O documento aborda a tecnologia de materiais não-metálicos, destacando biomateriais, polímeros, metais, cerâmicas e materiais orgânicos, suas vantagens e aplicações em diferentes áreas, incluindo dispositivos médicos e aplicações industriais. Ele também discute compósitos, sua classificação e morfologia, além de compósitos de matriz polimérica, metálica e cerâmica. Por fim, menciona as blendas poliméricas e a importância de compatibilizantes na melhoria das propriedades dos materiais.

1. TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
NÃO-METÁLICOS
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
Professor: Weslei Sousa
Biomateriais

2. ▰ Dispositivos que entram em contato
com sistemas biológicos (incluindo
fluidos biológicos), com aplicações
diagnósticas, vacinais, cirúrgicas ou
terapêuticas, podendo ser constituídos
de compostos de origem sintética ou
natural, assim como de materiais
naturais quimicamente modificados,
tanto na forma de sólidos quanto de
géis, pastas ou mesmo líquidos, não
sendo necessariamente fabricados,
como válvulas cardíacas de porcos e
retalhos de pele humana tratados para
Definição
2

3. 3
Polímeros
▰ Vantagens: Fácil
processabilidade,
custo razoável,
versatilidade.
▰ Aplicações:
tubos de
drenagem,
suturas, enxertos
vasculares,
lentes de
contato.
Metais
▰ Vantagens:
Excelente
desempenho
mecânico, como
alta resistência à
fadiga e à fratura.
▰ Aplicações: Fios,
parafusos e placas
para fixação de
fraturas, implantes
dentários e próteses
de substituição de
articulações.
1 Matéria-prima
Cerâmicas
▰ Vantagens: Alta
compatibilidade
química (inertes), boa
estabilidade
dimensional,
resistentes ao
desgaste e a ácidos.
▰ Aplicações :
Instrumentos de
diagnóstico, próteses
ortopédicas,
dispositivos para a
reconstrução
Materiais orgânicos
▰ Vantagens:
Fonte renovável,
não tóxicos,
custo acessível.
▰ Aplicações :
Tratamento de
feridas, liberação
controlada de
fármacos.

4. 2 Aplicações
4
Bambu + madeira + seda + liga de alumínio
...1 Avião : 14 Bis = Combinação de Materiais

5. 2 Aplicações
5
...Avião Atual...em menos de 100 anos

6. 2 Aplicações
6
Teto e carroceria de trens e ônibus

7. 2 Aplicações
7
Cabines de telefone

8. 2 Aplicações
8
Artigos esportivos

9. 2 Aplicações
9
Aplicações diversas

10. 2 Aplicações
10
Aplicações diversas

11. 2 Aplicações
11
Aplicações diversas

12. 2 Aplicações
12

13. 2 Aplicações
13

14. 3 Estrutura
14

15. 4 Terminologia
15
▰ 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.

16. 4 Terminologia
16
▰ 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;
▰ CARGA – Não interfere nas principais propriedades mecânicas,
somente atua como redutor de custo ou peso.
▰ Exemplos:
▻ Epóxi reforçado com fibra de carbono
▻ Alumina tenacificada com zircônia.

17. 5 Morfologia dos compósitos
17
Geralmente é o
desejável do
ponto de vista
mecânico.

18. 6 Classificação
18

19. 6 Classificação
19

20. 7.1 Compósitos com partículas
20
▰ Exemplos:
▻ Compósitos reforçados
com negro de fumo.
▻ Aplicação: Pneus
automotivos. Atua
fornecendo rigidez ao
pneu.

21. 7.1 Compósitos com partículas
21
▰ Exemplos:
▻ Concreto
▻ Fase matriz ->
cimento
▻ Particulado -> brita
+ areia

22. 7.2 Compósitos com fibras
22
▰ Fase em menor proporção;
▰ Funções:
▻ Restringe movimento da matriz;
▻ Suporta a maior parte da tensão aplicada
(geralmente apresenta elevados módulo e
resistência mecânica);

23. 7.2 Compósitos com fibras
23
Fibras curtas - descontínuas
Fibras longas - contínuas
Ex: Fibra de vidro
Ex: Fibra de carbono
São as mais eficientes do ponto de vista mecânico

24. 7.2 Compósitos com fibras
24
a) b)
c)
d)
e)
Fibra de vidro

25. 7.2 Compósitos com fibras
25
Fibra de carbono

26. 7.2 Compósitos com fibras
26
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.
Fita pré-impregnada de fibra de carbono/epóxi

27. 7.3 Compósitos estruturais
27
Compósitos Laminares
▰ Folhas ou painéis bidimensionais
▻ Direção preferencial de elevada resistência
▻ Fibras contínuas e alinhadas

28. 7.3 Compósitos estruturais
28
Compósitos Multicamadas

29. 7.3 Compósitos estruturais
29
Aplicações

30. 7.3 Compósitos estruturais
30
Aplicações
▰ Indústria aeronáutica

31. 7.3 Compósitos estruturais
31
Aplicações
▰ Indústria aeronáutica
▻ Pás de rotor de helicóptero

32. 7.3 Compósitos estruturais
32
Aplicações
▰ Indústria automobilística
▻ Carroceria
▻ Eixos de transmissão

33. 8.1 Compósitos de matriz polimérica
33

34. 8.1 Compósitos de matriz polimérica
34
Elastômeros e termoplásticos

35. 8.1 Compósitos de matriz polimérica
35
Termofixos

36. 8.1 Compósitos de matriz polimérica
36
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;
▻ Exigências de calor e pressão são inferiores
durante o processamento, quando comparado
com termoplásticos, gerando economia de
energia;

37. 8.1 Compósitos de matriz polimérica
37
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.

38. 8.2 Compósitos de matriz metálica (MMC)
38
▰ 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...)

39. 8.2 Compósitos de matriz metálica (MMC)
39
Alumínio/SiC Titânio/SiC
Rolls Royce

40. 8.2 Compósitos de matriz metálica (MMC)
40

41. 8.2 Compósitos de matriz metálica (MMC)
41

42. 8.2 Compósitos de matriz metálica (MMC)
42

43. 8.2 Compósitos de matriz metálica (MMC)
43
Resistência ao desgaste
Resistência a altas temperaturas
Estabilidade térmica
Condutividade térmica
Primeiro Uso – Toyota (1983)
Atual – 20% SiC – Matriz= Al liga

44. 8.3 Compósitos de matriz cerâmica
44
Elevadíssima Resistência Mecânica
Resistência a fluência
Resistência a corrosão

45. 8.3 Compósitos de matriz cerâmica
45

46. 8.3 Compósitos de matriz cerâmica
46

47. 9 Painéis Sanduíche
47

48. 10 Blendas poliméricas
48
▰ 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. 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

49. 10 Blendas poliméricas
49

50. 50
Obrigado pela
atenção