Composto LCF PEEK: soluções estruturais leves
No auge dos plásticos de engenharia especializados, a poliéter éter cetona (PEEK) há muito-estabeleceu sua posição dominante. No entanto, quando os engenheiros tentam usá-lo para substituir completamente componentes estruturais de suporte de carga de metal, resina pura ou até mesmo materiais reforçados com fibra curta comum-muitas vezes ficam aquém. Este é precisamente o momento em que o compósito LCF PEEK (poliéter éter cetona reforçado com fibra de carbono longa) entra em ação. Não é apenas uma fórmula melhorada, mas um-sistema de materiais totalmente novo que redefine o caminho de transmissão mecânica no nível da microestrutura. Para-indústrias de manufatura de ponta que buscam leveza e integridade estrutural, o pellet de plástico LCF PEEK está redefinindo os limites do "plástico substituindo o aço".
Do “preenchimento” ao “aprimoramento” - Uma transformação qualitativa
A chave para compreender o escopo de aplicação deste material está na compreensão da definição de “comprimento”. Em materiais compostos tradicionais de fibra de carbono de corte curto (SCF), o comprimento da fibra geralmente é inferior a 1 milímetro. Existem na matriz resinosa como areia solta, servindo principalmente para preenchimento e endurecimento.
No entanto, na forma granular do LCF PEEK, o comprimento das fibras de carbono é consistente com o comprimento dos grânulos (normalmente variando de 5 mm a 25 mm). Essa extensão física do comprimento leva a uma mudança qualitativa após a moldagem por injeção: as fibras não existem mais como entidades isoladas, mas são entrelaçadas e conectadas dentro do componente, formando uma "rede esquelética" tridimensional entrelaçada.
Esta estrutura microscópica determina as propriedades macroscópicas. Quando o componente é submetido a impacto de força externa, a energia não se concentra em um único ponto, causando fratura frágil, mas é rapidamente dispersa por todo o componente através desta rede contínua de fibras. Isso explica por que a resistência ao impacto do LCF PEEK pode atingir várias vezes a de materiais de fibra proporcionalmente mais curtos -, dotando o material de uma "resiliência" semelhante à do metal, em vez de apenas a "dureza" da cerâmica.
A liberdade do projeto estrutural
Do ponto de vista de um engenheiro estrutural, a maior vantagem do LCF PEEK reside na sua resistência específica e resistência à fluência extremamente elevadas.
Embora os materiais metálicos tenham alta resistência, eles apresentam alta densidade; e em configurações complexas, o processamento de metal é frequentemente limitado pelo gargalo da fabricação subtrativa. A resistência à tração do LCF PEEK pode facilmente exceder 250 MPA e seu módulo é próximo ao das ligas de alumínio, mas sua densidade é baixa. Isto significa que sob as mesmas condições de carga, o peso do componente pode ser reduzido.
O valor mais profundo reside na sua resistência à fadiga e estabilidade dimensional. Muitos plásticos sofrerão "fluxo frio" ou fluência sob estresse-de longo prazo ou altas temperaturas, resultando em falha na montagem. No entanto, graças ao suporte da estrutura de fibra longa-, o LCF PEEK exibe uma resistência à fluência surpreendente. Mesmo quando submetido a carregamentos de longo-prazo em temperaturas mais altas, ele pode manter um tamanho constante. Isso o torna totalmente qualificado para uso na fabricação de componentes essenciais, como suportes em torno de motores automotivos e peças de conexão para carenagens aeroespaciais.
LCF PPS: Greve de redução de dimensão
Apenas ter um excelente desempenho não é suficiente para convencer as empresas a migrar para este material. A principal competitividade do LCF PEEK no campo comercial reside na simplificação do processo de fabricação.
Os componentes estruturais metálicos tradicionais, desde matérias-primas até produtos acabados, muitas vezes exigem vários processos, como fundição sob pressão, corte e remoção de rebarbas. Isso não apenas leva muito tempo, mas também leva a um aumento exponencial nos custos de processamento de estruturas complexas com canais de fluxo interno, peças de encaixe-ou nervuras de reforço-de paredes finas.
Embora o preço unitário do LCF PEEK seja relativamente alto, ele possui as vantagens da moldagem por injeção dos materiais termoplásticos. Através do projeto do molde, ele pode produzir geometrias extremamente complexas em um único processo e até mesmo integrar inserções metálicas, roscas e ranhuras de vedação. Do ponto de vista do custo total do sistema, o uso de LCF PEEK em vez de metal normalmente leva a economias significativas de custos e melhoria de capacidade.
Perguntas frequentes
P: Quais são as principais dificuldades na moldagem por injeção?
R: Evite a quebra da fibra. O princípio de "baixo cisalhamento" deve ser seguido: use um parafuso especial para fibras longas, combinado com portas de grande-tamanho, baixa contrapressão e baixa velocidade de rotação. Depois que a fibra é cortada, ela degenera em material de fibra curta-comum.
P: A resistência ao desgaste é definitivamente melhor que a do SCF PEEK?
R: Sob diferentes condições. Em alta carga e baixa velocidade, o LCF (composto de fibra longa) tem uma vantagem significativa (resistente à fluência, resistência à pressão); entretanto, em fricção de baixa carga e alta{1}}velocidade, depois que as fibras longas são removidas, elas podem se tornar "partículas de trituração" e causar danos às peças correspondentes.
P: O desempenho do LCF PEEK pode realmente substituir o da liga de alumínio?
R: A relação resistência-por{1}}peso é superior à do alumínio. Embora a resistência absoluta seja ligeiramente inferior à do alumínio 6061, sua densidade é inferior à do alumínio. Sob o mesmo peso, o LCF PEEK tem maior capacidade de carga-e possui resistência à fadiga e propriedades de redução de vibração que os metais não possuem.
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