Análise comparativa das características térmicas, químicas e mecânicas do PLA impresso e sem reforço de fibra de carbono
Resumo
As técnicas de manufatura aditiva revolucionaram a forma de fabricar componentes com
geometrias complexas, ou de difícil produção pelas rotas convencionais de fabricação. Existe
uma gama de materiais que podem ser empregados como matérias–primas em tais processos.
No caso da utilização de polímeros, foi demonstrado na literatura que as peças produzidas de
forma aditiva apresentam, em média, 85% da resistência mecânica daquela apresentada pelo
mesmo material quando processado através da técnica de moldagem por injeção. Buscando
atender requisitos de projeto, a melhora nas propriedades mecânicas, térmicas e elétricas de
componentes produzidos de forma aditiva a partir de polímeros pode ser alcançada através da
adição de materiais de reforço. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da
adição de fibra de carbono sobre as características térmicas, químicas e mecânicas de amostras
produzidas pelo processo de impressão 3D de Fabricação com Filamento Fundido (FFF),
utilizando um filamento comercial de Poli(ácido láctico) (PLA) reforçado com fibra de carbono.
Para fins de comparação, amostras e corpos de prova também foram impressos em 3D usando
um filamento PLA comercial regular do mesmo fabricante, e submetidos às mesmas
caracterizações. A caracterização química do material impresso foi realizada empregando as
técnicas de Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e
Espectroscopia Raman, e por Difração de Raios X (XRD). A caracterização térmica foi
realizada utilizando as técnicas de análise termogravimétrica (TGA) e calorimetria diferencial
de varredura (DSC). Por fim, a caracterização mecânica foi realizada empregando os ensaios
de tração uniaxial, flexão em três pontos, sensibilidade ao entalhe (SENB), impacto e dureza.
Os espectros Raman das amostras de PLA reforçado com fibras de carbono revelaram as bandas
características D e G, enquanto os espectros FTIR não demonstraram interações químicas entre
as fibras de carbono e a matriz de PLA. Os padrões de XRD revelam baixa cristalinidade e
picos de baixa intensidade associados ao pigmento do filamento em ambos os materiais, com
picos específicos relacionados ao PLA cristalino para o PLA natural e ao plano da fibra de
carbono para o PLA reforçado. Os resultados obtidos pelo DSC mostraram um pequeno
aumento nas temperaturas de fusão e cristalização do PLA com a adição de fibras de carbono.
Por outro lado, a análise TGA revelou uma redução na temperatura de início da decomposição
térmica do PLA com a presença dessas fibras. Nos ensaios de tração, flexão, impacto e de flexão
de três pontos em amostras padrão SENB, a adição de fibras de carbono resultou em uma
redução da resistência à tração e à flexão, mas aumentou os valores do módulo de elasticidade
e da deformação sob tração e flexão. Além disso, a energia de impacto necessária para fraturar
o PLA aumentou com a inclusão dessas fibras. As medidas de dureza indicaram um aumento
de 7% na dureza do PLA. Em resumo, os resultados sugerem que a inclusão de fibras de carbono
pode expandir as possíveis aplicações do PLA.
Coleções
- TCC Engenharia Mecânica [119]