Análise de compósitos de polipropileno e fibras de vidro utilizados pela indústria automotiva nacional

Abstract

Resumo: O polipropileno apresenta baixo custo e, quando for reforçado com fibras de vidro, é freqüentemente utilizado como compósitos. Em peças injetadas, uma maior resistência à tração e ao impacto dos compósitos são características cruciais para diferentes aplicações dos mesmos. O objetivo deste trabalho é a caracterização de propriedades mecânicas, térmicas e físicas em compósitos de polipropileno (PP) com fibras de vidro (FV) processados em diferentes temperaturas de injeção e utilizados pela indústria automotiva na fabricação de ventoinhas para sistema de arrefecimento. Compósitos de PP com 20% e 30% (em massa) de FV foram moldados em diferentes temperaturas de injeção (170ºC, 190ºC, 210ºC, 230ºC e 250ºC) para obter corpos de prova para testes de tração (ASTM-D638) e impacto (ASTM-D256) e também amostras para análises térmicas e físicas, como comprimento das fibras, densidade do compósito, índice de fluidez e termogravimetria. Os resultados obtidos a partir dos testes de tração demonstraram que, como esperado, os compósitos com maior teor de reforço apresentaram um aumento na resistência à tração, módulo elástico e diminuição no alongamento na ruptura. Para compósitos reforçados pela mesma fração volumétrica de fibras, foram detectadas variações estatisticamente significativas no módulo elástico com a temperatura, o que não se verificou, no entanto, para a resistência à tração. Testes de impacto mostraram que à medida que aumenta a temperatura de injeção, há uma queda acentuada da energia necessária para a fratura do polipropileno. O compósito, no entanto, mostrou-se relativamente menos afetado pela temperatura de injeção.A partir de imagens de microscopia eletrônica de varredura das amostras de teste de tração e de impacto, foi observado também uma diminuição da quantidade de vazios ou bolhas com o aumento do teor de fibras e diminuição do arrancamento (pull-out) de fibras na matriz polimérica com o aumento da temperatura de injeção de 170ºC para 250ºC. Correlações foram feitas entre as condições de injeção e as propriedades medidas, evidenciando a necessidade de controle do processo de injeção na fabricação de peças comerciais.

Abstract: Polypropylene has low cost and, when reinforced with glass fibres, is usually utilized as composites. The tensile and impact strength properties of such composites are very important characteristics of the moulded parts for different applications and therefore they need to be adequately monitored. Hence, the goal of this work is to characterize composites of polypropylene (PP) reinforced with glass fibres moulded under different injection temperatures (170ºC, 190ºC, 210ºC, 230ºC and 250ºC). The choice for this specific composite is mainly due to its use in the production of cooling fans by the Brazilian automotive industry. The PP composites with 20 or 30% (weight basis) of glass fibre content were injection moulded to obtain test pieces for tensile (ASTM D –638) and impact (ASTM D – 256) tests and to obtain samples for physical and thermal analysis. The tensile test results showed an increase of tensile strength and elastic modulus with a decrease of elongation to failure for the composites with increasing reinforcement content. For composites with the same fibre weight fraction, though significant statistical variations in elastic modulus were observed, no such variations occurred for tensile strength. The impact strength decreased when the injection temperature was increased for pure polypropylene, but this was not noticed for the composites. Scanning electron microscopic analyses of both tensile and impact tested samples showed a decrease of void volume fraction with fibre content and also a decrease of fibre pull out with increasing injection temperature from 170ºC to 250ºC. The correlations between injection conditions and test results obtained in this study imply the necessity of having strict injection condition control in order to maximize requisite properties when producing commercial parts.