Aula 21 junho - compositos

COMPSITOS : DEFINIES Um material compsito formado por uma mistura ou combinao de dois ou mais micro ou macro constituintes que diferem na forma e na composio qumica e que, na sua essncia, so insolveis uns nos outros Compsitos so materiais formados pela combinao de dois ou mais materiais distintos que mantm as suas propriedades individuais e sem que haja interao qumica intencional entre eles Compsitos so materiais multifsicos e sintticos e cujas fases constituintes devem ser distintas quimicamente e separadas por uma interface.

FUNES DA MATRIZ E DO REFORO Fase contnua - MATRIZ Responsvel pela aparncia do produto e de suas caractersticas superficiais Funo envolver, separar e proteger o reforo de ataques externos Transmitir as tenses aplicadas no compsito para o reforo. Fase dispersa - REFORO Funo estrutural ; Responsvel pela resistncia do compsito. Caracterizados de acordo particulados ou fibrosos. Fibrosos geram anisotrpicos produtos com mais sua forma em e

resistentes

Propriedades dos compsitos Funo das propriedades das fases constituintes Propores,

Porosidade Interaes Forma Tamanho Distribuio e o grau de orientao da fase dispersa (fibras contnuas ou curtas, cargas etc.).

CLASSIFICAO DOS COMPOSITOS

COMPOSITOS

PARTICULADOS

FIBROSOS

ESTRUTURAIS

grandes

pequenas

contnuos

descontnuos

laminados

sandwiche

unidirecionais

aleatrios

Classificao dos materiais compsitos Based on geometry of the reinforcing phaseParticulate reinforced composites (PRC) Flake reinforced composite Fiber reinforced composites (FRC) continuous fibers, short fibers, whiskers

Classificao dos materiais compsitos Based on the types of matrices.

Polymer matrix composites (PMC)

Metal matrix composites (MMC) Ceramic matrix composites (CMC) Carbon fiber/carbonaceous matrix composites (CCC) FRPC (fiber-reinforced polymeric composite), PMMC (particulate-reinforced metal matrix composite)

PRINCIPAIS MATRIZES E REFOROS Matrizes termoplsticas

PP, PE, PVC, poliamidas, poliuretanas. Matrizes termofixas

Polister insaturado, epoxi, fenlicas. Matrizes elastmericas

Borracha natural, sbr e abs. Cargas

Minerais - carbonato de clcio, caulim, bentonita, mica,talco, atapulgita, Fibras

Sintticas: fibras de vidro, carbono e kevlar Fibras naturais: fibras vegetais, animais e minerais.

Influncia das Caractersticas da Carga Particulada nas Propriedades Mecnicas dos Compsitos CRITRIOS DE SELEO1. FRAO VOLUMTRICA E PROPRIEDADES Quando se adiciona uma carga ao polmero esperado que as propriedades finais do compsito sejamintermedirias s propriedades dos componentes individuais, calculadas pela regra das misturas.

REGRA DAS MISTURASc = f Vf + m VmVf ; Vm % em volume de fibras e de resina (frao volumtrica)

c = K [f Vf +m(1- Vf)]

c; f ; mDensidades do compsito, das fibras e da resina

Ec = K[Ef.Vf + Em(1- Vf)] Vm = (1-Vf)

c; f; m: Resistncia trao compsito e constituintes do

Ec; Ef; Em Mdulo de elasticidade do compsito e componentes

Influncia das Caractersticas da Carga Particulada nas Propriedades Mecnicas dos Compsitos2. TAMANHO, DISTRIBUIO DE TAMANHO E FORMA

O tamanho da partcula ou aglomerado tem forteinfluncia nas propriedades de polmeros modificados com cargas particuladas.

De uma maneira geral a resistncia do compsitoaumenta com a diminuio do tamanho de partcula.

Forma das partculas da carga

Fator

importante para termoplsticos vtreos.

a

tenacificao

de

Acredita-se que partculas com formato esfricosejam mais eficientes para exercer funes de iniciao e terminao das trincas melhorando as propriedades mecnicas do compsito.

Influncia das Caractersticas da Carga Particulada nas Propriedades Mecnicas dos Compsitos3. DISPERSO E DISTRIBUIO

H uma tendncia natural das cargas formaremagregados

Impedindo o envolvimento completo pela matriz] Pode gerar a concentrao de tenses Consequentemente reduo das propriedadesmecnicas da matriz polimrica

Importante Partculas da carga estejam bem dispersas ebem distribudas na matriz polimrica

4. ADESO INTERFACIAL A interface assume um importante papel nas propriedades mecnicas do compsito adeso resulta mecnicas em melhoria das propriedades

Fraca adeso interfacial resulta em vazios nessa fragilizao do compsito regio, provocando

Superfcie da fratura de uma amostra de PP contendo talco, baixa adeso interfacial, provocando a fratura frgil da amostra (REF. RABELLO).

Influncia das Caractersticas da Carga Particulada nas Propriedades Mecnicas dos Compsitos5. PUREZA QUMICA Contaminantes na forma de ons metlicos ativos aceleram as reaes de degradao da matriz

matria orgnica presente na carga, podem evaporar durante o processamento, resultando em vazios que podem diminuir as propriedades finais do compsito.6. HIGROSCOPICIDADE Cargas higroscpicas causam degradaes hidrolticas durante o processamento de alguns polmeros (Nailons e polisteres (PBT e PET)) dificultando o processamento e resultando em diminuio de propriedades mecnicas do compsito.

Influncia das Caractersticas da Carga Particulada nas Propriedades Mecnicas dos Compsitos7. ABRASIVIDADE Cargas abrasivas provocam desgastes nos equipamentos de processamento de materiais polimricos (extruso, injeo, calandragem, etc..). Cargas minerais prejudiciais. 8. CUSTOS contendo quartzo so altamente

O custo de uma carga s justificado caso as propriedades finais desejadas do compsito sejam atingidas. 9. OUTRAS CARACTERSTICAS

propriedades trmicas, ticas e eltricas

Eficincia do Reforo Fibroso Orientao das fibras, Comprimento,

Distribuio, Interao matriz/fibra,

Frao volumtrica dos componentes da mistura e, Composio qumica da matriz e das fibras.

Influncia dos Parmetros/Eficincia do Reforo R e s i s t n c i a0,01 0,1 Maior concentrao

Melhor Adeso

Fibra + Longa Fibra + Curta

1,0

10

Comprimento da Fibra (mm) (mm(mm(mm

Linhas imaginrias de distribuio de tenso

No Deformado

Deformado

Efeito da deformao ao redor da fibra na matriz sob tenso: fibra descontnua sem deformao e (b) deformada.

Efeito do comprimento da fibraO comprimento das fibras podem alterar significativamente o desempenho mecnico, bem como outras propriedades do compsito.

lc

f .d2. f

-

f - limite de resistncia traoFora da ligao entre a fibra e a matriz

Lc - comprimento crtico; d - dimetro da fibra (d)

ROVING CONTNUO

Direo do roving mxima resistncia

Somente resina / baixa resistncia

TECIDO ORTOTRPICO

Menor Resistncia

Resistncia mxima

ROVING PICADO E MANTAS

Resistncia igual em todas as direes - Quase isotrpico

+ 90 0

180 0 +

00 +

Tecido bidirecional

Roving unidirecional

+ 270 0

Manta ou roving picado

EXEMPLOS DE COMPSITOS

EXEMPLOS DE COMPSITOS

EXEMPLOS DE COMPSITOS

COMPSITOS NA INDUSTRIA AUTOMOTIVA

COMPSITOS NA INDUSTRIA AUTOMOTIVA

Compsitos avanados Advanced composite materials are refereed to those composite materials developed and Used in the aerospace industries. Theyusually consist of high performance fibers asreinforcing phases and polymers or metals as matrices

Carbon or graphite fiber/epoxy, glass fiber/epoxy, boron Fiber/aluminum, boron fiber/titanium, etc. These advanced composites have now found more and More applications in commercial industries

COMPSITOS NA INDUSTRIA AERONAUTICA

COMPSITOS NA INDUSTRIA AERONAUTICA

Garganta da tubeira de foguetes (compsito carbono/carbono) Operao contnua: 1600 - 1900 C ~ 500 kg/s ~ 400 atm

~ 25 C a 3000 C em poucos segundos

Freios de carbono (compsito carbono/carbono)

- Ecintica Boeing 767 com 440 toneladas a 320 km/h cerca de 650 MJ. - Uma parte desta energia cintica deve ser convertida em energia trmica, em menos de um minuto. - Esta capacidade de frenagem pode ser atingida utilizando cerca de 700 kg de compsito C/C, que seria capaz de absorver aproximadamente 625 MJ.

Freios de carbono (compsito carbono/carbono)A340-500/600

~ 8 km/s ~ 1430 C

FONTE: IBCom - Instituto Brasileiro dos Compsitos