A indústria, ao longo das últimas décadas, tem lidado com serviços de alta responsabilidade, os quais exigem propriedades mecânicas, químicas e térmicas diferentes da obtida através de materiais de engenharia convencionais.
Em outras palavras, o aço e as suas ligas e os materiais metálicos utilizados em projetos não cumprem as propriedades requisitadas para suprir todos os projetos de engenharia.
Por meio dessa deficiência industrial e estrutural, surgiram-se os materiais compósitos, capazes de atender a algumas necessidades específicas de projetos, coincidentemente devido às suas propriedades específicas.
Assim, por meio desta introdução, podemos concluir que o uso dos materiais compósitos revolucionou a indústria de modo geral, capacitando o desenvolvimento de diversos dos seus setores, os quais serão mencionados neste texto.
Resumidamente, para que o entendimento acerca do assunto seja integral, é preciso que entendamos o que é, de fato, um material compósito e o porque que as suas propriedades são promissoras o suficiente para promover o desenvolvimento industrial.
Se você quer entender tudo sobre o assunto, acompanhe este texto até o final, o qual trata de discorrer o que são os materiais compósitos e quais as suas aplicações na indústria.
Conteúdos
A origem dos materiais compósitos
Desde sempre, a engenharia necessita por componentes característicos de diferentes propriedades mecânicas em suas estruturas, o que podem ser alcançados através de técnicas e estratégias.
Na segunda guerra mundial, por exemplo, notou-se a necessidade de se utilizar materiais ao mesmo tempo resistentes e leves para as aplicações aeroespaciais.
Contudo, somente nas décadas de 1950 e 1960, as pesquisas voltadas para esses tipos de materiais foram impulsionadas e exploradas.
O curioso sobre este assunto é que tal raciocínio remonta os tempos antigos, em que a civilização egípcia utilizava fibras naturais em suas argamassas para reforçar a resistência das suas estruturas.
Hoje em dia, não podemos deixar de mencionar a presença de materiais que possuem, sim, propriedades distintas e conseguem atender aos requisitos mecânicos.
A engrenagem é um ótimo exemplo, visto que necessita do seu miolo mais dúctil (maleável) e a sua parte externa (dentes) mais dura, visando a tenacidade para absorver impactos e a resistência ao desgaste, respectivamente.
Para isso, são utilizadas as técnicas de metalurgia do pó, têmpera por indução eletromagnética, cementação, entre outros.
Contudo, nem todas as artimanhas da engenharia são possíveis ou economicamente viáveis a alguns projetos, seja qual for o setor industrial.
O que são os materiais compósitos
Destacado desde o início do texto, os materiais compósitos são especiais devido a sua propriedade particular, embora esses materiais não tenham ou ofereçam uma propriedade específica.
Os materiais compósitos, na verdade, representam uma classe versátil de materiais, formados pela combinação estratégica de dois ou mais componentes distintos, cada um contribuindo com propriedades específicas para criar um material com desempenho superior.
Além disso, os materiais compósitos geralmente consistem em uma matriz e um reforço.
Enquanto a matriz é o material que envolve e suporta o reforço, o o reforço é incorporado para melhorar as propriedades mecânicas ou outras características específicas.
Já os tipos comuns de reforço incluem fibras de vidro, fibras de carbono, aramida (como Kevlar) e materiais naturais como fibras de bambu.
Manufatura de Materiais Compósitos:
A fabricação de materiais compósitos envolve vários métodos, cada um adequado para diferentes aplicações e requisitos de desempenho. Alguns dos processos de fabricação mais comuns incluem:
- Laminação: camadas de matriz e reforço são empilhadas e impregnadas com resina. O material é então curado para formar uma peça sólida;
- Moldagem por Injeção: a matriz líquida é injetada em um molde contendo o reforço. A resina solidifica para formar a peça final;
- Moldagem por Compressão: a mistura de matriz e reforço é colocada em um molde e submetida a pressão e calor para formar a peça;
- Filament Winding: fibras contínuas são enroladas em torno de um molde em padrões específicos e, em seguida, impregnadas com resina;
- Metalurgia do Pó: pós metálicos e/ou cerâmicos são compactados e sinterizados para formar peças compósitas.
Controle de Propriedades
O controle preciso das propriedades dos materiais compósitos é crucial para atender aos requisitos específicos de cada aplicação. Alguns métodos comuns incluem:
- Orientação do Reforço: a orientação das fibras de reforço influencia diretamente as propriedades mecânicas. O design da disposição das fibras é crítico para otimizar a resistência;
- Teor de Reforço: a quantidade de reforço em relação à matriz afeta diretamente a resistência e a rigidez do material compósito;
- Processamento Térmico: o tratamento térmico pode ser utilizado para curar a resina e ajustar as propriedades finais;
- Controle da Interface Matriz-Reforço: modificações na interface entre a matriz e o reforço podem melhorar a adesão, impactando as propriedades mecânicas;
- Aditivos Químicos: aditivos podem ser incorporados para melhorar propriedades específicas, como resistência à chama ou resistência química.
A habilidade de controlar esses fatores durante a manufatura é essencial para criar materiais compósitos sob medida, atendendo aos requisitos específicos de cada aplicação.
Aplicações industriais
É claro, para entender este texto, é importante atentar aos seus detalhes, bem como a como a expressão “propriedades” mencionada desde o início e que está, na verdade, generalizada (podem ser propriedades químicas, mecânicas e térmicas).
Visto que há mais de uma propriedade específica alcançada através dos materiais compósitos, é justo dizer que cada uma dessas propriedades atende a diferentes interesses industriais.
Além disso, uma vez que os materiais compósitos possibilitam a mistura e o controle de diferentes propriedades para atender a necessidades industriais e estruturais específicas, é útil apresentar tanto as propriedades distintas quanto às suas aplicações.
Assim, algumas das propriedades chave que os materiais compósitos podem oferecer, incluem:
- Alta Resistência Específica: Materiais compósitos frequentemente apresentam uma relação excepcional entre resistência e peso. Isso os torna atrativos em aplicações onde a redução de peso é crítica, como na indústria aeroespacial e automotiva;
- Rigidez e Leveza: os compósitos, especialmente aqueles reforçados com fibras de alta rigidez, como fibras de carbono, podem oferecer uma rigidez significativa com baixo peso. Isso é vantajoso em aplicações onde a rigidez estrutural é crucial para a indústria automotiva;
- Resistência à Corrosão: em comparação com alguns materiais metálicos, os compósitos podem exibir maior resistência à corrosão, o que os torna adequados para ambientes agressivos. Ótimo para construções navais, como cascos de barcos;
- Adaptabilidade Estrutural: os engenheiros podem projetar compósitos para terem propriedades específicas em diferentes direções, proporcionando uma adaptabilidade estrutural única. Essa anisotropia controlada é valiosa em aplicações onde a carga é aplicada em diferentes direções, como em pás de turbinas eólicas;
- Isolamento Térmico e Elétrico: dependendo da composição, os compósitos podem exibir propriedades isolantes térmicas e elétricas, tornando-os úteis em aplicações que requerem essas características, como na fabricação de isolantes e invólucros para equipamentos eletrônicos;
- Tenacidade e Resistência ao Impacto: a combinação de materiais na matriz e no reforço pode resultar em compósitos que exibem excelente tenacidade e resistência ao impacto, sendo capazes de absorver energia durante deformações. Útil para capacetes esportivos;
- Durabilidade e Vida Útil Prolongada: materiais compósitos podem oferecer uma excelente resistência à fadiga e ao desgaste, proporcionando uma vida útil mais longa em comparação com alguns materiais convencionais. Excelente para pás de helicópteros que estão sujeitas a ciclos repetidos de carga;
- Design Personalizado: uma das maiores vantagens dos materiais compósitos, é a capacidade de ajustar suas propriedades de acordo com as necessidades específicas de uma aplicação. Isso permite a personalização do material para atender aos requisitos de engenharia específicos, como na construção civil.
Portanto, pode-se perceber o porquê da indústria ter sido revolucionada através dos materiais compósitos, visto o controle, estabilidade e flexibilidade dos materiais utilizados quando destinados para um tipo específico de aplicação.
