Influência do tratamento térmico nas propriedades físico-mecânicas de compósitos PLA CF e PLA HT

Abstract

A manufatura aditiva, em especial a tecnologia de Fused Deposition Modeling (FDM), tem se destacado pela capacidade de produzir peças complexas de forma rápida e econômica. O poli (ácido lático) (PLA) é amplamente utilizado devido à sua origem renovável e biodegradabilidade; entretanto, apresenta limitações em propriedades mecânicas e térmicas. Neste trabalho, investigou-se a influência do tratamento térmico nas propriedades físico-mecânicas de compósitos de PLA reforçados com fibra de carbono (PLA CF) e PLA aditivado de alta tenacidade (PLA HT), ambos produzidos por FDM. Foram realizados ensaios de tração e impacto, análises dimensionais e microscopia óptica. Os resultados demonstraram que o tratamento térmico promoveu efeitos distintos: no PLA CF, observou-se incremento na resistência à tração (31,37 MPa contra 23,03 MPa sem tratamento), associado à melhor adesão Interlaminar e menor porosidade, mas sem ganhos relevantes em resistência ao impacto. Já no PLA HT, o tratamento elevou a resistência ao impacto (12,65 kJ/m² contra 3,30 kJ/m²), embora tenha reduzido a resistência à tração (18,42 MPa em comparação a 31,55 MPa sem tratamento). As análises microscópicas corroboraram com esses resultados, evidenciando maior homogeneidade estrutural e coesão interlaminar após o recozimento. Conclui-se que o efeito do tratamento térmico depende da composição do material e do tipo de solicitação mecânica, podendo atuar como estratégia eficaz para aplicações específicas que demandem maior absorção de energia ou maior resistência estática.

Additive manufacturing, particularly Fused Deposition Modeling (FDM), has gained prominence due to its ability to produce complex parts quickly and cost-effectively. Polylactic acid (PLA) is widely used because of its renewable origin and biodegradability; however, it presents limitations in mechanical and thermal performance. This study investigated the influence of heat treatment on the physical-mechanical properties of carbon-fiber-reinforced PLA (PLA CF) and high-toughness PLA (PLA HT), both manufactured via FDM. Tensile and impact tests, dimensional analyses, and optical microscopy were conducted. Results showed that heat treatment had distinct effects: for PLA CF, it increased tensile strength (31.37 MPa compared to 23.03 MPa without treatment), due to improved interlayer adhesion and reduced porosity, but showed no relevant gains in impact strength. Conversely, PLA HT exhibited a remarkable increase in impact resistance (12.65 kJ/m² compared to 3.30 kJ/m²), while its tensile strength decreased (18.42 MPa versus 31.55 MPa without treatment). Microscopy analyses confirmed these findings, revealing enhanced structural homogeneity and interlayer cohesion after annealing. It is concluded that the effect of heat treatment strongly depends on material composition and loading conditions, representing an effective strategy for specific applications requiring either higher energy absorption or enhanced static strength.