Revolucionando o Design Automotivo: Os Primeiros Componentes Pultrudados Curvos

A pultrusão é um dos processos de conformação mais antigos para compósitos termofixos e diz-se ter sido o primeiro processo de conformação de termofixos com fibra contínua. Hoje, é usada para produzir produtos variando de postes de utilidade a janelas, bem como escadas, vergalhões e componentes de turbinas eólicas. Fácil de automatizar com baixa mão de obra, e capaz de produzir componentes altamente estruturais — alguns bastante grandes — a custo e velocidade razoáveis, a pultrusão tradicional pode produzir perfis (ocos ou sólidos, simétricos ou assimétricos) em quase qualquer forma que possa ser espremida através de uma matriz. No entanto, essa forma deve ter seção transversal/espessura constante. Também, diferente de extrusão termoplástica ou extrusão de tubos e canos metálicos — onde pressão e calor podem ser aplicados a perfis durante a produção, ou posteriormente a peças finalizadas, para curvá-los em novas formas — tem sido difícil usar pultrusão para produzir algo além de perfis lineares retos. Isso, claro, limitou o uso de pultrusão em muitas indústrias, particularmente em segmentos de alto volume como automotivo, que gostaria de usar pultrusão, exceto que não há muitas vigas retas em carros que seriam boas candidatas.

Isso está começando a mudar graças à Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KG (TTI, Bremervörde, Alemanha), que desenvolveu um processo patenteado para superar muitas das limitações da pultrusão tradicional. De fato, a primeira peça automotiva pultrudada curva entrou em produção comercial com o lançamento do carro esportivo 2020 Chevrolet Corvette pela General Motors Co. (Detroit, Mich., EUA) (ver matéria completa sobre a viga de para-choque traseiro pultrudada do Corvette). Fornecedor Tier 1 Shape Corp. (Grand Haven, Mich., EUA) está produzindo uma viga de para-choque traseiro curva para o carro usando o processo de pultrusão de raio móvel da TTI em poliuretano-acrilato reforçado com fibra de carbono.

Aqui está por que isso é um grande negócio.

Móvel vs. Estacionário

Na pultrusão linear convencional, um sistema de puxamento reciprocante com garras é usado para puxar reforços secos de seus creels, através de um banho onde são impregnados com resina termofixa líquida. Em seguida, os reforços impregnados são puxados para uma matriz aquecida estacionária onde o perfil é moldado e totalmente curado. Ao sair da matriz, o perfil em movimento esfria (ainda sendo puxado pela unidade de puxamento) e então é cortado no comprimento e embalado.

Inicialmente, o reforço de fibra era limitado estritamente a rovings unidirecionais — em outras palavras, fibras contínuas de vidro, carbono ou outras orientadas a 0 graus ao eixo de puxamento. No entanto, com o tempo, uma variedade de tecidos multiaxiais — tanto tecidos quanto tecidos não-crimp (NCF) — foram incorporados em perfis pultrudados, permitindo uma gama de orientações de fibra sem distorção/movimento de fibra. Quase qualquer sistema de resina termofixa pode ser usado para impregnar reforços em pultrusão, embora uma quantidade significativa de aplicações use poliuretano. Em décadas recentes, a pultrusão foi até modificada para permitir uso de termoplásticos pré-polimerizados.

Muitas características da pultrusão convencional foram viradas de cabeça para baixo no processo de pultrusão de raio da TTI, mas o aspecto mais importante a entender é que com pultrusão de raio, a matriz não é estacionária; em vez disso, ela se move e puxa material para criar tanto uma seção transversal constante linear quanto um perfil constantemente curvo.

A matriz, ou uma série de matrizes, não apenas se move para frente e para trás sobre o perfil, moldando e curando o material enquanto ambos avançam ao longo de um trilho — neste caso com o perfil se movendo em uma única direção e a matriz se movendo em ambas as direções — mas a matriz também puxa os reforços secos através do banho de resina e o perfil curado junto às garras e cortador. Para produzir uma seção transversal linear, tanto molde quanto perfil se movem ao longo de uma seção reta do trilho; para produzir uma seção transversal curva, o molde e o perfil se movem ao longo de uma seção curva do trilho.

"Nesta tecnologia, a matriz efetivamente substitui o puxador reciprocante, que é substituído por garras estacionárias que abrem e fecham mas não se movem de outra forma", explica Sebastian Mehrtens, chefe de vendas da TTI. "As garras fecham e suportam o perfil curado quando ele atinge um comprimento pré-especificado e está pronto para cortar, mas de outra forma permanecem abertas e deixam o perfil mover-se em direção à unidade de corte." Para reduzir risco de puxamento de fibra do material quente, matrizes aquecidas são cromadas.

Além disso, o sistema diminuto é muito mais fácil de enviar, pode ser movido com apenas uma empilhadeira, é mais rápido de configurar que linhas convencionais e requer muito menos espaço no chão de fábrica. "Isso pode ter benefícios interessantes em algumas aplicações", nota Mehrtens. "Por exemplo, a máquina poderia ser configurada perto de uma renovação de ponte para produzir elementos estruturais conforme necessário. Ou, poderia ser configurada enquanto nova rodovia era construída e produzir vergalhões que poderiam ser cortados em comprimentos personalizados direto no local de trabalho." Ainda outra vantagem do pullCUBE é a segurança do trabalhador, já que a unidade é totalmente fechada e operadores não queimarão as mãos em superfícies quentes de molde ou serão beliscados por garras ou cortados pela serra.