Fitas Termoplásticas: Impulsionando Inovação em Aeroestruturas Compósitas

A produção de aeroestruturas foi fortemente impactada pela pandemia de COVID-19, mas os esforços aeroespaciais não necessariamente seguiram o mesmo caminho, pelo menos para a Web Industries (Marlborough, Massachusetts, EUA), uma empresa que oferece serviços de corte de fitas termoplásticas para uma variedade de aplicações de clientes. Segundo Grand Hou, diretor global de pesquisa e tecnologia, aeroespacial, esforços de pesquisa em espaço, mobilidade aérea urbana (UAM) e militar têm ido a todo vapor para permitir a próxima geração de aeronaves – e compósitos, especificamente fitas termoplásticas, têm sido chave para muitos desses esforços.

Fitas termoplásticas não são novas, claro (veja o artigo do Editor-Chefe da CW Jeff Sloan "Quero dizer duas palavras para você: 'Fitas termoplásticas'" para mais histórico desde os anos 1960), mas os últimos anos viram um aumento em seu interesse, particularmente para aeroespacial comercial e outras aplicações de alto desempenho (como nervuras para o programa Wing of Tomorrow e o programa Multifunctional Fuselage Demonstrator, entre outros). Comparadas a fitas termoendurecíveis, termoplásticas oferecem vantagens como maior tenacidade, reciclabilidade mais fácil, sua capacidade de ser processadas fora de autoclave (OOA) e o fato de poderem ser armazenadas em temperatura ambiente.

A Web Industries está na linha de frente do desenvolvimento e aplicações de termoplásticos, mais notavelmente com suas múltiplas capacidades de formatação, que incluem corte de fitas termoendurecíveis e termoplásticas de fornecedores em diferentes formas e formatos para atender a requisitos específicos de clientes. Com linhas de produção de corte de fita baseadas em instalações nos EUA e Europa, as capacidades da Web incluem formatação de fitas termoplásticas de alto desempenho de poliéteretercetona (PEEK), poliétercetonecetona (PEKK) e poliariletercetona (PAEK), que são mais comumente usadas em aplicações aeroespaciais.

Fitas TP para aeroestruturas secundárias – e desafios em estruturas primárias

Atualmente, observa Hou, a maior parte da atividade de aeroestruturas em pré-impregnados termoplásticos concentra-se em estruturas secundárias como clipes, painéis de acesso ou subestruturas, enquanto estruturas primárias críticas de voo como asas e fuselagens são feitas com compósitos termoendurecíveis ou metais.

"Muitos dos desafios são sobre gerenciar riscos", diz ele, e parte do problema historicamente tem sido as dores de crescimento dos pré-impregnados termoplásticos dos fornecedores. Materiais termoplásticos são menos maduros que fitas termoendurecíveis. Segundo Hou, enquanto fitas termoendurecíveis tiveram décadas de produção em grande volume para escalar e aperfeiçoar, materiais termoplásticos estão na infância de uso em processos automatizados para produção em grande volume.

No entanto, a Web Industries trabalha com uma variedade de fornecedores de materiais compósitos, e Hou diz que a consistência geral do material e escala melhoraram muito nos últimos anos. Largura, comprimento, espessura, tensão de fibra e uniformidade de resina estão todos muito mais consistentes e de qualidade superior hoje, diz ele.

Outro fator proibitivo para fazer estruturas primárias termoplásticas maiores é que materiais termoplásticos tendem a ser mais caros que termoendurecíveis. "Não será mais amplamente adotado se não houver uma vantagem de custo geral", admite Hou, observando que colaboração e ajuda técnica são críticas para ajudar a reduzir custos de processo. "Podemos alcançar melhores soluções quando todos trabalham colaborativamente desde as fases iniciais do projeto até o fim para atingir objetivos comuns."

Flexibilidade de processo e personalização de material

No geral, Hou vê muito potencial e atividade crescente para fitas termoplásticas agora e no futuro, com flexibilidade sendo um dos principais pontos de virada para clientes.

Atualmente, fitas termoendurecíveis estão confinadas principalmente à colocação automática de fibra (AFP), com as limitações de cura em autoclave e requisitos de temperatura de armazenamento. Termoplásticos podem permitir uma abordagem de processo mais flexível, bem como processamento OOA, diz Hou, incluindo formatos de fita para colocação automática de fita (ATL) e filamentos para manufatura aditiva.

Segundo a Web Industries, formatação em escala comercial e soluções de cadeia de suprimentos serão críticas para fornecer aos fabricantes de aeroestruturas as fitas termoplásticas cortadas necessárias para suportar taxas de construção projetadas da indústria.

Pré-impregnados termoplásticos também podem ser personalizados para aplicações específicas. Segundo Hou, usuários finais buscam combinar materiais a cada aplicação. Como termoplásticos são altamente adaptáveis, um formato específico pode ser desenvolvido para uma peça específica, diz ele, maximizando o uso do material e reduzindo custos downstream do cliente. Com UAM, espaço e militar sendo áreas de alta atividade, Ashley Graeber, diretora de vendas e desenvolvimento de novos negócios, observa que a atividade está sendo personalizada por projeto, em vez de por programa de aeronave.

Formatar materiais termoplásticos para aplicações específicas também ajuda a reduzir desperdício, diz Jason Surman, VP de vendas, aeroespacial. Na indústria aeroespacial, a razão buy-to-fly, que é a razão entre a matéria-prima e a massa da peça finalizada, é uma preocupação chave. O objetivo é ter uma razão buy-to-fly o mais próximo possível de 1:1, significando que há pouco material desperdiçado. O material certo no formato certo para a aplicação certa pode reduzir drasticamente o desperdício, observa Surman. Na indústria aeroespacial, 30% de desperdício é "incrivelmente comum", diz ele, e para reduzir o desperdício abaixo desse nível requer um esforço colaborativo de todos os lados.

"Casar o material com o processo é crítico", adiciona Surman, "e fitas termoplásticas estão emergindo como uma solução habilitadora para fabricantes de aeroestruturas."