Comparação de parâmetros de injeção de PA66 com percentuais progressivos de fibra de vidro (0%, 15%, 30% e 50%) via Moldflow : estudo de caso aplicado a um conector do sistema de arrefecimento veicular.

Abstract

O processo de moldagem por injeção de plásticos de engenharia exige ajustes precisos de processamento, cuja complexidade se eleva com a incorporação de cargas minerais estruturais. Esta pesquisa apresenta um estudo comparativo sistemático, por meio de simulação computacional, sobre o impacto das propriedades térmicas, mecânicas e reológicas da resina poliamida 6.6 (PA66) reforçada com percentuais progressivos de fibra de vidro curta (0%, 15%, 30% e 50% em massa) no processamento por injeção de um conector em L automotivo. A metodologia baseou se exclusivamente em modelagem numérica bidirecional (Fill e Pack) utilizando o software Moldflow Insight 2023, avaliando os cenários de vazão definida automaticamente pelo sistema e de vazão controlada em 30 cm³/s, sob uma malha tridimensional refinada com cerca de 1,2 milhão de elementos tetraédricos. Os resultados indicaram que o padrão geométrico de preenchimento da cavidade permaneceu estável em todas as composições devido à espessura nominal elevada da peça (5,3 mm a 7,2 mm). Contudo, o incremento do teor de fibra gerou um aumento severo na viscosidade do compósito, resultando em elevações de até 60% na pressão máxima de injeção e acréscimos na força de fechamento necessária. Em contrapartida, a presença do reforço mineral reduziu o tempo de congelamento em até 30%, acelerando a solidificação e diminuindo o tempo total de ciclo, enquanto o peso final do produto aumentou cerca de 33% em função da densidade volumétrica. Sob vazão controlada, a taxa de cisalhamento na região do gate manteve-se em patamares estáveis e seguros, entre 59k 1/s e 64k 1/s, mitigando riscos de degradação térmica por atrito. Conclui-se que o mapeamento numérico valida as tendências de comportamento do material, fornecendo um guia preditivo eficiente para a otimização de parâmetros industriais e redução de custos de tentativa e erro no setor de autopeças.

The injection molding process of engineering plastics requires precise processing adjustments, whose complexity rises with the incorporation of structural mineral fillers. This research presents a systematic comparative study, using computer simulation, on the impact of the thermal, mechanical, and rheological properties of polyamide 6.6 (PA66) resin reinforced with progressive percentages of short glass fiber (0%, 15%, 30%, and 50% by weight) in the injection molding of an automotive L-connector. The methodology was exclusively based on bidirectional numerical modeling (Fill and Pack) using Moldflow Insight 2023 software, evaluating scenarios with flow rate defined automatically by the system and with a controlled flow rate at 30 cm³/s, under a refined three-dimensional mesh with approximately 1.2 million tetrahedral elements. The results indicated that the geometric pattern of cavity filling remained stable across all compositions due to the part's high nominal thickness (5.3 mm to 7.2 mm). However, the increase in fiber content generated a severe rise in the composite's viscosity, resulting in elevations up to 60% in the maximum injection pressure and increases in the required clamp force. On the other hand, the presence of mineral reinforcement reduced the volumetric freezing time by up to 30%, accelerating solidification and decreasing the total cycle time, while the final weight of the product increased by about 33% due to volumetric density. Under controlled flow rate, the shear rate in the gate region remained within stable and safe levels, between 59k 1/s and 64k 1/s, mitigating risks of thermal degradation due to friction. It is concluded that the numerical mapping validates the material's behavior tendencies, providing an efficient predictive guide for the optimization of industrial parameters and reduction of trial-and-error costs in the automotive parts sector.