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

http://kuiu.wordpress.com/2011/04/11/icon-post-series-carbon-fiber/filecfaser-haarrp-2/

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.

M

ód

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ida

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ica

(g

/cm

3)

Boeing 787

Morphing planes

Agradeço a atenção!