Critérios Na Seleção de Plásticos de Engenharia Para Aplicações Em Veículos

UNIVERSIDADE DE SO PAULO ESCOLA POLITCNICA

AUGUSTO MARCELINO LOPES DORNELES FILHO

Critrios na seleo de plsticos de engenharia para aplicaes

em veculos populares no Brasil

So Paulo 2006

AUGUSTO MARCELINO LOPES DORNELES FILHO

Critrios na seleo de plsticos de engenharia para aplicaes em veculos populares no Brasil

Dissertao apresentada Escolha Politcnica da Universidade de So Paulo para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia. rea de concentrao: Engenharia Automotiva Orientao: Prof. Dr. Marcos Mattos Pimenta

So Paulo 2006

AUTORIZO A REPRODUO E DIVULGAO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.

Catalogao na Publicao Servio de Documentao de Engenharia

Escola Politcnica da Universidade de So Paulo

Dornelles Filho, Augusto Marcelino Lopes

Critrios na seleo de plsticos de engenharia para aplicaes em veculos populares no Brasil / A.M.L. Dornelles Filho. -- So Paulo, 2006.

190 p.

Trabalho de curso (Mestrado Profissionalizante em Engenha- ria Automotiva) - Escola Politcnica da Universidade de So Paulo.

1.Plsticos (Aplicaes industriais) 2.Veculos populares - Brasil I.Universidade de So Paulo. Escola Politcnica II.t.

DEDICATRIA Ormene Carvalho Coutinho Dorneles, minha esposa, com amor, admirao e gratido por sua

compreenso, carinho, presena e incansvel apoio (mesmo!) ao longo do perodo de elaborao

deste trabalho. E tambm aos meus pais Augusto e Yolanda e aos meus filhos Caio e Daniel, que

me do razes para valorizar meu passado, usufruir meu presente, e me motivar para o futuro.

AGRADECIMENTOS

Ao Doutor Professor Marcos Mattos Pimenta, pela ateno, apoio e amizade durante o

processo de definio e orientao.

Ao Doutor Professor Marcelo Massarani, pelas crticas sempre construtivas que me

ajudaram sobremaneira a aumentar meu ngulo de viso.

Escola Politcnica da Universidade de So Paulo, pela oportunidade de realizao do

curso de mestrado.

Secretaria de Mestrado Profissional em Engenharia Automotiva, pela gentileza e

ateno durante todo o curso.

Biblioteca do Departamento de Mecnica da Escola Politcnica, pelo emprstimo

dos livros que utilizei.

Dupont do Brasil, na pessoa do Diretor de Plsticos de Engenharia, Sr. Horcio

Nestor Kantt, que patrocinou e forneceu todo o suporte necessrio concluso deste curso.

EPGRAFE

H homens que lutam um dia e so bons, h outros que lutam

um ano e so melhores, h aqueles que lutam muito anos e so

muito bons, mas h os que lutam e aprendem durante todas as

suas vidas, esses so os imprescindveis.

Berthold Brecht

LISTA DE FIGURAS Figura 1 Conceito de Propriedade para Plsticos (Van Krevelen - Properties of

Polymers) 26

Figura 2 Fatores que influenciam no desempenho final do produto 26Figura 3 Mufla utilizada no teste de teor de cinzas 34Figura 4 Ensaio Tpico de Resistncia Trao 35Figura 5 Significados do Ensaio de Trao 36Figura 6A Ensaio de Mdulo de Flexo: Configurao do Teste de Flexo 37Figura 6B Ensaio de Mdulo de Flexo: Ponto de Mxima Tenso de Flexo/

Deformao das Fibras Laterais 37

Figura 7 O entalhe no corpo de prova Izod simula um canto vivo numa pea em plstico de engenharia

38

Figura 8 Ensaio de Impacto Tipo Izod 39Figura 9 Ensaio de Impacto Tipo Charpy 39Figura 10 Aparelho para determinao de Ponto Vicat 41Figura 11 Teste de Temperatura de Deflexo ao calor (HDT) 42Figura 12 Os grficos mostram as variaes de mdulo de flexo de plsticos de

engenharia amorfos e semicristalinos em funo da temperatura. Importante: os dados de transio vtrea so raramente fornecidos nos catlogos dos fabricantes

43

Figura 13 Dispositivo de teste de coeficiente de dilatao trmica 44Figura 14 Ensaio de Fluncia simula a deformao permanente de componentes de

plsticos de engenharia 47

Figura 15 Mdulo de Fluncia simula a resistncia deformao sob carga de componentes em plsticos de engenharia

48

Figura 16 Resistncia abraso: importante no contato entre componentes de plsticos de engenharia e metlicos

48

Figura 17 Teste de Atrito 49Figura 18 Dispositivo de teste CTI, UL 746 A modificado 51Figura 19 Dispositivo de Teste para UL 94, HB 51Figura 20 Dispositivo de Teste para UL 94, V-1, V-2 e V-0 52Figura 21 Tela de Excel para definio do Eixo X Funes 103Figura 22 Tela de Excel para definio do Eixo Y Propriedades Operacionais 104Figura 23 Planilha de definio do grfico de bolas 106Figura 24 Boto para criao do grfico de bolas 107Figura 25 Definio do tipo de grfico 108Figura 26 Incluso dos dados das bolas 109Figura 27 Incluso dos dados das bolas 110Figura 28 Exemplo de incluses de dados para o grfico de bolas 111Figura 29 Definies de ttulos do grfico de bolas 112Figura 30 Definio dos formatos principais do grfico de bolas 113Figura 31 Definir o local de incluso do grfico de bolas 114Figura 32 Exemplo de grfico de bolas 115Figura 33 Base da portinhola do tanque de combustvel 117Figura 34 Conjunto do Farol 124

Figura 35 Haste do limpador de pra-brisas traseiro 133Figura 36 Base do espelho lateral 138Figura 37 Galeria de combustvel 143Figura 38 Mdulo frontal para sistemas 151Figura 39 Capa deslizadora do cinto de segurana 156Figura 40 Capa para air-bag 160Figura 41 Base, capa e carretel de bobina de rel de controle 165Figura 42 Conectores internos do painel 170Figura 43 Conjunto capa plstica da engrenagem de transmisso 175

LISTA DE GRFICOS Grfico 1 Performance versus custo dos plsticos de engenharia 72Grfico 2 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia)

Base da Portinhola do Tanque de Combustvel 123

Grfico 3 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Lente do Conjunto do Farol

128

Grfico 4 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Mscara e Moldura do Conjunto do Farol

132

Grfico 5 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Haste do Limpador de Pra-Brisas Traseiro

137

Grfico 6 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Base do Espelho Lateral

142

Grfico 7 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Galeria de Combustvel

150

Grfico 8 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Mdulo Frontal para Sistemas

155

Grfico 9 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Capa Deslizadora do Cinto de Segurana

160

Grfico 10 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Capa para Air-Bag

164

Grfico 11 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Capa, Base e Carretel de Rel de Controle

169

Grfico 12 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Conectores Internos

174

Grfico 13 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Conjunto Capa Plstica da Engrenagem de Transmisso

179

LISTA DE TABELAS Tabela 1 Comparativo de Custo (US$/cm3) 53Tabela 2 Comparativo Temperaturas de Deflexo ao Calor em oC 54Tabela 3 Comparativo Temperaturas de Uso Contnuo em RTI 55Tabela 4 Comparativo de Mdulo de Flexo 56Tabela 5 Resistncia Fluncia (Mpa) ASTM D 2990 57Tabela 6 Resistncia ao Impacto Izod 58Tabela 7 Resistncia Trao 59Tabela 8 Resistncia a Solventes e a Produtos Qumicos em Geral 60Tabela 9 Funes e propriedades para componentes em reas exteriores do

automvel 66

Tabela 10 Funes e Propriedades para componentes do habitculo do motor do automvel

68

Tabela 11 Funes e propriedades para componentes em reas interiores do automvel

69

Tabela 12 Funes e propriedades para componentes eletro-automotivos 71Tabela 13 Legenda de Desempenho e Respectiva Pontuao por Resistncia 74Tabela 14 Propriedades do Plstico: Polipropileno Carregado com 40% de Carga

Mineral 74

Tabela 15 Propriedades do Plstico: ABS de Mdia Viscosidade para Injeo 76Tabela 16 Propriedades do Plstico: Nylon no Reforado 77Tabela 17 Propriedades do Plstico: Nylon Reforado com Fibra de Vidro / Nylon

Carregado 79

Tabela 18 Propriedades do Plstico: Poliacetal 80Tabela 19 Propriedades dos Plsticos: Polister Hbrido 82Tabela 20 Propriedades do Plstico: Polister Elastomrico 84Tabela 21 Propriedades do Plstico: Policarbonato 86Tabela 22 Exemplo de tabela: Funes e propriedades para componentes em reas

exteriores do automvel 90

Tabela 23 Principais propriedades dos plsticos de engenharia selecionados 93Tabela 24 Resistncia a Solventes e a Produtos Qumicos em Geral (reproduo da

Tabela 8) 95

Tabela 25 Principais funes dos plsticos de engenharia selecionados 97Tabela 26 Qualificao das necessidades do componente: Base tampa de

combustvel 98

Tabela 27 Estimativa de consumo atual por carro em kg 100Tabela 28 Definies do eixo X Funes Operacionais 102Tabela 29 Definies para o grfico de bolas 105Tabela 30 Necessidades do componente: Base da portinhola do tanque de

combustvel 118

Tabela 31 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Base da Portinhola do Tanque de Combustvel Funes

120

Tabela 32 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Base da Portinhola do Tanque de Combustvel Propriedades

121

Tabela 33 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia)

Base da Portinhola do Tanque de Combustvel Resumo 122

Tabela 34 Necessidades do componente: Lente do conjunto do farol 125Tabela 35 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia)

Lente do Conjunto do Farol Funes 126

Tabela 36 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Lente do Conjunto do Farol Propriedades

126

Tabela 37 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Lente do Conjunto do Farol Resumo

127

Tabela 38 Necessidades do componente: Mscara e moldura do conjunto do farol 129Tabela 39 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia)

Mscara e Moldura do Conjunto do Farol Funes 130

Tabela 40 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Mscara e Moldura do Conjunto do Farol Propriedades

130

Tabela 41 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Mscara e Moldura do Conjunto do Farol Resumo

131

Tabela 42 Necessidades do componente: Haste do limpador de pra-brisas traseiro 133Tabela 43 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia)

Haste do Limpador de Pra-Brisas Traseiro Funes 135

Tabela 44 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Haste do Limpador de Pra-Brisas Traseiro Propriedades

135

Tabela 45 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Haste do Limpador de Pra-Brisas Traseiro Resumo

136

Tabela 46 Necessidades do componente: Base do espelho lateral 138Tabela 47 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia)

Base do Espelho Lateral Funes 140

Tabela 48 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Base do Espelho Lateral Propriedades

140

Tabela 49 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Base do Espelho Lateral Resumo

141

Tabela 50 Necessidades do componente: Galeria de combustvel 144Tabela 51 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia)

Galeria de Combustvel Funes 146

Tabela 52 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Galeria de Combustvel Propriedades

147

Tabela 53 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Galeria de Combustvel Resumo

148

Tabela 54 Necessidades do componente: Mdulo frontal para sistemas 151Tabela 55 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia)

Mdulo Frontal para Sistemas Funes 153

Tabela 56 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Mdulo Frontal para Sistemas Propriedades

154

Tabela 57 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Mdulo Frontal para Sistemas Resumo

154

Tabela 58 Necessidades do componente: Capa deslizadora do cinto de segurana 157

Tabela 59 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia)

Capa Deslizadora do Cinto de Segurana Funes 158

Tabela 60 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Capa Deslizadora do Cinto de Segurana Propriedades

159

Tabela 61 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Capa Deslizadora do Cinto de Segurana Resumo

159

Tabela 62 Necessidades do componente: Capa para air-bag 161Tabela 63 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia)

Capa para Air-Bag Funes 163

Tabela 64 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Capa para Air-Bag Propriedades

163

Tabela 65 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Capa para Air-Bag Resumo

164

Tabela 66 Necessidades do componente: Base, capa e carretel de bobina de rel de controle

166

Tabela 67 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Capa, Base e Carretel de Rel de Controle Funes

168

Tabela 68 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Capa, Base e Carretel de Rel de Controle Propriedades

168

Tabela 69 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Capa, Base e Carretel de Rel Resumo

169

Tabela 70 Necessidades do componente: Conectores internos do painel 171Tabela 71 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia)

Conectores Internos Funes 172

Tabela 72 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Conectores Internos Propriedades

173

Tabela 73 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Conectores Internos Resumo

173

Tabela 74 Necessidades do componente: conjunto capa plstica da engrenagem de transmisso

176

Tabela 75 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Conjunto Capa Plstica da Engrenagem de Transmisso Funes

178

Tabela 76 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Conjunto Capa Plstica da Engrenagem de Transmisso Propriedades

178

Tabela 77 Matriz de Deciso (Programa de Seleo de Plsticos de Engenharia) Conceito: Capa Plstica da Engrenagem de Transmisso Resumo

179

Tabela 78 Resumo dos resultados das simulaes (notas destacadas para o plstico selecionado)

183

Tabela 79 Resumo do desempenho da metodologia proposta 184

SUMRIO

1 INTRODUO 18

2 PRINCIPAIS PROPRIEDADES DOS PLSTICOS DE ENGENHARIA 242.1 CONCEITO DE PROPRIEDADE EM PLSTICOS 242.1.1. Propriedades imediatas e propriedades de uso contnuo 272.2 PROPRIEDADES IMEDIATAS 292.2.1 Propriedades fsicas mais comuns 292.2.1.1 Densidade (ASTM D-792) 312.2.1.2 ndice de fluidez (Melt Flow Index ASTM D-1238) 312.2.1.3 Absoro de umidade (ASTM D-570) 322.2.2 Principais propriedades imediatas de origem trmica 332.2.2.1 Temperatura de fuso (ISO 3146) 332.2.2.2 Teor de cinzas (ASTM D-2584) 332.2.3 Propriedades mecnicas imediatas mais comuns 342.2.3.1 Resistncia trao, alongamento na ruptura e mdulo elstico na trao

(ASTM D-638) 34

2.2.3.2 Mdulo de flexo (ASTM D-790) 362.2.3.3 Resistncia ao impacto Izod e Charpy (ASTM D-256) 372.2.3.4 Dureza superficial (ASTM D-785) 392.3 PROPRIEDADES DE USO CONTNUO 402.3.1 Propriedades de origem trmica mais comuns 412.3.1.1 Ponto Vicat (ASTM D-1525) 412.3.1.2 Temperatura de deflexo ao calor (ASTM D-648) 422.3.1.3 Temperatura de transio vtrea (ASTM E-1356) 432.3.1.4 Coeficiente de dilatao trmica (ASTM D-696) 442.3.2 Propriedades de origem eltrica mais comuns 452.3.2.1 Resistncia dieltrica (ASTM D-149) 452.3.2.2 Resistividade volumtrica (ASTM D-257) 452.3.2.3 Constante dieltrica (ASTM D-150) 452.3.2.4 Resistncia ao arco voltaico (ASTM D-495) 452.3.3 Propriedades de origem mecnica mais comuns 462.3.3.1 Resistncia fluncia ou Creep (ASTM D-2990) 462.3.3.2 Mdulo de fluncia (ISO 899-2) 472.3.3.3 Resistncia ao desgaste por abraso (ASTM D-1044) 482.3.3.4 Coeficiente de atrito (ASTM D-1894) 492.3.4 Propriedades de uso contnuo de origem qumica 492.3.4.1 Resistncia qumica (ASTM D-543) 492.3.5 Propriedades de uso contnuo: testes da UL (Underwriters Laboratories) 502.3.5.1 Xenon-test (UL 746 C) 502.3.5.2 ndice comparativo de rastreamento modificado para aplicaes automotivas

(CTI UL 746 A) 50

2.3.5.3 Resistncia chama (UL 94) 512.4 COMPARATIVO DE PROPRIEDADES PARA PLSTICOS DE

ENGENHARIA 52

3 METODOLOGIA PROPOSTA PARA SELEO DE PLSTICOS DE ENGENHARIA

54

3.1 ESCOLHA DAS PROPRIEDADES IMEDIATAS E DE USO CONTNUO 543.2 ESCOLHA DOS PLSTICOS DE ENGENHARIA PARA A SELEO 633.3 RELAO ENTRE FUNES DO PRODUTO E PROPRIEDADES DOS

PLSTICOS DE ENGENHARIA 65

3.3.1 reas exteriores 653.3.2 reas do habitculo do motor 673.3.3 reas do habitculo interior 683.3.4 reas de componentes eletro-automotivos 703.4 A FUNO ECONMICA (REDUZIR CUSTOS) 723.5 PONTUAO PARA OS PLSTICOS DE ENGENHARIA ESCOLHIDOS 733.6 MTODO DE PONTUAO E PESOS DAS FUNES E

PROPRIEDADES ESCOLHIDAS 89

4 MATRIZ ELETRNICA DE SELEO DE PLSTICOS DE ENGENHARIA

102

4.1 DESCRITIVO PARA A CONSTRUO DA MATRIZ ELETRNICA 102

5 SIMULAES, RESULTADOS E DISCUSSO 1165.1 SIMULAES DE APLICAES NA REA EXTERNA DE UM

VECULO POPULAR 117

5.1.1 Base da portinhola do tanque de combustvel 1175.1.2 Conjunto do farol: lente e mscara da moldura 1245.1.2.1 Lente do conjunto do farol 1245.1.2.2 Mscara da moldura do conjunto do farol 1285.1.3 Haste do limpador de pra-brisas traseiro 1325.1.4 Base do espelho lateral 1375.2 SIMULAES DE APLICAES NA REA DO HABITCULO DO

MOTOR 142

5.2.1 Galeria de combustvel 1435.2.2 Mdulo frontal para sistemas 1505.3 SIMULAES DE APLICAES NA REA DO HABITCULO

INTERIOR 155

5.3.1 Capa deslizadora do cinto de segurana 1565.3.2 Capa para air bag 1605.4 SIMULAES EM REAS DE COMPONENTES ELETRO-

AUTOMOTIVOS 165

5.4.1 Base, capa e carretel de bobina de rel de controle 1655.4.2 Conectores internos do painel 1705.5 SIMULAO-CONCEITO DE COMPONENTE AUTOMOTIVO EM

PLSTICO DE ENGENHARIA 174

5.5.1 Conjunto capa plstica da engrenagem de transmisso 175

5.6 RESULTADOS E DISCUSSO 180

6 CONCLUSO 185

7 SUGESTO PARA OS PRXIMOS TRABALHOS 188

REFERNCIAS 189

RESUMO

Este trabalho tem por objetivo propor alguns critrios bsicos, para o desenvolvimento de

plsticos de engenharia em aplicaes, componentes e partes dos veculos chamados populares,

particularmente no Brasil, em substituio a partes tradicionalmente usinadas, fundidas ou

injetadas em ligas metlicas. A despeito da desconfiana que cerca alguns dos componentes em

plsticos que se destinam s aplicaes automotivas, (e uma das principais razes para isso, so

as elevadas temperaturas presentes em algumas reas do automvel), as grandes indstrias do

setor no deixam de conceber novos projetos em polmeros de alta performance, para aplicaes

tidas como crticas em termos de resistncia geral. Os chamados plsticos de engenharia so

preferivelmente escolhidos devido sua fcil processabilidade, e sua flexibilidade em propiciar

desenhos mais complexos, com boa estabilidade dimensional e uma excelente resistncia

corroso em ambientes de hostilidade qumica. No passado, as empresas claramente optavam

pelos plsticos chamados de termofixos, que hoje esto quase esquecidos ou obsoletos

(principalmente devido aos processamentos mais custosos e/ou mais lentos). Hoje so largamente

substitudos pelos termoplsticos de engenharia. Atualmente, o consumo de plsticos em alguns

carros brasileiros j alcana quase 130 kg de plsticos nos seus interiores e/ou exteriores (como o

Ford KA, por exemplo), o que ajuda a reduzir o peso total do automvel, aumentando a economia

de combustvel, reduzindo os custos de processos, aliada a uma excelente aparncia superficial.

Este trabalho versar sobre a possibilidade de se propor critrios mais objetivos na fase inicial de

um processo de seleo de plsticos de engenharia (notadamente, poliamidas, acetais, polisteres,

e policarbonato), aumentando a eficcia da escolha e diminuindo custos (evitando erros e

economizando tempo), como um guia prtico de consulta para engenheiros e profissionais do

setor automotivo brasileiro.

ABSTRACT

The main objective of this paper is to propose some basic economical and objective criteria for

the engineering plastics development in applications, components and parts in the low-end cars

segment (known in Brazil as popular cars), to replace traditional metallic machined, die-casted or

injected parts. In spite of the lack of reliance in plastics components in automotive applications

(one of them being the high temperature in the engine area), big industries in the sector always

conceive new projects on high performance polymers for applications considered critical because

of its general resistance. The named engineering plastics are preferably chosen due to its easy

processing, complex design flexibility, with a good dimensional stability and an excellent

resistance against corrosion in environments with chemical hostility. In the past, companies

clearly selected the called thermo-stable plastics, almost forgotten or obsolete nowadays (mainly

due to the high cost and/or slowness on processing). Today they are largely replaced by

engineering thermoplastics. Nowadays, the consumption of plastics in Brazilian low-end cars

already reached approximately 130 kg of plastics in their interior and/or exterior (like in Ford

KA, for example), which helps to reduce total car weight, increasing the saving of fuel,

mitigating process costs, besides to an excellent surface appearance. This paper will approach

about the possibility of proposing more objective criteria in the initial phase of the engineering

plastics selection (notably polyamides, acetals, polyesters, and polycarbonates), increasing the

choice efficacy and diminishing costs (avoiding mistakes and saving time), as a practical

consulting guide to engineers and professionals from the Brazilian automotive sector.

18

1 INTRODUO

Uma importante questo se coloca na escolha de um plstico de engenharia para uso em

componentes de automveis populares no Brasil: Como se decidir qual o material o melhor para

uma aplicao particular?

Nos dias de hoje, projetistas e engenheiros da rea automotiva, prontamente esto dispostos a

especificar plsticos de engenharia para os vrios componentes cujos desenvolvimentos esto sob

sua responsabilidade, porque estes materiais oferecem uma combinao de propriedades no

presentes em outras matrias primas, como por exemplo, leveza, resilincia, resistncia

corroso, facilidade de cores, transparncia, facilidade de processamento, e, sobretudo possuem a

vantagem de proporcionar a reduo do custo total dos componentes, devido flexibilidade de

design e diversidade de processos de fabricao. Mas apesar disso, tm o receio de faz-lo,

devido s limitaes de conhecimento na rea de plsticos, que muitas vezes est concentrada

apenas na experincia prtica da tentativa e erro de moldadores (empresas transformadoras de

plsticos), e fornecedores da rea em geral.

No plano acadmico, quando se procuram informaes que possam indicar os critrios de seleo

para materiais, seguidas vezes, as menes encontradas dizem respeito a produtos ainda em

desenvolvimento, que no tem formato (design) definido, como por exemplo, o que

encontramos no autor Michael F. Ashby, que define a seleo de materiais como item que no

pode ser separada da escolha do formato (Ashby, 2000, pg. 9). Aprofundando-se em sua

anlise, Ashby afirma que a funo, o material, o formato e o processo interagem, portanto a

funo do componente dita a escolha do material, o formato escolhido para desempenhar a

funo utilizando aquele material, e o processo impactado pelas propriedades do material

(Ashby, 2000, pg.9), que tambm interage com o formato, no que concerne ao tamanho,

19

preciso, e ao custo por componente obtido por unidade de tempo. Segundo SantAnna e

Wiebeck (2006), com o conceito de Mapas de Propriedades de Materiais, Ashby expande os

limites de seleo, que aliados aos ndices de Mrito (que relacionam uma propriedade especfica

ao tempo em horas, por exemplo), facilitariam as anlises comparativas entre materiais

(SantAnna e Wiebeck, 2006, pg. 6).

A proposta deste trabalho um pouco diferente, j que no segmento de veculos populares, o que

se busca so alternativas de materiais plsticos para produtos j existentes. Este fato j

suficiente, para que a discusso se afaste das premissas iniciais, de Ashby (impossibilidade de se

estabelecer critrios sem inter-relacionar-se, formato, a funo, o material, e processos) e se

concentre na seleo dos materiais plsticos especificamente de engenharia, onde ainda a

funo requisito fundamental, e de certa forma, incorporando o conceito de ndices de Mrito, e

relacionando-a s propriedades dos plsticos de engenharia. Claro que o processo ser

importante, j que contribuir para que as propriedades intrnsecas dos materiais plsticos

venham a se manifestar com maior ou menor nfase (por exemplo aumento da rigidez mecnica

de uma pea produzida em poliacetal, decorrente da utilizao de um molde quente no processo

de injeo). De maneira anloga, o formato (design), ter sua importncia relativa considerada,

entretanto com um menor peso, j que existente (caso, por exemplo, de uma pea metlica de

um veculo popular, na qual se deseje uma reduo de custo). Em suma, para os interesses deste

trabalho, os aspectos bsicos, que serviro para se estabelecer uma seleo inicial, de um plstico

de engenharia para um componente ou pea para um veculo popular, trataro de relacionar as

funes desejadas para o componente durante sua operao, s propriedades dos plsticos. Para

melhor caracterizar o conceito de propriedades para plsticos, Felicetti (1996) cita Van Krevelen,

que em sua obra, Properties of Polymers inter-relaciona, propriedades intrnsecas, propriedades

de processo e propriedades de produto (Felicetti, 1996, pg.02) Assim, uma propriedade

20

intrnseca como resistncia fluncia, poderia ser maximizada durante o processo (altas

temperaturas no molde), para se obter um componente que desempenhasse a funo de suportar

cargas elevadas com pouca deformao permanente.

Tambm, faz-se referncia, aos chamados plsticos de engenharia, que se refere a uma famlia

de materiais, e que inclui os Nylons, os Acetais, os Polisteres, etc... Deste modo, assim como se

aceita que o alumnio, com propriedades diferentes dos aos, pertena mesma famlia dos

metais, analogamente, os Nylons apresentam propriedades diferentes dos Poliacetais e dos

Polisteres.

R. J. Crawford (1987), menciona que, da mesma maneira que poucos projetistas simplificariam

demais se especificassem o metal como o material para um componente particular, igualmente o

fariam se recomendassem um plstico (Crawford, 1987, pg. 4).

Analogamente, como h diversos tipos de ao ou alumnio, tambm ocorre o mesmo para Nylons,

Poliacetais ou Policarbonatos, por exemplo.

Da resulta a dificuldade maior em se selecionar o melhor plstico de engenharia para uma dada

aplicao, j que se dever contar com um pr-conhecimento, no que concerne ao comportamento

mecnico-fsico dos plsticos, enquanto grupo de materiais, assim como haver uma demanda

para uma certa familiaridade com suas necessidades ambientais, determinando as funes

particulares, e desempenho a curto e longo prazos.

Deste modo, faz-se mister designar inicialmente o propsito, o ambiente e, portanto, as funes

que o componente exercer durante sua vida til. Em seguida, considerar as propriedades de

engenharia que mais se enquadram ao seu desempenho funcional geral.

As propriedades principais a serem consideradas nas especificaes da indstria automobilstica

so abordadas a seguir:

21

a- Resistncia mecnica: Resistncia trao, Mdulo de Flexo, Resistncia Fluncia

(parmetros associados Rigidez Mecnica) e Resistncia ao Impacto (associada

tenacidade); Resistncia Abraso, Coeficiente de Atrito, Dureza Superficial (associados ao

desgaste).

b- Densidade (associada economia de peso no veculo);

c- Temperatura de deflexo ao calor (associada ao comportamento mecnico sob altas e baixas

temperaturas);

d- Temperatura de Transio Vtrea e Coeficiente de Expanso Trmica (caracterstica

intrnseca dos plsticos, vinculada conservao de propriedades sob calor);

e- Resistncia Qumica Geral (suscetibilidade corroso);

f- Propriedades Dieltricas e UL 94 (associada ao isolamento eltrico);

g- Propriedades pticas (associadas ao grau de transparncia);

h- Facilidade ou no de Processabilidade (associada aos processos convencionais e liberdade de

design - desenho);

i- Custo do Produto Final (Preos mais Custos Agregados - relativos facilidade ou no para

Operaes Secundrias como, pintura decorao, ultra-som, etc...);

Aps estas consideraes, o trabalho se concentra na metodologia utilizada para construir o

cenrio de critrios para a seleo de plsticos de engenharia em componentes automotivos

(veculos populares).

Baseando-se na nominao de funes, trazidas da Engenharia de Valor, o engenheiro ou

profissional da indstria automotiva, dever traduzir o conhecimento relativo ao ambiente de

trabalho do componente, em funes. E a melhor maneira, de se definir uma funo, por meio

da tcnica do Verbo + Substantivo (Massarani, 2005, pg. 17). Assim, o ideal utilizar-se o

verbo no infinitivo pessoal e um substantivo para completar a idia, entretanto isto no deve se

22

tornar um elemento complicador, assim pequenos desvios podem ser aceitos. Assim, expresses

como Prover Rigidez, Suportar Cargas, Minimizar Rudos, Suportar Montagem, e etc... sero

vrias vezes encontradas nas simulaes de seleo realizadas neste trabalho.

Definidas as funes, listou-se ao lado destas, as principais propriedades (mais conectadas s

estas mesmas funes) por rea de utilizao no automvel (de maneira simplificada, optou-se

por reas : exteriores, do habitculo do motor, do habitculo interior e de componentes eletro-

automotivos).

Assim, para uma aplicao do habitculo do motor (exemplo: Mdulo Frontal para Sistemas), e

que o engenheiro ou projetista, elegeriam como funes principais, Suportar Cargas (ao Calor),

Suportar Vibraes, Prover Rigidez, Prover Dimensional (estabilidade), Resistir a leos, e

Reduzir Custos, se relacionaram as seguintes propriedades respectivamente : Alta temperatura de

Deflexo ao Calor, Alta Resistncia ao Impacto Izod, Alto Mdulo de Flexo, Baixa Contrao

na Moldagem / Coeficiente de Expanso Trmica, Alta Resistncia Qumica, e Menor Custo

Relativo.

Para completar o processo, aplica-se um sistema de pesos e notas para as funes e propriedades

dos plsticos submetidos ao processo de seleo, assim demonstra-se como se elege um Nylon

reforado com fibras de vidro para tal parte, por exemplo.

Os critrios ento para a seleo de plsticos de engenharia para componentes em veculos

populares, so determinados pelo conhecimento das funes entendidas com mais importantes

para a operao de certo componente em dado ambiente, e sua relao com as propriedades

(imediatas e de uso contnuo), norteadas por um sistema de pesos e notas, que variam em funo

da rea do carro a que se destinam e sua performance geral (entendidas como as funes e suas

respectivas propriedades correlatas).

23

Com este trabalho, pretende-se abrir o leque de oportunidades para se avanar na seleo de

plsticos de engenharia, diminuindo o tempo para a escolha (minimizando o tempo de

desenvolvimento de produtos) e reduzindo custos, j que muitas vezes, as empresas depois do

longo processo advindo das tentativas e erros, acabam por optar por ferramentas caras de

design, clculos estruturais (CAD/CAE) e anlises de elementos finitos (NASTRAM,

ABBACUS), e nem sempre bem sucedidos. Claro que estas ferramentas, tornam-se cada dia mais

importantes, entretanto preciso dirigi-las para um estgio posterior seleo bsica de um

plstico de engenharia, alocando tais recursos mais dispendiosos, em aplicaes de maior

complexidade e responsabilidade tcnica.

24

2 PRINCIPAIS PROPRIEDADES DOS PLSTICOS DE ENGENHARIA

2.1 Conceito de Propriedade em Plsticos

As propriedades dos plsticos podem ser divididas em trs classes: as intrnsecas, as de

processamento e as de produto (Felicetti, 1996, pg.4). importante enfatizar que estas

propriedades esto intimamente ligadas e no podem ser consideradas separadamente. Felicetti

(1996), afirma que Van Krevelen em seu livro Properties of Polymers, ratifica uma idia desse

inter-relacionamento (Figura 1).

As propriedades intrnsecas dizem respeito ao plstico como matria, as propriedades do produto

concernem ao objeto feito desta matria, o seu tamanho e a sua forma.

Assim, quando se fala na leveza de um plstico, compreendemo-la como uma caracterstica ou

propriedade intrnseca (como densidade), j quando se menciona o peso (massa) de um pra-

choque injetado em plstico para determinado veculo, pensamo-lo, em seu tamanho e sua forma,

como uma propriedade de produto. A propriedade de processamento est posicionada entre as

duas anteriores, j que se caracteriza por combinar algumas propriedades intrnsecas do plstico,

que definem o tipo de processo, onde se inserem, o tipo de transformao (como injeo,

extruso, roto-moldagem por exemplos), operaes secundrias (como pintura, gravao,

polimento) e operaes de montagem (encaixes sob presso, soldagem por ultra-som). Durante o

processamento, vrias caractersticas so agregadas, no caso dos plsticos, por exemplo, a forma,

o grau de rigidez ou flexibilidade, o grau de orientao molecular, as tenses residuais, a

aparncia superficial, etc. Fundamentalmente, esta combinao entre propriedades intrnsecas e

propriedades de processamento, constitui as propriedades de uma entidade, que coletivamente,

pode-se chamar de produto (tratado aqui por componente).

25

Claro, que o desempenho de um determinado plstico, expresso pelo comportamento geral do

componente. Desta forma, o comportamento do mesmo no se refere apenas medida das

propriedades intrnsecas de um plstico, mas antes determinao da forma na qual estas

propriedades se modificam pelo mtodo e condies de transformao, pela configurao da pea

e pelas condies ambientais a que submetida em servio (Ashby, 2000, pg.3). Assim, os

efeitos das condies ambientais determinam as funes de um componente fabricado em

plstico de engenharia (Figura 2), e que determinam o seu desempenho final, por exemplo, a

rigidez de um plstico varia com o tempo, com a temperatura a que est exposto, e com a

solicitao mecnica, assim como, a resistncia ao impacto tambm influenciada pelo efeito da

temperatura, a presena de fludos e leos automotivos. E ambas so muito susceptveis ao

envelhecimento trmico e ao da radiao ultravioleta. Sendo assim, tambm no processo de

seleo de um plstico de engenharia preciso se contar com diversos dados, que espelhem as

mudanas das propriedades do material, em uma ampla gama de condies ambientais.

O conceito de propriedades importante para que se compreenda a dificuldade da seleo de

plsticos na indstria automotiva, e que a necessidade de maior objetividade para os critrios

numa escolha inicial, implicar maior eficincia no processo de desenvolvimento de

componentes alternativos, com economia de tempo e de outros recursos, acelerando o tempo de

entrada num mercado cada vez mais dinmico e competitivo.

26

Figura 1 Conceito de Propriedade para Plsticos (Van Krevelen - Properties of Polymers)

Plstico de Engenharia

Propriedades Intrnsecas

Condies Ambientais

(Tempo, Temperatura, Esforo,

Corroso)Desempenho de

Funes do Plstico de Engenharia

Configurao da Pea

Processo de Transformao

Plstico de Engenharia

Propriedades Intrnsecas

Condies Ambientais

(Tempo, Temperatura, Esforo,

Corroso)Desempenho de

Funes do Plstico de Engenharia

Configurao da Pea

Processo de Transformao

Figura 2 Fatores que influenciam no desempenho final do produto

27

2.1.1 Propriedades Imediatas e Propriedades de Uso Contnuo

A classificao de propriedades mecnicas ou fsicas de um plstico de engenharia em

propriedades imediatas e propriedades de uso contnuo (isto , dependentes do tempo de

exposio sob determinada condio), so um pouco arbitrrias, j que qualquer propriedade

imediata pode ser avaliada ao longo prazo, e tomar a forma de propriedade de uso contnuo.

Vale mencionar que todos os ensaios de propriedades especficas tomam um certo tempo para sua

realizao, que nunca informado nas especificaes dos fabricantes de plsticos. Mesmo assim,

a distino entre propriedades imediatase propriedades de uso contnuo, se faz adequada para

os interesses deste trabalho.

Ento, a definio das primeiras caberia a todos os ensaios, procedidos dentro de perodos de

tempo relativamente instantneos, ou melhor, de curta durao, onde o tempo no

considerado como fator prioritrio.

Historicamente, entretanto, estes termos na rea de plsticos, derivam do idioma ingls short-

term properties e long-term properties (aqui chamados respectivamente, propriedades

imediatas e propriedades de uso contnuo), e j estavam em voga nos Estados Unidos na

dcada de 70 do sculo passado, pelos fabricantes de plsticos de engenharia, notadamente na

literatura da Celanese e da Dupont, sendo encontrado tambm, na literatura acadmica j nos

anos oitenta, na primeira edio do livro Plastics Engineering de R.J. Crawford em 1981.

Como mencionado anteriormente, os ensaios aqui chamados de uso contnuo, possuem no fator

tempo sua componente prioritria, pois o que se busca so os desempenhos, mecnico, trmico,

eltrico ou fsico, contra o tempo de exposio.

Estes ensaios de laboratrio so normalmente estendidos por horas, dias, semanas, meses ou at

anos. Conseqentemente, a maioria dos ensaios realizados no padro de consumo industrial

28

mdio (at para regies menos crticas de automveis), destinada maciamente mensurao

das propriedades imediatas (isto inclui a maior parte dos ensaios prescritos pela ISO, ASTM,

DIN, etc...).

Todavia, as propriedades de uso contnuo esto sempre muito presentes, por exemplo, quando o

componente plstico empregado numa aplicao automotiva, estando submetido a um esforo

mecnico esttico ou dinmico, com trocas de temperatura, e exposto por determinado perodo de

tempo, simulando, de maneira acelerada ou no, a sua utilizao final, tm-se aqui, a

caracterizao de uma propriedade de uso contnuo.

Este o caso de uma calota para uso em um veculo popular (engastada por trs ou quatro

parafusos, que a fixam na roda, e sujeita variao de temperatura durante um certo tempo de

rodagem). Portanto, um projetista ou engenheiro de produto, responsvel por este componente,

dever ter conhecimento das funes e do desempenho com que ele atuar aps longos perodos

de tempo em servio.

Por estas razes, sempre que o xito em potencial da aplicao depender de uma funo

especfica, relacionada determinada propriedade ou combinao de vrias delas, dever-se-

considerar no apenas as propriedades imediatas, mas tambm as propriedades de uso

contnuo, atravs de uma anlise cuidadosa, para se determinar quais entre elas, so as mais

importantes para o caso em estudo.

Este trabalho visa estabelecer um critrio de pesos e de pontuao para as funes desejadas dos

componentes durante sua operao, relacionadas s propriedades (que a sua vez, tambm estaro

ponderadas com pesos e pontuao especfica) mais importantes para cada rea do automvel. As

necessidades ambientais para o produto final fabricado em plstico de engenharia, determinaro

as funes dos componentes. J as propriedades dos materiais, sero definidas na esfera das

propriedades imediatase de uso contnuo, obtidas junto aos fabricantes de plsticos de

29

engenharia. A pontuao para funes operacionais em relao aos plsticos de engenharia ser

dada pela experincia e desempenho dos mesmos ao longo de 20 anos nas aplicaes automotivas

no Brasil e do mundo (amplamente divulgado pelos fabricantes de plsticos em seus stios na

Internet). A pontuao das propriedades em relao aos plsticos de engenharia poder ser dada

diretamente pelo comparativo de valores peculiares de suas propriedades (fornecidas tambm

pelos fabricantes de plsticos). Tendo-se concludo estas atividades, os critrios aqui definidos

podero ajudar os projetistas e engenheiros do setor automotivo, a estabelecer uma primeira

escolha de qual ou quais plsticos de engenharia especificar. Isto particularmente aplicvel aos

automveis considerados populares, sempre passveis a alteraes para reduo de custos,

determinada nas engenharias de produto no Brasil. Em especial, quando se trata da substituio

de componentes metlicos, por alternativos em plsticos de engenharia de veculos com pelo

menos um ano de lanado.

2.2 Propriedades Imediatas

2.2.1 Propriedades Fsicas Mais Comuns

O aprimoramento tcnico presenciado nos dias atuais advm do trabalho de cientistas e

profissionais que trabalham com plsticos. Novos plsticos, novas blendas e ligas so

incorporados todos os dias, buscando um compromisso entre aumento da resistncia e diminuio

do custo. Para tanto, anlises, testes e medies so maciamente utilizadas. E assim tomados,

como diretrizes, normas ou procedimentos, usados na determinao de propriedades,

composio ou desempenho de materiais, produtos, sistemas e servios que possam ser

especificados (Propriedades Fundamentais, 2006, pg.3).

30

Uma anlise pode medir uma propriedade simples, ou vrias propriedades ao mesmo tempo. Para

se proceder a testes mais significativos, muitas vezes, se recorre a ensaios de engenharia

experimental, onde uma propriedade imediata pode se tornar uma propriedade de uso contnuo.

Por exemplo, a resistncia ao impacto do tipo IZOD, pode ser adaptada do original (martelo de

massa especificada que se choca contra um corpo de prova normalizado, com o objetivo de se

medir o trabalho da fora de impacto para romper uma dada rea deste mesmo corpo de prova),

para uma esfera metlica de uma dada massa, que se deixa cair em queda livre, de uma altura de

1 m, at atingir a lateral de uma calota plstica de uma roda tpica de um veculo popular,

posicionada na vertical e submetida a uma temperatura de 190C, simulando o impacto de um

estilhao de pedra que se solta do asfalto na condio real de frenagem em uma ladeira. A

ASTM, a ISO, a DIN, so organizaes normalizadoras largamente utilizadas pelas montadoras

instaladas no Brasil, j que as normas da ABNT ainda no se consolidaram no mercado

automobilstico brasileiro, no que pese uma tendncia futura de se utiliz-las, pois foram escritas

com base naquelas mais tradicionais.

Avaliando o cenrio geral de testes no Brasil, relativamente poucas empresas consumidoras de

plsticos efetuaram qualquer tipo de testes nestes materiais, nos ltimos dez anos. Especialmente,

aps o advento dos Certificados de Anlise impostos aos fabricantes de plsticos pelas Normas

ISO 9000, e que propiciaram aos moldadores de plsticos, tornarem-se apenas controladores

daqueles certificados. Os laboratrios internos de testes de propriedades fsicas perderam

importncia nas empresas. Quando necessria alguma anlise ou teste, tais empresas, costumam

recorrer a terceiros (em geral, laboratrios de universidades, que cobram pelo servio).

31

2.2.1.1 Densidade (ASTM D-792)

A densidade constitui-se em um dos mais importantes elementos que determinam o custo final do

produto acabado, sendo sempre lembrada, quando a prioridade reduo do peso do veculo, para

diminuir consumo de combustvel. Alm disso, a relao custo/volume (muitas vezes mais

importante, que o preo por kg do plstico) e o prprio valor da densidade so largamente

considerados no controle da produo, tanto de matrias-primas quanto na produo de artigos

por injeo e extruso (testes de caracterizao e controle do peso de componentes injetados ou

extrudados).

Densidade entendida como sendo a razo entre a massa de uma dada quantidade de material a

23C e o volume de gua deslocado a esta mesma temperatura.

A densidade uma propriedade essencial que pode ser utilizada na identificao de um material,

ou na percepo de sua alterao fsica.

A norma ASTM D-792 descreve a realizao desse ensaio, cujo resultado em geral expresso em

g/cm.

2.2.1.2 ndice de Fluidez (Melt Flow Index ASTM D-1238)

Explicita a Fluidez (ou a viscosidade em estado fundido) dos materiais plsticos. muitas

vezes tomada como medida do peso molecular, j que guarda uma relao direta com a

viscosidade.

Em geral, os materiais que so mais resistentes ao fluxo, so aqueles que apresentam maior peso

molecular ou aqueles que so mais fortemente reticulados. Portanto, atravs do ndice de fluidez,

possvel avaliar qualitativamente o peso molecular de um polmero. A norma ASTM D- 1238

32

cobre o procedimento deste ensaio, e usa unidade expressa em g/10 minutos. No caso dos

poliacetais, sua aplicao especialmente significante.

2.2.1.3 Absoro de Umidade (ASTM D-570)

Mensura o aumento na massa de um material plstico devido absoro de umidade. Desta

forma, os corpos de prova so secos por 24 horas, e ento pesados antes e aps 24 horas de

imerso em gua, durante vrios intervalos de tempo. A absoro de umidade importante

porque afeta as propriedades mecnicas e eltricas, assim como as dimenses de moldados

plsticos. Assim, plsticos de engenharia que absorvem menor quantidade de umidade, tendem a

apresentar melhor estabilidade dimensional. A norma ASTM D-570 descreve o procedimento

para medir esta caracterstica. de muita importncia para os Nylons (6 e 66), devido sua

higroscopicidade natural.

33

2.2.2 Principais Propriedades Imediatas de Origem Trmica

2.2.2.1 Temperatura de Fuso (ISO 3146)

Os plsticos se tornam mais fludos com o aumento de temperatura, enquanto plsticos de

engenharia de origem cristalina (Nylons, Poliacetais, Polisteres e etc.), apresentam uma

temperatura de fuso bem definida, os plsticos de engenharia de origem amorfa (Policarbonato,

PPO Modificado, ASA, etc.), amolecem e se tornam mais fludos sob uma larga faixa de

temperatura . Esta propriedade de grande importncia para a moldagem e operaes de

montagem. expressa em graus Celsius no sistema internacional. A norma ISO 3146 descreve

seu procedimento.

2.2.2.2 Teor de Cinzas (ASTM D-2584)

Determinao do teor de cargas ou reforos (Figura 3) pela queima da fase de material plstico

(fase orgnica) a temperaturas acima de 600C (acima dos pontos de fuso dos plsticos de engenharia mais conhecidos). O teor de cinzas usado para determinar a quantidade de cargas

numa amostra aps a queima do plstico, assim expresso pela diviso do peso das cinzas pelo

peso da amostra original, multiplicada por 100, para se obter o resultado em porcentagem.

A importncia do ensaio reside no fato de se conhecer o tipo de carga ou reforo presente no

plstico de engenharia sob anlise, e ainda a quantidade de carga ou reforo presentes. Desta

forma, quanto maior a presena de cargas ou reforos, maior ser a rigidez mecnica, maior ser

a densidade, menor ser a contrao, pior o acabamento superficial, e muitas vezes maior o

desgaste de equipamento de processo e moldes.

34

Figura 3 Mufla utilizada no teste de teor de cinzas Fonte : www.ides.com 2.2.3 Propriedades Mecnicas Imediatas Mais Comuns

2.2.3.1 Resistncia Trao, Alongamento na Ruptura e Mdulo Elstico na Trao

(ASTM D-638)

As propriedades de trao (Figura 4) constituem-se nas mais importantes definidoras de

resistncia mecnica de um material. A fora necessria para alongar (estirar) um corpo de prova

determinada juntamente com a medida do alongamento total do corpo de prova at a sua

ruptura.

O temo de resistncia trao um termo amplo. Na realidade deve-se distinguir 3 diferentes

fenmenos:

35

(1) A tenso de escoamento (N/mm)

(2) A tenso no ponto de ruptura para o caso de fratura na zona plstica (tenacidade).

(3) A mxima tenso para o caso de fratura instantnea.

O mdulo elstico ou mdulo de trao a relao entre a tenso aplicada e a conseqente

deformao na regio em que ela ocorre linearmente e proporcional tenso.

O mdulo elstico ainda essencialmente uma medida da rigidez de material, sendo muito

importante na escolha de um polmero que proveja alta rigidez mecnica.

Pode-se estabelecer que o plstico de engenharia ideal para um determinado componente

automotivo deveria exibir comportamento semelhante ao observado na regio em que o mdulo

medido (Figura 5).

As propriedades de trao so descritas pela norma ASTM D-638, dentre outras, e so de

relevncia para plsticos de engenharia como os Poliacetais (sem carga), e Nylons e Polisteres

reforados, os quais apresentam valores altos de resistncia trao.

Figura 4 Ensaio Tpico de Resistncia Trao Fonte : www.ides.com

36

Menor resistnciaMenor mdulo


Maior resistnciaMaior mdulo


Deformao Deformao

DeformaoDeformao

Plsticos frgeis

tens

o

tens

ote

nso

tens

o

Plsticos rgidos





Deformao Deformao

DeformaoDeformao

Plsticos frgeis

tens

o

tens

ote

nso

tens

o

Plsticos rgidos

Figura 5 Significados do Ensaio de Trao Fonte: www.ticona.com

2.2.3.2 Mdulo de Flexo (ASTM D-790)

Se um componente automotivo plstico ou metlico, na maioria das vezes de seco transversal

retangular, sofre uma deflexo entre dois apoios, imediatamente se percebe que uma superfcie do

material se deforma em trao, enquanto a superfcie oposta sofre compresso. Este

comportamento ocorre, at que se alcance a linha entre as duas superfcies, chamada de linha de

tenso zero ou do eixo neutro. O Mdulo Elstico na Flexo ou Mdulo de Flexo (Figura 6 A)

reportado usualmente como o mdulo inicial na deflexo da curva de carga. Como a maior parte

dos componentes automotivos so, na prtica, submetidos a esforos de flexo (Figura 6 B), os

37

resultados obtidos nos ensaios de flexo conduziro a valores de engenharia mais confiveis num

estudo de seleo de plsticos de engenharia.

A norma ASTM D-790, descreve o procedimento deste ensaio, particularmente importantes para

plsticos como Poliacetais (sem carga), Nylons e Polisteres reforados.

Figura 6A Ensaio de Mdulo de Flexo: Configurao do Teste de Flexo

Fonte : www.ides.com

Figura 6B Ensaio de Mdulo de Flexo: Ponto de Mxima Tenso de Flexo/ Deformao das Fibras Laterais

Fonte : www.ides.com

2.2.3.2 Resistncia ao Impacto IZOD e Charpy (ASTM D-256)

O teste de resistncia ao impacto mtodo IZOD, visa medir a energia necessria para romper um

38

corpo de prova injetado e entalhado sob condies padronizadas (Figura 7). Tal energia

calculada em J/m (sistema internacional de unidades).

Os testes de resistncia ao impacto so eminentemente comparativos e, portanto, muito teis

quando se deseja fazer um Ranking de vrios materiais para especificar o melhor para uma

determinada aplicao. Porm, quando se comparam dois polmeros, importante lembrar que a

resistncia ao impacto mtodo IZOD (Figura 8), no deve ser considerada isoladamente como

indicador da tenacidade do material, mesmo porque existem muitos polmeros que so sensveis

ao entalhe (presente nos corpos de prova quando desejado, por exemplo, simular a ao de uma

fora na regio de um canto vivo de um componente) e, em virtude disso, exibiro uma elevada

concentrao de tenses na regio posterior ao entalhe. Portanto, determinados polmeros de

engenharia que tm excelentes propriedades mecnicas, como, por exemplo, o Nylon e o

Poliacetal, tm relativamente baixa resistncia ao impacto mtodo IZOD.

A Resistncia ao Impacto Charpy (Figura 9), menos comum no Brasil, mas tambm

largamente utilizada entre as empresas europias. O teste na prtica, idntico ao IZOD, com

exceo do posicionamento do corpo de prova, que colocado deitado, enquanto no mtodo Izod,

este posicionado na vertical.

A ASTM D-256, descreve os procedimentos para estes dois tipos de ensaios de impacto.

Figura 7 O entalhe no corpo de prova Izod simula um canto vivo numa pea em plstico de engenharia. Fonte : www.ides.com

39

Figura 8 Ensaio de Impacto Tipo Izod Fonte: www.ides.com

Figura 9 Ensaio de Impacto Tipo Charpy Fonte : www.ides.com 2.2.3.4 Dureza Superficial (ASTM D-785)

Em geral, mede a dureza Rockwell, e pode ser utilizada para diferenciar as durezas relativas de

diferentes tipos de um dado plstico de engenharia. No entanto, uma vez que a Fluncia e a

40

Resilincia esto envolvidas na determinao da dureza, no vlido comparar durezas de

vrios tipos de plsticos, somente com este teste.

A dureza Rockwell no deve ser considerada como um indicador das condies de uso do

material ou da resistncia abraso do mesmo, mas pode ser usada como parmetro de

resistncia a risco.

De acordo com a norma ASTM D-785, o valor da Dureza Rockwell de um plstico advm da

profundidade de penetrao de um corpo esfrico no material, sob ao de uma carga. O valor da

Dureza Rockwell de um material sempre apresentado ao lado de uma letra que indica os

dimetros, da esfera, penetrador, a carga e a escala adotada.

A Dureza Rockwell est diretamente relacionada dificuldade de perfurar o corpo de prova.

Portanto, quanto maior o valor da Dureza Rockwell lida na escala do equipamento, maior ser a

dureza do material e sua resistncia a risco.

2.3 Propriedades de Uso Contnuo

Assim como a resistncia trao uma medida importante para as propriedades imediatas, a

resistncia fluncia o , para as propriedades de uso contnuo. E isto ocorre, porque nesta

propriedade uma carga constante aplicada ao material e a variao de deformao ao longo do

tempo registrada. Desta forma, as propriedades intrnsecas quando testadas sob a vertente do

tempo, e que de alguma forma possam ajudar numa possvel extrapolao de desempenho a

prazos maiores, caracterizam a peculiaridade das propriedades de uso contnuo. A importncia

deste tipo de propriedade est no papel de complementar as propriedades imediatas, cuja

combinao resultante, ajuda a caracterizar o perfil geral de resistncia dos plsticos de

engenharia.

41

2.3.1 Propriedades de Origem Trmica Mais Comuns

2.3.1.1 Ponto Vicat (ASTM D-1525)

Esta anlise se destina a estabelecer uma caracterizao da resistncia trmica de termoplsticos

de engenharia (Figura 10).

Desta forma, a temperatura na qual uma agulha de seco transversal circular com rea igual a 1

mm, penetra 1 mm de profundidade em um corpo de prova de material termoplstico; sob carga

especfica (geralmente 1 kg) e utilizando uma velocidade de aquecimento pr-selecionada, define

o Ponto Vicat.

Os dados obtidos a partir desta anlise podem ser usados para comparar a resistncia trmica (ou

ponto de amolecimento) de termoplsticos de engenharia.

M edidor de deform ao

Peso

C arga de transferncia

N vel do lquido

Agulha de contato

C orpo de prova

M edidor de deform ao

Peso

C arga de transferncia

N vel do lquido

Agulha de contato

C orpo de prova

Figura 10 Aparelho para determinao de Ponto Vicat. Fonte: www.ticona.com

42

2.3.1.2 Temperatura de Deflexo ao Calor (ASTM D-648)

Visa determinar a temperatura na qual uma deflexo ocorre, sob efeito de uma carga pr-

escolhida (Figura 11). Nesse caso, no existe a inteno de se estabelecer os limites de

temperaturas suportadas pelo material para aplicaes especficas, mas fornecer uma idia de

resistncia trmica sob cargas mecnicas, particularmente na seleo de plsticos.

Durante o teste, uma barra de seco transversal retangular ensaiada como se fosse uma viga,

no centro da qual aplicada uma carga de 4,60 MPa ou 18,20 Mpa, com intuito de conferir a

mxima trao lateral das fibras do material. A amostra sob ao de uma carga em um banho

trmico que permite uma velocidade de aquecimento igual a 2 0,2C/min. A temperatura do

meio medida quando o corpo de prova sofre uma deflexo igual a 0,25mm. Esta temperatura

definida como sendo a Temperatura de Deflexo ao Calor da amostra.

T e r m m e t r oC a r g a

R e l g i o c o m p a r a d o r

T e r m m e t r oC a r g a

R e l g i o c o m p a r a d o r

Figura 11 Teste de Temperatura de Deflexo ao calor (HDT) Fonte: www.ticona.com

43

2.3.1.3 Temperatura de Transio Vtrea (ASTM E-1356)

A temperatura na qual plsticos de origem amorfa experimentam uma alterao fsica, passando

de um estado de rigidez, para uma condio de estado flexvel, similar aos de borrachas. Para

materiais semicristalinos, que exibem regies amorfas e cristalinas simultaneamente, apenas as

regies amorfas sofrero esta mudana (Figura 12).

ASTM E-1356, descreve o procedimento deste teste, que particularmente importante para

plsticos de engenharia de origem amorfa (Policarbonato por ex.), expressando o seus limites

trmicos de uso.

Amorfos

Semi-Cristinalinos

Rigidez no til

Temperatura

Md

ulo

Alta Rigidez

Rigidez no til

Alta Rigidez

Md

ulo

Temperatura

Rigidez Moderada

Amorfos

Semi-Cristinalinos

Rigidez no til

Temperatura

Md

ulo

Alta Rigidez

Rigidez no til

Alta Rigidez

Md

ulo

Temperatura

Rigidez Moderada

Figura 12 Os grficos mostram as variaes de mdulo de flexo de plsticos de engenharia amorfos e semicristalinos em funo da temperatura. Importante: os dados de transio vtrea so raramente fornecidos nos catlogos dos fabricantes. Fonte: www.solvayadvancedpolymers.com

44

2.3.1.4 Coeficiente de Dilatao Trmica (ASTM D-696)

A dilatao trmica normalmente definida como a alterao em comprimento por unidade de

cumprimento, de um corpo de prova em plstico, por grau de variao de temperatura.

A norma ASTM D-696, dita o procedimento, que usa um dilatmetro de slica (Figura 13), onde

um corpo de prova nele disposto e a variao de cumprimento que ocorre em funo do

aumento ou reduo da temperatura medida por um visor comparador montado na ponta de um

tarugo de slica.

Visor Comparador

Tubo Vtreo de Silica

Fludo de Transferncia Trmica

Corpo de Prova

Tarugo Vtreo de Silica

Visor Comparador

Tubo Vtreo de Silica

Fludo de Transferncia Trmica

Corpo de Prova

Tarugo Vtreo de Silica

Figura 13 Dispositivo de teste de coeficiente de dilatao trmica Fonte : www.ides.com

45

2.3.2 Propriedades de Origem Eltrica Mais Comuns

2.3.2.1 Resistncia Dieltrica (ASTM D-149)

Pode ser definida como a razo da tenso de ruptura dieltrica pela espessura do corpo de provas.

Assim, um elevado valor de resistncia dieltrica implica maior resistncia a uma descarga

eltrica. Sendo expressa, em kV/cm.

2.3.2.2 Resistividade Volumtrica (ASTM D-257)

Pode ser definida como o desempenho de um material isolao eltrica, desta maneira, um

elevado valor de resistividade volumtrica, implica menor tendncia corrente de fuga.

expressa em -cm.

2.3.2.3 Constante Dieltrica (ASTM D-150)

Denota o desempenho como isolante eltrico, assim, para valores mais baixos de constante

dieltrica, melhor o isolante. Seu valor adimensional.

2.3.2.4 Resistncia ao Arco Voltaico (ASTM D-495)

Mede o nmero de segundos que um material resiste formao de uma rota condutora na

superfcie de um corpo de prova, quando submetido a um arco de alta voltagem intermitente e de

46

baixa corrente. O resultado em corpos de prova de 3 mm considerado representativo do

desempenho do material, seja qual for a espessura. Assim, quanto maior o tempo em segundos

que um material resista ao arco voltaico, sem apresentar falhas (micro-fissuras ou queima

superficial, por exemplo), mais resistente a aplicaes que necessitem essa propriedade (caixa de

fusveis e interruptores, como exemplo).

2.3.3 Propriedades de Origem Mecnica Mais Comuns

2.3.3.1 Resistncia Fluncia ou Creep (ASTM D-2990)

Fluncia (Figura 14), a deformao resultante de aplicao prolongada de tenso abaixo do

limite elstico, sendo influenciada pelo valor da carga, o tempo que a mesma aplicada, e a

temperatura. Em geral, aplica-se o procedimento ditado pela norma ASTM D-2990, assumindo

uma temperatura de 100C e sob uma carga de 41 MPa em regime de 500 a 3000 horas de

exposio, para os plsticos de engenharia.

O teste na trao consiste da aplicao de uma carga em um corpo de prova, medindo-se a

deformao aps um tempo determinado.

O teste na flexo produz uma deformao nas fibras laterais pela aplicao de uma carga de

flexo, depois de determinado tempo.

47

Peso

Peso

Fluncia na Trao

Fluncia na Flexo

PesoPeso

PesoPeso

Fluncia na Trao

Fluncia na Flexo

Figura 14 Ensaio de Fluncia simula a deformao permanente de componentes de plsticos de engenharia. Fonte : www.ides.com

2.3.3.2 Mdulo de Fluncia (ISO 899-2)

A relao da tenso inicial de fluncia pela deformao, aps determinado tempo sob condies

especficas (Figura 15). Assim, um corpo de prova submetido flexo sob uma carga constante.

O resultado de deflexo medido depois de um tempo especfico. Sob flexo, produz uma

deformao nas fibras laterais pela aplicao de uma carga de flexo, aps determinado tempo.

Quanto maior o mdulo de fluncia, maior a resistncia deformao sob carga por perodo de

tempo. expresso em Mpa ou N/mm.

48

Figura 15 Mdulo de Fluncia simula a resistncia deformao sob carga de componentes em plsticos de engenharia. Fonte : www.ides.com

2.3.3.3 Resistncia ao Desgaste por Abraso (ASTM D-1044)

A resistncia abraso normalmente medida pela alterao da massa de um corpo de prova,

aps determinado nmero de ciclos. A alterao da massa resulta da abraso sofrida pelo corpo

de prova. O resultado expresso em mg/1000 ciclos (Figura 16).

Rebolos Abrasivos

Corpo de Prova

Rebolos Abrasivos

Corpo de Prova

Figura 16 Resistncia abraso: importante no contato entre componentes de plsticos de engenharia e metlicos.

Fonte : www.ides.com.

49

2.3.3.4 Coeficiente de Atrito (ASTM D-1894)

a relao entre a fora requerida para mover uma superfcie sobre outra e a fora normal total

aplicada nestas superfcies (Figura 17). Os valores de coeficientes de atrito so relacionados a

filmes extrados dos plsticos que se quer avaliar.

Figura 17 Teste de Atrito

Fonte: www.ides.com

2.3.4 Propriedade de Uso Contnuo de Origem Qumica

2.3.4.1 Resistncia Qumica (ASTM D-543)

Este teste avalia os plsticos de engenharia em termos de resistncia aos reagentes qumicos,

simulando seu desempenho em ambientes de uso final. Estes reagentes podem ser lubrificantes,

agentes de limpeza, tintas, alimentos ou outra substncia qual esperado que o componente

entre em contato. Assim, avalia: alteraes de peso, dimenses, aparncia e resistncia mecnica,

sob temperaturas elevadas, deformaes sob carga em funo do tempo.

50

2.3.5 Propriedades de Uso Contnuo: Testes da UL (Underwriters Laboratories)

2.3.5.1 Xenon-Test (UL 746 C)

Um material que considerado adequado ao uso externo se testado de acordo com exposio

luz Ultravioleta (UV), por 720 horas a 1.000 horas numa cmara de Xenon-Test com ou sem

exposio gua por 7 dias a 70oC. O plstico de engenharia testado antes e aps a exposio,

abrangendo testes de flamabilidade, e resistncia mecnica rigidez e impacto.

Os resultados podem levar a uma das seguintes observaes:

(f1) Adequado para uso externo com relao exposio luz Ultravioleta, exposio ou

imerso gua, de acordo com UL 746C. Essa condio indica que o material alcanou ambos os

requisitos, de imerso gua e a UV, como determinado no UL 746C.

(f2) Submisso a um ou mais dos seguintes testes: luz ultravioleta, exposio ou imerso

gua, de acordo com o teste UL 746C, e a aceitao do uso externo precisa ser determinado pelo

Underwriters Laboratories Inc. Esta observao indica que o material foi aceito ou foi testado

apenas parcialmente para UV ou imerso gua.

2.3.5.2 ndice Comparativo de Rastreamento Modificado para Aplicaes Automotivas

(CTI UL 746 A)

O ndice comparativo de rastreamento (Figura 18) expresso como a voltagem, que causa

rastreamento depois da aplicao de 50 gotas de uma soluo de Cloreto de Amnia, sobre a

superfcie de um corpo de prova. O resultado do teste em uma placa de espessura nominal de 3

mm considerado representativo para qualquer espessura.

51

Atualizaes no Teste

Agulha Hipodrmica Gota da Soluo de Teste

Eletrodos de Cobre

Corpo de Prova

Atualizaes no Teste

Agulha Hipodrmica Gota da Soluo de Teste

Eletrodos de Cobre

Corpo de Prova

Figura 18 Dispositivo de teste CTI, UL 746 A modificado

2.3.5.3 Resistncia Chama (UL 94)

As medidas UL 94 agrupam materiais em categorias baseadas nos seus comportamentos de

flamabilidade. Assim, para plsticos de engenharia variam de uma classificao de menor

resistncia chama HB (Figura 19), melhorando o desempenho para as classificaes em

ordem crescente de resistncia, V-1, V-2 e V-O (Figura 20).

Figura 19 Dispositivo de Teste para UL 94, HB. Fonte : www.ides.com

52

AlgodoAlgodo

Figura 20 Dispositivo de Teste para UL 94, V-1, V-2 e V-0. Fonte : www.ides.com

2.4 Comparativo de Propriedades para Plsticos de Engenharia

Para simplificar a seleo, algumas tabelas complementares (mostradas a seguir) podero ser

consultadas, para que se estabeleam comparaes de valores especficos de entre as

propriedades dos diferentes plsticos aqui considerados (nem todas propriedades e valores estaro

contemplados, pois esto disponveis em numerosos stios na internet e catlogos dos

fabricantes). Embora tais valores aqui mostrados expressem propriedades medidas em corpos de

prova, o que conceitualmente e concretamente so diferentes das propriedades dos componentes

reais.

Ainda assim, se adequam para o propsito deste trabalho, j que pela influncia delas ajudam a

associar seus significados fsicos e termo-mecnicos s funes de operao definidas pelo

ambiente de atuao desses mesmos componentes.

De fato, as notas (pontuao, que adiante ser tratada 3.5) para cada um dos produtos foram

concedidas com base em seus valores peculiares de performance para cada propriedade (Tabelas

53

1 a 8), e ajudaram no processo de construo da Matriz Eletrnica para a Seleo de Plsticos de

Engenharia, tambm para atender o interesse desse estudo.

Devido grande variao de valores de propriedades dos plsticos pesquisados, optou-se por usar

como fontes, o livro de Hlio Wiebeck e Julio Harada Plsticos de Engenharia de 2005, a tabela

referncia de propriedades da Dupont Properties According to ISO and ASTM Procedures de

1994, e a apresentao de Michel Renaud, Introduction to Material Selection Rev. 2a, de maio de

2005, buscando uma homogeneidade maior de valores.

Tabela 1 Comparativo de Custo (US$/cm3)

Custo US$/cm3 Plstico Custo US$/kg

6,50 Polipropileno Carregado 1,40

7,30 ABS Mdia Viscosidade 1,90

9,70 Nylon sem reforo 3,00

9,90 Poliacetal 2,70

10,20 Policarbonato 3,50

10,50 Nylon Carregado 3,10

11,00 Polister Hbrido 3,10

12,10 Nylon Reforado 3,30

18,60 Polister Elastomrico 10,00

Fonte: Renauld, 2005.

54

Tabela 2 Comparativo Temperaturas de Deflexo ao Calor em oC

ASTMD648 / ISO 75-1&2(1,82 Mpa e 0,46Mpa)

249/260 Nylon Reforado

222/254 Nylon Carregado

220/247 Polister Hbrido

129 Poliacetal

125 Policarbonato

90/235 Nylon sem reforo

85/102 ABS Mdia Viscosidade

76/140 Polipropileno Carregado

50/115 Polister Elastomrico

Fonte: Properties According to ISO and STM Procedures, USA 1994; Plsticos de Engenharia, S.Paulo 2005,

55

Tabela 3 Comparativo Temperaturas de Uso Contnuo em RTI

UL 94 RTI

140 Polister Hbrido

135 Nylon Reforado

130 Nylon Carregado

120 Policarbonato

115 Nylon sem Reforo

105 Poliacetal

100 Polister Elastomrico

90 Polipropileno Carregado

80 ABS Mdia Viscosidade

Fonte: Properties According to ISO and ASTM Procedures, USA 1994; Plsticos de Engenharia, S.Paulo 2005

56

Tabela 4 Comparativo de Mdulo de Flexo

ASTMD-790 (Mpa)

9100 Polister Hbrido

8960 Nylon Reforado

6890 Nylon Carregado

2830 Poliacetal

2827 Nylon sem Reforo

2760 Policarbonato




Fonte: Properties According to ISO and ASTM Procedures, USA 1994; Renaud, Switzerland, 2005; Plsticos de Engenharia, S. Paulo 2005;

57

Tabela 5 Resistncia Fluncia (Mpa) ASTM D 2990

ASTM (M Pa)

1.000 Polister Hbrido

680 Nylon Reforado

360 Nylon Carregado

250 Poliacetal

220 Policarbonato


83 Nylon sem Reforo

65/85 Polipropileno Carregado


Fonte: Renaud, Switzerland, 2005.

58

Tabela 6 Resistncia ao Impacto Izod

ASTMD-256 (J/M)

420 Policarbonato



117 Nylon Reforado

101 Polister Hbrido

80 Poliacetal

53 Nylon sem Reforo

48 Nylon Carregado


Fonte: Properties According to ISO and ASTM Procedures, USA 1994/Plsticos de Engenharia, S.Paulo 2005

59

Tabela 7 Resistncia Trao

ASTMD-638 (MPa)

186,0 Nylon Reforado

158,0 Polister Hbrido

130,0 Nylon Carregado

82,8 Nylon sem reforo

69,0 Poliacetal

62,0 Policarbonato

45,8 Polister Elastomrico

34,5 ABS Mdia Viscosidade

31,7 Polipropileno Carregado

Fonte: Properties According to ISO and ASTM Procedures, USA 1994/Plsticos de Engenharia, S.Paulo 2005

60

Tabela 8 Resistncia a Solventes e a Produtos Qumicos em Geral

Material lcool Aldedo Arom-ticosGaso-

linaCeto-nas

gua Quente

leos/ Graxas

gua Salgada

Pontos Totais

Resistncia Qumica

GeralPoliacetal 3 3 3 3 3 2 3 3 23 5Nylon sem Reforo 3 3 3 3 3 1 2 3 21 5Nylon Reforado 3 3 3 3 3 1 2 3 21 5Nylon Carregado 3 3 3 3 3 1 2 3 21 5Polister Hbrido 3 1 2 3 2 1 3 3 18 4Polister Elastomrico 3 1 2 3 2 1 3 3 18 4Polipropileno Carregado 1 3 1 2 1 1 1 3 13 2ABS Mdia Viscosidade 2 1 1 1 1 1 1 3 11 1Policarbonato 2 1 1 1 1 1 1 3 11 1

Pontuao dos materiais plsticos em relao aos produtos qumicos:1 Afetado2 Ligeiramente Afetado3 No Afetado

Resistncia Qumica Geral (Componentes Automotivos)Avaliao do Desempenho de Acordo com a Pontuao Obtida:+ de 18 pontos: 5 (Forte)De 16 a 18 pontos: 4 (Bom)De 13 a 15 pontos: 3 (Regular)De 12 a 14 pontos: 2 (Modesto) de 12 pontos: 1 (Fraco) Fonte: Plsticos de Engenharia de 2005

61

3 METODOLOGIA PROPOSTA PARA SELEO DE PLSTICOS DE ENGENHARIA

3.1 Escolha das Propriedades Imediatas e de Uso Contnuo

Pelo que foi abordado, j se possui elementos suficientes para se estabelecer consideraes

iniciais mnimas, quando da seleo de um plstico de engenharia para componentes da rea

automobilstica. Faz-se tempo agora, de entender as funes necessrias e propriedades

(imediatas e de uso contnuo) que sero levadas em conta e como elas caracterizam o processo de

seleo de plsticos.

Como ponto de partida, as funes operacionais (definidas pelo ambiente), sero correlacionadas

s propriedades intrnsecas dos plsticos - propriedades imediatas e de uso contnuo, e

nortearo o processo inicial de seleo de dado plstico de engenharia.

Assim, nos exemplos que o trabalho abordar, algumas propriedades imediatas consideradas

mais importantes, podero ser utilizadas para montagem de uma tabela ferramental comparativa

para a organizao do processo (propriedades e funes), como a seguir:

- A Densidade (leveza)

- A Resistncia trao (resistncia ao estiramento)

- O Mdulo de flexo (rigidez)

- A Resistncia ao impacto (flexibilidade e tenacidade)

- A Constante Dieltrica e Resistividade Volumtrica (isolao eltrica)

- O Preo relativo (US$/cm)

O mesmo procedimento aplicado s propriedades fsico-termo-mecnicas de prazo e longo

prazo, ou propriedades de uso contnuo, e assim definiro a escolha final em conjunto com

outras consideraes complementares (processamento, formato, massa de produo e etc.) As

62

principais propriedades de uso-contnuo que podero integrar uma lista instrumental bsica,

para ajudar no processo de seleo, a seguir mostrada:

- A Resistncia qumica (leos, combustveis e solventes).

- A Absoro de umidade (flexibilidade e estabilidade dimensional)

- A Fluncia ou Creep (rigidez sob carga em funo tempo)

- A Temperatura de deflexo ao calor (suportar cargas ao calor)

- A Temperatura de transio vtrea (propriedades mecnicas sob calor)

- A Temperatura de uso (manuteno de propriedades)

- A Resistncia abraso (desgaste por atrito)

- A Resistncia a intempries (aparncia superficial e preveno de fissuras)

Ainda assim, um filtro adicional ser utilizado, para simplificar a explicao do processo de

seleo.

Neste trabalho, tomar-se-o como propriedades imediatas, principalmente: o mdulo de flexo

(para caracterizao da rigidez do plstico de engenharia, definindo-se, portanto que quanto mais

alto o seu valor, mais alta a rigidez mecnica), a resistncia ao impacto (denotando o trabalho

necessrio para romper um corpo de prova durante um esforo de rasgamento ao impacto, e

quanto maior o seu valor maior sua resistncia ao impacto e tenacidade), as caractersticas

dieltricas, alm, claro, do preo relativo do plstico de engenharia (US$/cm). No que

concerne s propriedades de uso contnuo, tomar-se-o algumas, outras no (dependendo do

componente), mesmo assim vale comentar as seguintes: resistncia qumica (a hidrocarbonetos e

solventes, que no requer maiores elucidaes, j que o plstico de engenharia ou fortemente,

medianamente, ou quase inerte ao contato com estas substncias, ocasionando perdas de peso e

medidas); temperatura de deflexo ao calor (que denota a medida de rigidez submetida

temperatura na qual h uma deflexo de 2% a 5%, e em termos prticos representaria a

63

temperatura na qual o plstico comea a se deformar, comprometendo sua forma original, e

quanto maior esta resistncia melhor o comportamento do plstico de engenharia sob calor e

carga); temperatura de uso (que expressa a temperatura do ar na qual um material retm 50% das

suas propriedades aps 10.000 horas de exposio contnua); temperatura de transio vtrea

(TG) importante nas aplicaes automotivas submetidas ao calor, e finalmente; fluncia (que

pode ser tomada como a porcentagem de deformao sob carga, em temperatura ambiente, sob

longos perodos de tempo, e assim quanto maior o seu valor, maior ser a resistncia do plstico

de engenharia deformao).

3.2 Escolha dos Plsticos de Engenharia para a Seleo

A proposta deste trabalho definir um mtodo vivel, relativamente simples, e que os

engenheiros de desenvolvimento e/ou projetistas das empresas automotivas (OEM) e de

autopeas possam aplicar, nos seus esforos rotineiros de reduo de custos de componentes de

veculos populares, para selecionar o candidato ou os candidatos de plsticos de engenharia (entre

as centenas disponveis atualmente), mais adequados ao desempenho esperado por um dado

componente. Assim, a preocupao recai sobre o processo inicial de seleo desses plsticos. No

se trata, portanto, apenas de se modificar um mtodo pouco consistente, mas antes, diminuir os

custos dos processos iniciais de seleo, quer por reduo de erros, quer por economia de tempo

ou ainda tornando mais objetivo o processo de escolha de um bom candidato a cumprir as

especificaes de maneira eficaz (atendendo s necessidades funcionais, tcnicas s e de

viabilidade econmica).

64

Para este trabalho, no que concerne escolha dos plsticos candidatos ao processo de seleo, a

proposta foi considerar aqueles que mais comumente esto presentes nas especificaes e

desenhos da indstria automobilstica, e destinados ao processo por injeo.

Definindo-se este caminho, importante perceber que tais plsticos, tambm so os mais comuns

nas especificaes corriqueiras dos sistemistas e sub-sistemistas.

Pode-se assim, utilizar como ponto de alinhamento bsico, uma discusso mais prtica sobre os

principais plsticos de engenharia, que sero aqui estudados.E talvez a maneira mais simples

de categoriz-los, seria consider-los como um grupo formado por diferentes famlias, os Nylons

66 e 6, por exemplo, que por sua similaridade de propriedades podem ser simplesmente

designados por Nylons (tomados em suas verses sem reforo, reforados com fibras de vidro e

carregados de mineral); os Poliacetais (englobando suas verses homopolmero e copolmero); os

polisteres termoplsticos (PBT e PET) em suas verses carregada com fibras de vidro e

mineral, e elastomricas e o Policarbonato (PC).

Ainda, apenas para meno, h pouca requisio (no mbito dos veculos populares) para as

chamadas especialidades de engenharia ou plsticos de engenharia de alta performance, como

o poli-sulfeto de fenileno reforado PPS, a Poli-ftalamida reforada (PPA), a Poli-imida (PI), o

Pol-eter-imida (PEI), o Poli-ter cetona (PEK), e etc. Desta forma, este grupo no ser tratado

neste trabalho.

Entretanto como contraponto aos plsticos de engenharia, faz-se importante considerar dois

plsticos comuns, e que permeiam as especificaes para componentes menos estruturais na

indstria automobilstica, e esto muitas vezes, entre as dvidas mais persistentes na deciso do

plstico a ser escolhido devido ao seu relativo baixo preo.

Desta maneira, este trabalho tambm contemplar um Polipropileno carregado com 40% de carga

mineral, e um ABS de mdia viscosidade. No obstante, os materiais aqui exemplificados, os

65

mesmos no devem ser tomados como membros de uma lista definitiva, e cabe ao engenheiro ou

projetista a incluso de outros materiais, que por ventura acreditem sejam convenientes a

processo de seleo especfico.

3.3 Relao entre Funes do Produto e Propriedades dos Plsticos de Engenharia

3.3.1 reas Exteriores

A utilizao de plsticos para uso em reas exteriores cada vez mais importante, principalmente

devido necessidade de estilos modernos e arredondados, em parte para reduzir o peso do

automvel visando diminuir o consumo de combustvel. Nas aplicaes exteriores, os plsticos

de engenharia no so expostos a solicitaes mecnicas apenas, mas tambm aos raios Ultra-

Violetas e ainda aos detergentes (para limpeza). Tambm, so mandatrios os aspectos estticos

como o acabamento de superfcie.

Deste modo, a esttica curvilnea de lentes de faris e de pra-brisas presentes no mercado, so

atraentes aos olhos dos consumidores, mas demandam alta tecnologia (no mbito do mercado

automotivo) para serem concebidos.

o caso tambm, de alguns componentes que sero apresentados na rea de exteriores, neste

trabalho, como as mscara e a moldura para os sistemas de faris, que tem no seu acabamento

espelhado, a funo de prover beleza, como determinante, e que faz o consumidor final, at

escolher um automvel pelo formato e beleza de seu sistema de faris.

Assim, neste trabalho, definem-se as principais funes que componentes exteriores devem

exercer durante sua operao, e que se relacionam com as principais propriedades (imediatas e de

uso contnuo) dos plsticos de engenharia dos quais sero fabricados (Tabela 9).

66

Tabela 9 Funes e propriedades para componentes em reas exteriores do automvel.

Principais Funes do Produto

(Componentes Exteriores)

Propriedades Relacionadas s

Funes do Produto

1- Prover Estabilidade Dimensional Baixas: Absoro de Umidade e Contrao

2- Resistir ao Estiramento Altas: Resistncia Trao e Resistncia Fluncia por Trao

3- Suportar Vibraes / Choques Mecnicos

Altos Impactos Izod e Charpy

4- Prover Rigidez, Suportar Montagem Alto Mdulo de Flexo

5- Suportar Cargas Altas: Resistncia Flexo, Alongamento na Ruptura; Resistncia Fadiga e Fluncia (cargas cclicas);

6- Resistir aos Riscos, Prover Superfcie s/ rugosidade

Alta Dureza Superficial (Rockwell)

7- Resistir aos Detergentes / Solventes Alta Resistncia Qumica

8- Facilitar Pintura e Decorao (Gravao, Colagem e etc...)

Baixa Resistncia Qumica

9- Facilitar Metalizao, Cromao e Soldagem

Alto Ponto de Fuso

10- Prover timo Aspecto Superficial, e Prover Beleza

Alta Resistncia a Intempries / Oxidao

11- Prover Leveza (Economia de Combustvel e Menor Desgaste do Conjunto Suspenso), Reduzir Custos

Menor Densidade, Menor Custo Relativo

67

3.3.2 reas Do Habitculo do Motor

A presena de altas temperaturas a caracterstica principal para aplicaes no habitculo do

motor, assim j h compartimentos de motor, onde as temperaturas j ultrapassam os 160C (no

futuro alcanaro temperatura acima de 190C). Apenas esta condio por si, j suficiente para

limitar a quantidade de plsticos que podem ser utilizados nesta rea. Isto porque, as solicitaes

mecnicas e trmicas so grandes e os componentes esto em contato com leos, combustveis e

fludos de freio e refrigerantes do motor. Tambm esto expostos a vibraes severas e

constantes, e foras de acelerao, em alguns casos superiores a 40 G durante o funcionamento

do veculo.

Em geral, os componentes nas reas do habitculo do motor, podem ser divididas em quatro

grupos: componentes expostos ao ar quente (exemplos: ventiladores do motor, carcaa do filtro

de ar, coletor de admisso); componentes expostos ao calor e fludos refrigerantes (exemplos:

tanques de radiadores, carcaas de bomba dgua, trocadores de calor); componentes expostos ao

ar quente e a lubrificantes (exemplo: mancais e rolamentos do sistema de transmisso); e

componentes expostos aos combustveis (exemplos: carcaa do injetor de combustvel, galeria de

combustvel). Neste trabalho, sero considerados os quatro grupos como um todo, j que o

propsito o de demonstrar os critrios de seleo de plsticos de engenharia como ferramenta

de uso geral.

Assim, a seguir, lista-se as principais funes que componentes exteriores devem exercer durante

sua operao, e que se relacionam com as principais propriedades (imediatas e de uso contnuo)

dos plsticos de engenharia dos quais sero fabricados (Tabela10).

68

Tabela 10 Funes e Propriedades para componentes do habitculo do motor do automvel.

Principais Funes do Produto

(Habitculo do Motor)

Propriedades Relacionadas s

Funes do Produto

1- Prover Estabilidade Dimensional Baixos: Absoro de Umidade, Contrao na Moldagem, e Coeficiente de Expanso Trmica (altas temperaturas)

2- Resistir ao Estiramento Altas: Resistncia Trao, Resistncia Fluncia por Trao

3- Suportar Vibraes / Choques Mecnicos, Reduzir Rudos

Altos Impactos Izod e Charpy, Alongamento na Ruptura

4- Prover Rigidez, Suportar Montagem Alto Mdulo de Flexo

5- Suportar Cargas Altas: Resistncia Flexo, Alongamento na Ruptura; Resistncia Fadiga e Fluncia (cargas cclicas); Temperatura de Deflexo ao Calor (cargas temperatura elevada)

6- Prover Flexibilidade Alto Alongamento na Ruptura (%)

7- Proporcionar Manuteno de Propriedades

Altos ndices de Temperatura UL

8- Suportar Desgaste Alta Resistncia abraso

9- Resistir ao atrito Baixo Coeficiente de Frico

10- Resistir aos Combustveis Alta Resistnc

Critérios Na Seleção de Plásticos de Engenharia Para Aplicações Em Veículos

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