A capacidade calorífica (C) indica a capacidade do material em absorver calor através da sua envolvente externa, pelo que a quantidade de energia requerida para produção de elevação unitária de temperatura é dada pela seguinte equação (1.3) (Oliveira, 2010).
𝐶 =. 𝑉. 𝑐 (1.3) Em que, C – Capacidade Calorífica (J/K) C – Calor especifico (J/(kg.K)) – Massa específica (kg/m³) V – Volume (m3)
O isolamento térmico é uma excelente solução para aumentar a resistência térmica da envolvente do edifício, minorando as trocas de calor entre o edifício e o exterior, o que reduz as necessidades de aquecimento e arrefecimento, assim como o risco de condensações.
Assim, o isolamento térmico (Figura 23) trata-se de uma adaptabilidade, por parte o Homem, ao clima em que este se encontra, pelo que quanto maior a libertação ou absorção de calor, maior será a necessidade de aquecer ou arrefecer a casa. Desta forma, quanto mais eficiente for a barreira (material isolante), menos necessária é a utilização de equipamentos de climatização.
Figura 23 - Isolamento de paredes (Casa&Construção, n.d.)
Neste contexto, podemos mesmo afirmar que a implementação de isolamentos em elementos construtivos, em declínio do uso de equipamentos de climatização, é uma importante estratégia de construção, no sentido de aumentar o desempenho do edifício.
2.8 Materiais compósitos
Atualmente existe uma variada gama de materiais a aplicar no ramo da engenharia. Graças aos avanços tecnológicos, verifica-se uma crescente implementação de materiais compósitos (não tradicionais) em áreas como a da mecânica, medicina, arquitetura, eletrónica, aeronáutica, espacial, militar e principalmente na área da engenharia civil (construção), como grandes substitutos de materiais tradicionais (Moreira, 2008).Este sucesso está dependente das técnicas de fabrico e de alguns parâmetros tais como a forma, força, massa, durabilidade, rigidez e principalmente os custos. Quanto mais avançada for a tecnologia de fabrico, melhor serão estes parâmetros, facilitando assim a aceitação destes mesmos produtos nas diversas áreas (Ventura, 2009). Os materiais compósitos utilizados na engenharia civil aliam vários parâmetros em conjunto, são eles a leveza, a rigidez, a resistência, a versatilidade, a produtividade e os reduzidos custos de produção.
2.8.1 Definição e composição
Um material compósito (Figura 24) trata-se da conjugação de dois ou mais materiais diferentes com propriedades distintas, mas com o intuito de se obter uma melhor performance por parte
de cada material. Dos seus componentes fazem parte a matriz (fase contínua) que garante a sua ligação e o reforço (fase dispersa) que garante a sua resistência (Moreira, 2008).
Figura 24 – Ilustração de um material compósito (NotaPositiva, 2007)
2.8.2 Classificação de um compósito
Um compósito é constituído por duas fases (Figura 25), sendo que a fase de reforço é geralmente dividida em três categorias, são elas os compósitos particulados, os compósitos de fibras descontínuas e os de fibras contínuas.
Figura 25 – Classificação de compósitos (NotaPositiva, 2007)
A fase matriz poderá ser de natureza metálica, polimérica (orgânica) ou cerâmica, como apresentado na Figura 26. Este preenche os espaços vazios resultantes do reforço, conferindo forma e estrutura ao material.
Figura 26 - Origem dos materiais compósitos (Moreira, 2008)
2.8.3 Compósitos poliméricos
Os compósitos existem em diferentes formas, no entanto, verifica-se que os mais usuais são os materiais constituídos por um reforço de fibra inserido numa matriz polimérica (Figura 27) (Moreira, 2008).
Os polímeros podem ser classificados por termoplásticos ou termoendurecíveis (termorrígidos), consoante o tipo de estrutura química e o seu processo de transformação, isto é estrutura linear ou ramificada e pelo processo físico ou químico, respetivamente (Bordado, 1986). Outra caraterística importante, trata-se do seu comportamento quando aquecidos, isto é, os termoplásticos são polímeros com capacidade de se moldarem facilmente com o aumento da temperatura, enquanto que os polímeros termodurecíveis não poderão ser reciclados, tal como o seu próprio nome indica (Silva, 2014).No Quadro 2 apresentam-se características distintas entre polímeros termoplásticos e termoendurecíveis.
Quadro 2 - Polímeros termoplásticos versus termoendurecíveis (Silva, 2014)
Termoplásticos Termoendurecíveis
Reciclável mecanicamente Baixa rigidez Baixa estabilidade térmica Baixa estabilidade dimensional Fracas propriedades de isolamento
elétrico e térmico
Baixa resistência à fluência e relaxação Alta viscosidade quando fundido Tempo ilimitado de armazenamento
Não reciclável mecanicamente Alta rigidez
Elevada estabilidade térmica Alta estabilidade dimensional Boas propriedades de isolamento elétrico
e térmico
Resistência à fluência e relaxação Baixa viscosidade no processamento
Tempo limitado de armazenamento
A combinação dos materiais constituintes (matriz/reforço) é definida face à aplicação específica que se pretende a cada material compósito, assim como, de acordo com as suas propriedades pretendidas. No entanto, os polímeros termorrígidos são os mais utilizados por apresentarem as vantagens anteriormente mencionadas, em relação aos termoplásticos. Estes últimos são comercializados principalmente para fabricação de compósitos, além de uso como adesivo e revestimento (Silva, 2014).Os mesmos são normalmente fundidos durante o processamento e podem ser reciclados, pois fundem e retornam ao seu estado anterior sem degradação do material. Estes podem ser moldados por injeção (por ex. de polipropileno), extrusão ou por outras técnicas de moldagem por aquecimento. Em geral, os termoplásticos evidenciam-se por apresentarem uma elevada resistência ao impacto e tenacidade e principalmente por poderem ser reciclados, o que constitui um ponto muito importante na atualidade. No entanto as suas dimensões e custos do processo restringem a sua utilização (Silva, 2014; Almeida, 2012).Os
polímeros termoendurecíveis, ao contrário dos termoplásticos, não podem ser reprocessados, pois uma vez aquecidos, os mesmos adotam uma forma constante. Isto é, não poderão ser reciclados por fusão ou reformação, pois sob a ação da temperatura, estes irão degradar-se e queimar-se sem que se derretam (Almeida, 2012). Num conceito de sustentabilidade, esta poderá revelar-se assim uma significante desvantagem para os mesmos, quando comparados com a capacidade de reciclagem por parte dos polímeros termoplásticos. No entanto, o surgimento de fibras naturais como a juta, o sisal e o cânhamo, em substituição de fibras inorgânicas sintéticas ou plástico, em combinação com matrizes biológicas contribui para a produção de eco-compósitos. Assim sendo, ainda que os polímeros sejam termoendurecíveis, estes podem ser considerados compósitos favoráveis ao meio ambiente, desde que os mesmos surjam da combinação de tecidos de fibras naturais com uma matriz de origem biológica (Mota et al., 2015).
O processamento dos compósitos pode ser realizado pelo método de moldação manual (por ex.
hand lay-up ou spray-up) ou mecanicamente (moldação por compressão a quente ou por
moldação em autoclave). A cura/endurecimento da resina pode verificar-se ou não sob a ação da pressão, temperatura ou vácuo (Silva, 2014; Almeida, 2012).Este processo ocorre quando se dá a chamada polimerização, isto é, após os componentes (resina e acelerador e/ou catalisador) serem misturados na sua proporção adequada. As resinas termoendurecíveis têm ainda a vantagem de facilitarem a impregnação do reforço, dado que, antes da cura, apresentam uma viscosidade bem mais baixa que as termoplásticas (Almeida, 2012). Como apresentado anteriormente na Figura 27, as matrizes termoplásticas são o polietileno, o poliestireno e o polipropileno, enquanto que as matrizes de termorrígido são o epóxi, o poliéster e o poliuretano. Destro das últimas, as resinas mais utilizadas e de menor custo são os poliésteres, poliuretanos, vinil-éster e resinas fenólicas, as quais são empregadas principalmente em compósitos reforçados com fibras de vidro. As resinas epóxi embora sejam as mais caras, estas são muito utilizadas em aplicações estruturais e aeroespaciais por possuírem boas propriedades mecânicas e boa resistência à humidade (Silva, 2014).
2.8.4 Interface fibra/matriz
A contribuição das fibras para as propriedades finais do compósito depende de vários fatores, tais como a sua orientação, propriedades mecânicas, fração volúmica, técnica de processamento e, principalmente, a interface entre fibra/matriz (Almeida, 2012).Tanto as propriedades desta
última, como a sua própria estrutura têm uma grande influência nas propriedades finais de cada material compósito. É essencial que ocorra uma boa adesão interfacial, pois a mesma aumenta a transmissão de tensão da matriz para a fibra, influenciando positivamente no desempenho mecânico do compósito. Caso não haja esta interação, o material estará sujeito a diversas falhas. Este facto influencia diretamente na escolha dos materiais a serem empregados na composição do compósito, porque a combinação de quaisquer fases nem sempre resultará na boa interação da matriz/fibra. Seguidamente, enumeram-se os principais mecanismos de adesão entre os constituintes de um compósito (Pires, 2009):
Interdifusão;
Atração eletrostática; Ligação química; Adesão mecânica; Adsorção e molhamento.