A estrutura e as propriedades da interface fibra/matriz influenciam significativamente as propriedades mecânicas de materiais compósitos, pois é através da interface que os esforços atuantes na matriz são transferidos para o reforço (MATTHEWS e RAWLINGS, 1994). Com a melhora da adesão interfacial, ocorre um aumento da transferência de tensões da matriz para as fibras, promovendo aumento das propriedades mecânicas, tais como, resistência à tração e módulo de elasticidade (BLEDZIK e GASSAN, 1999).
Existem diversos mecanismos de adesão que podem ser formados entre a matriz e a fibra, para uma determinada combinação de materiais:
• Adsorção e molhamento: o molhamento efetivo da fibra pelo polímero remove o ar e cobre toda superfície da fibra, dependendo das tensões superficiais dos componentes. Para que este mecanismo ocorra, é necessário que a superfície da fibra esteja isenta de água (RABELLO, 2000).
• Ligação química: é a forma mais eficaz de adesão em compósitos, podendo ocorrer principalmente com a aplicação de agentes de acoplamento na superfície da carga, os quais servem de elo entre o reforço e o polímero, devido a sua dupla funcionalidade (RABELLO, 2000). Esses agentes de acoplamento devem conter em sua estrutura uma parte que interage com a superfície da fibra e outra com grupos orgânicos semelhantes às cadeias da matriz polimérica (BARRA, 2004).
• Interdifusão: é possível formar uma ligação entre duas superfícies por difusão das moléculas de uma fase na outra. Para que ocorra adesão, os parâmetros de solubilidade dos dois componentes devem ser próximos (PIRES, 2009).
• Atração eletrostática: ocorre em superfícies que apresentam cargas elétricas opostas, como no caso das interações ácido-base e ligações iônicas, sendo que a resistência da interface dependerá da densidade de cargas elétricas (HULL, 1988).
• Adesão mecânica: esse é o mecanismo mais comum, sendo que o polímero efetua preenchimento completo da superfície da fibra, cobrindo todas as cavidades presentes. Uma maior rugosidade da superfície resultará em um aumento da resistência dessa ligação (RABELLO, 2000).
As formas mais efetivas para se obter uma boa adesão interfacial são através dos mecanismos de adsorção e ligação química (RABELLO, 2000).
2.2.3 Materiais compósitos reforçados com particulados
A ampliação do mercado dos materiais compósitos tem sido acompanhada pela ampliação das classes de materiais utilizados na elaboração dos mesmos. Recentemente, o interesse no emprego de partículas na elaboração de materiais compósitos tem crescido em muitas aplicações (CASARIL, 2004).
Segundo Casaril (2004), as partículas são componentes que apresentam razão de aspecto (relação entre a maior e a menor dimensão –comprimento e diâmetro – do corpo: L/D) menor
do que 3. Esses componentes são denominados de cargas particuladas ou não fibrosas, podendo estar na forma de partículas, aglomerados de partículas, escamas ou flocos.
As propriedades mecânicas dos materiais compósitos são influenciadas diretamente não só pelas propriedades mecânicas dos seus materiais constituintes, mas também por algumas características dos materiais particulados, como tamanho de partícula, formato da partícula, características de superfície e distribuição do tamanho de partícula.
As cargas modificam propriedades físicas e mecânicas de polímeros de diversas maneiras. As partículas utilizadas nas dimensões microscópicas promovem um incremento na estabilidade térmica (JANG et al., 2011), rigidez, resistência mecânica (FU et al., 2008) e resistência ao crescimento e propagação de trincas na matriz polimérica (BOONYAPOOKANA et al., 2011).
A adição de partículas confere um aumento no volume do compósito, entretanto pode se notar que para um mesmo volume adicionado, a diminuição no tamanho das partículas exibe uma maior área de contato específica, e consequentemente, uma maior região de contato dentro da matriz polimérica, conferindo ser o comportamento resultante do compósito determinado pela interface do material (WETZEL et al., 2002).
Inicialmente, as cargas minerais eram adicionadas aos polímeros apenas para reduzir custos. Porém, inúmeras alterações que podiam ser vantajosas foram notadas com a adição de partículas minerais dentro da resina polimérica. Partículas rígidas, adicionadas aos polímeros, geralmente, aumentam o módulo de elasticidade e a temperatura de deflexão térmica, diminuem a contração no molde, podem diminuir o calor especifico e aumentar a condutividade térmica, melhorando também sua aparência (DALPIAZ, 2006).
Estas partículas induzem, na matriz, concentrações de tensões. Os pontos de esforço máximo estão situados nos polos, no caso de partículas perfeitamente aderentes e no equador das partículas, no caso de fraca adesão. Uma maior concentração de tensões tende a reduzir a resistência à tração do material. A forma, a adesão e a distribuição granulométrica das partículas são características importantes em relação à tenacidade e resistência (DÍEZ-GUTIÉRREZ et. al., 1999).
As partículas são aditivos empregados no processamento de polímeros com diversas finalidades: promover redução dos custos, reforçar, fornece estabilidade dimensional, etc. As partículas são de dois tipos: partículas de reforço, empregadas com o objetivo de melhorar determinadas propriedades (resistência à tração, deformação e resistência à abrasão), e as partículas inertes ou de enchimento são empregadas com o objetivo de reduzir os custos e melhorar o processamento, porém possuem efeitos nulos ou negativos sobre certas propriedades
nas quais foram citadas (RABELO, 2000). Quando a partículas de reforço é empregada para modificar as propriedades de um polímero, tem-se a produção de um compósito de matriz polimérica.
Ao utilizar-se as partículas minerais nos compósitos é importante entender as propriedades dos materiais particulados e seus efeitos ou alterações na estrutura e propriedades dos compósitos. Pode-se citar como importantes fatores a serem considerados em um estudo das estruturas poliméricas carregadas (KHUNOVÁ et al, 1999):
• O efeito das partículas na cristalinidade dos compósitos;
• O efeito das partículas no comportamento mecânico dos compósitos;
• O efeito das partículas no comportamento dinâmico mecânico dos compósitos; • O estudo do processamento do compósito para a obtenção da forma final; • O efeito das partículas no comportamento óptico dos compósitos;
• O efeito das partículas no comportamento térmico dos compósitos.
Outras propriedades, como as elétricas, degradação ambiental, a retardação de chama, etc podem ser influenciadas diretamente pelas partículas.