Seminário Ciências de Materiais Grupo 4 Compósitos

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Materiais Compósitos 
Alunos: Daniel, Germano, Iuri, Leonardo, Luís Fernando, Maria Laura, Rodrigo
Disciplina: CEA700 - Princípios de Ciências de Materiais
Professora: Fernanda
João Monlevade – MG
18/06/2019
Universidade Federal de Ouro Preto 
Instituto de Ciências Exatas e Aplicadas
Departamento de Ciências Exatas e Aplicadas
Campus João Monlevade
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● Introdução
● Conceito de Compósitos
● Processamento dos Compósitos
● Compósitos Reforçados com Partículas 
● Compósitos Reforçados com Fibras
● Compósitos com Matriz Polimérica
● Compósitos com Matriz Cerâmica
● Compósitos com Matriz Metálica 
● Compósito Carbono-Carbono 
● Compósitos Híbridos
● Degradação do Material
● Compósitos Estruturais
● Conclusão 
Sumário
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• Historicamente, o avanço das civilizações dependeu do aperfeiçoamento dos materiais.
• Pré história: pedras, madeiras, ossos e peles.
Introdução
3Fonte: Evolução Histórica. Disponível em: http://docente.ifrn.edu.br/albinonunes/disciplinas/quimica-experimental/industria-quimica/cap-8Acess
o em 09 Jun. 2019.
http://docente.ifrn.edu.br/albinonunes/disciplinas/quimica-experimental/industria-quimica/cap-8
• Nas décadas de 80 e 90
• Uso comum para melhorar o desempenho de veículos espaciais e aviões militares.
• Egípcios usavam materiais compósitos de fibras naturais como o papiro para fazer barcos, velas 
e cordas desde o ano 4000 a.C.
Introdução
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• A cidadela de Bam, na província iraniana de Kerman: a maior estrutura do mundo em adobe, 
datando de pelo menos 500 a.C. 
•“Adobe” = tijolos de terra seca reforçada com fibras
 naturais cortadas (palha).
Introdução
Fonte: Materiais Compósitos. Disponível em: 
ttps://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4354018/mod_resource/content/1/PMT%203200%20-%20Se
mana%204%20-%20Comp%C3%B3sitos.pdf. Acesso em 09 Jun. 2019.
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https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4354018/mod_resource/content/1/PMT%203200%20-%20Semana%204%20-%20Comp%C3%B3sitos.pdf
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4354018/mod_resource/content/1/PMT%203200%20-%20Semana%204%20-%20Comp%C3%B3sitos.pdf
•Um material compósito pode ser definido como dois ou mais materiais (fases ou constituintes) 
integrados de modo a formar um novo material.
•Os constituintes mantêm suas propriedades, mas o compósito resultante terá propriedades 
diferentes destes.
Compósitos - Conceito
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• Compósitos = Reforço + Matriz
Reforço dureza, resistência a tração, tenacidade, rigidez.
Matriz manutenção das fibras na orientação apropriada, proteção contra abrasão e efeitos 
ambientais , transferência e distribuição das tensões.
Compósitos
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Compósitos 
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Compósitos - Propriedades 
9Fonte: Materiais Compósitos. Disponível em: ttps://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4354018/mod_resource/content/1/PMT%203200%20-%20Se
mana%204%20-%20Comp%C3%B3sitos.pdf. Acesso em 09 Jun. 2019.
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4354018/mod_resource/content/1/PMT%203200%20-%20Semana%204%20-%20Comp%C3%B3sitos.pdf
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4354018/mod_resource/content/1/PMT%203200%20-%20Semana%204%20-%20Comp%C3%B3sitos.pdf
• Reforçados em que aspecto;
• Podem ser subdivididos em compósitos reforçados por dispersão e compósitos reforçados com 
partículas grandes;
• Ambos buscam aumento de resistência do material.
 
Compósitos Reforçados com Partículas 
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- Compósitos reforçados com partículas por dispersão:
• Interação nível atômico ou molecular.
• Força é absorvida em maior parte pela fase matriz enquanto as partículas dispersas impedem a 
dissipação da discordâncias no material.
Exemplos:
Compósitos Reforçados com Partículas 
Carbeto de tungstênio 
Fonte:https://derivata.com.br
/carboneto-de-tungstenio
Óxido de alumínio
Fonte:http://www.techgel.com.br/
paginas/oxido-de-aluminio 11
- Compósitos reforçados por partículas grandes:
• Interação entre matriz-partícula não é atômica ou molecular.
• Força provoca uma reação interna e é distribuída entre a fase matriz e a fase dispersa .
 Exemplo:
Compósitos Reforçados com Partículas 
Concreto
Fonte:http://topmix.com.br/concreto-usinado/concreto
-de-alta-resistencia-inicial/
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• Comprimento das fibras;
• A alta resistência e transmissão forças;
• Alta adesão entre as fases;
• Um determinado comprimento crítico de fibra é necessário
Compósitos Reforçados com Fibras
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Tubos com fibra de vidro.
Fonte:http://www.interfiber.com.br/compositos-dos-tubos-prfv-fibra-de-vidro/
- Orientação das fibras:
• Orientadas formando um ângulo raso com o sentido do esforço a resistência será máxima. quando 
o ângulo for obtuso, a resistência cai, e, ao formar um ângulo reto, a resistência é mínima.
Compósitos Reforçados com Fibras
● Divididas em duas categorias:
○ Contínuas;
○ Descontínuas;
■ Alinhadas;
■ Desalinhadas.
Fonte: Callister (2008 p. 587)
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• Para compósitos com fibras contínuas e alinhadas as respostas mecânicas desse tipo de 
compósito dependem de diversos fatores, entre eles o comportamento tensão-deformação que 
é demonstrado no gráfico.
Fonte:Adaptado de Callister (2008 p. 587).
Compósitos Reforçados com Fibras
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● Compósitos com fibras descontínuas e alinhadas:
Uma eficiência menor que os compósitos com fibras descontínuas e desalinhadas.
Podem ser produzidos tendo módulos de elasticidade e limites de resistência à tração que se 
aproximam parcialmente aos seus análogos com fibras contínuas.
Compósitos Reforçados com Fibras
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Fonte: Adaptado Callister (2008 p. 587)
● Compósitos com fibras descontínuas orientadas aleatoriamente:
Principalmente anisotrópicos;
Reforço máximos são obtidos ao longo da direção de alinhamento.
● Materiais com fibras curtas:
Custos de produção mais baixos que materiais com fibras contínuas, ou longas. tem um 
tempo bem menor também.
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Compósitos Reforçados com Fibras
Fonte: Adaptado Callister (2002 p. 365)
FASE MATRIZ + FASE DISPERSA
• Fase matriz:
• Polimérica
• Cerâmica
• Metálica
• Afinidade entre os materiais.
Compósitos com Matriz
Fonte: Fases dos compósitos
Disponível em: <https://engenhariaaeronautica.com.br/blog/materiais-compostos/>
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https://engenhariaaeronautica.com.br/blog/materiais-compostos/
• Material formado por polímeros ou por um polímero e outro tipo de material;
• Resina polimérica e fibras;
• Boas propriedades a temperatura ambiente;
• Facilidade na fabricação; 
• Baixo custo. 
Matriz Poliméricas 
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Matriz Polimérica Reforço
Vidro
Carbono 
Aramida.
GFRP – Glass Fiber Reinforced Polymer
Compósitos Poliméricos Reforçados com Fibras de Vidro 
• Alta resistência a partir do estado fundido;
• Material facilmente disponível;
• Ampla variedade de técnicas de fabricação;
• Resistente a ambientes corrosivos.
• Limitações:
• Pouco rígidos;
• Tmáx <200ºC.
• Aplicações:
• Carcaças automotivas e marítimas;
• Recipientes de armazenamento.
Matriz Poliméricas 
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CFRP - Carbon Fiber Reinforced Polymer
Compósitos Poliméricos Reforçados com Fibra de Carbono
• Compósitos avançados de alto desempenho;
• Inerte a umidade, solventes, ácidos e bases;
• Boa relação custo benefício.
• Limitação: Custo elevado;
• Aplicações:
• Equipamentos esportivos, aviação e automotivo.
Matriz Poliméricas 
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PCRAF - Polymeric Compisites Reinforced with Aramid Fiber
Compósitos Poliméricos Reforçados com Fibra de Aramidas
• Resistência;
• Kevler e Nomex
• Boa tenacidade;
• Resistentes afluência e a fadiga;
• Flexíveis.
• Limitações:
• Ação de ácidos e bases fortes;
• Custo elevado (>fibras de vidro);
• Compressão.
Matriz Poliméricas 
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Tabela 1: Propriedades de compósitos com matriz expóxi reforçados com fibra contínuas e alinhadas de vidro, carbono e aramidas. Fração 
volumétrica da fibra de 0,6.
Matriz Poliméricas 
Fonte: Callister, Jr.Willian D.( 2008, p.440) 23
• Primórdios da humanidade;
• Resilientes á oxidação;
• Deterioração a temperaturas elevadas;
• Limitações:
• Dificuldade de fabricação;
• Tensões térmicas;
• Suscetíveis a fraturas.
Matriz Cerâmica 
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•Matriz Cimentícia
• Argamassas e os concretos.
• Boa resistência e compressão;
• Reduzida resistência a tração;
Matriz Cerâmica 
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• A inserção das fibras modifica as características da matriz
• Exemplo: concreto
• aumentando a ductilidade, a tenacidade, a 
resistência a tração e os impactos.
• As fibras mais utilizadas: aço, vidro e polipropileno.
Figura ?? - Demonstração esquemática do aumento da tenacidade por transformação. (a)Uma trinca 
antes da indução da transformação de fases da partícula ZrO2. (b) Parada da trinca devido à 
transformação de fases induzida pela tensão.
Matriz Cerâmica 
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Fonte: Callister (2008 p. 444)
• Resistentes a elevadas temperaturas e desgastes;
• Reforçado com partículas ou fibras cerâmicas;
• Baixa densidade;
• Resistência e dureza.
 
Matriz Metálica
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Matriz Metálica
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• Em Fase Líquida.
• Em Fase Sólida.
Sinterização 
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Ligas Metálicas 
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Compósitos Carbono-Carbono 
● Alto valor de tenacidade a fraturas.
● Baixíssimo coeficiente de expansão térmica.
● Excelente resistência a corrosão.
● Boa propriedade térmica e elétrica.
● Aplicação na aeronáutica.
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Fibra de Carbono 
● Poliacrilonitrila;
● Pirólise;
● Piche ou Rayon;
● Thomas Edison, em 1878.
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Fibra de Carbono e Carbono/Fenólica 
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Compósitos Híbridos 
● Melhor combinação global .
● São divididos em Naturais e sintéticos.
● Fibra de Vidro
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Degradação do Material
● Interação entre os produtos formadores do compósito.
● Legislação ambiental
● Compósitos biodegradáveis
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Compósitos Estruturais
● Compósitos Estruturais: 
formados a partir de dois ou mais
 constituintes a nível macroscópico;
● Sua resistência não depende somente das
 propriedades dos materiais constituintes mas
 também do projeto geométrico dos seus
componentes.
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Aplicação na Indústria Aeroespacial
Sonda Espacial Parker
Fonte: Compositos em aeronaves. Disponível em: 
ttps://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4354018/mod_resource/content/1/PMT%203200%20-%20Se
mana%204%20-%20Comp%C3%B3sitos.pdf. Acesso em 09 Jun. 2019.
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Aplicação na Indústria Aeroespacial
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4354018/mod_resource/content/1/PMT%203200%20-%20Semana%204%20-%20Comp%C3%B3sitos.pdf
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4354018/mod_resource/content/1/PMT%203200%20-%20Semana%204%20-%20Comp%C3%B3sitos.pdf
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Conclusão
● Aplicações variadas;
● Alto desempenho;
● Bom custo benefício;
● Material do futuro, muita possibilidade de pesquisa e mudança em consequência do 
avanço tecnológico.
Referências
CALLISTER, W. D. Jr. Ciência e Engenharia dos Materiais: Uma Introdução. In: LTC (edição) Rio de Janeiro, 2002.
CALLISTER, William D. Fundamentos da ciência e engenharia de materiais: uma abordagem integrada. 7. ed. Rio de 
Janeiro, RJ: LTC, 2006. Disponível em: 
srvd.grupoa.com.br/uploads/imagensExtra/legado/S/SMITH_William_F/Fund_Eng_Ciencia_Materiais_5ed/Liberado/cap_01.
pdf. Acesso em 9 jun. 2109.
DANIEL, I. M., ISHAI, O. Engineering Mechanics of Composite Material. New York: Oxford University Press, 2006.
GUEDES, Rui Jorge Miranda. Materiais compósitos de matriz polimérica. Disponível em: 
<https://www.engenhariacivil.com/materiais-compositos-matriz-polimerica>. Acesso em: 08 Jun. 2019.
GERMAN, Randall M. “Sintering theory and practice.” Solar-Terrestrial Physics (Solnechno-zemnaya fizika) (1996): 568.
REZENDE, Mirabel C.; BOTELHO, Edson C. O uso de compósitos estruturais na indústria aeroespacial. Polímeros, v. 
10, n. 2, p. e4-e10, 2000.
SILVA, L. C. T.; GARCEZ, M. R. Compósitos de Engenharia de Matriz Polimérica. In: Isaia, G. C. (edição). Materiais de 
Construção Civil: e princípios de ciências e engenharia de materiais. 2.ed. São Paulo: Ibracon, 2010. v.2, p.1481-1522.
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https://www.engenhariacivil.com/materiais-compositos-matriz-polimerica
Referências
NETO, Flamínio Levy; PARDINI, Luiz Claudio. Compósitos estruturais: ciência e tecnologia. Editora Blucher, 2016.
INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO (Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial). Compósito 
Carbono-carbono. Disponível em: <www.iae.cta.br/index.php/aeronautica/carbono-carbono>. Acesso em: 09 Jun.2019.
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http://www.iae.cta.br/
http://www.iae.cta.br/index.php/aeronautica/carbono-carbono
Exercícios
● Questão 1: Como é formado um compósito?
● Questão 2: Conforme apresentado, cite 03 aplicações para os 
compósitos.
● Questão 3: Em relação a matriz cerâmica com aplicação cimentícia, 
com a aplicação dessas fibras na matriz contribui para o resultado final?
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