Aviões – Plástico de alto desempenho e compósitos a bordo

Plástico Moderno, Aviões - Plástico de alto desempenho e compósitos a bordo
Simone: modelo A380 tem 5t de compostos de PPS

O trocadilho não é dos mais engraçados, mas traduz uma realidade inegável. Nos últimos anos, a presença de polímeros e de compósitos nos aviões decolou. Graças ao investimento em tecnologia de grandes multinacionais ligadas ao mundo da química, sofisticados plásticos de engenharia e compósitos ganharam propriedades como maior resistência mecânica, térmica, à corrosão e ao fogo, além de apresentarem menor peso e emitirem pouca fumaça.

Essas características soam como o ronco saudável de um potente motor para os profissionais especializados em aeronáutica, que não hesitam em aproveitar materiais plásticos de elevado desempenho para substituir matérias-primas outrora indispensáveis – em especial, metais. “Esses plásticos requerem baixa manutenção e, por tornarem as aeronaves mais leves, permitem redução do uso de combustível e maior autonomia de vôo”, justifica Venâncio Pereira Neto, gerente de engenharia de materiais da Embraer, representante brasileira do restrito time de companhias especializadas na fabricação de aviões.

Pereira destaca que a presença dos plásticos em aeronaves pode ser dividida em duas áreas distintas: nas aplicações feitas na estrutura dos aviões, composta pelo conjunto formado pela fuselagem e asas, e nas voltadas para o interior das aeronaves.  “O grande salto no uso de resinas nos últimos tempos vem ocorrendo nas estruturas”, informa.

Plástico Moderno, Aviões - Plástico de alto desempenho e compósitos a bordoPara se ter uma idéia de tal evolução, há vinte anos, alumínio, aço e titânio correspondiam a entre 80% e 90% do peso das estruturas das aeronaves. Os novos modelos “gigantes”, que vêm sendo desenvolvidos pelas principais fabricantes mundiais de aviões para em breve transportar milhões de passageiros pelos céus do planeta, apresentam características bem diversas.

É o caso da série 787, desenvolvida pela companhia norte-americana Boeing e que conta com modelos capazes de transportar de 210 a 330 passageiros. “Os aviões dessa linha têm em torno de 50% do peso de sua estrutura formada por compósitos”, revela Marcos Maciel, líder de equipe de compósitos e poliméricos da Embraer. A estréia dos modelos 787 em vôos comerciais está prevista para o próximo ano. Estima-se que porcentagem similar de materiais plásticos deva estar presente na linha A350, que está sendo desenvolvida pelo consórcio europeu Airbus. As unidades A350 devem chegar ao mercado em 2012, com modelos capazes de carregar de 250 a 340 passageiros.

O A380, com capacidade para transportar nada menos do que 555 passageiros, outro lançamento de grande porte da Airbus, tem 20% do peso de sua estrutura em materiais plásticos, porcentagem bastante considerável levando-se em conta as dimensões gigantescas do avião e os modelos anteriores da marca. O A380 passará a ser utilizado pela aviação comercial dentro de alguns meses.

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Peças usadas pela Airbus com compósitos da Ticona

A tendência também está presente nos aviões de menor porte. Neste caso, porém, o fenômeno ocorre em escala reduzida, quando comparado aos modelos que levam grande número de passageiros. A relação custo/benefício dita o ritmo da substituição dos metais nesse nicho de mercado.

Os aviões da Embraer são exemplos desse avanço. O antigo modelo Brasília contava com 8% de plásticos reforçados no peso de sua estrutura. A linha de modelos 145 (aviões para 50 passageiros) chegou ao mercado com 10%. Essa porcentagem evoluiu para 13% nas linhas 170 (de 70 a 80 passageiros) e 190 (entre 80 e 120 passageiros). “Nossos modelos das linhas 170 e 190 são os que mais utilizam compósitos poliméricos em todo o mundo nestas categorias de aviões”, informa Maciel.Os novos modelos da empresa, os jatos executivos Phenom, que estão em fase final de desenvolvimento, possuem 16%. O Phenom 100, com capacidade para seis passageiros, fez seu primeiro vôo em julho e tem lançamento previsto para meados do próximo ano. O Phenom 300, com capacidade para oito passageiros, chega ao mercado em meados de 2009.

A utilização de plásticos nos interiores das aeronaves é bem mais tradicional. Revestimentos de corredores, tetos, pisos, bagageiros, divisórias e dezenas de outros itens há anos são fabricados em resinas. Nesta lista também podem ser adicionadas várias peças que estão fora do alcance dos olhares dos passageiros, como dutos, conectores e itens dos motores, entre outras.

Apesar de serem mais antigas, as aplicações feitas nos interiores das aeronaves também sofrem constantes evoluções. “Os órgãos responsáveis pelas normas que homologam o setor, em especial o FAA (órgão normativo da indústria aeronáutica norte-americana), têm grande preocupação com a segurança dos passageiros e sempre apresentam requisitos adicionais para os materiais usados nos interiores dos aviões”, explica Francisco Rezende, técnico de materiais compósitos e poliméricos da Embraer. Algumas dessas exigências só os plásticos conseguem atender. Há grande preocupação em utilizar matérias-primas menos inflamáveis e que não emitam fumaças tóxicas.

Para poucos – O rigor exigido pelas entidades certificadoras para as matérias-primas utilizadas nas aeronaves é enorme. São normas que superam muito em exigências os padrões adotados por outros importantes clientes das fornecedoras de materiais, as indústrias automobilísticas. Por outro lado, como a escala de produção de aviões é pequena, o volume de produção das matérias-primas necessárias para atender o mercado é reduzido.

O cenário, que obriga grandes investimentos em tecnologia para o desenvolvimento de produtos oferecidos em pequenas escalas, faz com que poucas empresas químicas no mundo tenham condições de participar deste segmento de mercado. Trata-se de um clube restrito, formado por nomes especializados no fornecimento de fórmulas sofisticadas. São os casos, por exemplo, das multinacionais Ticona, Solvay, Degussa e GE Plastics, entre outras.
A mesma sofisticação exigida dos fornecedores de matérias-primas também é cobrada dos transformadores. Poucas empresas no mundo são capacitadas para produzir peças utilizadas em aviões. No caso da confecção de peças usadas nas estruturas, quase todas feitas com compósitos, muitas vezes os serviços são feitos de maneira artesanal pelas próprias fabricantes das aeronaves.

A produção de peças voltadas para o interior dos aviões, por sua vez, apresenta volumes de produção que raramente permitem a adoção dos métodos indispensáveis para outros segmentos industriais. Ao contrário do que ocorre na indústria automobilística, por exemplo, a utilização de peças feitas pelo processo de injeção, na maioria dos casos, se mostra inviável economicamente. A termoformagem surge como a técnica mais usada para a fabricação dos componentes.

A Embraer é um paradigma de como trabalham os fabricantes de aviões. Muitos dos componentes de plástico empregados nas partes internas dos aviões da empresa nacional são importados, fabricados pelos poucos transformadores especializados espalhados mundo afora. Mas a empresa também faz encomendas para alguns transformadores brasileiros especializados. “Temos o compromisso de nacionalizar o máximo possível de peças”, emenda Rezende.

A termoformagem e a extrusão são processos bastante usados para a fabricação de componentes voltados para os interiores dos aviões da empresa brasileira. Quando o volume de peças justifica, no entanto, são construídos moldes de injeção. “Mas são moldes de injeção voltados para produções baixas. Eles são menos robustos do que os projetados para peças de outros segmentos industriais”, conta Rezende.

Quando o assunto recai para a produção de componentes para as estruturas das aeronaves, a palavra de ordem da Embraer é a produção vertical. Não por acaso, a empresa conta com estrutura muito avançada voltada para a produção de peças em compósitos. “A nossa instalação é de ponta. Não temos no País nenhum lugar com a capacitação humana e de equipamentos que se compare com a nossa”, orgulha-se Maciel.

A infra-estrutura da Embraer conta, por exemplo, com um conjunto de autoclaves para curar os compósitos com tecnologia de última geração. “Temos autoclaves com 4,5 metros de diâmetro por 15 metros de comprimento, equipamentos que não se encontram de forma fácil por aí”, revela o profissional. Com esse aparato, a empresa é capaz de projetar, conceber, realizar cálculos estruturais, desenvolver ferramentas e fabricar em escalas as mais variadas peças. Os compósitos mais utilizados são os que combinam resina epóxi com fibra de carbono.

Isso não significa que a Embraer seja auto-suficiente na produção de peças feitas de compósitos. Os flaps utilizados na linha 145, por exemplo, são fabricados na Espanha. “Não temos dado conta, nossas vendas estão crescendo nos últimos anos”, lembra Maciel. Em 2007, a empresa deve produzir entre 165 e 170 aeronaves, contra 130 fabricadas no ano passado. Para 2008, a projeção é de que a empresa produza entre 195 e 205 aviões. Hoje, ela conta com mais de 23 mil funcionários, divididos nas plantas instaladas no Brasil e no exterior (China, Estados Unidos, França e Portugal).

Cinco toneladas – Cada avião A340, da Airbus, possui uma tonelada de compósitos de polissulfeto de fenileno (PPS) enriquecido com fibra de carbono. O próximo modelo a ser lançado pelo consórcio europeu, o A380, terá cinco toneladas. A empresa responsável pelo fornecimento do PPS para a Airbus é a Ticona, que batizou a sua matéria-prima com a marca Fortron. A multinacional, criada em 1961 pela parceria feita entre Celanese USA e Hoechst AG, a partir de 1997 passou a atuar como empresa independente do grupo químico Celanese AG.

Simone Orosco, gerente de marketing técnico do escritório brasileiro da Ticona, conta que a primeira experiência do uso do Fortron em aviões começou a ser avaliada em 1998 graças a um trabalho em conjunto da empresa com a Airbus, sua principal cliente neste segmento. A aprovação para o uso na aeronave A 340 ocorreu apenas no ano de 2002.
De acordo com Gustavo Bachion, engenheiro de marketing técnico da Ticona, o prazo de alguns anos para o processo de avaliação de materiais é comum em aplicações no segmento aeronáutico. Ele é longo graças ao rigor com que os plásticos são vistoriados. No A340, o Fortron é aproveitado em peças presentes nas asas. No novo modelo, deve ganhar espaço em outras aplicações, como molduras para janelas, flaps traseiros e componentes internos.

O Fortron é oferecido pela Ticona na forma de filmes flexíveis para as transformadoras, que se responsabilizam pela preparação das chapas de compósitos. “Os filmes são intercalados em camadas com tecidos de fibras de carbono. Esses ‘sanduíches’ são então prensados sob pressão e temperatura até formar os laminados”, explica Simone. Essas chapas, então, tornam a ser prensadas até adquirirem o formato desejado das peças. “A forma como são dispostos os filmes e os tecidos de fibras de carbono define as características técnicas dos laminados”, diz a gerente.

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Departamento de compósitos da Embraer prepara peças que equipam aviões (detalhe)

Bachion lembra que os compósitos de PPS apresentam propriedades muito adequadas para a aplicação. Eles têm peso 20% inferior ao do alumínio, resistem ao fogo, não emitem fumaça, contam com excelente resistência mecânica e permitem a construção de peças com elevada estabilidade dimensional.

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Guimarães: Solvay atua no topo da pirâmide

Também são muito resistentes às fortes variações de temperatura enfrentadas pelos componentes da fuselagem dos aviões – não sofrem alterações quando expostos na faixa de temperatura que vai de 40ºC negativos a 200ºC positivos. Além disso, contam com resistência química surpreendente. “Eles não sofrem ataques de combustíveis e nenhum solvente consegue atacar o material quando ele está a uma temperatura abaixo dos 200ºC”, revela o engenheiro.

Outro produto utilizado em aviões oferecido pela Ticona é o polímero de cristal líquido (LCP) da marca Vectra. Empregados em menor escala e indicados para itens que operam em altas temperaturas em regimes continuados, os polímeros de cristal líquido também possuem baixa viscosidade no estado fundido e são resistentes aos impactos, tração, chamas e oxidação. “Nos aviões, o material é usado na produção de conectores, pequenas engrenagens e outras peças”, resume Simone.

No topo da pirâmide – A Solvay, empresa presente em 50 países e que conta com 29 mil funcionários, nos últimos anos se especializou na produção de matérias-primas sofisticadas. “Temos a maior linha de todo o mercado de polímeros de elevado desempenho, produtos cujas propriedades os colocam no topo da pirâmide. Nossos clientes são empresas que atuam com tecnologia de ponta”, garante Alexandre Guimarães, gerente regional para a América do Sul de polímeros especiais.

Com esse perfil, as principais fabricantes de aeronaves se encontram entre as empresas que recebem atenção preferencial da multinacional. “De nossas catorze linhas de polímeros, dez podem ser ou são usadas em aviões. Temos alguns lançamentos recentes que ainda se encontram em fase de testes, mas que em breve certamente serão aproveitados pelos fabricantes de aeronaves”, emenda o executivo. As principais aplicações dos produtos da Solvay são indicadas para os interiores dos aviões. A empresa também oferece polímeros que são aproveitados na fabricação de peças de motores.

Um dos polímeros mais conhecidos da empresa é o polifenilssulfona (PPSU), comercializado com a marca Radel R. Ele é usado em vários componentes nos locais onde se instalam os passageiros e também em peças não visíveis, como conduítes para fios e cabos, entre outras. Seu principal atributo é o de ser 15% mais leve do que o alumínio.

“O Radel R está no mercado desde 1991, mas no final do ano passado lançamos alguns grades novos”, revela José Alex Sant’Anna, gerente da empresa. As novas fórmulas permitem aos engenheiros, entre outras atribuições, o uso de cores diferenciadas, transparentes ou opacas, o que possibilita novas opções na decoração dos locais reservados para os viajantes.

Outra marca bastante conhecida da empresa é a Torlon, formada por uma linha de poliamidas-imidas (PAI). A matéria-prima apresenta excelentes propriedades mecânicas, além de suportar temperaturas muito elevadas. “Ela não perde suas características quando submetida a temperaturas de até 270ºC”, informa Sant’Anna.

Plástico Moderno, osé Alex Sant’Anna, gerente, Aviões - Plástico de alto desempenho e compósitos a bordo
Sant’Anna: novas fórmulas de plásticos têm alto desempenho

Usado desde 2003 em aviões, a PAI é indicada para várias aplicações. “Os plásticos, em geral, se expandem mais que os metais quando submetidos ao calor. Quando atua em temperaturas elevadas, o Torlon se expande de maneira similar aos metais, o que permite que ele seja usado em várias peças do motor”, explica o gerente.

Por não ser corrosivo, o polímero também tem sido aproveitado em peças por onde passam gases das turbinas.

“Essas peças no passado eram feitas de titânio, que é um material mais caro, mais pesado e difícil de ser usinado”, diz. Por sua resistência mecânica e leveza, as poliamidas-imidas substituem com vantagens os metais em aplicações variadas, caso das presilhas usadas para prender os carpetes no solo das aeronaves. “Um avião de grande porte conta com 15 mil dessas presilhas. Nesse caso, mesmo sendo uma peça simples e que pesa alguns gramas, o uso do Torlon significa economia considerável de peso da aeronave”, explica.

A empresa também dispõe de produtos lançados recentemente e que ainda estão sendo avaliados pelos clientes ligados à aviação. Um deles é o poliéter-éter-cetona, o PEEK. “Temos uma linha ampla, com vários grades de PEEK”, informa Sant’Anna. Um desses grades é o AvaSpire, lançado no final do ano passado e que traz propriedades diferenciadas em relação ao PEEK comum. “O AvaSpire apresenta alta resistência química e mecânica quando submetido a altas temperaturas e é indicado para peças no motor”, explica.

Lançado no início de 2007, o polifenileno auto-reforçado PrimoSpire tem como característica principal, de acordo com Sant’Anna, uma dureza superficial superior à de todos os materiais plásticos não reforçados. “Quando submetido a calor intenso, o PrimoSpire é antichama, não faz fumaça e não pinga. É indicado para aplicações nas quais o plástico não pode ser enriquecido com fibras, como peças presentes na saída dos motores.”

Outra novidade recente da Solvay é o EpiSpire, PPSU com elevado desempenho térmico. “Por resistir a temperaturas entre 270ºC e 300ºC, pode ser aplicado em diversas peças dos motores”, lembra o gerente. Completa a lista de lançamentos recentes da multinacional a poliamida modificada IXEF-PAMX D6. Com elevada resistência mecânica, o material permite a produção de peças com paredes muito finas e, quando enriquecido com fibras, a injeção de peças com excelente aparência.

Plástico Moderno, Germano Coelho, gerente de produtos, Aviões - Plástico de alto desempenho e compósitos a bordo
Coelho: compósitos de PMI são muito usados nas asas

Três linhas – A Degussa, multinacional de origem alemã que conta com unidades de produção localizadas em mais de sessenta países, oferece três linhas de produtos com grades apropriados para a indústria de aviões. Eles são comercializados para empresas como Boeing, Airbus e, em escala bem reduzida, para a brasileira Embraer.

Uma das linhas é formada pelas espumas rígidas de polimetacrilimida (PMI), que leva a marca Rohacell. O material é ideal para ser enriquecido com fibras de carbono ou de vidro, gerando compósitos com excelente razão força/peso, alta resistência à fadiga e resistência a temperaturas elevadas. “Tem sido bastante utilizado em peças presentes nas asas e na traseira da fuselagem das aeronaves. Também é indicado para a produção de pás de rotores de helicópteros”, informa Germano Coelho, gerente de produtos.

O produto é fornecido em chapas com grades diferenciados, projetados de acordo com a aplicação à qual são indicados. O material estará presente em quantidade significativa no modelo A380. Para atender à demanda feita pela Airbus para o novo avião, a Degussa precisou adaptar as linhas de produção industriais responsáveis pela fabricação do produto. “Tivemos de adaptar os equipamentos para produzir as chapas nos tamanhos solicitados pelo cliente”, revela Coelho. Fora do âmbito da aeronáutica, o Rohacell também é indicado para aplicações com características bem particulares. Uma delas é a produção de pás para moinhos geradores de energia eólica, que possuem comprimentos da ordem de 50 metros.

Plástico Moderno, Aviões - Plástico de alto desempenho e compósitos a bordo
Interiores usam plástico em grande quantidade

A Degussa também oferece a linha de polímeros acrílicos Acrylite, que tem como principais características elevada resistência às baixas e altas temperaturas e uma qualidade óptica bastante rigorosa. “Esses acrílicos são usados para a confecção de janelas de aviões, peças protetoras de luzes de emergência ou em espelhos para os banheiros”, exemplifica Ana Paula Nakajato, representante de vendas técnicas da área de polímeros acrílicos.Além disso, a multinacional oferece uma família de resinas especiais com características muito diferenciadas, como resistência a elevadas temperaturas e a ambientes muito úmidos. Essas matérias-primas estão sendo aproveitadas em peças presentes nos novos modelos Boeing e Airbus. “Elas ainda não são aplicadas aqui no Brasil”, informa Thomas Ochs, gerente de polímeros de elevado desempenho da Degussa.

Seguindo a tendência – É inegável a evolução da presença dos plásticos nos aviões e as empresas especializadas na produção de polímeros de elevado desempenho precisam investir em tecnologia para conseguir participar com sucesso desse promissor nicho de mercado. Essa é a opinião de Edson Simielli, diretor de marketing da GE Plastics, braço especializado em plásticos de engenharia da General Electric Company, vendido recentemente ao grupo Saudi Basic Industries Corporation (Sabic), da Arábia Saudita (ver PM 391, maio de 2007, pág. 46).

Simielli informa que a empresa conta com vários produtos projetados dentro das normas rígidas exigidas pelas indústrias aeronáuticas. “São produtos com características diferenciadas, como forte resistência às chamas, baixa emissão de fumaça e peso reduzido, que melhoram a eficiência de peças projetadas para gerar conforto e segurança nos aviões”, garante.

Plástico Moderno, Ana Paula Nakajato, representante de vendas técnicas da área de polímeros acrílicos, Aviões - Plástico de alto desempenho e compósitos a bordo
Ana Paula: acrílicos especiais estão presentes nas janelas

Três linhas de polímeros são destacadas pelo executivo. Entre elas se encontram a família de policarbonatos (marca Lexan), que possui grade especialmente desenvolvido e voltado para aplicações de peças com paredes bem finas. O policarbonato também é indicado, quando tem especificações adequadas, para a confecção das janelas presentes nas aeronaves.

As resinas termofixas da marca Azdel são as alternativas oferecidas pela multinacional para compósitos dirigidos a aplicações em peças para a fuselagem. “Elas são recicláveis e mais leves que o epóxi”, explica Simielli. Outras linhas de materiais recomendados pela empresa são as blendas de polióxido de fenileno e poliestireno, que levam a marca Noryl, e a resina amorfa de polieterimida, conhecida no mercado com a marca Ultem. “O Ultem tem sido utilizado para a fabricação dos manches”, exemplifica o gerente de marketing. Um dos interesses do executivo é o de estreitar o relacionamento que possui com a Embraer, a fim de incrementar as vendas para a empresa nacional. “Eles já importam produtos nossos”, revela.

Futuro – Para se ter uma idéia das vantagens que os plásticos e compósitos oferecem à aviação, vale registrar o resultado de um trabalho feito pela entidade internacional Air Transport Association. De acordo com o estudo, a cada quilo que o avião perde de peso, a redução média do uso de combustível fica na casa dos US$ 372 dólares por ano. Multiplicados os quilos a menos em cada avião, o resultado é uma economia e tanto, que por si só justifica a substituição de outros materiais.

Plástico Moderno, Edson Simielli, diretor de marketing da GE Plastics, Aviões - Plástico de alto desempenho e compósitos a bordo
Simielli: resinas Azdel são recicláveis e mais leves

“O avanço do aproveitamento de polímeros e compósitos é irreversível”, garante Pereira, da Embraer.

Para ele, graças a essa tendência, os investimentos das empresas ligadas ao setor no futuro não se limitarão ao estudo do aproveitamento dos materiais oferecidos ao mercado pelas multinacionais do mundo químico. “Vamos ter de investir em programas de desenvolvimento voltados para várias frentes”, resume.

Haverá, por exemplo, maior esforço no sentido de se desenvolver processos de transformação compatíveis com o grande aumento de volume utilizado de materiais do gênero. O raciocínio vale tanto para a confecção de compósitos quanto para a conformação de termoplásticos. Além disso, as fabricantes de aviões e suas parceiras devem incrementar os esforços para desenvolver técnicas voltadas para aproveitar os componentes feitos com essas matérias-primas em estruturas mais monolíticas, projetadas com base em novos métodos de junção ou colagem dos materiais compostos ou não compostos com os metálicos.

Ainda há muito para ser feito. Mais uma vez, um trocadilho de qualidade duvidosa pode resumir o futuro. Quando o assunto é o uso de plásticos em aviões, o céu é o limite.

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