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 deste material desempenha um papel importante na determinação de quais propriedades podem ser alcançadas na peça final.

Para moldar LFRTs com sucesso, é necessária uma compreensão de algumas de suas características únicas. A compreensão das diferenças entre LFRTs e termoplásticos reforçados convencionais impulsionou o desenvolvimento de equipamentos, design e técnicas de processamento para maximizar o valor e o potencial dos LFRTs.

A diferença entre LFRT e atalhos convencionais, compostos curtos reforçados com fibra de vidro é o comprimento das fibras. No LFRT, o comprimento das fibras é igual ao comprimento dos pellets. Isto se deve ao fato de que a maioria dos LFRTs são produzidos por um processo de moldagem por pultrusão, em vez de uma composição do tipo cisalhamento.


Na fabricação de LFRT, fios contínuos de mecha sem torção 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 mm. Em contraste, os compostos convencionais de fibra de vidro curta contêm apenas fibras curtas de 3 a 4 mm de comprimento, que são ainda reduzidas para normalmente menos de 2 mm em extrusoras do tipo cisalhamento.
O comprimento da fibra nos pellets LFRT ajuda a melhorar as propriedades mecânicas do LFRT - maior resistência ao impacto ou tenacidade - enquanto mantém a rigidez. Desde que as fibras mantenham o seu comprimento durante o processo de moldagem, elas formam um “esqueleto interno” que proporciona excelentes propriedades mecânicas. No entanto, um processo de moldagem deficiente pode transformar um produto de fibra longa num 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.

Eu. 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 melhor ajudar a manter o comprimento da fibra. .

Um parafuso de uso geral com uma seção típica de "medição de compressão de alimentação" é bem adequado para esse 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. Não é necessário fabricar parafusos, cilindros e outros componentes a partir de ligas metálicas especiais porque o LFRT não sofre tanto desgaste quanto os termoplásticos tradicionais reforçados com fibra de vidro de corte curto.

Outro equipamento que pode se beneficiar de uma revisão de projeto é o bico 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 recomendado usar um conjunto de bico/válvula com fenda com um design de "fluxo 100% livre", que permite que fibras longas passem facilmente através do bico até a peça.

Além disso, os orifícios do bocal e da comporta devem ter um diâmetro generoso de 5,5 mm (0,250 pol.) ou mais e não ter arestas vivas. 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 componentes e moldes

Um bom projeto de peças e moldes também pode ser muito benéfico na manutenção do comprimento da fibra do LFRT. A eliminação de cantos afiados 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 projeto de parede nominal com espessura de parede uniforme. Grandes variações na espessura da parede podem levar a um preenchimento inconsistente e a uma orientação indesejada das fibras na peça. Onde forem necessárias peças mais espessas ou mais finas, evite mudanças bruscas na espessura da parede para evitar a formação de áreas de alto cisalhamento que possam danificar as fibras e se tornar uma fonte de concentração de tensões. Geralmente tente abrir a comporta na parede mais grossa e escoar para a parte mais fina, mantendo a extremidade preenchida na parte mais fina.

Os bons princípios genéricos de 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 buracos e vazios. Para compostos LFRT, a espessura ideal da parede é normalmente 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 suas fibras quebrarem após entrar no molde.

Os componentes são apenas um aspecto do projeto e é importante considerar como o material entra no molde. Quando os canais e guias 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 câmara quente com portas abertas são aceitáveis.

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

Finalmente, é importante prestar atenção 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 através da colocação adequada das comportas.

Uma análise computadorizada do preenchimento do 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 enchimento do molde.

Deve-se notar que estes projetos de peças e moldes são apenas recomendações. Existem muitos exemplos de peças com paredes finas, variações de espessura de parede e características delicadas ou finas que alcançaram bom desempenho usando complexos LFRT. No entanto, quanto mais se desvia destas recomendações, mais tempo e esforço serão necessários para garantir que todos os benefícios da LFRT sejam realizados.


III. Condições de processamento

As condições de processamento são críticas para o sucesso do LFRT. Com as condições de processamento corretas, é possível preparar uma boa peça LFRT usando uma máquina injetora universal e um molde adequadamente projetado. Em outras palavras, mesmo com equipamento e projeto de molde adequados, o comprimento da fibra pode ser comprometido se forem utilizadas condições de processamento inadequadas. Isso requer a compreensão do que as fibras encontrarão durante o processo de moldagem e a identificação das 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. Usar uma contrapressão de 1,5 a 2,5 bar (20 a 50 psi) geralmente é suficiente para obter uma alimentação consistente.

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


Durante o processo de moldagem por injeção, a fusão ocorre através de dois fatores que atuam em conjunto: cisalhamento e calor. Como o objetivo é preservar o comprimento das fibras no LFRT reduzindo o cisalhamento, será necessário mais calor. Dependendo do sistema de resina, a temperatura para processamento de 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 da temperatura do barril. Normalmente, a temperatura do barril aumenta à medida que o material se move da tremonha para o bico; entretanto, para LFRT, a temperatura recomendada é mais alta na tremonha. A inversão da distribuição de temperatura faz com que os pellets 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 nota final em relação ao processamento envolve a utilização de material de reaproveitamento. A retificação de peças moldadas ou sprues geralmente resulta em comprimentos de fibra mais baixos, portanto a adição de material reutilizado pode afetar o comprimento geral 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.