POLIMERIZÁVEL EM CADEIA, PROCESSADA COMO TERMOFIXO, TERMOFORMÁVEL, SOLDÁVEL E RECICLÁVEL

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Joana de Oliveira Teixeira
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1 Resina Thermoplastic líquida termoplástica para compósitos reforçados com fibras contínuas POLIMERIZÁVEL EM CADEIA, PROCESSADA COMO TERMOFIXO, TERMOFORMÁVEL, SOLDÁVEL E RECICLÁVEL 1 st SAMPE Brasil Advanced Composites Week Felipe Medeiros 19 OUTUBRO 2015

2 Arkema em Compósitos Termoplásticos Várias estruturas químicas que se encaixam em vários mercados e aplicações. PEKK Aeronautics Offshore Automotive Wind energy PVDF PAHT PA11 Acrylic Sport & Leisure Marine PP PA6 2

3 Compósitos: Materiais Nobres Epóxi, Poliéster com fibras contínuas (tecidos, mantas, etc.) 3

4 Moldagem via RTM Cabeça de Mistura Resina + Catalisador Canal Saída de Ar Saída de Ar Ferramental Cavidade 4

5 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

6 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 RTM: 15 psi < P inj < 150 psi Sistema Bicomponente: 1 to 4 pcr iniciador cps Typical LTR Viscosity Curve C Viscosity (cps) Temperature ( C) Water Bath Resin Minutes

RTM Molde é limpo e desmoldante aplicado Gel Coat aplicado se necessário Montagem do tecido, manta e insertos, se for o caso resin Polimerização da resina Molde é fechado e resina injetada em média

7 RTM Molde é limpo e desmoldante aplicado Gel Coat aplicado se necessário Montagem do tecido, manta e insertos, se for o caso resin Polimerização da resina Molde é fechado e resina injetada em média pressão (RTM) ou baixa pressão (RTM Light) Abertura do molde e desmoldagem Rebarbação, acabamento e pós revestimento. Peças Estruturais e Estéticas Revestimento Gel Coat se necessário RTM Light: 200 a pçs/ano, baixo custo de ferramental (FRP), baixa pressão. RTM: a pçs/anor, ferramental metálico, média pressão10 a 50bar 7

RTM-TS Termoformagem de chapa ABS/PMMA Classe A Chapa de ABS/PMMA é montada no molde Montagem do tecido, manta e insertos, se for o caso resin Polimerização da resina Molde é fechado e resina

8 RTM-TS Termoformagem de chapa ABS/PMMA Classe A Chapa de ABS/PMMA é montada no molde Montagem do tecido, manta e insertos, se for o caso resin Polimerização da resina Molde é fechado e resina injetada em baixa a média pressão. Abertura do molde e desmoldagem Não há revestimento devido ao acabamento ABS/PMMA Peças estéticas Acabamento classe A (PMMA-ABS) sem pós-revestimento. 200 to pçs/ano 8

9 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) Molde é fechado e resina injetada em média a alta pressão. Desmoldegem por robô Peças estruturais a 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

10 RTM de Alta Produtividade: Exemplos Peças em potencial - Elium em HP-RTM: Estrutura de Porta Estrutura Frontal Chassi Monocoque Estrutura de Assento 10 Picture sources: Cetim, Wagon Automotive, McLaren, Faurecia, Plastic Omnium

11 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

12 Principais Vantagens da Tecnologia LTR LTR oferece: Competitividade na fabricação de peças em compósitos termoplásticos Reciclabilidade Soldabilidade e Termoformabilidade (Vaccum Molding) a 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) 12

13 Comparativo com Termofixos Propriedades LTR baseadas em peças estéticas LTR Composite vs. Poliéster Insaturado Altuglas composite resin Fabrics Chomarat Rovicore 450/B5/450 Process technology RTM (Fibers volume fraction c.a 11 %) Room temp. Flexural properties Strength(MPa) 270 (ISO 14125) Modulus (GPa) 9.6 Tensile properties Max strength (MPa) 83 (ISO 527) Def. (%) 1.7 Modulus (Gpa) 6.8 In-plane shear modulus (GPa) 2.5 (ISO ) Heat deflection temp. ( C) 89 (ISO 75-3) UPR ref: Enydyne from CCP Composites Polyester Chomarat Rovicore 450/B5/450 RTM Room temp

14 Load (N) Maior Tenacidade que Epóxi (G 1C ) Tenacidade propriedades quanto à propagação de trincas G 1c LTR > G 1c Resinas Epóxi (CeTePox AM 3320) 100 Interlaminar Fracture Toughness Energy (mode I), G Ic from DCB specimen (ISO 15024) G Ic = 1370 ± 21 J/m^ G Ic = 697 ± 11 J/m^2 ELIUM resin / UDT (Glass Fiber with suitable sizing) Epoxy for wind blade (CeTePox AM3320) / UDT (Glass Fiber SE2020) Cross head displacement (mm) 14

15 Storage modulus, G' (Pa) Propriedades Termomecânicas Tg mais alta que de epóxis usados em Energia Eólica, Naval e Industrial. 1.E+10 DMA on Composite part (UDT at 90 ) 1.E+09 G' (LTR composite) * * G' (Epoxy for wind blade) 1.E+08 1.E E *LTR Composite RT300 *EPIKOTE Resin MGS RIMR 135 (Momentive) Temperature ( C)

16 Stress Intensity factor, K Ic (MPa.m^1/2 ) Maior Tenacidade à Fratura que Epóxi (K 1C ) 3 Fracture toughness of neat resin, K Ic from SENB specimen (ISO 13586) 2,5 2 1,5 1 0, Polyesters UPR (UPR) Epoxies Altuglas LTR Nanostructured Composite resin Altuglas LTR resin K 1C é o Fator de Intensificação de Tensões Crítico ou Tenacidade à Fratura (Propriedade Mecânica do Material).

17 Interfacial stress (MPa) LTR Adequado ao Uso com Fibras de Carbono Ensaio de Tração Reforço Unidirecional (60% ɸr) Módulo Elástico 125 Gpa Tensão na Ruptura 2350 Mpa Tensile test at 90 on UDT (T700SC 12K from Toray) Epoxy ELIUM Target for wind blade, automotive parts (fatigue) Deformação na Ruptura 1,8% 10 0 Epoxy sizing Epoxy sizing TP sizing Elium sizing 17

18 18 Propriedades Mecânicas Similares ao Epóxi

19 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

20 20 Aplicações

21 21 Aplicações

22 22 Compósitos na Aviação

23 Fácil Reciclagem 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 Moído Extrusora Granulação Passo 3 : Injeção de peças reforçadas com fibra de vidro. 23

Reciclagem do LTR por Termólise Compósito LTR 1 2 97 % de recuperação de fibra e resina Experimento em TGA a 400ºC Cortesia da Univ. Of Delaware CCM; S.

24 Reciclagem do LTR por Termólise Compósito LTR % de recuperação de fibra e resina Experimento em TGA a 400ºC Cortesia da Univ. Of Delaware CCM; S. Sauerbrunn Forno Tubular 87 % Recuperação 3 Monômero Recuperado 6 Fibra Recuperada 7 Compósito LTR Compósito Usado T> 400C sob N % Recovery Fibra Polímero

25 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 Aeronautics Offshore Automotive Wind energy PVDF PAHT PA11 Acrylic Sport & Leisure Marine PP PA6 25

26 Obrigado!!! Arkema Química Ltda. Av. Ibirapuera, º andar, São Paulo, SP 26

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