Infusão de Resina Sem Ferramentas para Peças Compósitos Classe A

Produzir peças compósitos com acabamento Classe A não é o Santo Graal — há muitas empresas que fazem isso rotineiramente. No entanto, fazer isso usando infusão de resina sem ferramentas caras ou gelcoats e a uma taxa de uma peça por hora? Bem, isso é algo único.

De plásticos para compósitos

A Plastics Unlimited foi iniciada há 25 anos por Terry e Nancy Kieffer, explica seu filho Dakota Kieffer, diretor de vendas e marketing da empresa. "Eles eram agricultores em Iowa e começaram a procurar uma indústria nova e crescente," ele explica, "Eles acharam que plásticos seriam melhores que solda ou marcenaria e não queriam competir com seus vizinhos. Olharam injeção, rotomoldagem e reciclagem de plásticos, mas então encontraram termoformagem, e realmente a entenderam." (Termoformagem usa calor e vácuo/pressão para moldar chapas termoplásticas em peças moldadas.)

Então os pais de Kieffer entraram em contato com uma empresa fabricando peças de plástico reforçado com fibra de vidro (FRP). "Eles viram quão forte o FRP era, mas também que requeria um processo longo, multi-etapas, cerca de quatro horas por peça — então, apenas duas peças eram produzidas por dia," ele continua. "Comparado à nossa produção em plásticos, eles sentiram que era muito lento. Nós produzíamos peças a cada 2-6 minutos — talvez até produzindo 5-6 peças de uma vez — então, milhares de peças por dia." Para preencher a lacuna, o pai de Kieffer teve a ideia de usar um casco plástico termoformado como ferramenta.

O resultado é um processo de fabricação de peças compósitos sem ferramentas, que a Plastics Unlimited chama de Tool-less Engineered Composite (TEC). "Ele remove o gelcoat e as etapas de desmoldante de ferramenta," diz Kieffer. "Além disso, quando você termoforma, pode inspecionar a superfície Classe A e garantir que está perfeita." Em outras palavras, a superfície Classe A não fica escondida sob um laminado compósito. "Tudo que era necessário era uma única ferramenta de termoformagem, e o processo ainda fazia sentido para nossos clientes de peças plásticas."

Processo compósito patenteado

Kieffer nota que um compósito combina dois materiais para fazer um material melhor que qualquer um dos constituintes sozinho. "Estamos combinando dois tipos diferentes de materiais e dois processos diferentes para fazer um produto melhor." Notavelmente, um produto que compreende plástico, resina e fibra de vidro para oferecer uma mistura única de benefícios. "Plásticos performam muito melhor em impacto que gelcoats," ele explica. "Também é possível imprimir qualquer textura ou design no plástico, por exemplo um padrão de camuflagem. Os plásticos também oferecem muita profundidade de imagem sem polimento posterior, o que remove operações de acabamento secundárias."

Enquanto isso, comparado a pulverizar fibra picada em um processo de moldagem aberta, esta tecnologia patenteada permite um teor de fibra mais alto, qualidade mais alta e nenhum/baixos compostos orgânicos voláteis (VOCs). Ele aponta que pulverizar fibra picada sobre plásticos para banheiras e spas não é patenteado. "Sempre usamos infusão a vácuo para fazer a parte FRP do produto," diz Kieffer, adicionando "nossas peças têm acabamento liso, então somos mais um RTM leve com placas de calço. Estamos sempre levando ao próximo nível. Clientes vêm até nós com um problema e tentamos encontrar uma solução que funcione para suas necessidades. Somos muito inovadores, e patenteamos nossos novos desenvolvimentos."

Peças de exemplo

Uma das peças que a Plastics Unlimited produz usando este processo é uma extensão de tanque de grãos para colheitadeiras John Deere feitas pela Deere & Company (Moline, Illinois, EUA). "Esta é a parte superior da colheitadeira, que é aberta, onde o grão fica," Kieffer explica. "Comparado ao tanque de aço original, o nosso é mais durável. Fazemos com acabamento liso por dentro e verde John Deere por fora com inserções pretas nos cantos. É a maior extensão de tanque de grãos disponível e pode dobrar plana. É um produto mais engenheirado comparado aos concorrentes, com espuma e nervuras adicionadas para aumentar a rigidez." Algum reforço de aço também é requerido, que é realmente moldado, diz Kieffer, "não colado secundariamente."

Esta combinação de materiais e processo confere muita tenacidade à peça final. "Temos vídeos de queda de blocos de concreto nestas peças," diz Kieffer. Moldando fixações de aço, ele diz que a resistência à extração pode ser 4-5 vezes a alcançada com colagem secundária usando adesivos metacrilato padrão da indústria.

A Plastics Unlimited pode fazer até 2.500 destas peças por mês, com alguns painéis medindo 5 pés por 7 pés. "Isto requereria ferramentas caras, se não feito usando nosso método," diz Kieffer, notando que TEC pode ser usado para peças bastante grandes — até 8 pés por 11 pés. "Nossas peças podem ter mais forma e geometria versus aço. Isso é importante para nossos clientes porque permite que eles se diferenciem via estilo. Nossa resistência UV também é melhor que a maioria dos gelcoats."

A Plastics Unlimited fornece peças para uma gama de empresas, incluindo Harley-Davidson e elevadores telescópicos Gehl. "Também fazemos peças soft-touch que parecem e sentem como couro," diz Kieffer. A empresa também fez componentes de caminhão para Navistar e peças de veículos recreativos (RV) para Winnebago. "Preferimos produção em volume, de 100.000 peças por ano até algumas centenas."

Kieffer reconhece que injeção de fibra longa (LFI) e moldagem por injeção de resina (RIM) são processos competitivos, "mas as peças não são tão estruturais quanto o que fazemos. Por exemplo, um tanque de grãos de colheitadeira comporta 400 bushels, que exerce 10 toneladas de força. Peças RIM, que não são fortemente reforçadas, simplesmente não podem atender a este tipo de requisito de carga e ferramentas RIM são muito caras."

Desenvolvimento contínuo

"Fazemos muito trabalho de P&D com nossos clientes," diz Kieffer. "Exploramos diferentes resinas, espumas, laminados, camadas de reforço e acabamentos, e então mostramos protótipos para que eles possam fazer testes muito rapidamente. Tentamos tornar a peça mais fabricável, olhando como reduzir custo e melhorar performance, mais atender aos vários requisitos em serviço, como temperaturas extremas quentes e frias e impacto."

A Plastics Unlimited tem 100.000 pés quadrados de espaço de produção e 75 funcionários, incluindo uma equipe de três engenheiros. Sua máquina CNC Thermwood de 5 eixos permite produção de ferramentas interna e também prototipagem rápida, esta última importante para clientes que buscam encurtar prazos de desenvolvimento.

"Também estamos trabalhando com empresas de trânsito de massa e aeroespaciais," ele continua. "Muitos interiores de metrô são atualmente FRP com gelcoat mais estrutura de alumínio atrás. Eles precisam de leveza mas também acabamento superficial cosmético. Estamos olhando uma ampla gama de aplicações, incluindo médica, elétrica e construção."

A empresa também está olhando termoformagem de plásticos reforçados com fibra de carbono (CFRP). "Formamos materiais Tepex e Polystrand e estamos trabalhando em vários desenvolvimentos com um cliente médico," diz Kieffer. "Podemos usar materiais plásticos de alta gama como Kydex e reforçar com CF/epóxi para aeroespacial, ou materiais como poliuretano, policarbonato e ABS, que fornecem um bom acabamento externo e são custo-efetivos. Atrás destes plásticos podemos usar laminados de poliéster, viniléster ou epóxi reforçados com fibra de vidro."

A Plastics Unlimited opera na interseção de plásticos, metais e compósitos, diz Kieffer. "Nossas peças são tipicamente 30 a 40 por cento mais leves que aço. Mas achamos que o mercado ainda precisa de bastante educação sobre o que são compósitos e o que podem fazer." Mesmo assim, a empresa vê muito potencial para crescimento futuro. "Nem todos os materiais funcionam juntos, e especialmente nem todas as resinas funcionam com todos os plásticos," ele nota. "Fizemos tanto teste e desenvolvimento ao longo dos anos que entendemos a paisagem e possibilidades muito bem. Temos uma expertise única e oferecemos uma gama única de soluções possíveis."