Materiais compostos avançados (engenharia) - Advanced composite materials (engineering)

Materiais compostos avançados (ACMs) são geralmente caracterizados ou determinados por fibras de alta resistência incomum com rigidez incomum ou módulo de elasticidade característicos, em comparação com outros materiais, embora unidos por matrizes mais fracas. Estes são chamados de materiais compostos avançados (ACM) em comparação com os materiais compostos comumente em uso, como concreto armado ou mesmo o próprio concreto. As fibras de alta resistência também são de baixa densidade, enquanto ocupam uma grande fração do volume

Compósitos avançados exibem propriedades físicas e químicas desejáveis que incluem peso leve acoplado com alta rigidez ( elasticidade ) e resistência ao longo da direção da fibra de reforço, estabilidade dimensional, temperatura e resistência química, desempenho flexível e processamento relativamente fácil. Compósitos avançados estão substituindo componentes de metal em muitos usos, particularmente na indústria aeroespacial .

Os compósitos são classificados de acordo com sua fase de matriz . Essas classificações são compósitos de matriz polimérica (PMCs) , compósitos de matriz cerâmica (CMCs) e compósitos de matriz metálica (MMCs). Além disso, materiais dentro destas categorias são muitas vezes chamado "avançado" se combinam as propriedades de alta (axiais, longitudinais ) valores de resistência e alta ( axial e longitudinal) rigidez valores, com baixo peso, resistência à corrosão, e, em alguns casos especiais eléctricos Propriedades .

Os materiais compostos avançados têm aplicações amplas e comprovadas nos setores de aeronaves , aeroespacial e equipamentos esportivos . Ainda mais especificamente, os ACMs são muito atraentes para aeronaves e peças estruturais aeroespaciais. ACMs têm se desenvolvido para o Programa de Transporte Espacial Avançado da NASA , proteção de blindagem para a aviação do Exército e a Administração Federal de Aviação dos EUA, e eixos de alta temperatura para o helicóptero Comanche . Além disso, os ACMs têm uma longa história de décadas nas indústrias aeroespaciais militares e governamentais . No entanto, grande parte da tecnologia é nova e não apresentada formalmente no ensino médio ou de graduação , e a tecnologia de fabricação de compósitos avançados está em constante evolução.

Visão geral e perspectiva histórica

A fabricação de ACMs é uma indústria multibilionária em todo o mundo. Os produtos compostos variam de skates a componentes de ônibus espaciais . A indústria pode ser geralmente dividida em dois segmentos básicos, compostos industriais e compostos avançados. Vários dos processos de fabricação de compósitos são comuns a ambos os segmentos. Os dois segmentos básicos são descritos a seguir.

Compostos Industriais

A indústria de compósitos industriais existe há mais de 40 anos nos Estados Unidos. Esta grande indústria utiliza vários sistemas de resina , incluindo poliéster , epóxi e outras resinas especiais. Esses materiais, junto com um catalisador ou agente de cura e algum tipo de reforço de fibra (normalmente fibras de vidro), são usados na produção de um amplo espectro de componentes industriais e bens de consumo: barcos, tubulações, carrocerias e uma variedade de outras peças e componentes.

Compostos avançados

A indústria de compostos avançados, ou indústria de materiais compostos avançados, é caracterizada pelo uso de sistemas de resina caros e de alto desempenho e reforço de fibra de alta resistência e alta rigidez. A indústria aeroespacial, incluindo aeronaves militares e comerciais de todos os tipos, é o principal cliente de compostos avançados. Esses materiais também foram adotados para uso por fornecedores de artigos esportivos que vendem equipamentos de alto desempenho para os mercados de golfe , tênis , pesca e arco e flecha ; bem como na indústria de piscinas com estruturas de paredes compostas.

Embora a indústria aeroespacial seja o mercado predominante para compósitos avançados hoje, os mercados industrial e automotivo verão cada vez mais o uso de compósitos avançados por volta do ano 2000 (agora é 2019, está desatualizado). Atualmente, os processos manuais e automatizados são empregados na fabricação de peças compostas avançadas. À medida que os processos automatizados se tornam mais predominantes, espera-se que os custos dos compostos avançados diminuam até o ponto em que esses materiais sejam amplamente usados em equipamentos eletrônicos, maquinários e de transporte de superfície.

Os fornecedores de materiais compósitos avançados tendem a ser empresas maiores, capazes de fazer a pesquisa e o desenvolvimento necessários para fornecer os sistemas de resina de alto desempenho usados neste segmento da indústria. Os usuários finais também tendem a ser grandes e muitos estão nos negócios de aeronaves e aeroespacial.

Limitações

Apesar de sua resistência e baixo peso, os compostos não têm sido uma solução milagrosa para estruturas de aeronaves. Os compósitos são normalmente difíceis de inspecionar quanto a falhas. Alguns deles absorvem umidade. Mais importante ainda, eles podem ser proibitivamente caros, principalmente porque são trabalhosos e muitas vezes requerem máquinas de fabricação complexas e caras. O alumínio, por outro lado, é fácil e barato de fabricar e reparar, por exemplo, em uma colisão menor, um componente de alumínio pode ser martelado de volta à sua forma original, enquanto um componente de fibra de vidro triturado provavelmente terá que ser completamente substituído.

O alumínio tem uma resistência à fratura relativamente alta, permitindo que ele sofra grandes deformações plásticas antes da falha. Os compósitos, por outro lado, são menos tolerantes a danos e sofrem muito menos deformação plástica antes de falhar. Um avião feito inteiramente de alumínio pode ser consertado em quase qualquer lugar. Este não é o caso dos materiais compósitos, principalmente porque eles usam materiais diferentes e mais exóticos. Por causa disso, provavelmente os compósitos sempre serão mais usados em aeronaves militares, que estão em constante manutenção, do que em aeronaves comerciais, que exigem menos manutenção. O alumínio ainda continua sendo um material extremamente útil para estruturas de aeronaves e os metalúrgicos trabalharam duro para desenvolver melhores ligas de alumínio, por exemplo ligas de alumínio-lítio .

Veja também

links externos

Buckland, Peter G. Materiais compósitos avançados com aplicação em pontes . 30 de setembro de 1991.
Laboratório Nacional de Oak Ridge. Compósitos de fibra de carbono para carros . Vol. 33, No. 3, 2000.
Mecanismo de busca mundial de compostos [1] . Grande banco de dados de empresas envolvidas em materiais compostos.