trabalho compósitos 1

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importante conhecer as propriedades qumicas e fsicas dos diferentes materiais

envolvidos; mais especificamente as propriedades das interfaces dos constituintes

dos compsitos.

Muitas das nossas tecnologias modernas requerem materiais com combinaes

bem peculiares de propriedades que no podem ser atendidas por ligas metlicas,

cermicas e materiais polimricos, so exemplos de tecnologias indispensveis

em aplicaes aeroespaciais, subaquticas e de transporte.

Principalmente na ltima dcada, a busca por materiais ecologicamente corretos

tem desenvolvido materiais de matrizes polimricas com fibras naturais. A princpio

as fibras naturais apresentaram poucas vantagens, pois geralmente s

propriedades mecnicas so pioradas ou se mantm quase inalteradas. Contudo,

o apelo comercial venceu em vista dos baixos custos destas fibras, que so

originrias de fontes renovveis e inesgotveis, por possurem baixa densidade,

menor abraso causada nas mquinas de processamento e tambm por terem a

capacidade de boa adeso matriz e o uso destas fibras em compsitos

estruturais tem crescido no setor industrial.

Tipos de Compositos

Compsitos Reforados com Partculas

Compsitos com partculas grandes e compsitos reforados por disperso so

duas subclassificaes de compsitos reforados com partculas. A distino entre

essas classificaes se baseia no mecanismo de reforo e aumento de resistncia

mecnica. O termo "grande" usado para indicar que as interaes partcula-

matriz no podem ser tratadas em nveis atmicos ou moleculares; em vez disso,

a mecnica do contnuo deve ser empregada.

Para muitos destes compsitos, a fase particulada mais dura e rgida do que a

matriz. Estas partculas de reforo tendem a restringir o movimento da fase matriz

na vizinhana de cada partcula. Em essncia, a matriz transfere alguma tenso


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aplicada s partculas, que suportam uma frao da carga. O grau de reforo ou

melhoria do comportamento mecnico depende da forte ligao na interface

matriz-partcula.

Compsitos com Partculas Grandes

Tipos comuns de compsitos de partculas grandes so materiais polimricos aos

quais enchedores foram adicionados e o concreto, composto de cimento (a matriz)

e areia e cascalho (os particulados).

Partculas podem ter uma boa variedade de geometrias, mas elas devem possuir

aproximadamente a mesma dimenso em todas as direes e ser pequenas e

igualmente distribudas atravs de toda a matriz. Alm disso, a frao de volume

das duas fases influencia o comportamento, as propriedades mecnicas so

melhoradas com o aumento do teor de particulados. Duas expresses

matemticas tm sido formuladas para a dependncia do mdulo elstico sobre a

frao de volume das fases constituintes para um compsito bifsico. Estas

equaes de regra de mistura prevm que o mdulo elsticodeveria cair entre um

limite superior representado por

Ec = EmVm + EpVp

e um limite infeior

Ec = (EmEp) / (VmEp + VpEm)

Nestas expresses, E e V denotam o mdulo elstico e a frao volumtrica,

respectivamente, enquanto que os subscritos c, m e p representam as fases

compsito, matriz e particulado. Observam-se as curvas dos limites superior e

inferior Ec versus Vp para um compsito cobretungstnio, no qual tungstnio a

fase particulado; pontos de dados experimentais caem entre as duas curvas.

Limite superior nio (%vol)

Limite inferior tungstnio (%vol)

Mdulo de elasticidade (106 psi)

Mdulo de elasticidade (GPa)


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Concentrao de tungstnio (%vol)

Compsitos de partcula grande so utilizados com todos os trs tipos de materiais

metais, polmeros e cermicas.

Os cermetos so exemplos de compsitos cermica-metal. Estes compsitos so

utilizados extensivamente como ferramentas de corte de aos duros. A tenacidade

melhorada pela sua incluso na matriz do metal dctil, que isola as partculas de

cermica entre si e previne a propagao de trincas. As fases tanto matriz quanto

particulada so bastante refratrias, para suportar as altas temperaturas geradas

pela ao de corte sobre materiais que so extremamente duros.

Tanto elastmeros quanto plsticos so frequentemente reforados com vrios

materiais particulados. A aplicao muitas das borrachas modernas seria

gravemente restringida sem particulados de reforo, tais como negro de fumo.

Estes particulados consistem de partculas muito finas e essencialmente esfricas

de carbono, produzidas pela combusto de gs natural ou leo em atmosfera que

tem suprimento de ar limitado. Quando adicionado a borrachas vulcanizadas, este

material extremamente barato melhora a resistncia trao, tenacidade e

resistncias ao rasgamento e abraso.

Concreto: um compsito comum de partcula grande no qual as fases tanto

matriz quanto dispersa so materiais cermicos. Trata-se de um material

compsito formado por partculas agregadas que so interligadas num corpo

slido por algum tipo de meio ligante, isto , um cimento. Os dois tipos de

concretos mais familiares so aqueles feitos com cimentos portland e asfltico,

onde o agregado cascalho e areia. Concreto asfltico largamente usado

principalmente como um material de pavimentao, enquanto que o cimento

portland empregado extensivamente como um material estrutural de construo

civil.

Concreto de cimento Portland: Os ingredientes para este concreto so cimento


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portland, um agregado fino (areia), um agregado grosso (cascalho ou saibro) e

gua. As partculas do agregado agem como um material de enchimento (carga)

para reduzir o custo global do produto concreto uma vez que estes so baratos,

enquanto que o cimento relativamente caro. Para encontrar a resistncia tima

de uma mistura de concreto, os ingredientes devem ser adicionados nas

propores corretas. Ligao completa entre o cimento e as partculas de

agregado depende da adio da correta quantidade de gua.

Concreto Armado: A resistncia mecnica do concreto de cimento portland pode

ser aumentada por meio de hastes, fios, barras ou telas de ao, que so

embutidas no concreto fresco e no curado. Assim, o reforo torna a estrutura

endurecida capaz de suportar maiores tenses de trao, compresso e

cisalhamento. Mesmo que trincas se desenvolvam no concreto, considervel

reforo mantido.

Compsitos Reforados por Disperso

Metais e ligas metlicas podem ter suas propriedades mecnicas melhoradas pela

uniforme disperso de finas partculas de um material muito duro e inerte. O

mecanismo de endurecimento envolve interaes entre as partculas e

discordncias dentro da matriz. O efeito de fortalecimento por disperso no to

pronunciado quando no endurecimento por precipitao; entretanto, o

fortalecimento obtido em elevadas temperaturas e para prolongados perodos de

tempo porque as partculas dispersas nesses compsitos no reagem com a fase

matriz.

Compsitos Reforados com Fibras

Aos compsitos cuja fase dispersa est na forma de uma fibra tem-se dado maior

relevncia atualmente. Os compsitos reforados com fibra conferem alta

resistncia mecnica e rigidez. Estas caractersticas esto expressas em termos

dos parmetros resistncia mecnica especfica e mdulo especfico, que

correspondem, respectivamente, s razes de resistncia mecnica para massa


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especfica e mdulo de elasticidade para massa especfica. Compsitos

reforados com fibra com altas resistncias mecnicas e mdulos de elasticidade

tem sido produzidos utilizando-se materiais de fibra e de matriz de baixas

densidades.

Influncia do Comprimento da Fibra

Um compsito reforado com fibras no tem suas caractersticas mecnicas em

funo unicamente das propriedades das fibras, mas tambm do grau no qual

uma carga aplicada transmitida s fibras pela fase matriz. Importante para a

extenso desta transmitncia de carga a magnitude da ligao interfacial entre

as fases fibra e matriz. Sob a aplicao de uma tenso, esta ligao fibra-matriz

cessa nas pontas das fibras.

Define-se um comprimento crtico de fibra que necessrio para o efetivo

fortalecimento e enrijecimento do material compsito. Este comprimento crtico lc

dependente do dimetro da fibra d e a sua resistncia mecnica (ou tenso) final

f e da resistncia mecnica da ligao fibra-matriz (ou limite de escoamento

cisalhante da matriz) c de acordo com expresso

lc=

Carga mxima aplicada

Observam-se abaixo alguns perfis tenso-posio para determinados

comprimentos (l) de fibra.

Tenso

Tenso

Tenso

Posio

Posio

Posio

Influncia da Orientao e da Concentrao das Fibras


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Destacam-se como fatores que tem significativa influncia sobre a resistncia

mecnica e outras propriedades de compsitos reforados por fibra: o arranjo ou

orientao das fibras, bem como sua concentrao e a distribuio. Com relao

orientao, h duas possibilidades, um alinhamento paralelo do eixo longitudinal

das fibras numa nica direo ou um alinhamento totalmente aleatrio. Fibras

contnuas esto normalmente alinhadas, enquanto que fibras descontnuas podem

ser alinhadas, aleatoriamente orientadas, ou parcialmente orientadas. Melhores

propriedades globais de compsito so obtidas quando a distribuio da fibra

uniforme. Apresentam-se abaixo.

Direo Longitudinal

Fibras descontnuas e orientadas aleatoriamente

Fibras descontnuas e alinhadas

Fibras contnuas e alinhadas

Direo Transversal

A Fase Fibra

Quando materiais frgeis, principalmente, o foco de estudo, uma importante

caracterstica que uma fibra de dimetro pequeno muito mais forte do que o

material volumoso. A possibilidade de ocorrncia de uma falha superficial crtica

que conduza fratura decresce com a diminuio do volume da amostra, o que

posso ser atenuado quando os compsitos so reforados por fibra, estas

conferem altas resistncias trao.

Filamentos ("whiskers"): so monocristais muito finos que tem razes

comprimento-dimetro extremamente grandes. Como uma consequncia de seu

pequeno tamanho, os filamentos possuem alto grau de perfeio cristalina e so

virtualmente isentos de falhas; isso explica suas elevadas resistncias mecnicas.

So os mais fortes materiais conhecidos. Estes filamentos no so utilizados


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extensivamente como um meio de reforo por serem extremamente caros. Alm

disso, nem sempre possvel incorporar filamentos numa matriz.

So exemplos de whiskers: grafita, carbeto de silcio, nitreto de silcio e xido de

alumnio.

Fibras: So tanto policristalinos quanto amorfos e tem pequenos dimetros.

Materiais fibrosos podem ser polmeros ou cermicas. Citam-se os polmeros

aramidas, vidro, carbono, boro, xido de alumnio e carbeto de silcio.

Fios: Estes tem dimetros relativamente grandes. Materiais tpicos empregam ao,

molibdnio e tungstnio. Fios so utilizados como reforo radial de ao em pneus

de automveis, carcaa de foguete reforada com enrolamento de filamento, e

mangueiras de alta presso de fio enrolado.

A Fase Matriz

Vrias funes imprescindveis so realizadas pela fase matriz de compsitos de

fibra. Destaca-se, sua capacidade de ligar as fibras entre si e age como o meio

pelo qual uma tenso localizada transmitida e distribuda s fibras, contudo, sua

resistncia mecnica aplicao de cargas extremamente baixa. Alm disso,

espera-se de um material matricial que este seja dctil. Outro pr-requisito o

mdulo elstico da fibra que deve ser muito maior do que o da matriz.

A segunda funo da matriz proteger as fibras individuais em relao aos danos

superficiais como um resultado da abraso mecnica ou reaes qumicas com o

ambiente. Tais interaes podem introduzir falhas (defeitos) superficiais capazes

de formar trincas, que podem conduzir falhas, mesmo sob baixos nveis de

tenso de trao.

Uma vez analisando a matriz separadamente das fibras, em virtude de sua relativa

maciez e plasticidade, previne-se a propagao de trincas frgeis de fibra para

fibra, que poderia resultar numa falha catastrfica, ou seja, a fase matriz serve

como uma barreira propagao de trinca.

A resistncia de ligao uma importante considerao na escolha da


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combinao matriz-fibra. O limite de resistncia ruptura do compsito depende

fortemente da magnitude desta ligao; adequada ligao essencial para

maximizar a transmisso da tenso da matriz fraca para as fibras fortes.

Materiais polimricos so empregados como materiais matrizes na maior

diversidade de aplicaes de compsitos, bem como nas maiores quantidades,

luz de suas propriedades e facilidade de fabricao. Os polmeros matrizes

comuns incluem quase todos os polmeros comerciais termoplsticos e

termorrgidos.

Compsitos com Matriz Polimrica

Fibra de vidro (fiberglass): este compsito de matriz polimrica constitudo de

fibras de vidro, tanto contnuas quanto descontnuas, contidas dentro de uma

matriz plstica; este tipo de compsito produzido em grandes escalas. Citam-se

como propriedades desse material: a sua facilidade de ser estirado na forma de

fibras de alta resistncia mecnica a partir do estado lquido (fundido);

disponibilidade de matria-prima barata; relativamente forte como fibra, e

quando embutido numa matriz de plstico, produz um compsito tendo uma muito

alta resistncia mecnica especfica; e possui inrcia qumica que torna o

compsito til numa variedade de ambientes de corroso.

Plsticos impregnados com fibras de carbono tambm formam compsitos

utilizados atualmente. Esse tipo de compsito tem excelente resistncia a

temperaturas e produtos qumicos corrosivos, porm, caro e tem apenas uma

limitada utilizao de fibras pequenas. A indstria aeronutica est correntemente

sintetizando compsitos reforados com carbono como componentes estruturais

de aeronaves como uma medida de reduo de massa.

Vrios plsticos impregnados com fibras de boro tm sido utilizados num certo

grau. Por exemplo, algumas lminas de rotor de helicptero so construdas

usando fibras de boro numa resina epoxi.

Outra revoluo na produo de compsitos so as fibras polimricas de aramidas


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de alta resistncia mecnica. Tem sido empregados em componentes estruturais

de baixo peso, tais como equipamentos aeroespaciais, aeronavais, marinhos e

esportivos.

Compsitos com Matriz Metlica

Visto que a grande dos metais so dcteis, estes podem tambm ser usados

como fase matriz em compsitos reforados por fibra. Contudo, apesar de existir

essa compatibilidade, sua aplicao limitada como matriz de compsitos.

Um nmero de compsitos de fibra contnua nos quais ligas de alumnio,

magnsio, cobre e titnio tem sido utilizadas, eventualmente, como a fase matriz,

que pode ser reforada com fibras de outros materiais.

Estes metais reforados com fibra podem ser utilizados em temperaturas maiores

do que os compsitos polimricos. Alm disso, altas resistncias mecnicas

especficas e altos mdulos especficos so possveis uma vez que as densidades

destes metais bsicos so relativamente baixas.

Esta combinao de propriedades torna estes materiais especialmente atrativos

para uso em algumas aplicaes aeroespaciais e aplicaes em novos motores.

As propriedades de fluncia e de ruptura em altas temperaturas de algumas

superligas (ligas base de Ni e Co) podem ser melhoradas pelo reforo com fibra

usando metais refratrios tais como tungstnio. tima resistncia oxidao sob

altas temperaturas e resistncia ao impacto tambm esto presentes. Projetos

incorporando estes compsitos permitem maiores temperaturas de operao e

melhores eficincias para motores a turbina.

Compsitos Hbridos

Compsitos reforados com fibras hbridos so obtidos utilizando-se dois ou mais

diferentes tipos de fibras numa nica matriz. Estes materiais tm uma melhor

combinao geral de propriedades do que compsitos contendo apenas um nico

tipo de fibra. Uma variedade de combinaes de fibras e materiais de matriz


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usada. Compsitos hbridos comuns so aqueles contendo fibras de vidro e

carbono. As fibras de carbono so fortes e relativamente rgidas e fornecem um

reforo de baixa densidade; entretanto, elas so caras. Fibras de vidro so baratas

e lhes falta a rigidez do carbono. O hbrido vidro-carbono forte e tenaz, tem

maior resistncia ao impacto e pode ser produzido num custo menor do que

qualquer um dos plsticos reforados com carbono ou com vidro. Neste tipo de

compsito hbrido, quando submetido tenso ou trao produz falhas

usualmente no catastrficas. As fibras de carbono so as primeiras a falharem,

quando ento a carga transferida s fibras de vidro. Na falha das fibras de vidro,

a fase matriz deve suportar a carga aplicada.

Aplicaes principais para compsitos hbridos so componentes estruturais de

transporte leve rodovirio, aqutico e areo, equipamentos esportivos, e

componentes ortopdicos leves.

Processamento de Compsitos Reforados com Fibras

Pultruso

Esta tcnica usada para a fabricao de componentes que possuem

comprimentos contnuos e uma forma com seo reta constante (hastes, tubos,

feixes). Impregna-se uma resina termorrgida nas fibras; estas so a seguir

puxadas atravs de uma matriz de ao da a forma desejada e tambm estabelece

a razo resina-fibra. O material passa, ento, atravs de uma matriz de cura que

usada com preciso de maneira a conferir a forma final; esta matriz tambm

aquecida a fim de iniciar a cura da matriz de resina. Um dispositivo de puxamento

estira o material atravs da matriz e tambm determina a velocidade de produo.

As principais fibras empregadas so fibras de vidro, carbono e de aramida e os

materiais de matriz incluem polisteres, steres vinlicos e resinas epoxis.

Observa-se o esquema abaixo.

Matriz de


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pr-conformao

Bobinas com fibras

Tanque de impregnao de resina

Puxadores

Matriz de cura

PROPRIEDADES DOS MATERIAIS

Propriedades Qumicas

Resistncia Oxidao

a falta de afinidade do material em reagir com o oxignio , podendo inclusive

essa capacidade advir da formao de pelculas impermeveis ao oxignio , do

prprio material oxidado (passivao) ex : alumnio .

Resistncia Corroso

a capacidade de um determinado material de no reagir quimicamente com

elementos externos , preservando suas caractersticas originais .

Resistncia Radiao

a capacidade do material em no alterar sua estrutura interna devido

exposio aos diversos tipos de radiao, sendo os mais considerados em

engenharia "alfa", "beta" e "gama" .

Propriedades Fsicas

2.1 - Densidade

a quantidade de matria por unidade de volume. ex: g/cm3.

2.2 - Ponto de Fuso

a temperatura em que um determinado material, a uma determinada presso,

passa para o estado lquido.

2.3 - Condutividades Eltricas

a capacidade que um material tem de deixar passar por si uma determinada

quantidade de eltrons por unidade de seo transversal, devido a uma diferena


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de potencial eltrico, separados por uma distncia, por unidade de tempo. a

medida da habilidade dos eltrons de fluir atravs dos vazios atmicos do

material. Variveis que afetam a condutividade: composio qumica, quantidade

de impurezas, tratamento trmico, deslocamentos e defeitos de configurao da

estrutura cristalina, temperatura, descontinuidade.

2.4 - Permeabilidades Magnticas

o alinhamento dos domnios magnticos, que a capacidade de um material de

conduzir linhas de fluxo magntico e expressa pela razo da densidade de fluxo

pela fora da bobina de teste. Substncia magntica a substncia que tem seus

ims elementares orientados em uma mesma direo e sentido.

Ponto Vtreo

o ponto de transio de fases dos materiais no cristalinos que so resfriados

em um ponto no qual a agitao trmica no suficiente para permitir o rearranjo

das molculas num empacotamento mais eficaz, no podendo responder

prontamente a foras externas aplicadas. A temperatura de transio vtrea (Tg)

geralmente definida como a temperatura abaixo da qual o movimento das cadeias

est paralisado. Diversas propriedades como o volume especfico, condutividade

trmica, resistncia ao impacto, densidade, tem sua variao com a temperatura

abruptamente alterada nas proximidades de Tg.

2.6 - Condutividades Trmicas

a capacidade que um material tem de deixar passar por si uma determinada

quantidade de calor, por unidade de rea de seo transversal, devido a uma

diferena de temperatura, separadas por uma distncia em uma unidade de

tempo. Expanso Trmica: o valor com que um material varia suas dimenses

devido uma variao de temperatura .

Propriedades Acsticas

o comportamento dos materiais na formao, propagao e propriedades dos

sons (ondas mecnicas).


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Propriedades pticas

o comportamento dos materiais na formao, propagao e propriedades da luz

(ondas eletromagnticas). Translucidez: o % da quantidade de luz incidente

sobre um material que consegue atravess-lo por unidade de espessura.

Propriedades Mecnicas

Resistncia Mecnica Fora

Limite de Escoamento

a propriedade dos corpos de voltarem forma inicial aps a retirada da carga.

o valor mximo da tenso, para o qual descarrega a amostra e no se verifica

deformao permanente, ou seja o corpo volta sua forma original.

O Limite Elstico, de Elasticidade, ou de Escoamento (LE), est entre a

deformao elstica e a deformao plstica. O Escoamento caracteriza-se por

uma deformao permanente do material sem que haja aumento de carga. Em

outras palavras, Limite de escoamento (yield strength) => define a transio entre

regio elstica e plstica => tenso que, liberada, gera uma deformao residual

de 0.2%.

Materiais perfeitamente elsticos, recuperam completamente sua forma original,

depois da retirada da carga. Enquanto que em materiais parcialmente elsticos, a

deformao produzida pelas foras exteriores no desaparece completamente

aps a retirada da carga.

Limite de Resistncia (LRE)

Resistncia - a propriedade dos metais de absorverem energia.

a maior tenso que o material suporta. Caracterstica, muito usada para

especificar materiais, embora tenha pouca significao para materiais dcteis.

Materiais mais resistentes, tm altos limites de escoamento.

Limite de resistncia (tensile strength) => tenso mxima na curva de engenharia.

Limite de Fratura


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o limite onde ocorre a separao de um slido sob tenso em duas ou mais

partes. O processo de fratura normalmente sbito e catastrfico, podendo gerar

grandes acidentes. Envolve duas etapas; formao de trinca e propagao.

Nos materiais metlicos, pode assumir dois modos: dctil e frgil.

Fratura dctil

O material se deforma substancialmente antes de fraturar. O processo se

desenvolve de forma relativamente lenta medida que a trinca propaga. Este tipo

de trinca denominado estvel porque ela para de se propagar a menos que haja

um aumento da tenso aplicada no material (caracterizam-se pela aparncia

fibrosa).

Fratura frgil

O material se deforma pouco, antes de fraturar. O processo de propagao de

trinca pode ser muito veloz, gerando situaes catastrficas. A partir de um certo

ponto, a trinca dita instvel porque se propagar mesmo sem aumento da

tenso aplicada sobre o material (caracterizam-se pelo aspecto cristalino).

Degradao Fsica

So a destituio das caractersticas fsicas de um material com base na sua

resposta as agresses externas submetidas (temperatura, umidade, etc.).

Resistncia Mecnica Condio de uso

Tenacidade Fratura

(Toughness) Propriedade dos materiais de resistirem a esforos e ao mesmo

tempo absorver energia mecnica at a fratura, ou seja, sem se romperem

(Regio Plstica). a rea sob a curva at a fratura, no grfico de Tenso x

Deformao. Propriedade que normalmente medida pelo ensaio de Charpy.

A tenacidade diretamente proporcional resistncia dos materiais e

ductilidade, ou seja quanto maior a resistncia e a ductilidade, maior a

tenacidade.

A energia absorvida antes da fratura, uma combinao de resistncia e


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ductilidade.

Materiais frgeis, tm maior limite de escoamento e maior limite de resistncia, no

entanto, tem menor Tenacidade devido falta de Ductilidade, conseqentemente,

a rea sob a curva correspondente nestes materiais bem menor.

Resistncia Fadiga

a resistncia dos materiais cargas cclicas (oscilantes e alternadas). A falha

por fadiga do tipo frgil e pode ocorrer a nveis de tenso substancialmente mais

baixo do que o limite de resistncia do material (iniciado atravs de uma

microtrinca).

A fadiga responsvel pela maioria das falhas de metais, afetando tambm

polmeros e cermicas. Ocorre subitamente e sem aviso prvio.

Fatores que afetam a vida de fadiga:

Nvel mdio de tenso:

Quanto maior o valor mdio da tenso, menor a vida.

Efeitos de superfcie:

A maior parte das trincas que iniciam o processo de falha se origina na superfcie

do material. Isto implica que as condies da superfcie afetam fortemente a vida

de fadiga.

Projeto da superfcie: evitar cantos vivos.

Resistncia ao Cisalhamento

No cisalhamento, a fora aplicada ao corpo na direo perpendicular ao seu eixo

longitudinal. Esta fora cortante, aplicada no plano da seo transversal (plano de

tenso), provoca o cisalhamento. Resistncia ao cisalhamento a reao ao

esforo cortante, que cada material desenvolve em cada um dos pontos de sua

seo transversal.

Resistncia a Flexo Trao

a resistncia mecnica usada para fins de projeto. a tenso nominal mxima

do diagrama tenso- deformao no regime elstico de um ensaio de trao


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uniaxial ou flexo pura.

Resistncia Fluncia

A fluncia a deformao plstica que ocorre num material, sob tenso constante

ou quase constante, em funo do tempo. A temperatura tem um papel

importantssimo nesse fenmeno. A fluncia ocorre devido movimentao de

falhas, que sempre existem na estrutura cristalina dos metais.

Rigidez

Na fase elstica, se dividirmos a tenso pela deformao, em qualquer ponto,

obteremos sempre um valor constante, ou Mdulo de Elasticidade (E). Quanto

maior for o mdulo, menor ser a deformao elstica resultante da aplicao de

uma tenso e mais rgida ser o material. Portanto o mdulo de elasticidade mede

a rigidez do material

Dureza

Propriedade dos materiais de resistir penetrao, ou seja, a resistncia da

superfcie do material penetrao (mecnica); resistncia deformao plstica

(metalurgia); resistncia ao risco (mineralogia); resistncia ao desgaste

tratamento trmico (projetista); resistncia ao corte (usinagem) . A dureza do

material determinada de acordo com o tipo de ensaio que feito no material,

podendo ser expressa em Mohs (por risco), Brinell (esfera de ao), Vickers

(pirmide de diamante), Rockwell (cone de diamante e esfera de ao) e Shore.

Ductibilidade

Ductilidade a deformao plstica total at o ponto imediatamente antes da

ruptura.

A Ductilidade a medida da deformabilidade do material, medida atravs da

estrico (reduo da rea), ou pela porcentagem de alongamento, podendo ser

considerada como a capacidade do material em deformar-se plasticamente sem

se romper.

Quanto maior a percentagem da estrico, mais dctil o metal. Nos materiais


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dcteis, a ruptura anunciada por intermdio de grandes deformaes (ao, Al).

Enquanto nos materiais frgeis a ruptura ocorre com deformaes prximo a zero

(vidro, ff, etc.).

A ductilidade dos materiais funo da temperatura e da presena de impurezas.

Materiais dcteis se tornam frgeis a temperaturas mais baixas. Isto pode gerar

situaes desastrosas caso a temperatura de teste do material no corresponda

temperatura efetiva de trabalho.

Propriedades de Fabricao

Tolerncia Dimensional

Variao, dentro de certos limites, para mais ou para menos, nas medidas das

peas, sem que isto prejudique a qualidade. Esses desvios aceitveis nas

medidas das peas caracterizam o que chamamos de tolerncia dimensional. As

tolerncias vm indicadas, nos desenhos tcnicos, por valores e smbolos

apropriados (tolerncia das formas).

Vida til

Entende-se por vida til o prazo decorrido desde a fabricao do produto at o

momento em que ainda se apresente com seus componentes em condies de

desempenharem suas funes adequadamente.

Moldabilidade (Conformabilidade)

a capacidade de o material ser deformado sem apresentar rupturas.

Complexibilidade

Qualidade que abrange ou encerra muitos elementos ou partes dos produtos

industriais, observvel sob diferentes aspectos.

Rugosidades Superficiais

Medida da aspereza (ou grau de acabamento) de uma superfcie. A aspereza

representada por irregularidades tendo pequenas amplitudes no sentido

longitudinal do trabalho, devidas s aes da ferramenta, como arestas cortantes

mal afiadas, gros de rebolo, avanos da ferramenta errada.


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Esttica

Com linhas, reas e volumes se faz a arte das formas. Esttica o estudo da arte,

que tem a forma como portadora da expresso artstica, estudada na

apresentao dos produtos industriais.

Dimenso

Extenso em qualquer sentido. Grandeza que, associada a outras, define um

espao: medida, tamanho e volume (altura, largura e comprimento).

Forma

So linhas, reas e volumes, o aspecto adquirido pelos objetos, em

conseqncia da distribuio de suas partes no espao. Este o sentido primeiro

da forma, a partir do qual se desenvolveu para apresentao dos produtos

industriais. Ex.: barras, chapas, tubos, tarugos, lminas, tiras etc.

Propriedades de Estrutura

Gros

Um conjunto de clulas unitrias formam o cristal com contornos geomtricos, o

qual, ao adquirir os contornos irregulares, devido aos pontos de contato de cada

conjunto, passa a chamar-se gro. Esses gros so ligados entre si por uma

pelcula que no mais considerada cristalina.

Fases

Fase uma poro homognea do material que tem propriedades fsicas e

qumicas uniformes, ex.: perlita (ferrita + cementita), solda branca (alfa e beta) etc.

Diagrama de fases so mapas que permitem prever a microestruturas de um

material em funo da temperatura e composio de cada componente. Durante o

resfriamento, ocorrem mudanas nas posies das fases.

Deslocaes (Discordncias)

So defeitos lineares. Existe uma linha separando a seo perfeita, da seo

deformada do material. So responsveis pelo comportamento mecnico dos


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materiais quando submetido ao cisalhamento. As discordncias reduzem a tenso

necessria para cisalhamento (rompimento das ligaes atmicas no plano de

deslizamento). Existem dois tipos fundamentais de discordncias: Em linha (edge

dislocation) e em hlice (screw dislocation).

As discordncias influenciam na deformao plstica do material.

Cristalinidade

possvel formar uma rede cristalina com polmeros. No entanto, devido

complexidade das molculas, raramente o material ser totalmente cristalino.

Regies cristalinas esto dispersas dentro da parte amorfa do material. O grau de

cristalinidade depende: da taxa de resfriamento na solidificao, da complexidade

qumica, da configurao da macro-molcula.

Arranjo Atmico / Redes Cristalinas

Muitos materiais metais, algumas cermicas, alguns polmeros ao se

solidificarem, se organizam numa rede geomtrica 3D: a rede cristalina (conjunto

de clulas unitrias). Existem 7 tipos de clulas unitrias ( cbica, tetragonal,

ortorrmbica, rombodrica, hexagonal, monoclnica e triclnica). Os

posicionamentos dos tomos dentro destas entidades geomtricas (clulas

unitrias) formam 14 redes cristalinas.

Propriedades de Reciclagem

Reciclabilidade

a caracterstica dos materiais de com o tempo, ou com emprego de alta

tecnologia ou emprego de tcnicas, serem re-introduzido no ciclo de produo

econmica ou nos recursos da terra e energia, ao mesmo tempo em que no

agride o meio ambiente (preserva-o).

Processo de fabricao

Muitas peas ou estruturas em material composto so geralmente produzidas por

uma composio de lminas sucessivas, chamadas de estruturas estratificadas.

Os processos de fabricao so inmeros e devem ser selecionadas segundo


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requisitos como: dimenses, forma, qualidade, produtividade (capacidade de

produo), etc.

Processos de Obtenso

Moldagem sem presso

O molde primeiramente revestido de um desmoldante e posteriormente de uma

resina colorida. A seguir as fibras so depositadas sobre o molde e em seguida

impregnadas com resina e compactadas com um rolo. O processo se segue para

as lminas sucessivas, Figura 1.11. A polimerizao (solidificao) ou cura da

resina pode ser feita com ou sem o molde, isto em funo da geometria da pea. A

cura da resina pode ser feita em temperatura ambiente ou ser acelerada se

colocada em uma estufa a uma temperatura entre 80 C e 120 C. Aps a cura da

resina e a desmoldagem, a pea finalizada: retirada de rebarbas, pintura, etc.

Moldagem por projeo simultnea

Este processo consiste em projetar simultaneamente fibras cortadas impregnadas

em resina sobre o molde. A lmina de fibras impregnadas em seguida

compactada por um rolo e novas lminas podem ser sucessivamente depositadas,

Figura 1.12. Um contra-molde pode eventualmente ser utilizado para a obteno

de faces lisas e para proporcionar uma melhor compactao entre as lminas. A

vantagem deste processo com relao ao anterior permitir uma produo em

srie das peas, no entanto, as caractersticas mecnicas das peas so mdias

devido ao fato das fibras serem cortadas.

Moldagem a vcuo

Neste processo as fibras podem ser colocadas manualmente como na moldagem

sem presso, ou automaticamente por projeo simultnea. Neste caso um

contra- molde e uma bomba a vcuo so utilizados para permitir uma melhor

compactao e evitar a formao de bolhas.

Moldagem por compreenso a frio

Neste processo a resina injetada sob presso no espao entre o molde e o


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contra-molde. A cura pode ser feita a temperatura ambiente ou em uma estufa. H

casos onde o molde e o contra-molde so aquecidos, sendo este processo

chamado de compresso a quente. Neste caso a cura da resina feita no prprio

molde.

Moldagem por injeo

O processo por injeo consiste em injetar as fibras impregnadas a partir de um

parafuso sem fim no molde aquecido.

Moldagem em continuo

Este processo permite produzir placas e painis de grande comprimento. As fibras

(unidirecionais, tecidos ou esteira) juntamente com a resina so depositadas entre

dois filmes desmoldantes. A forma da placa e a cura da resina so dadas dentro

da estufa.

Moldagem por centrifugao

Este processo utilizado na produo de peas de revoluo. Dentro do molde

em movimento de rotao injetado as fibras cortadas juntamente com a resina. A

impregnao da resina nas fibras e a compactao feita pelo efeito de

centrifugao. A cura da resina pode ser feita a temperatura ambiente ou em uma

estufa. Este processo utilizado em casos onde no se exige homogeneidade das

propriedades mecnicas da pea.

Outros processos de fabricao de peas de revoluo podem ser empregados

quando se exige homogeneidade das propriedades mecnicas da pea. Nestes

processos fibras so enroladas (bobinadas) sobre um mandril que dar a forma

final da pea. Este processo permite a fabricao industrial de tubos de diversos

dimetros e grandes comprimentos de alta performance.

Para atender a estas necessidades de projeto, o bobinamento das fibras pode ser

feito da seguinte maneira: bobinamento circunferencial, bobinamento helicoidal e o

bobinamento polar.

Estudos de Casos


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So inmeras as aplicaes reservadas aos materiais compostos, onde se pode

destacar os seguintes setores:

Automobilstica: pains , encaixe de faris, pra-choques, carrocerias, etc.

Aeronutica: hlices de helicpteros, aeronave, trem de pouso, etc.

Nutica: casco de barcos, pains, mastros, bias de sinalizao, etc.

Qumica: tubos, tanques de alta presso, conteiners para armazenamento de

produtos corrosivos, etc.

Eltrica: suportes de cabos eltricos, painis, isolantes, chaves de comando,

postes de alta tenso, etc.

Esportiva: itens de piscina, esquis, tacos de golfe, raquetes de tnis, etc.

Mveis e Equipamentos de uso geral: cadeiras, mesas, escada de mo, carcaa,

cabines telefnicas, esquadrias de janelas, pisos, revestimento para parede, etc.

Mdica: prtese, adesivos, fios, etc.

Outros: pontes, caixas dgua, plataforma de petrleo, etc.

Referncias

http://www.fapepi.pi.gov.br/novafapepi/ciencia/documentos/CompositosMoitaeCleid

e.PDF

CALLISTER, W. D., Jr. Cincia e Engenharia de Materiais: uma Introduo. 7

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Gay, Daniel, Matriaux Composites, Herms, Paris, 1991.

Berthelot, J.-M., Matriaux Composites, Comportement et analyse des structures,

Masson, Paris, 1992.

Tsai, S. W., Hahn, H. T., Introduction to Composite Materials, Technomic

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Co., Inc., 1980

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