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
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
A Fase Fibra
PROPRIEDADES DAS FIBRAS
Devem usar-se fibras com grandes resistência e rigidez específicas.
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.
(a) Fraca aderência entre as fibras e a matriz
(b) Excelente aderência entre fibras e matriz
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
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)
Comparação entre as resistências específicas de materiais compósitos e não compósitos.
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)
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.
Compósitos Reforçados com Fibras
Perfis tensão-posição em função do comprimento da fibra (l) e o seu comprimento crítico (lc):
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
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
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
• 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
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.
Compósitos com matriz polimérica
a) Aderência ruim entre a matriz e as fibras;b) Boa aderência entre a matriz e as fibras