LAND TRANSPORTATION APPLICATIONSDouglas L. Denton

Nomes: Douglas C. Oro Colombo Edgar Ness Filho

IntroduoO uso de materiais compsitos em veculos de transporte esta aumentando continuamente devido o seu desempenho superior aos materiais convencionais. Hoje, so usados intensivamente em carros de passageiros, furges e caminhes. H novas aplicaes que exigem nveis de desempenho estruturais maiores, como por exemplo, em vages de trem, veculos de transporte e em veculos militares, oferecendo novas oportunidades para os materiais compsitos.

IntroduoMuitas empresas esto usando os materiais compsitos, pois eles tem um baixo custo de manufatura e investimento, reduzem o numero de peas em montagens, reduzem o peso, e possuem excelentes propriedades mecnicas, timo acabamento superficial 'Classe A', excelente durabilidade, tima resistncia a corroso, boa absoro de barulhos , boa flexibilidade e tima estabilidade dimensional.

Introduo

Os compsitos tipicamente usados em veculos de transporte consistem em polmeros termoplsticos reforados com fibras de vidro tipo-E. Freqentemente estas combinaes tambm contm reforos com cargas minerais. Existe tambm compsitos que possuem fibras com alto modulo, como a de carbono, estes compsitos possuem um custo muito alto sendo utilizadas somente em aplicaes especiais.

IntroduoDurante os ltimos 50 anos, o uso de compsitos aumentou, passando de aplicaes de baixo-desempenho para aplicaes mais exigentes que requerem um excelente acabamento superficial, altas propriedades mecnicas, resistncia a altas temperaturas e uma elevada durabilidade. Com o aumento da demanda e reduo do peso dos veculos, esperado que o uso de compsitos em veculos de transporte terrestre aumente muito nas prximas dcadas, reduzindo os custos de investimento e obtendo uma maior competitividade.

MercadoO constante crescimento da utilizao de materiais compsitos para veculos de transporte atribudo principalmente ao desenvolvimento de novas aplicaes. Desde o final de 1960, ate meados de 1990 o uso dos compsitos nos EUA, mais do que quadruplicaram, e desde 1980 o mercado se expandiu em um ritmo muito rpido. A utilizao de compsitos em veculos representa mais de (30%) do segmento dos compsitos, atingindo 430 000 toneladas em 1994, de acordo com a SPI Instituto de Compsitos.

MercadoPara que um compsito substitua os materiais deve fornecer todas as funes requeridas pelo material, a um custo competitivo. Devido a fortes foras competitivas na indstria de transporte os fabricantes raramente pagam a mais por um novo material sem que ele atenda ou supere as funes alm das exigncias da pea. Portanto, os compostos devem alcanar rentabilidade para o uso a longo prazo em veculos de transporte.

Mercado

MercadoO preo por peso dos compsitos so geralmente vrias vezes superiores aos metais utilizados em automveis e caminhes. No entanto, quando o custo total de produo dos componentes e da montagem dos veculos considerado, peas em compsitos podem ser igual ou inferior a peas estampadas de ao. O principal fator de compensao do alto custo o menor investimento necessrio para produzir as peas de compsitos em relao ao ao. Para produzir uma pea de material compsito, e necessrio geralmente apenas um molde e uma prensa. Alm disso, os compsitos oferecem a oportunidade de integrar diversas peas em ao formando uma nica pea.

HistriaOs compsitos comearam a aparecer nos carros logo aps a Segunda Guerra Mundial em pequenos componentes sob o cap e interior do carro. O primeiro grande marco foi no Corvette, em 1953, que ostentou painis na carroceria feitos de fibra de polister reforado com fibra de vidro. Os painis foram produzidos com o molde aberto e molde pr-formados at 1972, quando a produo foi convertida para moldagem por compresso (SMC). A inveno do processo SMC e do desenvolvimento de resinas de polister, melhoraram a aparncia da superfcie, foi o que permitiu a proliferao da aplicao dos materiais compsitos.

Histria

HistriaA necessidade de reduzir o peso do veculo atravs da substituio de materiais, e o governo criando leis para a reduo do consumo de combustvel devido a crise do petrleo, gerou um forte desenvolvimento de novos aplicativos para os compsitos no final de 1970. Os compsitos no s ficaram nas peas estticas, mas comeou a ser considerada para o uso em componentes estruturais.

Histria

O Dodge Viper foi o primeiro veculo norte americano que possua painis produzido pela moldagem por transferncia de resina (RTM). Os baixos volumes de produo do Viper (5000 por ano) foram ideais para aplicao de compsitos. A escolha do processo de RTM resultou em um menor custo.

Aplicao em AutomveisEm mdia, os carros produzidos nos EUA em 1994 continham cerca de 50 kg (110 lb.) de compsitos. Em muitos casos, compsitos avanados eram introduzidos por fabricantes de veculos de luxo, com baixo volume de produo antes que eles aparecessem nos carros de alto volume, produzidos por grandes empresas como Chrysler, Ford ou General Motors. Estas empresas muitas vezes vo avaliar um novo aplicativo em um veculo de baixo volume ou em um segmento personalizado antes de produzir em alto volume.

Aplicao em Carrocerias

Os Compsitos provaram ter muito xito em uma gama muito grande no exterior dos veculos e em painis e usado em centenas de veculo. Excelente acabamento superficial, peas leves, e um coeficiente trmico de expanso prximo do ao fez prosperar as aplicaes de compsitos . O processo SMC e muito utilizado nas aplicaes como em painis horizontais como caps e teto, j o RRIM e utilizado para painis verticais como portas e painis.

Aplicao em CarroceriasPainis compsitos so apropriados para veculos exclusivos e veculos que diferem no design do veiculo, mas eles raramente so empregados em aplicaes de alto-volume. Outro fator que impede o uso de alguns compsitos a sensibilidade a temperatura elevada. Na maioria das operaes de pintura, os painis so sujeitados a uma temperatura de 175-205C (350-400F) por aproximadamente 30 min. seguida por uma eletrodeposio anticorrosiva (E-coat) para a estrutura do ao. S um nmero limitado de compsitos suporta esta mudana dimensional ou distoro de superfcie durante este tratamento de calor.

Aplicao em CarroceriasEnquanto os compsitos so usados no exterior de carros esportivos, h muitas outras aplicaes ainda inexploradas na indstria de automvel. O Lotus Esprit tem toda a sua estrutura produzida pelo processo de VARI (Resina injetada com auxilio de vcuo) isto tudo montado sobre uma armao de ao. A Lotus fabrica carros esportivos com corpos de monocoque produzidos por moldagem de vcuo bag e fibras de vidro tipoE e fibra de vidro S, carbono e Kevlar tambm so utilizadas. A estrutura inteira pesa s 125 kg (275 lb.) e suporta todas as cargas estruturais.

Aplicao em Carrocerias

Aplicao em Carrocerias

Aplicao em Carrocerias

Desde de 1980 umas sries de materiais compsitos so empregados em pra-choques traseiros e frontais. O processo SMC era inicialmente usado. Subseqentemente, os pra-choque tm sido comercializado em SRIM. Os pra-choques dianteiros so feitos de polipropileno reforado com fibra de vidro e so aplicados nas Minivans da Chrysler e tem uma produo de mais de 500 000 unidades por ano.

Chassis

Relativamente os compsitos em aplicao de chassis no tem muito uso, mas o uso tem aumentado devido seu desempenho e durabilidade serem superior aos demais. Uma aplicao que j e usada desde 1981 no Corvette so as molas leafspring. Esta mola e composta de fibra de vidro E com resina epxi substitui um feixe de molas de 10 camadas feita em ao.

Chassis

Chassis

Com a excepcional reduo de peso e uma durabilidade altssima as molas feitas de compsitos so uma das aplicaes que tem um sucesso muito grande em veculos, recentemente tambm vem sendo aplicado em caminhes. As molas compsitas so cinco vezes mais durveis que as de ao, tanto em ensaios de fadiga como em testes de campo. Outras vantagens so a reduo de tamanho, podendo suportar cargas maiores que as convencionais.

Chassis

Outro aplicao de compsitos so as rodas. A introduo comercial de compsito em rodas foi de 1989 Shelby CSX verso modificada do Shadow Dodge. Desenvolvido pela Motor Wheel Corporation, a Fiberide e uma roda que usa uma combinao de estrutural SMC e XMC. Esta roda e composta por uma mistura de fibra de vidro E aleatria e orientada em uma resina ster vinlica. Com o seu peso reduzido, a roda compsita superou as de ao e rodas de alumnio em fadiga.

Chassis

Chassis

A barra do estabilizador da suspenso dianteira foi introduzido em 1994 Ford Taurus e Mercury Sable. Feitos a partir de uma fibra de vidro reforada com o copolmero poliacetal, esse foi o primeiro uso de um compsitos termoplsticos. Esta aplicao no requer pintura e supostamente fornece 42% de reduo de peso e reduo de custos de em 33% sobre o ao substitudo.

TransmissoA aplicao de compsitos na transmisso de potncia ampla e est crescendo. No passado, somente os metais eram considerados para o uso no ambiente exigente do motor e transmisso. Cada vez mais os compsitos esto sendo selecionadas para reduzir o peso e custo, e para melhorar o NVH (rudo, vibrao e rugosidade), e a eficincia do motor, e a resistncia corroso. Coletores de ar esto sendo rapidamente substitudos por termoplsticos reforados com fibras de vidro.

Transmisso

Moldados por injeo os compsitos fenlicos so usados em muitos motores e aplicaes de transmisso por causa da estabilidade dimensional e resistncia fluncia a altas temperaturas. As aplicaes atuais incluem polias, conversor de torque, arruelas de presso, vlvulas , tampas de radiador, comutadores, engrenagens etc.

Transmisso

Embora as vantagens de desempenho das peas de transmisso e eixos de hlice compsitos (menor peso, melhor NVH, maior durabilidade) o custo continua a ser um obstculo ao seu uso. Os projetos mais bem sucedidos usaram fibra de vidro e / ou fibra de carbono envolvendo um tubo de alumnio de pultruso utilizando o processos de ou enrolamento .

Transmisso

Motores experimentais feitos quase que exclusivamente de materiais compsitos , incluindo o bloco, cabea, pisto e cabea, foram testados, e estaro em comercializao no futuro. Alumnio reforado com carbeto de silcio, alumina ou fibras de carbono, oferecem boas propriedades mecnicas e trmicas, com reduo de peso. No entanto, fatores como o alto custo, baixa ductilidade e dificuldades de usinagem tm retardado a comercializao de pecas em MMC.

Interior

As montadoras tem usado de uma forma muita intensa materiais polimricos no interior de carros e caminhes. Algumas excees notveis so assentos, pisos e alguns suportes de instrumentos. Os primeiros compsitos a serem usados foram no Corvette 1975.

Interior

Caminhes

Os compostos so amplamente utilizados na indstria de caminhes pesados para diminuir o peso, e reduzir custos de produo e manuteno, e prolongar a vida til dos veculos. Caminhes leves permitem maior capacidade de carga til e maior economia de combustvel. Uma vez que os caminhes no so geralmente produzidos em grandes volumes, o investimento e menor e favorece as peas feitas de compsitos.

Caminhes

Os compsitos so comercialmente utilizados para todas as superfcies exteriores das cabines de caminhes, defletores de ar, capas, guarda-lamas, tetos, painis laterais de fechamento, caixa de ferramentas e as portas. A Mack Truck introduziu a primeira porta SMC estrutural em 1978 e dois anos mais tarde a GM fez o primeiro uso de fibras contnuas SMC na porta da cabina do caminho Astro . Em 1983, Mack Truck tornou-se o primeiro fabricante a fazer a cabine com compsitos em todas as superfcies exteriores.

Caminhes

Ca

Transporte ferrovirioDurabilidade e peso leve fazem dos compsitos uma alternativa atraente para aplicaes em transportes ferrovirios. Termoplsticos reforado com fibra de vidro foram utilizados em painis para construir um vago para Transportes de automveis , ferrovirios (SMART), para Unio Pacific Railroad. Cada estrutura de trs camadas serve como um rack" para proteger os dezoito automveis de danos e roubo durante transporte para o revendedor. A utilizao de materiais compsitos tambm reduz significativamente o custo de manuteno do rack .

Transporte ferrovirioRevestimentos compsitos so utilizados em vages de transporte para proteger os gros e outros materiais secos que precisam de proteo da umidade. O revestimento, que varia de 15~09 m (3.040 ps) de comprimento, so fabricados por um processo manual de lay-up. Dois prottipos de vages feitos de fibra de vidro /polister, denominado Glasshopper esto em servio desde 1981, sem falhas. Produzido em jointventure com a ACF Industries, Cargill e Southerm Pacific, possuem resistncia corroso, reduo de peso do vago e podem levar mais carga, o problema que so significativamente mais caros que os vages de ao.

Transporte ferrovirio

TRANSPORTE DE PASSAGEIROSOs nibus e sistemas de transporte ferrovirio de passageiros oferecem muitas mais oportunidades para a aplicao de compsitos. Alguns aplicaes so estticas e semi-estruturais foram implementados com sucesso, mas ha poucos exemplos de componentes estruturais. A durabilidade dos compsitos usados em assentos de nibus, metrs, e muito severa devido seu intenso uso.Estes Compsitos tem a estrutura em forma de sanduches, fibra de vidro, espumas, sobre uma estrutura de aramida ou de alumnio, tambm so utilizados em paredes, tetos e pisos em muitos veculos europeus de transporte de passageiros. Estes painis rgidos so muito leves e o uso de compsitos com resinas fenlicas atende as normas de preveno de incndio.

TRANSPORTE DE PASSAGEIROSO desenvolvimento de trens de alta velocidade, que atingem velocidades de at 480 kmh (300 milhas por hora), oferecem uma oportunidade para os compsitos, devido necessidade de minimizar peso. A reduo de peso especialmente importante para a levitao magntica (maglev) sistemas onde o veculo est suspenso acima do trilho para fornecer o movimento livre de frico.

TRANSPORTE DE PASSAGEIROS

Aplicaes militares

Aplicaes de compsitos so encontradas em veculos de combate, seu desenvolvimento atual bem sucedido. A guerra moderna exige veculos rpidos e seguros, assim, a reduo de peso, em todos os veculos, incluindo veculos blindados, desejvel. Alm de economia de peso, os compsitos podem, oferecer maior durabilidade, melhor proteo pessoal e baixos custos de produo.

Aplicaes militares

O objetivo do Exrcito e o projeto de um Veculo blindado usando compsitos de alta tecnologia(CAV ATD), e tornar vivel a utilizao de compsitos polimricos na estrutura primria de 20~22 tons, o veculo de combate deve atingir 33% reduo de peso comparando com um veculo de metal tradicional.

Aplicaes militaresOs compsitos tambm esto sendo considerados para a blindagem de veculos - usados isoladamente ou em conjunto com a cermica e / ou outros metais para proporcionar redues significativas de peso sobre os outros materiais. O veiculo de alta mobilidade (HMMWV), que est atualmente em produo, utiliza um capo e pra-choque integrado, moldados em SMC.

Aplicaes militares

Aplicaes militaresResinas fenlicos contendo Kevlar ou fibras de vidro S-2 so utilizados no tanque de transporte M113A3 Armored Personnel Carrier e Bradley Fighting Vehicle para fornecer proteo de tropas. Maior vida til e de proteo qumica foram motivao para a incorporao de assentos e racks. Outras potenciais aplicaes dos compsitos, so os componentes do tanque M1 Abrams Main Battle Tank direo, assento, entradas de ar caixa, recipientes de armazenagem, tanque de combustvel e o eixo de acionamento esto em estudo para a produo.

Aplicaes militares

Aplicaes militares

Direes FuturasComo o crescimento do mercado de transporte esta acelerado esperado que os compsitos tenham um crescimento ainda maior . Os compsitos esto cada vez mais sendo compreendidos pelos engenheiros e a sua confiabilidade esta cada vez maior, eles vo por conseqncia, ser cada vez mais utilizados em aplicaes estruturais. Melhorando da capacidade de produo, para produzir peas cada vez mais rpido, ir impulsionar o seu desenvolvimento econmico em aplicaes de alto volume. O desenvolvimento de uma infra-estrutura comercial e de mercado para a reciclagem em grande escala e reutilizao de materiais polimricos tambm aumentara a oportunidade de crescimento para os compsitos.

Direes FuturasAs potenciais vantagens econmicas e reduo de peso proporcionada pelo uso de compsitos na montagem integrada e componentes de chassis tm impulsionado o desenvolvimento de programas desde os anos de 1980. Em 1988, a Chrysler, Ford e General Motors formaram o Automotive Composites Consortium(ACC) para realizar estudos de compsitos polimricos com um foco sobre aplicaes estruturais. Operando em conjunto com a United States Council on Automotive Research (USCAR), o ACC trabalha com empresas fornecedoras e universidades para desenvolver processos, materiais, design e a tecnologia necessria para ingressar e alcanar , rentabilidade dos compsitos estruturais.

Direes FuturasAtualmente, Governo Federal dos EUA est disponibilizando recurso, em programas para o desenvolvimento de compsitos para melhorar a competitividade das indstrias norte-americanas com uma nfase particular na indstria automotiva. Numerosos programas federais esto injetando milhares de dlares em laboratrios nacionais. Um exemplo notvel a "Parceria para uma Nova Gerao de Veculos" programa, do governo em parceria com a indstria automobilstica. Com o objetivo de produzir novas tecnologias para fazer veculos mais seguros e confortveis com preos acessveis, que permitam atingir at 30 km / l (82 milhas por galo) de consumo de gasolina com baixas taxas de emisses de gases.

Direes Futuras

Os materiais compsitos so os que podem desempenhar um papel-chave na soluo deste desafio. A implementao bem sucedida das tecnologias desenvolvidas neste programa pode ter um e enorme impacto sobre o uso de compsitos em veculos no futuro.

Direes Futuras

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ConclusoA industria de transporte e um dos segmentos que cresce mais rpido no mercado de compsitos. Embora o uso de compsitos em veculos estar cada vez mais em expanso, a taxa de crescimento depende de uma srie de fatores. Melhorias tecnolgicas so necessrios para aumentar a capacidade de produo para peas de alto volume aumentando a competitividade dos materiais compsitos em relao aos outros materiais.

ConclusoO desempenho e durabilidade dos materiais compsitos e sua ampla gama de aplicaes estruturais deve ser aumentada. Mais designers e engenheiros necessitam se familiarizar com as caractersticas dos compsitos e aprender a desenvolver projetos que utilizem todo o potencial desses materiais. Uma infra-estrutura economicamente vivel para lidar com resduos ps-consumo deve ser estabelecida. Com esses avanos, os compsitos iro desempenhar um papel importante na indstria atendendo os requisitos mundiais, por veculos mais seguros, limpos e eficientes em termos de gastos energticos.

Obrigado!