Evoluindo para reforços de fibra contínuos

A SABIC se uniu à Airborne para desenvolver a Linha de Fabricação de Compósitos Digitais, que rapidamente transforma fitas termoplásticas UD em laminados planos de formato quase líquido (à esquerda), depois os consolida em um processo de aquecimento por contato (meio) e, finalmente apara e inspeciona-os (direita). A Airborne deve começar a enviar laminados personalizados para clientes de produtos eletrônicos de consumo no próximo ano. Fonte | SABIC.



A SABIC (Bergen op Zoom, Holanda) decidiu, em 2012, entrar no mercado de fitas compostas termoplásticas. A empresa já tinha uma ampla oferta de polímeros em injeção de fibra curta e materiais termoplásticos de fibra longa (LFT) (ambos com reforço de fibra de vidro e carbono), portanto, as fitas de fibra contínua eram uma extensão lógica de sua tecnologia central. Além disso, a gravitação em torno das fitas termoplásticas alinhada às tendências do setor, privilegiando materiais e tecnologias de processos com menor consumo de energia e que sejam mais sustentáveis ​​e possibilitem um ambiente mais saudável para os trabalhadores. A SABIC se convenceu de que havia muitas oportunidades inexploradas para fitas termoplásticas em vários mercados (consulte “Eletrônicos de consumo:tampas compostas híbridas”).

Inicialmente, a equipe envolvida com fitas termoplásticas decidiu se concentrar em três tecnologias inter-relacionadas:materiais, design e processamento.

“Nosso objetivo era desenvolver uma tecnologia de fita que fosse capaz de produção em massa, economia e reprodutibilidade para que todas as peças tivessem a mesma alta qualidade”, explica Gino Francato, líder global de compostos da SABIC. “Queríamos que qualquer material que produzíssemos fosse bem processado, muito eficiente e moldado em um tempo de ciclo muito curto. E como muitos de nossos clientes estavam mais familiarizados com o design de metal, sabíamos que precisávamos trazer novos conceitos e ferramentas de design. ”

O benchmarking extensivo esclareceu que os parâmetros chave para fazer consistentemente fitas finas de alta qualidade com a estabilidade dimensional desejada eram as tecnologias de espalhamento de fibra e impregnação. Por fim, a SABIC se conectou com a Fiber Reinforced Thermoplastics B.V. (Lelystad, Holanda), que ofereceu a expertise necessária, e a SABIC adquiriu uma participação majoritária na empresa em 2015.

Não surpreendentemente, a modelagem de design e processo representou outra área de deficiência. Enquanto muitos clientes da SABIC se sentiam confortáveis ​​projetando com tipos de moldagem por injeção de fibra de vidro curta e longa, os produtos de fibra contínua eram uma história diferente, especialmente em combinação com moldagem por injeção.

“Indústrias como a automotiva e de produtos eletrônicos de consumo não podem mais fazer negócios com abordagens de tentativa e erro [fazer e quebrar], então eles precisam saber exatamente como prever o comportamento de cada um desses materiais e a interação entre eles”, explica Scott Davis , Equipe da SABIC cientista-tecnologia de aplicação global. Isso levou a um programa ambicioso dentro da SABIC para desenvolver ferramentas preditivas que funcionassem em conjunto com ferramentas populares de engenharia auxiliada por computador (CAE) estrutural e de processo. Atualmente, os cartões de material estão disponíveis para pacotes baseados em análise de elemento finito (FEA), como LS-DYNA (da Livermore Software Development Corp., Livermore, Califórnia) e ABAQUS (da Dassault Systèmes, Vélizy-Villacoublay, França).

Outra constatação que se seguiu rapidamente foi que ser capaz de produzir consistentemente boas fitas não seria suficiente para uma tecnologia tão "subdesenvolvida", porque o know-how de engenharia de processos e equipamentos automatizados para lidar com fitas em altas velocidades de produção ainda não estavam no nível a equipe sentiu que precisava ser.

“Esperávamos que muitas empresas pudessem produzir esse tipo de produto de alta qualidade, mas não foi o caso”, acrescenta Francato. “Verificamos a indústria e analisamos várias empresas, mas a maioria estava focada nas necessidades do setor automotivo e não encontramos nenhuma que considerássemos estar no nível certo - especialmente para atender ao mercado de eletrônicos de consumo.” Foi quando a equipe de fitas compostas da SABIC foi apresentada à Airborne (Haia, Holanda), uma fabricante de máquinas e desenvolvedora de linhas de processamento de compostos. A Airborne já teve sucesso no desenvolvimento de equipamentos para fabricação de tubos a partir de fitas termoplásticas para a indústria de petróleo e gás. A empresa também tinha experiência com fitas termofixas na indústria aeroespacial.

“Sentimos que a Airborne tinha os mesmos objetivos que nós”, continua Francato. “Eles não eram apenas fabricantes de máquinas, eles também conheciam os compostos e conheciam os desafios com eles”, explica ele. “Eles tinham toda essa experiência em automatizar linhas de fita, mas não queriam entrar em materiais, e tínhamos a experiência em materiais, mas a automação não era nossa área de competência.”

Em 2017, a SABIC comprou uma participação minoritária na Airborne; as duas empresas trabalharam juntas para desenvolver o processo e os equipamentos necessários para produzir laminados à base de fitas termoplásticas em alto volume - milhões por ano - em um ambiente totalmente automatizado. Esse sistema viria a ser chamado de Linha de Fabricação de Compósitos Digitais (consulte “Fabricação de compósitos termoplásticos de alta velocidade e alta taxa”).