Processo de galvanoplastia de ABS, PP, PA, PC e outros plásticos automotivos comumente usados.

Segundo estatísticas da Associação Chinesa de Fabricantes de Automóveis, a produção e as vendas de automóveis na China em 2022 atingiram 27.021 milhões e 26.864 milhões de unidades, respectivamente (ocupando o primeiro lugar no mundo pelo 14º ano consecutivo), representando um aumento anual de 3.4% e 2.1%. A indústria automobilística continua a crescer e a se desenvolver, contribuindo significativamente para o crescimento econômico, mas também agravando os problemas energéticos e ambientais. Pesquisas mostram que a redução do peso dos veículos pode diminuir efetivamente o consumo de combustível e as emissões veiculares. Para cada redução de 10% no peso do veículo, o consumo de combustível pode ser reduzido em 6% a 8% e as emissões de CO2 em 5% a 6%.

A tecnologia de redução de peso em automóveis pode ser dividida em três aspectos: projeto estrutural otimizado, aplicação de materiais leves e tecnologia de fabricação avançada. Dentre eles, a aplicação de materiais leves é a maneira mais direta de se alcançar a redução de peso em automóveis. Os plásticos possuem boas propriedades, como leveza, baixo custo e facilidade de moldagem. Em particular, a aplicação da tecnologia de galvanoplastia confere aos plásticos uma aparência e brilho metálicos, o que melhora efetivamente as propriedades decorativas, anticorrosivas, mecânicas e outras dos plásticos, tornando-os uma escolha popular para automóveis. Materiais não metálicos são os mais utilizados no processo de redução de peso, e há uma tendência de "substituir o aço pelo plástico".

Este artigo apresenta o panorama geral dos plásticos automotivos e resume as aplicações de diversos tipos de plástico, tais como: ABSEste artigo descreve os materiais polipropilenos (PP), poliamida (PA) e policarbonato (PC) amplamente utilizados na indústria automobilística, e explica seus processos de galvanoplastia. Fornece referências para pesquisas futuras.

1. Visão geral da aplicação de plásticos em automóveis

O plástico é um material polimérico composto principalmente de resina sintética orgânica, que pode ser moldado sob condições de aquecimento e pressão. Devido às suas excelentes propriedades, como leveza, baixo custo, facilidade de processamento e diversos tratamentos de superfície, é amplamente utilizado em peças internas, externas, estruturais e funcionais de automóveis. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de redução de peso na indústria automotiva, o uso de plásticos em automóveis aumentou consideravelmente.

Entre os plásticos automotivos, os plásticos de uso geral são relativamente baratos e representam mais de 50% do mercado, seguidos pelos plásticos de engenharia, que representam cerca de 15%. Os plásticos especiais são mais caros e seu uso é relativamente pequeno. De acordo com estatísticas de pesquisa, as variedades de plástico automotivo mais utilizadas e adequadas para galvanoplastia incluem ABS, PP, PA, PC, etc.

2. Uso automotivo do ABS e sua galvanoplastia

1. Aplicação do ABS em automóveis

O ABS é um plástico termoplástico de engenharia com uma ampla gama de aplicações. Devido a deficiências como baixa resistência às intempéries, descoloração e inflamabilidade, o plástico ABS é frequentemente misturado com outros polímeros quando utilizado em automóveis para preparar produtos modificados mais variados, como: ligas plásticas ABS/PC, ABS/PA, ABS/PVC, etc. ABS linha de extrusão de chapa

A liga ABS/PC pode melhorar a resistência ao calor e a resistência à tração do ABS, reduzir a viscosidade da massa fundida do PC, melhorar o desempenho do processamento e reduzir a sensibilidade da tensão interna e da resistência ao impacto do produto em relação à sua espessura. É utilizada principalmente em acabamentos internos e externos de automóveis, faróis e outras peças que exigem alta resistência e alta resistência ao calor.

A liga ABS/PA possui resistência à deformação, boa fluidez e propriedades foscas exclusivas, podendo ser utilizada em peças como para-choques, painéis de instrumentos e painéis decorativos de colunas.

A liga ABS/PVC não só possui resistência ao calor e ao impacto, como também apresenta propriedades retardantes de chamas, autoextinguíveis e resistência química. É utilizada principalmente em painéis de automóveis, revestimentos de painéis de instrumentos e outras peças que exigem propriedades retardantes de chamas.

2. Processo de galvanoplastia de ABS

O plástico ABS para galvanoplastia requer boa adesão entre o revestimento metálico e o substrato, e o teor de butadieno deve ser controlado entre 18% e 23%. O processo de galvanoplastia do plástico ABS inclui três etapas: pré-tratamento, revestimento químico e galvanoplastia. O fluxo principal do processo geralmente é: alívio de tensões → remoção de óleo → rugosidade → redução de cromo hexavalente → ativação de paládio-estanho → remoção de hidróxido de estanho → revestimento de níquel (ou cobre) químico → pré-revestimento → galvanoplastia, sendo o tratamento de superfície antes do revestimento o mais crítico. O pré-tratamento de superfície, a simplificação do processo e a substituição de soluções de revestimento por outras mais ecológicas têm sido temas de pesquisa recorrentes.

3. Uso automotivo do PP e sua galvanoplastia

1. Aplicação do PP em automóveis

O PP é um plástico termoplástico leve, de uso geral, inodoro, atóxico, incolor e translúcido, com boa resistência química, resistência ao calor, isolamento elétrico e altas propriedades mecânicas. A adição de agentes de reforço, agentes tenacificantes, etc., às matérias-primas pode alterar os componentes do polímero e a estrutura macromolecular ou configuração cristalina do polipropileno para melhorar seu desempenho geral.

Se uma certa proporção de fibra de vidro for adicionada ao PP, obtém-se um PP reforçado com fibra de vidro com maior rigidez e resistência ao calor, frequentemente utilizado em peças estruturais de automóveis e em peças com altas temperaturas de operação, como: tubo de admissão do compartimento do motor, caixa do filtro de ar, ventilador do radiador, etc. A adição de uma quantidade adequada de talco e carbonato de cálcio ao PP também pode melhorar a rigidez e a resistência ao calor do PP. Este PP modificado é frequentemente utilizado em estruturas de para-choques de automóveis, painéis de instrumentos, defletores, colunas, etc.; a adição de POE ou agentes de tenacificação, como a borracha de etileno-propileno-dieno (EPDM), pode ser utilizada em algumas peças estruturais com altos requisitos de tenacidade em automóveis de luxo.

2. Processo de eletrodeposição de PP

Do ponto de vista do processo de galvanoplastia, o PP pode ser dividido em tipo comum, tipo para galvanoplastia e tipo condutor.

A galvanoplastia comum de PP apresenta baixa precisão dimensional e rugosidade problemática. É necessário inchar o material com um solvente orgânico antes da corrosão e do processo de rugosidade. O solvente orgânico mais comum é o xileno. Após a rugosidade, o material pode ser processado de acordo com os processos e procedimentos de sensibilização, ativação e outros utilizados para o plástico ABS.

O PP para galvanoplastia é produzido adicionando-se uma certa proporção de cargas, como ZnO e TiO2, ao plástico de polipropileno. Essas cargas se dissolvem durante o processo de corrosão química e rugosidade, formando uma superfície rugosa que melhora a aderência do revestimento. Para o PP galvanizado, o processo também pode ser realizado de acordo com o processo de galvanoplastia do plástico ABS, exceto que a temperatura da solução precisa ser aumentada para 70~80°C durante a corrosão química;

O PP condutivo é obtido pela adição de pó de grafite com uma fração de massa de cerca de 30% ao polipropileno. Possui boa condutividade elétrica e pode ser galvanizado de acordo com o processo de fabricação de peças metálicas. O desenvolvimento de PP com grau de pureza adequado para galvanoplastia e o aprimoramento dos processos de rugosidade têm sido temas de grande interesse na pesquisa de processos de galvanoplastia de PP.

4. Uso automotivo do PA e sua galvanoplastia

1. Aplicação da PA em automóveis

O plástico PA possui boas propriedades mecânicas, resistência ao calor, resistência ao desgaste, resistência química e autolubrificação, baixo coeficiente de atrito, certa retardância à chama, fácil processamento e é adequado para reforço com fibra de vidro e outras cargas.

A poliamida reforçada com fibra de vidro pode ser usada em peças plásticas e componentes do motor no compartimento do motor; a liga PA/ABS de alta resistência térmica é usada em espelhos retrovisores automotivos, tampas de tanques de combustível, para-lamas, etc.; a liga PA/PPE possui excelente resistência ao calor, resistência mecânica, retardância à chama, condutividade e outras propriedades, podendo ser usada em caixas elétricas centrais automotivas, para-lamas, defletores grandes, painéis de proteção, etc.

2. Processo de eletrodeposição de PA

A tensão em peças de PA comuns deve ser verificada antes da galvanoplastia. O método consiste em imergir a peça em n-heptano. Se aparecerem fissuras dentro de 5 a 15 segundos, a tensão precisa ser aliviada. Peças tensionadas podem ser colocadas em água fria e aquecidas até a fervura. Mantenha-as nessa condição por 3 horas e, em seguida, resfrie-as lentamente com água para eliminar a tensão interna. O processo de pré-tratamento antes da galvanoplastia de PA é semelhante ao do plástico ABS, exceto pelo processo de rugosificação. O desenvolvimento de materiais para galvanoplastia, a proteção ambiental e o aprimoramento de processos ainda são temas de pesquisa relevantes.

5. Uso automotivo de PCs e sua galvanoplastia

1. Aplicação de PCs em automóveis

O PC é um polímero de alta massa molecular que contém grupos carbonato em sua cadeia molecular. Possui características como alta resistência ao impacto, boa resistência à fadiga, boa estabilidade dimensional, transparência e boa capacidade de tingimento. No entanto, devido à sua baixa resistência a riscos e ao desgaste, é frequentemente utilizado na forma de ligas plásticas para o acabamento interno e externo de automóveis. Por exemplo, as ligas PC/PET e PC/PBT combinam a alta resistência térmica e ao impacto do PC com a resistência ao desgaste e as propriedades de processamento do poliéster. São adequadas para a fabricação de componentes de carroceria, proteções laterais, batentes de portas e para-choques com alta resistência a impactos em baixas temperaturas.

2. Processo de eletrodeposição de PC

O processo de pré-tratamento de PC inclui inspeção de tensões internas, alívio de tensões, tratamento de intumescimento, ataque químico e rugosificação. A inspeção de tensões consiste em imergir a peça em uma solução aquosa com 70% de acetona e deixá-la em temperatura ambiente por 1 minuto para observar o aparecimento de trincas. O método de alívio de tensões consiste em elevar lentamente a temperatura para 110~130°C em uma estufa, mantê-la aquecida por 2 a 6 horas e, em seguida, resfriá-la lentamente. O intumescimento consiste em imergir a peça em solventes como metanol, etanol, fenol e éter até que a superfície fique levemente esbranquiçada. A rugosificação por ataque químico pode ser feita com solução de ácido sulfúrico concentrado, porém a temperatura deve ser mais alta. Também pode ser realizada em soluções de rugosificação como hidróxido de sódio, nitrato de sódio e nitrito de sódio. A preparação de materiais de liga e o aprimoramento dos processos de pré-tratamento de superfície são temas de grande interesse na pesquisa em eletrodeposição de PC.

6. Outros plásticos para uso automotivo e sua galvanoplastia

Além dos quatro plásticos automotivos amplamente utilizados mencionados acima, PE, PET, POM, PPO, PVC, etc., também são muito usados ​​na indústria automotiva. O PE possui bom isolamento e estabilidade química, além de ser fácil de processar. É frequentemente utilizado em painéis internos de automóveis, porta-malas, tanques de combustível, revestimentos, para-lamas, etc.

O PET possui boa resistência à fluência, à fadiga, ao atrito e estabilidade dimensional. O PET modificado é frequentemente utilizado em molduras de espelhos retrovisores automotivos, alto-falantes, molduras de teto solar, forros, etc. O POM possui resistência superior à do plástico ABS e é conhecido como "super aço" ou "aço de competição". Apresenta boas propriedades mecânicas, isolamento, resistência a solventes e processabilidade. O POM modificado pode ser utilizado em válvulas de potência automotivas e juntas universais, rolamentos, maçanetas, mecanismos de vidros elétricos, etc.

O PPO é atóxico, transparente, possui baixa densidade relativa e apresenta excelente resistência mecânica, resistência à fluência, resistência ao calor e estabilidade dimensional. Ligas de PPO/PS, PPO/PA, PPO/PBT e outras são frequentemente utilizadas em calotas de automóveis, carcaças de faróis, caixas de fusíveis, defletores de grande porte, amortecedores, etc. O PVC possui boas propriedades elétricas, resistência a ácidos e álcalis e boa estabilidade química. Pode ser utilizado em sistemas anticolisão automotivos, revestimentos de painéis internos de portas, superfícies e vedações de painéis de instrumentos, etc.

A principal diferença no processo de galvanoplastia dos plásticos acima mencionados reside no pré-tratamento e no processo de rugosidade. Desde que o processo de rugosidade seja adequado para formar a superfície rugosa ideal, a sensibilização, a ativação, a deposição química sem eletrodos e a galvanoplastia podem ser realizadas sem problemas na superfície. (Estes últimos detalhes não serão repetidos aqui.)

Os plásticos reforçados com fibra são materiais compósitos fabricados pela adição de fibras e tecidos a plásticos ou resinas. Tornaram-se uma importante direção de desenvolvimento para materiais automotivos leves. O plástico reforçado com fibra de vidro (PRFV), também conhecido como fibra de vidro, apresenta vantagens como alta resistência específica, resistência à corrosão, boas propriedades de isolamento elétrico e facilidade de coloração. É frequentemente utilizado em peças estruturais da carroceria, para-lamas, tetos, para-choques, etc.

O plástico reforçado com fibra de carbono possui características como alta resistência, boa elasticidade, resistência à fadiga e ao desgaste, sendo amplamente utilizado na carroceria, chassis, rodas, etc., de automóveis de luxo. Os plásticos de fibra natural utilizam fibras vegetais naturais, como juta e sisal, como materiais de reforço. Além de apresentarem excelente desempenho, são ecologicamente corretos. Podem ser utilizados em painéis internos de portas, forros de teto, encostos de bancos, painéis de instrumentos, etc. Os plásticos reforçados com fibra são baseados em plásticos e resinas. O foco da pesquisa em seu processo de galvanoplastia ainda está na preparação de materiais adequados para galvanoplastia e no aprimoramento do processo em si.

7. Conclusão e perspectivas

Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de redução de peso para automóveis, o plástico tornou-se o material não metálico leve mais utilizado. A ampla aplicação da tecnologia de galvanoplastia não só confere às peças plásticas uma aparência e textura metálicas, melhorando a estética e o conforto das peças automotivas, como também aprimora as propriedades mecânicas e a estabilidade química das peças plásticas, enriquecendo o uso de plásticos em aplicações automotivas.

A galvanoplastia de plásticos para a indústria automotiva promove a substituição de materiais metálicos e acelera o processo de redução do peso dos veículos. Plásticos modificados e plásticos reforçados com fibras são cada vez mais utilizados em automóveis devido às suas excelentes propriedades. A preparação de materiais adequados para galvanoplastia e o aprimoramento dos processos de galvanoplastia serão fundamentais para o desenvolvimento da tecnologia de metalização de superfícies plásticas.