Substituição De Metais Por Polímeros

SUBSTITUIÇÃO DE METAIS POR POLÍMEROS

NA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA

 

1. INTRODUÇÃO

Os metais são utilizados pela indústria automotiva em larga escala. Contudo, com demandas cada vez mais rigorosas no que diz respeito ao desenvolvimento sustentável, tanto do ponto de vista econômico como ambiental, surgiu a necessidade de se utilizarem novos materiais. E é nesse sentido que os polímeros são vistos como alternativa.

 

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. CLASSIFICAÇÃO

Os polímeros se dividem em três categorias:

• Termoplásticos;

• Termorígidos (ou Termofixos); e

• Elastômeros (Borrachas).

Os comerciais são denominados plásticos ou termoplásticos (plásticos de massa, plásticos de engenharia e plásticos especiais). No entanto, recentemente eles não se restringem somente as suas utilizações, ainda que seja a principal característica, mas também em seus retornos, como, por exemplo, econômico, que é um viés importante no que diz respeito à atividade dos engenheiros, e também em sua competitividade quando comparados com os metais, materiais tradicionalmente empregados em larga escala na indústria automotiva.

Na pirâmide dos plásticos existem os plásticos de massa na base, cuja escala de consumo anual é da ordem de grandeza de milhões de toneladas. Mais acima, com um desempenho superior ao dos plásticos de massa, estão os plásticos de engenharia, os quais são amplamente utilizados na indústria automotiva. E no topo desse conjunto estão os plásticos especiais, com usos mais restritos.

2.2 PROPRIEDADES FÍSICAS

 MATERIAIS LEVES :

Devido a suas baixas densidades (alta porosidade), pouco abaixo de 1, em torno de 0,97, são materiais que, com essa característica, se adéquam bastante para aplicações na indústria automotiva, devido ao anseio de se reduzirem a massa dos componentes utilizados na fabricação dos diversos veículos.

 PROPRIEDADES MECÂNICAS:

Os polímeros possuem alta ductilidade, o que lhes confere grande flexibilidade, o que permite se desenvolverem moldes com variadas formas. Outras duas propriedades interessantes no desenvolvimento de automóveis envolvem o fato de os alguns polímeros, como o policarbonato, utilizado nos faróis de automóveis, possuírem considerável resistência ao impacto e transparência, permitindo assim a passagem da luz. Contudo, existe um revés no emprego de polímeros nesse caso, pois eles possuem reduzida resistência à abrasão e a solventes, como, por exemplo, acetona (2-propanona).

 TEMPERATURA DE PROCESSAMENTO:

A maior parte dos polímeros utilizados nas indústrias possuem baixas temperaturas de processamento, sendo feitas suas conformações em faixas de temperatura no intervalo da temperatura ambiente até 250° C. Em alguns casos restritos de plásticos especiais as temperaturas chegam a 400° C. Essa propriedade, que conduz ao baixo consumo de energia por parte do meio industrial, permite que esses materiais possuam baixos custos de produção e com isso sejam economicamente competitivos quando comparados ao metais.

 ADITIVAÇÃO:

Por meio do método de aditivação é possível realizar o ajuste fino de propriedades. Adicionar cargas inorgânicas minerais inertes, como carbonato de cálcio (CaCO3) permite a redução dos custos das peças sem o comprometimento das propriedades. Nos pneus dos veículos, por exemplo, o negro-de-fumo, pode ser utilizados para elevar a resistência mecânica e a resistência ao ataque por ozônio e por raios ultravioletas (UV). Alguns aditivos, conhecidos como plastificantes, tornam os polímeros mais flexíveis e tenazes, sendo por exemplo empregados na produção de tapetes de PVC.

 CONDUTIVIDADE ELÉTRICA:

Por não possuírem elétrons livres, devido às ligações covalentes típicas desse tipo de material, os polímeros tipicamente possuem baixa condutividade elétrica. Isso permite que eles sejam comuns em aplicações que requerem isolamento elétrico. Em 2000, no entanto, alguns cientistas conseguiram desenvolver em laboratórios polímeros com elevada condutividade elétrica e com isso foram laureados com o Nobel de Química.

 RESISTÊNCIA À CORROSÃO:

Graças ao tipo de suas ligações químicas (covalente e Van der Waals), os polímeros possuem elevada resistência à corrosão por oxigênio e a outros produtos químicos quando comparados aos metais. Contudo, eles não são imunes ao problema da corrosão, sendo tipicamente atacados por solventes orgânicos cujas estruturas orgânicas sejam similares as suas.

 RECICLABILIDADE:

Os polímeros termorrígidos e as borrachas não podem ser reciclados diretamente devido à característica de não poderem ser refundidos ou depolimeralizados. Já para os termoplásticos, ainda que tecnicamente possível, em alguns casos não é economicamente viável reciclá-los devido ao baixo custo e à baixa densidade desses materiais. Comparativamente com o caso do alumínio, muitas vezes é mais interessante que se recicle o metal, em detrimento do polímero. Entretanto, para os polímeros termoplásticos de massa, como são consumidos em larga escala, a situação se inverte e passa a ser frequente sua reciclagem. Um problema adicional é o fato de que, após esse processo, eles serem considerados materiais de segunda classe, o que não se dá no caso dos aços e alumínios. Mesmo assim, ainda que não seja possível efetuar a reciclagem dos polímeros, para a geração de energia é admissível a queima desses materiais em alto-fornos ou incineradores. Porém, considerando o viés da sustentabilidade ambiental esse processo precisa de certos cuidados devido a emissões de gases de efeito estufa e alguns gases tóxicos derivados da queima de polímeros com halogênios.

 

3. RESULTADOS

Junto à revisão bibliográfica, foi realizado um acompanhamento das atividades das três equipes universitárias ligadas ao curso de Engenharia Mecânica da Universidade de Brasília, a saber: Apuama Racing, com atividades destinadas à Fórmula SAE, Draco Volans, com atividades destinadas ao desenvolvimento de aerodesign e Piratas do Cerrado, com atividades destinadas ao desenvolvimento de veículos do tipo mini Baja. Contudo, foi constatado que em nenhuma das três são utilizados polímeros isoladamente, mas sim o que se denominam compósitos. Por exemplo, na equipe de mini Baja, no tanque de combustível, utiliza-se a fibra de vidro associada a um polímero. O uso dos compósitos se devem em alguns casos ao aumento de propriedades mecânicas.

Seguindo o levantamento das pesquisas e do mercado atual da indústria automotiva foi possível elencar aplicações dos polímeros nesse setor. Os coletores de admissão dos veículos, por exemplo, que anteriormente eram feitos de ferro fundido ou alumínio, passaram a se valer do uso de polímeros, principalmente os de concepção europeia com o uso de náilon. Já para aplicações que requerem propriedades de resistência térmica e mecânica, como peças que vão sob o capô e peças mecânicas internas e externas – alavancas de freio de mão, pedais e corpos dos retrovisores -, a poliamida foi a novidade na substituição de polímeros pelos tradicionais metais.

Segundo Francisco Ferraroli, da Rhodia Engineering Plastics South America, em 2003, cerca de 10% em peso do veículo já eram devidos ao uso de plásticos ou termoplásticos. O polipropileno se enquadrava numa parcela de 41% desse total, 20% eram poliamida, 14% de ABS, seguidos por iguais parcelas de 6% de policarbonato e de poliacetal, o PBT chega a 5%, o PMMA compõe 2% e os 6% restante se devem a outros polímeros em menores escalas. Ainda segundo o mesmo autor, o veículo americano leva, de toda a massa polimérica empregue em sua composição, 38% em peças internas, 29% são peças da carroceria. Sob o capô a quantidade é de 10% e no sistema de powertrain e no chassi são 23%. A seleção de materiais chegou a 47% de uso de PVC, 20% de polipropileno, 5% de poliuretano e os outros 28% se devem a materiais variados e não-plásticos.

Ainda neste mesmo ano, no Brasil, a indústria de plásticos de massa se encontrava numa situação de produção de um décimo do que se era feito nos Estados Unidos. Já para os plásticos de engenharia, essa relação de produção era ainda menor, variando entre 2% e 2,5%, e em alguns casos chegava a 1%. Contudo, para a poliamida, o Brasil produzia uma parte para cada 27 partes dos Estados Unidos.

Na indústria automotiva, um fator, ainda que não seja de grande peso, é o desejo de se manter os produtos com a aparência de novos durante o maior tempo possível. Por exemplo, é uma vontade das empresas que os seus clientes sintam o odor característico de carro novo durante um longo período. Nos veículos mais antigos, a formação de formaldeído, devido à exposição dos plásticos à radiação UV, era um problema, pois fazia com que esse cheiro de produto novo se perdesse. Até o uso de pigmentos para modificar a coloração dos polímeros também gerava formaldeído. Mais recentemente esses dois casos foram reduzidos com o acréscimo de aditivos, e a perda do odor se deve mais a perda de material volátil do que por formação de formaldeído. Essa solução se deveu principalmente a uma demanda normativa europeia, a VDA 275 da Federação dos Fabricantes Automotivos da Europa. Esse composto é liberado devido à polimeralização do poliacetal, tanto o homopolímero quanto o copolímero. O poliacetal é matéria-prima de peças internas aparentes, telas de alto-falante, botão de travamento do encosto do assento e de algumas engrenagens e acionamento do vidro. O poliacetal ainda está envolvido com a questão de reciclagem dos polímeros. Os filtros de combustível podem ser feitos desse material polimérico, contudo a tela, que era feita de uma malha de outro material, frequentemente de poliamida, dificultava o processo, pois era preciso separar os dois materiais para se realizar o processo. Atualmente essa dificuldade foi superada e agora o poliacetal pode ser empregado também nos não-tecidos, conhecidos como non-wovens, e, como o elemento filtrante e a estrutura passaram a ser feitos do mesmo material a reciclagem se realiza de uma forma mais fácil e barata, elevando esse material mais uma vez ao posto de competitividade econômica com os metais.

 

4. CONCLUSÕES

Os metais continuam sendo tradicionalmente empregados como elementos estruturais e ainda que os compósitos tenham elevado a parcela do uso, principalmente devido ao advento das fibras de vidro e de carbono, os polímeros isoladamente ainda possuem utilização substancialmente expressiva na fabricação dos produtos da indústria automotiva. Muitos são os fatores que levam a isso, como por exemplo a redução de massa dos veículos, o que retira parte do custo de produção e também o consumo de combustível, tornando-os competitivos do ponto de vista econômico. As propriedades físicas, como por exemplo as resistências mecânica, térmica e à corrosão também constituem características fundamentais para que seja feita, também do ponto de vista técnico, a substituição dos metais pelos polímeros. A realidade vista e obtida pelas pesquisas científicas é que as indústrias buscam materiais alternativos de forma a maximizarem seus lucros, mas também atenderem às demandas legislativas, normativas e ambientais.

 

5. BIBLIOGRAFIA

Substituição de metais por polímeros. SciElo.

< http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0104-14282003000100003&script=sci_arttext >.

Último acesso em 03 de novembro de 2013.

Introdução aos plásticos.

< http://www.gorni.eng.br/intropol.html>.

Último acesso em 03 de novembro de 2013.

Estrutura molecular dos materiais poliméricos.

< http://www.demar.eel.usp.br/polimeros/Estrutura_Materiais_Polimericos.pdf>.

Último acesso em 03 de novembro de 2013.

Coletor de admissão em poliamida reduz custos e aumenta desempenhos.

< http://www.jorplast.com.br/jpago01/pag12.html>.

Último acesso em 03 de novembro de 2013.

CALLISTER, Jr., William D., 1940 – Fundamentos da ciência e engenharia de materiais: uma abordagem integrada. LTC. Rio de Janeiro, 2011.