aula 6 compósitos

7/27/2019 aula 6 compsitos

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Materiais Compsitos


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Introduo

Tecnologias modernas exigem materiais comcombinaes incomuns de propriedades queno podem ser atendidas pelos materiaisconvencionais isoladamente.

Exemplo: Materiais com baixa densidade masfortes e rgidos, resistentes abraso e ao

impacto e que no corroam.


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Introduo

Compsito: Material multifsico, obtido dacombinao de materiais diferentes a fim deatingir propriedades que os componentesindividuais no atingem.

A principal caracterstica dos compsitos queas duas fases presentes so completamente

distintas, formando uma interface entre elas.


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CompsitosFases

Os materiais compsitos apresentam duas fases:

Matriz: a fase contnua, envolve a fasedispersa e a mantm na sua posio relativa.Pode ser constituda por polmeros, metais oucermicas

Dispersa: constituda pelo material de

reforo, que confere grande parte daspropriedades caractersticas dos compsitos.Podem ser particulados, fibras descontnuas oufibras contnuas.


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Propriedades de um compsito

Dependem

Propriedades das fases constituintes

Das quantidades relativas das fases constituintes

Da geometria da fase dispersa


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Materiais compsitos - Caracterizao

PROPRIEDADES

Normalmente obtm-se elevada resistncia mecnica, elevada rigidez, baixa

densidade.

Pode-se conseguir uma combinao de boas propriedades mecnicas,

eltricas, trmicas, corrosivas, etc. , em funo das aplicaes.

DEPENDE DA MATRIZ E DO REFORO UTILIZADO:


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CompsitosMatriz Constituda por metais, polmeros ou cermicas

Metais e polmerosductilidade desejvelCermicasaumentar a resistncia fratura

mantm a fase dispersa unida transmite e distribui a fora externa aplicada para a

fase dispersa

Energia de interao entre a matriz e o reforodeve ser elevada para minimizar o pull-out(arrancamento da fibra)


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COMPSITOS

PARTCULA

REFORADO

FIBRA

REFORADO

ESTRURAL

REFORADO

GRANDES

PARTCULAS

DISPERSO

REFORADA

CONTNUA

(ALINHADA)

DESCONTNUA

(CURTA)LMINADAS

PAINIS

SANDWICH

Compsitos


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CompsitosFases dispersas


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CompsitosFases dispersas


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Tipos de compsitos

a)Partculas em um polmerob)Compsito com carga de disco

e)Cilindros em um polmero

f) Compsito sanduiche

i)Compsito colmia (honeycomb) transversal

j)Compsito colmia (honeycomb) horizontal

m)Compsito replamine

n)Compsito burps


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Tipos de compsitos (cont.)

c)Esferas em um polmerod)Compsito na forma de dado

g)Compsito vitro-cermica

h)Compsito com reforo transversal

k)Compsito com um nico lado perfurado

l)Compsito com dois lados perfurados

m)Compsito sanduiche entrecruzado

n)Compsito escada estruturado


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Compsitos reforados com partculas

Caractersticas gerais:

Em geral a fase particulada mais dura e mais

rgida que a matriz.

A matriz transfere parte da tenso aplicada s

partculas que suportam uma frao da carga

Dimetro das partculas de o,o1 m at 0,1m

para disperses com partculas pequenas.


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Compsitos reforados com fibras

Em geral deseja-se nesses materiais altaresistncia, tenacidade e rigidez emrelao ao seu peso.


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Tipos de compsitos reforados comfibras.

Compsito reforado comfibras:

Contnuo e alinhado (Fig.(a) ao lado) melhora aresistncia

Descontnuo (curto): Fibracurta pouca alterao naresistncia.

Alinhado (Fig. (b) aolado) Orientado

aleatoriamente (Fig. (c)ao lado)


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Comportamento mecnico de compsitoreforado com fibras.Curvas tenso- deformao

Materiais individuais Compsito


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Compsitos reforados com fibras

Exemplos de fibras: De vidro

De carbono

De aramida

Exemplos de matrizes: Em geral metais ou

polmeros, pois se

deseja algumaductilidade da matriz,e as fibras j sofrgeis, mas pode ser

cermicas tambm(matriz frgil e fibrasfrgeis)


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Materiais compsitos -Caracterizao

FOTOMICROGRAFIA DE UMMATERIAL COMPSITO DERESINA E FIBRA.


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Materiais compsitos - Caracterizao

APLICAES

Reservatrios de combstiveis e outros produtos qumicos

Indstria automobilstica

Indstria aeroespacial, Indstria naval e construo civil.

GERAIS:


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Materiais compsitos - CaracterizaoAPLICAESCOMPSITOS DE PARTCULA

CONSTRUO CIVIL

Dureza(cermico) + tenacidade(metal)

Concreto:

Cimento-matrizAreia e brita- particuladosCermetos (metais + cermicas):WC + Co (micrografia ao lado) ou NiTiC + Co ou Ni


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Materiais compsitos - CaracterizaoAPLICAESCOMPSITOS DE PARTCULA

INDSTRIA QUMICA

Ex: Pneus

Elastmeros e plsticosSo reforados com partculas deNEGRO DE FUMO.

NEGRO DE FUMO: Queima do gsnatural ou leo gera partculas decarbono que melhora a resistncia,tenacidade e dureza dos polmeros


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Materiais compsitos - CaracterizaoAPLICAESCOMPSITOS DE FIBRAS:

AUTOMVEIS

Aplicao de Plsticos reforados por fibras (folhas SMC) em automveis.

Em geral deseja-se nesses materiais alta resistncia, tenacidade e rigidez em relao

ao seu peso.

TETO; TAMPA DA MALA; SPOILER;

PORTA; CAPOT; PARALAMA


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Materiais compsitos - CaracterizaoAPLICAESCOMPSITOS DE ESTRUTURA

MATERIAIS ESPORTIVOS

Ex: Esqui moderno

Compsitos laminares: Folhas oupainis bidimensionais socimentados umas as outras invertendoa direo do alinhamento das fibrasde cada placa.


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Materiais compsitos - CaracterizaoAPLICAESCOMPSITOS DE ESTRUTURA

INDSTRIA AEROESPACIALCONSTRUO CIVIL

Ex: Asas e fuselagem deaeronaves telhados,pisos, paredes.

Painis em forma de sanduches: Duasfolhas externas mais resistentes separadas

por uma camada de metal menos denso.

Folhas externas: madeira compensada,alumnio e ligas, plsticos + fibras, titnio ao.

Recheio interno: Polmeros com espuma,borrachas sintticas, colmias.


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Resistncias trao na direolongitudinal e transversal s fibras


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Compsitos com matriz polimrica

Com fibra de vidro: dimetro da fibra de 3 a 20m (pisos industriais, recipientes paraarmazenamento, tubulaes)

ProcessoHand Lay-up

ProcessoEmbobinamento

(Winding)


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Com fibra de carbono: (equipamentosesportivos, componentes estruturais deaeronaves, hlice de helicptero)

Roda em fibra de carbonoapresentada no Detroit AutoShow 2009

Tecido de fibra de carbono

Hlice em fibra de carbono


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Com fibra de aramida: Nomes comerciaisKevlar e Nomex + epxi ou polister. (Cordas,coletes a prova de bala, carcaa de msseis,substituio do amianto em freios, embreagem

gaxetas etc.)


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Comparao entre as propriedades de umpolmero sem e com o reforo de fibras de vidro

Sem

refo roCom refo ro


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Compsitos de matriz metlica

MATRIZ:

Superligas: (a base denquel, cobalto,molibdnio.

Ligas de alumnio Ligas de magnsio Ligas de titnio Ligas de cobre

FIBRAS: (10 a 60% vol.)

de carbono de carbeto de silcio SiC. de alumina (particulados

em geral)

Resiste temperaturas mais altas que compsitoscom matriz polimrica.


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Comparao entre as propriedades devrios compsitos metalreforo de fibra


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Compsitos carbono - carbono

Um dos materiais mais avanados epromissores em engenharia ocompsito de MATRIZ DE CARBONO

com reforo de FIBRA DE CARBONO. Grande resistncia mecnica e a fluncia

alta tenacidade baixa expanso trmica e

tima condutividade trmica.


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RTM(resin transfer m ldin )


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RTM(resin transfer molding) O Processo RTM um dos processos de fabricao de materiais compsitos

de maior importncia para o setor e consiste na injeo de uma resina

polimrica em um molde, infiltrando o reforo fibroso disposto dentro dele.


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O processo de RTM Ligh t a evoluo do RTMconvencional parafabricao de peas em compsitos, utilizando molde fechado cominjeo de resinas termo fixa baixa presso (abaixo de 1 ATM) ereforos de fibra de vidro.

RTM= (Resin Transfer Molding)

RTM LIGHT= (Resin TransferMolding) + Vcuo.

RTM(resin transfer molding)
http://fiberglass-brasil.blogspot.com/2010/07/rtm-rtm-light.htmlhttp://fiberglass-brasil.blogspot.com/2010/07/rtm-rtm-light.htmlhttp://fiberglass-brasil.blogspot.com/2010/07/rtm-rtm-light.htmlhttp://fiberglass-brasil.blogspot.com/2010/07/rtm-rtm-light.htmlhttp://fiberglass-brasil.blogspot.com/2010/07/rtm-rtm-light.htmlhttp://fiberglass-brasil.blogspot.com/2010/07/rtm-rtm-light.html


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Filament WindingFilamento winding ou enrolamento filamentar consiste em um processo defabricao de peas atravs do enrolamento de fios contnuos previamente

impregnados com resina sobre um mandril giratrio que servir como molde. Osuporte de fios ou guias se desloca ao longo do mandril giratrio fazendomovimento de vai-e-vem. O posicionamento das guias e a velocidade de rotaodo mandril permitem variar o tipo de pea a ser produzida. Esse posicionamentopode ser em ngulos variados para conferir a pea, planos de laminao queaumentam as propriedades estruturais do produto.

O processo de filamento Winding utilizado geralmente para fabricao de peastubulares, tanques, vasos de presso, postes e algumas peas estruturais.

Filament Winding


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Processo no qual as fibras de reforocontnuas so posicionadas segundoum padro pr-determinado paracompor uma forma oca geralmentecilndrica

Fios individuais ou em mechas soalimentados atravs de um banho deresinas e em seguida enroladascontinuamente ao redor de ummandril (processo automtico).

Aps um nmero apropriado decamadas a cura executada em mforno ou a temperatura ambienteaps a retirada do mandril.

Como alternativa pode-se enrolarprepregs estreitos e delgados (at 10mm) ao redor do mandril.

Filament Winding


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Pultruso

Pultruso: Para produo de formatos de seo reta constante (barras tubosvigas). Mechas ou cabos de fibras so impregnados com uma resina termofixa, sendo

ento estirados atravs de um molde de ao aquecido. Passa na seqncia em um molde de cura aquecido que confere a pea sua

forma final. Matrizes usuais: Polisteres, steres vinlicos, resinas epoxi. Fibras usuais: De vidro , carbono, aramida


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P


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Processo mais utilizado paraestruturas.

Fibras contnuas pr-impregnadas comresina polimrica parcialmentecuradas em espessuras de 0,08mm a0,25 mm e larguras de 2,5 mm a 1525mm.

Esse material enviado ao fabricanteem forma de fita. Essa fita molda e

cura por completo o produto sem anecessidade de adicionar qualquerresina adicional apenas com calor epresso.

Teor de resina: 35 a 45 % em vol.termofixa ou termoplstica.

O prepreg deve ser mantido a 0 Cpois a cura prosseguiria temperaturaambiente

Aps a remoo do papel de suportevrias camadas so colocadas, emgeral com as fibras cruzadas para se

ter mesma resistncia nos doissentidos

Prepreg


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Compsitos estruturais

Compsitoslaminares: Folhasou painisbidimensionais so

cimentados umas asoutras invertendo adireo doalinhamento dasfibras de cada placa

Ex: Esqui moderno

C i i


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Compsitos estruturais

Painis em forma de

sanduches: Duas folhasexternas mais resistentesseparadas por umacamada de metal menosdenso.

Folhas externas: madeiracompensada, alumnio eligas, plsticos + fibras,titnio ao.

Recheio interno:Polmeros com espuma,borrachas sintticas,colmeias.

Ex: Asas e fuselagem deaeronaves telhados, pisos,paredes.

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