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Compósitos, que materiais são esses?

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Compósitos, que materiais são esses?

Tenho certeza que em algum momento na sua vida você já ouviu falar sobre metais, cerâmicas e materiais poliméricos. Mas você já ouviu falar sobre os compósitos? Não? Já, mas não entendeu direito? Então chega mais que eu vou te contar sobre eles. Venha comigo!

A essência dos materiais compósitos é combinar, em nível macroscópico, pelo menos duas fases diferentes. Essas fases distintas dos materiais compósitos são denominadas de matriz e reforço/carga. A matriz é a fase aglutinante, que irá proteger o reforço/carga e tornar possível que os reforços transfiram esforços mecânicos entre si e trabalhem de forma interconectada. A matriz pode ser tanto metálica, polimérica como cerâmica. O reforço proporciona uma melhora no desempenho mecânico do compósito e cargas geralmente são usadas para baratear materiais já existentes.

A sinergia dos compósitos

Projetando e desenvolvendo materiais compósitos é possível combinar diversos materiais, os quais juntos irão ter propriedades especiais, características que, via de regra, nenhum dos seus constituintes separadamente teriam. É como se fosse escolher as qualidades de no mínimo duas pessoas e colocar em uma única pessoa. Isso seria perfeito, não é mesmo? Por enquanto não conseguimos modificar as pessoas de tal modo, mas em projetos de materiais compósitos isso é possível!

Nos materiais compósitos existe uma região que é denominada interface. Essa região é considerada o coração do compósito. Nela existe uma descontinuidade das propriedades entre a matriz e o reforço, e, geralmente é onde ocorrem as falhas do compósito. Até entre os materiais é preciso dar match sabiam? Essa interface precisa ser estudada e otimizada para garantir a máxima compatibilidade, certificando o desempenho estrutural do compósito.

A maioria das falhas dos materiais compósitos ocorrem na interface.
A maioria das falhas dos materiais compósitos ocorrem na interface.

 

Sabe aquelas aplicações onde o material precisa desempenhar algumas funções de forma simultânea? Como, por exemplo, ser resistente a corrosão ao mesmo tempo que resistente mecanicamente? Materiais compósitos combinam as propriedades dos seus constituintes, como resistência mecânica e resistência a corrosão, ou rigidez e tenacidade à fratura aliada a baixa densidade.

Os reforços/cargas podem ser incorporados com diversas geometrias na matriz, podendo ser reforços particulados, fibrosos, nanoestruturados ou estruturais, como os laminados e painéis sanduíche. Quando se trabalha com compósitos a criatividade é infinita, as possibilidades são gigantescas e, comumente o Engenheiro de Materiais é o líder do projeto.

Materiais compósitos são materiais de tecnologia de ponta

Apesar desses materiais serem apelidados de tecnologia de ponta por serem muito utilizados em aeronaves e helicópteros, carros de Fórmula 1, plataformas de petróleo, estruturas inteligentes e em outras aplicações, esses materiais tem origem a incontáveis milhares de anos atrás, já que as madeiras, os ossos e os tecidos musculares são exemplos de compósitos naturais.

Carros de corrida são feitos com compósitos de matriz polimérica reforçada com fibras de carbono. A combinação entre matriz polimérica e reforço de fibra de carbono garante carros leves e resistentes.
Carros de corrida são feitos com compósitos de matriz polimérica reforçada com fibras de carbono. A combinação entre matriz polimérica e reforço de fibra de carbono garante carros leves e resistentes.

 

Os queridinhos entre os materiais compósitos são aqueles produzidos utilizando reforços contínuos por terem um excelente desempenho estrutural, consequência direta da resistência e rigidez específicas. Muitos dos avanços tecnológicos recentes devem o seu sucesso aos materiais compósitos, principalmente os relacionados com aplicações nas áreas da aeronáutica, aeroespacial, petroquímica, naval, bioengenharia, automobilística, construção civil e de artigos esportivos, entre outros.

Substituição de materiais “convencionais” por compósitos

Materiais compósitos são muito utilizados como substitutos dos materiais existentes, tanto para baratear como para otimizar o desempenho estrutural dos mesmos. Por exemplo, atualmente, em ambientes de exploração de petróleo e gás são usados aços inoxidáveis, os quais estão sendo substituídos por compósito epóxi/fibra de vidro. Outra substituição muito presente também é em aeronaves, onde o alumínio está sendo substituído por compósitos epóxi/fibra de carbono e epóxi/fibra de vidro. Já existem aeronaves que possuem mais de 60% de sua fuselagem feita de materiais compósitos. Isso é incrível, não é?

Compósitos epóxi/fibra de vidro substituem aços inoxidáveis em explorações de petróleo e gás (exploração offshore).
Compósitos epóxi/fibra de vidro substituem aços inoxidáveis em explorações de petróleo e gás (exploração offshore).

 

Outro tipo de compósito que também são bem queridinhos são os que utilizam as fibras naturais. Isso porque essas fibras naturais envolvem aspectos ambientais e econômicos que precisamos ficar de olho. O uso de fibras naturais é vantajoso principalmente por serem recicláveis, não tóxicas, muito baratas e biodegradáveis. Porém, em desvantagem, o uso de fibras naturais limita a aplicação do compósito em certos ambientes, principalmente onde existem temperaturas elevadas. Exemplos de fibras naturais são as fibras de sisal, coco e juta.

Então é isso! Projetos de desenvolvimento e otimização de materiais compósitos são complexos, dinâmicos e desafiadores. Gostou da matéria? Deixe o comentário.

Bárbara Guimarães
Engenheira de Materiais pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campus Londrina. Durante a graduação desenvolveu pesquisas na área de metais, compósitos, nanomateriais aplicados, analítica e de tecnologia da educação. Foi diretora de Protocolo do Club Rotaract Londrina Sul, presidente do Centro Acadêmico do Curso de Engenharia de Materiais e, co-fundadora do projeto Eu-Reciclo na pré incubadora de empresas da UTFPR. Trabalhou em uma empresa de consultoria prestando serviço em empresas do estado de São Paulo. Atualmente trabalha no mercado financeiro e é mestranda do programa de pós graduação em Ciência e Engenharia de Materiais na Universidade Federal de São Carlos - SP. Sua área de atuação é em materiais compósitos de alto desempenho. Proprietária do Instagram @engenhariademateriaisbg e do canal Materializando BG no YouTube. Mineira, adora ler, correr e ter bons amigos. Toma mais café do que água. Defende a ideia de que viver o próprio sonho é sempre melhor do que viver o sonho de alguém.

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2 Comments

  1. Excelente conteúdo! Parabéns Bárbara está representando muito bem a nossa profissão!

    1. Obrigada Carol! Um grande abraço!!

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