Seleção De Materiais Para Carcaça De Notebooks

1. Introdução

A combinação do alumínio e do plástico para a produção da maioria das carcaças de notebooks dá-se devido às vantagens apresentadas por ambos. O plástico não apresenta condutividade térmica, sendo indicado para a parte inferior do equipamento enquanto o alumínio apresenta as características indicadas para a parte superior: resistência à corrosão, condutor térmico, elétrico, propriedade antimagnética e baixa densidade. Entretanto, apesar do alumínio ser rentável para reciclar, o plástico apresenta certa complexidade: pode haver uma mistura de polímeros na composição da carcaça e 3% do material está contaminado por compostos tóxicos, tal como bromo, utilizado para retardar as chamas [4].

Uma solução simples seria produzir toda a carcaça de alumínio, tal como é feito no Samsung 900X3D. Entretanto, devido à sua condutividade térmica, a parte inferior do equipamento poderia atingir mais de 50°C, como é o caso do ultrabook, o que causaria um desconforto ao utilizar o computador no colo. O mesmo ocorre com o MacBook, feito de alumínio anodizado, uma vez que a anodização não afeta a condução do calor do metal.

Dessa forma, o objetivo deste trabalho é identificar um material que possa substituir o alumínio e o plástico na fabricação da carcaça de notebook e que tenha uma boa condutividade térmica, seja reciclável, de baixa densidade, apresente propriedades antimagnéticas, alta resistência mecânica e baixo custo, uma vez que o tempo de decomposição do plástico é de 450 anos e o alumínio pode causar lesões à pele [5].

1.1. Alumínio

A combinação de propriedades apresentadas pelo alumínio faz com que ele seja considerado um dos mais versáteis materiais utilizados na engenharia. Com um ponto de fusão relativamente baixo (660°C) quando comparado ao do aço (1570°C), o alumínio apresenta baixa densidade, sendo seu peso específico aproximadamente 5% do peso do aço, resistência à corrosão, condutividade elétrica, térmica, refletividade, propriedade antimagnética [6].

Além disso, é um material mais barato de se reciclar do que produzir, uma vez que o alumínio reciclado consome 95% menos de energia para ser produzido do que o alumínio primário sem que haja perda das suas características básicas e qualidade [7]. A tabela 1 apresenta uma comparação das principais propriedades físicas entre o alumínio, o aço e o cobre.

Figura 1 – Ultrabook Samsung 900X3D.

Tabela 1 - Comparação das principais propriedades físicas entre o alumínio, aço e cobre.

Propriedades físicas típicas Alumínio Aço Cobre

Densidade (g/cm³) 2,70 7,86 8,96

Temperatura de fusão (°C) 660 1500 1083

Módulo de elasticidade (MPa) 70000 205000 110000

Coeficiente de dilatação térmica (L/°C); 23×10−6 11,7×10−6 16,5×10−6

Condutibilidade térmica a 25°C (Cal/cm/°C) 0,53 0,12 0,94

Condutibilidade elétrica (%IACS) 61 14,5 100

Fonte: Associação Brasileira do Alumínio

1.2. Alumínio anodizado

Uma das vantagens da anodização do alumínio é o aumento da durabilidade, uma vez que, quando anodizado em soluções ácidas tais como ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido oxálico ou ácido crômico, uma camada porosa de óxido é formada sobre a superfície, sendo capaz de absorver líquidos, compostos orgânicos e corantes, além de tornar-se uma película protetora, estabilizando o processo de oxidação e impedindo que esta se prolongue após a anodização [8]. Apesar de a oxidação alterar a estrutura da molécula para que se torne mais forte do que o aço, a condução de calor não é afetada, sendo o alumínio anodizado um bom condutor térmico [9].

O processo de anodização dá-se da seguinte forma: o metal é ligado a um pólo elétrico positivo e mergulhado em um banho eletrolítico em que ele se torna o ânodo da reação e é formado à sua superfície um óxido, que será a película protetora. O pólo negativo é ligado a uma peça de carbono, aço inoxidável ou outro metal não sensível à reação (cátodo).

Como o processo não apresenta solventes orgânicos nem metais pesados na sua realização, não há contaminação do alumínio, e, portanto, ele ainda pode ser reciclado. Isso torna esta técnica um dos processos menos agressivos para o meio ambiente. A tabela 2 mostra como a absorção e emissão de radiação é afetado pela anodização do alumínio e sua coloração.

Figura 2 – Exemplo de Alumínio anodizado colorido

Tabela 2 - Absortividade e emissividade de radiação do alumínio em função do acabamento superficial.

Absortividade Emissividade

Anodização Preto 0.86 0.86 1.00

Anodização Azul 0.67 0.87 0.77

Anodização Bronze 0.73 0.86 0.85

Anodização Verde 0.66 0.88 0.75

Anodização Vermelho 0.57 0.88 0.65

Anodização Amarelo 0.47 0.87 0.54

Anodização Natural 0.35 0.84 0.42

Sem Anodizar 0.26 >>0.04<< 6.50

Dados determinados pela NASA

Fonte: HS Beneficiamento de Alumínio Ltda.

1.3. Polímeros

Um dos polímeros mais utilizados para a produção de carcaça de notebooks é o poliestireno (PS), um termoplástico duro, amorfo e transparente. Por ser de baixo custo e apresentar fácil processamento, esse polímero é muito atrativo para a indústria, apesar de sua baixa resistência mecânica e a solventes orgânicos. Porém, quando blendado, o poliestireno dá origem ao Acrilonitrila-Butadieno-Estireno (ABS), que é resistente ao impacto, possui bom aspecto visual, boa resistência à tração e fácil moldabilidade [10].

No caso do ABS, cada monômero é responsável por uma característica diferente, bastando-se alterar a quantidade de cada um para obter a propriedade física desejada. A figura 3 mostra a funcionalidade dos monômeros que compõe o ABS:

Figura 3 – Funcionalidade dos monômeros