POLIMERIZÁVEL EM CADEIA, PROCESSADA COMO ... de Estireno (Styrene Free) Adequado ao processo...

Thermoplastic Resina líquida termoplástica para compósitos reforçados

com fibras contínuas

POLIMERIZÁVEL EM CADEIA,

PROCESSADA COMO TERMOFIXO,

TERMOFORMÁVEL, SOLDÁVEL E RECICLÁVEL

1st SAMPE Brasil – Advanced Composites Week

Felipe Medeiros 19 OUTUBRO 2015

Arkema em Compósitos Termoplásticos

Várias estruturas químicas que se

encaixam em vários mercados e aplicações.

PEKK

Acrylic

PVDF

PAHTPA11

PA6

PP

Aeronautics

Offshore

Automotive

Wind energy

Sport & Leisure

Marine

2 2

3

Compósitos: Materiais Nobres

Epóxi, Poliéster

com fibras

contínuas

(tecidos, mantas,

etc.)

4

Moldagem via RTM

www.moldedfiberglass.com/

Cabeça de Mistura

Resina + Catalisador

Saída de Ar Saída de Ar

Canal

Cavidade

Ferramental

Resina Líquida Termoplástica para RTM

Resina Líquida (LTR - Liquid Thermoplastic Resin) a 20°C

● Viscosidade Brookfield entre 100 e 500cPs em temp. ambiente permite excelente impregnação da fibra

● Sistema reativo Bi-Componente, permite ciclos rápidos

● Polimerização por radicais livres leva a um termoplástico, com alta massa molar, resultando em elevada resistência ao impacto (tenacidade).

● Isento de Estireno (Styrene Free)

Adequado ao processo convencional de compósitos termofixos.

● Infusão a vácuo, Resin Transfer Molding (RTM), RTM-Light, etc.

● Sem mudança de ferramental para poliéster, vinil-éster, epóxi, etc.

5 5

Condições Típicas de Polimerização - LTR

Temperatura de molde: Tamb a 80°C

● Tamb (20-25°C) = 20-30min tempo de reação

● 90min tempo de desmoldagem

RTM: 15 psi < Pinj < 150 psi

Sistema Bicomponente:

● 1 to 4 pcr iniciador

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 10 20 30 40 50

°C

cPs

Minutes

Typical LTR Viscosity Curve

Viscosity (cPs)

Temperature (°C)

Water Bath

Resin

6

RTM

6

RTM

Molde é limpo e

desmoldante aplicado

Gel Coat aplicado se

necessário

Montagem do tecido, manta e

insertos, se for o caso

Molde é fechado e resina injetada em

média pressão (RTM) ou baixa pressão

(RTM Light)

resin

Polimerização da resina

Abertura do molde e

desmoldagem

Rebarbação,

acabamento e pós

revestimento.

• Peças Estruturais e Estéticas

• Revestimento Gel Coat se necessário

• RTM Light: 200 a 10.000 pçs/ano, baixo

custo de ferramental (FRP), baixa pressão.

• RTM: 1.000 a 30.000 pçs/anor, ferramental

metálico, média pressão10 a 50bar

7 7

RTM-TS

Termoformagem de chapa

ABS/PMMA Classe A

Chapa de ABS/PMMA é

montada no molde

resin

• Peças estéticas

• Acabamento classe A (PMMA-ABS)

sem pós-revestimento.

• 200 to 10.000 pçs/ano

Não há revestimento

devido ao acabamento

ABS/PMMA

8

Montagem do tecido, manta e

insertos, se for o caso

Molde é fechado e resina injetada em

baixa a média pressão.

Polimerização da resina

Abertura do molde e

desmoldagem

8

RTM de Alta Produtividade (HP-RTM)

Preparação do Molde

(agente desmoldante, etc.)

Preforma montada por

robô Fabricação da Preforma

résine

Polimerização da resina

(30 a 120s)

Desmoldegem por robô

• Peças estruturais

• 30.000 a 200.000 pçs/ano

• RTM: média pressão(10-50bar) com múltiplos

pontos de injeção para rápido preenchimento.

• HP RTM: alta pressão (> 100 bar) com

cabeça de mistura e injeção auto-limpante

9

Molde é fechado e resina injetada

em média a alta pressão.

9

RTM de Alta Produtividade: Exemplos

10

Peças em potencial - Elium® em HP-RTM:

Picture sources: Cetim, Wagon Automotive, McLaren, Faurecia, Plastic Omnium

Estrutura de Porta

Chassi Monocoque Estrutura de Assento

Estrutura Frontal

10

Outros processos possíveis

Infusão

● Filme plástico sob pressão negativa permite o fluxo de resina através de uma tela.

Bolsa Flexível

● Flex Molding, usa bolsa de silicone sob pressão negativa.

11

LTR oferece:

● Competitividade na fabricação de peças em compósitos termoplásticos

● Reciclabilidade

● Soldabilidade e Termoformabilidade (Vaccum Molding) a 200-220°C

● Peças estruturais com elevadas propriedades mecânicas

● Uso de equipamento disponível (PIRFV, epoxi, etc.)

Resinas dimensionadas para:

● Peças Estéticas com rigidez entre 10 e 15GPa

● Peças mecânicas estruturais (Rigidez 20 a 45 GPa – com fibra de vidro e até 125 GPa – fibra de carbono)

Principais Vantagens da Tecnologia LTR

12 12

Comparativo com Termofixos

Propriedades LTR baseadas em peças estéticas

7889Heat deflection temp. (°C)

(ISO 75-3)

Modulus (Gpa)

Def. (%)

Max strength (MPa)

Modulus (GPa)

Strength(MPa)

3.32.5In-plane shear modulus (GPa)

(ISO 141129)

7.96.8

1.71.7

8183Tensile properties

(ISO 527)

9.39.6

210270Flexural properties

(ISO 14125)

RTM

Room temp.

RTM

Room temp.

Process technology

(Fibers volume fraction c.a 11 %)

Chomarat Rovicore

450/B5/450

Chomarat Rovicore

450/B5/450

Fabrics

PolyesterAltuglas composite resin

7889Heat deflection temp. (°C)

(ISO 75-3)

Modulus (Gpa)

Def. (%)

Max strength (MPa)

Modulus (GPa)

Strength(MPa)

3.32.5In-plane shear modulus (GPa)

(ISO 141129)

7.96.8

1.71.7

8183Tensile properties

(ISO 527)

9.39.6

210270Flexural properties

(ISO 14125)

RTM

Room temp.

RTM

Room temp.

Process technology

(Fibers volume fraction c.a 11 %)

Chomarat Rovicore

450/B5/450

Chomarat Rovicore

450/B5/450

Fabrics

PolyesterAltuglas composite resin

UPR ref: Enydyne from CCP Composites

● LTR Composite vs. Poliéster Insaturado

13

Maior Tenacidade que Epóxi (G1C)

Tenacidade – propriedades quanto à propagação de trincas

● G1c LTR > G1c Resinas Epóxi (CeTePox AM 3320)

Interlaminar Fracture Toughness Energy (mode I), GIc

from DCB specimen (ISO 15024)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

Cross head displacement (mm)

Lo

ad

(N

)

ELIUM resin / UDT (Glass Fiber with suitable sizing)

Epoxy for wind blade (CeTePox AM3320) / UDT (Glass Fiber SE2020)

GIc = 1370 ± 21 J/m^2

GIc = 697 ± 11 J/m^2

14 14

Propriedades Termomecânicas

Tg mais alta que de epóxis usados em Energia Eólica, Naval e Industrial.

DMA on Composite part (UDT at 90°)

1.E+06

1.E+07

1.E+08

1.E+09

1.E+10

0 50 100 150 200 250

Temperature (°C)

Sto

rag

e m

od

ulu

s, G

' (P

a)

G' (LTR composite)

G' (Epoxy for wind blade)

* *

*LTR Composite RT300

*EPIKOTE Resin MGS RIMR 135 (Momentive) 15

Fracture toughness of neat resin, KIc from SENB specimen (ISO 13586)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Polyesters (UPR) Epoxies Altuglas®

Composite resin

Nanostructured

Altuglas resin

Str

ess

In

ten

sit

y f

acto

r, K

Ic (

MP

a.m

^1

/2)

Maior Tenacidade à Fratura que Epóxi (K1C)

UPR Epoxies LTR Nanostructured

LTR

16

K1C é o Fator de Intensificação de Tensões Crítico ou

Tenacidade à Fratura (Propriedade Mecânica do Material). 16

LTR Adequado ao Uso com Fibras de Carbono

Ensaio de Tração Reforço Unidirecional (60% ɸr)

Módulo Elástico

125 Gpa

Tensão na Ruptura

2350 Mpa

Deformação na Ruptura

1,8%

17

Tensile test at 90° on UDT (T700SC 12K from Toray)

0

10

20

30

40

50

60

70

Epoxy sizing Epoxy sizing TP sizing Elium sizing

Inte

rfa

cia

l s

tre

ss

(M

Pa

)

Target for wind blade, automotive parts (fatigue)

Epoxy ELIUM

17

Propriedades Mecânicas Similares ao Epóxi

18 18

Pós Processamento

Termoformagem

● Termoformagem profunda possível, em torno de 200°C

Novas soluções para montagens Compósito/Compósito e Compósito/Metal

● Soldagem

● Colagem (AEC Polymers structural adhesives, …)

19 19

Aplicações

20

21

Aplicações

Compósitos na Aviação

22

Passo 1 : Moagem da Peça ou Scrap (moído grosseiro)

Passo 2 : Compostagem do móido com termoplástico para fabricação de pellets reforçados com fibra curta.

● Principais TPs: ABS, PVC , PC/ABS, PMMA, PLA, PVDF

Passo 3 : Injeção de peças reforçadas com fibra de vidro.

Fácil Reciclagem

23

Moído

Extrusora Granulação

23

Reciclagem do LTR por Termólise

97 % de recuperação de fibra e resina Experimento em TGA a 400ºC Cortesia da Univ. Of Delaware CCM; S. Sauerbrunn

T> 400C sob N2

Forno Tubular

Compósito

LTR

Monômero

Recuperado

Fibra

100 %

Recovery

87 %

Recuperação

Polímero

Fibra Recuperada

Compósito

Usado

1

2

3

4 5

6

8

7

Compósito

LTR

24

Conclusão

Tecnologia LTR oferece

● Peças termoplásticas estruturais, reforçadas com fibras contínuas

● Excelente impregnação das fibras, dada a baixa viscosidade

● Processo vantajoso e de alta confiabilidade via RTM

● Reciclagem

● Peças estruturais com excelente resistência ao intemperismo

● Montagem por soldagem ou colagem

● Ausência de VOCs (isento de estireno)

PEKK

Acrylic

PVDF

PAHTPA11

PA6

PP

Aeronautics

Offshore

Automotive

Wind energy

Sport & Leisure

Marine

25 25

Obrigado!!!

Felipe.medeiros@arkema.com

11 2148 8576

Arkema Química Ltda.

Av. Ibirapuera, 2033 – 4º andar, São Paulo, SP

26