Mecânica

Peças de carros começam a ser feitas de biopolímeros reforçados com fibra

Redação do Site Inovação Tecnológica - 10/10/2023

Plásticos de base vegetal começam a ser usadas em peças de carros

A simulação de enchimento fornece informações sobre a orientação das fibras na peça, o que afeta a distribuição e a resistência da carga.
[Imagem: Fraunhofer LBF]

Biopolímeros reforçados com fibras

Engenheiros alemães estão se preparando para enviar para testes reais na indústria automotiva uma nova classe de plásticos de base vegetal, em substituição aos tradicionais plásticos derivados do petróleo.

Além da substituição direta dos componentes com alta pegada de CO₂, estes novos biopolímeros reforçados com fibra deverão ajudar o meio ambiente indiretamente, por meio da redução do peso dos veículos, o que reduz o consumo de combustível ou energia das baterias.

O grande desafio do projeto consistiu na construção de componentes plásticos para veículos que sejam capazes de suportar altas cargas mecânicas e dinâmicas. Isto inclui, por exemplo, peças plásticas de suporte de carga, como suportes do motor ou hastes de acoplamento, como parte do chassi.

Para reduzir as emissões de CO₂ na produção dos componentes plásticos, engenheiros do Instituto Fraunhofer para Durabilidade Estrutural e Confiabilidade de Sistemas (LBF) estão combinando duas abordagens. Em primeiro lugar, eles estão substituindo plásticos de base fóssil por plásticos de base biológica, que são os biopolímeros reforçados com fibras, produzidos a partir de matérias-primas renováveis, como subprodutos agrícolas. Um aspecto central do projeto envolve a otimização de uma biopoliamida derivada do óleo de linhaça, para ser usada em peças automotivas sujeitas a vibrações que sejam leves e duráveis.

Em segundo lugar, haverá uma redução nas emissões de gases com efeito de estufa prejudiciais ao ambiente por meio de um design específico para o material, reduzindo a quantidade de material utilizado em cada componente. A meta é reduzir a quantidade de material utilizado em 20 a 30 por cento por peça. Isto, por sua vez, levará a uma redução na energia necessária para aquecer e derreter os materiais no processo de fabricação.

"Substitutos ecologicamente corretos podem reduzir as emissões de CO₂ em mais de 50% ao longo de todo o ciclo de vida. Estamos nos concentrando no material da matriz do compósito e reduzindo pela metade as emissões em comparação com os plásticos convencionais, alcançando 4,5 kg de CO₂ por kg de produto, contra 9 kg de CO₂ por kg de peso do produto [atual]," disse Georg Stoll, gerente do projeto.

As peças e os materiais estão sendo moldados e testados em laboratório, antes de irem para os testes de campo.
[Imagem: Fraunhofer LBF]

Peças leves e sem barulho

Um dos elementos chave para a fabricação de peças de bioplástico que ainda sejam mais leves do que as atuais consistiu no desenvolvimento de novos métodos de cálculo que levam em conta as influências da fabricação no comportamento quase estático e cíclico dos materiais.

Usando esses métodos de simulação aprimorados, é possível estimar propriedades do material, como rigidez e resistência, com base na disposição das fibras no componente, por exemplo. "Estamos simulando tanto o processo de fabricação quanto o comportamento do componente. Isso nos permite determinar - desde o processo virtual de design e desenvolvimento - como projetar o componente para que seja utilizado menos material," explicou o pesquisador.

No momento, os protótipos feitos do biopolímero estão sendo fabricados usando o processo de moldagem por injeção, que são a seguir caracterizados em bancadas de teste. Os testes estão fornecendo informações importantes sobre a influência da temperatura, umidade e raios de entalhe (geração e propagação de trincas por fadiga) na geometria do componente sobre a rigidez e durabilidade estrutural do material. As características acústicas e vibratórias também são levadas em consideração, para poder reduzir, ou suprimir completamente, vibrações indesejadas e ruídos perturbadores.

"As capacidades de desempenho dos biopolímeros estão melhorando continuamente, e hoje em dia os plásticos de base biológica têm quase as mesmas propriedades que seus equivalentes fósseis, que passaram por décadas de otimização. No entanto, projetar um componente sustentável que possa suportar as mesmas cargas que um componente feito de materiais com uso intensivo de gases de efeito estufa - embora pese menos - ainda é um grande desafio," finalizou Stoll.