materiais compositos
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Processo de fabricação de materiais compósitos
Universidade Cândido Mendes – Niterói/RJ
Aline Marques
Aurélio Santos
David Amorin
Gustavo Lomba
Leonardo Barbosa
Rodolfo Guimarães
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Materiais compósitos - Introdução
APRIMORAÇÃO DE MATERIAIS
DEFINIÇÃO
Um material compósito é formado pela união de dois materiais de naturezas diferentes,
resultando em um material de performance superior às de seus componentes
separadamente.
O material resultante de um arranjo de fibras, contínua ou não, de um material
resistente que são impregnados em uma matriz de resistência mecânica inferior
as fibras.
Separadamente, os constituintes do compósito mantém suas características, porém
Quando misturados eles formam um composto com propriedades impossíveis de
se obter com apenas um deles.
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Materiais compósitos - Introdução
APRIMORAÇÃO DE MATERIAIS
NECESSIDADES BÁSICAS:
Tecnologias modernas exigem materiais com combinações incomuns de
propriedades que não podem ser atendidas pelas ligas metálicas,
cerâmicas e materiais polimérico convencionais.
Exemplo: Materiais com baixa densidade mais fortes e rígidos,
resistentes à abrasão e ao impacto e que não corroam.
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Materiais compósitos - Introdução
COMPÓSITOS
PARTÍCULA
REFORÇADO
FIBRA
REFORÇADO
ESTRURAL
REFORÇADO
GRANDES
PARTÍCULAS
DISPERSÃO
REFORÇADA
CONTÍNUA
(ALINHADA)
DESCONTÍNUA
(CURTA)LÂMINADAS
PAINÉIS
SANDWICH
TIPOS DE MATERIAIS COMPÓSITOS
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Materiais compósitos - Introdução
CARACTERÍSTICAS GERAIS
COMPÓSITOS
Um compósito industrial consiste em um material artificialmente multifásico
onde as fases devem ser quimicamente diferentes, separadas por uma
Interface.
Logo todo material compósito apresenta duas fases:
FASE MATRIZ: É contínua e confere maleabilidade e ductilidade.
FASE DISPERSA: É descontínua e confere resistência ao compósito.
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Materiais compósitos - Caracterização
CONSTITUIÇÃO
COMPONENTES BÁSICOS:
MATRIZ que pode ser Metálico, Polimérico ou Cerâmico.
EXEMPLOS: Alumínio, Resina epoxídica, Alumina.
REFORÇO que pode ser Metálico, Polimérico ou Cerâmico e pode estar
na forma de partículas, fibras ou camadas.
EXEMPLOS: Partículas de Alumina, de Carboneto de silício, de diamante;
Fibras de Carbono, de Kevlar, de Vidro, de Carboneto de silício.
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Materiais compósitos - Caracterização
CONSTITUIÇÃO
EXEMPLOS:
COMPÓSITOS DE MATRIZ METÁLICO
Matriz Alumínio – Reforço em camadas externas de outro Alumínio
Matriz Alumínio – Reforço em fibras de Boro
Matriz Alumínio – Reforço em partículas ou fibras de Carboneto de silício
COMPÓSITOS DE MATRIZ POLIMÉRICO
Matriz Resina epoxídica – Reforço em fibras de Carbono
Matriz Resina epoxídica – Reforço em fibras de Vidro
COMPÓSITOS DE MATRIZ CERÂMICO
Matriz Alumina – Reforço partículas de carboneto de silício
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Materiais compósitos - Caracterização
CONSTITUIÇÃO
EXEMPLOS:COMPÓSITO DE MATRIZ POLIMÉRICO
E REFORÇO CERÂMICO
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Materiais compósitos - Caracterização
CONSTITUIÇÃO
EXEMPLOS:
FOTOMICROGRAFIA DE UM
MATERIAL COMPÓSITO DE
RESINA E FIBRA.
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Materiais compósitos - Caracterização
CONSTITUIÇÃO
EXEMPLOS:
COMPÓSITO EM NINHO DE ABELHAOs ninhos de abelha podem ser ligas de alumínio ou polímeros
do tipo fenólico ou poliésteres. As chapas exteriores são
normalmente metálicas em ligas de alumínio.
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Materiais compósitos - Caracterização
CONSTITUIÇÃO
EXEMPLOS:
COMPÓSITO DO TIPO
MATERIAIS REVESTIDOS
(CLADS)
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Materiais compósitos - Caracterização
CONSTITUIÇÃO
EXEMPLOS:
COMPÓSITO DE MATRIZ ALUMÍNICA
E REFORÇO EM FIBRAS DE BORO
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Materiais compósitos - Caracterização
PROPRIEDADES
Normalmente obtém-se elevada resistência mecânica, elevada rigidez, baixa
densidade.
Pode-se conseguir uma combinação de boas propriedades mecânicas,
elétricas, térmicas, corrosivas, etc. , em função das aplicações.
DEPENDE DA MATRIZ E DO REFORÇO UTILIZADO:
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Materiais compósitos - Caracterização
APLICAÇÕES
Reservatórios de combústiveis e outros produtos químicos
Indústria automobilística
Indústria aeroespacial, Indústria naval e construção civil.
GERAIS:
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Materiais compósitos - CaracterizaçãoAPLICAÇÕES
COMPÓSITOS DE PARTÍCULA
CONSTRUÇÃO CIVIL
Dureza(cerâmico) + tenacidade(metal)
Concreto:
Cimento-matriz
Areia e brita- particulados
Cermetos (metais + cerâmicas):
WC + Co (micrografia ao lado) ou Ni
TiC + Co ou Ni
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Materiais compósitos - CaracterizaçãoAPLICAÇÕES
COMPÓSITOS DE PARTÍCULA
INDÚSTRIA QUÍMICA
Ex: Pneus
Elastômeros e plásticos
São reforçados com partículas de
NEGRO DE FUMO.
NEGRO DE FUMO: Queima do gás
natural ou óleo gera partículas de
carbono que melhora a resistência,
tenacidade e dureza dos polímeros
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Materiais compósitos - CaracterizaçãoAPLICAÇÕES
COMPÓSITOS DE FIBRAS:
AUTOMÓVEIS
Aplicação de Plásticos reforçados por fibras (folhas SMC) em automóveis.
Em geral deseja-se nesses materiais alta resistência, tenacidade e rigidez em relação
ao seu peso.
TETO; TAMPA DA MALA; SPOILER;
PORTA; CAPOT; PARALAMA
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Materiais compósitos - CaracterizaçãoAPLICAÇÕES
COMPÓSITOS DE ESTRUTURA
MATERIAIS ESPORTIVOS
Ex: Esqui moderno
Compósitos laminares: Folhas oupainéis bidimensionais sãocimentados umas as outras invertendoa direção do alinhamento das fibrasde cada placa.
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Materiais compósitos - CaracterizaçãoAPLICAÇÕES
COMPÓSITOS DE ESTRUTURA
INDÚSTRIA AEROESPACIAL
CONSTRUÇÃO CIVIL
Ex: Asas e fuselagem de
aeronaves telhados,
pisos, paredes.
Painéis em forma de sanduíches: Duas
folhas externas mais resistentes separadas
por uma camada de metal menos denso.
Folhas externas: madeira compensada,
alumínio e ligas, plásticos + fibras, titânio aço.
Recheio interno: Polímeros com espuma,
borrachas sintéticas, colméias.
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Materiais compósitos - Processamento
MÉTODOS DE PROCESSAMENTO
PROCESSOS DE ENROLAMENTO DE FIO; MOLDAGEM POR INJEÇÃO E
POR COMPRESSÃO; MOLDAGEM DE FOLHAS SMC.
PROCESSO DE PULTRUSÃO; PROCESSOS DE COLAGEM E LAMINAGEM.
PROCESSO DE DEPOSIÇÃO MANUAL; PROCESSOS DE SPRAY.
FABRICAÇÃO DE FIBRAS DE CARBONO, DE VIDRO, DE KVELAR, ETC.
OS PRINCIPAIS SÃO:
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Materiais compósitos - Processamento
DESCRIÇÃO DO PROCESSO:
FABRICAÇÃO DE
REFORÇO EM
FIBRA DE VIDRO
1º -Fusão do vidro num forno; 2º -Obtenção de fibras(monofilamentos) pela passagem do vidro fundido por fieiras com centenas
de orifícios; 3º -Junção das fibras por trefilagem para se obter feixe de monofilamentos; 4º -Obtenção defio por torcedura
ou multifio(tecido) por entrelaçamento dos feixes.
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Materiais compósitos - Processamento
DESCRIÇÃO DO PROCESSO:
FABRICAÇÃO DE FIBRAS DE CARBONO
1º-Estabilização: alinhamento por esticamento das redes fibrilares de PAN e Oxidação ao ar a cerca de 200 a 220 °C;
2º-Carbonação: aquecimento das fibras de PAN entre 1000 e 1500 °C para se obter fibras de carbono por eliminação do
Oxigénio, Hidrogênio e Azoto; 3º-Grafitização: é realizada acima dos 1800 °C para intensificar a orientação preferencial das
cristalites de grafite no interior de cada fibra e com isso aumentar o módulo de elasticidade.
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Materiais compósitos - Processamento
DESCRIÇÃO DO PROCESSO:
DEPOSIÇÃO MANUAL
1º-Colocar manualmente no molde o reforço em fibras; 2º-vazar a resina plástica; 3º Passagem de
rolos para que a resina molhe o reforço e remova o ar que possa estar aprisionado.
Para aumentar a espessura da parededa peça adicionam-se mais camadas de fibras e resina.
MOLDAGEM DE COMPÓSITOS
DE MATRIZ PLÁSTICA
REFORÇADA POR FIBRAS.
COM ESTE PROCESSO PODE-SE
FABRICAR CASCOS DE
BARCOS, DEPÓSITOS,
PAINÉIS DE CONSTRUÇÃO, ETC.
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Materiais compósitos - Processamento
DESCRIÇÃO DO PROCESSO:
PROCESSO DE “SPRAY”
1º-DEPOSIÇÃO SIMULTÂNEA,SOBRE UM MOLDE, DE RESINA E PEDAÇOS DE FIBRAS,USANDO UMA PISTOLA DE CORTE E
PROJECÇÃO;2º-DENSIFICAÇÃO DA CAMADA DEPOSITADA ATRAVÉS DA PASSAGEM DE UM ROLO QUE ASSEGURA A
IMPREGNAÇÃO DA RESINA NO REFORÇO E REMOVA O AR QUE POSSA ESTAR APRISIONADO.
PODE-SE ADICIONAR VÁRIAS CAMADAS ATÉ SE OBTER A ESPESSURA DESEJADA.
MOLDAGEM DE MATERIAIS
COMPÓSITOS DE MATRIZ
PLÁSTICA REFORÇADA POR
FIBRAS. PODE-SE OBTER
CASCOS DE BARCOS,
BANHEIRAS, ETC.
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Materiais compósitos - Processamento
DESCRIÇÃO DO PROCESSO:
PROCESSO DE ENROLAMENTO DE FIO
1º-Impregnação das fibras pela resina plástica; 2º-Enrolamento das fibras impregnadas em volta de um mandril em rotação.
3º-Após se obter a espessura desejada, o enrolamento é sujeito a cura, que pode ser à temperatura ambiente ou a uma
temperatura mais elevada.
FABRICO DE COMPÓSITOS DE MATRIZ
PLÁSTICA E REFORÇADA POR FIBRAS.
PODE-SE FABRICAR TUBOS CILÍNDRICOS
DE ELEVADA RESISTÊNCIA, COMO POR
EXEMPLO RESERVATÓRIOS PARA
ARMAZENAMENTO DE COMBUSTÍVEIS,
VASOS DE PRESSÃO E INVÓLUCROS
PARA MOTORES DE FOGUETÕES
E MÍSSEIS.
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Materiais compósitos - Processamento
DESCRIÇÃO DO PROCESSO:
PROCESSO DE MOLDAGEM DE FOLHAS SMC
1º-Multifio de Feixes de fibras de vidro é cortado em pedaços que são depositados sobre uma camada de resina; 2º- Deposição
de outra camada de resina sobre a camada anterior, obtendo-se assim um sanduíche de fibra e resina;3º- O sanduiche, coberto
por cima e por baixo por filmes de polietileno, é compactada, esticada e enrolada através de rolos; 4º-Armazenamento dos
rolos de folhas SMC numa câmara para que estas absorvam bem as fibras de vidro; 5º-Corte das folhas SMC em pedaços,
sua colocação num molde e prensagem para se obter a peça final.
PROCESSO DE PRODUÇÃO DAS FOLHAS SMC,
USADO ESPECIALMENTE NA INDÚSTRIA
AUTOMÓVEL.
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Materiais compósitos - Processamento
DESCRIÇÃO DO PROCESSO:
PROCESSO DE PULTRUSÃO
1º-Passagem de fibras por um banho de resina; 2º-Trefilagem de fibras impregnadas de resina através de
uma fieira aquecida. A fieira deterrminada forma da secção da peça final.
FABRICO DE MATERIAIS COMPÓSITOS DE MATRIZ PLÁSTICA
REFORÇADA POR FIBRAS. OBTÉM-SE PERFIS DE SECÇÃO
CONSTANTE COMO VIGAS, CALHAS, TUBOS, ETC.