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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

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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

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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.

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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.

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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.

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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].

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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

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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..

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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.

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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.

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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.

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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

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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.

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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)

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9.Anexos