-
Petrus E. Lencioni Filho
Desenvolvimento de Negcios & Aplicaes
Diviso de Materiais Avanados
Produtividade e
Reduo de Peso
3M Glass Bubbles
-
Grupo Industrial Diviso de Materiais Avanados
Fluoropolymers
3M Dyneon Fluoroplastics
3M Dyneon Fluoroelastomers
3M Dyneon Processing Aids
Ceramics
3M Nextel Ceramic Fibers
3M Nextel Woven Tapes and Fabrics
Ceradyne / ESK Materials
Chemicals
3M Glass Bubbles
3M Ceramic Microspheres
Additives
3M Novec Fluorosurfactants
3M Easy Clean Coatings
3M Stain Resistance Additives
-
Microesferas de vidro ocas
Borosilicato de Sdio e Clcio (similar ao Pyrex)
Vidro quimicamente estvel
Vidro resistente a altas temperaturas (600oC)
Densidade 0,125 (K1) at 0,60 (iM30K) g/cm3
Resistncia isosttica 250 (K1) at 30.000 (iM30K) psi
Granulometria 15 at 135 mcrons
Glass Bubbles
-
Ribeiro Preto,
Brazil
Global
-
Reduo da densidade < Peso
> Volume (+ peas)
= + Produtividade
= Reduo de custos
Baixa condutividade trmica (isolamento trmico)
Usa menos resina (menor VOC)
Melhora fluidez e processabilidade (reduo de refugos, reduo de
ciclos de injeo, maior produtividade, reduo de custos)
Menor contrao e rechupe (estabilidade dimensional, reduo de
refugos, alta produtividade, reduo de custo)
Benefcios
-
Sulfato de Brio 4,3
Talco 2,7
Carbonato de Clcio 2,7
Slica 2,7
Esferas Slidas 2,5
Termofxos 1,05 a 1,3
Termoplsticos 0,9 a 1,35
Glass Bubbles 0,12 a 0,6
Baixa densidade
-
65 70 60 55 35
40
35 40
23
40
40
40
45
16
30
30
18
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
22000
24000
26000
28000
30000
32000
34000
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70
Densidade, g/cm3
iM30K
S60HS
Injeo
K42HS
22
GB
HSGB
22
Extruso Termofxos & Pastas
Re
sis
tn
cia
Iso
st
tica
(p
si)
VS5500
20
iM16K
Resistncia / densidade / granulometria
-
Tipo Resistncia
Isosttica (psi)
Densidade Real
(g/cm3)
Granulometria
(m) 95%
Condutividade
Trmica (W/mK)
K 1
K 15
K 20
S 22
K 25
S 32
S 35
K 37
S 38
S 38HS
VS 5500
S 38XHS
K 46
S 42XHS
S 60
iM 16K
S 60HS
iM 30K
250
300
400
500
750
2.000
3.000
3.000
4.000
5.500
5.500
6.000
6.000
8.000
10.000
16.000
18.000
28.000
0,12
0,15
0,20
0,22
0,25
0,32
0,35
0,37
0,38
0,38
0,38
0,38
0,46
0,42
0,60
0,46
0,60
0,60
115
105
95
65
90
70
75
80
75
75
75
70
70
37
55
31
50
25
0,047
0,055
0,070
0,076
0,085
0,108
0,117
0,124
0,127
0,127
---
0,127
0,153
0,140
0,200
--
--
--
Produtos
-
Alto desempenho
Mdio desempenho
Comodite
Matriz polimrica
-
81600 480 400 320
1440 880 540
11920 4640 1240
214000 125600 5330
100
1000
10000
100000
0% 10% 20% 30% 40% 50%
CaCO3
CM G-200
K1 Glass Bubbles
Talc V
isco
sid
ade
(cp
s)
Volume / Resina
Viscosidade / concentrao
-
2.8 g/cm3 0.46 g/cm3 2.5 g/cm3
1:1 20:1 50:1
Microesferas
Baixa Alta
Talco Fibra de Vidro
rea Superficial
Para obteno do balano entre reduo de peso, propriedades fsicas,
desempenho e processamento, importante o ajuste da
formulao, devido as diferenas de densidade, tamanho e rea
superficial das partculas.
Comparao de Glass Bubbles com cargas usadas em compostos
termoplsticos
Composto
-
PP + Talco + Glass Bubbles
Composto
PP + Fibra de Vidro + Glass Bubbles
-
Propriedades mecnicas: - Modificadores de Impacto (Elastmeros,
Aditivos) - Agentes Compatibilizantes (Silanos, Aminosilanos,
Epoxisilanos )
Composto
-
A cada 100 kg, um veculo consome 0,6 litros de combustvel por
100 km rodados
Glass Bubbles podem reduzir at 20% de peso nas peas plsticas, ou
seja, 33,8 kg por veculo;
Com base em um consumo mdio de 7,8 litros por 100 km rodados,
temos 2,6% de economia.
Reduzindo tambm a emisso de CO2 para a atmosfera.
REDUO DE PESO =
ECONOMIA DE COMBUSTVEL=
REDUO DE CO2
Fonte: European AOEM Information - 3M 2010
Economia de combustvel
-
Econom
ia d
e c
om
bustvel %
Modificaes nos motores so os principais mtodos para economia de
combustvel;
Reduo de peso o mtodo seguinte
Mtodos para aumentar a economia de combustveis
Modificaes no Motor
& Combusto Interna
10% de Reduo
de Peso
10% de Reduo
de Arrasto
- Forma externa (40%)
- Rodas (30%)
- Chassi (20%)
- Entradas de ar (10%)
- Exterior em fibra de carbono
- Peas em espumas
- Uso de Al ou Mg em chassi
e motorizao
- Sistemas de freio em
compositos cermicos
- Suspenso em ao de alta
resistncia
- Estrutura em compositos
carregados com vidro
- Interior em fibras naturais
- Comando de
vlvulas varivel
- Injeo direta de
combustvel
- Turbo compressor
- Desativao de
cilindros
Fonte: Carlson Consulting Enterprise - 3M Report -May 2010
-
Evoluo da composio de massa
Outros
Magnsio
Alumnio
Compsitos/Polmeros
Ao de alta resistncia
Ao convencional
Fonte: Carlson Consulting Enterprise - 3M Report -May 2010
-
Painel de instrumentos
e acabamento interno
Sob o cap
e vedaes
Para choque e
acabamento externo
Classificao das auto peas plsticas
-
Reduo de peso,
Estabilidade dimensional,
Reduo nas temperaturas de processo,
Reduo no ciclo de injeo,
Isolamento trmico,
Reduo de custo
Benefcios do uso de Glass Bubbles em plsticos
-
- Reduo na densidade
- Aumento no mdulo de tenso e flexo
- Isotropia e baixa rea superficial; no se orientam ou causam
orientao
nas molculas do polmero, resultando na contrao uniforme das
peas
injetadas, gerando estabilidade dimensional.
- Substituem parte do volume da resina, aumentam a produtividade
de peas
injetadas e extrudadas, pela reduo do ciclo de resfriamento.
- Diminuem a condutividade trmica.
- Aumentam a dureza e resistncia a riscos,
Benefcios do Uso de Glass Bubbles em Plsticos
-
Resina
% peso
iM30K
% volume
iM30K
Reduo de
peso (%)
PC/ABS 15 26 13
PC + FV (20%) 15 29 17
PA 66 15 25 12
PA 66 + FV (30%) 15 28 16
PVC rgido 15 28 16
PP + Talco (30%) 15 29 17
POM 15 29 17
PVDF 15 36 25
Reduo de peso em compostos
-
Resinas plsticas mais usadas em carros
Componente Resina Mdia / carro (kg)
Assento PP, PA, ABS, PUR, PVC 13
Acabamento externo PP, PA, ABS, PBT, POM, ASA 4
Sob o cap PP, PA, PBT 9
Componentes eltricos PP, PA, PBT, PE, PVC 7
Reservatrios lquidos PP, PA, PE 1
Sistemas de combustvel PP, PA, PBT, PEAD, POM 6
Acabamento interno PP, ABS, PET, POM, PVC 20
Iluminao PC, PBT, ABS, PMMA, UP 5
Estofamento PP, PVC, PUR, PE 8
Painel de instrumentos PP, ABS, SMA, PPE, PC 7
Carroceria PP, PPE, UP 6
Para choque PP, ABS, PC/PBT 10
-
- Comparao no tempo de injeo da moldura do filtro de ar
- Formulao padro: PP + 20% talco + negro de fumo (PPTV20A15)
- Com Glass Bubbles: PP + 6% iM30K + negro de fumo (PPGB20)
Reduo no ciclo de injeo
-
Reduo no ciclo de injeo
Processo de moldagem por injeo
-
Caractersticas Espec. PPTV20
(Talco)
PPGB20
(iM30K) Diferena
Densidade (g/cm) 1,04 1,043 0,846 - 18,8 %
Comprimento (mm) 258 257,41 258,07 - 0,59 %
Largura (mm) 193 192,38 192,99 - 0,61 %
Altura (mm) 30 30,07 30,02 - 0,05 %
Peso (g) 64 64,08 53,32 - 16,8 %
Reduo no ciclo de injeo
-
Custo da pea
Pea padro
Pea com
Glass Bubbles
Custo da pea:
$ 0,70 / kg
X 10 kg
$ 7,00 / pea
Custo da pea:
$ 1,00 / kg
X 7 kg
$ 7,00 / pea
-
33% Fibra de vidro + 67% PA66 (proporo33:67 para todas
formulaes)
05% Glass Bubbles + 31% Fibra de vidro + 64wt% PA66
10% Glass Bubbles + 30% Fibra de vidro + 60wt% PA66
15% Glass Bubbles + 28% Fibra de vidro + 57wt% PA66
20% Glass Bubbles + 26% Fibra de vidro + 54wt% PA66
Fibra de vidro + PA
33/67 Fibra de vidro + PA66
% peso Glass Bubbles
-
Fibra de vidro + PA
33/67 Fibra de vidro + PA66
33/67 Fibra de vidro + PA66 33/67 Fibra de vidro + PA66
33/67 Fibra de vidro + PA66
% peso Glass Bubbles % peso Glass Bubbles
% peso Glass Bubbles % peso Glass Bubbles
-
PA 66 PP
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
0 10 20 30 40
Vol % iM30K Glass Bubbles
Lin
ear
Mo
ld S
hri
nkag
e (
%)
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
0 10 20 30 40
Vol % iM30K Glass Bubbles
Lin
ear
Mo
ld S
hri
nkag
e (
%)
Contrao
% volume Glass Bubbles % volume Glass Bubbles
Co
ntr
a
o
lin
ea
r (%
)
Co
ntr
a
o
lin
ea
r (%
)
-
Peas rgidas de mdio
para baixo impacto
Aplicaes potenciais
Tampa do motor
Difusor de ar
Mecanismos da porta
Colunas ABC
Console central
Acabamento do porta malas
Bandeja da bateria
Compartimento do estepe
Alojamento do ar condicionado
Painel de instrumentos
-
Casos de sucesso
-
Materiais usados:
Polipropileno carregado com talco
3M Glass Bubbles
Projeto:
Substituio de resina
16.8% reduo de peso x PC/ABS
Melhor estabilidade dimensional
Reduo de rechupe na pea
Melhor fluidez no molde
Uso do mesmo molde
Reduo de custo:
Reduo de 50% nos custos x PC/ABS
Reduo de custos baseada no preo dos materiais
Painel de instrumentos
-
Bia de combustvel
Materiais usados:
PA6,6
3M Glass Bubbles
Projeto:
Reduo de peso
33% de S60HS
Densidade final 0.90 g/ccm3
Uso do mesmo molde
Atendeu especificao
Oportunidades de replicao:
Vlvulas
Outras peas de resistncia qumica
-
Plastisol, selantes
Materiais usados:
PVC bate pedra
PVC calafetadores, adesivos
Projeto:
Plastisol = 1.49 g/cm3
Plastisol leve = 0.98 g/cm3
(30% peso VS-5500)
Aumenta isolamento acstico
Atende a especificao
Oportunidades de replicao:
Outros revestimentos/selantes de alta
densidade, mastiques, etc.
-
Plastisol leve produzido com Glass Bubbles, apresenta densidade
18 % menor que o padro.
Ou seja, 2,1 kg de reduo de peso por carro (Fonte: AOEM em
2011).
Plastisol aplicado por volume
O custo por carro se mantm o mesmo
Plastisol Plastisol leve Diferena
Volume/carro (l) 5,7 5,7 0
Densidade (g/cm) 1,6 1,312 18%
Peso/carro (kg) 9,12 7,48 1,64 kg
Preo/kg ($) 1x 1,2x 20%
Preo/carro ($) 9,12x 8,976x 0,20%
Plastisol, selantes
-
Comparados com o ao, os painis de carrocerias de automveis
fabricados com resina polister reforada com fibra de vidro,
pesam menos e consolidam vrias partes em apenas uma e no esto
sujeitos corroso.
Os projetistas de automveis tambm so beneficiados com a
capacidade dos compsitos poderem ser moldados com estilo e
em formas aerodinmicas que se traduzem em reduo de consumo de
combustvel e proporciona maior aspecto esttico
Reduz o tempo de montagem atravs da consolidao de partes.
RTM / Spray Up / SMC / BMC
-
350 kg polister + fibra de vidro / nibus (5% peso GB)
20% reduo em peso
Eliminao de defeitos superficiais / reduo de refugo /
Produtividade
Teto, Frente, Traseira, Painel, Escada, Sanitrio, Grade
-
Petrus E. Lencioni Filho Application & Business
Development
Advanced Materials Division [email protected]
(19) 3838-7609
(19) 99765-7906
mailto:[email protected]
