Os compósitos poliméricos e ligas leves mais utilizados na fabricação automotiva

Basta entrar em qualquer fábrica de automóveis moderna para ver menos aço do que se imagina. Capôs feitos de alumínio. Pára-choques com enchimento de fibra de vidro. Interiores moldados em polipropileno e ABS. E nas áreas de veículos de alta performance, monocoques de fibra de carbono que custam mais do que um sedã familiar.

As montadoras passaram a última década mudando de metais pesados para compósitos e ligas leves. O objetivo é simples: reduzir o peso, aumentar a autonomia e passar nos testes de colisão. Mas, com tantas opções, a escolha raramente é óbvia.

Se você estiver construindo um carro familiar de grande volume, o polipropileno e a fibra de vidro atenderão à maioria das suas necessidades. O ABS é usado onde se deseja um acabamento de superfície mais agradável. O alumínio é para capôs, portas e suspensão. A fibra de carbono é para as peças que aparecem nas revistas.

Aqui está uma análise mais detalhada de cada material.

Visão geral dos materiais

Fibra de carbono

A fibra de carbono tem uma vantagem e uma desvantagem simples: reduz o peso e custa caro.

Um teto de fibra de carbono em um BMW M3 economiza cerca de 23 kg em comparação com o aço. Também acrescenta milhares ao preço. Para um supercarro ou um EV de ponta, essa relação custo-benefício faz sentido. Cada quilo importa para os tempos de volta ou a autonomia da bateria.

Para um sedã de mercado de massa, a conta não bate. Já vi engenheiros especificarem fibra de carbono para uma peça que poderia ter usado fibra de vidro com um acréscimo de 20% no peso e uma economia de 80% no custo. A menos que você esteja buscando uma meta de desempenho específica, a fibra de carbono geralmente é um exagero.

Mais uma coisa: a fibra de carbono não amassa. Ela racha. Um solavanco no estacionamento que deixa uma porta de aço com um pequeno amassado vai quebrar um painel de fibra de carbono. O reparo raramente é uma opção; a substituição é o único caminho.

Fibra de vidro

A fibra de vidro não recebe muita atenção. Ninguém a coloca em um carro-conceito. Mas ela está em toda parte nos veículos de produção.

Vigas de para-choques, proteções da parte inferior da carroceria, compartimentos de pneu sobressalente e portas traseiras são frequentemente feitos de plástico reforçado com fibra de vidro. O Corvette usa painéis de carroceria de fibra de vidro há décadas. Funciona.

A fibra de vidro é mais pesada que o carbono — tem aproximadamente a mesma densidade do alumínio. Ela também é abrasiva, por isso os moldes se desgastam mais rápido. Mas para peças estruturais de alto volume que precisam de resistência sem o custo do carbono, a fibra de vidro é a escolha padrão.

ABS

O acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) é usado em peças plásticas que precisam transmitir uma sensação de qualidade.

Os acabamentos do painel, consoles centrais, grades e capas dos pilares costumam ser de ABS. Ele tem boa resistência ao impacto, aceita bem pintura e cromagem e mantém sua forma. O ABS não preenchido tem um acabamento de superfície muito melhor do que o polipropileno.

O problema é a resistência aos raios UV. Deixe o ABS exposto ao sol por alguns anos e ele ficará farinhento e quebradiço. Já vi carros com dez anos de idade com acabamentos de ABS rachados nos pilares traseiros. Para aplicações externas, especifique ABS estabilizado contra raios UV ou use um material diferente.

Polipropileno

O polipropileno é o material de grande volume e uso generalizado. É barato, fácil de moldar e resistente à maioria dos produtos químicos.

Você o encontrará em painéis de porta, suportes do painel de instrumentos, dutos de climatização, suportes de bateria e revestimentos dos poços das rodas. Pára-choques e painéis frontais costumam ser de polipropileno com enchimentos de fibra de vidro ou talco — 20% a 40% de reforço transformam um material flexível em um material estrutural.

As limitações são reais. O polipropileno amolece acima de cerca de 100 °C, por isso fica longe de peças quentes do motor. Ele também não aceita bem a pintura sem tratamento especial, razão pela qual a maioria das peças internas de polipropileno é moldada em cores ou com textura.

Para aplicações de alto volume e com restrições de custo, comece por aqui.

Ligas de alumínio

O alumínio não é um compósito, mas é importante demais para ser ignorado.

A mudança do aço para o alumínio foi uma das maiores mudanças da última década. Capôs, portas, portas traseiras e até mesmo estruturas completas da carroceria agora são de alumínio. A Ford F-150 mudou em 2015 e economizou cerca de 317 kg.

O alumínio tem vantagens reais. Tem cerca de um terço da densidade do aço. Não enferruja. É altamente reciclável. Mas é mais caro que o aço e é mais difícil de soldar. A expansão térmica é maior, o que cria desafios de encaixe em painéis grandes. Os reparos custam mais.

Para fechos e componentes de suspensão, o alumínio é o padrão. Para aplicações estruturais de alto volume, é necessário investir em novos processos de união.

Combinação do material com a aplicação

O alto volume favorece um custo de material mais baixo e tempos de ciclo mais rápidos — o polipropileno e a fibra de vidro levam vantagem. O baixo volume e o alto desempenho favorecem a fibra de carbono e o alumínio.

O que incluir na sua solicitação de cotação

Se você deseja uma cotação útil, envie estas informações:

1. Material — fibra de carbono, fibra de vidro, ABS, polipropileno ou liga de alumínio
2. Reforço — para compósitos: tipo de fibra, comprimento e porcentagem (por exemplo, 30% de vidro)
3. Aplicação — interior, exterior, sob o capô, estrutural
4. Volume — quantidade anual e tamanho da peça
5. Extras — estabilização UV, retardamento de chamas, cor pintada ou moldada

Bom exemplo:

*"Polipropileno, 30% de fibra de vidro, painel de porta, interior, 200.000 unidades/ano, moldado em preto."*

Exemplo inadequado:

"Cotação para plástico automotivo."

Já vi muitos projetos bons atrasados porque alguém enviou uma solicitação vaga. Envie os detalhes e você receberá uma cotação.

Considerações finais

O material certo depende do volume, da localização e do custo — não do que soa mais impressionante.

Se você não tiver certeza, envie-nos os requisitos da peça. Nós lhe diremos o que funciona para o seu volume e orçamento, mesmo que não seja a opção mais cara.

*Stanford Advanced Materials (SAM) fornece materiais leves para fabricantes automotivos desde 1994. Enviamos a partir de armazéns nos EUA, Canadá, Europa e Ásia-Pacífico. Entre em contato com nossa equipe — informe-nos sua aplicação e enviaremos o material certo.*