Lista 14 - JORCELAN PEREIRA DA ROCHA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ 
 CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL 
 
 INSTITUTO DE TECNOLOGIA 
Introdução a Ciência e Engenharia de Materiais 
14ª lista de exercícios 
Data de entrega: 15/06/2021 
PROFESSOR: Bernardo Borges Pompeu Neto; 
 
EMAIL: pompeu@ufpa.br; 
2021.1. 
NOME DO ALUNO: Jorcelan Pereira da Rocha. 
 
Lista14: Exercícios sobre Compósitos 
1) Defina Materiais Compósitos. 
Material compósito é composto por dois (ou mais) materiais individuais, os quais se 
enquadram nas categorias de metais, cerâmicas e polímeros. O objetivo de um compósito é 
atingir uma combinação de propriedades que não é exibida por nenhum material isolado e, 
também, incorporar as melhores características de cada um dos materiais que o compõem. 
2) Como se classificam os materiais compósitos? 
Os materiais compósitos apresentam quatro divisões principais: Compósitos reforçados com 
partículas (Partículas grandes, Reforçado por dispersão); Compósitos reforçados com fibras 
(Contínuo – alinhado, Descontínuo – curto); Compósitos estruturais (Laminados, Painéis em 
sanduíche); e Nanocompósitos. 
3) Qual a distinção entre as fases matriz e dispersa em um materialcompósito? 
 
Os materiais compósitos são constituídos por apenas duas fases; uma é denominada matriz, a 
qual é contínua e envolve a outra fase, frequentemente chamada de fase dispersa. As 
propriedades dos compósitos são função das propriedades das fases constituintes, de sua 
quantidade relativa e da geometria da fase dispersa. Nesse contexto, subentendem-se por 
geometria da fase dispersa a forma, o tamanho, a distribuição e a orientação das partículas. 
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4) As matrizes podem ser de que tipo? Comente resumidamente sobre cada tipo. 
 
As fases dos compósitos são chamadas de matriz – que pode ser cerâmica, polimérica e 
metálica. 
Matriz Cerâmica: Os compósitos com matriz cerâmica elevaram a tenacidade à fratura até 
entre aproximadamente 6 e 20 MPa m (5,5 e 18 ksi in). Os compósitos com matriz cerâmica 
podem ser fabricados utilizando técnicas de prensagem a quente, prensagem isostática a 
quente e sinterização a partir da fase líquida. Em relação às aplicações, as aluminas reforçadas 
com whiskers de SiC estão sendo empregadas como enxertos em ferramentas de corte para a 
usinagem de ligas metálicas duras. A vida útil das ferramentas feitas com esses materiais é 
maior que a das ferramentas feitas com carbetos cimentados. 
 
Matriz polimérica: Suas propriedades desejáveis incluem altos módulos e limites de resistência 
à tração, que são mantidos até temperaturas acima de 2000°C (3630°F), resistência à fluência e 
valores relativamente altos de tenacidade à fratura. Além disso, os compósitos carbono-
carbono têm baixos coeficientes de expansão térmica e condutividades térmicas relativamente 
altas; essas características, combinadas às altas resistências, levam a uma suscetibilidade 
relativamente baixa a choques térmicos. Sua principal desvantagem é uma propensão à 
oxidação em altas temperaturas. Os compósitos carbono-carbono são empregados em motores 
de foguetes, como materiais de atrito em aeronaves e automóveis de alta performance, para 
moldes em processos de prensagem a quente, em componentes para motores de turbinas 
avançados e como escudos ablativos para veículos de reentrada na atmosfera. 
 
Matriz metálica: geralmente são produzidos com um metal de baixa densidade, como alumínio 
e magnésio, reforçado com partículas ou fibras cerâmicas. Em comparação com um material 
sem reforço possui maior resistência e dureza, além de suportar maiores temperaturas de 
trabalho e possuir maior resistência ao desgaste. A fibra gera um maior reforço do que as 
partículas, mas é direcional, ou seja, na direção que não tem fibra o material é mais fraco. Já a 
vantagem das partículas em relação às fibras é que elas são economicamente mais viáveis. Os 
compósitos com matriz metálica são fabricados a partir do processo de sinterização. 
Formalmente, sinterização é um tratamento térmico para ligar as partículas umas às outras em 
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uma coerente e sólida estrutura, via eventos de transporte de massa, que em sua maioria 
ocorre nos níveis atômicos. A força motriz do sistema para ocorrer a sinterização é a diminuição 
da energia livre do sistema, diminuindo a área de superfície, por formar ligações entre 
partículas. 
 
5) Quais os benefícios da adição de fibra de aço ao concreto? 
 
Os ganhos estruturais proporcionados pela fibra de aço para concreto são significativos. Ela 
garante o aumento da tenacidade, da resistência à fadiga e ao impacto. Além disso, ocorre um 
maior controle de fissuração e melhoria na ductilidade do compósito. 
 
6) Resumir as principais propriedades das fibras. 
 
Constituem em um meio efetivo de reforço. Entre as suas propriedades gerais temos: quanto 
mais finas, menor o número de defeitos;A resistência do material tende a resistência teórica do 
mesmo; Sem utilidade estrutural ao não serem aglutinadas por uma matriz; De configuração 
geométrica importante, onde a área interfacial entre fibra/matriz é aumentada em função da 
relaçãocomprimento/diâmetro, apresentando melhor transferência de tensões por unidade de 
volume. Entre os exemplos de fibra temos: Fibras de Vidro:que apresentam baixo módulo de 
elasticidade,auto-abrasividade, baixa resistência a fadiga quando agregada a compósitos; baixo 
custo; alta resistência a tração e grande inércia química. Fibras de carbono: que consiste em um 
material de fibra de alto desempenho, sendo o material de reforço mais utilizado com matrizes 
poliméricas. Possui os maiores módulos específicos e maiores resistências específicas dentre 
todos os materiais de reforço como fibra. Mantém seus elevados módulos de tração e 
resistência em temperaturas elevadas, em temperatura ambiente não é afetado pela umidade, 
uma variedade de solventes, ácidos e bases. Seu processo de fabricação apresenta boa relação 
custo-benefício. 
7) Porque as ligas metálicas e os materiais cerâmicos não se ajustam ao conceito de 
compósito. 
 
Um compósito é um material multifásico feito artificialmente, em contraste com um material 
que ocorre ou que se forma naturalmente. Além disso, as fases constituintes devem ser 
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quimicamente diferentes e estar separadas por uma interface distinta. No projeto de materiais 
compósitos, os cientistas e engenheiros combinam de modo engenhoso vários metais, 
cerâmicas e polímeros para produzir uma nova geração de materiais extraordinários. A maioria 
dos compósitos foi criada para melhorar combinações de características mecânicas, tais como 
rigidez, tenacidade e resistências às condições do ambiente, e a elevadas temperaturas. Nesse 
contexto, os materiais cerâmicos e as ligas metálicos não se enquadram neste perfil. 
8) Diga o que acontece quando o comprimento de fibra é menor do que o critico ou 
maior do que o critico. 
 
Se o comprimento da fibra utilizada como reforço for inferior ao comprimento crítico a fibra 
será arrancada da matriz e o compósito falhará a baixas tensões. Entretanto, quando o 
comprimento das fibras é maior que o comprimento crítico a transferência de esforços da 
matriz para as fibras torna-se mais eficiente e haverá rompimento das fibras e assim os 
compósitos irão apresentar elevada resistência mecânica. 
 
9) Aumentar o teor de fibra em um componente de reforço resulta em que? 
 
A concentração das fibras e sua distribuição possuem uma influência significativa sobre a 
resistência dos compósitos. 
 
10) Dê exemplos de aplicações estruturais em que materiais compósitospodem ser 
utilizados. 
 
Compósito de fibra de vidro em resina polimérica; concreto; indústria aeroespacial e militar 
(Principais peças estruturais (flap e aerofólio, hélices e freios aerodinâmicos)); indústria 
automobilística- estruturas externas (painéis de carroceria, partes inferiores, módulos traseiro 
e dianteiro). 
 
11) O que é um compósito endurecido por dispersão? O que o difere de um compósito 
reforçado por partículas? 
 
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Os metais e as ligas metálicas podem ter a sua resistência aumentada e ser endurecidos pela 
dispersão uniforme de diversas porcentagens volumétricas de partículas finas de um material 
inerte e muito duro. A fase dispersa pode ser metálica ou não-metálica. E as interações 
partícula-matriz que levam ao aumento de resistência ocorrem no nível atômico ou molecular. 
O oposto ocorre com os reforçados por partículas grandes, em vez disso, a mecânica do 
contínuo deve ser empregada. Para a maioria desses compósitos, a fase particulada é mais dura 
e mais rígida que a matriz. Essas partículas de reforço tendem a restringir o movimento da fase 
matriz na vizinhança de cada partícula. 
 
12) 
orientadas, em compósitos? 
 
Desvantagens: Reduzida resistência ao impacto; Elevada condutibilidade térmica; Fratura frágil; 
Baixa deformação antes da fratura; Baixa resistência a compressão e Custo elevado. 
 
Vantagens: Elevada resistência a tração; Elevado módulo de elasticidade longitudinal; Baixa 
massa específica; Elevada condutibilidade elétrica; Elevada estabilidade dimensional; Baixo 
coeficiente de dilatação térmica; Bom comportamento a elevadas temperaturas de serviço; 
Inércia química exceto em ambientes fortemente oxidantes e Boas características de 
amortecimento estrutural. 
 
13) O que diferencia um aditivo de uma carga? 
 
A adição de reforço numa matriz polimérica constitui na criação de um compósito de matriz 
polimérica. Em linhas gerais, materiais compósitos possuem propriedades vantajosas, como 
maior rigidez e resistência à tração, em relação aos polímeros sem reforço, ampliando sua 
gama de aplicações. Dentre os diversos aspectos, os reforços se diferenciam das cargas por 
apresentar razão de aspecto ((L/D) onde L representa o comprimento da partícula e D o 
diâmetro ou largura da mesma) superior a 1. Os reforços, por sua vez, geralmente, têm formato 
fibrilar. 
 
14) 
 
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Os vazios influenciam negativamente a densidade nos compósitos, aumentando a mesma. 
 
 
15) 
Ligas são criadas a partir de elementos diferentes a fim de melhorar as qualidades tipicamente 
associadas a eles. Quando você misturar os dois ou mais elementos, você obtém uma liga que 
capitaliza fora as qualidades dos elementos. Porque ligas sempre contém pelo menos um 
componente de metal, têm frequentemente propriedades metálicas. Um compósito, muito 
parecido com uma liga, uma combinação de pelo menos dois ou mais componentes. No 
entanto, enquanto uma liga sempre contém um metal nele, um compósito não tem qualquer 
metal incluído em sua mistura. Os componentes em um compósito também sempre são 
quimicamente e fisicamente diferentes uns dos outros. Estes materiais são comumente 
chamados de materiais constituintes.