Termoplásticos reforçados com fibra longa (LFRT) estão sendo usados ​​para aplicações de moldagem por injeção com altas propriedades mecânicas. Embora a tecnologia LFRT possa fornecer boas propriedades de resistência, rigidez e impacto, o método de processamento desse material desempenha um papel importante na determinação de quais propriedades podem ser alcançadas na peça final.

Para moldar LFRTs com sucesso, é necessário entender algumas de suas características únicas. Compreender as diferenças entre os LFRTs e os termoplásticos reforçados convencionais tem impulsionado o desenvolvimento de equipamentos, design e técnicas de processamento para maximizar o valor e o potencial dos LFRTs.

A diferença entre o LFRT e os compostos reforçados com fibra de vidro curta convencional é o comprimento das fibras. No LFRT, o comprimento das fibras é igual ao comprimento dos pellets. Isso se deve ao fato de que a maioria dos LFRTs é produzida por um processo de moldagem por pultrusão, em vez de uma composição do tipo cisalhamento.

Na fabricação de LFRT, fios contínuos de mecha não torcida de fibra de vidro são primeiro puxados para uma matriz para revestimento e impregnação com resina e, após sair da matriz, essa tira contínua de plástico reforçado é cortada ou peletizada, geralmente com um comprimento de 10 a 12 milímetros. Em contraste, os compostos de fibra de vidro curtos convencionais contêm apenas fibras curtas de 3 a 4 mm de comprimento, que são ainda mais reduzidas para tipicamente menos de 2 mm em extrusoras do tipo cisalhamento.

O comprimento da fibra nos grânulos LFRT ajuda a melhorar as propriedades mecânicas do LFRT - maior resistência ao impacto ou tenacidade - enquanto mantém a rigidez. Desde que as fibras mantenham seu comprimento durante o processo de moldagem, elas formam um "esqueleto interno" que fornece excelentes propriedades mecânicas. No entanto, um processo de moldagem ruim pode transformar um produto de fibra longa em um material de fibra curta. Se o comprimento das fibras for comprometido durante o processo de moldagem, não é possível atingir o nível de desempenho desejado.

Para manter o comprimento da fibra durante o processo de moldagem LFRT, há três aspectos importantes a serem considerados: a máquina de moldagem por injeção, o projeto da peça e do molde e as condições de processamento.

I. Considerações sobre equipamentos

Uma pergunta frequente sobre o processamento de LFRT é se é possível usar equipamentos de moldagem por injeção existentes para moldar esses materiais. Na maioria dos casos, o equipamento usado para moldar compostos de fibra curta também pode ser usado para moldar LFRT e, embora o equipamento típico de moldagem de fibra curta seja adequado para a maioria das peças e produtos LFRT, algumas modificações no equipamento podem ser feitas para ajudar a manter o comprimento da fibra. .

Uma rosca de uso geral com uma seção típica de "medição de compressão de alimentação" é adequada para este processo e, ao reduzir a taxa de compressão na seção de medição, o cisalhamento destrutivo da fibra pode ser reduzido. Uma taxa de compressão da seção de medição de aproximadamente 2:1 é ideal para produtos LFRT. A fabricação de parafusos, barris e outros componentes de ligas metálicas especiais não é necessária porque o LFRT não sofre tanto desgaste quanto os termoplásticos reforçados com fibra de vidro de corte curto tradicional.

Outra peça do equipamento que pode se beneficiar de uma revisão do projeto é a ponta do bico. Alguns materiais termoplásticos são mais fáceis de processar com uma ponta de bico cônica reversa que cria um alto grau de cisalhamento à medida que o material é injetado na cavidade do molde. No entanto, esta ponta de bico pode reduzir significativamente o comprimento da fibra de compósitos de fibra longa. Portanto, é recomendável usar um conjunto bico/válvula ranhurado com um design 100% "fluxo livre", que permite que fibras longas passem facilmente pelo bico para a peça.

Além disso, os orifícios do bocal e da porta devem ter um diâmetro generoso de 5,5 mm (0,250 pol.) ou mais e não devem ter bordas afiadas. É importante entender como o material flui através do equipamento de moldagem por injeção e determinar onde o cisalhamento quebrará as fibras.

II. Projeto de molde e componente

Um bom projeto de peça e molde também pode ser muito benéfico para manter o comprimento da fibra do LFRT. A eliminação de cantos vivos em torno de algumas arestas (incluindo linhas de nervuras, abas e outros recursos) evita tensões desnecessárias na peça moldada e reduz o desgaste da fibra.

As peças devem ter um design de parede nominal com espessura de parede uniforme. Grandes variações na espessura da parede podem levar a preenchimento inconsistente e orientação indesejada da fibra na peça. Onde são necessárias peças mais grossas ou mais finas, evite mudanças bruscas na espessura da parede para evitar a formação de áreas de alto cisalhamento que podem danificar as fibras e se tornar uma fonte de concentração de tensões. Normalmente tente abrir a comporta na parede mais grossa e escoe para a parte mais fina, mantendo a ponta preenchida na parte mais fina.

Os princípios genéricos de bom design de plástico sugerem que manter a espessura da parede abaixo de 4 mm (0,160 pol.) promoverá um bom fluxo uniforme e reduzirá o potencial de cavidades e vazios. Para compostos LFRT, a espessura ideal da parede é tipicamente de cerca de 3 mm (0,120 pol.), com uma espessura mínima de 2 mm (0,080 pol.). Com espessuras de parede inferiores a 2 mm, o material tem maior probabilidade de quebrar suas fibras após entrar no molde.

Os componentes são apenas um aspecto do projeto e é importante considerar como o material entra no molde. Quando corredores e portas guiam o material para dentro da cavidade, muitos danos às fibras podem ocorrer nessas áreas se não forem projetados corretamente.

Ao projetar um molde para moldar compostos LFRT, um canal totalmente arredondado é ideal, com um diâmetro mínimo de 5,5 mm (0,250 pol.). Qualquer outra forma de corredor que não seja um corredor de canto totalmente arredondado terá cantos afiados que aumentarão as tensões durante o processo de moldagem e destruirão o reforço de fibra de vidro. Sistemas de canais quentes com portas abertas são aceitáveis.

O portão deve ter uma espessura mínima de 2 mm (0,080 pol.). Se possível, posicione a guilhotina ao longo de uma borda que não bloqueie o fluxo de material para dentro da cavidade. O portão na superfície da peça precisará ser girado 90° para evitar o desencadeamento da quebra da fibra que pode reduzir as propriedades mecânicas.

Por fim, é importante ficar atento à localização das linhas de fusão e saber como elas afetam a área onde a peça será carregada (ou tensionada) durante o uso. As linhas de fusão devem ser movidas para áreas onde se espera que os níveis de tensão sejam baixos por meio da colocação adequada do portão.

Uma análise computadorizada de preenchimento de molde pode ajudar a determinar onde essas linhas de fusão serão posicionadas. A análise estrutural de elementos finitos (FEA) pode ser usada para comparar a localização de altas tensões com a localização das linhas de fusão identificadas na análise de preenchimento do molde.

Deve-se observar que esses designs de peças e moldes são apenas recomendações. Existem muitos exemplos de peças com paredes finas, variações de espessura de parede e recursos delicados ou finos que obtiveram bom desempenho usando complexos LFRT. No entanto, quanto mais se desvia dessas recomendações, mais tempo e esforço são necessários para garantir que todos os benefícios do LFRT sejam alcançados.


III. Condições de processamento

As condições de processamento são críticas para o sucesso do LFRT. Com as condições de processamento adequadas, é possível preparar uma boa peça LFRT usando uma máquina de moldagem por injeção universal e um molde projetado adequadamente. Em outras palavras, mesmo com equipamento e projeto de molde adequados, o comprimento da fibra pode ser comprometido se forem usadas condições de processamento inadequadas. Isso requer entender o que as fibras encontrarão durante o processo de moldagem e identificar as áreas que causarão cisalhamento excessivo das fibras.

Primeiro, monitore a contrapressão. A alta contrapressão introduz uma grande força de cisalhamento no material que reduzirá o comprimento da fibra. Considere começar com contrapressão zero e aumentá-la apenas o suficiente para permitir que a rosca retorne uniformemente durante a alimentação, usando uma contrapressão de 1,5 a 2,5 bar (20 a 50 psi) geralmente é suficiente para obter uma alimentação consistente.

Altas velocidades de parafuso também têm um efeito prejudicial. Quanto mais rápido o parafuso girar, maior a probabilidade de sólidos e materiais não fundidos entrarem na seção de compressão do parafuso, causando danos à fibra. Semelhante às recomendações para contrapressão, a velocidade deve ser mantida o mais baixa possível ao nível mínimo necessário para estabilizar a rosca de enchimento. Velocidades de parafuso de 30 a 70 r/min são comuns ao moldar compostos LFRT.

Durante o processo de moldagem por injeção, a fusão ocorre por meio de dois fatores que atuam em conjunto: cisalhamento e calor. Como o objetivo é preservar o comprimento das fibras em LFRT reduzindo o cisalhamento, mais calor será necessário. Dependendo do sistema de resina, a temperatura para processar um composto LFRT será tipicamente 10 a 30°C mais alta do que um composto moldado convencionalmente.

No entanto, antes de simplesmente aumentar a temperatura do barril em geral, é importante observar o inverso da distribuição de temperatura do barril. Normalmente, a temperatura do barril sobe à medida que o material se move da tremonha para o bocal; porém, para LFRT, a temperatura recomendada é maior na moega. Inverter a distribuição de temperatura faz com que os grânulos LFRT amoleçam e derretam antes de entrar na seção de compressão do parafuso de alto cisalhamento, o que facilita a retenção do comprimento da fibra.

Uma observação final em relação ao processamento envolve o uso de material de reaproveitamento. A retificação de peças moldadas ou sprues geralmente resulta em comprimentos de fibra menores, portanto, a adição de material de reutilização pode afetar o comprimento total da fibra. Para não reduzir significativamente as propriedades mecânicas, a quantidade máxima de material de reaproveitamento recomendada é de 5%. Quantidades maiores de material reutilizado podem afetar negativamente as propriedades mecânicas, como a resistência ao impacto.