Materiais compósitos
Caracterização precisa de materiais para compósitos, compósitos de fibras e sistemas multimateriais funcionais
Os materiais compósitos combinam diferentes materiais para obter características que, muitas vezes, não são possíveis com materiais isolados. Plásticos reforçados com fibras, compósitos de matriz metálica e compositos com matriz cerâmica , bem como os compósitos funcionais, permitem, por exemplo, uma elevada resistência com um peso reduzido, transporte de calor direcionado ou uma elevada resistência térmica e mecânica.
No entanto, as propriedades de um compósito não são determinadas apenas pelos seus componentes individuais. A matriz, o reforço, a proporção de enchimento, a orientação, a porosidade e as interfaces entre as fases do material influenciam o comportamento térmico e termofísico de todo o sistema de materiais.
Com os equipamentos de análise da LINSEIS, é possível estudar estas relações com precisão. A condutividade térmica, a condutividade de temperatura, a dilatação térmica, a capacidade térmica e a estabilidade térmica podem ser caracterizadas numa ampla gama de temperaturas e utilizadas para o desenvolvimento de compósitos de alto desempenho.
Questões relevantes
- De que forma a proporção de enchimento ou de fibras influencia as propriedades térmicas?
- Qual é a condutividade térmica do material compósito?
- Em que é que a transferência de calor no plano e a transferência de calor através do plano diferem?
- Que influência tem a orientação das fibras ou dos enchimentos?
- Como é que a dilatação térmica do compósito varia com a temperatura?
- Que tensões térmicas surgem entre diferentes fases do material?
- Qual é a estabilidade da matriz e do reforço a altas temperaturas?
- De que forma as interfaces e a porosidade influenciam as propriedades dos materiais?
Parâmetros relevantes do material e do processo
| Parâmetros | Significado |
|---|---|
| Condutividade térmica | Transporte de calor pela matriz, reforço e compósito total |
| Condutividade térmica | Velocidade de propagação do calor no compósito |
| Anisotropia térmica | Dependência da direção na transferência de calor num material compósito |
| Coeficiente de dilatação térmica (CTE) | Estabilidade dimensional e compatibilidade térmica das fases do material |
| Capacidade térmica (Cp) | Capacidade de armazenamento térmico do material compósito |
| Estabilidade térmica | Resistência da matriz e do reforço sob variações de temperatura |
| Alteração da massa | Decomposição, oxidação e determinação das proporções de cada componente do material |
| Transição vítrea (Tg) | Limites de utilização e comportamento termomecânico de compósitos à base de polímeros |
Métodos de medição para os materiais compósitos
Calorimetria de Diferencial Dinâmico (DSC)
Caracterização das transições térmicas e das propriedades da matriz dos materiais compósitos.
Análise de
- Transição vítrea
- Comportamento de fusão
- Cristalização
- Capacidade térmica
- Reações de endurecimento
Aplicações típicas
- Compósitos de matriz polimérica
- Plásticos reforçados com fibras
- Sistemas de resina
- Prepregs
- Compósitos funcionais
Termogravimetria (TGA)
Análise da estabilidade térmica e da composição de sistemas de materiais multifásicos.
Análise de
- Decomposição térmica
- Alterações de massa
- Oxidação
- Redução da matriz
- Teores de enchimento e de fibras
Aplicações típicas
- Compostos poliméricos
- Materiais compósitos de fibra
- Polímeros com enchimento
- Compostos de carbono
- Desenvolvimento de materiais
Instrumentos de medição recomendados para materiais compósitos
Exemplo prático: Caracterização térmica de materiais compósitos
Estabilidade térmica dos nanocompostos de PA610/halloysita
Medições TGA com o LINSEIS TGA L83 mostram a influência dos nanotubos de halloysita (HNTs) no comportamento de decomposição térmica do PA610 parcialmente de origem biológica. Os resultados permitem tanto avaliar a estabilidade térmica como determinar com fiabilidade a percentagem de enchimento inorgânico. Descarrega o white paper e descobre mais sobre a configuração da medição, a análise termogravimétrica e a caracterização de compósitos poliméricos sustentáveis.
Por que é que a caracterização dos materiais compósitos é fundamental
O desempenho de um compósito não pode ser determinado apenas a partir das propriedades dos seus materiais de base. Só a interação entre a matriz, o reforço, as interfaces e a microestrutura é que determina o comportamento térmico real do compósito.
A combinação de métodos de análise modernos permite:
- Determinação da condutividade térmica e da condutividade de temperatura
- Análise das propriedades anisotrópicas dos materiais
- Análise da dilatação térmica
- Avaliação das tensões térmicas entre fases do material
- Caracterização da transição vítrea e do comportamento de cura
- Análise da estabilidade térmica e da decomposição
- Determinação das proporções de matriz, fibra e carga
- Comparação entre diferentes composições de materiais
- Otimização de materiais compósitos multifuncionais
Aplicações – Investigação e Instituições de Ensino Superior
LFA L52 - Cobre - No plano/através do plano - Difusividade térmica - Condutividade térmica
Perguntas frequentes – Materiais compósitos
Por que é que os materiais compósitos têm de ser caracterizados como um sistema completo?
As propriedades de um compósito não dependem apenas da matriz e do reforço. A orientação das fibras, o teor de enchimento, a porosidade e as interfaces também influenciam o comportamento térmico. Por isso, não é possível deduzir de forma fiável as propriedades do compósito final apenas a partir dos parâmetros dos seus componentes individuais.
Que materiais compósitos podem ser analisados com os sistemas LINSEIS?
Entre outros, podem ser analisados plásticos reforçados com fibras, compósitos de matriz polimérica (PMC), compósitos de matriz metálica (MMC), compósitos com matriz cerâmica (CMC), compósitos à base de carbono, bem como polímeros carregados e materiais híbridos funcionais.
Por que é que a condutividade térmica é importante nos materiais compósitos?
A condutividade térmica influencia a distribuição da temperatura e a dissipação de calor no interior de um componente. Através da seleção específica da matriz, das fibras e dos enchimentos, é possível aumentá-la ou reduzi-la, consoante a aplicação – por exemplo, para gestão térmica ou isolamento térmico.
O que significa anisotropia térmica nos materiais compósitos?
Nos materiais reforçados com fibras, em camadas ou orientados, o calor pode ser transportado a velocidades diferentes em várias direções no espaço. Por isso, especialmente no caso dos compósitos, é importante distinguir entre as propriedades «no plano» e «através do plano».
Que informações fornece a TGA sobre os materiais compósitos?
A termogravimetria revela variações de massa dependentes da temperatura e pode, por exemplo, detetar a degradação de uma matriz polimérica ou a oxidação de componentes específicos. Com sistemas de materiais adequados, também é possível obter informações sobre as proporções da matriz, das fibras ou dos enchimentos.
Porque é que o coeficiente de dilatação térmica é tão importante nos compósitos?
As diferentes fases de um material podem ter coeficientes de dilatação térmica muito distintos entre si. Quando a temperatura muda, isso gera tensões internas que podem causar delaminação, fissuras ou deformações. Por isso, uma caracterização precisa do CTE ajuda a garantir um dimensionamento fiável do material.
Que métodos de medição são mais adequados para materiais compósitos?
A LFA e a THB são adequadas para analisar a transferência de calor, enquanto a DIL e a TMA caracterizam as alterações dimensionais. A DSC fornece informações sobre a matriz polimérica e os processos de cura, enquanto a TGA e a STA analisam a composição, a estabilidade térmica e a decomposição do compósito.
