Episódio 29: John McQuilliam da Prodrive Composites – Engenharia de Inovações Leves

Exemplo de peça terciária produzida usando processo P2T da ProDrive. Foto CW | Scott Francis

Neste episódio do CWTalks, o editor sênior da CW Scott Francis entrevista John McQuilliam, engenheiro-chefe da Prodrive Composites (Milton Keynes, Reino Unido), designer e fabricante de compósitos leves avançados para uma ampla gama de aplicações incluindo automotivo, automobilismo, aeroespacial, marítimo, defesa e outros setores especialistas.

John é um designer de carros de Fórmula 1 do Reino Unido que trabalhou com numerosas empresas de automobilismo. Ele entrou na Prodrive em 2017 como engenheiro-chefe de sua divisão de compósitos. John discute o processo primário-para-terciário (P2T) da empresa, que a empresa diz simplificar a reciclagem e dar ao material compósito o potencial de cumprir três ou mais vidas úteis.

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Trecho do episódio

CW: Oi, John, e bem-vindo ao CW talks, o podcast de compósitos. Em março, acredito, visitei a Prodrive Composites e vi um pouco do seu processo P2T, que significa primário para terciário.

JM: Isso mesmo. A primeira etapa é a fabricação do componente primário, e é isso que a maior parte do trabalho que fazemos atualmente. Então estas são peças que requerem fibras virgens, uma resina especial ou tipo particular de resina termofixa por qualquer razão. Então eles são o que eu chamaria de peças compósitos tradicionais ... são peças que não mudaríamos particularmente o design ou a fabricação, mas certamente as mudaríamos para torná-las mais facilmente recicláveis.

CW: Ok. E essas são tipicamente o tipo de peça de alto desempenho?

JM: Sim. Então seriam feitas de termofixo ... O que faríamos é simplesmente mudar o design delas para permitir que o material de desperdício da fabricação das peças e, por fim, a peça no final de sua vida seja reciclável para que possamos reutilizar as fibras de carbono contidas naquelas peças. Então o termoplástico entra na segunda etapa ... as etapas iniciais podem ser termofixo ou termoplástico, mas a coisa importante é que nos permite recuperar as fibras. Então, para recuperar as fibras das peças primárias, como tocado, certamente mudamos os materiais de design para algo mais fácil de recuperar as fibras, então o que estamos realmente falando é um uso aumentado de tecidos não ondulados, mais materiais unidirecionais, coisas onde o desperdício de produção e o componente quando passam pelo processo de recuperação de fibra darão um melhor rendimento de fibras longas de alta qualidade.

CW: Você pode descrever um pouco do processo de recuperação que acontece para esse componente primário e então o que caracteriza a peça secundária resultante?

JM: Sim. Então a reciclagem ou processo de recuperação para as peças primárias é um processo tipo incineração. Então o pré-impregnado de desperdício — os recortes de pré-impregnado — ou as peças de fim de vida vão para um forno e toda a resina é queimada deixando as fibras de carbono para trás. E aquelas fibras de carbono através de uma série de processos são transformadas em um tapete não tecido de espessura consistente e orientação aleatória — então acaba sendo capaz de fazer uma placa quasi-isotrópica.

CW: Este é o processo que a ELG [ELG Carbon Fibre] está fazendo para vocês? Eles estão lidando com a pirólise?

JM: Sim, a ELG faz essa parte. Então, enviamos nossos recortes de desperdício e algumas peças de componentes e então eles transformam de volta em um dos precursores, uma das peças que usamos para fazer nossas peças secundárias.

CW: Você pode me falar um pouco sobre essas peças secundárias e o que as caracteriza?

JM: Então, as peças secundárias, o reforço é feito principalmente de fibras de carbono recuperadas com uso discreto de fibras virgens se necessário em certas áreas. Mas a maior parte do reforço é fibras recuperadas. E então introduzimos um termoplástico reativo. Então, esta é uma resina líquida que, digamos, infundimos os reforços com. Então há um tipo de processo de cura e obtemos um componente acabado e seu processo é feito a temperaturas relativamente baixas, pressão atmosférica e obtemos um bom componente feito dessa forma.

CW: Parte do que habilita P2T é esse sistema de resina que você descreveu como "resina termoplástica reativa". Você pode explicar um pouco mais para nossos ouvintes o que você quer dizer com isso?

JM: Então termoplástico reativo em alguns aspectos é muito similar a uma resina termofixa. Então misturamos imediatamente antes de fazer o componente. E há dois ou três componentes líquidos indo para a mistura. Cada um daqueles é um líquido. E quando combinam com tempo e um pouco de temperatura, eles realmente polimerizam em um termoplástico verdadeiro. E são as propriedades termoplásticas que permitem reciclagem subsequente. E a vantagem de ser um termoplástico reativo em vez de um termoplástico tradicional é o fato de que estamos efetivamente criando um termoplástico ao mesmo tempo em que estamos cercando as fibras de reforço é que ele é de viscosidade muito baixa então pode ser formado em processos normais tradicionais, devemos dizer, tipo termofixo. Não precisa da alta temperatura e altas pressões que você obteria com injeção de termoplástico fundido em uma pré-forma de fibra ou pegando um pré-impregnado termoplástico onde o termoplástico e as fibras já foram combinados e então remontando-os em alta temperatura e pressão, tipicamente em moldes metálicos. Então estamos evitando a complexidade e custo das ferramentas de molde requeridas para processar termoplásticos acima do ponto de fusão e evitando as dificuldades devido à alta viscosidade do termoplástico fundido com distorção e movimento do reforço dentro da cavidade do molde.

CW: E eu estou supondo que isso se traduz em economia de custo, economia de tempo e basicamente significa bastante para a produção...

JM: Você acertou, sim. Então o método de produção é akin ao que fazemos na indústria termofixa tradicional, mas o custo de ferramental é muito menor do que será requerido para processar um termoplástico tradicional. E essa é uma grande vantagem para a maioria de nossos clientes. Você não quer fazer o investimento inicial em ferramentas de molde termoplástico — ou ferramentas de molde simplesmente para termoplásticos.

CW: Então você está vendo isso como um habilitador para mais produção de alto volume?

JM: Certamente, acreditamos que é um habilitador para produção mais alta. Tempos de ciclo podem ser mais curtos que termofixos tradicionais em não requer ramp up para temperatura de processo, um dwell e então cool down novamente antes que você possa virar o molde. Então estamos vendo vantagens de taxa usando este processo comparado a nossos componentes curados em forno ou autoclave tradicionais.

CW: E claro, uma das coisas empolgantes é que a partir daí, você pode reciclar esta peça secundária mais uma vez. Então o que caracteriza esta peça terciária no ciclo de vida deste material?

JM: Então eu diria que a peça secundária, sendo um termoplástico verdadeiro, pode ser reformada em outras formas e tipicamente seria cortada em pedaços pequenos, e então colocada na cavidade entre molde de aquecimento e prensada em uma nova forma. Então haverá possibilidade de pegar todas as peças secundárias redundantes, todo o desperdício de produção das peças secundárias, e reformá-las em outro componente de plástico reforçado com fibra ou componente de polímero reforçado com fibra.

CW: E a partir daí, estas peças terciárias não são necessariamente o fim da linha para aquele material, mesmo naquele ponto...

JM: Isso está correto... Então pensamos que estas peças terciárias, porque são termoplásticas, podem ser reformadas, quase um número infinito de vezes. O processo de cortá-las em paletes de moldagem, devemos dizer peças de moldagem, tem uma taxa attricional na fibra... então algumas das propriedades mecânicas cairiam, mas outras propriedades mecânicas como rigidez, taxa de expansão térmica e temperatura de distorção seriam bem retidas. Então você ainda obtém um componente reforçado com fibra de alta qualidade — não com a resistência original de componente de fibra contínua ou mesmo um componente de fibra relativamente longa — mas certamente ainda há as vantagens em termos de rigidez, expansão térmica e temperatura de distorção que torna muito valioso reprocessar as peças terciárias vez após vez.