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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Peas de compsitos totalmente plsticos como
alternativa para estruturas de plstico-metal
Exemplo
Frontend do Audi A8
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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
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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
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A simulao obrigatria no desenvolvimento de novas aplicaes
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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
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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
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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
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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
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Simulao de formao
Orientao das fibras
Propriedades de formao
Modelo do
material:
chapa