O advento do carro elétrico gerou um frenesi e frio na espinha simultâneos na cadeia plástica. No primeiro caso, a vibração decorre das perspectivas vislumbradas para o material com a evolução energética. Já o calafrio provém da necessidade urgente de o setor buscar meios para compensar o drástico encolhimento do espaço conquistado pelos polímeros nos autos de motor a combustão. É uma incerteza perturbadora, em especial para os plásticos de engenharia, cujo maior mercado mundial é o setor automotivo, vindo à frente as aplicações no compartimento do motor hoje em fim de carreira. Para a Basf, a eletrificação combinada com energia renovável é a chave para a mobilidade sustentável, uma evolução condicionada à performance, segurança e estabilidade dos carros elétricos e à eficiência dos sistemas de bateria. Este quadro tem sido o gatilho para a caça do grupo alemão a um mundo de aplicações na nova auto fronteira para seus materiais nobres, como poliamidas (PA) e polibutileno tereftalato (PBT), esclarece nesta entrevista Fernando Ribeiro, gerente de desenvolvimento técnico de plásticos de engenharia e poliuretano termoplástico (TPU) da Basf na América do Sul.
No Brasil, montadoras já anunciam plataformas de carros elétricos. Basf é referência mundial no desenvolvimento de plásticos & aplicações na eletrificação automotiva. No cenário atual, quais as principais aplicações conquistadas em carros elétricos pelos plásticos de engenharia da empresa?
O rápido desenvolvimento das diferentes tecnologias para veículos híbridos e elétricos tem exigido sua contrapartida em termos de inovações em grades, principalmente das nossas linhas Ultramid® PA6.6, PA6, Ultramid® Advanced PA6.6 Ultradur® PBT.
Tais avanços decorrem da necessidade de características especiais. Por exemplo, retardante à chama em espessuras reduzidas (0,4-0,8 mm) e condições mais severas; alta capacidade de isolamento elétrico em condições mais críticas e a manutenção da performance mecânica quando em contato com químicos do sistema de refrigeração (incluindo resistência à hidrólise) em altas temperaturas e tempos mais longos. Vale o mesmo para requisitos como condutividade térmica; capacidade de soldagem e marcação a laser; alta rigidez estrutural e capacidade superior de retenção de propriedades e da coloração laranja (gerenciamento visual para alta voltagem) em situação de envelhecimento térmico rigoroso.
A extensão da utilização dos produtos mencionados depende, por exemplo, do conceito tecnológico da bateria e sua eventual função também estrutural no veículo elétrico. De forma geral, podemos destacar as seguintes aplicações de nossos materiais:
– Conectores de alta voltagem na cor laranja, principalmente em Ultradur® PBT GF25/V-0 ou GF30/tenacificado com superior resistência à hidrólise.
– Fixadores de cabos na cor laranja, principalmente em Ultradur® PBT V-0 ou PA6.6 V-0
– Carcaça do módulo da bateria em Ultramid® PA6.6 GF25/V-0 ou GF35/V-0.
– Suporte Busbar (barras metálicas condutoras da corrente elétrica) na cor laranja, principalmente em Ultramid® PA6.6 GF25/V-0 ou Ultradur® PBT GF25/V-0
– BDU (módulo da bateria com partes como sensores, resistores e fusíveis) battery disconnect unit), principalmente em Ultradur® PBT GF25/V-0
– Caixa de conexões, principalmente em Ultramid® PA6.6 GF25/V-0 ou PA6 GF30/V-0
– Carcaça da bomba d’água, principalmente em Ultramid® Advance PPA GF30, entre outras opções de materiais.
Por quais motivos o composto de PA Ultramid®Structure mostra-se ultra adequado ao pedal do freio de carros elétricos? E quais as possibilidades de PA vir a substituir o metal no pedal do acelerador?
A linha Ultramid® Structure LFX possui reforço com fibra longa de superior desempenho mecânico. Oferecida com teor na faixa 40-60% e contendo bases poliméricas como PA6, PA6.6 ou mesmo contendo uma poliamida de maior estabilidade dimensional, além de diferentes sistemas de estabilização térmica,os grades dessa família proporcionam máxima robustez mecânica, com excelente relação rigidez estrutural/resistência ao Impacto, mesmo em condições com nível de umidade e temperatura mais elevados.
Em função dessa combinação única de propriedades e em conjunto com o pacote de ferramentas para simulações preditivas Ultrasim®, a linha Structure torna-se um diferencial para PA substituir metais em peças estruturais de grande responsabilidade, como os componentes de pedais. Aliás, já existem pedais do sistema de frenagem e eletrônicos de aceleração fabricados em PA6.6/GF50, PA6.6/GF60 e PA6/GF60. Alguns exemplos importantes de produtos para essas aplicações são Ultramid® Structure A3WG12 LFX, B3WG10 LFX e D3EG12 LFX.
Poderia dar exemplos de componentes metálicos integrantes habituais dos carros elétricos que a Basf conseguiu transpor para versões injetadas com seus plásticos de engenharia?
Existem diversos casos de sucesso nesse sentido. Em geral, esses desenvolvimentos são acompanhados por extensiva assistência ao cliente relacionada ao completo redesign da peça, incluindo orientação sobre o conceito do molde e sistema de injeção. Além disso, em muitos casos a otimização já começa pelo suporte ao cliente na impressão 3D de protótipos para os ensaios preliminares de bancada (envelhecimento térmico, químico, pulsação, choque térmico, explosão, impacto, fadiga, fluência etc), reduzindo custos na fabricação de soft tools e tempo total de desenvolvimento.
Alguns exemplos importantes envolvem componentes como:
– E-motor mount (estabilizador anti vibrações) em PA6.6/GF50 ou PA6/GF60
– Carcaça do módulo da bateria e placas terminais em Ultramid® PA6.6/GF25 e PA6/GF30 V-0
– Cobertura do motor elétrico em Ultramid® Advanced T1000 HG7 (PPA/GF35) ou mesmo Ultramid® Structure GF60
– Tubo de condução do fluido refrigeração em Ultramid® Advanced N5H (PA9T)
-Diversos componentes das unidades de carregamento localizadas em postos, estacionamentos etc.
Quais as principais aplicações em carros elétricos para as quais PBT Ultradur já é especificado pelas montadoras?
Devido às excelentes características de retardância de chama, isolamento elétrico mesmo em condições de umidade, estabilidade dimensional e rigidez estrutural, os grades da linha Ultradur® são aplicados em carros elétricos em especial em componentes da bateria como fixador de busbar, conectores de alta voltagem, guias e fixadores de conectores, carcaça da BDU, plugues, soquetes do sistema de carregamento elétrico do veículo. A família Ultradur® se destaca também em grades termoestabilizados para contato com corrente elétrica e marcação otimizada a laser. Convém ressaltar ainda a importante participação de PBT em automotive lighting (iluminação automotiva), mais precisamente no frame metalizado das lanternas, oferecendo excelente fluidez, alto brilho, baixo fogging e resistência térmica.
Tal como os carros de motor a combustão, os elétricos são destinados a escalas de massa.
Como conciliar esta vocação com o uso neles de peças plásticas resultantes da impressão 3D, sistema de manufatura de pequenas tiragens?
Seja por injeção ou impressão 3D, a seleção do processo de produção pelo critério da viabilidade econômica depende dos requisitos em serviço, dimensão do componente, e naturalmente, a escala de produção. As diferentes tecnologias de manufatura aditiva (ou impressão 3D) aliadas à crescente oferta de especialidades em filamentos ou pós em diferentes materiais (por exemplo, ácido polilático/PLA, copolímero de acrilonitrila butadieno estireno/ABS, PA6, PET/GF30, PA-HT/CF15, poliuretano termoplástico/TPU), permitem a produção de vários tipos de componentes para protótipos, dispositivos ou peças finais.
A depender do caso, convém realizar uma operação de fixação de partes, polimento, ou mesmo aplicação de um coating. Por sinal, o avanço nos sistemas de modelagem já permite a simulação da performance da peça em função do modelo de tecnologia 3D empregado (sinterização seletiva a laser/SLS, fabricação com filamento fundido/FFF etc), tipo de material e ângulo de impressão em relação à resistência mecânica e contração.
Exemplo de componente de carros elétricos de conceito e de modelos de motor a combustão esportivos ou de competição à base de plásticos de engenharia submetidos à impressão 3D: a estrutura do encosto do banco e apóia cabeça do carro conceito Citroën OLI, produzida a partir do Ultrasint® TPU 88A, através da técnica Powder Bed Fusion, recebendo também acabamento com Ultracur®3D (nota: resinas baseadas em uretano-acrilatos) coat laranja. Também existem componentes do powertrain (coletor de admissão, gerenciamento de lubrificação) de veículos de competição fabricados através da tecnologia 3D SLS com PA6/GB.
Quais as vantagens do desempenho dos plásticos de engenharia da Basf acrescidos de retardantes de chama para aumentar a segurança dos carros elétricos, evitando riscos tipo incêndio da bateria, curtos-circuitos etc?
Grande parte das aplicações para baterias, conectores, componentes de cabos elétricos, motores elétricos e dispositivo de carregamento dos veículos exige excelentes propriedades de flamabilidade combinados com superior resistência a longo prazo ao envelhecimento térmico. Os novos grades retardantes a chama das famílias Ultradur® PBT, Ultramid® PA6, PA6.6, Ultramid® Advanced PPA (poliftalamida) foram formulados sem halogênios e desenhados para proporcionar máximo desempenho em processamento e uso contínuo em serviço das peças e componentes de veículos híbridos e elétricos, em linha com as normas internacionais de segurança de produto, como REACH e RoHS.
Como avalia a possibilidade de compostos de engenharia criados para uso em componentes de carros elétricos ganharem aplicações em outros setores?
Uma parcela encorpada dos novos produtos posicionados em eletrodomésticos, aplicações eletrônicas, dispositivos elétricos (conectores, contatores) ou de telecom (como cabos de fibra ótica) já incorpora tecnologias de polímeros e aditivos da Basf concebidos de início para carros elétricos. Entre eles constam Ultramid® PA6.6 (grades A60G1 V30, A3UG5, A3U42G6), Ultramid® PA6 (B3S R03, B3U30G6, B3U42G6), Ultramid® Advanced (N3U40G6) e Ultradur® PBT (B4440, B4441G5, B4450G5 HR).
Fino trato
Na injeção de peças técnicas, os predicados da resina jogam na linha de passe com a performance do molde, dado o risco de gerar rejeitos onerosos para os custos do transformador, ainda mais na fase cinzental do mercado atual. Uma via para ele escapar dessa dor de cabeça é a da limpeza regular do ferramental pela tecnologia de leito fluidizado, uma precaução explicada nesta entrevista por Antonio de Primo, diretor comercial da Dynaflow.
Poderia comparar a quantidade deste ano com a de 2022 relativa a pedidos de limpeza, pelo sistema de leito fluidizado, de ferramental ligado à injeção de peças técnicas?
Frente ao o ano passado, tem havido no período corrente um aumento da demanda de limpeza de peças técnicas pelo sistema de leito fluidizado em cerca de 20%, tanto para o setor automobilístico como para a linha branca. Não creio que a inflação e os juros possam influir na prestação de nossos serviços, pois trata-se de trabalho essencial, por diminuir os custos de manutenção, e realizado em tempos muito mais curtos. Em regra, ocorre um acréscimo de demanda pelo serviço no segundo semestre. por conta de uma estabilidade maior e com o preparo de novos produtos. No caso da linha branca, as liquidações e comemorações de final de ano também impulsionam a produção que, por tabela, tende a aumentar o número de pedidos de limpeza de ferramental.
Como o transformador de plástico pode constatar que a incrustração de polímeros em seu ferramental de injeção chegou ao ponto de exigir o serviço de remoção pelo sistema de leito fluidizado?
Ele constata isso quando as peças começam a sair manchadas, com pequenas ‘pintas’, o que indica a necessidade da parada e troca do ferramental. Existem casos mais extremos, como quando o canal do manifold entope e impede o fluxo do polímero na injeção. Desse modo, qualquer desvio no controle de qualidade do produto final pode alertar para a exigência de limpar o ferramental. Outras manutenções no manifold, a exemplo da troca de resistência, também convergem para a limpeza. Afinal, quando o ferramental é retirado da injetora para a manutenção, o polímero esfria e solidifica dentro das câmaras, requerendo remoção pelo sistema de leito fluidizado.
Qual o risco corrido pelo transformador se protelar essa manutenção? e de quanto em quanto tempo a limpeza deve, em média, ser executada?
O risco é de ele deparar com um acúmulo de peças defeituosas que, sem dúvida, serão rejeitadas pelo controle de qualidade, com consequente prejuízo financeiro.
Entenda o sistema
de leito fluidizado
Nestes equipamentos as ferramentas são introduzidas numa retorta preenchida com óxido de fluidização e, através do calor, o material é decomposto e removido em forma de gás (hidrocarboneto, dióxido de carbono e vapor d’água). Para se eliminar o restante de hidrocarboneto não craqueado, os gases passam pelo equipamento Afterburner. Ele completa a limpeza ao aumentar a temperatura dos gases realizando a decomposição completa e eliminando fumaça e odor. Ciclo de limpeza ao redor de duas horas.
(fonte: Dynaflow)
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