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ThermoplasticResina líquida termoplástica para compósitos reforçados com fibras contínuas
POLIMERIZÁVEL EM CADEIA,
PROCESSADA COMO TERMOFIXO,
TERMOFORMÁVEL, SOLDÁVEL E RECICLÁVEL
Painel Sul – Tecnologias para fabricação de peças em composites, poliuretano e plástico de engenhariaFelipe Medeiros08 JUNHO 2016
Arkema em Compósitos Termoplásticos
Várias estruturas químicas que se
encaixam em vários mercados e aplicações.
PEKK
Acrylic
PVDF
PAHTPA11
PA6
PP
AeronauticsOffshore
AutomotiveWind energy
Sport & LeisureMarine
22
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.
55
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 emmédia 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
77
RTM-TS
Termoformagem de chapaABS/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 revestimentodevido ao acabamento
ABS/PMMA
8
Montagem do tecido, manta e insertos, se for o caso
Molde é fechado e resina injetada embaixa 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 porrobô 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 injetadaem 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
1212
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 Rovicore450/B5/450
Chomarat Rovicore450/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 Rovicore450/B5/450
Chomarat Rovicore450/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
1414
Propriedades Termomecânicas
Tg ~ 110-120°°°°C
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
rage
mod
ulus
, G' (
Pa)
G' (LTR composite)
G' (Epoxy for wind blade)
**
*LTR Composite RT300 *EPIKOTE Resin MGS RIMR 135 (Momentive)15
Fracture toughness of neat resin, K Ic from SENB specimen (ISO 13586)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Str
ess
Inte
nsity
fact
or, K
Ic (
MP
a.m
^1/2
)Maior Tenacidade à Fratura que Epóxi (K1C)
UPR Epoxies LTR NanostructuredLTR
16
K1C é o Fator de Intensificação de Tensões ou Tenacidade à Fratura (Propriedade Mecânica do Material). 16
LTR Adequado ao Uso com Fibras de Carbono
Ensaio de TraçãoReforço 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
rfac
ial s
tres
s (M
Pa) Target for wind blade, automotive parts (fatigue)
Epoxy ELIUM
17
Propriedades Mecânicas Similares ao Epóxi
1818
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, …)
1919
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
ExtrusoraGranulação
23
Reciclagem do LTR por Termólise
97 % de recuperação de fibra e resinaExperimento em TGA a 400ºCCortesia da Univ. Of Delaware CCM; S. Sauerbrunn
T> 400C sob N2
Forno Tubular
CompósitoLTR
MonômeroRecuperado
Fibra
100 %Recovery
87 %Recuperação
Polímero
Fibra Recuperada
CompósitoUsado
1
2
3
45
6
8
7
CompósitoLTR
24
Conclusão
Tecnologia LTR
● Peças termoplásticas estruturais, reforçadas com fibras contínuas
● Reciclagem
● Excelente resistência ao intemperismo
● Montagem por soldagem, colagem, prensagem (prepreg)
● Ausência de VOCs (isento de estireno)
● Processo isento de gel-coat (RTM-TS)
PEKK
Acrylic
PVDF
PAHTPA11
PA6
PP
AeronauticsOffshore
AutomotiveWind energy
Sport & LeisureMarine
2525
ThermoplasticResina de Ultra-Alto Desempenho PEKK para fabricação de compósitos avançados
Processado via termofusão de prepreg, injetado e extrudado.
Painel Sul – Tecnologias para fabricação de peças em composites, poliuretano e plástico de engenhariaFábio Paganini08 JUNHO 2016
Desenvolvimento de Materiais
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Kepstan® PEKK Copolímero
28
29
Temperatura de Amolecimento - DSC
30
Temp. °C
Adesão à Fibra de Vidro
31
32
33
34
35
Obrigado!
11 2148 8576
11 2148 8560
Arkema Química Ltda.
Av. Ibirapuera, 2033 – 4º andar
São Paulo, SP36
