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