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Viagem leve!

Componentes plásticos podem ajudar a reduzir peso dos carros

Plásticos para carros econômicos

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Nova York, Atenas, Pequim — o outono é a época quando tradicionalmente ocorrem as principais maratonas do mundo. A maratona de Berlim, por exemplo, conta com 40 mil participantes, e todos eles sabem que ter o peso ideal pode fazer toda a diferença. Para os maratonistas experientes, uma regra diz que para cada quilo perdido, o tempo de chegada melhorará entre um ou dois minutos.

O que se aplica aos atletas de resistência também é verdade para especialistas em velocidade que outros tipos de “treinadores” estão preparando em todo o mundo: os automóveis. “Todo mundo sabe que o peso extra aumenta o consumo de combustível”, diz Ralf Zimnol, Chefe de Desenvolvimento de Aplicações da unidade de negócios High Performance Materials (HPM) da LANXESS, que é especializada em plásticos muito resilientes. “É por isso que você não deve carregar nenhum equipamento em excesso no porta-malas de seu carro”. No mundo da engenharia, também existe uma regra geral parecida: um adicional de 100 kg em um carro de porte médio pode aumentar o consumo de combustível em meio litro em uma distância de 100 km. Assim como os maratonistas, o “x” da questão para os fabricantes de carro é garantir que o peso seja mantido no mínimo.

Quando o assunto é reduzir o peso de um carro, os plásticos fazem parte da “dieta” ideal. Considere o seguinte fato: o peso dos materiais em polímero é cerca de 1/6 – 1/7 do peso do aço. Até mesmo o alumínio é substancialmente mais pesado. E mais, os plásticos ainda têm uma vantagem técnica decisiva em relação aos materiais extremamente leves e caros, como o magnésio: ganchos e olhais, roscas de parafuso, engates, fivelas, e afins podem ser moldados diretamente como uma peça integral do componente — o que os engenheiros chamam de “integração de função”. De acordo com Zimnol, é possível projetar peças de plástico de forma que elas possam substituir uma série de peças de metal. Isto reduz não só o tempo de montagem, mas também ajuda a reduzir a carga. Afinal, usar dois parafusos em vez de 15 também reduz o peso!

Nas últimas décadas, os engenheiros automotivos eliminaram rigorosamente qualquer peça de metal que pode ser substituída pelas de plástico. E isto inclui não só componentes no interior do veículo, mas também aqueles no compartimento quente do motor, como coletores turbo, coletores de entrada, sistema de válvula de pressão e rolamentos de engrenagem, todos eles agora podem ser feitos com plástico. Os materiais sofisticados de hoje — polímeros excepcionalmente fortes reforçados com fibra — têm especificações similares ao aço. Mas eles têm somente a metade do peso, ao mesmo tempo em que oferecem desempenho comparável.

Entretanto, ainda existe um limite de quanto o peso dos carros pode ser reduzido. Isto porque os sistemas como airbags, ar condicionado, janelas elétricas e todas as outras inovações técnicas também aumentam o peso. Em outras palavras, nós precisamos considerar outra questão: as peças de plástico podem ser ainda mais leves? Talvez através da adição de fibras de carbono de alta tensão, ultraleves? Esta certamente é uma opção, mas muito cara para o mercado de massa. Na LANXESS, nós tivemos uma ideia melhor há cerca de 20 anos. “Ironicamente, nossa solução envolveu o uso de metal”, explica Zimnol. Embora os componentes plásticos sejam mais leves, eles normalmente devem ser mais espessos para oferecer a mesma força dos componentes feitos de aço. Naturalmente, isto compensa algumas das reduções de peso. “Por isso, nós imaginamos o que aconteceria se os componentes plásticos fossem reforçados com chapas finas de metal em partes cruciais”, acrescenta o pesquisador da LANXESS.

Conhecida como tecnologia híbrida plástico/metal, esta ideia provou ser correta, e alcançou exatamente os resultados previstos pelos engenheiros. Hoje, os chamados front-ends que oferecem “o melhor dos dois mundos” — isto é, componentes funcionais complexos feitos com chapa de aço e poliamida — são padrão, assim como o ar condicionado. “Esta tecnologia híbrida da LANXESS foi utilizada para fabricar mais de 40 milhões dessas peças estruturais altamente duráveis nos últimos dez anos”, diz Zimnol.

As soluções híbridas de alta tecnologia da LANXESS são também uma história de sucesso em outras áreas do design automotivo. Os componentes de veículos feitos atualmente com plástico e metal incluem armações para tetos, suportes para pedais e pedais de freio. Estes últimos pesam 40% menos do que os componentes de aço e também são 20% mais baratos para produzir, e mais resilientes. Entretanto, os projetistas atuais de automóveis estão construindo portas, caçambas, capôs de motor e até mesmo cárteres altamente duráveis de materiais compostos de plástico/metal, com a ajuda da tecnologia CAD. “Nós estamos intimamente envolvidos com esses novos desenvolvimentos. Isto porque nós temos o know-how exclusivo nesta área de tecnologia híbrida”, diz Zimnol.

Esta cooperação também dá aos engenheiros da LANXESS a oportunidade para estudar maneiras para fortalecer ainda mais os componentes híbridos. Uma opção é revestir as finas chapas de aço com um adesivo especial antes de combiná-las ao plástico. “Nos componentes híbridos”, explica Zimnol, “o polímero e os elementos de reforço são unidos através de pequenas aberturas e chanfros no metal. O plástico penetra através desses orifícios e cavidades, seca, colando assim toda a estrutura. Com a colagem híbrida adesiva, no entanto, você obtém uma colagem por toda a superfície, o que pode ser mais poderoso. ”À título de comparação, as placas de madeira presas com pregos podem, se uma força suficiente for aplicada, serem separadas. Mas se forem coladas adequadamente, isto é muito mais difícil, se não impossível.

 

Folhas de plástico
Novos horizontes para a engenharia leve

II_1_LeichtbauOutra linha instigante de desenvolvimento tem como base o uso de chapas feitas de plástico e não de metal. Essas famosas folhas de plástico orgânicas são chapas finas de plástico reforçado com fibra que podem ser moldadas, exatamente como as finas placas de metal. Quando elas são combinadas a nervuras e apoios feitos com poliamida, o material resultante pode ser utilizado para fazer componentes cuja resistência é similar àquela das peças feitas com metal e plástico, mas são ainda mais leves. E quem projetou esta tecnologia? Mais uma vez, a LANXESS.

“A vantagem dos componentes híbridos feitos com chapas orgânicas é que eles apresentam uma ligação de substância com substância”, explica Zimnol. “A poliamida une-se mais facilmente ao plástico da chapa orgânica do que ao metal”. Isto significa que os componentes individuais do material são colados com maior firmeza, o que pode ser visto em testes de colisão, por exemplo. Uma das primeiras aplicações para este material composto é o front-end do novo Audi A8. A parte inferior deste componente estrutural é reforçada com uma chapa orgânica. Obviamente, outra vantagem é que a chapa orgânica não enferruja.

Nos últimos anos, os engenheiros do grupo de especialidades químicas LANXESS também passaram a estudar os polímeros que são utilizados para chapas de metal ou folhas de plástico orgânicas. Esses plásticos são responsáveis pela aparência e função do componente acabado. “Nós agora temos algumas poliamidas novas, como Durethan EF (“Easy Flow” – fluxo fácil) e Durethan XF (“Extreme Flow” – fluxo extremo); elas penetram melhor dentro do molde para injeção, do que outras em nossa linha”, diz Zimnol. Isto significa que os componentes leves podem ser projetados para ficarem ainda mais finos, pois o plástico pode ser injetado em canais mais estreitos do molde. Ao mesmo tempo, o fabricante economiza dinheiro, porque o material não precisa ser aquecido até um determinado grau para que penetre adequadamente. E mais, as peças finas resfriam com mais rapidez, resultando em ciclos de produção mais curtos. E por fim, uma quantidade maior de fibras de reforço pode ser adicionada a essas poliamidas com fluxo melhor, fazendo com que os componentes resultantes sejam ainda mais fortes — e também mais leves.

Esses e outros desenvolvimentos ainda nem despontavam no horizonte quando os engenheiros automotivos iniciaram sua maratona para reduzir o consumo de combustível. Mas como qualquer atleta de longa distância sabe, muitas coisas podem mudar ao longo de uma corrida. E Zimnol já consegue ver a linha de chegada? “Nós estamos apenas no começo!” ele responde. “Ainda há muito potencial na engenharia leve com plásticos”.