As espumas semiflexíveis são utilizadas em diversas aplicações na área automotiva. As espumas semiflexíveis apresentam excelentes propriedades de amortecimento, o que as torna aplicáveis em enchimentos absorvedores de impacto. Devido ao seu baixo peso e excelente absorção de impacto, as espumas semiflexíveis são largamente usadas na fabricação de partes internas dos automóveis como: painéis de instrumentos; quebra-sol, encosto de cabeça; portas, etc. Os painéis de instrumentos podem ser construídos de espuma semiflexíveis como enchimento e recobertos por folhas de PVC ou PVC/ABS.

As espumas semiflexíveis são usualmente protegidas por uma face decorativa de diferentes materiais, que pode ser feita por: vácuo-formagem de folhas do material; moldagem rotacional de plastisóis de PVC, moldagem com lama de plastisóis e moldagem por sopro. Num segundo estágio sobre a pele pré-formada colocada no molde, a mistura reagente é derramada, ou injetada e a espuma semiflexível resultante preenche todos os espaços. Os moldes normalmente são fabricados de aço ou alumínio. As propriedades de absorção de impacto das espumas semiflexíveis e semirígidas são próximas do ideal.

4.3.1 Fabricação

Como as espumas flexíveis, as semiflexíveis utilizam água como agente de expansão e possuem mais de 90% da sua estrutura com células abertas. A abertura das células é crítica, visto que as peças acabadas não podem ser esmagadas, após a desmoldagem, para eliminar o encolhimento. A manufatura das espumas semiflexíveis é mais complexa e envolve cinco etapas distintas.

Figura 4.10 – Diagrama do processamento de espumas semiflexíveis

O processo mais utilizado emprega sistemas que utilizam isocianatos derivados do MDI e polióis poliéteres reativos, com hidroxilas primárias e cadeia longa. O componente poliol é composto de: 100 partes em peso de uma mistura de polióis de pesos moleculares entre 2000 e 6000; 1 a 20 partes de extensor ou reticulador de cadeia; 1 a 3 partes de água; 0,1 a 1,0 parte de catalisador; e possíveis aditivos como emulsificantes ou estabilizadores para formar uma mistura estável, promotores de adesão e pigmentos. Este componente poliol é espumado pela reação com MDI polimérico. Uma formulação típica é mostrada na Tabela 4.6.

No componente poliol são usados poliéteres triós reativos com mais de 75% de hidroxilas primária, com teores de 10 a 20% de óxido de etileno, na extremidade da cadeia e peso molecular entre 4500 a 6000, em níveis entre 70-100%. Dióis com peso molecular entre 2000 e 4000 também são usados. Polióis copoliméricos (CPP) são utilizados em até 20%. Reticuladores de cadeia são usados para aumentar a dureza e promover desmoldagem rápida. Por outro lado, os formadores de ligações cruzadas reduzem a fluidez e aumentam a densidade da peça. Uma alternativa para elevar a rigidez da espuma sem aumentar o teor de reticulador é usar os polióis poliméricos. Os efeitos do uso de CPP’s e reticuladores são mostrados na Tabela 4.7.

Abridores de células são utilizados de 1 a 2 partes por cem para reduzir as pressões internas durante o ciclo de cura e evitar encolhimento, porém podem reduzir a dureza da espuma. Tipicamente, o efeito do surfactante de silicone é sustentar a espuma, regular o tamanho das células e controlar a estabilidade com o aumento da compatibilidade da mistura reacional. O aumento da estabilidade da espuma reduz a tendência de buracos. Todavia, se utilizado em altas concentrações, os surfactantes de silicone podem causar vazios nos pontos de alívio, selagem e pele solta. Surfactantes são usados em níveis de até 0,5 parte, podendo variar dependendo dos requisitos do processo, desenho do molde e qualidade da pele. A adesão da espuma a peles de vinil pode ser prejudicada pelo uso de excesso de silicone.

Promotores de adesão podem ser necessários dependendo do tipo de pele de vinil e os polióis poliésteres com peso molecular entre 500 a 2000 são usados em 1 a 4 partes. Os de maior peso molecular mostram melhor adesão mas têm menor compatibilidade e estabilidade. Usados acima de 3 partes baixam a reatividade média do sistema.

As aminas terciárias são os catalisadores mais utilizados, na faixa de 0,2 a 1,5 parte por cem de poliol. O PVC sofre degradação quando em contato com o PU. Estudos têm sido conduzidos para estabelecer o mecanismo de formação de manchas e fragilização do PVC e as aminas terciárias têm sido apontadas como o fator crítico. A degradação é minimizada pelo uso de aminas terciárias reativas, que reagem com o isocianato e ficam incorporadas à cadeia macromolecular. Como conseqüência, não migram para a superfície do PU e não têm contato com o PVC. Deste modo, o problema de odor também é minimizado. A velocidade de dehidrocloração do PVC é influenciada pela basicidade e impedimento estérico das aminas terciárias.

Sistemas sem a utilização de aminas foram desenvolvidos com a utilização de catalisadores como sais de metais alcalinos de ácidos carboxílicos, como acetato de potássio, que resultam em excelente resistência ao manchamento com a manutenção das propriedades da espuma e características de processabilidade.

Requisitos automotivos, como painéis grandes, macios e com formato complexo, necessitam de um perfil de reação específico. Neste caso, as propriedades de fluxo e de cura dos sistemas de espumas semiflexíveis podem ser melhoradas pelo uso de catalisadores de ação retardada adequados. Uma formulação típica de espuma semiflexível para painéis de instrumentos é mostrada na Tabela4.8.

4.4    Espumas semirígidas

As espumas semirígidas são usadas como absorvedoras de impacto, como em pará-choques automotivos. Elas são mais semirígidas em sua natureza assemelhando-se às rígidas, podendo não recuperar a forma inicial como as flexíveis. Estas espumas têm alta capacidade de absorver energia e são usadas em: protetor de impacto lateral; protetor de joelho, protetor de cabeça e pára-choques (Figura 4.11). Como as espumas flexíveis e semiflexíveis, as semirígidas possuem mais de 90% de células abertas em sua estrutura. A diferença é que devido a maior rigidez de sua estrutura, quando submetidas aos testes de compressão, retornam mais lentamente a forma original. Isto resulta em valores de 15 a 30% de deformação permanente, contra valores de 4 a 8% para as flexíveis.

As propriedades de absorção de impacto das espumas semirígidas são bem próximas do ideal. Se a espuma é submetida a um impacto, ela pode absorver e dissipar a energia de duas formas: por amortecimento pneumático (expulsão e reentrada do ar retido nas estruturas celulares durante a deflexão) e por amortecimento mecânico (deflexão da estrutura celular). O material da face também atua como um mecanismo distribuidor de carga, para aumentar a desaceleração durante o impacto de um corpo. Os reagentes são basicamente os descritos nas espumas semiflexíveis. Normalmente, os teores de reticulador e poliol poliméricos são maiores, para aumentar a rigidez da espuma.

a) face externa; b) espuma absorvedora de impacto; c) barra estrutural; d) suportes; e) carro
Figura 4.11 – Construção de um pára-choque de automóvel

4.5    Espumas com pele integral