Com o rápido desenvolvimento do indústria automotiva , compósitos termoplásticos reforçados com fibras de vidro longas (LGF) têm sido cada vez mais aplicadas.

Seguindo a tendência de redução de peso dos veículos automotivos, “ substituindo aço por plástico ” tornou-se uma abordagem comum. Aproveitando ao máximo a LGF baixo coeficiente de expansão linear, alta resistência específica, alto módulo específico e excelente estabilidade dimensional , sua aplicação em estruturas automotivas leves reduz efetivamente o peso do veículo, melhora o desempenho de potência e o manuseio, diminui o consumo de energia e melhora a autonomia de direção.

Desempenho Análise

1.1 Materiais PP-LGF retardantes de chamas
Materiais de polipropileno reforçado com fibra de vidro longa (PP-LGF) Oferecem excelentes propriedades mecânicas e estabilidade dimensional, tornando-os amplamente utilizados em diversos setores industriais. Também podem ser projetados para apresentar desempenho retardante de chama intumescente ou sinérgico. Esses materiais são classificados principalmente em dois tipos de retardantes de chama: à base de nitrogênio-fósforo e à base de bromo .

O sistema nitrogênio-fósforo forma uma camada porosa e expandida de carvão na superfície da matriz de PP por meio da ação de retardantes de chama. Essa camada de carvão atua como uma barreira térmica e de oxigênio, melhorando a resistência e a resistência ao calor do carvão, retardando efetivamente a decomposição e a oxidação da resina da matriz e aprimorando o desempenho geral de retardamento de chama do sistema compósito, alcançando assim a retardância de chama da resina da matriz.

Os retardadores de chama à base de bromo dependem principalmente do efeito sinérgico do bromo-antimônio. Durante a decomposição térmica, eles geram substâncias inertes que retardam ou interrompem a combustão. Além disso, o denso HBr produzido pode diluir o oxigênio do ar circundante, não é inflamável e pode formar uma camada protetora na superfície do material para inibir a combustão, reduzir a taxa de combustão ou promover a autoextinção.

O propriedades de alguns materiais PP-LGF retardantes de chamas típicos atualmente usados em aplicações estão resumidos na Tabela 1.

Tabela 1 Perfo rmance de materiais PP-LGF retardantes de chamas

Na Tabela 1, pode-se observar que os materiais PP-LGF retardantes de chama, embora mantendo bom desempenho retardante de chamas sinérgico , também retém propriedades mecânicas consideráveis incluindo resistência à tração, resistência à flexão e resistência ao impacto entalhado.

1.2 Materiais PA66-LGF
Materiais PA66-LGF são compósitos reforçados com alta resistência ao calor, alta resistência, alto módulo e excelente tenacidade . Entre eles, PA66-LGF30 contém Reforço de fibra de vidro longa de 30% , enquanto o PA66-LGF25 contém 25%. Ambos são produzidos em forma de pellets, o que aumenta significativamente a resistência mecânica e a estabilidade dimensional do material, proporcionando excelente resistência ao impacto. propriedades de materiais PA66-LGF típicos são mostrados na Tabela 2.

Tabela 1 Perfo rmance de materiais PP-LGF retardantes de chamas

Aplicações

LGF é amplamente utilizado em automóveis, aeroespacial, esportes, eletrodomésticos e embalagens , com o indústria automotiva sendo o principal setor de aplicação, respondendo por cerca de 80% .

2.1 Rodas automotivas
Nylon fibra de vidro longa (LGF) é um resistente a altas temperaturas, autolubrificante material reforçado capaz de suportar cargas médias a altas. Por ser um material que combina perfeitamente o reforço de fibras longas com a lubrificação, pode operar em condições de até 130 °C . Com boa versatilidade, é adequado para aplicações de funcionamento a seco, usado principalmente em movimentos rotacionais e deslizantes, apresentando excelente resistência à poeira e não exigindo manutenção.

No design e desenvolvimento de veículos leves, os materiais PA66 reforçados com fibra de vidro longa são adequados para componentes de rodas automotivas , possibilitando a produção de placas compostas e rodas para automóveis de passeio por meio de moldagem por injeção.

O método de preparação das placas compostas envolve a secagem dos pellets a 100 °C por 4 horas, seguida da moldagem por injeção. Os parâmetros do processo de moldagem — como Temperatura do parafuso, pressão do parafuso, pressão de injeção, tempo de injeção, contrapressão, tempo de resfriamento e temperatura do molde — são ajustados de acordo. Após a moldagem, as placas são resfriadas ao ar até a temperatura ambiente. .

A preparação de rodas compostas segue um processo semelhante: Os pellets são secos a 100 °C por 4 horas e, em seguida, moldados por injeção. Os parâmetros do processo incluem temperatura do canal quente, pressão de injeção, tempo de injeção, pressão de retenção, tempo de retenção, tempo de resfriamento e temperatura do molde. . O produto final é uma roda composta de 15 polegadas.

Testes e análises subsequentes das placas e rodas determinam o teor de fibras de vidro, o comprimento, a orientação e a distribuição das fibras. Testes de fadiga radial nas rodas compostas confirmam ainda mais seu desempenho de resistência à fadiga.

2.2 Tampa do capô do motor
Considerando o alta resistência específica, módulo específico e resistência ao impacto de polipropileno reforçado com fibra de vidro longa (PP-LGF), pode ser aplicado com eficácia em componentes do capô do motor automotivo . Ao otimizar o projeto do molde e ajustar os parâmetros de processamento, é possível fabricar peças que atendem aos requisitos de aparência e desempenho, atendendo assim às necessidades de aplicações automotivas leves e minimizando custos.

Com base nos requisitos de desempenho das tampas de capô de motor, o PP-LGF30 foi selecionado. Por meio de testes de produção e verificação de desempenho, constatou-se que a resistência à tração, o módulo de flexão, a resistência ao impacto com entalhe e a temperatura de deflexão térmica do material atendem aos requisitos funcionais das aplicações de capô de motor. Para otimizar ainda mais a qualidade da aparência das peças PP-LGF30, são necessários ajustes no projeto e no processamento do molde. Por exemplo, orifícios de ventilação podem ser adicionados nas extremidades do fluxo de fusão para resolver dificuldades de moldagem, e um controlador de temperatura do molde pode ser usado para manter a temperatura do molde a 80 °C .

2.3 Módulo Front-End
No desenvolvimento do design automotivo leve, o polipropileno reforçado com fibra de vidro longa (PP-LGF), com sua excelentes propriedades mecânicas , pode ser aplicado a armações frontais automotivas . Ao incorporar razoavelmente a otimização da topologia estrutural, a otimização dimensional e outras técnicas de projeto, e com base no desenvolvimento de materiais PP-LGF modificados, é possível obter formulações otimizadas e seleção de matéria-prima, seguidas de composição experimental, testes e projeto de processo.

2.4 Capô dianteiro
No processo de design automotivo leve, o conceito de “ substituindo aço por plástico ” tem sido cada vez mais reconhecido. O capô frontal dos veículos agora está sendo fabricado com compósitos plásticos reforçados com fibra de vidro longa , que são isqueiro em peso e oferta desempenho superior , reduzindo efetivamente a massa total do veículo e atendendo aos requisitos de economia de energia e redução de emissões.

Durante o aprimoramento e a otimização da estrutura do capô dianteiro, compósitos reforçados com fibra de vidro longa são utilizados para substituir os materiais metálicos originais. Com base nas propriedades mecânicas desses compósitos, o método de projeto equivalente é aplicado para redesenhar a estrutura do capô, levando em consideração fatores como módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson e espessura da parede fina para determinar a espessura inicial do capô.

Outras otimizações estruturais incluem: projetar plataformas rebaixadas e nervuras transversais no painel interno como estruturas de reforço; adicionar pequenos furos na borda inferior do painel interno; adotar métodos de união de alta adesão para montagem do capô; e simplificar a estrutura seccional das laterais do capô usando vedações laterais adesivas .

2.5 Esqueleto do painel de instrumentos
Como todos leve e de alta resistência material plástico composto, polipropileno reforçado com fibra de vidro longa (PP-LGF) pode ser aplicado no esqueleto do painel de instrumentos automotivo . Aproveitando suas excelentes propriedades mecânicas e boa adaptabilidade ambiental, o PP-LGF é produzido pelo método de impregnação por fusão, tornando-o adequado para componentes estruturais de alto desempenho, como painéis de instrumentos. O painel de instrumentos é uma parte crítica do interior do veículo, exigindo alta resistência e rigidez.

2.6 Bandeja de bateria
Os compósitos reforçados com fibras de vidro longas podem ser fabricados em componentes de formato complexo por meio de moldagem por injeção. Para atender aos requisitos de redução de peso das bandejas de baterias automotivas, PP-LGF40 é selecionado devido ao seu desempenho superior na redução da vibração e do ruído do veículo, além de melhorar a resistência à corrosão. O material pode ser moldado em peças com estruturas complexas e paredes finas, enquanto nervuras estruturais são incorporadas ao projeto para aumentar a rigidez. Durante a produção, as transições de canto devem ser chanfradas para reduzir a concentração de tensões e garantir a rigidez necessária da bandeja da bateria.

Considerando que os furos de instalação e flanges laterais estão sujeitos a tensões maiores do que outras regiões, a espessura da parede dos furos de montagem deve ser adequadamente aumentada, com nervuras estendendo-se até a superfície da bandeja para reforçar essas áreas. Para melhorar ainda mais a rigidez das paredes laterais da bandeja, uma flange de 2 mm deve ser adicionada ao longo das laterais e do perímetro, e uma estrutura de nervuras em forma de grade (em forma de "井") deve ser colocada na parte traseira da bandeja. Além disso, ajustes de pré-deformação devem ser feitos para levar em conta a deformação induzida pelas nervuras, garantindo a compatibilidade da montagem e maior rigidez, atendendo assim aos requisitos de redução de peso automotivos.

2.7 Porta traseira

As portas traseiras de plástico podem ser fabricadas usando compostos termoplásticos de polipropileno reforçado com fibra de vidro longa (PP-LGF), que oferecem baixa densidade, alta resistência, alta reciclabilidade e flexibilidade de design Este material reduz significativamente o consumo de combustível e as emissões de CO₂, permitindo uma maior integração dos componentes. No design da tampa traseira em PP-LGF, tanto os painéis internos quanto os externos são produzidos por moldagem por injeção, com colagem adesiva entre eles. A análise de simulação é realizada para otimizar a integridade estrutural e o desempenho.

O painel interno, que suporta a maior parte da carga, deve ser reforçado com nervuras na parte superior e nas regiões do pilar D para garantir resistência e rigidez suficientes. Durante a seleção do material, o coeficiente de expansão térmica linear dos painéis interno e externo deve ser cuidadosamente ajustado, especialmente em condições alternadas de calor e frio. Uma combinação inadequada pode resultar em descolamento ou deformação das juntas adesivas devido à expansão e contração térmicas.

2.8 Para-lama
Utilizando equipamentos de moldagem especializados, grânulos de PP-LGF com um teor específico de fibra de vidro são preparados e aplicados em estruturas de para-lamas automotivos. Ao projetar para-lamas com PP-LGF, é essencial avaliar a influência do teor de fibra de vidro na propriedades de tração, flexão e impacto por meio de testes de desempenho.

Propriedades não mecânicas também devem ser avaliadas, incluindo resistência a altas temperaturas, ciclos térmicos, impacto, calor úmido, água e solventes. Devem ser feitas observações para detectar possíveis defeitos, como deformação, rachaduras, escamação, bolhas, aderência ou dissolução. Após os testes, os componentes da defensa são montados para validar sua adequação a diferentes condições de operação e garantir a conformidade com os requisitos de leveza e durabilidade.

Conclusão
Em resumo, os compósitos reforçados com fibras de vidro longas são materiais leves e de alta resistência. Considerando o cenário de "substituição do aço por plásticos", eles demonstram vantagens de desempenho distintas e são adequados para aplicação em projetos estruturais automotivos leves.