TABASKO: Estável como o aço

Para reduzir o peso noutros locais, o plástico polipropileno - abreviadamente designado por PP - é utilizado na maioria dos casos no interior. É comparativamente barato, fácil de processar e também pode ser reciclado relativamente bem. Mas também tem desvantagens: “A rigidez e a resistência ao calor não fazem parte das propriedades positivas do polipropileno”, explica Michael Johann, Gestor de Projeto Especializado para o Desenvolvimento de Sistemas de Carroçaria. “Normalmente, é adicionada fibra de vidro para a melhorar.”

Este plástico reforçado com fibra de vidro é designado por PP-GFx. Muitos componentes dos veículos Porsche são feitos deste material. O M. Johann é fascinado pelo tema da construção leve. 

Juntamente com a sua equipa na Porsche Engineering, desenvolve componentes de plástico para produção em série, por exemplo, para o forro do tejadilho do Porsche Cayenne e para as guarnições das colunas e portas. Ele e os seus colegas estão constantemente a avaliar novos princípios de design que podem ser utilizados para combinar a máxima resistência com o mínimo peso. Isto levou ao nascimento da TABASKO, cujo nome vem do alemão para “construção leve de fibra de carbono com base em fita”.

A visão de Michael Johann era conseguir melhores propriedades do material com um peso mais baixo. O carbono foi o material considerado, porque as suas fibras são feitas de carbono quase puro e são tão fortes como o aço, mas até 80 por cento mais leves. No entanto, o material é muito caro. Incorporado numa fina película de polipropileno, torna-se um material extraordinário: A fita de fibra de carbono, que abre possibilidades completamente novas. 

A hipótese de M.Johann era que se o PP utilizado até agora fosse reforçado com algumas fitas contínuas de fibra de carbono, as espessuras das paredes dos componentes poderiam ser reduzidas sem perder a estabilidade. A quantidade reduzida de PP-GFx necessária poderia compensar os custos adicionais do carbono. Os cálculos provaram que a sua hipótese estava correta. Para ilustrar o princípio de funcionamento, M. Johann passou a ferro fitas de fibra de carbono em peças de teste de PPGFx e efectuou os primeiros testes de flexão com um martelo como peso. A ideia passou no seu primeiro teste.

No passo seguinte, Johann começou a procurar parceiros para implementar a sua ideia. Beneficiou da estreita cooperação entre a Porsche Engineering e a Porsche AG: o especialista em materiais Frank Häusler era exatamente a pessoa certa a contactar - e ficou encantado com o conceito. Muitas ideias passam pela secretária de Häusler, e a sua tarefa é avaliar o seu potencial para uma possível produção em série. “Infelizmente, a maioria das propostas não satisfaz as nossas exigências”, diz Häusler. “Neste caso, foi diferente: o conceito causou uma impressão madura. Foi bem pensado, tinha números que o apoiavam e era plausível.” Johann e Häusler receberam o apoio do Dr. Hubert Stadtfeld, Gestor de Projeto para a Construção Leve no Desenvolvimento da Produção para o Design Estratégico de Produtos e Processos na Porsche AG, que também assumiu o patrocínio do conceito. A fim de obter um orçamento para a implementação e validação de protótipos para este conceito, foi registado um projeto de inovação no departamento de produção.

Testes de protótipos bem sucedidos

Na procura de um componente adequado para um protótipo, os criadores depararam-se com o tabuleiro de bagagem do Porsche Taycan. É feito de plástico reforçado com fibra de vidro como padrão e é fabricado num processo de moldagem por injeção. O componente de série tem 65 centímetros de comprimento, 120 centímetros de largura e 52 centímetros de altura, o que o torna comparativamente grande.

“Se os testes num componente grande forem bem sucedidos, então os resultados também podem ser aplicados a componentes mais pequenos”, explica Johann. A TABASKO tinha agora de provar o seu valor em condições profissionais: Häusler e Johann produziram um tabuleiro de bagagem feito de PP-GFx com 1,8 milímetros de espessura, reforçado com fita de fibra de carbono com 0,2 milímetros de espessura.

A caraterística especial foi o facto de a percentagem de carbono em peso totalizar apenas um por cento, porque as fibras contínuas são colocadas exatamente nos pontos em que obtêm o maior efeito. 

Foram efetuados três testes com os protótipos: Em primeiro lugar, foi efetuado um teste comparativo de perfuração num tabuleiro de bagagem atual de produção em série e no seu equivalente feito de material TABASKO. No processo, um punção pressionou o fundo do tabuleiro a partir de cima com uma força crescente, de modo a medir a sua curvatura.

O resultado: No caso da TABASKO, foi necessária uma força de compressão 66% maior para atingir a mesma deformação máxima permitida - e o tabuleiro de bagagem era, ao mesmo tempo, 15% mais leve do que o tabuleiro de bagagem de produção em série. 

O segundo teste foi uma série de ensaios que consistiram no que se designa por testes de flexão de quatro pontos. Para tal, os criadores cortaram tiras rectangulares da superfície inferior do tabuleiro de bagagem. As tiras foram depois dobradas de ambos os lados, à temperatura ambiente e a 90 graus Celsius.

“Claramente visível foi o facto de a rigidez das amostras reforçadas com fita ser superior por um fator de 2,5 a 2,8”, explica Häusler. 

O terceiro teste determinou a resistência ao impacto. Este teste é adequado quando se utiliza a moldagem por injeção de espuma, como acontece no fabrico do material TABASKO.

“Ao fazê-lo, isto resulta em estruturas de espuma que podem fazer com que a resistência ao impacto do material de base sofra”, diz o Sr. Johann. O teste mostrou que, em combinação com a fita no lado da tração, a resistência ao impacto é aproximadamente cinco vezes melhor. Também aqui a TABASKO provou a sua superioridade.

O projeto provou que, graças à TABASKO, os componentes podem ter o seu peso significativamente reduzido, permitindo assim poupar recursos. Para além disso, os plásticos reciclados são adequados para a produção de componentes. Isto é importante, porque, de acordo com uma proposta legislativa da UE, pelo menos 25% de material reciclado pós-consumo (PCR) deve ser utilizado em todos os tipos de veículos a partir de 2031. O PP reciclado é obtido a partir de tubagens, mobiliário ou garrafas antigas. 

No entanto, o material reciclado não é tão rígido como a matéria-prima original. “Podíamos compensar esta rigidez reduzida aumentando a percentagem de fibras de carbono em conformidade”, explica o Sr. Johann.

A grande vantagem da TABASKO é que modificações desta natureza podem ser facilmente integradas no processo de fabrico industrial. Entretanto, o desenvolvimento preliminar do novo material já foi concluído. O departamento técnico responsável pelos tabuleiros de bagagem já manifestou interesse na produção em série para futuros veículos. Atualmente, estão em curso conversações com os fornecedores de plástico. “É como quando se deixa uma criança dar os primeiros passos para a sua independência”, diz o Sr. Johann. “Como pré-desenvolvedor, fizemos tudo o que podíamos”. E, tal como uma criança, a TABASKO está apenas no início das suas oportunidades de desenvolvimento.