Relatório Projecto FEUP - web.fe.up.ptprojfeup/cd_2010_11/files/MMM507_relatorio.pdf · Aumento da...
Transcript of Relatório Projecto FEUP - web.fe.up.ptprojfeup/cd_2010_11/files/MMM507_relatorio.pdf · Aumento da...
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
Relatório Projecto FEUP 2010
1
Índice
Índice ................................................................................................................................... 1
Índice de imagens ............................................................................................................... 1
1. Resumo ........................................................................................................................... 2
2.Palavras chave .................................................................................................................. 2
3.Introdução ........................................................................................................................ 3
4. Polímeros ........................................................................................................................ 4
5.Polímeros e Automóveis .................................................................................................. 5
5.1. Polímeros no automóvel .......................................................................................... 5
5.2. Polímeros no sistema de segurança de um automóvel ........................................... 6
5.3. Vantagens da utilização de polímeros nos automóveis ........................................... 7
6. Processos de Fabrico ....................................................................................................... 9
7. Conclusão ...................................................................................................................... 10
8.Bibliografia ..................................................................................................................... 12
9.Anexos ............................................................................................................................ 13
Índice de imagens
Poliestileno formado por cadeia de estileno. ..................................................................... 4
Vantages e Desvantagens do uso de polímeros [3] .............. Erro! Marcador não definido.
Relatório Projecto FEUP 2010
2
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.
Relatório Projecto FEUP 2010
3
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.
Relatório Projecto FEUP 2010
4
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].
Relatório Projecto FEUP 2010
5
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
Relatório Projecto FEUP 2010
6
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.
5.2. 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..
Relatório Projecto FEUP 2010
7
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 Desvantagens
Redução de peso
Redução da emissão de CO2
Deteorização por acção térmica e ambiental
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
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.
Relatório Projecto FEUP 2010
8
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.
Relatório Projecto FEUP 2010
9
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.
Relatório Projecto FEUP 2010
10
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 1960.
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 30.000 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
Relatório Projecto FEUP 2010
11
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.
Relatório Projecto FEUP 2010
12
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. 2009.
http://polymerics.tripod.com/ (acessed October 15, 2010).
[3] HEMAIS, A. Carlos. 2003. POLÍMEROS E A UNDÚSTRIA AUTOMOBILÍSTICA. Polímeros:
Ciência e Tecnologia. Abril-junho, vol. 13, número 002.
http://redalyc.uaemex.mx/pdf/470/47013207.pdf(acessed October 15, 2010).
[4] KREBS, Rob. 2010. Aumotive Plasticshttp. http://www.plastics-car.com/ (acessed
October 15, 2010)
Relatório Projecto FEUP 2010
13
9.Anexos