Materiais Compostos

MATERIAS COMPOSITOS

Introdução

Muitas das tecnologias actuais exigem materiais com combinações não comuns de propriedades que não podem ser atendidas de maneira isolada por materiais convencionais, como ligas metálicas, cerâmicas e materiais poliméricos. As combinações e faixas de propriedades dos materiais foram sendo ampliadas através do desenvolvimento de materiais compósitos.

Os compósitos representam uma classe de matérias diversificada da qual muito se espera para a resolução quer de problemas complexos relacionados com as tecnologias de ponta, quer de outros relacionados com a tecnologia das indústrias, de componentes eléctricos e electrónicos e de máquinas-ferramentas.

I – Material Compósito

a) O que são e sua constituição

Um material compósito é constituído pelo conjunto de dois ou mais materiais, de naturezas diferentes, que se completam e que permitem obter um material com performances superiores àquelas que os materiais que o constituem tinham separadamente. Num compósito distinguem-se, de um modo geral, uma ou várias fases descontínuas e uma fase contínua, separadas por uma interface. A fase descontínua é designada por fase dispersa ou fase de reforço e confere resistência ao compósito. Por sua vez, a fase contínua é designada por matriz e confere maleabilidade e ductilidade.

Se o compósito for projectado e construído corretamente deve combinar as propriedades dos reforçantes com as da matriz para obter uma combinação de propriedades desejáveis não conseguidas com nenhum dos materiais convencionais.

Num compósito, para além dos materiais que constituem as matrizes e os reforçantes, poderão existir enchimentos e aditivos que são usados para a obtenção de propriedades especiais do produto final.

Figura 1 – Um material compósito é constituído pela matriz e pela fase reforçante.

b) Matriz ou Fase Contínua

As matrizes podem apresentar três origens:

. Matriz polimérica (resinas): poliésteres, silicone, poliuretano, etc.

. Matriz metálica: ligas de alumínio, titânio, etc.

. Matriz mineral ou cerâmica: carboneto de silício, carbono.

Quanto à matriz metálica e à matriz polimérica, estas têm a ductilidade desejável. Por sua vez, a matriz cerâmica necessita de reforço para melhorar a tenacidade à fractura.

A escolha dos materiais a utilizar nesta fase têm como factor essencial a força de ligação entre a matriz e a fase dispersa, pois a resistência mecânica final do compósito depende do grau e da magnitude desta ligação.

A fase contínua tem várias funções:

. Interligar-se com a fase dispersa e actuar como meio pelo qual a tensão externa aplicada é transmitida e distribuída;

. Proteger as fibras individuais de danos à superfície, resultantes de abrasão química ou mecânica com o meio;

. Separar os constituintes da fase reforçante.

c) Fase Reforçante ou Fase Dispersa

A fase reforçante pode estar na forma de partículas, fibras ou folhas. Esta encontra-se encaixada nos materiais da matriz.

Os materiais que constituem a fase reforçante tanto podem actuar como reforçantes ou como enchimento. Estes devem ser resistentes e de baixa densidade.

d) Utilidade e Características

As propriedades dos materiais compósitos dependem de muitos factores e serão diferentes conforme os tipos de materiais utilizados para fazer o compósito. Estas propriedades resultam:

. Das propriedades, da natureza e da quantidade dos materiais constituintes;

. Da geometria e da distribuição do material reforçante;

. Das interacções e da natureza da interface matriz-reforçante.

As principais características das peças fabricadas com materiais compósitos são:

. Aumento de massa;

. Aumento da durabilidade, graças às suas propriedades mecânicas e químicas;

. Ausência de corrosão;

. Ausência de plasticidade (o seu limite de plasticidade corresponde ao limite de ruptura);

. Diminuição do envelhecimento sob a acção da humidade e do calor;

. Insensibilidade a certos produtos químicos correntes (solventes, tintas, óleos, petróleo, etc);

. Resistência aos impactos e aos choques;

. Grande anisotropia.

II - Cermet

Durante a segunda guerra mundial, cientistas alemães desenvolveram cermets usando como cerâmica óxidos. Utilizaram-nos para fabricar peças de motores, de avião neste caso, pois resistiam a altas temperaturas e eram mais leves que as ligas metálicas.

A Força Aérea dos Estados Unidos, viu um grande potencial neste tipo de material e, como tal, financiou a investigação destes em centros como a Universidade Estadual de Ohio e da Universidade de Illinois, entre outras, obtendo um sucesso moderado. Contudo, na década de 50 o desenvolvimento destes estagnou.

Foi

...