Materiais CompósitosPoliméricos Profa. Dr. Deborah Dibbern Brunelli Departamento de Química Divisão de Ciências Fundamentais Instituto Tecnólógico de Aeronáutica Compósitos ou Materiais compósitos dois ou mais materiais (ou fases). Propriedades rigidez, resistência mecânica, peso, desempenho em altas temperaturas, resistência a corrosão, dureza ou condutividade. Exemplos de materiais compósitos: 1) Madeira: fibras de celulose fortes e flexíveis em uma matriz rígida de lignina. 2) Osso: mineral cerâmico de hidroxiapatita forte e quebradiço imerso em polímero – colágeno – tipo de proteína. 3) Concreto: compósito agregado agregado grosso (brita) e agregado fino (areia) em aluminossilicato de cálcio (cimento Portland) Compósitos Reforço + Matriz Reforço • dureza • resistência a tração • tenacidade • rigidez Função dos componentes Função dos componentes Matriz • manutenção das fibras na orientação apropriada • proteção contra abrasão e efeitos ambientais • transferência e distribuição das tensões Fatores que influenciam os compósitos • Propriedades e fração volumétrica • Distribuição e dispersão da fase dispersa • Tamanho, formato e porosidade da carga • Adesão interfacial Matriz Polimérica Metálica Cerâmica Carbono e Grafite Termoplástica Termofixa Compósitos de matriz polimérica Termofixos Epoxídica Fenólica Poliéster Poli (sulfeto de fenileno) Termoplásticos Poli éter- éter-cetona Poli éter imida Poli sulfona Poli amida imida Compósitos de matriz polimérica Fibras utilizadas como reforço • Vidro-E • Vidro-S • Carbono (Grafita) • Para-aramida (Kevlar ® ) Fibras de vidro Vantagens: • baixo custo • alta resistência a tração Desvantagens: • baixo módulo de elasticidade • baixa resistência à fadiga Fibra de vidro Composição aplicação Const. SiO2 Al 2 O 3 B 2 O 3 MgO CaO Na 2 O Vidro-E 55,2 14,8 7,3 3,3 18,7 - Vidro-C 65 4 5 3 14 8,5 Vidro-S 65 25 - 10 - - Agente de ligação: Y-(CH 2 )-Si-(X) 3 ; Y=afinidade orgânica, X= afinidade inorgânica Aplicações: automóveis, barcos, caixas d’água, recipientes de armazenamento. Fibras de Carbono Vantagens: • baixa massa específica • alto módulo de elasticidade (200 a 700GPa) • maior resistência à umidade e a muito ácidos e solventes Desvantagens: • alto custo Aplicações • Indústria de equipamentos esportivos, indústria aeroespacial Fibras de Carbono Filamento longo – diâmetro = 0,005 – 0,010 mm Cristais de grafita + carbono amorfo alinhados paralelamente ao eixo da fibra. Obtenção: - Pirólise de fibras de poliacrilonitrila (resistência específica maior e módulo específico menor), celulose (rayon), piches, etc. - Remoção de oxigênio, nitrogênio e hidrogênio Fibra de Poli (aramida) Vantagens: • Baixa massa específica • Alta tenacidade • Ductibilidade • Alta resistência mecânica Desvantagens: • Baixa resistência a compressão Aplicações: cordas,coletes a prova de bala, carcaça de mísseis, substituição do amianto em freios. Aplicações Kevlar:Cordas,coletes a prova de bala, carcaça de mísseis, substituição do amianto em freios, embreagem gaxetas - Kevlar e nomex Compósito híbrido carbono/kevlar Materiais compósitos híbridos Curva de tensão-deformação E = módulo de elasticidade = / , e = ponto de escoamento, r = tensão de ruptura, r = deformação de ruptura. M ó d u l o d e e l a s t i c i d a d e M a s s a e s p e c í f i c a ( g / c m 3 ) Boeing 787 Morphing planes Agradeço a atenção!