Os compósitos poliméricos feitos com a adição de fibra de vidro são responsáveis por aprimorar as propriedades termomecânicas de alguns produtos. Contudo, ocasionalmente, estes materiais ainda assim sofrem fraturas. Mas então quais as causas deste tipo de falha?

A formação de um compósito polimérico através da adição de materiais é um processo bastante utilizado por diversos tipos de indústrias na fabricação de seus produtos. As fibras de vidro são uma das principais cargas inorgânicas reforçativas e são incorporadas com o objetivo de incrementar algumas propriedades mecânicas e termomecânicas, como maior rigidez e resistência à fluência.

Figura: Imagem ilustrativa das fibras de vidro utilizadas como cargas de reforço.

Quais os principais fatores que podem contribuir para a fratura de peças plásticas com fibra de vidro?

Orientação das fibras

A orientação das fibras dentro da matriz é um dos fatores que garantem propriedades mecânicas elevadas para algumas aplicações. Porém, por conta da anisotropia, fibras orientadas perpendicularmente à solicitação mecânica de tração ou flexão apresentam um desempenho menor.

Adesão das fibras à matriz polimérica

O sucesso da incorporação de fibras em matrizes poliméricas estã muito relacionado à existência de uma interface fibra/matriz de qualidade. Tal interface garante uma boa adesão entre a parte inorgânica (fibras) e orgânica (matriz polimérica), que é um importante requisito para que haja transferência de tensões da matriz para a fibra. Dessa forma, uma baixa adesão entre fibra e matriz faz com que as tensões não sejam transferidas totalmente da matriz para as fibras, não gerando o efeito de reforço esperado.

Tamanho das Fibras

As fibras aumentam a resistência de um material polimérico através de mecanismos de transferência de tensões. Um dos fatores preponderantes para uma fibra poder atuar como reforço é o seu comprimento. Para que ocorra uma transferência de tensões adequada, a fibra deve possuir um certo comprimento mínimo ou crítico, a partir do qual a fibra deixa de ser um concentrador de tensões e passa a reforçar o material polimérico. Por este motivo, toda atenção é necessária durante o processamento para que não ocorra quebra das fibras, e as mesmas não tenham seu desempenho comprometido ou mesmo passem a atuar como concentradores de tensão.

Teor de Fibras

O teor adequado de fibras de vidro incorporadas em um material polimérico depende das propriedades finais que se deseja alcançar no produto, do tipo de matriz polimérica e tipo de processo de moldagem a ser utilizado.

Por exemplo, baixos teores de fibras podem não ser suficientes para que se alcance as propriedades desejadas em alguns produtos. Por outro lado, um excesso de fibras pode tornar o material extremamente rígido e quebradiço.

Distribuição irregular das Fibras

O processo de mistura das fibras de vidro junto à matriz polimérica é um passo muito importante no desenvolvimento de compósitos. O mais adequado é que haja uma distribuição regular. Caso esta distribuição seja irregular, é possível que regiões tenham um teor maior de fibras do que outras, deixando o produto com propriedades irregulares ao longo da peça, de forma que essas heterogeneidades podem propiciar uma falha.

Como evitar este tipo de problema?

O primeiro passo para resolução deste tipo de problema é identificar a principal causa da falha. Existem diversos tipos de ensaios que podem ser utilizados para investigar as causas raízes deste tipo de problema. Dentre eles, temos:

Termogravimetria (TGA): Este é um dos principais ensaios utilizados para determinar o teor de cargas inorgânicas presentes em matrizes poliméricas. Trata-se de uma análise termoanalítica que mensura as variações de massa em relação ao aumento de temperatura. Através deste ensaio é possível determinar o teor de fibras de vidro (em massa) incorporadas em um compósito.

Microscopia Óptica: A microscopia óptica avalia a presença e a morfologia de aditivos e cargas nos polímeros através da interação com a luz. A partir deste ensaio é possível determinar o comprimento das fibras e muitas vezes avaliar como as fibras estão dispersas na matriz.

Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV): Já este tipo de microscopia utiliza a detecção da interação de um feixe de elétrons com a estrutura para gerar imagens com um grande aumento sema perda de nitidez. Através das imagens geradas é possível analisar a morfologia da microestrutura e obter informações muito relevantes sobre orientação, dispersão e distribuição, e adesão entre fibras e matriz polimérica.

A Afinko realiza todos os ensaios listados com o objetivo de investigar este tipo de problema em compósitos de fibra de vidros com matriz polimérica. Caso tenha interesse, entre já em contato pelo e-mail: contato@afinkopolimeros.com.br

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