Compósitos de PEEK: como as fibras melhoram a resistência e a durabilidade

A ciência dos materiais, como um dos campos centrais da tecnologia moderna, evoluiu ao longo da civilização humana e demonstra vitalidade notável na atual revolução tecnológica. Os materiais poliméricos, como parte essencial da ciência dos materiais, passaram dos plásticos tradicionais para materiais de alto desempenho, leves e inteligentes. Com o avanço da tecnologia na China, a demanda por polímeros de alto desempenho aumentou. Entre eles, os poliariletercetonas (PAEKs) ganharam destaque devido à sua excelente resistência térmica e propriedades mecânicas.

1. Resina de Polieteretercetona (PEEK)

A polieteretercetona (PEEK) é um polímero termoplástico aromático semicristalino e o mais notável da família PAEK. Sua cadeia molecular contém grupos repetidos éter (-O-) e cetona (-CO-). O PEEK possui excelente resistência ao desgaste, a ácidos, álcalis, solventes orgânicos e altas temperaturas, sendo amplamente aplicado em setores como aeroespacial, dispositivos médicos e automotivo.

Com o avanço industrial, aumentaram os métodos de processamento e modificação de compósitos de PEEK, sendo o mais comum o reforço com fibras.

O PEEK reforçado com fibras pode ser classificado em curto, longo e contínuo. Devido à facilidade de moldagem e processamento, o PEEK reforçado com fibras curtas é o mais utilizado. As fibras mais comuns são fibra de carbono (CF) e fibra de vidro (GF).

2. Mecanismos teóricos do PEEK reforçado com fibras

Pesquisas acadêmicas apontam:

• As fibras possuem alto módulo e resistência, melhorando significativamente as propriedades mecânicas dos compósitos.

• O PEEK apresenta resistência à tração de ~100 MPa e módulo de 3,6 GPa. Já a fibra de carbono (CF) atinge 3500–6000 MPa e 230–600 GPa, enquanto a fibra de vidro (GF) varia de 3100–3800 MPa e 72,5–75,5 GPa.

Assim, o compósito adquire propriedades intermediárias, reforçando o PEEK.

2.1 Transferência de tensões

As fibras reforçam a resistência e rigidez ao transferirem cargas externas através da interação com a matriz. Portanto, a adesão entre fibras e a matriz de PEEK é essencial.

O Dr. Li Feiyang (ARKPEEK) mostrou que as fibras de carbono aumentam a rigidez, enquanto as de vidro melhoram a tenacidade. Análises SEM indicaram camadas interfaciais mais fortes com superfícies rugosas em fibras extraídas.

2.2 Efeitos da cristalização

Segundo estudos de Fan Yeling, fibras cristalinas (como CF) induzem maior nucleação e camadas transcristalinas mais fortes em comparação às fibras de vidro, especialmente em altas temperaturas.

2.3 Otimização interfacial

A oxidação de CF aumenta a rugosidade da superfície e promove ligações de hidrogênio com PEEK. A escolha correta de agentes de acoplamento melhora ainda mais a resistência interfacial.

3. Conclusão

As fibras aumentam significativamente a resistência à tração e o módulo flexural do PEEK. No entanto, os efeitos interfaciais precisam ser controlados com atenção. Os compósitos de PEEK reforçados com fibras possuem grande potencial para novas pesquisas e aplicações industriais.