Polímeros Reforçados com Fibras Longas (LFRPs) – Princípios e Melhores Práticas

Este artigo apresenta os princípios fundamentais e as melhores práticas para o processamento de polímeros reforçados com fibras longas (LFRPs), incluindo dicas práticas para preservar o comprimento das fibras e maximizar o desempenho em aplicações exigentes.

Visão geral do reforço com fibras

A adição de fibras — de vidro ou de carbono, longas ou curtas — melhora o desempenho mecânico e estrutural dos termoplásticos. A principal diferença entre fibras curtas e longas reside no grau de processamento a que são submetidas:

• Fibras curtas: Mais fáceis de processar, mas oferecem relações resistência/peso inferiores.
• Fibras longas: Requerem manuseio cuidadoso, mas melhoram significativamente a resistência, a tenacidade, a resistência à fadiga e a estabilidade dimensional.

Preserve o comprimento da fibra, não espere perfeição.

O comprimento da fibra é crucial para otimizar o desempenho do compósito. A quebra reduz a resistência e a tenacidade, podendo anular as vantagens das fibras longas. As causas da quebra de fibras incluem:

• manuseio inadequado
• Ferramentas ou moldes mal projetados
• Equipamentos e condições de processamento não otimizados

Materiais de fibra longa são normalmente produzidos por pultrusão:

• Fibras contínuas são puxadas através de uma matriz de impregnação.
• A resina reveste e adere completamente às fibras.
• As fibras são cortadas em grânulos (~12 mm) com reforço unidirecional.

Esquerda: fibras curtas após a remoção da resina | Centro: peça moldada por injeção | Direita: estrutura de fibra longa

Vantagens dos compósitos reforçados com fibras longas

• Maior relação resistência/peso
• Resistência a impactos aprimorada
• Maior resistência à fadiga
• Maior estabilidade térmica
• Estabilidade dimensional superior

Compósitos de fibra de carbono pode substituir metais:

• 70% mais leve que o aço
• 40% mais leve que o alumínio

Resinas básicas comuns: PA/Nylon, PP, ETPU, PEEK, PPA, PEI

Teor de fibras: Até 70% para vidro, 60% para carbono (PP, PA, TPU)

Resinas semicristalinas são mais adequadas para reforço de fibras do que resinas amorfas.

Considerações importantes para o processamento de LFRPs

1. Material e projeto do molde

• Os aços para moldes padrão (P20) são adequados; para maior durabilidade, utilize aço H13 ou A9.
• Evite canais de pequeno diâmetro para reduzir o cisalhamento das fibras. Recomenda-se o uso de canais largos em formato de leque ou totalmente circulares.
• Evite ângulos agudos nos trilhos; aberturas maiores são aceitáveis.

2. Equipamentos de Moldagem

• Máquinas de injeção padrão podem processar LFRPs com pequenos ajustes.
• Recomendação: parafuso de baixa pressão/uso geral, bico de no mínimo 5,6 mm, evitar bicos cônicos/de nylon.
• Preencha apenas 60-70% da capacidade do dispositivo de injeção para evitar cisalhamento excessivo ou tempo de residência prolongado.

3. Condições de Processamento

• Deformação e Rastejamento: Fibras longas reduzem a deformação e a fluência em comparação com fibras curtas. Otimize o posicionamento do ponto de injeção e o projeto da peça para minimizar a distorção.
• Secagem: Utilize um secador desumidificador com ponto de orvalho de -40 °C.
• Alimentação: Transporte pneumático com filtros; evite curvas acentuadas.
• Moldagem: Minimize o cisalhamento da rosca e a contrapressão; evite o remanufaturamento por esmagamento.
• Velocidade e pressão de injeção: Velocidades lentas (25,4–50,8 mm/s) para alto teor de fibras; ajuste dentro das faixas recomendadas pelo fornecedor.

Diretrizes de projeto de peças

• Promover o alinhamento das fibras na direção do fluxo.
• Espessura uniforme da parede: mín. 1,524 mm, ideal 3,175 mm, >5,08 mm reduz o alinhamento.
• Evite seções longas e planas sem nervuras.
• Posicione as linhas de solda estrategicamente; as fibras devem reforçar as linhas de solda.

Preservando as vantagens das fibras longas

Ajuste as diretrizes padrão de processamento de resina/fibra curta. Manuseio inadequado, projeto incorreto do molde ou configuração incorreta do equipamento podem reduzir ou eliminar os benefícios de alta resistência e tenacidade. Seguir as melhores práticas justifica o custo mais elevado dos materiais de fibra longa e garante o desempenho.