Plsticos de alta tecnologia para

aplicaes de peso reduzido

LANXESS Tech Series, 24 de maio de 2012

Dr. Martin Wanders

LANXESS

Motivao Reduo de peso em automveis

Os recursos so limitados

As emisses de CO2 so

prejudiciais ao meio-ambiente

As emisses de CO2 precisam ser

reduzidas

Fatores envolvidos:

- Frico/resistncia ao rolamento

- Resistncia aerodinmica

- Peso

-

Pocan PBT e Blends

2

Os plsticos so leves Plsticos salvam o meio-ambiente!

http://www.klimaherbst.de/und-ewig-druckt-der-raumwiderstand/

Desenvolvimento de produtos e aplicaes globais (GPAD) para promover a inovao

3

Atividades e servios de

desenvolvimento

personalizados

Posicionamento e rede

globais

N de pessoas (2012): 125

Departamentos

- Desenvolvimento de

produtos

- Centro de testes de P&D

- Desenvolvimento de

aplicaes

- Servios de engenharia

para clientes

Wuxi, China

Hong Kong, China

Dormagen, Alemanha

So Paulo, Brasil

Pitsburgo, EUA

Mumbai, ndia

Centro de desenvolvimento de produtos e aplicaes de HPM

Perfil do GPAD

Programas de inovao com foco em megatendncias

4

Urbanizao O Verde como tendncia subjacente Mobilidade

Aplicaes de

extruso

Aplicaes de

caminhes

Aplicaes

E / E

Produtos

verdes

Mobilidade eltrica

Aplicaes sob

o cap e do

grupo propulsor

Estruturas

leves

../../../../../../../../../../40-AD/Prsentationen/von%20Jrgen%20Knaup/Audi_Leichtbauzentrum_Neckarsulm_26sept2011/LXS_Organoblech.wmv

Agenda

Tecnologia hbrida plstico/metal

Tecnologia de compsitos

CAE Simulao integrativa para compsitos de termoplsticos

Campos de aplicao

5

Tecnologia hbrida plstico/metal (PMH) O princpio

Os plsticos de alta tecnologia mantm o metal em forma

6

Chapa de

metal

Suporte

F1

Deformao ou

ondulao de estruturas

leves devido pequena

espessura da parede

Reforo da estrutura

com pequenas foras

realizadas por nervuras de

plstico

F1 F2

>>

F2

Fplstico

Fplstico

Passado e presente Hbrido de plstico metal

Vantagens em relao a

solues de metal puro

10-50% reduo de peso

10-40% reduo de custo

Grande integrao de

funes com reduo de

etapas do processo

Maior preciso e qualidade

Maior capacidade de carga

Benefcios adicionais

Adequado para

revestimento eletrosttico

Facilidade na reciclagem

Sem mudanas na

montagem

Mais de 70 aplicaes e 50

milhes de peas fabricadas

7

Audi A6 1998 Ford Focus 1998 VW Polo 2001 BMW X3 2003 Mercedes Benz A 2004

Audi TT 2006 KIA Carens 2006 Hyundai Avant 2006 Audi A8 2011 B-Klasse 2012

Seleo

Desenvolvimentos atuais Cooperao entre indstrias

8

Expectativas: aumento do desempenho neutro de peso correspondente

a ~ 30% de reduo de peso em relao ao PMH padro

Polmero

Metal

Boto

moldado

Polmero

Metal

Primer / cola

Tecnologia atual

Soldagem por travamento positivo

Nova tecnologia

Soldagem por adesivo

LANXESS Desenvolvimento de produtos para solues leves

9

Caixa para visual Compostos de PA ou

PBT altamente

reforados

Exemplos

- Durethan DP BKV 60EF

(60% GF)

- Pocan T3150 XF

(55% GF)

Alto mdulo (HM)

Alta resistncia

Resinas com baixa vis-cosidade permitem a incorporao de gran-des quantidades de fibra

Ideal para solues

leves

Desenvolvimento de caractersticas de produtos

0

150

%

200

100

50

250

BKV

30

GF30

BKV

30EF

GF30

BKV

30XF

GF30

DP

BKV

60EF

GF60

Fluidez Resistncia

trao

Rigidez

Exemplo Alojamento do estepe do Audi A8: grades de alto mdulo com tecnologia de injeo por gs (GIT)

Durethan DP BKV 60 H2.0 EF

(PA 6 + GF60)

Termoestabilizado e easy flow

Hbrido de plstico metal com alumnio

e GIT

Peso da injeo: 12kg

Peso da pea: 9kg

Vantagens

Reduo de custo e peso em relao

ao design em SMC* ou metal

Possibilidade de grande integrao de

funes

Colado na carroceria**, contribuindo

para a rigidez do carro

No vivel em design de metal puro

10

Canal de GIT Superior a designs de metal puro

*Composto de moldagem de chapa

**Carroceria bruta

Agenda

Tecnologia hbrida plstico/metal

Tecnologia de compsitos

CAE Simulao integrativa para compsitos de termoplsticos

Campos de aplicao

11

Chapa de compsito

Materiais de matriz termoplstica (PA) reforados com

tecidos

Fibras de vidro, carbono ou aramida (tambm hbridas)

Fibras contnuas (comprimento da fibra = comprimento

da pea)

Vantagens das peas de compsitos hbridos

Design leve

Alta rigidez, resistncia e absoro de energia

Sem corroso, reciclagem simples

Sem investimento em ferramentas adicionais devido

possvel formao por moldagem

Sem reaes qumicas, em contraste com os termofixos

Fcil processamento

Outros desenvolvimentos Tecnologia hbrida com chapas de compsitos

12

Peas de compsitos totalmente plsticos como

alternativa para estruturas de plstico-metal

Exemplo

Frontend do Audi A8

13

Aquecedor de IV

Aquecimento acima do

ponto de fuso

Desmoldagem

Definio da forma durante o fechamento da ferramenta de moldagem por injeo

Subsequente moldagem por injeo das nervuras

Integrao da chapa de compsito na pea de com-psito hbrido por meio da formao por moldagem

14

Barra de proteo da porta

(demonstrao) Suporte da coluna de direo

Tepex + Durethan

Projeto SpriForm do BMBF em cooperao com

Tepex + Durethan

Projeto em cooperao com

Exemplo Compsitos hbridos formados por moldagem

../../../../../Configuraes%20locais/Temp/notesC41F34/LXS_Organoblech.wmvhttp://www.gwk.com/

Agenda

Tecnologia hbrida plstico/metal

Tecnologia de compsitos

CAE Simulao integrativa para compsitos de termoplsticos

Campos de aplicao

15

A simulao obrigatria no desenvolvimento de novas aplicaes

16

Peas de compsitos hbridos

Novo material (chapas compsitas)

Novo processo (moldagem com uma

injeo)

Obrigatria a simulao de

- Comportamento mecnico do

componente

- Processamento (formao e moldagem)

Contribuio da LANXESS

Nova tecnologia em realidade virtual

Tempo de desenvolvimento menor

Custo de desenvolvimento reduzido

Design das peas at os limites

Sem a simulao, no h

aplicaes

Desafios encontrados na simulao de chapas compsitos

17

Caixa para visual Principais caractersticas

mecnicas

Anisotropia

No linearidade

Dependncia da taxa de

deformao

Diferente rigidez

trao/flexo

Falhas/quebras

Rotao das direes das

fibras/direes das fibras

no ortogonais

Dependncia da

temperatura

Dependncia da umidade

Testes de trao em direes diferentes*

Str

ess [

MP

a]

Deformao [%]

0 7,5 15 22,5 30 37,5 45

* Tepex Dynalite 102-RG600(x)/45%

Simulao de formao/projeo de chapas compsitos Exemplo: pea de teste

18

0

22,5

45

+ 55

- 55

Mudana

de ngulo

de tecido

Simulao de formao Comportamento de formao

Orientao da

chapa de compsito

+ 55

- 55

Mudana

de ngulo

de tecido

Comportamento mecnico dependendo da orientao das fibras

19

Durethan BKV30 H2.0

0

1500

For

a [N

]

2000

1000

500

2500

0,5 1,0 1,5 2,0 Deslocamento [mm]

0 3,0 2,5

paralela

perpendicular

No existem valores isotrpicos universais alternativos vlidos

- 35 C / seca / paralela 23 C / seca / paralela 23 C / ISO 1110 / paralela 85 C / seca / paralela

- 35 C / seca / perpendicular 23 C / seca / perpendicular 23 C / ISO 1110/ perpendicular 85 C / seca / perpendicular

Fora de ligao da pea moldada por injeo com a chapa de compsito

20

Caixa para visual A fora de ligao

depende de

Pr-aquecimento da

chapa de compsito

Parmetros da

moldagem por injeo

Comprimento do fluxo

Material

Placas moldadas

por injeo em

chapa de

compsito* Teste de trao fora de ligao

*Ferramenta da LANXESS

Simulao integrativa de peas de compsitos hbridos

21

Simulao de formao

Orientao das fibras

Propriedades de formao

Modelo do

material:

chapa