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Materiais CompósitosMateriais Compósitos

IntroduçãoIntrodução

Materiais Compósitos

Definições

Materiais Compósitos: classe de materiais compostos por uma fase contínua (matriz) e uma fase dispersa (reforço ou modificador), contínua ou não, cujas propriedades são obtidas a partir da combinação das propriedades dos constituintes individuais (regra da mistura).

Compósitos funcionais : materiais compósitos cujas propriedades de interesse principal são as propriedades elétricas, térmicas, magnéticas ou ópticas, além da propriedade mecânica.

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Classificação dos materiais

MATERIAIS

METAIS CERÂMICAS COMPÓSITOSPOLÍMEROS

ESTRUTURAIS TÉRMICAS

APLICAÇÕES

ELETRO-ELETRÔNICAS

CONSUMO

Importância econômica dos compósitos

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Tipos de Materiais Compósitos

COMPÓSITOS

MATRIZ METÁLICA MATRIZ POLIMÉRICAMATRIZ CERÂMICA

Tipos de Materiais Compósitos

Materiais Compósitos

Compósitos Reforçadoscom Fibra

Compósitos Reforçadoscom Partículas

Multicamadas Monocamadas

Laminados Painéis"sanduíche"

FibrasContínuas

Fibrasdescontínuas

(curtas)

Unidirecional Bidirecional(tecido)

Alinhadas Aleatórias

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Materiais Compósitos

Materiais Compósitos

• Distribuir e transferir as tensões para a carga;

• Ligar a carga uma com as outras;

• Proteger a superfície da carga.

Constituição do compósito:Fase contínua (matriz)

Fase dispersa (carga)

Função da matriz:

Tipos de carga:Reforço

Enchimento

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Função da carga

Reforço Enchimento

Propriedades dos Materiais Compósitos

Possíveis comportamentos de uma propriedade de um ma terial compósito em função do volume de carga

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Propriedades de Materiais Compósitos Convencionais

Aditividade: regra das misturas

P: propriedade do compósito

Pa: propriedade do componente A

Pb: propriedade do componente B

Va e Vb: frações volumétricas dos componentes A e B

Materiais Compósitos

Exemplos de compósitos: (a) particulado aleatoriamente distribuido, (b) fibras descontínuas unidirecionais, (c) fibras descontínuas aleatoriamente alinhadas e (d) fibras contínuas unidirecionais.

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Formas de Distribuição e Dispersão de Cargas Particuladas

Materiais Compósitos

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Influência dos parâmetros de fibras sobre a resistê ncia do compósito

Compósitos com fibras contínuas

Compósitos com fibras contínuas

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Fibras contínuas x fibras descontínuasOs compósitos com fibras descontínuas apresentam menor eficiência de reforço do que as fibras contínuas, entretanto, estes materiais oferecem maior facilidade de processamento e menor custo.Nos compósitos com fibras descontínuas o carregamento na fibra é função de seu comprimento, sendo que seus extremos são pontos concentradores de tensão, que induzem tensões cisalhantes na interface

Efeito da deformação ao redor da fibra na matriz sob tensão: (a) fibra descontínua sem deformação e (b) deformada.

Compósitos com fibras contínuas

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Comprimento crítico de fibra

O comprimento das fibras podem alterar significativamente o desempenhomecânico, bem como outras propriedades do compósito. Callister define ocomprimento crítico da fibra (lc) como sendo o comprimento mínimo que a fibra deve possuir, por um dado diâmetro, para que esta atue como carga de reforço. O comprimento crítico (lc), depende do diâmetro da fibra (d) e do limite de resistência à tração (σf), bem como da força da ligação entre a fibra e a matriz (τ):

As fibras contínuas apresentam comprimentos muitos maiores do que lc,(normalmente l > 15.lc). Para várias combinações de matrizes com fibras de carbono ou vidro, o comprimento crítico é da ordem de 1 mm, que varia entre 20 e 150 vezes o diâmetro da fibra.

Comprimento crítico de fibra

Curvas de tensão x posição quando o comprimento da fibra é: (a) igual ao comprimento crítico, (b) maior do que o comprimento crítico e (c) menor do que o comprimento crítico para um compósito reforçado com fibras que esteja submetido a uma tensão de traçãoigual ao limite de resistência à tração da fibra.

(a) (b)

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Comparação entre matrizes poliméricas

Comparação entre matrizes poliméricas

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Principais mercados de materiais compósitos

Uso de materiais compósitos em automóveis

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Comparação de Propriedades Mecânicas

Comparação de Propriedades Mecânicas