Callister_-_Engenharia_e_Cincia_dos_Materiais_ptg_ ... - Ufrgs

(defeitos), o que explica suas excepcionalmente elevadas resistências mecânicas; êles são os mais
fortes materiais conhecidos. A despeito destas altas resistências, os filamentos não são utilizados
extensivamente como um meio reforçante por serem extremamente caros. Além disso, é difícil e às
vezes impraticável incorporar filamentos numa matriz. Materiais filamentos incluem grafita, carbeto
de silício, nitreto de silício e óxido de alumínio; algumas características mecânicas desses materiais
estão fornecidas na Tabela 17.3.
TABELA 17.3 - Características de Vários Materiais Reforçados por Fibra.
Materiais que são classificados como fibras são tanto policristalinos quanto amorfos e têm
pequenos diâmetros; materiais fibrosos são geralmente tanto polímeros quanto cerâmicas (por
exemplo, os polímeros "aramids", vidro, carbono, boro, óxido de alumínio e carbeto de silício). A
Tabela 17.3 também apresenta alguns dados sobre uns poucosmateriais que são usados na forma de
fibra.
Fios finos têm diâmetros relativamente grandes; materiais típicos empregam aço,
molibdênio e tungstênio. Fios são utilizados como reforço radial de aço em pneus de automóveis,
carcaça de foguete reforçada com enrolamento de filamento, e mangueiras de alta pressão de fio
enrolado.
17.7 - A FASE MATRIZ
A fase matriz de compósitos de fibra desempenham várias funções. Primeiro, ela liga as
fibras entre si e age como o meio pelo qual uma tensão externamente aplicada é transmitida e
distribuída às fibras; apenas uma muito pequena proporção de uma carga aplicada é suportada pela
fase matriz. Além disso, o material da matriz deveria ser dútil. Em adição, o módulo elástico da fibra
deveria ser muito maior do que aquela da matriz. A segunda função da matriz é proteger as fibras
individuais em relação aos danos superficiais como um resultado da abrasão mecânica ou reações
químicas com o ambiente. Tais interações podem introduzir falhas (defeitos) superficiais capazes de
formar trincas, que podem conduzir à falha a baixos níveis de tensão de tração. Finalmente, a matriz
se separa das fibras e, em virtude de sua relativa maciez e plasticidade, previne a propagação de
trincas frágeis de fibra para fibra, que poderia resultar numa falha catastrófica; em outras palavras, a
fase matriz serve como uma barreira à propagação de trinca. Mesmo embora algumas fibras
individuais falhem, a fratura do compósito total não ocorrerá até que grande número de fibras
adjacentes, uma vez tendo falhado, formem um cacho de tamanho crítico.
É essencial que as forças de ligação adesiva entre fibra e matriz sejam altas para minimizar
o arrancamento da fibra. De fato, resistência de ligação é uma importante consideração na escolha
da combinação matriz-fibra. O limite de resistência à ruptura do compósito depende num alto grau
da magnitude desta ligação; adequada ligação é essencial para maximiar a transmissão da tensão da
matriz fraca para as fibras fortes.
Em geral, apenas metais e polímeros são usados como marteriais de matrizes porque
alguma dutilidade é desejável. Metais que são fequentemente reforçados por fibra incluem alumínio e
cobre. Entretanto, polímeros são usados como materiais matrizes na maior diversidade de
aplicações de compósitos, bem como nas maiores quantidades, à luz de suas propriedades e