COMPÓSITOS Formados por dois materiais a nível macroscópico Enorme gama de propriedades...

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COMPÓSITOS Formados por dois materiais a nível macroscópico Enorme gama de propriedades Excelentes rigidez e resistência específicas Fibras e matriz cerâmicas resistem a altas temperaturas

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COMPÓSITOS• Formados por dois

materiais a nível macroscópico

• Enorme gama de propriedades

• Excelentes rigidez e resistência específicas

• Fibras e matriz cerâmicas resistem a altas temperaturas

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TIPOS DE MATERIAIS COMPÓSITOS

REFORÇADOSC/PARTÍCULAS

REFORÇADOSC/ FIBRAS

COMPÓSITOSLAMINARES

COMPÓSITOSNATURAIS

• Concreto

• Asfalto

• Cermet

• Fibras de carbono, Kevlar, vidro, etc

• Matriz de epoxy, poliéster, PEEK, etc

• Laminados de fibras e resina

• Sandwich

• Madeira

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A Fase Fibra

PROPRIEDADES DAS FIBRAS

Devem usar-se fibras com grandes resistência e rigidez específicas.

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PROPRIEDADES DA MATRIZ

Matrizes poliméricas têm em geral baixa resistência e baixo ponto de fusão

Matrizes metálicas têm maior resistência e maior ponto de fusão, mas são mais pesadas

Podem ser usadas matrizes cerâmicas para resistência a temperaturas extremamente elevadas, perdendo-se tenacidade

CONTROLE DE PROPRIEDADES

LIGAÇÃO FIBRA-MATRIZ

Se não houver boa aderência da matriz à fibra, não há distribuição de esforços eficiente

O coeficiente de expansão térmica deve ser muito semelhante entre fibras e matriz

FRAÇÃO EM VOLUME DE FIBRAS

Quanto maior for este valor, maior será a resistência do compósito, até um valor limite de 80%, a partir do qual deixa de haver “molhagem” total das fibras pela matriz.

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(a) Fraca aderência entre as fibras e a matriz

(b) Excelente aderência entre fibras e matriz

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COMPÓSITOS AVANÇADOS

COMPÓSITOS DE MATRIZ METÁLICA

Podem ser usados a temperaturas superiores em relação aos compósitos de matriz polimérica

Possuem maior resistência mecânica que o metal da matriz não reforçado

Atenua-se a vantagem das maiores resistência e rigidez específicas

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COMPÓSITOS AVANÇADOS

• COMPÓSITOS CERÂMICA-CERÂMICA Possuem uma maior tenacidade à fratura em relação ao cerâmico não reforçado;

Usados apenas em aplicações de elevada temperatura (+ 1000ºC)

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Comparação entre as resistências específicas de materiais compósitos e não compósitos.

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Compósitos Reforçados com Partículas

A resistência mecânica é fortemente dependente da ligação entre as partículas e a matriz, sendo por isso difícil de prever teoricamente !

mmffCOMP VV .

Limite superior

Limite inferior

Módulo de elasticidade deve estar entre os limites superior e inferior

Ec (u) = EmVm + EpVp

Ec (l) = EmEp/(VmEp + VpEm)

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Compósitos Reforçados com Fibras

Faz-se uso de compósitos reforçados com fibras em projetos cujos objetivos incluem uma alta relação resistência/peso.

Influência do comprimento da fibra: quando uma tensão é aplicada em um compósito deste tipo a ligação matriz-fibra cessa nas extremidades da fibra.

Lc = σfd/2c

Comprimento crítico: comprimento de fibra mínimo, necessário para que haja um efetivo aumento da resistência do compósito.

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Compósitos Reforçados com Fibras

Perfis tensão-posição em função do comprimento da fibra (l) e o seu comprimento crítico (lc):

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Alguns arranjos típicos de fibras em cada camada de compósito

a) Fibras unidirecionais contínuas

b) Fibras descontínuas orientadas de modo aleatório

c) Fibras unidirecionais tecidas ortogonalmente

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Comportamento Elástico em Função da Direção de Carregamento

ORIENTAÇÃO DAS FIBRAS

A resistência será máxima quando as fibras estiverem orientadas com o esforço (sendo mínima na direção perpendicular)

Variação de propriedades com a orientação das fibras para uma liga de Titânio reforçada com fibras de Boro

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Para uma carga alinhada na direção do carregamento:

Ecl = EmVm + EfVf

módulo de elasticidade do compósitoEcl = Em (1-Vf) + EfVf

Ff/Fm = EfVf/EmVm relação entre a carga suportada pelas fibras e pela matriz

Comportamento Elástico em Função da Direção de Carregamento

Para uma carga alinhada na direção transversal ao carregamento:

1/Ecl = Vm/Em + Vf/Ef

módulo de elasticidade do compósitoEcl = Em Ef / VmEf + VfEm = EmEf/ (1-Vf)+ VfEm

Ff/Fm = EfVf/EmVm relação entre a carga suportada pelas fibras e pela matriz

• Regra das misturas: usada quando para compósitos com fibras descontínuas e aleatoriamente orientadas:

Ecd = Vm/Em + KVf/Ef

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• Para εf < εm em compósitos com fibras contínuas e alinhadas:

σm = tensão na matriz no momento em que ocorre a falha da

σcl = σm (1+Vf) + σfVf fibra;

σf = limite de resistência à tração da fibra.

Para compósitos com fibras descontínuas e alinhadas:

• Para l > lc : σcd = σfVf (1- lc/2l) + σm(1-Vf)

• Para l < lc : σcd = lcVf/d + σm(1-Vf)

Resistência longitudinal do compósito

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COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA

MATRIZ

Termoplásticos Termoendurec.

REFORÇO

Fibrasplásticas

FibrasCarbono

FibrasVidro

Cerâmicos Metais

PETPPetc

EP, PFPEEKetc

PPAramid

HMHS

ES

SiCAl2O3

BArame

COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICA

MATRIZ

Termoplásticos Termoendurec.

REFORÇO

Fibrasplásticas

FibrasCarbono

FibrasVidro

Cerâmicos Metais

PETPPetc

EP, PFPEEKetc

PPAramid

HMHS

ES

SiCAl2O3

BArame

MATRIZ DO COMPÓSITO

Transmite os esforços mecânicos aos reforços (fibras), mantendo-os em posição, e contribuindo com alguma ductilidade (em geral pequena) para o compósito.

REFORÇO DO COMPÓSITO

Elemento que suporta os esforços no compósito. É, em geral, de elevadas resistência e rigidez.

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Compósitos com matriz polimérica

a) Aderência ruim entre a matriz e as fibras;b) Boa aderência entre a matriz e as fibras