Soluciones Soluciones Epóxicas en Materiales Materiales

Soluciones Soluciones Epóxicas en Materiales Materiales

COMPOSITE SYSTEMS
Soluciones Epóxicas
en Materiales
Compuestos
Indice
1. Introducción – Dow & “Dow Composite Materials”
2. Resinas Epóxicas en Materiales Compuestos
3. Aplicaciones de Resinas Epóxicas en Materiales Compuestos
4. Nuevos Desarrollos – Como los Hacemos en Dow
Dow en el mundo
Presencia en 160 paises
52.000 empleados
214 fabricas
Ventas anuales de US$ 45 B*
*2009 information
Dow en America Latina
Sirviendo clientes en todos los países de
America Latina
3.936 Empleados
33 Fabricas
13 Oficinas
8 Centros de desarrollo/ lab
Ventas anuales de 5.2 US$ billions*
*2009 information
Materiales Compuetos Alineados con las
Mega Tendencias Globales
Salud & Nutrición
• Aumento de la demanda por alimentos y bebidas
• Aumento de la resistencia a drogas como consecuencia de la globalización) Growing drug
resistance driven by globalization)
• Mas enfoque en la medicina preventiva y mejora en los servicios medicos
Energia
•
•
•
•
Gap entre demand y suministro de energia
Cambios climaticos
Demanda por fuentes de energia renavables y sustentables
Uso, almazenamiento y distruibuición de energia mas eficientes
Transporte & Infrastructura
•
•
•
•
Nuevas demandas por el aumento de la población y urbanización
Aumento de la movimentación del comercio debido a las economias globales integradas
Envejecimiento de la infraestrutura
Soluciones sustentables
Consumismo
• Nueva demanda de economias en desarrollo.
• Paises mas ricos aumentan la preocupación con respecto a la salud
• Demanda por productos y servicios mas personalizados
“Dow Composite Materials”
Red Global con 30 Casas de Sistemas
Fuerte Globalmente en Componentes Epoxi y PU
6
“Dow Composite Materials”
Centros de Excelencia Tecnica (Epoxi&PU)
Birch Vale
Elastomers
Marietta
- NA SH
- Flooring
Baltringen
Epoxy – Wind Energy
Correggio
Freeport
- Adhesives and Sealants
- Epoxy Composites
- Construction Insulation
- Molding and Composites
- Footwear
- PU Composites
Shanghai
Epoxy
Guang Zhou
PU
São Paulo /
Jundiai
Epoxy – PU
7
Resinas Epoxicas en Materiales
Compuestos
Resinas Epoxicas en Materiales Compuestos
TIPO DE RESINA
Polyester
Orto y isoftalica
SOLVENTE
Estireno
CATALISADOR
Peroxidos
PROPREIDADES
Medianas
Ester Vinilica
Estireno
Resina epoxica y acido metacrilico
Peroxido
Resistencia Quimica,
Resistencia Térmica
Fenolica
Novolacas y Resolicas
no
Acidos/Bases
Resistencia Quimica, Alta resistencia termica,
Propriedades eletricas, Estabilidade
dimensional
Epoxica
Bis A, Novolacas, Cicloalifaticas
no
Aminas,
anidridos,imidazoles
Resistencia química (acidos, bases solventes)
Estabilidade diemnsional , Resistencia térmica
Poliutetanas
MDI y TDI poliméricos, polioles
polieter y poliesteres
no
no
Buena Resiliencia , Buena ductilidad,
excelente acabado
Propiedades únicas de
las resinas epoxicas
 Excelente adhesion a metales y polimeros
 Versatilidad química:
Cura ambiente
Cura en altas T
Versatilidad Quimica – Variedad de endurecedores
CURA EN ALTAS
TEMPERATURAS
O
OH
OH
RESINAS POLIÉSTER CARBOXÍLICA
Pintura en polvo
ANIDRIDOS ÁCIDOS
Encapsulamientoelétrico
Pintura en polvo
Materiales compuestos
pultrusion fillament winding,
RTM
AMINAS AROMÁTICAS E
CICLOALIFÁTICAS Y SUS
DERIVADOS
O
OH
DICIANODIAMIDA Y SUS
DERIVADOS
RESINAS FENOL-FORMALDEÍDO
MELAMÍNICAS y URÉA
IMIDAZÓLES
Pintura en polvo
Adhesivos
Materiales compuestos
Herramientas
Laminados eléctricos
Pintura en plvo
Adhesivos
Recubrimiento de latas
Fabricacion de moldes
Pintura en polvo
Materiales compuestos
Epoxicas de Bisfenol A
• Epoxicas de Bisfenol F
• Epoxicas Novolacas
• Epoxicas cicloalifaticas
• Epoxicas de poliglicoles
COMPLEXOS DE BORO
ISOCIANATOS BLOQUEADOS
AMINAS ALIFÁTICAS, CICLOALIFÁTICAS
POLIAMIDAS, AMIDO-AMINAS Y ADUCTOS
POLI-ISOCIANATOS
Aislameinto elétrico
Materiales compuestos
Pintura en polvo
Primer automotivos
Pintura en polvo
Pinturas de mantenimiento
Pisos, adhesivos, herramientas
Encapsulamiento,
egenñeria civil
Pinturas especiales
CURA AMBIENTE
POLIMERCAPTANAS
Adhesivos de cura rápida
Versatilidad Quimica – Variedad de endurecedores
POTLIFE VISCOSIDAD
CURA
Aminas
alifáticas
Aminas
Cicloalifaticas
Aminas
aromáticas
Corto
+++
Corto
++
Largo
--
Baja
Ambiente
Baja
Requiere T
Baja
Requiere T
Anidridos
Largo
---
Baja
Requiere T
PROPRIEDADES PROPRIEDADES Tg
QUIMICAS
FÍSICAS
Buenas
Buenas
Bajo
-Excelentes
Excelentes
Alto
+++
Excelentes
Excelentes
Alto
+++
Y mas ......
- Mesclas de aminas
- Distintos catalizadores para anidridos
- Mesclas de resinas de distintos tipos
- Adición de dilujentes reactivos
- .........
Excelentes
excelentes
Muy buenas
Alto
++
USOS
HLUP
Filament winding;
VARTM
Filament winding;
Poltrusion
Filament Winding
Versatilidad Quimica – Control de Propriedades
+ epoxi cicloalifatica
REL + REN
Anidrido (MTHP)
Tg = 145⁰C
+epoxi novolaca
REL + REC
Anidrido (MTHP)
Tg = 175⁰C / Tg = 183 ⁰C
Modificando la resina
Sitema Standard
Resina Epoxica Liquida (REL)
Modificando A y B
REL + REN
Anidrido (MTHP)
Amina Cicloaliphatica
Tg = 135⁰C
Tg = 175⁰C
Modificando el endurecedor
Amina cicloalifatica
REL
Anidrido 2
Tg = 171⁰C
Tg 135⁰C
REL
Amina Cicloaliphatica
Tg = 165⁰C
anidrido
Tg 183⁰C
Sin cambios drasticos en las condiciones de proceso
(viscosidad, temperatura de curado, etc)
Versatilidad Quimica – Control de Proceso
Reactividad medida por DSC
Standard
Standard + Novolaca
Standard + anidrido2
Standard + amina
cicloalifatica
Reactividad medida por
incremento de Viscosidad
Resina Liquida + Novolaca 2+
Amina Cicloalifatica
Resina Liquida + Novolaca 1+
Amina Cicloalifatica
Resina Liquida + Amina
Cicloalifatica
Aplicaciones de resinas
epoxicas en materiales
compuestos
Resinas Epoxicas – Usadas en todos los procesos
productivos de materiales compuestos
Pultrusion
Cut-off
Saw
Mat Material
Resin
Fiber
Guide
Fiber
Tows/Rovings
Preformer
Bath
Die
Reciprocating
Pull Blocks
Filament Winding
Prepregging
Resin Metering
Resin Bath
Fiber Creels
VARTM (Vacuum Assist RTM)
Vacuum
Bag
Main
Tool
Resin
Inlet
Distribution Medium
Fiber
Preform
Release
Film
Resin
Outlet
15
Resinas Epoxicas – Usadas en todos los procesos
productivos de los materiales compuestos
Filament Winding
Resin Metering
Resin Bath
Fiber Creels
Características de la resina:
Poltrusión
Caracteristicas de la resina:
• Baja viscosidad (tipicamente menos de 1000 cps)
• Pot-life largo solament e para optimizar la
impregnación de las fibras y el consumo de resina
•Quemo-reologia adecuada para promover una
buena impregnación y la velocidad de cura
necesaria en el molde
• Puede ser curada con aminas o anidridos
• Baja viscosidad (tipicamente menos de 2000 cps)
• Pot-life largo
• Quemo-reologia adecuada para promover una
buena impregnación de las fibras y prevenir perdida
de resina en el mandril
• Puede ser curada con aminas o anidridos
Infusión
InInfusio
Características de la resina:
• Baja viscosidad (tipicamente menos de 2000 cps)
• Pot-life de acuerdo al tamaño de la parte infundida
• Quemo-reologia adecuada para promover una
buena impregnación de las fibras antes de la
gelación
• Puede ser curada con mezcla de aminas
Filament Winding
Technology
Filament Winding
System
VORAFORCE TW 100 series
LNG
Chemistry
Epoxy
Filament Winding Capa Externa
LPG
Liner de Aluminio
Cilindro de acero
Benefícios:
Cilindro de material
compuesto
• Bajo peso
• Resistencia a la corrosion
• Soporta altas presiones & temperaturas
Construcción
Technology
Pultrusion
System
VORAFORCE TP 200 series
VORAFORCE TP 1200 series
Chemistry
Epoxi, PU (en desarollo)
Profiles, rods, cross bars
Acero/Madera
Material compuesto
Beneficios
• Bajo peso y resistencia a la corrosion
• Proceso de producion sensillo y automatizado
• Epoxi es compatible con fibras de Carbono
Infraestructura Electrica
Insulator rods
Technology
Pultrusion
Tower
System
VORAFORCE TP 200 series
Chemistry
Epoxi
Metal, Concrete
Solucion en Materiales
Compuestos
Beneficios
• Trabajan en altas T & doublan la eficiencia de transmision
• Bajo costo de instalación
Infraestructura & Energia
Technology
Infusion
System
VORAFORCE TP 200 series
AIRSTONE for wind blades
Chemistry
Epoxy
Acero/Madera
Material compuesto
Beneficios
• Bajo peso y resistencia a la corrosion
• Epoxi es compatible con fibras de Carbono
• Se puedem produzir partes largas
• Excelentes propriedades mecanicas
Sistemas Epoxicos para Palas Eólicas
Primers
Shell
Spar
GelcoatUV
Acabado
Gelcoat iEpoxy
Recubrimiento PU
Sietam epoxico
Fibra de vidrio
PVC
Madera balsa
Sietma epoxico
Fibra de vidrio
Shear Web
Sietma epoxico
Fibra de vidrio
PVC
Adesivo estructural
Sistema epoxico
Raiz
Sistema epoxico
Fibra de vidrio
Sistema para
Moldes
Sitema epóxico
Fonte: winncad.blogspot.com
Sistemas epoxicos usados en palas eólicas son diseñados para tener baja viscosidad
para que se tengan tiempos de infusion cortos para una laminación de alta calidad.
La reactividad se ajusta para que el gel time ocurra solamente al final de la infusión.
Nuevos desarrollos – Como los
hacemos en Dow
Plataforma de Materiales Compuestos de Dow
• Fuerte approach interdisciplinario
–
Química
–
–
–
Ciencia de Materiales/Modelado
Conoscimiento de formulaciones
Tecnologia de Producción
Servicio
• Dualidad de approach
–
–
Oferta de componentes
Oferta de sistemas formulados
Materiales
Producción
• Dualidad de química
–
–
Epoxica
Poliuretana
• Key Enablers
–
–
Toughened epoxies
Dow™ e-Cure modeling suite
SOLUCIONES
INOVADORAS
Key Enabler : Epoxi tenacificado
Las resinas epoxicas tienen:
•
•
•
•
Excelente adhesion a mucho substratos de distinta naturaleza
Baja contacíón por cura
Buena resistencia química
Buena resistencia al calor
 Por esto son frecuentemente usadas en partes hechas en
compuestos de bajo peso que reemplazan a partes metálicas
como por ejemplo: partes automotivas, barcos, tuberias, etc.
24
Tenacidad de Resinas Epoxicas
PERO .....
Tiene tenacidad limitada lo que puede llevar a
rupturas por impacto
y ... algunas aplicaciones necesitan de propiedades
estructurales muy altas, principalmente resistencias a :
- impactos subitos
- solicitaciones constantes de intensidad variada o
alternada
Que és un aditivo de tenacidad?
Larga grieta debida a
impacto o
Grietas =menores
debidas a uso repetido
Matriz rigida de
resina epoxica
Grieta
Agente de tenacidad
Actuación de un agente de tenacidad
Impacto sobre la Tg
Tg (°C) de D.E.R 383
Control
curado con aminas
+ 5%
+ 12.5%
+ 33%
FORTEGRA 100 (1)
FORTEGRA 201(2)
FORTEGRA 301(3)
Clear casting
93
No hay cambio
91
82
Composite
86
No hay cambio
85
80
+ 5%
+ 25%
+ 66%
FORTEGRA 100(1)
FORTEGRA 201(2)
FORTEGRA 301(3)
147.1
139.5
136.0
Tg (°C) of D.E.R 383
Control
curada con anidrido
Composite
147.6
1 = 100% toughning agent
2 = 40% toughening agent
3 = 15% toughening agent
27
Actuación de un agente de tenacidad
Impacto sobre propriedades macanicas
K1c (MPa*m0.5)
Control
D.E.R 383 curada con amina
+ 12.5%
+ 33%
FORTEGRA 201(2)
FORTEGRA 301 (3)
Clear casting
0.8
2.8 (+250%)
3.4 (+325%)
Composite
0.94
2.16 (+129%)
1.49 (+58%)
K1c (MPa*m0.5)
Control
D.E.R 383 y anidrido
Clear castings
Composite
0.69
0.5-1.1
+5%
+12.5%
+33%
FORTEGRA 100 (1)
FORTEGRA 201(2)
FORTEGRA 301(3)
1.57
1.33
1.28
+ 5%
+ 25%
+ 66%
0.5-0.7
0.5-0.7
0.65-0.78
1 = 100% toughning agent
2 = 40% toughening agent
3 = 15% toughening agent
28
Actuación de un agente de tenacidad
Performance en sistema
curado con amina
Performance en sistema
curado con anhidrido
Control (Not toughened)
System ran
out
Stress
Sistema con aditivo de tenacidad resiste
a un numero superior de ciclos
System toughened with 66%
301tenacidad NO falló
Sistema con Fortegra
aditivo de
despues de 2.000.000 ciclos mientras el
sistema sin aditivo fallo a los 1.000.000
ciclos
Time
29
La forma como hacemos desarrollos
Performance
Enablers
SISTEMAS
Endurecdores
Especiales
Resinas
convertidas
Resinas
Epoxicas
Liquidas
e CURE
VENT
HYD-DRUM
HYD-COND
TO-DRUM
C-ECH
REFLUX
OVH-RX
Novolacas/
Especialidades
Bisfenol
-A
Epiclororidrin
Fenol
Cloruro de
Alilo
HYD-VAP
WATER
DCH-FEED
HYD-RFX
PLUGPIPE
1-TRUE
TO-HYDRO
HI ERARCHY
CAUS-20
HYDRO
3-TRUE
11-TRUE
HYD-BUP
HYD-BFSH
HYD-WW
HYD-BTM
STM
TO-BFSH
HYD-REB
LLE-CHCK
HI ERARCHY
TO-REB
BTM-RX
COND
30
Key Enablers: Ciencia de Materiales y Modelado
Integrated model suite
Product Property Models
Product Database
• Thermal (Tg, CTE)
• Mechanical (K1c)
• Electrical properties (Dk)
e CURE
Formulation explorer
Product Processing Models
• Rheo-kinetic behaviour
• Exotherm
• Optimize curing cycle
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Key Enablers: Ciencia de Materiales y Modelado
Ejemplo del uso de DOW™ eCURE Modeling para la
optimización de un proceso de Filament Winding
• Input = Perfiles de tiempos y temperatura
• Output = Tg, grado de curado y
desarrollo de viscosidad
Tg development vs. time
Winding
Curing
Post Curing
Cure development vs. time
Winding
Curing
Post Curing
32
Aplicación de Dow ™ e-CURE para palas eólicas
100
75
Temperature(ºC)
Una estuctura laminar de espuma de PVC y fibras
de vidrio impregnada con resina epoxica (a traves
del proceso SCRIMP) es usada.
La resina fluye en la dirección X-Y atraves de la
membrana de flujo y en la dirección Z atraves de la
capas de manta de fibra, espuma y manta de fibra.
Se en la dirección Z la permeabilidad es lenta, el
incremento de viscosidad puede llevar a una mala
impregnación.
50
25
Process
Temperature
0
\
\
-25
Tg
-50
-75
0
200
400
600
800
1000
Time (Min)
Suzlon Control
Dow HDDGE
Dow BDDGE
Temp
Step Marks
• DOW TM eCURE permite refinar la
formulación en terminos de perfil de
viscosidad y Tg (la baja Tg de la espuma
limita la temperatura maxima de la
exoterma)
• DOW TM eCURE puede por lo tanto ser
usada para reducir el tiempo de ciclo.
Key Enablers: Proxima Generación deD ow ™ eCURE:
Polímero a Material Compuesto
Dow’s unique thermoset
Model suite
0o composite
yarn
matrix
-45o composite
yarn
Product Property Models
Product Database
+45o composite
yarn
e CURE
30,000
Experimental
FEA
CLT
Product Processing Models
Formulation explorer
Integrating Dow™ eCURE
with commercial FEA software
Pultrusion Die Model
Modulus (MPa)
25,000
20,000
15,000
10,000
5,000
VARTM & RTM Model
0
0° Tensile
modulus
Part filling included:
heat and mass transport
0°
Compressive
modulus
In-plane
Shear
modulus
90° Tensile
modulus
90°
Compressive
modulus
Gracias