Desafios e oportunidades do design de automóveis ligeiros para os sistemas de tintas

No centro da sustentabilidade encontram-se os regulamentos de diferentes países do mundo sobre eficiência do consumo de combustível e emissões de gases de escape. Alguns fabricantes de equipamento de origem (OEM) e governos estão a autorizar proibições nas vendas de veículos a gasolina e diesel. Isto está a resultar em maiores inovações tecnológicas nos veículos elétricos (VE) com o objetivo de obter paridade de custos com os veículos com motor de combustão interna (MCI) e aumentar a confiança dos consumidores em mais quilómetros por carga.

Os fabricantes de automóveis estão a fazer mudanças para serem bem-sucedidos na economia circular. Para isso, estão a diminuir o peso dos veículos para reduzir as emissões de gases de escape, no caso dos MCI, e obter mais quilómetros por carga nos VE. Além disso, a indústria automóvel pretende reduzir as emissões de gases com efeito de estufa (GEE) de âmbito 1, 2 e 3 e isto afeta a escolha dos materiais e processos.

"Para proteger o planeta das alterações climáticas e as pessoas dos efeitos nocivos dos compostos orgânicos voláteis (COV), os requisitos regulamentares e as iniciativas dos fabricantes estão a obrigar a indústria automóvel a reduzir as emissões e os resíduos para melhorar o consumo de energia e apoiar padrões mais elevados de eficiência do consumo de combustível. Como resposta, a indústria automóvel está a desenvolver materiais mais leves para as carroçarias e estruturas dos veículos e a utilizar matérias-primas mais sustentáveis nas fábricas,” afirmou Dr. Sanghamitra Sircar, Global Product Manager da Axalta Mobility Coatings.

A indústria de tintas está a desempenhar o seu papel ao apoiar estas mudanças. Na verdade, progrediu muito desde a aplicação manual de vernizes com paletas de cores limitadas até tempos de secagem maiores na década de 1900. Atualmente, a indústria de tintas oferece várias aplicações que não requerem primário, tintas à base de água, tintas à base de água e de solventes com elevado teor de sólidos e Harmonized Coating Systems^TM, assim como mandris robóticos ou aplicações com um mandril com uma gama de cores peroladas e metalizadas. Isto já permitiu a redução significativa das emissões de solventes orgânicos e o consumo de energia nas oficinas. Por exemplo, com base nos relatórios de RSE de OEMs disponíveis ao público, o consumo de energia desceu de cerca de 2500 KWh/veículo em 2010 para atualmente, menos de 700 KWH/veículo. Da mesma forma, em diferentes partes do mundo, as emissões de COV diminuíram de >600g/l há apenas alguns anos para 420g/l nas bases bicamada à base de água.

E agora, os designs de carroçarias de automóveis leves nos quais os fabricantes de automóveis utilizam vários estratos visam reduzir o peso total da carroçaria de um veículo. A Axalta, um dos principais fornecedores mundiais de tintas líquidas e em pó, está a responder aos desafios colocados por estes novos materiais leves.

Implicações do design de carroçaria leve

Os materiais leves, tais como o aço de alta resistência, alumínio, magnésio, plásticos reforçados com fibra de carbono, compostos de moldagem de folhas (CMF) e poliolefinas termoplásticas (PT) contribuem para aumentar a quilometragem nos VE e reduzir as emissões de gases de escape. No entanto, estes substratos leves criam desafios para as tecnologias de tintas em termos de:

- Uniformidade das tintas e harmonia das cores em vários substratos;

- Deformação térmica dos substratos plásticos; e

- Processos de aderência e vedação que podem afetar a secagem das tintas e adesivos.

Sanghamitra Sircar explicou, "Os avanços tecnológicos devidos aos regulamentos e às exigências dos clientes aumentaram nas últimas oito décadas e a Axalta continua a aproveitar a nossa vasta experiência nos segmentos automóvel, de tintas e industrial para desenvolver e implementar sistemas de tintas adequados para os novos substratos dos fabricantes de automóveis.”

Design de carroçaria leve e sistemas de secagem a baixa temperatura

Os sistemas de secagem a baixa temperatura foram concebidos para diferentes substratos, que normalmente são formados por plásticos e compostos, que não são resistentes a altas temperaturas. Atualmente, já existem algumas soluções para tintas com secagem a baixa temperatura. Estas incluem processos bem estabelecidos para várias tecnologias de peças plásticas para automóveis e camiões de carga, que requerem uma aparência e níveis de qualidade cada vez mais exigentes de primários e bases bicamada de secagem a baixa temperatura e fabricantes de automóveis especializados, nos quais os sistemas de mistura de secagem a baixa temperatura proporcionam pequenos lotes de cores de edição especial específicas dos clientes.

No entanto, são necessários processos e soluções adicionais para responder aos desafios colocados pelas diferentes misturas de substratos. As fórmulas de tintas mais recentes têm de aderir a superfícies de elevado desempenho e manter uma aparência e durabilidade superiores.

"O fabrico de veículos leves está claramente a impulsionar a inovação de tintas com secagem a baixa temperatura,” declarou Sanghamitra Sircar. "Na próxima década, os fabricantes de automóveis agilizarão a substituição de aço de alta resistência por aço de alta resistência avançado, alumínio, plásticos e compostos. Além disso, reduzirão o peso dos componentes de segurança, comunicação e elétricos para tornar os veículos mais leves e obter mais quilómetros por carga nos VE e reduzir as emissões e o consumo de combustível dos veículos com MCI.”

A Axalta já utiliza sistemas de secagem a baixa temperatura que têm uma técnica de secagem no forno a uma temperatura mais baixa do que os sistemas tradicionais. Isto contribui para os fabricantes de automóveis reduzirem os custos de energia de toda a cadeia, uma vez que podem pintar peças metálicas e não metálicas em conjunto e ao mesmo tempo na mesma linha. A Axalta continua a desenvolver sistemas de camadas de revestimento com secagem a baixa temperatura e continua a colaborar com os respetivos clientes para fazer com que as tintas com secagem a baixa temperatura sejam um sucesso.

Além disso, tem uma eletrodeposição com uma ampla gama de temperaturas de secagem para temperaturas de eletrodeposição que vão dos 140 ^oC aos 200 ^oC para permitir uma pintura uniforme dos VE sem reduzir a velocidade das linhas.

"Com a sustentabilidade e a produtividade no seu cerne, muitos dos novos sistemas da Axalta têm a capacidade de reduzir o número de fases de secagem, ao mesmo tempo que visam oferecer o mesmo desempenho de uma camada completa que os processos de pintura tradicionais,” afirmou Sanghamitra Sircar.

Potenciais tecnologias de tintas para sistemas de secagem a baixa temperatura

Atualmente, a principal tecnologia para as tintas de secagem a baixa temperatura são os poliuretanos 2K. Várias tecnologias que não contêm isocianatos, como a melamina ou o acrílico 2K com catalisador desbloqueado ou a melamina ou o acrílico 1K com catalisador bloqueado, têm o potencial de reduzir as temperaturas de secagem para a temperatura pretendida. Outras estratégias de reação de secagem que têm sido tradicionalmente utilizadas nas aplicações industriais demonstraram resultados interessantes em condições de secagem de automóveis a baixa temperatura. Em todos os casos, o desafio consiste em combinar a reatividade da tecnologia de secagem com a estabilidade do sistema e as propriedades da película nestas condições de secagem restritas.

Uma opção promissora é a química do (poli) aspartato, que é acessível através de um procedimento sintético simples. Mostra resultados encorajadores na obtenção de propriedades tecnológicas muito boas como durabilidade e resistência química, até numa secagem à temperatura ambiente através de uma reação de secagem muito rápida.

Sanghamitra Sircar explicou, "Isto também oferece a possibilidade de formular tintas com maior teor de sólidos para combinar as vantagens de uma secagem a baixa temperatura e reduzir as emissões de solventes.”

O futuro

O design de carroçarias leves impulsionará inevitavelmente mais inovações na área das tintas, materiais e processos de secagem a baixa temperatura. Embora algumas das tecnologias já estejam disponíveis, estão a ser desenvolvidas mais tecnologias para responder aos desafios colocados pelos novos materiais.

O próximo passo decisivo que permitirá reduzir ao máximo as emissões de CO₂ das tintas é a realização da pintura de todas peças em conjunto na mesma linha. Isto implicará reduzir a temperatura de secagem na fase de secagem da base para verniz. No caso dos VE, com bateria de pesados debaixo da carroçaria, isto também requererá uma eletrodeposição com uma ampla gama de temperaturas de secagem para que o sistema da bateria com maior teor de massa térmica seja pintado de forma uniforme e ao mesmo tempo que as outras partes da carroçaria do veículo.

"Na Axalta, levamos muito a sério o nosso papel de parceiro com experiência e de longa data dos nossos clientes, assim como o ambiente da mobilidade. O nosso objetivo é apoiá-los para que possam obter maior produtividade, diminuir as emissões de COV, reduzir o consumo de energia, diminuir a pegada de carbono e reduzir os custos operacionais. Além disso, o nosso trabalho em curso de investigação e desenvolvimento continua a produzir tecnologias que estão à altura das necessidades atuais e futuras,” concluiu Sanghamitra Sircar.