COMPÓSITOS

“Evolução de Desempenho em Peças Moldadas por Injeção de Compósitos de Polipropileno com Fibras de Vidro e Reforços Híbridos

FV/Cargas Minerais”

José Alendrandrino de Sousa

O uso de polipropileno (PP) reforçado com fibra de vidro (FV) curta é ainda hoje objeto de muita investigação científica e tecnológica, pelo grande atrativo deste compósito de baixo custo para aplicações de engenharia cada vez mais exigentes, como as requeridas na indústria automobilística, onde os requisitos da relação custo/desempenho mecânico devem ser otimizados em virtude do entendimento das correlações processamento-estrutura-propriedades mecânicas de termoplásticos reforçados com fibra de vidro curta (TPRFVc).

O uso de termoplásticos reforçados com fibras de vidro curtas (TPRFVc) vem cada vez mais ganhando destaque para aplicações de engenharia, tal como nas indústrias automobilística, elétrica-eletrônica, eletrodomésticos etc, devido à sua facilidade na conformação de peças de formato complexo e por apresentar bom desempenho mecânico sob condições de serviço em ambiente agressivo. Entretanto, a demanda contínua, por novos desenvolvimentos que possam atender os requisitos de desempenho superior a custos cada vez mais competitivos, tem forçado os fabricantes e usuários desta categoria de materiais compósitos a enfrentar os desafios com soluções engenhosas tais como: (I) substituição de matrizes de termoplásticos mais caros como as de nylons e poliésteres, por outras mais baratas como as de polipropileno, (II) desempenho mecânico superior do compósito através de compatibilização interfacial polímero-reforço e (III) previsão de anisotropia mecânica e defeitos como linhas de solda em peças moldadas por injeção e sua redução através de uso de reforços híbridos fibro-particulados.

Portanto, na primeira parte deste trabalho, utilizando um sistema modelo de compósitos de polipropileno (PP) reforçado com fibras de vidro (FV) curtas, são apresentados os novos desenvolvimentos alcançados através de uso de um compatibilizante interfacial de PP graftizado com anidrido maléico (PP-g-MAH), onde a escolha adequada das características materiais do compatibilizante conduz ao desempenho mecânico superior do compósito.

Na segunda parte, é abordada a importância da previsão de anisotropia mecânica em peças moldadas de termoplásticos reforçados com FV, que é oriunda da orientação preferencial das fibras na direção de fluxo durante o preenchimento de moldes de injeção, e que pode levar ao empenamento das peças na presença de elevado grau de encolhimento diferencial. Na seqüência, será demonstrado como a combinação de reforço fibroso com cargas minerais pode ser empregada como uma solução para minimizar estes problemas, substituindo parte das fibras de alta razão de aspecto por carga mineral de baixa razão de aspecto e, assim, buscar um melhor equilíbrio entre resistência e anisotropia mecânica em peças técnicas fabricadas de compósitos de termoplásticos reforçados com fibras.

I - Influência da Compatibilização Interfacial nas Propriedades Mecânicas

Os principais parâmetros materiais que influenciam em maior ou menor grau na eficiência de reforçamento mecânico de TPRFVc estão resumidos na Figura 1, onde a resistência mecânica do compósito está relacionada ao comprimento das fibras, e a outros fatores, tais como a orientação e concentração da FV e a adesão interfacial polímero-reforço [1-5].

necessário para uma eficiente transferência de tensão da matriz para as fibras de reforço, segundo a conhecida equação de Kelly e Tyson [1-5]:

(Lc / df) = (sf / 2ti ) (equação 1)

onde, sf é a resistência máxima da fibra, df é o diâmetro da fibra e ti é a resistência ao cisalhamento interfacial fibra-polímero ou a resistência ao cisalhamento da matriz, qualquer uma das duas sendo alcançada primeiro.