Effect of Compounding Conditions on Mechanical Properties of Glass Fiber-Reinforced Polyamide-6

Abstract

Glass fiber-reinforced polyamide-6 (GFPA-6) was compounded using a HYPERKTX46 twin screw extruder with three different types of screw segments (rotor segments, kneading disc segments and turbine segments). Based on the ‘neural network’ regression analysis, we investigated the effects of compounding conditions, such as screw configurations, screw rotation speed, and production rate on mechanical properties, such as tensile, flexural and impact strength of GFPA-6. It was found that the mechanical properties of GFPA-6 changed in different ways with compounding conditions (screw rotation speed and production rate), depending on the type of screw segments. It was also found that the rotor segment exhibited good mechanical properties in wider ranges of compounding conditions than the kneading disc segment and the turbine segment, probably due to its mild and uniform mixing capability.

Influência das condições de processamento nas propriedades mecânicas de compósitos de polipropileno com fibras de vidro

“…A preparação dos compósitos de PP/FV foi efetuada numa extrusora de rosca dupla corotacional, ZSK-30 da Werner & Pfleiderer com L/D de 35, à uma taxa de produção (vazão) constante de Neste diagrama a primeira parte do perfil da rosca foi mantida constante nas 3 configurações da rosca para assegurar uma mesma história de cisalhamento/ plastificação do PP. Os três tipos de segmentos de malaxagem foram montados visando minimizar a quebra da FV, porém mantendo os requisitos necessários para boa mistura distributiva e dispersiva da FV, conforme estabelecido na introdução deste trabalho [2,[6][7][8]11] .…”

“…Introdução O uso de polipropileno (PP) com fibras de vidro (FV) é ainda hoje objeto de muita investigação científica e tecnológica, em função do grande atrativo deste compósito de baixo custo para aplicações de engenharia cada vez mais exigentes, como requeridas na indústria automobilística, onde os requisitos da relação custo/desempenho mecânico devem ser otimizados em função do entendimento das correlações processamento-estrutura-propriedades mecânicas de termoplásticos reforçados com fibras de vidro curtas (TPRFVc) [1][2][3][4][5] . Portanto, a grande maioria dos desenvolvimentos desta última década estão concentrados na melhoria das características materiais do compósito, isto é, a matriz polimérica, o reforço fibroso e a interface polímeroreforço, e no aprimoramento das técnicas de processamento na composição/compostagem e transformação de TPRFVc [6][7][8][9][10][11] .…”

“…Neste sentido, busca-se aumentar a eficiência de reforçamento do compósito através da otimização das variáveis materiais e de processamento na compostagem de TPRFVc por extrusão e no subsequente processo de moldagem por injeção em produtos acabados [2][3][4][5][6][7][8][9][10][11] , como também pela otimização da adesão interfacial polímeroreforço com tratamento superficial das fibras utilizando agentes de molhamento e de acoplagem interfacial (silanos, titanatos, etc.) e por adição de compatibilizantes interfaciais (PP-g-MAH) [18][19][20][21][22][23][24] .…”

“…Comercialmente, TPRFVc são normalmente compostos em extrusoras dupla-rosca com segmentos da rosca especialmente projetados para atender os acima mencionados requisitos de mistura na zona de malaxagem (kneading) da extrusora. Com respeito a preservação do comprimento da FV durante a compostagem, diversos pesquisadores [2][3][4][6][7][8][10][11][12]17] têm constatado que a maior parte da quebra da FV ocorre num período relativamente curto, logo após a incorporação da fibra na zona de malaxagem da extrusora, até o ponto em que os filamentos individuais da FV são efetivamente molhados e encapsulados pela matriz polimérica. O grau de quebra da FV dependerá do perfil de cisalhamento imposto pela geometria dos segmentos de mistura da rosca na zona de malaxagem e também das características reológicas e de tensão superficial/ molhabilidade da matriz polimérica utilizada [2,3,[6][7][8]11,17] .…”

“…Com respeito a preservação do comprimento da FV durante a compostagem, diversos pesquisadores [2][3][4][6][7][8][10][11][12]17] têm constatado que a maior parte da quebra da FV ocorre num período relativamente curto, logo após a incorporação da fibra na zona de malaxagem da extrusora, até o ponto em que os filamentos individuais da FV são efetivamente molhados e encapsulados pela matriz polimérica. O grau de quebra da FV dependerá do perfil de cisalhamento imposto pela geometria dos segmentos de mistura da rosca na zona de malaxagem e também das características reológicas e de tensão superficial/ molhabilidade da matriz polimérica utilizada [2,3,[6][7][8]11,17] . Com respeito a adesão interfacial fibra-polímero do compósito, deve-se assegurar no processo de compostagem suficiente trabalho de dispersão e de molhamento da FV pela matriz, para assim propiciar as Principais fatores que afetam a resistência mecânica dos compósitos de termoplásticos reforçados com fibras de vidro curtas (TPRFVc) [9] .…”