Kompetanseutvikling for underviserne – hvilke ressurser er

De modo geral, chama-se material composto ou compósito todo material obtido da combinação de dois ou mais componentes com diferentes propriedades físicas. Com esta combinação de elementos distintos, pretende-se obter um novo material que tenha propriedades mecânicas que os seus componentes isoladamente não possuem, apresente desempenho estrutural superior e possa atender exigências específicas. Do ponto de vista mecânico objetiva-se que tais materiais possuam principalmente as seguintes propriedades: rigidez e resistência elevadas, peso e coeficiente de dilatação reduzidos, baixa condutividade térmica, melhores respostas à fadiga quando sujeitos a cargas cíclicas, maior durabilidade e resistência a impactos, facilidade na obtenção de peças com geometrias complexas e maior versatilidade de aplicações.

As vantagens relativas dos materiais compósitos sobre os materiais convencionais possibilitam aos primeiros uma vasta gama de aplicação, incluindo: produção de vestuário e equipamentos esportivos (uniformes, tacos de golfe, raquetes de tênis, skis, bicicletas, motocicletas, carros de competição, etc); fabricação de aeronaves de uso civil e militar(aviões, helicópteros); produção de equipamentos militares mais leves e mais resistentes(lanchas, navios, pistolas, fuzis, capacetes, coletes à prova de bala, canhões, mísseis, etc); desenvolvimento de produtos para as industrias mecânica e petroquímica (componentes automotivos, ligas de metal de alta resistência utilizadas na fabricação de tubos, etc), construção civil, indústria moveleira, entre outras.

2.4.1.2 Classificação e Composição dos Materiais Compósitos

Existem dois grandes grupos de materiais compósitos: os compostos que são conhecidos como materiais preenchidos e os chamados materiais reforçados ou compósitos avançados. A principal característica dos primeiros é a existência de algum material básico ou matriz cujas propriedades são melhoradas ao preenchê-lo com algumas partículas. Normalmente, a fração de volume de matriz em tais materiais é mais de 50%, e as propriedades dos materiais, ainda que modificadas pelo enchimento, são regidas principalmente pela matriz. Como regra, os materiais de enchimento podem ser tratados como homogêneos e isotrópicos, e assim, os modelos tradicionais

da mecânica dos materiais desenvolvidos para metais e outros materiais convencionais podem ser usados para descrever seu comportamento. Nos materiais reforçados, por sua vez, os componentes básicos são fibras de alta resistência e rigidez. As fibras são presas ao material por meio de uma matriz cuja fração de volume é geralmente inferior a 50% do composto. As principais propriedades dos compósitos avançados, devido às quais esses materiais encontram ampla aplicação na engenharia são, portanto, determinadas pelas fibras (VASILIEV, 2008).

Ainda de acordo com a classificação acima, destacam-se os compósitos fibrosos, os

compósitos particulados e os compósitos laminados, sendo os dois primeiros pertencentes ao grupo

dos materiais preenchidos e o terceiro ao grupo dos compósitos avançados, figura 40.

Figura 40 - Tipos de Compósitos

Fonte: (MAGAGNIN, 2000)

Do ponto de vista da estrutura constituinte, os materiais compósitos são formados por uma fase o tí ua, a at iz, e u a fase des o tí ua, o efo ço ou fi a. A função da matriz é envolver o reforço para protegê-lo de danos superficiais, manter sua orientação e espaçamento e transmitir a ele os esfo ços MAGAGNIN, .A ligação entre as fibras e a matriz é criada durante a fase de fabricodo material compósito e é através dessa interação que as tensões são transferidas da matriz para as fibras. A maneira como o fabrico é realizado, o tipo de combinação fibra-matriz e a disposição das fibras têm influência fundamental sobre as propriedades mecânicas do material compósito obtido. Mais detalhes sobre o processo de fabricação podem ser encontrados em (GAY, 2003), capítulo 2. A figura 41 abaixo exibe uma vista ampliada revelando uma fibra recoberta por resina.

Figura 41 - Laminado carbono/epóxi

tem a propriedade de possuir resistência e módulo de elasticidade elevados na direção das fibras, apresentando, porém, valores críticos dessas propriedades na direção ortogonal. Figura 42 a e b. Empilhando e prensando um conjunto de laminas com as fibras orientadas sob ângulos determinados obtém-se o laminado, figura 42c e d, sendo a sequência de empilhamento das laminas chamado de laminação.

Na classe dos laminados destacam-se as est utu as do tipo sa dui he , largamente utilizadas na indústria aeronáutica, e que consiste de um material macio montado por colagem ou soldagem entre laminas de maior resistência mecânica. Suas principais características são peso reduzido, elevada rigidez à flexão e excelente isolamento térmico e acústico (MENDONÇA, 2005). A figura 43b ap ese ta o es ue a si o de o tage de u a est utu a do tipo sa dui he .

As placas chamadas sanduíche são compostas por três itens principais: duas camadas exte as, fi as, ha adas fa es e u a amada interna, espessa, chamada núcleo. A função das faces é a de suportar tensões normais de tração, compressão ou cisalhamento coplanar, associadas à

(a) Lâmina com fibras unidirecionais (b) Lâmina com fibras unidirecionais hibridas

(c) Laminado unidirecional (d) Laminado multirecional

Figura 42 – Laminado

flexão da pla a. Uma das funções do núcleo é manter o afastamento das faces, garantindo um alto momento de inércia. O núcleo deve ter uma rigidez na direção perpendicular às faces tal que o esmagamento seja evitado.

Figura 43 - Estrutura Sanduíche

Fonte: (MENDONÇA, 2005)

Os corrugados mais conhecidos são aqueles vistos no núcleo de papelão comum usado em embalagens, onde duas folhas de papel servem de face e uma folha corrugada é usada como núcleo. Outros tipos comuns de sanduíches são as portas e divisórias de escritórios e móveis. Os materiais usados em corrugados e colmeias vão de papel e papelão até algodão, tecidos têxteis impregnados e lâminas de papelão (MENDONÇA, 2005).

Um compósito em estrutura sanduíche é semelhante a uma viga de perfil I, conforme ilustra a Figura 43b.