Novos materiais assumem uma posição cada vez mais relevante no cenário da engenharia, oferecendo propriedades que, muitas vezes, não conseguidas pelos materiais tradicionais. Isto faz com que investir em conhecimento se torne necessário como forma de tornar capaz a decisão da escolha de materiais para novos projetos e atualização dos já existentes.

Os Compósitos Poliméricos são uma classe de material que possui requisitos que os tornam fortes candidatos para utilização em projetos que buscam flexibilidade de formas, redução de peso, resistência química e elevada resistência mecânica e rigidez.

O livro oferece conteúdo sobre o material, aborda toda a sua cadeia produtiva e proporciona novos conhecimentos não só aos profissionais da área, como também aos professores, estudantes e aqueles que estão iniciando no estudo.

O texto foi escrito de uma maneira didática e clara, que permite uma fácil compreensão e assimilação do todo o conteúdo técnico. O livro apresenta 13 capítulos que abordam temas, como matérias-primas constituintes (fibras e resinas), análise de tensões e deformações, processos de fabricação, ensaios, análise macro e microestrutural, falha e fratura, estruturas sanduíche e reparos.
APRESENTAÇÃO

Materiais compósitos poliméricos para aplicações estruturais demandam um conhecimento que pode exigir anos de dedicação e experiência. Decisões que envolvem a escolha de uma fibra e a seleção da matriz polimérica se revestem de importância, responsabilidade e exigem conhecimento técnico.

Deve-se considerar também (ainda) que as etapas de cálculo estrutural, para dimensionamento de componentes e elementos da estrutura, como a determinação das propriedades físicas, mecânicas e elásticas do material, para atender aos requisitos de especificações técnicas e às necessidades dos projetistas, sejam igualmente relevantes.

Não menos importantes, os processos de fabricação devem ser escolhidos com critério para abranger o trinômio produtividade-qualidade-custo e garantir competitividade ao produto. Com esse objetivo, o livro aborda um capítulo inteiro sobre o assunto, expondo onze técnicas de fabricação e oferecendo informações e parâmetros que podem reduzir o tempo de desenvolvimento de um processo ou ainda facilitar, em uma empresa, a mi-gração de um processo para outro.

Para a indústria, o livro “Materiais Compósitos Poliméricos fundamentos e tecnologia” oferece em seus treze capítulos um conteúdo que pode representar avanços tecnológicos e contribuir para reduzir o investimento na formação e no aperfeiçoamento da mão-de-obra especializada.

Na academia, considerando a forma didática como foi escrito, pode ser adotado como livro texto nos cursos de graduação e pós-graduação das escolas de engenharia e (ser) mantido como livro de consultas nas bibliotecas.
SOBRE O AUTOR

Gerson Marinucci possui graduação em Engenharia Mecânica pela UNESP - Uni-versidade Estadual Paulista, mestrado em Engenharia Mecânica pela USP - Universi-dade de São Paulo e doutorado em Tecnologia Nuclear pelo IPEN - Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares. Tecnologista sênior da Comissão Nacional de Energia Nuclear no IPEN-CNEN/SP e especialista em compósitos poliméricos no Centro Tecnológico da Marinha em São Paulo.
É professor responsável pelas disciplinas de Materiais Compósitos Poliméricos na graduação e pós-graduação e orientador nos programas de mestrado e doutorado do IPEN/USP.
Com extensa atividade na área de Engenharia de Materiais, com ênfase em Materiais Compósitos e Materiais Poliméricos, atuando principalmente no desenvolvimento de novos materiais, desenvolvimento de processos, caracterização mecânica, análise microestrutural, análise de falha e fratura, processo de enrolamento filamentar (filament winding) e compósitos estruturais com fibra de carbono.

ÍNDICE

Introdução

Capítulo 1 – Materiais compósitos
1.1 – Introdução
1.2 – Definição de material compósito
1.3 – Classificação dos materiais compósitos
1.3.1 – Compósitos particulados
1.3.2 – Laminado fibra/metal
1.3.3 – Compósitos fibrados
1.4 – Identificação de laminados
1.5 – Denominação da disposição das camadas de um laminado
1.5.1 – Em relação à orientação das camadas
1.5.1.1 – Laminado unidirecional on-axis
1.5.1.2 – Laminado unidirecional off-axis
1.5.1.3 – Laminado angle-ply
1.5.1.4 – Laminado 0/90 (cross-ply)
1.5.2 – Posição da camada em relação ao plano médio
1.5.2.1 – Laminado simétrico
1.5.2.2 – Laminado anti-simétrico
1.5.2.3 – Laminado assimétrico

Capítulo 2 – Matrizes poliméricas
2.1 – Polímeros
2.1.1 – Termoplásticos
2.1.2 – Termofixos
2.2 – Resinas
2.2.1 – Resina poliéster insaturada
2.2.2 – Resina viniléster
2.2.3 – Resina epoxídica (epóxi)
2.3 – Cura de matrizes poliméricas
2.4 – Técnicas de análise térmica
2.4.1 – Termogravimetria (TG)
2.4.2 – Calorimetria exploratória diferencial (DSC)
2.4.3 – Termomecanometria dinâmica (DMA)
2.5 – Temperatura de termodistorção (HDT)
2.6 – Dureza Barcol
2.7 – Análise da cura de materiais poliméricos termofixos

Capítulo 3 – Fibras
3.1 – Introdução
3.2 – Fibra de vidro
3.3 – Fibra aramida
3.4 – Fibra de carbono
3.5 – Forma de apresentação das fibras
3.5.1 – Mantas
3.5.2 – Tecidos

Capítulo 4 – Interface fibra/matriz
4.1 – Introdução
4.2 – Avaliação da interface fibra/matriz
4.3 – Mecanismo de transferência de carga
4.4 – Análise da interface fibra/matriz

Capítulo 5 – Análise micromecânica
5.1 – Propriedades de compósitos unidirecionais na direção longitudinal
5.2 – Propriedades de compósitos unidirecionais na direção transversal
5.3 – Propriedades de compósitos com fibra picada ou manta
5.4 – Frações de massa e frações volumétricas de fibra e matriz
5.5 – Determinação da densidade do compósito
5.6 – Relações de conversão entre frações de massa e frações de volume
5.6.1 – Calcinação
5.6.2 – Digestão
5.7 – Correção das frações de massa
5.8 – Determinação do volume de vazios
5.9 – Determinação da espessura

Capítulo 6 – Análise de uma lâmina ortotrópica
6.1 – Relação tensão-deformação
6.1.1 – Ortotropia
6.2 – Elementos da matriz de rigidez para materiais ortotrópicos
6.3 – Relação tensão-deformação para materiais ortotrópicos no estado plano de tensão
6.4 – Relação tensão-deformação para uma lâmina com orientação arbitrária
6.5 – Elementos da matriz de flexibilidade para uma lâmina com orientação arbitrária
6.6 – Exercício de análise de uma lâmina ortotrópica

Capítulo 7 – Análise das tensões e deformações em laminados
7.1 – Teoria Clássica da Mecânica dos Laminados
7.1.1 – Relações tensão-deformação
7.1.2 – Equações constitutivas do laminado
7.1.3 – Análise das tensões e deformações na lâmina
7.1.4 – Propriedades elásticas equivalentes de laminados simétricos em função da matriz extensional invertida [a]
7.1.5 – Propriedades elásticas equivalentes de laminados simétricos balanceados em função da matriz extensional [A]
7.1.5.1 – Propriedades elásticas equivalentes de laminados cross-ply e angle-ply
7.2 – Critérios de resistência
7.2.1 – Critério da Tensão Máxima
7.2.2 – Critério da Deformação Máxima
7.2.3 – Critério do Máximo Trabalho (Azzi-Tsai-Hill)
7.2.4 – Critério da Interação Quadrática (Tsai-Wu)
7.3 – Noções do Método dos Elementos Finitos
7.3.1 – Exemplos de análises pelo Método dos Elementos Finitos
7.3.1.1 – Modelo plano
7.3.1.1.1 – Cisalhamento interlaminar
7.3.1.1.2 – Análise de um tubo sob pressão interna
7.3.1.2 – Modelo de casca
7.4 – Exercício de análise de um laminado

Capítulo 8 – Processos de fabricação
8.1 – Introdução
8.2 – Forma de combinação dos materiais constituintes no compósito
8.3 – Agentes desmoldantes
8.4 – Gel coat
8.5 – Processos de fabricação
8.5.1 – Laminação por contato (hand lay-up)
8.5.2 – Laminação por projeção (spray-up)
8.5.3 – Enrolamento filamentar (filament winding)
8.5.4 – Moldagem por prensagem a quente
8.5.5 – Moldagem por transferência de matriz polimérica
8.5.6 – Moldagem por transferência de matriz polimérica e vácuo
8.5.7 – Moldagem a vácuo
8.5.8 – Infusão
8.5.9 – Pultrusão
8.5.10 – Centrifugação
8.5.11 – Laminação contínua
8.5.11.1 – Introdução
8.5.11.2 – Sistema de fabricação

Capítulo 9 – Caracterização mecânica de compósitos poliméricos
9.1 – Introdução
9.2 – Normalização dos ensaios
9.3 – Caracterização mecânica
9.3.1 – Introdução
9.3.2 – Fibras
9.3.3 – Matriz polimérica
9.3.4 – Compósito
9.3.4.1 – Tração
9.3.4.2 – Compressão
9.3.4.3 – Cisalhamento no plano
9.3.4.3.1 – Método da viga com entalhe em “V”(Iosipescu)
9.3.4.3.2 – Método do trilho triplo (rail test)
9.3.4.4 – Cisalhamento interlaminar (ILSS)
9.3.4.5 – Ensaio de flexão
9.3.4.6 – Ensaio de fluência
9.3.4.7 – Emsaio de anel (split disk)

Capítulo 10 – Análise macroestrutural e microestrutural
10.1 – Introdução
10.2 – Microscopia óptica (MO)
10.3 – Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
10.4 – Fractografia
10.5 – Preparação de amostras para análise no microscópio óptico

Capítulo 11 – Falha e fratura de materiais compósitos poliméricos
11.1 – Introdução
11.2 – Mecanismos de falha
11.3 – Tipos e modos de falha
11.4 – Falhas características em lâminas unidirecionais
11.4.1 – Tração longitudinal
11.4.2 – Tração transversal
11.4.3 – Compressão longitudinal
11.4.4 – Compressão transversal
11.4.5 – Cisalhamento intralaminar (cisalhamento no plano)

Capítulo 12 – Estruturas sanduíche
12.1 – Introdução
12.2 – Materiais empregados na fabricação do núcleo
12.2.1 – Madeira balsa
12.2.2 – Espumas plásticas de poliuretano
12.2.3 – Espumas de PVC
12.2.4 – Outras espumas
12.2.5 – Estruturas tipo colméia (honeycomb)
12.3 – Colméias não-planas
12.4 – Modos de falha em estruturas sanduíche

Capítulo 13 – Reparos de estruturas sanduíche e laminados sólidos
13.1 – Introdução
13.2 – Reparos de estruturas sanduíche
13.3 – Reparos de laminados sólidos
13.3.1 – Reparo pelo lado não acabado
13.3.2 – Reparo pelo lado acabado

Bibliografia

Apêndice A – Tabela de densidades e espessuras de compósitos de fibra de vidro e matriz de resina poliéster com manta e tecido

Apêndice B – Resumo da Teoria Clássica dos Laminados

Apêndice C – Análise das tensões e deformações de um compósito de fibra de vidro e matriz epoxídica, com resolução passo a passo

Apêndice D – Conceito de algumas das principais propriedades avaliadas em ensaio

Apêndice E – Propriedades de laminados angle-ply

Glossário