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Os Materiais Compósitos são constituídos por dois ou mais componentes com propriedades químicas ou físicas diferentes. A combinação desses materiais resulta em propriedades superiores quando comparados com materiais individuais. Os compósitos são conhecidos pela resistência, eficiência e durabilidade aprimoradas.
Os materiais compósitos têm uma história rica e um desenvolvimento significativo ao longo dos séculos. Desde a utilização na antiguidade até os avanços ocorridos no século XX, esses materiais têm desempenhado um papel crucial em diversas aplicações. Vamos explorar a história dos materiais compósitos e seu desenvolvimento ao longo do tempo.
A utilização de Materiais Compósitos remonta à era antes de Cristo, quando a sociedade antiga criava estruturas compensadas sobrepondo tiras de madeira em diferentes ângulos. Os egípcios também utilizavam compósitos ao fazer máscaras mortuárias de linho ou papiro embebido em gesso. Outra aplicação emergente naquela época era o reforço de casas construídas com argila, adicionando palha como elemento estrutural para aumentar a resistência dos tijolos.
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No século XX, após a revolução industrial, surgiram as primeiras resinas sintéticas. O avanço do conhecimento em produtos químicos impulsionou o desenvolvimento dos materiais plásticos. Características como baixa condutividade elétrica e térmica levaram a ampla utilização desses materiais por parte de diversas indústrias. A fibra de vidro foi introduzida na década de 1930, seguida pela patente da primeira fibra de carbono em 1961. A partir da década de 1990, os materiais compósitos ganharam preponderância devido à evolução tecnológica, que aumentou a procura por materiais com melhores propriedades intrínsecas e custos mais competitivos.
A maioria dos compósitos é composta por dois materiais: a matriz/ligante e o reforço. Um exemplo comum são os polímeros reforçados com fibras. Estes compósitos são desenvolvidos com uma matriz polimérica e reforçados com fibras, sejam elas naturais ou artificiais. A matriz é responsável pela distribuição eficiente de tensões para o material de reforço, enquanto o reforço aumenta as propriedades mecânicas do compósito e absorve as tensões da matriz.
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Embora as matrizes poliméricas sejam as mais comuns, existem, também, matrizes cerâmicas e metálicas, direcionadas para aplicações específicas, como ambientes de alta temperatura ou desgaste intenso. As matrizes poliméricas podem ser subdivididas em dois grupos principais: termoplásticas e termoendurecíveis. Os polímeros termoendurecíveis são amplamente utilizados em materiais compósitos. Esses consistem em resinas líquidas que solidificam-se por meio de aquecimento ou catalisador. Já as matrizes termoplásticas são sólidas à temperatura ambiente, mas amolecem quando aquecidas. Estas matrizes oferecem vantagens como maior resistência à fratura, capacidade de reciclagem e ausência de libertação de solventes perigosos durante o endurecimento. As matrizes termoendurecíveis mais comuns são o poliéster, vinil éster e epóxi, enquanto que as matrizes termoplásticas mais comuns são ABS, polietileno, poliestireno e policarbonato.
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As fibras de vidro são os materiais de reforço mais utilizados devido à sua relação custo-benefício. No entanto, há várias opções disponíveis de acordo com as necessidades e especificações. Esses materiais podem ser utilizados na forma de fibras curtas, estruturas orientadas ou desorientadas, ou até mesmo rovings, dependendo do caso. Além das fibras sintéticas, como a fibra de vidro e a fibra de carbono, as fibras naturais estão a ganhar cada vez mais destaque devido às suas boas propriedades e ao fator sustentável.
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Os materiais compósitos destacam-se pela combinação de resistência, rigidez e leveza. Sendo materiais anisotrópicos, suas propriedades variam de acordo com a orientação e o número de camadas de materiais de reforço, ou seja, as fibras. Ao combinar uma matriz, um material de reforço e sua orientação, é possível personalizar as propriedades do produto final. Além disso, os compósitos apresentam excelente relação resistência-peso, flexibilidade para moldar peças complexas e durabilidade devido à resistência à fadiga e a fatores ambientais como raios UV, flutuações de temperatura, umidade e exposição química.
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