Veículos – Montadoras de veículos de produções menores, como caminhões e utilitários, começam a empregar mais plástico em suas peças e componentes

O uso de termoplásticos e compósitos não se limita mais aos carros de passeio. Veículos com menor volume de produção de massa, caso dos caminhões, utilitários e ônibus, também estão no alvo das indústrias química e automobilística. Dois exemplos recentes ilustram isso. O primeiro deles é o da United Parcel Service, mais conhecida como UPS. A empresa de logística encomendou uma frota de 150 novos caminhões de entrega modelo CV23, fabricado pela norte-americana Utilimaster. Detalhe do veículo: ao contrário dos tradicionais P70, fabricados com carroceria de alumínio, os futuros caminhões terão essa estrutura em painéis de compósitos plásticos.

Com a mudança, a UPS perde 2 m3 dos cerca de 20 m3 de volume de carga, mas ganha um meio de transporte com dez por cento a menos de peso e com a redução de 40% no consumo de combustível. A Basf, por sua vez, acaba de anunciar o desenvolvimento de um duto de ar para motores de caminhão com duas capacidades, 13 e 15 litros, usando o Ultramid A3W2G6. A matéria-prima, uma poliamida 6 com aditivos, compõe a peça fabricada pela ElringKlinger. Com alta resistência ao calor e capacidade mecânica avançada, o duto substitui uma peça anteriormente feita de metal.

Os casos confirmam o ponto de vista dos técnicos ouvidos nessa reportagem: o uso de termoplásticos e de compósitos em segmentos de veículos com menor volume de produção segue as tendências do que acontece com o mercado de carros de passeio. Com as devidas alterações e espaço de tempo, muitas das inovações introduzidas nos automóveis leves devem ser adotadas entre os pesos-pesados.

No mercado de maior volume, mais da metade dos veículos é formada por termoplásticos ou compósitos. A informação é do relatório Plastics in Automotive Market – Technology Roadmap, publicado pelo American Chemistry Council em 2009. Outro levantamento ainda mais recente, produzido pela consultoria AT Kearney, indica que a porcentagem atual seria de 16%, podendo atingir 18% em 2020.

Voltando ao exemplo da UPS – e aos caminhões e ônibus –, a encomenda não aconteceu de uma hora para a outra. A parceria com a Utilimaster, que fabrica veículos especiais, envolveu um projeto de três anos de duração, no qual também foram utilizados plásticos reciclados e borrachas oriundas de pneus usados. A variedade de materiais empregados no CV23, no entanto, envolve um mix maior: poliuretanos injetados para os painéis inferiores do corpo da carroceria e para os para-lamas dianteiros, além de uso na cobertura dos para-choques dianteiros e no painel de instrumentos. Este último também recebeu olefinas termoplásticas, assim como nas guarnições interiores.

Alguns componentes estruturais foram fabricados em compósito pelo processo SMC (sheet molding compound), os mesmos já adotados no famoso Corvette, da Chevrolet. O teto do caminhão é uma peça única, moldada com plástico reforçado com fibra de vidro, assim como parte do capô. Apesar de testar pisos de compósitos no protótipo, os veículos comerciais terão alumínio nessa parte da estrutura. Resultado: o peso de cada caminhão caiu de 4,3 toneladas para 3,9 toneladas.

No caso do duto de ar lançado recentemente pela ElringKlinger, usando matéria-prima da Basf, a redução não atingiu os 400 kg – obtidos pela Utilimaster –, mas o caminho para as inovações está aberto. O componente, fabricado com a poliamida, não é a única novidade. Um módulo multifuncional de admissão de óleo também faz parte do pacote, produzido com outra poliamida de mesma marca comercial, a Ultramid A3WG7. Ambos são utilizados nos motores da Detroit Diesel, subsidiária da Daimler nos Estados Unidos, com capacidade para 13 e 15 litros, daí a designação DD 13/DD 15. Os dutos de ar substituem um modelo anterior feito de alumínio, tornando a peça 50% mais leve. O módulo de admissão também apresentou o mesmo índice de redução de peso. Com isso, o conjunto formado pelos dois componentes eliminou 2,6 kg do peso do motor. “A mudança poderá chegar em breve ao Brasil, pois a ElringKlinger tem filial no Rio Grande do Sul”, avalia o coordenador de Negócios da Basf, Luiz Roxo.

O especialista destaca que a Ultramid usada na produção do duto de ar é uma poliamida modificada com agente térmico justamente para suportar as condições de temperatura de até 240°C. O material foi avaliado em testes de pulsação de pressão a 140°C e o duto deve sobreviver a 3 mil horas de flutuações de pressão entre 0,4 e 3,5 bar. De acordo com a Basf, estes são os requisitos especiais no setor de veículos comerciais, mostrando situações reais da mistura de ar fresco do motor com o gás de escape quente (até 230°C) recirculado. No ponto em que o gás de escape é reintroduzido – e sob cargas elevadas –, os picos de temperatura podem atingir até 200°C.

Fabricado com uma variante da poliamida Ultramid, o módulo de admissão de óleo também foi testado em condições severas para o uso em motores a diesel. O material, que incorpora uma válvula de retenção integrada, precisa resistir a mais de 10 milhões de ciclos de pulsação de pressão de óleo entre 5 e 13 bar a 120°C. Em testes de longa duração, 500.000 ciclos devem ser suportados na presença de uma mistura que contém não somente o óleo do motor envelhecido como também os componentes do combustível. As simulações levam em conta um cenário em que o caminhão precisa ser conduzido por cerca de 1,2 milhão de quilômetros. Especificamente em relação ao módulo de admissão de óleo, os ganhos foram maiores: em razão da substituição do metal e do elevado grau de integração funcional, os custos de produção da peça também foram cortados pela metade, segundo a Basf.

Roxo lembra que a troca de metais em peças para motores exige materiais plásticos com grande resistência química e térmica. “A estabilidade térmica não se restringe à peça instalada. No caso do processo de injeção, ela precisa suportar mudanças de temperatura e pressão, que podem variar bastante em um espaço de tempo pequeno. Além disso, muitos dispositivos serão conectados a outros componentes e precisam aguentar situações de estresse”, acrescenta. Tais condições explicam o volume exaustivo de testes e o uso da simulação computacional. A ElringKlinger, por exemplo, usou a plataforma de tecnologia de informação da Basf, chamada Ultrasim, para o segundo caso. Um dos exemplos de situações simuladas em computador foi a prevenção da fadiga do material provocada pelo funcionamento do motor. As junções de solda também foram avaliadas com uso da informática, indicando os pontos fracos que precisariam receber as menores cargas possíveis.

Ao lado dos ganhos já listados, Roxo acrescenta que o tempo de resfriamento mais rápido da injeção plástica é outro fator de superioridade em relação ao mesmo processo feito com o alumínio. “É possível criar a mesma peça com paredes mais finas e com designs inovadores, pontos já reconhecidos na indústria automobilística”, complementa. “Peças como coletores já provaram isso, com a produção de componentes mais leves, assim como vários filtros de poliamida, conexões em partes elétricas”, acrescenta. Na avaliação do executivo, a adoção pelo mercado brasileiro vai acontecer aos poucos. Um dos exemplos são as peças usadas no sistema de arrefecimento de caminhões na Alemanha. Em vários modelos, esse dispositivo completo tem sido produzido com poliamida. No Brasil, de acordo com Roxo, há um mix, no qual as hélices usam poliamida e o resto do componente é feito de metal.

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Novo elastômero alia melhores propriedades e processamento

A multinacional aposta no elastômero Engage XLT para melhorar o processo de injeção de peças internas e externas de veículos. A redução da massa do produto resultaria na criação de componentes com alta absorção de impacto, moldabilidade e qualidade no acabamento. “A indústria busca melhorar a rigidez e a resistência ao impacto das peças, além do melhor fluxo para aumentar a velocidade de produção e obter peças com desenhos mais complexos”, avalia Andrea Rhodius, gerente de marketing da área de elastômeros para a América Latina. Segundo ela, a nova linha amplia o portfólio da fabricante com elastômeros de alta eficiência, que permitem a elaboração de peças mais finas, que ajudam a aumentar a velocidade de produção, reduzindo o tempo de esfriamento e o coeficiente de expansão. Os benefícios finais seriam a redução do consumo de combustível (pela diminuição de peso do veículo) e o design mais criativo. Neste último caso, o efeito é conseguido pela manutenção de um elevado índice de fluidez nos compostos, o que levaria à melhoria no enchimento dos moldes mais complexos.

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Substituição plástico X plástico – Haroldo de Oliveira Marcos, líder técnico em Pesquisa & Desenvolvimento da DSM, é um dos especialistas que defendem o mercado de veículos de massa como espelho para o uso de plásticos nos segmentos de menor volume de produção. Ele cita os coletores (manifold) como referência. Além das vantagens usuais de redução de peso e flexibilidade de design, ele destaca que outros custos estão envolvidos no processo e que às vezes não são computados. “Inclua-se nesse rol o valor de transporte de matéria-prima, muito maior no caso dos metais, e a própria montagem das peças, significativamente mais rápida nos componentes plásticos”, diz.

Em veículos convencionais, Marcos lembra que coletores fabricados com o Akulon (nome comercial da DSM para sua poliamida PA6, reforçada com fibra de vidro) permitem a substituição de peças metálicas, reduzindo o peso pela metade e em um quarto o custo de partes e sistemas ligados a essa peça. “A PA6 tem maior resistência ao calor e uma força de soldagem muito melhor do que a PA66, que é usada no Brasil em algumas aplicações”, ressalta o executivo. A substituição não se restringe ao metal. A mesma PA66 pode ser trocada no esticador de corrente pela PA46 (a Stanyl, nome comercial do produto), o que resulta em 22% a menos de fricção. “No caso de caminhões, essas melhorias permitem que o veículo transporte mais carga e não o seu próprio peso”, reforça Marcos. O mesmo Stanyl 46 também tem sido usado na fabricação de carrocerias de ônibus e em sistemas intercoolers, colocados ao lado de radiadores. Nesse caso, trata-se de uma poliamida com 40% de fibra de vidro.

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As novas tendências do uso de plásticos

Um dos mais recentes relatórios sobre o relacionamento das indústrias química e automobilística foi publicado pela consultoria AT Kearney em junho deste ano. Trata-se do documento Plastics. The Future for Automakers and Chemical Companies, elaborado por quatro especialistas europeus. De acordo com eles, a participação do plástico deve aumentar até 2020 nos veículos leves. Em 2010, o relatório aponta que o peso médio de um veículo desse tipo seria de 1.400 kg. Desse total, os materiais plásticos representariam 16% ou 224 kg. Em 2020, o peso médio dos carros cairia para 1.100 kg, sendo que os plásticos representariam 18% ou 198 kg. Os desafios para o avanço dos materiais não são poucos. O documento lista quatro principais:

Maior competição com o aço: na avaliação dos consultores, o aço seria mais barato que os plásticos e as melhorias de processo, caso da soldagem a laser, e de produto levariam a materiais mais leves e mais baratos;

Volatilidade de preços: como a precificação dos plásticos é baseada nos custos da indústria do petróleo, os preços podem mudar rapidamente;

Escassez frequente: um número relativamente pequeno de fábricas globais abastece todas as indústrias plásticas;

Reciclabilidade: neste caso, o aço tomaria a frente, pois numerosos tipos e formulações de plásticos ainda apresentam uma dificuldade de reciclagem.
Os compósitos, por outro lado, ganham espaço por combinar benefícios dos plásticos e do aço, tendo sido adotados como componentes estruturais e não-estruturais, de tanques de combustíveis à estrutura dos bancos. As vantagens dos compósitos plásticos reforçados com fibra de vidro também foram mapeadas pela consultoria:

Peso: tipicamente de 25% a 35% mais leves que peças feitas de aço e com a mesma resistência.

Fabricação: fáceis de montar, pois necessitam de menos componentes, o que reduz a complexidade e os custos de produção. Também aceleraram os processos de design e de lançamento de produtos.

Ferramental: menos da metade do custo – 40% – da estampagem metálica.
Resistência a danos: superiores aos painéis de alumínio e aço.

Resistência à corrosão: melhor, especialmente no mercado automobilístico.

Amortecimento interno: menos barulho, vibração e aspereza.

Design: maior versatilidade geométrica nas moldagens e complexidade de formas.

Fonte: AT Kearney

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De olho no mercado brasileiro, a empresa americana realizou uma série de visitas técnicas a grandes montadoras. “Trouxemos especialistas que apresentaram os novos desenvolvimentos e estamos numa fase de consolidação de informações para trabalharmos juntos”, adianta Marcos. Um dos potenciais componentes apresentados foi parte do carter produzido com plástico, mais especificamente o reservatório de óleo ou oil sump. Criado em conjunto com um fabricante de autopeças, esse dispositivo deve entrar em produção em 2013. Fabricado com poliamida 6 reforçada com fibra de vidro, o novo reservatório passou por um processo de “redesign”, permitindo uma redução de peso de 40% em relação às peças convencionais de aço, e de 50% em custo de produção.

Outra vertente levantada por Marcos é o compartilhamento de componentes metálicos e plásticos. É o caso do já citado carter, em que o reservatório de óleo é fabricado com poliamida, assim como no desenvolvimento de veículos elétricos, nos quais a presença de sensores dever ser maior, o que inclui sua inserção em dispositivos de óleo e outros materiais. “Nesses casos, as inovações devem seguir o caminho do Stanyl Diablo, nossa PA46 com aditivos, que viabiliza aplicações híbridas”, argumenta.

Apesar de concordar com a tendência de introdução de novos materiais plásticos na produção de ônibus e caminhões, Anderson Maróstica, gerente técnico da Lanxess, avalia que ainda vai demorar para as inovações chegarem ao Brasil. “A adoção de poliamida 6 na fabricação dos coletores de admissão, que é uma realidade há vários anos na Europa, ganhou espaço recentemente no Brasil”, exemplifica. Mas ele ressalta o grande potencial de mercado, inclusive no segmento de caminhões. “É um setor que usa muitos termofixos, que são mais baratos e mais densos. Porém, exigem um retrabalho grande na produção de peças, com a presença de rebarbas e reprovação de materiais na ordem de 40%”, detalha. Para ele, muitas vezes as deficiências somente são percebidas na fase de pintura das peças. Problemas como esses abriram espaço para a introdução de novos materiais no segmento, realidade já adotada na Europa

Plástico, Anderson Maróstica, gerente técnico da Lanxess, Veículos - Montadoras de veículos de produções menores, como caminhões e utilitários, começam a empregar mais plástico em suas peças e componentes
Maróstica apela para vantagens técnicas e questões ecológicas

Entre as aplicações, o executivo destaca as extensões do caminhão, como para-lamas, para-choques, grade frontal e lateral dos veículos. “O fato de o termofixo não se reciclar é outro problema que acaba impactando pela pressão de uso de materiais sustentáveis”, diz. O apelo ecológico é acompanhado das vantagens de melhor acabamento, menor densidade e peso dos injetados de termoplásticos. Peças de poliamida, por exemplo, podem ser fabricadas com design mais complexo e com menor espessura.

Para ganhar espaço, os novos materiais vão ter que vencer a cultura do SMC, que usa matéria-prima mais barata e é fácil de ser processado, além de demandar ferramentas simples. Contra essa tecnologia, Maróstica cita alguns desafios: só se pode fabricar componentes simples, ou seja, não há liberdade de design; exige-se grande esforço para retrabalho, a qualidade da superfície dos materiais não é boa, e é comum que essa superfície seja retrabalhada; além do fato de serem produzidas peças com alta densidade, o que significa dispositivos pesados.

Maróstica argumenta que o aumento de volume de produção justifica a adoção de novos materiais plásticos. Componentes como teto, defletor de ar, para-choques e para-lamas, entre outros, atualmente fabricados com SMC, já começam a ser produzidos com termoplásticos. O mesmo acontece com grades e extensões laterais. Montadoras como Mercedes e Iveco participam desse processo de mudança fora do Brasil. Um exemplo são os para-choques de caminhões da montadora italiana, fabricados com o Pocan TS 3220, da Lanxess. Trata-se de uma blenda PBT/PET, reforçada com 20% de fibra de vidro. Já a Mercedes-Benz usa o Durethan, uma poliamida 6, na produção da grade do radiador do modelo de caminhão Actros.

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Termoplásticos abrem espaço em grade frontal de caminhões

“As barreiras incluem um preconceito criado contra os plásticos de alta tecnologia, e o convencimento passa por uma análise estrutural das peças, comprovando que elas são técnica e economicamente viáveis”, avalia Maróstica. Para ele, o acompanhamento constante dos projetos, como tem sido feito com grandes montadoras em nível mundial, também ajuda. O pacote de suporte envolve simulação em 3D, entre outros recursos.

Avanços recentes também incluem o  mercado de ônibus, com a substituição do alumínio por poliamida 6 nos compartimentos de carga. “É uma evolução, que começa com um tipo de plástico e envolve um trabalho de formiguinha”, completa.

Tal ação, de acordo com o executivo, vai ganhar o reforço no caso da Lanxess, que amplia sua equipe comercial para estar mais próxima dos segmentos de caminhões e ônibus. O movimento já repercute a compra internacional da Bond-Laminates. Com a aquisição, a empresa passa agora a fabricar e vender chapas de compósitos, ampliando seu range no mercado automobilístico. Tais chapas substituem suas similares metálicas e podem ser aplicadas em regiões de maior energia e com demandas de grande resistência à torção, caso dos capôs.

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Lanxess adquire a Bond-Laminates, fabricante de chapas de compósitos

A empresa adquirida recentemente pela Lanxess é especializada no desenvolvimento e produção de chapas personalizadas de compósitos plásticos, reforçadas com materiais como fibras de vidro. Com a compra, a primeira companhia passa a oferecer uma geração de tecnologia híbrida, que sinaliza com a substituição de metais por soluções 100% de plástico de alta tecnologia. Na avaliação da Lanxess, as chapas de compósitos de plástico são mais fáceis de serem processadas do que as metálicas e têm melhores propriedades mecânicas, pesando até 40% menos. Isso significa que a indústria automobilística pode reduzir os custos de produção, aumentar a liberdade de design e melhorar a segurança.

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Além disso, a utilização desta tecnologia reduz o consumo de combustível e as emissões de CO2 dos veículos. A aquisição também estaria alinhada com a tendência de mudança do foco das montadoras: o uso somente de metais para metais combinados com plásticos. O conteúdo de plástico, pelos cálculos da fabricante, poderia chegar a 20% do volume dos veículos. A Bond-Laminates e sua equipe de administração farão parte da unidade de negócios High Performance Materials (HPM) da Lanxess. No Brasil, outra novidade da multinacional é a sua nova fábrica em Porto Feliz-SP, que deve começar a operar no segundo semestre de 2013.

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“Os produtos da Bond-Laminates entram em nichos nos quais havia uma limitação do uso de plásticos. Na Europa, já são realizados testes na produção da alma de pedais de freio”, argumenta Maróstica. A produção de painéis frontais é outra tendência de aplicação dos compósitos – a aplicação do metal tem densidade maior e menor resistência. O aço substituído permite de 20% a 30% de redução de peso (e um custo equivalente de material), com o benefício adicional da diminuição do consumo de combustível.

Já atuante no mercado de caminhões, a MVC Plásticos tem tudo para apostar no mercado automobilístico. A empresa guarda um histórico de parceria com a Volvo para a fabricação do capô dos caminhões da linha NH desde o final da década de 90. Para essa aplicação, ela utiliza a tecnologia de Resin Transfer Molding (RTM) de alta pressão. O resultado foi a construção de uma única peça com acabamento superficial classe A e peso máximo de 66 Kg. Mais de 30 mil unidades foram produzidas até 2005 (quando o modelo foi desativado) e a empresa mantém uma fabricação de 500 a 600 capôs para o mercado de reposição. Com a tecnologia RTM light, a empresa também fabrica o teto externo do caminhão Stralis NR, da Iveco.

Na linha de miniônibus da Volare, a empresa emprega blendas especiais para a fabricação dos para-choques, para-lamas,

Plástico, Veículos - Montadoras de veículos de produções menores, como caminhões e utilitários, começam a empregar mais plástico em suas peças e componentes
Plásticos de engenharia moldam vários componentes do miniônibus da Volare

capôs dianteiros e saias laterais. Os plásticos de engenharia também fazem parte do painel de instrumentos, do revestimento interno do teto e das laterais e paredes de separação. “A inovação não está somente nos materiais, mas também nos processos utilizados – sustentáveis e que colaboram para a preservação ambiental – para a fabricação das peças”, avalia Gilmar Lima, diretor-geral da fabricante brasileira.

Ele também lembra que a MVC continua ativa tanto como fabricante de termofixos como de injetados de termoplásticos, o que lhe daria uma visão privilegiada do uso dos dois materiais. “Há sete anos, dizia-se que os termoplásticos abarcariam 70% do mercado, mas o que ocorre é uma divisão meio a meio”, argumenta. De acordo com ele, os mercados de veículos de menor volume de produção querem alternativas: a mesma peça fabricada com três ou quatro especificações diferentes em termos de materiais.

Como outros especialistas, ele detecta a utilização crescente de termoplásticos em caminhões e ônibus. Nestes últimos, Lima aponta o uso de materiais com fibra de vidro em substituição ao poliuretano nas partes internas. Materiais inovadores, com fibra de carbono como adicionais, também podem crescer em termos de uso, não só em razão da redução de peso, como pelo seu maior desempenho na resistência à tração. “O grande balizador será o preço”, finaliza.

 

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Novos PEs abastecem o setor

A Braskem anuncia o lançamento de novos grades de polietileno, desenhados especialmente para o setor automotivo e destinados à produção de sistemas de armazenamento de combustíveis. Segundo a empresa, o aprimoramento de seu portfólio visa ampliar a oferta de produtos de alta qualidade e em linha com o mercado internacional. A novidade fica por conta das resinas HS4506 e HS4506A.


De acordo com informações da Braskem, esses novos grades foram concebidos em uma combinação única de processo produtivo, catalisador e comonômeros que permitiu alcançar um produto com estrutura molecular distinta dos atualmente ofertados ao mercado. Como resultado, as novas resinas possuem melhor processabilidade, resistência química e à corrosão, peso reduzido, durabilidade, melhor compatibilidade com outras resinas e baixa condutividade térmica.

A resina HS4506 é indicada na produção de tanques de combustível automotivos, bem como na fabricação de tubos de enchimento e de reservatórios de partida a frio. Também pode ser utilizada na produção de tanques fluoretados e coextrudados. Já a HS4506A é especialmente aditivada para garantir maior resistência à radiação
ultravioleta e às intempéries. Este polímero é apropriado para a produção de tanques de combustível para caminhões e para o segmento de reposição automotiva. Uma de suas principais características é conferir aparência homogênea, ideal para tanques aparentes, como no caso dos caminhões.

Entre as vantagens do uso do polietileno, a fabricante destaca a possibilidade de aliar alta segurança e redução de peso, além de oferecer maior grau de liberdade no design em relação ao de metal, o que possibilita um melhor aproveitamento do espaço disponível no veículo para a instalação dos tanques. Atualmente, 67% dos tanques automotivos já são produzidos com polietileno no Brasil.

Maria Aparecida De Sino Reto

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