Estrutura e Materiais: Compósito

Estrutura e Materiais: Compósito

Universidade Federal do Pará Instituto de Tecnologia Faculdade de Engenharia Mecânica

Antônio Carlos 10021002401

Dilson Vasconcelos 10021004501

Sérgio Custódio 10021000401

Ricardo Maciel 10021003301

Waldemilson Correia 10021003101

  • Objetivos

  • Introdução

  • Compósitos Reforçados Por Partículas

  • Compósitos Reforçados Por Fibras

  • Compósitos Estruturais

  • Conclusão

  • Referências

1. Objetivos

  • Apresentar a definição e as principais características de um material compósito.

  • Distingui e analisar as propriedades das três divisões principais dos materiais compósitos.

  • Analisar a importância do estudo desses materiais.

  • Mostrar algumas aplicações.

2. Introdução

  • Muitas das nossas tecnologias modernas requerem materiais com desusuais combinações de propriedades que não podem ser atendidas por ligas metálicas, cerâmicas ou materiais poliméricos.

  • Um compósito é considerado como sendo qualquer material multifásico que exibe uma significativa proporção de propriedades de ambas as fases constituintes de tal maneira que uma melhor combinação de propriedades é realizada.

No projeto de materiais conjugados, cientistas e engenheiros têm engenhosamente combinado vários metais, cerâmicas e polímeros para produzirem uma nova geração de extraordinários materiais.

  • No projeto de materiais conjugados, cientistas e engenheiros têm engenhosamente combinado vários metais, cerâmicas e polímeros para produzirem uma nova geração de extraordinários materiais.

  • Existem também um número de compósitos que ocorrem na natureza.

  • Muitos materiais compósitos são compostos de justo 2 fases: uma é denominada matriz, que é continua e circunda a outra fase, às vezes chamada fase dispersa.

Figura 2 . Representações esquemáticas das diversas características geométricas e espaciais das partículas da fase dispersa, que podem influenciar as propriedades dos compósitos: (a) concentração, (b) tamanho, (c) forma, (d) distribuição e (e) orientação.

Figura 2 . Representações esquemáticas das diversas características geométricas e espaciais das partículas da fase dispersa, que podem influenciar as propriedades dos compósitos: (a) concentração, (b) tamanho, (c) forma, (d) distribuição e (e) orientação.

3. Compósitos reforçados por Partículas

  • Esse grupo é sub-dividido em Partículas Grandes e Reforçados por Dispersão.

  • A distinção entre essas baseia-se no mecanismo de reforço e aumento de resistência mecânica.

3.1. compósitos de partículas Grandes

  • O termo "grande" é usado para indicar que as interações partícula-matriz não podem ser tratadas nos níveis atômico ou molecular; em vez disso, mecânica do contínuo é usada.

  • Compósitos de partícula grande são utilizados com todos os três tipos de materiais (metais, polímeros e cerâmicas).

3.1.1. cermet

Figura 3. Fotomicrografia de um carbeto cimentado WC-Co. As áreas claras são a matriz de cobalto e as regiões escuras são as partículas de carbeto de tungstênio. Ampliação de 100X

3.1.2. Negro Fumo

Figura 4. Micrografia eletrônica mostrando as esféricas do reforço de negro de fumo em um composto que compõe a face de rolamento de um pneu de borracha sintética. As áreas que lembram marcas d’água são minúsculos bolsões de ar na borracha. Ampliação de 80.000.

3.1.3 concreto

Figura 5. Concreto de cimento Portland. Figura 6. Concreto Reforçado.

3.2. Compósitos fortalecidos por dispersão

  • Para compósitos reforçados por dispersão, partículas são normalmente muito menores, tendo diâmetros entre 0,01 e 0,1 µm (10 a 100 nm).

  • Interações partícula-matriz que conduzem ao fortalecimento ocorrem num nível atômico ou molecular.

  • Enquanto que a matriz suporta a maior porção de uma carga aplicada, as pequenas partículas dispersas dificultam ou impedem o movimento das discordâncias.

A resistência a altas temperaturas das ligas de níquel pode ser melhorada de uma maneira significativa pela adição de aproximadamente 3%v de tória(ThO2) na forma de partículas finamente dispersas.

  • A resistência a altas temperaturas das ligas de níquel pode ser melhorada de uma maneira significativa pela adição de aproximadamente 3%v de tória(ThO2) na forma de partículas finamente dispersas.

4. Compósitos reforçados por fibras

  • Tecnologicamente, são os compósitos mais importantes.

  • Compósitos reforçados com fibra com excepcionalmente altas resistências mecânicas e módulos têm sido produzidos com materiais de fibra e de matriz de baixas densidades.

  • Suas propriedades são influenciadas diretamente pelo comprimento, orientação e concentração da fibra.

4.1. influencia do comprimento da fibra

  • O aumento do comprimento da fibra provoca um aumento do reforço proporcionado

4.2. influencia da orientação da fibra e da sua concentração

  • Com relação à orientação, dois extremos são possíveis: (1) um alinhamento paralelo do eixo longitudinal das fibras numa única direção, e (2) um alinhamento totalmente randômico.

  • Melhores propriedades globais de compósito são obtidas quando a distribuição da fibra é uniforme.

4.3. A fibra

  • Primeiramente vale ressaltar que a resistência de uma fibra é superior a um material massivo composto pelo mesmo material.

  • É classificada com base no diâmetro e no caráter das fibras em três classes, filamentos ("whiskers"), fibras e fios, com diâmetro pequeno, médio e grande, respectivamente.

4.4. A matriz

  • Age como um transmissor de tensão, do exterior às fibras, e proteger as fibras de danos superficiais como abrasão ou reações químicas, que poderiam causar falhas e até mesmo trincas.

  • Em geral, apenas metais e polímeros são usados como materiais de matrizes, pois exibe boa ductilidade.

4.5. curvas de tensão e deformação

Figura 9. (a) Curvas tensão-deformação esquemáticas para materiais com fibra frágil e matriz dúctil. As tensões e as deformações na fratura para ambos os materiais estão assinaladas. (b) Curva tensão-desformação esquemáticas para um compósito refoçado com fibra alinhadas que está exposto uma tensão uniaxial aplicada na direção do alinhamento; também estão superpostas as curvas para os materiais da fibra e da matriz mostradas na parte (a).

4.6. compósito reforçado por fibra de vidro

Figura 10. Tubos feitos de fibras de vidro.

4.7. compósito reforçado com fibra de carbono

Figura 11. Quadro de bicicleta feito de fibra de carbono.

4.8. compósito com matriz metálica

Figura 12. exemplo de compósito de matriz metálica o conjunto coroa-eixo de uma bicicleta

4.9. compósitos híbridos

Figura 13. Exemplo de compósito híbrido capacetes usados por motociclistas

5. Compósitos estruturais

  • Um compósito estrutural é normalmente composto tanto de materiais homogêneos quanto de materiais compósitos cujas propriedades dependem não apenas das propriedades dos materiais constituintes mas também do projeto geométrico dos vários elementos estruturais.

  • Compósitos laminares e painéis sanduíche são 2 dos mais comuns compósitos estruturais.

5.1. compósitos laminados

5.2. painéis sanduíches

6. conclusão

Por meio das pesquisas deduzimos que os materiais compósitos são de suma importância para a engenharia devido ao fato de que muitos dos materiais reforçados tanto com fibras como por dispersão chegam a apresentar propriedades próximas das ótimas, não sendo possíveis se não fosse pela combinação das propriedades das fases constituintes.

7. referencias

Callister, W. D. Materials Science and

Engineering: An Introduction, ed. 4, John Wiley &

Sons, USA, 1997.

Van Vlack, Lawrence H. Princípios de Ciência

dos Materiais, ed. 1, Edgard Blucher ,BRA,2000.

K.K. Chawla, Composite Materials - Science and

Engineering, Springer-Verlag, N. York, 1998

Hull, D., Clyne, T. W. – “Uma introdução aos

materiais compósitos”, 2ª edição

Lubin, G. Handbook of Composites. Nova York Ed. Van Nostrand

Reinhold, 1982.

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