Metodologia para a determinação das propriedades mecânicas de compósitos de poliamida 6.6 reforçados por fibras de vidro longas através da simulação de injeção
Resumen
A utilização de compósitos termoplásticos reforçados por fibras longas tem crescido consideravelmente nos últimos anos. No entanto, as propriedades mecânicas desses materiais são fortemente dependentes de sua microestrutura (orientação e comprimento das fibras) e, consequentemente, das condições de processamento do material. No caso específico da moldagem por injeção, as elevadas taxas de cisalhamento provocam simultaneamente uma redução no comprimento das fibras e a orientação das mesmas no sentido do fluxo, tornando muito difícil a previsão das propriedades mecânicas desse compósito. Dentro desse contexto, o objetivo do presente trabalho é apresentar uma metodologia para calcular a resistência à tração de compósitos termoplásticos baseado somente na sua microestrutura virtual estimada pelo processo de simulação de injeção. A base da metodologia proposta é o modelo de Kelly e Tyson para o cálculo da resistência à tração de compósitos reforçados por fibras descontínuas, o qual foi modificado para utilizar uma distribuição de probabilidade que represente os comprimentos das fibras, além de utilizar elementos do tensor de orientação das mesmas. O método proposto também inclui uma sistemática indireta para determinar a resistência interfacial entre as fibras e a matriz e também a tensão de ruptura das fibras. A metodologia proposta foi avaliada no compósito de poliamida 6.6 reforçado por fibras de vidro longas (50% em massa), o qual teve a sua microestrutura simulada com o auxílio do software Moldflow, utilizando os modelos RSC e ARD-RSC para estimar a
orientação das fibras, além do modelo de Phelps e colaboradores para determinar a quebra das fibras durante a moldagem por injeção. As propriedades mecânicas do compósito estudado, tais como resistência à tração e à flexão, determinadas experimentalmente foram comparadas com os resultados teóricos previstos pela metodologia apresentada. Por fim, o modelo proposto nesse trabalho foi utilizado para prever a resistência mecânica de um componente estrutural automotivo (suporte do balaústre), e esse resultado foi comparado com os dados experimentais dos ensaios mecânicos realizados nesse mesmo componente. As diferenças entre os resultados apresentados pela metodologia de cálculo proposta e os resultados experimentais ficaram abaixo de 15%. Comparado com um suporte de balaústre fabricado da forma tradicional, com
alma metálica, o suporte moldado em compósito TRFL apresentou uma redução de massa de 30%. [resumo fornecido pelo autor]