Tipos de materiais compósitos

Um material compósito ou material composite é aquele formado por dois ou mais componentes, de modo que as propriedades do material final sejam superiores às dos componentes em separado.

Este tipo de materiais é composto por:

• Matriz: define geometricamente a peça, dá coesão ao material, costuma ser flexível e pouco resistente e transmite os esforços de umas fibras para outras.
• Reforço: confere rigidez e resistência.

Os materiais compósitos foram revolucionários para diferentes setores: aeronáutico, construção, automóvel, arquitetónico, etc., e trouxeram diversas vantagens. Proporcionam elevada resistência mecânica e permitem obter peças mais leves, resistentes ao ambiente, bem como à degradação ou à corrosão, novas possibilidades estéticas e flexibilidade de design, entre outras.

Exemplos de materiais compósitos

• Plásticos reforçados com fibra de vidro ou outras fibras.
• Materiais compósitos de matriz metálica.
• Materiais compósitos de matriz cerâmica.
• Materiais compósitos de cerâmica e metal.
• Betão.
• Compósitos de madeira: contraplacado, aglomerado, painéis de fibras orientadas…

O que deve saber sobre os materiais compósitos

Tipos de matrizes e reforços em composites

De acordo com o tipo de matriz, encontramos:

• Materiais compósitos de matriz metálica
• Materiais compósitos de matriz cerâmica
• Materiais compósitos de matriz orgânica/polimérica ou Reinforced Plastics. Estes, por sua vez, dividem-se em:
  • Materiais compósitos de fibra de carbono com matriz plástica
  • Materiais compósitos de fibra de vidro com matriz plástica

Quanto aos reforços, encontramos diferentes tipos, tais como: fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de aramida, fibras naturais…

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Materiais compósitos reforçados com fibras

Os mais utilizados, pela sua leveza e excelentes propriedades mecânicas, são os materiais compósitos de matriz polimérica com reforços sob a forma de fibras. Estes estão a substituir outros materiais, principalmente os metálicos, nas aplicações em que a relação “propriedades mecânicas – peso” influencia decisivamente os custos de manutenção do produto.

As matrizes orgânicas podem ser termoplásticas, termoestáveis ou elastómeros:

As matrizes ou resinas termoestáveis são as mais utilizadas em materiais compósitos de alto desempenho. Estas resinas dão origem a um produto rígido, insolúvel e infusível através de uma série de reações químicas, chamadas de cura ou reticulação. As termoplásticas, por sua vez, fundem com o fornecimento de calor.

As principais fibras utilizadas como reforços são:

• Fibras de vidro
• Fibras de carbono
• Fibras de boro
• Fibras cerâmicas
• Fibras metálicas
• Fibras de aramida
• Fibras naturais: sisal, cânhamo, linho…

Independentemente do tipo de material de que são feitas, as fibras podem apresentar-se sob a forma de fios, mats, fitas ou tecidos.

-Descubra como aplicar composites no setor automóvel e dos transportes-

Outro tipo de produtos que se incorporam no material compósito fibra-resina são as cargas e os aditivos. São incorporados no material com o objetivo de lhe conferir características particulares ou reduzir o seu custo.
A quantidade de produtos adicionados é variável, dependendo das propriedades que pretendemos obter. Em geral, procura-se melhorar a processabilidade e o produto acabado.

Materiais compósitos estruturais

Combinam materiais compósitos e homogéneos cujas propriedades dependem, além dos materiais que os compõem, da geometria do design dos elementos estruturais. Podem ser classificados em:

• Estruturas tipo sanduíche: compósitos de núcleo e faces, permitem melhorar as propriedades mecânicas, mas sem um aumento excessivo do seu peso. Este tipo de estruturas melhora o isolamento térmico e acústico.
• Estruturas monolíticas: peças com uma geometria mais ou menos complexa, formadas por telas sobrepostas com orientações determinadas que permitem obter características específicas. Este tipo de peças destina-se a suportar as maiores cargas estruturais.

O presente e o futuro dos materiais compósitos

Um material compósito é uma combinação, à escala macroscópica, de dois ou mais materiais para produzir um terceiro material.

O design de um material compósito inclui o design do próprio material e da estrutura. Estes materiais têm um comportamento anisotrópico, o que é uma vantagem inerente, uma vez que as diferentes orientações das fibras podem ser adaptadas consoante as diferentes aplicações (0º, 90º, ±45º).

O seu excelente comportamento face à corrosão, elevada resistência, boa relação peso-rigidez e o seu elevado grau de integração são outras das vantagens do uso destes composites. Concretamente, esta última permite uma poupança de peso considerável, o que também implica poupança de combustível e a possibilidade de aumentar a carga útil dos aviões, tornando-os assim mais eficientes.

Materiais compósitos na indústria aeronáutica

A indústria aeronáutica foi, até às últimas décadas, a principal impulsionadora dos materiais compósitos. Os seus benefícios, mais do que comprovados, fizeram com que outros setores, como o eólico, o automóvel, o ferroviário ou a construção, se juntassem ao uso destes materiais. Antes, era o setor aeronáutico que ditava o rumo da tecnologia em composites; agora, podemos falar de tecnologias “pingue-pongue”, em que são outras indústrias que levam a dianteira e a indústria aeronáutica extrapola estes conhecimentos para os seus processos.

Ao nível das matérias-primas, os materiais termoplásticos apresentam-se como alternativa aos termoestáveis. A sua principal vantagem é a reciclabilidade; por outro lado, necessitam de temperaturas elevadas para serem processados. A nanoengenharia de polímeros melhora as propriedades dos composites ao adicionar nanorreforços na matriz.

Neste sentido, o grafeno continuará a ser uma das tecnologias emergentes que dará muito que falar, colmatando lacunas e melhorando a funcionalidade das aplicações finais. Os biocomposites também viram a sua procura aumentar. Este interesse deve-se aos benefícios que oferecem do ponto de vista ambiental, uma vez que permitem reduzir a dependência de matérias-primas de origem fóssil, bem como as emissões de gases com efeito de estufa para a atmosfera no final da sua vida útil.

Indústria 4.0 e materiais compósitos

No que diz respeito à Indústria 4.0, os processos fora de autoclave e a integração numa única estrutura já são uma realidade. Processos cada vez mais automatizados e a eliminação de operações intermédias, consolidando-as numa única etapa, são alguns dos grandes desafios. A indústria eólica marinha offshore aponta para ser uma das grandes promessas no fabrico de estruturas de materiais compósitos nos próximos anos, devido ao aumento da cadência prevista para os próximos anos.

O fabrico aditivo tem sido um dos desenvolvimentos mais recentes, tendo crescido de forma exponencial. O seu processamento fácil e rápido, de baixo custo, e a possibilidade de fabricar peças ad hoc fizeram com que se apresentasse como uma forte alternativa aos processos convencionais de fabrico de estruturas.