Componentes poliméricos de alto desempenho para a indústria automóvel

Abstract

Atualmente, a utilização e as diversas aplicações de materiais poliméricos seguem tendências crescentes, pelo que se torna necessário aprofundar a compreensão do seu comportamento e funcionalidades. Neste contexto, na presente dissertação analisa-se a fabricação e características de rolamentos poliméricos para a suspensão automóvel. Estes rolamentos visam a substituição dos clássicos rolamentos metálicos. Esta substituição tem por objetivos garantir a melhoria do funcionamento dos rolamentos, bem como o seu usufruto, contribuindo para um maior conforto e segurança dos passageiros e para uma redução do peso do veículo, com consequente diminuição do consumo do combustível e melhoria da eficiência. Sendo o poliacetal (POM) e a poliamida (PA) considerados polímeros de alto desempenho, estes polímeros reúnem boas características para aplicação na fabricação de dispositivos com funcionalidades exigentes como é o caso dos rolamentos. O presente trabalho aborda o estudo de algumas das suas propriedades, de modo a obter informações relevantes quanto à respetiva aplicação em rolamentos de suspensão, tendo como foco principal a análise da matéria-prima utilizada. Deste modo, alteraram-se as formulações variando-se os teores de material virgem e reciclado, estudou-se o ser comportamento mecânico, reológico e térmico: fizeram-se análises reológicas através do estudo do MFI a fim de se obterem informações complementares ao estudo mecânico, realizaram-se análises térmicas para avaliar a possibilidade de degradação térmica do material e, no caso da PA66-30GF, recorreu-se à microscopia eletrónica de varrimento para se estudar os aspetos microestruturais deste compósito reforçado com fibra de vidro. Adicionalmente, procedeu-se à análise da rugosidade superficial dos componentes dos rolamentos e quantificou-se o torque dos mesmos. A partir dos estudos anteriores, foi possível concluir que o POM apresenta um comportamento mecânico estável mesmo utilizando uma formulação com 100% de material reciclado. Este comportamento não se verificou na PA6630GF, dado que as suas propriedades mecânicas são afetadas de forma significativa pelo teor de reciclado na formulação. Com o estudo do torque determinou-se o valor limite do momento de torsão do rolamento que garante o seu bom funcionamento e eficácia.

Currently, the use and the diverse applications of polymeric materials are showing growing trends, and so it is necessary to look more closely to their behavior and functionalities. In this context, in this thesis we analyze the manufacture and characteristics of polymeric bearings for the automobile suspension, aiming to replace the traditional metal bearings. This replacement will ensure the improved functioning of bearings as well as their use, concurring to greater comfort and safety of passengers while reducing the vehicle weight, thus decreasing fuel consumption and improving efficiency. As the polyacetal (POM) and the polyamide (PA) are considered high performance polymers, they aggregate good characteristics for use in the production of devices with demanding features such as bearings. This study addresses some of its properties, in order to obtain relevant information about the application of the referred polymers in suspension bearings, focusing mainly on the analysis of the used raw material. Thus, different polymer formulations with various ratios of virgin and recycled polymers were characterized in terms of mechanical, reological and thermal behavior: mechanical behavior was studied changing the formulations of virgin and recycled materials; rheological analyzes were made through the MFI studies in order to obtain complimentary information to the mechanical study, thermal analysis were conducted to evaluate the possibility of thermal degradation of the material and, in the case of PA66-30GF, scanning electronic microscopy was used to access the microstructure of the composite reinforced with glass fiber. In addition, the surface roughness of the bearing components was analysed and torque was quantified. The obtained results allowed to conclude that POM presents a stable mechanical behavior regardless the percentage of recycled material in the composition. Regarding PA66-30GF, this composite showed a different behavior as its mechanical properties are clearly affected by the amount of recycled material used in the composition. The study of the moment of torsion allowed to determine the limit value that ensures a proper functioning and efficiency of the bearing.