E5 Propriedades Térmicas Efetivas

Tópico

O coeficiente efetivo de expansão térmica e a condutividade térmica deste compósito são fortemente anisotrópicos, e essa anisotropia surge da disparidade entre as propriedades térmicas do reforço e da matriz: quando o reforço e a matriz têm coeficientes de expansão térmica e condutividade térmica muito diferentes, o compósito resultante deixa de se comportar uniformemente em todas as direções. Uma maior disparidade entre as propriedades térmicas do reforço e da matriz resulta em uma anisotropia térmica efetiva mais pronunciada do compósito.

O coeficiente longitudinal de expansão térmica deste compósito é calculado especificamente usando a regra de Schapery, ponderada pela rigidez de cada fase e não apenas por sua fração volumétrica: a fase mais rígida, tipicamente o reforço, restringe a expansão térmica natural da fase mais macia, tipicamente a matriz, mais do que uma simples média ponderada pelo volume indicaria. O fato de a rigidez do reforço ser muito maior do que a da matriz significa que o coeficiente longitudinal de expansão térmica do compósito está mais próximo do coeficiente do reforço do que do coeficiente da matriz, mesmo quando o reforço ocupa uma fração menor do volume total.

A condutividade térmica desse mesmo compósito, no entanto, é calculada de forma diferente dependendo da direção: na direção paralela às fibras de reforço, ela é calculada usando uma regra de misturas, somando a contribuição de cada fase ponderada por sua fração volumétrica, da mesma forma que o limite de Voigt combina os módulos elásticos de cada fase na direção longitudinal; na direção perpendicular às fibras, por outro lado, ela é calculada usando a mesma lógica do limite de Reuss, combinando a resistência térmica de cada fase em vez de sua condutividade direta. Como a condutividade térmica é calculada usando uma regra diferente em cada direção, a condutividade térmica do compósito, assim como seu coeficiente de expansão térmica, também é altamente anisotrópica.

Portanto, esse modelo, com a anisotropia térmica efetiva com a qual foi desenvolvido, é a base física de outro modelo nesse conjunto, o que descreve a microfissuração térmica devido a uma discrepância no coeficiente de expansão térmica. O fato de o coeficiente de expansão térmica longitudinal do reforço e o da matriz, calculados aqui de acordo com a regra de Schapery, serem diferentes entre si é precisamente o que causa a discrepância no coeficiente de expansão térmica que este outro modelo utiliza para explicar a tensão residual gerada na matriz durante o resfriamento após a cura.

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