SUBSTÂNCIAS COMPOSTAS

1. MATERIAS COMPÓSITOS

1.1. Introdução

Os compósitos compreendem uma classe de materiais que a cada dia ganha mais importância tecnológica. Quando um material é preparado usando materiais de natureza distinta é denominado compósito, logo, podem ser encontrados na natureza ou sintetizados. A partir dessa definição fica evidente a infinidade de estruturas e instrumentos que podem ser desenvolvidas com compósitos; e, automaticamente, vem à luz a dependência da humanidade para com esses materiais, bem como a pertinência do seu estudo e desenvolvimento.

A síntese de materiais compósitos consiste em misturar compostos de naturezas distintas visando imprimir novas propriedades aos materiais. Por ser um material multifásico, um compósito exibe além das propriedades inerentes de cada constituinte, propriedades intermediárias decorrentes da formação de uma região interfacial. As fases dos compósitos são chamadas de matriz – que pode ser cerâmica, polimérica e metálica – e a fase dispersa – geralmente fibras ou partículas que servem como carga.

A matriz geralmente é um material contínuo que envolve a fase dispersa. As propriedades do compósito é uma função de fatores como a geometria da fase dispersa, distribuição, orientação e também da compatibilidade interfacial entre os constituintes da mistura. Ou seja, para que se forme um compósito é necessário que haja afinidade entre os materiais que serão unidos.

Por isso, é muito importante conhecer as propriedades químicas e físicas dos diferentes materiais envolvidos; mais especificamente as propriedades das interfaces dos constituintes dos compósitos.

Muitas das nossas tecnologias modernas requerem materiais com combinações bem peculiares de propriedades que não podem ser atendidas por ligas metálicas, cerâmicas e materiais poliméricos, são exemplos de tecnologias indispensáveis em aplicações aeroespaciais, subaquáticas e de transporte.

Principalmente na última década, a busca por materiais ecologicamente corretos tem desenvolvido materiais de matrizes poliméricas com fibras naturais. A princípio as fibras naturais apresentaram poucas vantagens, pois geralmente às propriedades mecânicas são pioradas ou se mantêm quase inalteradas. Contudo, o apelo comercial venceu em vista dos baixos custos destas fibras, que são originárias de fontes renováveis e inesgotáveis, por possuírem baixa densidade, menor abrasão causada nas máquinas de processamento e também por terem a capacidade de boa adesão à matriz e o uso destas fibras em compósitos estruturais tem crescido no setor industrial.

1.2. Definição

Um compósito é um material formado a partir da mistura de dois ou mais constituintes imiscíveis que diferem entre si na forma e na composição química. Os materiais compósitos apresentam propriedades significativamente diferentes das propriedades dos seus constituintes.

Compósitos são materiais de moldagem estrutural, formados por uma fase contínua polimérica (matriz) e reforçada por uma fase descontínua (fibras) que se agregam físico-quimicamente após um processo de crosslinking polimérico (reticulação polimérica é um processo que ocorre quando cadeias poliméricas lineares ou ramificadas são interligadas por ligações covalentes, um processo conhecido como crosslinking ou ligação cruzada, ou seja, ligações entre moléculas lineares produzindo polímeros tridimensionais com alta massa molar. Com o aumento da reticulação, a estrutura se torna mais rígida. A vulcanização da borracha é um exemplo de ligação cruzada.). Normalmente a fase descontínua é formada por fibra de vidro, aramida ou de carbono dependendo da aplicação final.

1.3. Utilização

São inúmeras as aplicações reservadas aos materiais compostos, onde se podem destacar os seguintes setores:

Automobilística: painéis, encaixe de faróis, para-choques, carrocerias.

Aeronáutica: hélices de helicópteros, aeronave, trem de pouso.

Náutica: casco de barcos, painéis, mastros, boias de sinalização.

Química: tubos, tanques de alta pressão, containers para armazenamento de produtos corrosivos.

Elétrica: suportes de cabos elétricos, painéis, isolantes, chaves de comando, postes de alta tensão.

Esportiva: itens de piscina, esquis, tacos de golfe, raquetes de tênis.

Móveis e Equipamentos de uso geral: cadeiras, mesas, escada de mão, carcaça, cabines telefônicas, esquadrias de janelas, pisos, revestimento para parede.

Médica: prótese, adesivos, fios.

Outros: pontes, caixas d’água, plataforma de petróleo.

2. A Fase Fibra

Uma característica importante da maioria dos materiais, especialmente daqueles que são frágeis, é que uma fibra com menor diâmetro é muito mais forte e resistente que o material bruto.

A probabilidade de haver presente um defeito crítico de superfície que seja capaz de levar a uma fratura diminui.

Essa característica é usada com vantagem nos compósitos reforçados com fibras.

Quando materiais frágeis, principalmente, é o foco de estudo, uma importante característica é que uma fibra de diâmetro pequeno é muito mais forte do que o material volumoso. A possibilidade de ocorrência de uma falha superficial crítica que conduza à fratura decresce com a diminuição do volume da amostra, o que posso ser atenuado quando os compósitos são reforçados por fibra, estas conferem altas resistências à tração.

Filamentos ("whiskers"): são monocristais muito finos que tem razões comprimento-diâmetro extremamente grandes. Como uma consequência de seu pequeno tamanho, os filamentos possuem alto grau de perfeição cristalina e são virtualmente isentos de falhas; isso explica suas elevadas resistências mecânicas. São os mais fortes materiais conhecidos. Estes filamentos não são utilizados extensivamente como um meio de reforço por serem extremamente caros. Além disso, nem sempre é possível incorporar filamentos numa matriz.

São exemplos de whiskers: grafita, carbeto de silício, nitreto de silício e óxido de alumínio.

Fibras: São tanto policristalinos quanto amorfos e tem pequenos diâmetros. Materiais fibrosos podem ser polímeros ou cerâmicas. Citam-se os polímeros