Projecto FEUP 2010/2011 MATERIAIS USADOS NA CONCEPÇÃO DE UM AUTOMOVÉL

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1 Projecto FEUP 2010/2011 MATERIAIS USADOS NA CONCEPÇÃO DE UM AUTOMOVÉL Que materiais poliméricos são utilizados e quais os respectivos componentes? Autores: [Adriana Cunha Marques] (emt10004) [Afonso Gonçalves Teixeira] (em10147) [André Bessa Martins Diniz] (em10112) [Diogo Moreira Barros] (em10136) [Francisco Manuel Ferreira Rosa Cardoso Pinto] (em10011) [João Pedro Marques Costa] (em10058) [Luís de Sousa Martins] (em1004) [Ricardo Joel Fernandes Azevedo] (em10159) Grupo: MMM507 Docente: Prof. José Ferreira Duarte Monitor: André Lhamas

2 Índice Índice... 1 Índice de imagens Resumo Palavras chave Introdução Polímeros Polímeros e Automóveis Polímeros no automóvel Polímeros no sistema de segurança de um automóvel Vantagens da utilização de polímeros nos automóveis Processos de Fabrico Conclusão Bibliografia Anexos Índice de imagens Poliestileno formado por cadeia de estileno Vantages e Desvantagens do uso de polímeros [3]... Erro! Marcador não definido. 1

3 1. Resumo Devido a razões económicas e tecnológicas, nos últimos trinta anos, os plásticos passaram a ocupar um lugar de destaque como um dos materiais mais utilizados pela indústria automóvel. Este trabalho tem como objectivo apresentar e identificar quais os polímeros usados num automóvel, as suas principais características e vantagens associadas. 2.Palavras chave Automóveis, Indústria, plásticos, polímeros. 2

4 3.Introdução Este trabalho apresenta um panorama do intenso relacionamento existente entre a indústria automobilística e a indústria de polímeros. As peças plásticas, cada vez mais, têm a sua importância reconhecida como parte integrante dos automóveis, trazendo, acima de tudo, economia, segurança e flexibilidade para o produto final. 3

5 4. Polímeros Os plásticos são muitas vezes o material de eleição na indústria automóvel uma vez que permitem reduzir o peso, absorver energia e, graças à sua versatilidade, permitem produzir designs atractivos. Um polímero é uma longa molécula que contém uma cadeia de átomos (unidades estruturais designadas por monómeros) ligados entre si por ligações covalentes. É produzido por um processo designado por polimerização em que as moléculas do monómero reagem quimicamente para formar cadeias lineares ou uma rede tridimensional de cadeias de polímeros (figura 1). 1 Poliestileno formado por cadeia de estileno. Celulose, féculas (amidos), proteínas e enzimas constituem alguns exemplos de substâncias naturais que são, por natureza, poliméricas. Alguns materiais poliméricos naturais são usados directamente (ex: madeira, seda, lã e algodão) mas outros são reconstituídos em formas mais úteis (ex: a celulose em celofane). Contudo, são os polímeros sintéticos que são cada vez mais importantes dado que constituem a maior parte dos plásticos úteis, tais como borrachas e fibras vulgarmente usadas em automóveis [1]. 4

6 5.Polímeros e Automóveis 5.1. Polímeros no automóvel Os carros são compostos por diversos polímeros, inclusivamente, no seu interior. Estes são benéficos pois além de reduzirem o seu preço e custo, permitem maior conforto, durabilidade e são esteticamente mais agradáveis internamente diminuindo o ruído e os níveis de vibração. O painel de instrumentos é constituído pelos polímeros: Poli (Tereftalato de Butileno) / Policarbonato (XENOY), que apresenta uma excelente resistência mecânica e química, retenção de cor, elevada resistência a altas temperaturas e a radiações ultravioletas, Polipropileno (PP), que apresenta uma boa estabilidade dimensional, boa flexibilidade e durabilidade, um excelente balanço, impacto/rigidez e uma boa resistência a riscos, Policarbonato (PC), que apresenta uma elevada resistência ao impacto e Copoli (estireno-butadieno-acrilonitrila) (ABS), que apresenta uma elevada resistência a baixas temperaturas. As características destes plásticos permitem a remoção de uma viga de suporte de aço, economizando o custo do veículo e reduzindo substancialmente o seu peso. Devido à grande evolução deste meio foi possível criar caixas de airbag, pilhas centro para painéis de instrumentos e pedaços grandes, isto é, um painel integrado instrumento. O Poliuretano (PU) é o constituinte dos estofos dos bancos. As espumas de uretano são os plásticos mais comuns usados no amortecimento destes. No seu revestimento é usado o Poli (Cloreto de Vinilo) (PVC), (alta resistência à chama, semelhança a couro) e tal como no painel de instrumentos, é usado o Polipropileno (PP). Este também é utilizado nas caixas do retrovisor interno, em tapetes, na cobertura do volante, no conjunto de regulação dos bancos e encosto de cabeça, em palas de sol, descansa braços, porta-luvas e no revestimento do tecto. As várias alavancas como, por exemplo, a do rebatimento dos bancos e do comando dos limpa pára-brisas, tal como o suporte do encosto de cabeça são 5

7 constituídas por Polióxido de Metileno (POM), que apresenta uma elevada resistência a fricção e ao desgaste. Finalmente, o Poli (Tereflalato de Butileno) (PBT) é o polímero que constitui os cinzeiros, uma vez que apresenta uma boa resistência térmica e mecânica Polímeros no sistema de segurança de um automóvel Os polímeros relacionados com o fabrico de cintos de segurança são o Poli (Óxido de Metileno) (POM) e o Kevlar. O Poli (Óxido de Metileno) possui propriedades importantes como por exemplo a excelente estabilidade dimensional, a baixa absorção de água, a resistência à fricção e a alta resistência à fadiga. O Kevlar é um polímero que consegue ser sete vezes mais resistente que o aço por unidade de peso. As caixas do cinto de segurança são feitas em polipropileno cujas propriedades mais importantes são a flexibilidade, durabilidade, alta resistência a químicos. Em relação aos airbags, as suas tampas são fabricadas em Polímeros de Líquidos Cristalinos (LCP). Estes polímeros têm alta resistência mecânica, química e ao calor. O airbag é fabricado em Poliamida (PA) que possui boa estabilidade dimensional e resistência à tensão e à alta temperatura. Os pára-choques podem ser fabricados em vários polímeros: em Polipropileno (PP), Poli (Óxido de Metileno) (POM), Poliuretano(PU), ou então em Poli (Tereflalato de Butileno)/Policarbonato (Xenoy) O poliuretano apresenta características como a boa resistência à erosão e principalmente, absorve muito bem a energia se ocorrerem colisões. O Poli (Tereflalato de Butileno)/Policarbonato (Xenoy) tem boa resistência mecânica, química, a altas temperaturas e às intempéries.. 6

8 5.3. Vantagens da utilização de polímeros nos automóveis São muitas as vantagens dos polímeros utilizados actualmente nos automóveis, em relação aos materiais antigamente utilizados e que os polímeros vieram substituir. Tal como já referido anteriormente, os polímeros nos automóveis podem ser usados em diversas aplicações como por exemplo, em algumas partes dos painéis, no motor, nas janelas, nos pneus, etc. Os materiais constituídos por polímeros, por serem mais leves, permitem diminuir o consumo de combustível e desta forma serem economicamente e ambientalmente mais vantajosos. A fácil consolidação de partes que antigamente eram todas usadas em separado reduz a mão-de-obra e os custos do processo de fabrico. A fácil moldagem dos materiais elimina fases do fabrico. Por outro lado, os materiais poliméricos apresentam uma resistência a produtos químicos e à corrosão muito superior. Ver tabela. Vantagens Redução de peso Redução da emissão de CO2 Redução de custos Redução de tempos de produção Menores investimentos em manufacturo Aumento da resistência à corrosão Possibilidade de designs mais modernos Formatos mais complexos Exelente processibilidade Veículos mais silenciosos Veículos mais silenciosos Melhor uso de espaço Aumento de segurança Desvantagens Deteorização por acção térmica e ambiental Inflamabilidade Baixa resistência ao impacto Deformação permanente elevada Dificuldade de adesão de película de tinta Facilidade de manchas permanentes Baixa estabilidade dimensional Foi também possível criar vidros mais resistentes para as janelas dos automóveis, como o vidro temperado e o vidro duplo. Nos pneus, deixou de se usar a borracha natural, utilizando-se novas borrachas, que apresentam uma menor flexibilidade com as diferenças da temperatura e uma maior resistência. 7

9 Quanto às desvantagens apontadas, elas referem-se a itens que são comuns à maioria dos materiais plásticos. No entanto, de acordo com a especificação necessária do material a ser utilizado, pode existir um tipo de polímero especialmente produzido para atender às exigências de uso, superando uma desvantagem encontrada em um plástico comum. Por exemplo, a mistura de Poli (Óxido de Metileno) e Poliamida, disponível no mercado sob o nome de Noryl (marca registada da GE), é um material com características especiais para receber pintura, além de ter excelente resistência ao impacto e altíssima estabilidade dimensional. Ainda, o Poli (Sulfeto de Fenileno ) é um material com alta resistência à chama, o que o torna ideal para aplicações que exijam esse tipo de propriedade. 8

10 6. Processos de Fabrico Entre os principais processos de fabrico de polímeros usados na Indústria Automóvel destacam-se a Moldação por injecção, a Extrusão, a Moldação por Vácuo e a Moldação por compressão. A Moldação por injecção é aplicada especialmente para a obtenção de peças com geometria complexa. Apesar dos elevados custos dos equipamentos, da sua montagem e da manutenção exigida, este é um processo traz significantes vantagens, nomeadamente a facilidade de criar peças de desenho variado de diferentes materiais em grandes escalas, a reduzida mão-de-obra necessária e a qualidade dos acabamentos. Extrusão é um processo de moldagem usado na construção de tubos e isolamentos de condutores. O material usado é forçado a escoar através de orifícios de uma ferramenta para produzir uma peça contínua de secção transversal constante correspondente à forma dos orifícios. Para a produção de tabliers e peças de dimensões significativas é utilizada a Moldação por Vácuo. Funcionando a baixas temperatura e pressão oferece custos relativamente mais reduzidos, para produtos de grandes dimensões. No entanto necessita de matéria-prima de custo elevada e comporta dificuldades em manter as espessuras constantes. 9

11 7. Conclusão Com a elaboração deste relatório podemos concluir que os polímeros são maioritariamente usados para a concepção de automóveis. Um polímero é uma molécula que contém uma cadeia de átomos ligados entre si por ligações covalentes. É de salientar as vantagens dos plásticos como uma alternativa mais radical e leve ao aço. Além disso, os custos de produção do plástico são consideravelmente reduzidos quando comparados com os custos associados à produção de peças de metal, uma vez que o equipamento usado no fabrico do plástico apresenta um custo muito inferior ao que é necessário para produzir peças de metal. Desta forma, não só as qualidades associadas ao plástico, mas também as vantagens económicas envolvidas contribuíram para um crescente interesse neste material por parte das montadoras desde A crescente evolução na indústria, permitiu introduzir uma grande variedade de elementos plásticos na produção dos automóveis, sendo utilizados não só como componentes do interior da maioria dos carros, mas também nos pára-choques e outros elementos construtivos. Muitos fabricantes e designers utilizaram também polímeros - plásticos reforçados com fibras de vidro ou de carbono em carros de corrida e em alguns veículos produzidos comercialmente. Na década de 1980, quando os fabricantes descobriram novas maneiras de reduzir a massa do veículo, muitos na indústria começaram a investigar o uso de polímeros para substituir o aço numa grande variedade de peças de automóveis. Além disso, a dureza dos plásticos comuns é cerca de 30 a 60 vezes inferior à do aço, enquanto a dureza dos plásticos reforçados é cerca de quinze vezes inferior à do aço. Por outro lado, compostos de fibra de carbono têm atraído o interesse da indústria automóvel como uma alternativa aos compostos de fibra de vidro, uma vez que são mais rígidos. Painéis constituídos por estes materiais podem ser mais finos e, portanto, mais leves que os seus congéneres de vidro reforçado. No entanto, os compostos de fibra de carbono são proibitivamente caros. Por último, produzir um veículo acessível requer produção em grande escala, com volumes de pelo menos unidades por ano e, possivelmente, uma ordem de magnitude maior. No entanto, tecnologias de processamento para plásticos reforçados são mais adequadas para tamanhos de lote de centenas ou milhares em 10

12 vez de centenas de milhares. A forma mais barata de mudança para a produção em massa de materiais poliméricos seria acelerar o processo, fazendo muitas mais peças com o mesmo equipamento. Mas os processos envolvidos na fabricação e elaboração de materiais reforçados à base de polímero não são particularmente susceptíveis a este tipo de simples aumento de escala. O problema fundamental é que o processamento deste tipo de plástico é lento. As peças são formadas através da preparação de uma mistura de substâncias e espera-se arrefecer ou reagir quimicamente. Para peças de grande porte, este processo pode demorar um minuto ou mais. Em comparação, as peças de aço podem ser formadas em menos de 10 segundos. É difícil encontrar formas de aumentar a velocidade das reacções químicas ou a taxa de transferência de calor se o plástico arrefece muito rapidamente torna-se frágil, e se as reacções químicas são aceleradas tornam-se difíceis de controlar. 11

13 8.Bibliografia [1]Marques, António Torres Introduçao aos materiais polimeros(1982) [2] CARVALHO, Nuno L. L. de, Bernardo Edgar Costa e Silva Floresm Bruno Fábio Zenha de Melo, Gonçalo de Sousa Pires and João Pedro Sousa Neves (acessed October 15, 2010). [3] HEMAIS, A. Carlos POLÍMEROS E A UNDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA. Polímeros: Ciência e Tecnologia. Abril-junho, vol. 13, número October 15, 2010). [4] KREBS, Rob Aumotive Plasticshttp. (acessed October 15, 2010) 12

14 9.Anexos 13