Carros e Polímeros

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Materiais Automotivos
Desafios do Século 21 
Adriano Rogério Kantoviscki 
Gerente de Engenharia de Produto – Renault S.A.
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A descoberta do Carro
10m 1m 60cm 0cm (Posição de Dirigir) 
Tocar, Escutar…Status, Estilo… Cheirar, Conforto…
Observador e o Produto (veículo)
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Desenvolvimento de um Projeto Automotivo
Engenharia Sequêncial
Engenharia Simultânea
Veículo é quebrado em times funcionais (especialidades) 
- Super-estrutura/ Façades Dianteira e Traseira
- Acessórios Interiores
- Acessórios Exteriores
- Áreas de Apoio
- ……….
Design Engenharia de Produto Engenharia de Manufatura Produção
Compras Fornecedores Logística Pós-Vendas
Pós
-Vendas
D e
s i g
n 
Compras
E n g e n
h a r i a
Manufatura
F o
r n
e c
e d
o r
e s
- Motorização e transmissão
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Zonas de Arquitetura nos carros Renault
Superestrutura
Face Dianteira
e Traseira
Face 
e Traseira
Habitáculo Interior
ChassisChassis
CompartimentoCompartimento do motor
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Evolução dos Fatores – Tempo de Desenvolvimento
SAFRANE
VEL SATIS
LAGUNA I
LAGUNA II
MEGANE I
MEGANE II
57 
43 
55 
42 
53 
29 
Tempo de Desenvolvimento do Veículo
(Desde o Design até a Oferta do Veículo ao Mercado)
SAFRANE
VEL SATIS
LAGUNA I
LAGUNA II
MEGANE I
MEGANE II
57 meses
43 
55 
meses
42 
53 
29 
meses
meses
meses
meses
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Porque Selecionar os Materiais ?
• Diversidade das propriedades
���� Não existe um material universal ideal
���� Existem quantidades enormes de famílias químicas
���� As particularidades de sínteses próprias a cada fabricante 
conferem às resinas as diferentes propriedades específicas
���� Os aditivos modificam sensivelmente as propriedades e 
especializam os materiais.
• Diversidade dos meios de processo
• Diversidade de preços
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Etapas necessárias à seleção de material
1º- Análise funcional da peça
• Identificação das temperaturas de utilização, os líquidos, os trabalhos 
mecânicos,…
• Integração máxima das funções/formas
• Objetivos de preços, pesos, duração de vida
2º- Definição de um guia de pré-qualificação do material
3º- Seleção das famílias adaptadas à função
• Temperatura, faixa de propriedades
• Processamento de transformação, faixa de preços
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Princípios da Seleção dos Materiais
Parâmetros para Selecionar o Material Plástico Correto
As características do produto que decidem a escolha do material 
básico são:
- propriedades físico-químicas (mecânicas, óticas, elétricas e químicas);
- comportamento eletrostático;
- estabilidade dimensional;
- exatidão dos detalhes;
- estabilidade as intempéries;
- comportamento à chama;
- custo;
- facilidade de transformação;
Outras propriedades particulares:
- cheiro, 
- inocuidade fisiológica, 
- aspecto ( cor e toque), etc.
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Princípios da Seleção dos Materiais
• Pré-qualificação dos materiais
�� CompararComparar suas suas propriedadespropriedades: : mecanicasmecanicas, , ttéérmicarmica, , envelhecimentoenvelhecimento........
�SelecionarSelecionar o mais o mais adatpadoadatpado
•• AtenAtençção:ão: um “bom” material pode ser mal utilizado. Por isso, a 
necessidade de ensaios representativos, sobre corpos de prova e/ou de 
peças representativas
• Necessidade de uma abordagem funcional :
�� A escolha de um material A escolha de um material éé inseparinseparáável da tecnologia de vel da tecnologia de 
aplicaaplicaçção ão 
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Comparação de Várias Propriedades
Materiais ρρρρ(g/cm3)
E
(GPa)
YS 
(Mpa)
Metais
Mg
Al
Ti
Fe
1.7
2.7
4.5
7.8
45
70
120
210
70 - 270
25 - 600
170 - 1 300
200 - 2 000
Polímeros
PP
PA
PC
0.9
1.1
1.2
0.9
2- 4
2.6
20 - 35
50 - 90
50
Cerâmicas
Si O2
SiC
Si3N4
2.6
2.5 - 3.2
3.2
94
450
350
7 200
10 000
8 000
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Eles devem colocar em evidência as degradadegradaçções do materialões do material:
� Fenômenos de superfFenômenos de superfííciecie
�� Envelhecimentos aceleradosEnvelhecimentos acelerados
�� MigraMigraçção de aditivosão de aditivos
�� ExtraExtraçção de aditivosão de aditivos
�� Inchamento do material ou mudanInchamento do material ou mudançças de comportamentosas de comportamentos
�� EvoluEvoluçção da estruturaão da estrutura
Obrigação de estudar o comportamento dos materiais 
/ peças quando em contato com fluidos, ensaiando os 
mesmos, com os fluídos utilizados no veiculo.
� Necessidade de referenciar-se ao envelhecimento natural
XII-
REPRODUÇÃO DO COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS 
EM LABORATORIO
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Polímeros na Indústria Automobilística
Termoplásticos e suas aplicações
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Polímeros na Indústria Automobilística
Peças de acessórios exteriores:
(Pára-choques, frisos, molduras, 
grades, etc..)
Peças de carroceria:
(Pára-lamas, tampo porta-
malas, etc..)
Peças de iluminação
(Projetores, lanternas, sinalizadores, 
etc..)
Acessórios Compartimento Motor:
(GMP, Filtros, tubulações, coletores, 
etc..)
Acessórios ircuito Carburante:
(reservotórios, canalizações, bocais, filtros, 
etc..)
Guarnições 
Interiores
Bancos
Páinel de 
Comando
Panéis de 
Portas
Guanições
Revest. de 
Teto
Tapetes e 
insonorizantes
Panel de 
Instrumentos
Instrumentaçã
o
Climatização
Segurança
........
Consoles
Retrovisor
Volante
Termoplásticos e suas aplicações
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Polímeros na Indústria Automobilística
Renault Clio
0
5
10
15
20
25
30
35
40
PP PUR ABS PA PE PBT et
PET
PC PVC PF POM SMA PMMA PPE EP
Renault Clio
Termoplásticos e suas aplicações
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� Materiais Compósitos no compartimento do motor
Filtro de Ar
PP +EPDM+ 
Talco
Coletor de Entrada
PA + Fibra de Vidro
Redução de Custo: 30%
Redução de Peso: 30%
Polímeros na Indústria Automobilística
Termoplásticos e suas aplicações
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� Compósitos materiais para partes estruturais
Coluna frontal (Megane 2)
PA+ Fibra de Vidro
+ Aço estrutural
Painel Posterior (Megane 2)
Termofixo SMC – Poliéster reforçado
com fibra de vidro
Polímeros na Indústria Automobilística
Termoplásticos e suas aplicações
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Polímeros na Indústria Automobilística
Paralamas Scénic Nanotubos de Carbono em
PA/PPO (Noryl) 
Peças Expostas
Termoplásticos
Nanomateriais na Indústria Automobilística
Termoplásticos e suas aplicações
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Polímeros na Indústria Automobilística
Uso de polímeros reciclados (PP)
Painel de Comandos - Modus 
Termoplásticos e suas aplicações
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• PRINCIPAIS BORRACHAS APLICAÇÕES PRÁTICAS 
NA INDÚSTRIA DO AUTOMÓVEL
NATURAL NBR/NBR HIDROGENADA
VITON EPDM
SBR NEOPRENE
SILICONE BROMOBUTIL
POLIURETANO POLIACRILICA
Polímeros na Indústria Automobilística
Elastômeros e suas Aplicações
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Polímeros na Indústria Automobilística
Elastômeros e suas Aplicações
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Polímeros na Indústria Automobilística
Elastômeros e suas Aplicações
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O elastômero é a borracha em si. Logo, como produto principal, 
devemos ter o cuidado de selecionar a borracha mais adequada para 
uma determinada tarefa. Um elastômero é escolhido principalmente 
devido às suas:
a) Propriedades químicas:
- Resistência a solventes.
- Resistência a óleos.
- Resistência ao ozônio
- Resistência a produtos químicos
b) Limite de temperatura de trabalho:
- Ao ambiente.
- Ao calor.
c) Propriedades mecânicas específicas
O simples conhecimento da família química da borracha não é
suficiente para se conhecer as propriedades dos produtos 
terminados!
Polímeros na Indústria Automobilística
Elastômeros e suas Aplicações
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Elastômeros e suas Aplicações
Borracha natural(IR)
A borracha natural é obtida através da extração 
de látex de árvores seringueiras.
As propriedadespropriedades especificasespecificas de de flexibilidadeflexibilidade e de e de 
elasticidadeelasticidade, , fazemfazem comumcomum o o usouso de IR de IR emem
formulas de formulas de paletaspaletas e e coxinscoxins..
Poli(etileno-propileno-dieno) – EPDM
A EPDM é uma borracha que tem a principal principal 
caractercaracteríística a resistência stica a resistência àà degradadegradaçção ão 
pelo calor, luz, oxigênio e ozônio.pelo calor, luz, oxigênio e ozônio.
A resistência quA resistência quíímica ao mica ao etilenoetileno--glicolglicol e e 
temperaturas attemperaturas atéé 125125°°C, generalizaram seu C, generalizaram seu 
uso nos tubos flexuso nos tubos flexííveis do sistema de veis do sistema de 
refrigerarefrigeraçção do motor.ão do motor. Juntas de 
estanqueidade
Polímeros na Indústria Automobilística
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Elastômeros e suas Aplicações
Epicloridrina – CO, ECO
Borracha usada me cilindros e bombas, 
devido à sua
baixa permeabilidade a gases.baixa permeabilidade a gases.
Elevada resistência temperatura Elevada resistência temperatura 
(>125(>125°°C ), luz, oxigênio e ozônioC ), luz, oxigênio e ozônio.
tubo flextubo flexíível para ar condicionadovel para ar condicionado
Polietileno-Clorossulfonado – CSM
Utilizado para revestimento de produtos em revestimento de produtos em 
constante contato com produtos quconstante contato com produtos quíímicosmicos, 
como mangueiras e correias transportadoras.
Elevada resistência temperatura (135Elevada resistência temperatura (135°°C ), luz, C ), luz, 
oxigênio e ozôniooxigênio e ozônio
Polímeros na Indústria Automobilística
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Elastômeros e suas Aplicações
Borrachas poliacrílicas – ACM
Utilizado em peças automotivas onde são 
exigidas temperaturas elevadas >135temperaturas elevadas >135°°CC
e resistência a e resistência a óóleo.leo.
Elastômeros Fluorados – FKM
Possuem alta resistência alta resistência àà temperaturas temperaturas 
elevadas e elevadas e àà produtos quprodutos quíímicos em geralmicos em geral. 
Porém, seu uso fica limitados, por serem 
caros e por possuirem uma elevada elevada 
deformadeformaçção remanescente a ão remanescente a 
compressão.compressão.
Gaxetas e anéis de vedação
Polímeros na Indústria Automobilística
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Elastômeros e suas Aplicações
• Borracha nitrílica – NBR
Principal característica desta borracha 
é a resistência aos resistência aos óóleos leos minerais, , 
solventes e combustsolventes e combustííveis.veis.
É muito empregada na fabricação de 
tubos para conduzir tubos para conduzir óóleos lubrificantes leos lubrificantes 
em mem mááquinas, automquinas, automóóveis,veis, o’rings, etc
Policloropleno – CR
Elastômero usado em revestimento de fios e cabos 
e componente de alguns compostos usados em 
correias automotivas, pneu, parte externa
Polímeros na Indústria Automobilística
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Elastômeros e suas Aplicações
Polibutadieno – BR (Buna)
Borracha empregada amplamente na fabricação de 
pneus. Esses polímeros constituem as borrachas 
sintéticas. Costuma ser copolimerizado com outras 
substâncias.
SBR – Composto de Estireno-Butadieno
(Buna-S)
Existem vários tipos de SBR, diferenciando-se 
de acordo com o processo de polimerização. 
Essa borracha é muito resistente ao atritomuito resistente ao atrito, e por 
isso é muito usada nas "bandas de rodagem" 
dos pneus.
Borracha Butírica – IIR
Para uso de câmaras de ar e revestimento interno para uso de câmaras de ar e revestimento interno para 
pneus, devido a sua excelente impermeabilidade a pneus, devido a sua excelente impermeabilidade a 
gases.gases.
Pela resistência ao fluido de resistência ao fluido de 
freio,freio,éé utilizada no tubo interno utilizada no tubo interno 
de flexde flexíível de freio de carros.vel de freio de carros.
Polímeros na Indústria Automobilística
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Elastômeros e suas Aplicações
Polímeros na Indústria Automobilística
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Carros Tipo C range (Renault Megane , VW Golf VW, etc.)
EVOLUÇÃO DA MASSA (KG) DOS VEÍCULOS DESDE 1981
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1981 1985 1989 1993 1997 2001 2006 2010
Citroën
FIAT
Ford
Nissan
Opel
Peugeot
Renault
VW
P / 30
Evolução do Peso por Tipo de Material
 S U P E R 5 1 9 8 5 C L IO 1 1 9 9 0 C L IO 2 1 9 9 8
7 3 5 K G 8 4 O K G 1 0 0 6 K G
51%
13%
3%
4%
9%
3%
2%
3%
5%
7%
52%
11%
4%
4%
10%
3%
2%
4%
4%
6%
53%
10%
5%
3%
10%
4%
2%
4%
3% 6%
Steels Others metals and fasteners Rubber
Cast iron Thermoplastics Glass
Aluminium Textile fibers Fluids
Magnésium Damping layers
2003
Segmento B
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Peso dos Diferentes Componentes
32 kg, 3 %
Motor
Sistemas de Suspensão
Sistemas de chassi
Chicote elétrico + Bateria
Carroceria
Equipamentos Internos e Externos
168 kg, 16 % 
149 kg, 15 % 
104 kg,
10 % 
341 kg, 33 % 
231 kg, 23 % 
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A Cadeia de Materiais
MP
Processamento
Materiais
Transformação
Peça
Uso
Fim de Vida
Meio Ambiente
QUALIDADE
CUSTO Comportamento
2
1
3
4
P / 33
Competição de Mercado
Confiabilidade/ Durabilidade
� Número de modelos Redução de Penetração
� Aumento do tempo de
Garantia
� Custos dos veículos Primeiro critério de escolha
do Consumidor
P / 34
Expectativa dos
Consumidores
Conforto
e
Espaço
Baixo Custo
Redução do
Consumo de 
Combustível
Conservação
Ambiental
Segurança
e
Qualidade
Expectativa dos Consumidores
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Regulamentação
� Ambientais
Exaustão de gases
poluentes
Redução de CO 2 to 140 g.Km -1
(em 2008, era de186 g. em1995)
Fim de vida
dos veículos
(ELV - End of Life)
Restrição / Eliminação de alguns
materials (Pb, Hg, Cd, Cr6+) +
Recuperação de todos os ELV’s
(85% em 2006, 95% em 2015)
� Segurança Grande absorção de energia
Redução de poluentes (HC, 
CO, NOx, particulados)
P / 36
Segurança: Rigidez Estrutural
300 mm 60 mm
Clio1 Clio2
P / 37
Qualidade Percebida – Evolução dos Fatores
Folgas e Faceamentos na Carroceira
P / 38
Reciclabilidade dos Materiais
Metais
Ferrosos
Outros
Materiais
Metais
Não Ferrosos
Reciclável Reciclável / Descarte Reciclável
70 % 25 % 5 %
40 % 30 % 30 %
Materiais Inorgânicas
(vidros, metais, cerâmica...)
Polímeros Elastômeros
Estabelecimento de Redes de Recuperação destes Materiais
Evitando o Descarte Final ou Desenvolvendo Projetos Eco-Orientados
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Reciclabilidade dos Materiais
Projeto Pioneiro na Indústria Automobilística Mundial
Overseas Project for Economic Recycling Analysis – OPERA
�Sofware que faz a gestão e análises dos fatores que afetam
a reciclabilidade de uma peça ou de um material
Exemplo Renault
P / 40
Relacionamento com Fornecedores
Necessário um desenvolvimento
integrado com os fornecedores para
atendimento destas tendências
Evolução dos Fatores – Relacionamento com 
Fornecedores
Futuras Tendências
dos Produtos
DIVERSIDADE
dos
materiais/tecnologia de processamento
COMPLEXIDADE
das
especificações e processos internos
DIFICULDADE DE INTEGRAÇÃO 
de todas as tecnologias de processamento
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Evolução dos Fatores de Internacionalização
Necessidade de adaptação dos materiais e processos de
transformação para as condições locais
MalaisieColombie
Brésil
Chili
Argentine
Roumanie
Maroc
Turquie
Russie
Chine
Iran
Corée du SudEtats-Unis
Mexique Egypte
Kenya
Zimbabwe
Afrique du Sud
Thaïlande
Philippines
Indonésie
Japon
TaiwanPakistan
Royaume-Uni
Portugal Espagne
France
SlovénieP / 42
Qualidade
Qualidade Confiabilidade
Avanços obtidos através de modelagem e Simulação
Optimização do uso das propriedades dos Materiais
Melhor conhecimento das equações constitutivas
Inspeção de Propriedades
Testes não destrutivos
P / 43
Design Virtual 
Importância da Simulação Numérica: Caso de Estampagem
Integração da Simulação na fase de projeto
CracksRuptura
P / 44
Simular as contrações para reproduzir as evoluções de aspecto
Testes de Polímeros de Engenharia
Envelhecimento
Artificial
Envelhecimento
Natural Acelerado
Envelhecimento
Real 
55--6 6 anosanos na na 
regiãoregião de Parisde Paris
(4200 MJ/m2/ano)
Flóride (6000 MJ/m2)
Arizona (8000 MJ/m2)
Rotterdam (Atm. Poluída)
2 2 anosanos emem Bandol Bandol 
(5600 (5600 MJ/m2 et 6500 MJ/m2 à 45°)
Tubo Arco 
Fluorescente 
LâmpadaLâmpada XXéénonnon
(0,55 W/m(0,55 W/m2 àà 340 nm)340 nm)
Energia solar: 1250 h Lâmpada Xénon ≈ 1 ano em Bandol
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Qualidade
Evolução dos Fatores
Redução do tempo de 
desenvolvimento
Redução do número de protótipos
Design Virtual
Dimensionamento próximo dos 
valores obtidos por simulação e 
dimensionamento
Bom conhecimento das características dos 
materiais
Incertezas de Medida Variabilidade dos processos
produtivos
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Resumo 
Geral 
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Carros do Futuro
P / 48
Nanomateriais não são materiais diferentes de outros materiais: 
cada aplicação é avaliada em função do custo/performance
• Possíveis aplicações: 
� em novas funções, agregando valor ao produto
� em funções existentes, se as propriedades podem ser 
significativamente aumentadas
Existem ainda obstáculos técnicos em seu processo de manufatura, sendo que os 
nanomateriais precisam ser estudados ainda extensamente, objetivando um 
conhecimento mais profundo do seu comportamento mecânico, físico, químico, 
sem esquecer dos aspectos ambientais.
Nanomateriais na Indústria Automobilística 
P / 49
Fonte: Nees-Institut fur Biodiversitat der Pflanzen
Nano revestimento que podem ajudar a superfície(vidro ou polímero) a repelir a água. 
(Efeito Lotus). Nano-fibras, substituindo fibras convencionais nos elementos filtrantes.
Auto limpeza
Nano fibras – filtros de ar
Nanomateriais na Indústria Automobilística 
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Redução do consumo de combustível pela
redução de peso ...mas também pela (o)…
• Redução de atrito
• Melhora da aerodinâmica
• Redução do consumo elétrico
• Progresso na eficiência do motor
• ...
Custo por litro economizado e não por Kg diminuído
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Cenário para o futuro… projeções e tentativas
Partes Estruturais
Fabricação em massa� Aço
Veículos top de linha� Alumínio
Estruturas de absorção, painéis frontais,
Uso de fibras de carbono, uso de multimateriais
(Metal – Polímero - Metal, 
Compósito – Espuma - Compósito…)
� Composites
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Peças de Carroceria
Termoplásticos, termofixos,
alumínio
� Painéis
aluminium� Teto
multimateriais� Porta malas, portas
Polímeros (PC)� Vidros
Cenário para o futuro… projeções e tentativas
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Peças Mecânicas
� Aço, ferro fundido, alumínio tem mostrado evolução
�Revestimentos serão muitos (PVC/CVD, laser, tratamentos duplex)
� Magnésio competirá com o Alumínio
� Polímeros e compósitos em maior quantidade
� Cerâmicas, intermetálicos, ..… ?
Cenário para o futuro… projeções e tentativas
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Conclusão Geral
A evolução do materiais automotivos dependerá: 
- Aumento de produção, padronização de plataformas, diversidade de 
carrocerias
- Tempo necessário para validar as propriedades destes materiais
- Conhecimento mais aprofundado de CM 
- Redução de peso objetivada
- Restrições ambientais
- Investimentos de capital em processamento
- Forte integração local
MUITO OBRIGADO !!!
 
Renault - REGIÃO AMÉRICA