O documento aborda a definição e características dos compósitos, materiais heterogêneos que combinam diferentes componentes para otimizar vantagens e minimizar desvantagens. São discutidos tipos de compósitos, como os de matriz polimérica, metálica e cerâmica, além de suas respectivas propriedades mecânicas e aplicações em diversas indústrias. A importância dos compósitos na engenharia é ressaltada, destacando suas aplicações em setores como aeronáutica, automobilística e esportes.

1. TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
NÃO-METÁLICOS
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
Professor: Weslei Sousa
Belo Horizonte, 06 de novembro de
2020
Compósitos

2. Definição
2

3. Definição
3

4. Definição
4

5. Conceito: Compósito é uma classe de materiais heterogêneos,
tanto em escala macroscópica quanto em escala microscópica;
multifásicos, resultantes de uma combinação racional, em que:
Um dos componentes dá a principal resistência ao esforço
(componente estrutural ou reforço)
O outro proporciona o meio de transferência de esforço
(componente matricial ou matriz).
Definição
5

6. Objetivo: utilizar as vantagens e eliminar ou reduzir as
desvantagens de cada material utilizado.
Definição
6

7. 7
Polímeros
▰ Vantagens: Leves, baixos
custos, fácil
processabilidade,
flexibilidade, versatilidade.
▰ Desvantagens: Baixa
resistência mecânica, baixa
resistência térmica, baixa
tenacidade, baixa
condutividade elétrica e
térmica.
Metais
▰ Vantagens:
Excelente
combinação
resistência mecânica
x tenacidade, bons
condutores de calor
e de corrente
elétrica.
▰ Desvantagens:
Pesados,
susceptibilidade ao
1 Matéria-prima
Cerâmicas
▰ Vantagens:
Elevadíssimas
resistências
mecânicas,
térmica e
química.
▰ Desvantagens:
São frágeis, baixa
tenacidade à
fratura.

8. 2 Aplicações
8
Bambu + madeira + seda + liga de alumínio
...1 Avião : 14 Bis = Combinação de Materiais

9. 2 Aplicações
9
...Avião Atual...em menos de 100 anos

10. 2 Aplicações
10
Teto e carroceria de trens e ônibus

11. 2 Aplicações
11
Cabines de telefone

12. 2 Aplicações
12
Artigos esportivos

13. 2 Aplicações
13
Aplicações diversas

14. 2 Aplicações
14
Aplicações diversas

15. 2 Aplicações
15
Aplicações diversas

16. 2 Aplicações
16

17. 2 Aplicações
17

18. 3 Estrutura
18

19. 4 Terminologia
19
▰ Um material compósito é um material bifásico ou polifásico constituído por
três elementos básicos:
▰ MATRIZ – Fase em maior proporção;
▰ FASE DISPERSA – Fase(s) em menor proporção – São ditos “modificadores” da
matriz;
▰ INTERFACE – Fronteira entre matriz e fases dispersas.

20. 4 Terminologia
20
Carbeto de Tungstênio/ Cobalto

21. 4 Terminologia
21
▰ Em relação à fase dispersa, do ponto de vista mecânico, esta poderá ser um:
▰ REFORÇO – Quando atua de maneira a aumentar a rigidez e resistência
mecânica;
▰ TENACIFICANTE – Quando atua de maneira a aumentar a tenacidade;
▰ Exemplos:
▻ Epóxi reforçado com fibra de carbono
▻ Alumina tenacificada com zircônia.

22. 5 Morfologia dos compósitos
22
Geralmente é o
desejável do
ponto de vista
mecânico.

23. 6 Classificação
23

24. 6 Classificação
24

25. 7.1 Compósitos com partículas
25
▰ Exemplos:
▻ Compósitos reforçados
com negro de fumo*.
▻ Aplicação: Pneus
automotivos. Atua
fornecendo rigidez ao
pneu.
*Negro de fumo: material carbonáceo obtido pela combustão incompleta de
hidrocarbonetos, como petróleo.

26. 7.1 Compósitos com partículas
26
▰ Exemplos:
▻ Concreto
▻ Fase matriz -> cimento
▻ Particulado -> brita +
areia

27. 7.2 Compósitos com fibras
27
▰ Fase em menor proporção;
▰ Funções:
▻ Restringe movimento da matriz;
▻ Suporta a maior parte da tensão aplicada
(geralmente apresenta elevados módulo e
resistência mecânica);

28. 7.2 Compósitos com fibras
28
Fibras curtas - descontínuas
Fibras longas - contínuas
Ex: Fibra de vidro
Ex: Fibra de carbono
São as mais eficientes do ponto de vista mecânico

29. 7.2 Compósitos com fibras
29
a) b)
c)
d)
e)
Fibra de vidro

30. 7.2 Compósitos com fibras
30
Fibra de carbono

31. 7.2 Compósitos com fibras
31
Fibra de carbono
▰ Pré-impregnados (Prepregs)
▰ Prepreg é um tipo
de compósito pré-
impregnado onde um material
matriz já se encontra presente.
A resina é usada para unir os
materiais durante o processo
de fabricação.

32. 7.2 Compósitos com fibras
32
Fibra de carbono
▰ As fibras de carbono possuem em torno de 9
0% de carbono em sua composição e o seu di
âmetro fica entre 5 a 15 µm.
Fita pré-impregnada de fibra de carbono/epóxi

33. 7.2 Compósitos com fibras
33

34. 7.3 Compósitos estruturais
34
Compósitos Laminares
▰ Folhas ou painéis bidimensionais
▻ Direção preferencial de elevada resistência
▻ Fibras contínuas e alinhadas

35. 7.3 Compósitos estruturais
35
Aplicações

36. 7.3 Compósitos estruturais
36
Aplicações
▰ Indústria aeronáutica
▻ Pás de rotor de helicóptero

37. 7.3 Compósitos estruturais
37
Aplicações
▰ Indústria automobilística
▻ Carroceria
▻ Eixos de transmissão

38. 8.1 Compósitos de matriz orgânica
38

39. 8.1 Compósitos de matriz polimérica
39

40. 8.1 Compósitos de matriz polimérica
40
Elastômeros e termoplásticos

41. 8.1 Compósitos de matriz polimérica
41
Termofixos

42. 4 Terminologia
42

43. 8.1 Compósitos de matriz polimérica
43
Termofixos
▰ Vantagens:
▻ Processamento é facilitado, uma vez que a resina inicial se encontra
no estado liquido;
▻ Fibras apresentam boa molhabilidade em resinas termorrígidas,
gerando produtos com menor fração de vazios e porosidade;

44. 8.1 Compósitos de matriz polimérica
44
Termofixos
▰ Vantagens:
▻ Exigências de calor e pressão são inferiores durante o
processamento, quando comparado com termoplásticos, gerando
economia de energia;
▻ Equipamentos de processamento simples e de baixo custo.

45. 8.1 Compósitos de matriz polimérica
45
Termofixos
▰ Desvantagens:
▻ Podem necessitar de tempos de cura relativamente grandes,
resultando em menores taxas de produção em comparação com
compósitos de matriz termoplástica;
▻ Uma vez curado e solidificado, o compósito de matriz
termorrígida não pode ser refundido para obtenção de produtos
com outras geometrias;
▻ Processo de reciclagem é muito mais difícil se comparado aos
termoplásticos.

46. 8.2 Compósitos de matriz metálica (MMC)
46
▰ Os metais são principalmente reforçados para atender às
necessidades de design.
▰ Por exemplo, a rigidez elástica e a resistência dos metais podem ser
aumentadas e podem ser reduzidos grandes coeficientes de
expansão térmica e condutividade térmica, pela adição de reforços.
▰ Fase matriz = metal ou liga (Al, Ti, Mg...)
▰ Fase reforço = partícula ou fibra
▰ (geralmente cerâmica= Carbeto de Si, alumina, fibras de boro,
refratários...)

47. 8.2 Compósitos de matriz metálica (MMC)
47
Alumínio/SiC Titânio/SiC
Rolls Royce

48. 8.2 Compósitos de matriz metálica (MMC)
48

49. 8.2 Compósitos de matriz metálica (MMC)
49

50. 8.2 Compósitos de matriz metálica (MMC)
50
Metalurgia do Pó

51. 8.2 Compósitos de matriz metálica (MMC)
51

52. 8.2 Compósitos de matriz metálica (MMC)
52
Accumulative roll bonding (ARB)

53. 8.2 Compósitos de matriz metálica (MMC)
53
Accumulative roll bonding (ARB)

54. 8.3 Compósitos de matriz cerâmica
54
Elevadíssima Resistência Mecânica
Resistência a fluência
Resistência a corrosão

55. 8.3 Compósitos de matriz cerâmica
55

56. 8.3 Compósitos de matriz cerâmica
56

57. 8.3 Compósitos de matriz cerâmica
57

58. 58
8.4 Propriedades mecânicas de Compósitos

59. 8.3 Compósitos de matriz cerâmica
59

60. 8.3 Compósitos de matriz cerâmica
60

61. 8.3 Compósitos de matriz cerâmica
61

62. 62
8.4 Propriedades mecânicas de Compósitos

63. 63
8.4 Propriedades mecânicas de Compósitos

64. 8.4 Propriedades mecânicas de Compósitos
64

65. 65
8.4 Propriedades mecânicas de Compósitos

66. 66
8.4 Propriedades mecânicas de Compósitos

67. 67
8.4 Propriedades mecânicas de Compósitos

68. 8.3 Compósitos de matriz cerâmica
68

69. 69
8.4 Propriedades mecânicas de Compósitos

70. 70
9 Painéis Sanduíche

71. 9 Painéis Sanduíche
71

72. 10 Blendas poliméricas
72
▰ O termo blenda polimérica é utilizado para descrever a mistura física de
dois ou mais polímeros, sem reação química intencional entre os
componentes.
▰ A interação molecular entre as cadeias poliméricas é
predominantemente do tipo secundária.
▰ A maioria das blendas é imiscíveis, caracterizadas por apresentarem
uma morfologia com separação de fase, e são ditas heterogêneas.

73. 10 Blendas poliméricas
73
▰ As blendas poliméricas imiscíveis apresentam alta tensão
interfacial e fraca adesão entre as fases, resultando em baixas
propriedades.
▰ O agente compatibilizante é uma espécie que torna a mistura
polimérica menos incompatível, e não uma espécie que leva à
formação de mistura molecularmente homogênea.
▰ Atua na interface das duas fases imiscíveis como surfactante
polimérico, reduzindo a tensão interfacial e promovendo a adesão
entre as fases dos polímeros

74. 10 Blendas poliméricas
74

75. 8.3 Compósitos de matriz cerâmica
75

76. 10 Compósitos de matriz cerâmica
76