Materiais Compósitos Poliméricos
Profa. Dr. Deborah Dibbern Brunelli Departamento de Química
Divisão de Ciências Fundamentais Instituto Tecnólógico de Aeronáutica
Compósitos ou Materiais compósitos dois ou mais materiais (ou fases). Propriedades rigidez, resistência mecânica, peso, desempenho em altas temperaturas, resistência a corrosão, dureza ou condutividade.
Exemplos de materiais compósitos: 1) Madeira: fibras de celulose fortes e flexíveis
em uma matriz rígida de lignina.
2) Osso: mineral cerâmico de hidroxiapatita forte e quebradiço imerso em polímero – colágeno – tipo de proteína.
3) Concreto: compósito agregado agregado grosso (brita) e agregado fino (areia) em aluminossilicato de cálcio (cimento
Portland)
Compósitos
Reforço + Matriz
Reforço
• dureza
• resistência a tração
• tenacidade
• rigidez
Função dos componentes
Função dos componentes
Matriz
• manutenção das fibras na orientação apropriada
• proteção contra abrasão e efeitos ambientais
• transferência e distribuição das tensões
Fatores que influenciam os compósitos
• Propriedades e fração volumétrica
• Distribuição e dispersão da fase dispersa
• Tamanho, formato e porosidade da carga
• Adesão interfacial
Matriz
Polimérica Metálica Cerâmica Carbono e Grafite
Termoplástica Termofixa
Compósitos de matriz polimérica
Termofixos
Epoxídica Fenólica Poliéster
Poli (sulfeto de fenileno)
Termoplásticos
Poli éter-éter-cetona
Poli éter imida
Poli sulfona
Poli amida imida
Compósitos de matriz polimérica
Fibras utilizadas como reforço
• Vidro-E
• Vidro-S
• Carbono (Grafita)
• Para-aramida (Kevlar®)
Fibras de vidro
Vantagens:
• baixo custo
• alta resistência a tração
Desvantagens:
• baixo módulo de elasticidade
• baixa resistência à fadiga
Fibra de vidro
Composição aplicação
Const. SiO2 Al2O3 B2O3 MgO CaO Na2O
Vidro-E 55,2 14,8 7,3 3,3 18,7 -
Vidro-C 65 4 5 3 14 8,5
Vidro-S 65 25 - 10 - -
Agente de ligação: Y-(CH2)-Si-(X)3; Y=afinidade orgânica, X= afinidade inorgânica Aplicações: automóveis, barcos, caixas d’água, recipientes de armazenamento.
Fibras de Carbono Vantagens:
• baixa massa específica
• alto módulo de elasticidade (200 a 700GPa)
• maior resistência à umidade e a muito ácidos e solventes
Desvantagens:
• alto custo
Aplicações
• Indústria de equipamentos esportivos, indústria aeroespacial
Fibras de Carbono
Filamento longo – diâmetro = 0,005 – 0,010 mm Cristais de grafita + carbono amorfo alinhados paralelamente ao eixo da fibra. Obtenção: - Pirólise de fibras de poliacrilonitrila (resistência
específica maior e módulo específico menor), celulose (rayon), piches, etc.
- Remoção de oxigênio, nitrogênio e hidrogênio
Fibra de Poli (aramida)
Vantagens:
• Baixa massa específica
• Alta tenacidade
• Ductibilidade
• Alta resistência mecânica
Desvantagens: • Baixa resistência a compressão
Aplicações: cordas,coletes a prova de bala, carcaça de mísseis, substituição do amianto em freios.
Aplicações Kevlar:Cordas,coletes a prova de bala, carcaça de mísseis, substituição do amianto em freios, embreagem gaxetas - Kevlar e nomex
Compósito híbrido carbono/kevlar
Materiais compósitos híbridos
Curva de tensão-deformação
E = módulo de elasticidade = / , e = ponto de escoamento, r = tensão de ruptura, r = deformação de ruptura.
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Boeing 787
Morphing planes
Agradeço a atenção!