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Cap. 17 - Compsitos

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    22-Mar-2016

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Disciplina: EET 310 Princpio de Cincia dos Materiais (PCM). Definio: Material multifsico que exibe uma proporo significativa das propriedades dos materiais que o constitui. Obs: -Na prtica os constituintes devem ser quimicamente diferentes e separados por uma interface - PowerPoint PPT Presentation

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Cap. 17 - CompsitosCap. 17 - CompsitosDefinio: Material multifsico que exibe uma proporo significativa das propriedades dos materiais que o constitui.Obs: -Na prtica os constituintes devem ser quimicamente diferentes e separados por uma interface - Muitos compsitos so constitudos por apenas duas fases; matriz e fase dispersa liga metlica (perlita): ferrita (Fe); dctil e molecementita (Fe3C); frgil e dura compsitos naturais:-osso; colgeno (protena forte mas mole) e apatita (mineral duro porm frgil)madeira; fibras de celulose (resistentes e flexveis) envolvidas pela lignina (rgida)Exemplos:concreto: matriz; cimento fase dispersa; areia (enchimento) e brita cermets (cermica-metal), ex.: carbetos cimentadosaplicao: ferramentas de corte de aos endurecidosmatriz; metal (Co, Ni)fase dispersa; (WC, TiC)Disciplina: EET 310 Princpio de Cincia dos Materiais (PCM) Fatores que influem nas propriedades dos compsitos: propriedades das fases, quantidades relativas e geometria da fase dispersa (forma, tamanho, distribuio e orientao) Obs: Frao volumtrica; parmetro que influencia nas propriedades mecnicas dos compsitosClassificao dos compsitos: Reforados com patculas: grandes; as interaes no so em nvel atmico ou molecular, sorgidas e restringem o movim. da matriz e, suportam parte da carga aplicada- por disperso; partculas entre 0,01 e 0,1 m que dificultam o movim de discord., restringindo a deform. plast. e melhorando a e o LRT e a H. Reforados com fibras; tecnologicamente so os mais importantes para alta resist. e/ou rigidez com baixopeso. Parmetros considerados:resistncia especfica (LRT / densidade relativa do material)-mdulo especfico (E / densidade relativa do material)Obs: -As caractersticas mecnicas dos compsitos alm das propr. das fibras tambm dependem da transferncia de carga da matriz para as fibras.- necessrio um comprimento crtico da fibra (Lc) para aumentar a resistencia e rigidez do compsito. ex.: Lc = 1 mm e 20d < Lc < 150d para vrios tipos de matriz com fibra de vidro ou C e L-fibras contnuas L > > Lc (L > 15Lc). -fibras descontnuas (L < Lc); a matriz se deforma ao redor das fibras, no h transferencia de carga -as orientaes, concentrao e distribuio das fibras tambm influem nas propriedades Comportamento Elstico Carregamento Longitudinal:Ec = Em.Vm + Ef.Vf (eq. 17.10a )Ec = Em.(1-Vf) + Ef.Vf (eq. 17.10b )ou usqueres; monocristais (com elevada perfeio cristalina) com razo comprimento /dimetro muito alta. So os materiais mais resistentes existentes e isentos de defeito. fibras: policristalinas ou amorfas com dimetro relativamente pequenos. So geralmente polmeros (aramidas) ou cermicas (vidro, C, B, alumina)arames: tem dimetro relativamente grandes. Incluem o ao, Mo e WFibras:Obs: materiais frgeis na forma de so mais resistentes que os mesmos na forma de volume (< probab. de defeito crtico superficial produzir trinca)Classificao das fibras:Matriz: Pode ser metal, polmero ou cermico. Para aplicaes que requerem ductilidade opta-se por metais ou polmerosFunes da matriz em compsitos reforados com fibras:Meio de transmisso de carga.Proteo das fibras individuais contra danos superficiais (abraso mecnica ou reaes qumicas com o meio.Separao das fibras para evitar a propagao de trincas.Compsitos com Matriz Polimrica(PMC) reforadas com: fibras de vidro, vantagens:(3m < dim. < 20m)-alta resistncia e facilm. estiradas do estado fundido-proporciona alta resist. especfica no interior da matriz de plastico-inerte quimicamente junto com plstico( pode ser usada em ambientes corrosivos)- aplicaes, ex: indstria de transporte para < peso dos veculos e > eficincia dos combustveis fibras de C, vantagens:maiores resist. espec. e md. espec. dentre todos os mat. fibrososmantm estas propr. em temperaturas elevadas (mas; problema de oxidao) no so afetadas por umidade, vrios solventes , cidos e basescusto relativam baixo dos seus compsitos- aplicaes, ex: equipam. esportivos (tacos de golfe), componentes estruturais de aeronavesCompsitos com Matriz Metlica (MMC): utilizadas em > temperaturas que seus metal-basetipos de reforos; partculas, fibras contnuas (C, SiC, aluminae metais refratrios. funes do reforo, melhorar: sua resist. espec., rigidez espec., resist abraso, resist. fluncia, condut. trm. e estabilidade dimensional. Vantagens dos MMC em relao aos PMC:tem > resist. degradao por fluidos orgnicos podem ser usados em > temperaturas no so inflamveis fibras aramidas, vantagens:(nomes comerciais: Kevlar e nomex)materiais com cuja realao resistncia peso superam s dos metaisseu LRT > aos demais materiais polimricos fibrosos tem alta tenacidade, resist. ao impacto, fluncia e fadiga ( mas fracas sob compresso resistentes combusto (embora termoplsticas) embora susceptveis degradao por cidos e bases fortes, so inertes a outros solventes e produtos qumicosaplicaes; normalmente usadas com matriz de epxi ou polisteres, ex: produtos balsticos ( coletes prova de balasAlgumas aplicaes de MMC: recente: componentes de motores de automveis com matriz Al reforada com fibras de alumina ( compsitos leves, resist. ao desgaste e distores trmicas estruturais; matriz de Al reforada com fibras de B para nibus espaciaisespaciais; matriz de Al com fibras de grafita para o telescpio Hubble.Compsitos com Matriz Cermica (CMC):Obs: -Os materiais cermicos so mais resistentes oxidao e deteriorao em temperaturas elevadas, no fosse a sua fragilidade seriam ideais para aplicaes nestas temperaturas e severas condies de Tenso como em motores de turbina a gs. Tem tenacidade a fratura (KIC) muito inferior dos metais.A KIC dos cermicos tem melhorado com a gerao de CMC com partculas, fibras ou usqueres de outroCermico (a trinca iniciada na matriz barrada ou retardada pela fase dispersa) Algumas vantagens dos CMC :boa resist. fluncia temperaturas elevadas tem > resist. choques trmicosAlgumas aplicaes de CMC: alumina reforada com usqueres de SiC usadas como enxerto em ferramentas de corte para usinagem de ligas metlicas duras (vida til > do que ferramentas com carbetos cimentados).Compsitos estruturais: So compostos tanto por materiais homogneos quanto por materiais cujas propriedades dependem da geometria dos seus constituintes (alm das suas caractersticas individuais). -Tipos: Compsitos laminares : Folhas ou painis bidimensionais empilhados e cimentados e, com uma direo preferencial de alta resistncia.Ex.: madeira, plsticos reforados comfibras contnuas e alinhadas. Painis em sanduche : Duas folhas externas (faces) mais resistentes separadas por material menos denso e menos rgido (recheio).materiais tpicos para as faces: ligas de Al, plsticos reforados com fibras, Ti, ao e madeira compensada.-recheio: polmero em espuma, borracha sinttica Obs: Outro recheio popular: estrutura em colmia (finas folhas intertravadas em formato hexagonal com eixos perpendiculares s faces.Aplicaes: pisos, telhados, paredes de prdios, aeronaves ( asas, fuselageme revestimento do leme horizontal) Mtodos de Processamento de Compsitos (reforados com fibras) : Prepeg: mais utilizada para aplicaes estruturais. As fibras contnuas so pr-impregnadas com resina polimrica parcialmente curada. Pultruso: para componentes com comprimento contnuo e seco reta constante (barras, tubos, vigas)-matriz; polister, ster vinlico, resina epxi-reforo: fibras de vidro, fibras de C e fibras aramidasEnrolamento de filamento: As fibras so posicionadas em um padro pr-determinado para obteno de uma forma oca (em geral cilndrica). Obs:- Esta tcnica permite um elevado controle sobre a uniformidade e orientao dos enrolamentosVrios padres de enrolamento so possveis; circunferencial, helicoidal e polarSo obtidas peas com altas razes entre resistncia e peso.