidade quando comparados com os polímeros com ligações cruzadas e em
rede, de forma que apresentarão menor resistência. Já os polímeros com ligações
cruzadas e ligações em rede apresentarão maior dureza e resistência do que os
polímeros com ligações lineares e ramificadas, apresentando, também, menor
ductilidade. 
Assim, a presença de ligações cruzadas aumentará a dureza e resistência dos materiais
poliméricos, ou seja, quanto maior o número de ligações cruzadas, maior será sua
resistência e dureza. 
2.2.1. Classificação
Em termos de classificação, os materiais poliméricos são divididos de diversas maneiras,
de acordo com algumas características, sendo elas: disposição de seus monômeros,
ocorrência, ordenação de suas cadeias, comportamento térmico, comportamento
mecânico e fabricação. 
Classificação polímeros de acordo com disposição de seus monômeros
» Clique nas abas para saber mais sobre o assunto
lado direito inferior, temos uma cadeia em rede, representada por
bolas maiores ligadas umas às outras por traços duplos, formando
um emaranhado de rede. 
Homopolímero Copolímero
São formados por um mesmo monômero que se repete ao longo de toda
cadeia.
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 9
COPOLÍMERO
É formado por monômeros diferentes que se 
repetem ao longo da cadeia polimérica.
HOMOPOLÍMERO
São formados por um mesmo monômero que 
se repete ao longo de toda cadeia.
Em relação a sua ocorrência, os polímeros podem ser classificados como: polímeros
naturais e polímeros sintéticos. Os polímeros naturais são os materiais poliméricos
encontrados na natureza, como DNA, celulose e proteína. Já os polímeros sintéticos são
os materiais poliméricos fabricados pelo homem, como PET, polietileno e polipropileno. 
Outra classificação usual para materiais poliméricos é em relação à periodicidade de sua
rede, podendo ser classificados em amorfos ou semicristalinos. Nos materiais amorfos,
as cadeias poliméricas não possuem ordem. Já nos materiais semicristalinos, uma parte
da cadeia polimérica é ordenada, enquanto a outra parte é desordenada. Nesse sentido,
uma observação importante é que não existem polímeros cristalinos, ou seja, que
possuem toda a cadeia ordenada. 
Teste seus conhecimentos
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 10
Um engenheiro mecânico recém-formado sabe que ele precisa escolher um material 
polimérico amorfo, devido as suas propriedades mecânicas, quando comparado 
aos materiais poliméricos semicristalinos. Contudo, ele está em dúvida sobre quais 
características deve analisar no formato de rede descrito para cada material polimérico. 
Considerando essas informações, pense na característica dos materiais amorfos que o 
engenheiro precisa saber para ter a certeza de que o material escolhido estará correto e 
assinale a alternativa correta. 
O engenheiro precisa saber que os materiais amorfos possuem ordem em sua 
cadeia polimérica.a
O engenheiro precisa saber que os materiais amorfos são resistentes ao fogo. c
O engenheiro precisa saber que os materiais amorfos não possuem ordem em 
cadeia polimérica. b
O engenheiro precisa saber que os materiais amorfos possuem alta dureza. d
O engenheiro precisa saber que os materiais amorfos são materiais poliméricos 
totalmente cristalinos.e
PERIODICIDADE DAS REDES POLIMÉRICAS
Gabarito na página 28
Atividade não pontuada
Teste seus conhecimentos
Página não encontrada
VO LTA R
A página que você está procurando não existe, ou foi
movida.
Atividade não pontuada
Outra entre as principais classificações dos materiais poliméricos é de acordo com seu
comportamento térmico. Assim, os poliméricos classificados de acordo com suas
propriedades térmicas podem ser divididos em: termoplásticos e termofixos. 
Os polímeros termoplásticos são materiais que amolecem com o aumento de
temperatura e se solidificam novamente quando a temperatura atinge a temperatura
ambiente, ou seja, são materiais que podem ser moldados com o acréscimo de
temperatura. Além disso, destaca-se que essas propriedades tornam os polímeros
termoplásticos materiais recicláveis. 
Sendo assim, as propriedades térmicas dos polímeros termoplásticos são provenientes
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 11
da formação de suas cadeias. Os termoplásticos podem ser amorfos ou semicristalinos e
podem ser formados por cadeias lineares ou ramificadas, ou seja, cadeias que possuem
maior mobilidade. Consequentemente, essa característica faz com que esse tipo de
material possa ser moldado quando aquecido e resfriado novamente. 
Por outro lado, os termofixos não amolecem com o aumento da temperatura, devido à
presença de ligações cruzadas e em rede nos polímeros termofixos. Apesar de
possuírem cadeia amorfa, a presença das ligações cruzadas e ligações em rede faz com
que as cadeias não consigam deslizar umas sobre as outras, evitando assim o
surgimento de deformações plásticas com o fornecimento de calor. 
Classificação polímeros de acordo com seu comportamento térmico
» Clique nas abas para saber mais sobre o assunto
Termoplásticos Termofixos
Os polímeros termoplásticos possuem baixa resistência à temperatura e
podem ser moldados para serem levados a alta temperatura.
VOCÊSABIA?
Ao contrário do que muitos pensam, nem todos os materiais poliméricos podem
ser reciclados. Os polímeros termofixos não podem passar pelo processo de
reciclagem, e isto ocorre pela presença de ligações cruzadas e em rede, que faz
com que esses materiais não sejam reutilizáveis. Com isso, é preciso cuidado
para não confundirmos plástico com polímero. Todo plástico é um material
polimérico, porém nem todo polímero é um plástico.
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 12
TERMOFIXOS
É formado por monômeros diferentes que se 
repetem ao longo da cadeia polimérica.
TERMOPLÁSTICOS
Os polímeros termoplásticos possuem 
baixa resistência à temperatura e podem 
ser moldados para serem levados a alta 
temperatura.
Nesse sentido, a classificação dos polímeros em relação ao seu comportamento
mecânico se dá, principalmente, por meio de três divisões: borrachas, plásticos e fibras.
As borrachas têm como principal propriedade a sua boa elasticidade à temperatura
ambiente; os plásticos têm como principal propriedade sua capacidade de ser moldado;
já as fibras são materiais que possuem boa resistência.
Figura 5 – Objetos comuns feitos de materiais poliméricos: talheres plásticos, bolas de bilhar, capacete de bicicleta,
dados, uma roda de cortador de grama (cubo de plástico e pneu de borracha) e um vasilhame plástico para
leite. Fonte: CALLISTER JR.; RETHWISCH, 2016, p. 10. 
#PraCegoVer: na figura, temos várias peças de materiais
poliméricos. Da esquerda para a direita: uma colher, um garfo e uma
faca de plástico na cor branca, um capacete na cor vermelha,
branca e preta, três bolas de sinuca nas cores branca com marfim,
branca com verde e branca com vermelho, dois dados sendo um na
cor azul e um na cor vermelha, um pneu preto e uma garrafa de
plástico transparente. 
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 13
No que diz respeito ao seu processo de fabricação, os polímeros podem ser classificados
como polímeros de adição ou polímeros por condensação. 
Os polímeros por adição são fabricados através de reações de adição, o principal
processo de formação dos polímeros. O processo de adição consiste em romper as
insaturações entre as cadeias, formando valência livre em cada carbono nas
extremidades da molécula. Com isso, as moléculas serão adicionadas e ligadas umas
com as outras diversas vezes, formando os polímeros. Já nos materiais poliméricos
formados por condensação, não há necessidade de o monômero possuir insaturação;
contudo, é necessário que os monômeros possuam grupo bifuncional. 
2.2.2 Temperatura de transição vítrea e temperatura de fusão
A temperatura de transição vítrea e a temperatura de fusão são parâmetros de extrema
influência nas propriedades dos polímeros. Elas definirão os limites de mudança nos
materiais poliméricos e suas propriedades quando sujeitos a altas temperaturas. Sendo
assim, a temperatura de transição vítrea ocorrerá em materiais amorfos e materiais
cristalinos. Já a temperatura de fusão ocorrerá somente em materiais semicristalinos. 
A temperatura de transição vítrea é uma propriedade que determinará a mudança do
material polimérico do estado vítreo para um estado mais maleável quando submetido à
temperatura. Assim, a região amorfa do material será responsável por essa transição. 
Em relação à temperatura de fusão, ela determinará a mudança de estado do material,
em que ele passará de sólido para o estado líquido quando submetido a temperaturas
elevadas. Dessa forma, a região semicristalina será a responsável por essa transição. 
2.2.3 Comportamento mecânico
As propriedades mecânicas dos polímeros são determinadas da mesma maneira que nos
metais. Propriedades como módulo de elasticidade, limite de resistência, região elástica,
região plástica, limite de escoamento e resistência à fratura são determinadas igualmente
àquelas determinadas nos materiais metálicos, tendo como principal ensaio mecânico
utilizado o ensaio de tração. 
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 14
O grau de cristalinidade é uma das principais propriedades dos polímeros, pois por meio
dele é possível identificar algumas propriedades do material, como a dureza, a
densidade, a ductilidade e a sua resistência aos solventes e ao calor. A taxa de
resfriamento, por sua vez, influenciará diretamente o grau de cristalinidade. À medida
que o grau de cristalinidade aumenta, a dureza, a resistência ao calor e ao solvente, bem
como a densidade do material polimérico aumentarão, enquanto a ductilidade irá
diminuir. 
Como mencionado, as propriedades dos materiais poliméricos são muito importantes
para referenciar quais serão as suas aplicações mais adequadas. As principais
propriedades dessa classe de materiais são sua baixa densidade, boa resistência
química, boa plasticidade, baixo custo, bem como sua capacidade de agir como isolante
elétrico. 
A baixa densidade é uma das principais propriedades dos materiais poliméricos. Através
dela consegue-se materiais com resistência mecânica moderada e baixo peso,
excelentes para aplicações em que se exigem materiais que não possuam peso elevado.
Materiais poliméricos possuem grande empregabilidade em aplicações automotivas, nas
estruturas dos automóveis, por exemplo, devido a sua baixa densidade. 
Por outro lado, como mencionado, os materiais poliméricos apresentam como
desvantagens o fato de serem considerados fracos em relação a certas propriedades
mecânicas, como resistência à temperatura, resistência à fadiga e resistência ao
impacto. 
Além disso, a falha por fadiga nesses materiais pode ocorrer precisamente quando são
submetidos a frequentes carregamentos cíclicos, já que estes podem causar um
aquecimento local, fazendo com que o material amoleça e, consequentemente, falhe. 
Ademais, a resistência à fratura nos materiais poliméricos é baixa quando os
comparamos aos materiais cerâmicos e materiais metálicos. Nesse sentido, as fraturas
nos polímeros termofixos geralmente ocorrem de forma frágil, devido às suas ligações
cruzadas, enquanto nos polímeros termoplásticos as fraturas podem ocorrer de forma
frágil, mas também dúctil. 
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 15
2.3 Elastômeros
Os elastômeros são tipos de polímero mais conhecidos como borrachas, que possuem
um excelente comportamento elástico, suportando uma grande quantidade de
deformação antes de falhar. 
Os polímeros elastoméricos são considerados, por alguns autores, uma classe
intermediária entre os polímeros termofixos e os polímeros termoplásticos. Além disso,
destaca-se que os elastômeros possuem alta elasticidade, podendo suportar grandes
deformações reversíveis. 
As principais propriedades dos elastômeros são: alta elasticidade, maciez e alta
flexibilidade, características mecânicas específicas que, dentre muitos fatores, ocorrem
devido à temperatura de transição vítrea estar abaixo da temperatura ambiente. Sendo
assim, eles são bastante aplicados em pneus, vedações, luvas, dentre outras aplicações. 
Apesar de possuírem diversas vantagens, os elastômeros têm um alto custo de
produção, além de possuírem estrutura molecular com alto número de ligações cruzadas,
formando uma rede tridimensional, o que faz com que esses materiais não possam ser
reciclados. 
Os elastômeros, devido a sua alta versatilidade, possuem diversos tipos de aplicações.
Algumas delas encontram-se na construção civil, na fabricação de tubulações; na
indústria de calçados, na fabricação dos solados dos calçados; na indústria
automobilística, na fabricação de filtros e batentes de amortecedores, dentre outros. 
2.4 Compósitos
Materiais compósitos são provenientes de uma combinação entre dois ou mais materiais,
formando fases constituintes com composições químicas e físicas distintas. Esses
materiais são produzidos com o objetivo de obter propriedades que não seriam possíveis
no emprego de um único material. 
Nesse sentido, os compósitos são formados por uma fase contínua denominada matriz e
uma fase descontínua chamada reforço, que pode se apresentar em partículas, tecidos e
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS16
A alta versatilidade de propriedades é a principal característica dos materiais compósitos,
devido à grande variedade de combinações entre reforço e matriz, fazendo com que
esses materiais obtenham uma ampla combinação de tenacidade, resistência mecânica
e módulo de elasticidade, bem como uma ótima resistência à corrosão. Porém, como em
todas as classes de materiais, os materiais compósitos possuem algumas desvantagens,
mantas ou fibras. 
As propriedades dos materiais compósitos irão depender da quantidade do volume de
fibra e de matriz, obtendo, geralmente, propriedades intermediárias entre as
propriedades das fibras e da matriz. 
A interface entre o reforço e a matriz do compósito é um fator importante no que
concerne às propriedades finais, por consistir na região em que ocorre o contato entre as
fases componentes. 
Nesse seguimento, as propriedades dos compósitos dependerão diretamente da adesão
fibra-matriz. Essa região é responsável pela interação mecânica da matriz com o reforço,
garantindo ao material diversas propriedades, como a boa absorção das deformações,
resistência à compressão, aumento da resistência ao impacto, dentre outras. Portanto,
uma adesão não adequada entre as fases na interface provocará o início de falhas. 
VOCÊ SABIA?
Os materiais compósitos podem obter diversas propriedades específicas, ou seja,
sua combinação pode ser infinita. Porém, deve-se saber que essas propriedades
dependerão diretamente da adesão entre as fibras (reforço) e a matriz. Não
adianta utilizar materiais com ótima resistência, caso não se possua no processo
de fabricação uma boa adesão interfacial entre fibra e matriz. Com isso,
percebemos que o processo de fabricação é tão importante como o da escolha
dos materiais corretos.
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 17
como a alta absorção de água pelos compósitos de matriz polimérica, característica que
pode afetar as propriedades mecânicas do material. 
Os compósitos podem ser classificados de acordo com a natureza de sua matriz, que
pode ser metálica, polimérica e cerâmica. Além disso, eles também podem ser
classificados de acordo com seus reforços. 
No que diz respeito às suas aplicações, os materiais compósitos vêm sendo bastante
utilizados para substituir aços, cerâmicas ou polímeros, devido a sua vasta gama de
combinações de propriedades. Algumas de suas aplicações se encontram na indústria
aeroespacial, na fabricação de hélices, peças para motores de avião; na indústria
automotiva, na fabricação de painéis de carroceria e painéis internos; na indústria de
construção civil, na fabricação de argamassas e artigos decorativos; e também é muito
utilizado na fabricação de itens de segurança, como coletes à prova de bala. 
2.4.1 Matriz
A fase matriz dos compósitos, por sua vez, pode ser formada por polímeros, metais ou
cerâmicos. A matriz tem como principais funções orientar e sustentar os reforços,
geralmente na forma de fibras. Além disso, tem como função distribuir as tensões entre o
reforço, proteger o reforço contra danos decorrentes do contato com o ambiente e
separar os reforços uns dos outros, evitando o contato entre eles. Destaca-se também
que a matriz geralmente utiliza material com boa ductilidade, tornando-se o principal
componente que confere ductilidade ao compósito. 
Tipos de matrizes de materiais compósitos
» Clique nas abas para saber mais sobre o assunto
Matriz polimérica Matriz metálica Matriz cerâmica
Esse tipo de matriz é responsável por dar aos materiais compósitos uma boa
ductilidade.
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 18
Matriz polimérica
Esse tipo de matriz é 
responsável por dar aos 
materiais compósitos uma boa 
ductilidade.
Matriz metálica
Esse tipo de matriz é 
responsável por conceder ao 
material compósito uma boa 
ductilidade e resistência.
Matriz cerâmica
Esse tipo de matriz é 
responsável por conceder ao 
material compósito uma alta 
resistência.
» Matriz polimérica
Os compósitos de matriz polimérica são muito utilizados em diversos setores, possuindo
uma ampla variedade de aplicações. As matrizes poliméricas podem ser classificadas em
termoplásticas e termofixas, sendo a matriz termofixa a mais utilizada compósitos devido
às suas propriedades mecânicas e de estabilidade química a temperaturas mais
elevadas. As resinas epóxi, vinil éster e poliéster, por sua vez, são as matrizes
poliméricas mais comuns, sendo utilizadas juntamente com reforços de fibras com alto
desempenho. Contudo, uma das principais desvantagens dos compósitos poliméricos é
sua baixa resistência à temperatura. 
A principal desvantagem dos compósitos com matriz polimérica é sua degradação
quando expostos a ambientes com elevada umidade. A degradação dos materiais
compósitos poliméricos ocorre com o rompimento das ligações químicas do polímero
através da penetração de moléculas de água ou de outro fluido por meio dos volumes
livres dos polímeros. 
A absorção de água é um dos principais mecanismos de degradação dos compósitos
poliméricos. A água, ao penetrar no material polimérico, pode causar danos na interface
da fibra com a matriz através da plastificação da matriz, do surgimento de trincas, da
dilatação da matriz, dentre outros danos que podem ser causados, podendo levar o
material a falhar prematuramente. 
Umas das principais aplicações dos compósitos com matriz polimérica é na fabricação de
reparos, como por exemplo reparos para tubulações. Além disso, são muito utilizados na
fabricação de painéis de automóveis e aviões. 
» Matriz metálica
Os compósitos de matriz metálica são utilizados quando são necessárias aplicações que
exigem temperatura de trabalho elevada. Além disso, quando comparados com os
compósitos de matriz polimérica, as matrizes metálicas são mais resistentes à
degradação por fluídos. A sua principal desvantagem, entretanto, é o alto custo de
produção. 
As principais aplicações dos compósitos com matriz metálica estão na fabricação de
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 19
chapas, devido a sua alta resistência e peso menos elevado quando comparados com os
aços; na fabricação de rotores de freios; e também são muito utilizados em componentes
de jatos. 
» Matriz cerâmica
Os compósitos de matriz cerâmica são utilizados, geralmente, quando se necessita de
alta resistência à oxidação. Outro fator importante a ser destacado é que os compósitos
com matriz cerâmica são altamente resistentes à temperatura, entretanto, a principal
desvantagem é que as cerâmicas tornam os compósitos frágeis, limitando seu uso. 
As principais aplicações dos compósitos com matriz cerâmica estão na fabricação de
tijolos refratários, na fabricação de aplicações que necessitam de isolantes elétricos,
dentre outros. 
VAMOS PRATICAR? 
Experimente montar uma lista com as principais propriedades que cada matriz
concede ao material compósito.
Matriz metálica;
Matriz cerâmica;
Matriz polimérica.
Ao terminar a lista, tente comparar as matrizes compósitas.
Teste seus conhecimentos
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 20
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Atividade não pontuada
2.4.2 Reforço
A fase reforço do material compósito normalmente encontra-se em menor quantidade. O
reforço geralmente é a fase que irá atribuir ao compósito resistência mecânica ou outra
propriedade requerida. Com isso, a fase reforço, em geral, apresenta melhor resistência
quando comparada com a matriz. 
Nesse sentido, os reforços que são adicionados aos materiais compósitos concedem
algumas vantagens, como: boa resistência à abrasão, boa resistência térmica e
mecânica, boa resistência superficial, boa condutividade térmica e baixa contração. 
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 21
Uma empresa determina a fabricação de um material compósito com alta ductilidade. 
Com isso, o engenheiro responsável pela fabricação do compósito sabe que a matriz é a 
principal responsável por conceder ao compósito a ductilidade necessária. 
Sabendo disso, o tipo de material que o engenheirodeverá escolher para compor a matriz 
do compósito será: 
Material polimérico.a
Fibras vidro.c
Material cerâmico.b
Fibra de carbono.d
Material Refratário.e
MATRIZES COMPÓSITAS
Gabarito na página 28
Atividade não pontuada
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Sendo assim, o reforço pode ser utilizado em diferentes formas geométricas: fibras,
partículas ou laminados. Porém, a maioria dos reforços utilizados pela indústria são na
forma de fibras. 
2.4.3 Fibras
A utilização de fibras é muito recorrente devido às suas diversas propriedades
mecânicas. Sua frequente aplicação para reforço se dá por conta de sua facilidade de
produção, bem como ao aumento de resistência ao compósito, a sua boa resistência à
corrosão, baixo custo e pequeno coeficiente de dilatação térmica. 
Neste seguimento, as fibras são os principais meios de transporte de carga. Elas são
representadas por um filamento contínuo e, quanto mais fina for a fibra, maior será a
resistência do material, pois haverá maior área de contato entre a fibra e a matriz. Por
outro lado, devemos lembrar também que as fibras são materiais frágeis, já que não
apresentam deformação plástica e tensão residual, ou seja, comportam-se elasticamente
até atingirem sua ruptura. 
Em relação às características das fibras, algumas delas influenciarão as propriedades
mecânicas do compósito, mais precisamente a orientação, o comprimento e a forma. A
orientação da fibra, por exemplo, é que determinará onde o material terá a maior
resistência mecânica. 
Nesse sentido, existem diversas maneiras de orientação das fibras no interior da matriz.
Quando elas estão orientadas na direção de aplicação da carga, ou seja, na direção
paralela (sentido horizontal), o material compósito será mais resistente; já se a carga for
aplicada perpendicularmente às fibras (sentido transversal), o compósito terá uma
resistência menor. 
Destaca-se que em um compósito as fibras se encontram em menor quantidade de
volume quando comparadas com a matriz. Caso o compósito possua uma grande
quantidade de fibras, essa fase não irá atribuir resistência, mas fazer com que o
compósito perca sua resistência, podendo romper. Isso acontecerá porque as fibras
entrarão contato uma com a outra, podendo causar abrasão, deteriorando o compósito.
Além disso, caso as fibras estejam em contato umas com as outras, isso poderá facilitar
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 22
a propagação de trincas entre elas. 
Além disso, é importante ressaltar que as fibras utilizadas como reforço em materiais
compósitos podem ser classificadas como sintéticas ou naturais. Essas duas
classificações, por sua vez, dizem respeito à origem dos materiais (veja a interação a
seguir). 
Tipos fibras em materiais compósitos
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» Fibras sintéticas
As fibras sintéticas são muito utilizadas como reforços em compósitos. Essas fibras têm
como principal característica e vantagem o fato de serem produzidas pelo homem.
Contudo, com o avanço tecnológico, o aumento da conscientização ambiental e o
conhecimento da escassez dos recursos provenientes do petróleo, a pesquisa
relacionada aos materiais compósitos reforçados com fibras naturais cresce a cada dia. 
As fibras de vidro são um exemplo de utilização de fibras sintéticas. Elas possuem boa
resistência pelo fato de possuírem uma quantidade pequena de defeitos
submicroscópicos. Esses defeitos são ocasionados pelo processo de fabricação, que
reduz a resistência do material. 
A fibra de vidro é um material normalmente utilizado como reforço de diversos tipos de
FIBRA SINTÉTICA
As fibras sintéticas utilizadas nos materiais compósitos são fibras
fabricadas pelo homem. Assim, as principais fibras sintéticas utilizadas
são as fibras de carbono e as fibras de vidro. As fibras de carbono
possuem maior resistência quando comparadas com as fibras de vidro,
porém possuem um custo muito elevado.
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UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 23
a propagação de trincas entre elas.
FIBRA NATURAL
As fibras naturais utilizadas nos materiais 
compósitos são fibras retiradas da natureza. 
As principais fibras naturais utilizadas são as 
de coco, sisal e linho. Destaca-se que o estudo 
com fibras naturais é muito recente, porém 
muito promissor.
FIBRA SINTÉTICA
As fibras sintéticas utilizadas nos materiais 
compósitos são fibras fabricadas pelo homem. 
Assim, as principais fibras sintéticas utilizadas 
são as fibras de carbono e as fibras de vidro. 
As fibras de carbono possuem maior resistência 
quando comparadas com as fibras de vidro, 
porém possuem um custo muito elevado.
materiais compósitos, podendo ser classificada em tipo C, R, E e S. Essas fibras são
formadas por sílica e alguns óxidos, como o boro, cálcio, sódio, dentre outros, e
dependem do tipo de vidro utilizado para assumirem determinadas características. 
Os compósitos com fibras sintéticas possuem uma vasta gama de aplicações, como na
fabricação de capacetes, componentes estruturais externos e internos de aviões,
componentes de reparos de tubulações, dentre outras aplicações 
» Fibras naturais
As fibras naturais estão sendo cada vez mais utilizadas como reforços para materiais
compósitos, embora essa prática não seja tão nova quanto parece. Durante muitos anos
essas fibras eram usadas como forma de reforço; alguns materiais, como capim e milho,
eram misturados ao barro a fim de reforçá-lo para a fabricação de paredes, por exemplo. 
De acordo com sua classificação, as fibras naturais podem ser divididas em: fibras de
origem vegetal, fibras de origem animal e fibras de origem mineral. Uma das principais
vantagens da utilização das fibras naturais, quando comparadas com as fibras sintéticas,
é a sua alta oferta, devido ao alto número de plantas que fornecem essas fibras. Além
disso, elas possuem baixo custo de produção, em sua maioria não são tóxicas, bem
como são recicláveis. Acrescido a isso, essas fibras possuem baixa massa específica e
são menos abrasivas quando comparadas às fibras sintéticas, ou seja, desgastam
menos as peças dos equipamentos durante a fabricação dos materiais compósitos. 
Em contrapartida, a aplicação das fibras naturais não é tão simples, por conta de
algumas limitações, como a grande variabilidade das propriedades mecânicas, que está
relacionada, em parte, à variação da porcentagem dos seus principais constituintes, tais
como a lignina e a celulose. 
Quando comparadas com as fibras de vidro, portanto, as fibras naturais possuem como
vantagem menor densidade. Porém, as propriedades mecânicas de compósitos
reforçados por fibras naturais são geralmente inferiores às dos compósitos reforçados
com fibras de vidro. 
Os compósitos com fibras naturais, apesar de algumas desvantagens, como alta
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 24
absorção de água, possuem uma vasta gama de aplicações, como na fabricação de
embalagens, peças de acabamento interno de veículos, na fabricação de tecidos, na
construção civil, na fabricação de telhas ecológicas, caixas d’água, dentre outras
aplicações. 
» Fibras híbridas
As fibras naturais como reforço em compósito de matriz polimérica provocam alguns
problemas devido à baixa adesão entre a fibra e a matriz e o alto índice de absorção de
umidade. Quando deseja-se minimizar esse problema, a fibra natural é combinada com
uma fibra sintética na mesma matriz, dando origem a um compósito híbrido. 
A utilização da combinação de fibras sintéticas e fibras naturais em compósitos de matriz
polimérica otimiza o emprego das fibras naturais, com o compósito adquirindo
propriedades das duas fibras. Tal fibra sintética é, normalmente, utilizada em camadas
mais externas, para evitar o contato da fibra natural com o ambiente externo. 
Os compósitos com fibras híbridas possuem uma vasta gama de aplicações, visando à
fabricação de materiais que mesclam fibras sintéticas e naturais. Algumas aplicações
desses materiais são na fabricação de tubulações, reservatórios, indústria aeroespacial,
além de aplicações que necessitam de boaresistência ao impacto. 
Síntese
Nessa unidade, vimos que é de extrema importância entender as diferenças entre os
materiais cerâmicos, poliméricos, elastômeros e compósitos. Assim, discutimos suas
estruturas, propriedades mecânicas e principais aplicações; com isso, conseguimos
entender que cada aplicação irá precisar de um tipo de material diferente. Além disso,
conseguimos aprender também que dentro de uma mesma classe de materiais é
possível obter diversas propriedades e aplicações. 
Por fim, podemos destacar que para saber qual classe de material, ou qual tipo de
material será utilizado para uma determinada aplicação de serviço, precisamos entender
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 25
as propriedades e características de cada um desses tipos de materiais, para que, assim,
possamos escolher aplicá-los da melhor forma possível. 
SAIBA MAIS
Título: Como são produzidos os itens de borracha 
Autor: Pack 
TalkAno: 2019 
Comentário: O vídeo mostra o processo de produção de itens de
borrachas durante a sua fabricação até a obtenção o produto. 
Onde encontrar?<https://www.youtube.com/watch?v=-nqrEBPTj40>. 
Título: Desenvolvimento de compósitos poliméricos com fibras vegetais
naturais da biodiversidade: uma contribuição para a sustentabilidade
amazônica 
Autor: Alessandra L. Marinelli; Marcos R. Monteiro; José D. Ambrósio;
Márcia C. Branciforti; Márcio Kobayashi; Antonio Donato Nobre. 
Ano: 2008
Comentário: O artigo mostra uma pesquisa para fabricação de
compósitos com fibras vegetais naturais, com o objetivo de produzir
materiais compósitos mais sustentáveis do que os fabricados com fibras
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 26
SAIBA MAIS
Título: Como são produzidos os itens de borracha
Autor: Pack
TalkAno: 2019
Comentário: O vídeo mostra o processo de produção de itens de borrachas durante a sua fabricação 
até a obtenção o produto. 
Onde encontrar? <https://www.youtube.com/watch?v=-nqrEBPTj40>.
Título: Desenvolvimento de compósitos poliméricos com fibras vegetais naturais da biodiversidade: 
uma contribuição para a sustentabilidade amazônica
Autor: Alessandra L. Marinelli; Marcos R. Monteiro; José D. Ambrósio; Márcia C. Branciforti; Márcio 
Kobayashi; Antonio Donato Nobre.
Ano: 2008
Comentário: O artigo mostra uma pesquisa para fabricação de compósitos com fibras vegetais 
naturais, com o objetivo de produzir materiais compósitos mais sustentáveis do que os fabricados com 
fibras sintéticas. Além disso, utilizar essa tecnologia em maquinários para que possa ser utilizado na 
recuperação de áreas degradadas na Amazônia.
Onde encontrar? <https://www.scielo.br/pdf/po/v18n2/a05v18n2.pdf>.
Referências bibliográficas 
CALLISTER JR., W. D.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia de materiais: uma
introdução. Rio de Janeiro: LTC, 2016. 
CARDOSO, P. H. M. Efeito do tratamento alcalino/mecânico de fibras de curauá nas
propriedades de laminados compósitos de matriz epóxi. 2014. 112 f. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais) – Instituto Alberto Luiz Coimbra de
Pós-graduação e Pesquisa se Engenharia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio
de Janeiro, 2014. 
GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. Ensaios dos materiais. Rio de Janeiro: LTC,
2000. 
INSTITUTO ALBERTO LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE
ENGENHARIA [Coppe] – UFRJ. Polímeros para a saúde. 2012. Disponível em:
<https://coppe.ufrj.br/pt-br/a-coppe/coppe-produtos/polimeros-para-a-saude>. Acesso
em: 13 out. 2019. 
SHACKELFORD, J. F. Ciência dos materiais. São Paulo: Pearson Education do Brasil,
2008.
sintéticas. Além disso, utilizar essa tecnologia em maquinários para que
possa ser utilizado na recuperação de áreas degradadas na Amazônia. 
Onde encontrar? <https://www.scielo.br/pdf/po/v18n2/a05v18n2.pdf>.
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 27
UNIDADE 2 – MATERIAIS NÃO METÁLICOS 28
Os materiais amorfos têm como principais características não possuírem ordenamento em 
sua cadeia polimérica. 
Os materiais poliméricos são extremamente utilizados em matriz de materiais compósitos, 
pois eles fornecem boa ductilidade a esses materiais. 
Gabarito
Um engenheiro mecânico recém-formado sabe que ele precisa escolher um material 
polimérico amorfo, devido as suas propriedades mecânicas, quando comparado 
aos materiais poliméricos semicristalinos. Contudo, ele está em dúvida sobre quais 
características deve analisar no formato de rede descrito para cada material polimérico. 
Considerando essas informações, pense na característica dos materiais amorfos que o 
engenheiro precisa saber para ter a certeza de que o material escolhido estará correto e 
assinale a alternativa correta. 
O engenheiro precisa saber que os materiais amorfos não possuem ordem em 
cadeia polimérica. b
PERIODICIDADE DAS REDES POLIMÉRICAS
Uma empresa determina a fabricação de um material compósito com alta ductilidade. 
Com isso, o engenheiro responsável pela fabricação do compósito sabe que a matriz é a 
principal responsável por conceder ao compósito a ductilidade necessária. 
Sabendo disso, o tipo de material que o engenheiro deverá escolher para compor a matriz 
do compósito será: 
Material polimérico.a
MATRIZES COMPÓSITAS