A próxima década:Clareza com uma forte dose de incerteza

Ao entrarmos na década de 2020, vale a pena refletir o que os anos 2010 trouxeram para a comunidade de compósitos e como essas inovações podem ou não moldar o futuro. No mercado tradicional de compósitos aeroespacial, o Boeing 787 entrou em serviço em 2011, com o Airbus A350 XWB de uso intensivo de compósitos em 2015. CSeries da Bombardier avião de corredor único, com asas com infusão de resina, entrou em serviço em 2016. A Airbus então adquiriu o CSeries linha de produtos em 2018, rebatizada de A220. Finalmente, e infelizmente, 2019 marcou o cancelamento do Airbus A380, um avião gigantesco que foi o pioneiro em muitas inovações compostas.

Na frente automotiva, a BMW sacudiu a indústria em 2013 i8 e i3 introduzindo o, estabelecendo uma cadeia de suprimento vertical global e fazendo muitos especularem que a era dos veículos intensivos em fibra de carbono chegaria em breve em massa . Dois anos depois, a BMW lançou o redesenhado Série 7 , um veículo multimaterial com aproximadamente 15 peças estruturais em fibra de carbono, sugerindo talvez um caminho alternativo para a adoção em massa. No final da década, a General Motors revelou uma Sierra Denali caminhonete com uma caixa termoplástica reforçada com fibra de carbono moldada por compressão e, em 2019, uma versão com motor traseiro do Corvette com um pára-choque traseiro pultrudado curvo.

Na área de reciclagem de compósitos, especialmente para compósitos de fibra de carbono (além da fibra residual), a década começou praticamente sem base de fornecimento e terminou com mais de uma dúzia de fornecedores, muitos fornecendo quantidades comerciais para aplicações downstream. A indústria de energia eólica teve uma década notável, mais do que triplicando a capacidade mundial e provando ser um forte mercado para compósitos. Abordarei o vento com mais detalhes no mês que vem, por isso vou me concentrar aqui na indústria aeroespacial e automotiva.

Embora eu esteja nos Estados Unidos, tive a oportunidade no início de 2019 de visitar vários institutos de pesquisa no Reino Unido que se concentram em compósitos e, em dezembro, visitei vários Institutos Fraunhofer e instalações DLR no norte e no sul da Alemanha, como bem como várias instalações de produção que atendem aos mercados aeroespacial e automotivo. Essas visitas e discussões aumentam minhas observações nos Estados Unidos sobre para onde os desenvolvimentos de materiais e processos estão indo ao iniciarmos 2020. Embora existam diferenças em algum nível entre os países, os principais impulsos são verdadeiramente globais - aumento da velocidade de produção e redução de custos dominam, com reciclagem e a sustentabilidade é parte integrante desses esforços de P&D. Tudo reconfirma que a colaboração internacional para lidar com essas questões não é apenas benéfica, mas imperativa se os compósitos realmente substituírem os materiais tradicionais.

Enquanto as dúvidas permanecem, o futuro dos compósitos na indústria aeroespacial está se tornando um pouco mais claro. Apesar de não haver anúncios formais sobre substituições para os robustos de corredor único Boeing e Airbus, é óbvio que muitas pesquisas aeroespaciais estão focadas em fornecer tecnologias para fabricar, usinar, inspecionar e montar grandes estruturas compostas avançadas a taxas mais altas. Uma coisa é entregar de 100 a 140 jatos widebody por ano, mas outra coisa totalmente diferente é construir anualmente de 700 a 900 aeronaves de corredor único com estruturas primárias compostas. Quando se considera os mercados adjacentes de veículos aéreos não tripulados (UAV) e mobilidade aérea urbana (UAM), como táxis aéreos, os volumes provavelmente estarão na casa dos milhares anualmente. Embora haja um interesse considerável em termoplásticos, as grandes estruturas para aeronaves de passageiros têm maior probabilidade de permanecer em termofixos (pré-impregnados de cura com infusão a vácuo ou fora de autoclave), com termoplásticos em clipes, suportes, nervuras e outros componentes menores. Para os mercados de UAV e UAM, espera-se que a indústria considere termoplásticos e também incorpore tecnologias desenvolvidas para o setor automotivo, como moldagem por transferência de resina de alta pressão (HP-RTM), pultrusão e moldagem por compressão.

O mundo automotivo, por outro lado, mostra considerável incerteza. Ainda há um grande interesse na fibra de carbono, mas seu valor agora deve ser considerado à luz de outras forças motrizes - eletrificação, mobilidade e autonomia - não apenas peso leve pelo peso. Nos últimos 10 anos, os tempos de ciclo e o custo dos compostos de fibra de carbono foram reduzidos em 50% ou mais, mas ainda há muito a fazer. A fibra de carbono descontínua, reciclada ou de precursores / processos de menor custo, encontrará um lugar como reforço para compostos de moldagem por compressão ou injeção, onde a automação é alta e as taxas de refugo são baixas. Embora a BMW tenha anunciado recentemente que continuará a construir o i3 até 2024, a indústria automobilística alemã como um todo está se afastando de novas aplicações de fibra de carbono contínua. O futuro da fibra de carbono em estruturas primárias de alto volume dependerá da redução dos custos das peças acabadas para menos de € 18 por quilograma (aproximadamente US $ 10 por libra). Possíveis soluções de médio prazo incluem fibra de vidro contínua ou estruturas híbridas de vidro / carbono, bem como maior desenvolvimento de componentes híbridos sobremoldados.

Qual será o rendimento dos próximos 10 anos para os compósitos? Para coisas que voam, o futuro parece brilhante. Mas para veículos terrestres, ainda precisamos de alguns avanços.