Polimeros de Alto Desempenho para substituição de Metais

Polímeros de Alto
Desempenho para
Substituição de Metais
Bruno Balico dos Santos
Eng. Desenvolvimento e Aplicação
24/09/2014
1
Agenda
► Apresentação da Celanese
► Características da substituição Metal para Plástico
► Polímeros para Substituição de Metal
► Moldagem em cores Metálicas - MetaLX™
2
Apresentação Celanese
3
Negócios dos Materiais de Engenharia
da Corporação Celanese
Part of the Advanced Engineered Materials (AEM) Business
Celanese Net Sales 2012
$6.4 Billion
Consumer
Specialties*
18%
Acetyl
Intermediates*
44%
AEM
20%
2012 AEM
Sales
$1.26 Billion
Industrial
Specialties
18%
*Excludes intersegment sales.”
Celanese Materiais de Engenharia é um Líder Global de ETPs
4
Celanese
Materiais de Engenharia Avançada (AEM)
Transporte
Bens de Consumo
► Fuel
systems
► Safety
systems
► Structural /
mechanical
components
► Aesthetics
22%
46%
AEM
2012 Net
Sales
$1.26B
21%
2%
9%
Industrial
Médico
► Drug
delivery
systems
► Medical
implants
► Fluid
Consumer & Appliances
► Durables
► Cookware
► Water
purification
► Sporting goods
Elétrico & Eletronicos
► Communication
► High brightness
LEDs
► Connectors
handling
► Building &
Construction
► Office
equipment
Source: Celanese internal estimates for 2012
Produtos são Utilizados em Diversos Segmentos de Aplicações
5
Celanese Mantém Posição de Liderança
em Materiais de Engenharia
Temperatur a de Serviço
Polímeros de Engenharia
Polímeros de Alta
Performance (HPP)
(TI1 > 150°C)
Polímeros de
Engenharia (ETP)
(TI1 90 – 150°C)
LCP
– Vectra® /Zenite®
PPS
– Fortron®
PCT
– Thermx®
PET
– Impet®
PBT
– Celanex®
PBT Alloy
– Vandar®
TPC-ET
– Riteflex®
POM
– Hostaform®/Celcon®
UHMW-PE
– GUR®
Termoplásticos Reforçados com
Fibra Longa e Fibra Contínua*
LFRT
– Celstran®, Factor ®
Compel®
CFR-TP
– Celstran® Fitas,
Tarugos de Perfis
Polímeros Basicos
Amorfo
Parcialmente Cristalino
TI1 = Índice de Temperatura
* Com matrix polimérica: PP, PA, PPS, PBT, POM e outros
6
Estrutura Global – Forte Presença Global
Winona, MN
Florence, KY
Bishop, TX
Oberhausen, Germany
Industriepark Hoechst,
Frankfurt, Germany
Kaiserslautern, Germany
Sulzbach, Germany
Auburn Hills, MI
Beijing, China
Wilmington, NC
Shelby, NC
Al Jubail,
Saudi Arabia
Guangzhou, China
Hong Kong
Seoul, Korea
Tochigi, Japan
Tokyo, Japan
Fuji City, Japan
Nanjing, China
Shanghai, China
Nantong, China
Taipei, Taiwan
Dafa, Taiwan
Kuantan, Malaysia
Singapore
Suzano, Brazil
São Paulo, Brazil
Celanese
Afiliadas Estratégicas
Joint Ventures
Celanese Materiais de Engenharia
7
Características da Substituição
de Metal para Plástico
8
Motivos para Conversão de Metal para
Plástico
► Consolidação de Peças
► Redução de Peso
► Resistência a Corosão
► Eliminação de Operações Secundárias
► Melhoria Estética
‒ Estilo / Liberdade de Design
‒ Cor / Tratamento superficial
► Custo
9
Celanese oferece melhoria em
Estética e Menor custo por peça
► Reduz custo eliminando
operações secundárias
► Eliminate costly disposal of
chemicals, solvents, etc.
► Flexibilidade de cor
Estimado 38% de redução de custo para esta aplicação
10
Menor consumo de combustível e
Emissões de CO2 através de menor peso
11
Menor Peso e Maior Eficiencia
Energética com Polímeros de Engenharia
12
Substituição de Metais
13
Celanese Polímeros de Engenharia
para substituição de Metais
► Celstran® LFRT, baseado em ampla
variedade de polímeros
► Fortron® PPS
► Hostaform® POM
‒ MetaLX™ Metal-Effect polymers
14
Termoplásticos Reforçados com Fibra
Longa
Celstran®, Compel®, Factor® LFRT
Automotivo, Bens de Consumo, Industrial
15
Termoplásticos de Fibra Longa / Contínua
Produção por Pultrusão
Fiber Rovings
Puller
Granulator
Extruder
Thermoplastic Melt
Impregnation Die
Pellets: 11 mm or 25 mm Length; Ø 3 mm
Celstran
Compel
Celstran® Thermoplastic Composites
CONDUTIVO
Aço Inoxidável
STRUTURAL
Vidro
►PEEK
►PBT/PET ►PC/ABS
►PPS
►POM
►PP
►TPU
►PPO
►PE
►PA6 & 66
Aramida
►PPS
►TPU
►PA6 & 66 ►POM
Formas de Produtos
Pellets
►½"
►1"
Carbono
►PEEK
►PPS
►PPS
►PPO
►PA6 & 66 ►PC/ABS
►POM
►TPU
► PA6 & 66
Fitas com Fibra
Contínua Unidirecional
►4"
►6"
►8"
►10"
A Wide Range of Resins, Fibers and Additives are Available for
New Product Solutions with Extended Material Property Ranges
17
Evolução da Tecnologia de Fibra
Longa
Short Fiber Granule
Fiber Length = 0,2 - 0,4 mm
Wire-Coated or
Co-Mingled Fibers
(poor quality solution)
Fully Impregnated
Long Fiber Granule
Fiber Length = 11mm & 25mm
Celstran LFRT – Estrutura da Fibra
Celstran vs. Fibra Curta
► Peças de fibra longa Celstran
mantém o formato devido a malha
de fibras
► Peça com fibra curta não
apresenta integridade de fibra ou
estrutura
Resultados de Calcinação
Razões para Considerar Celstran LFRT
► Liberdade de Design
► Propriedades Físicas Superiores
► Baixo peso específico
► Elevada performance térmica
► Alta resistência a impacto e módulo
► Estabilidade Dimensional
► Resistência a Fluência
► CTE similar a metais
► Habilidade de incorporar altos teores de fibra
High-Quality Pellets Make High-Quality Parts
Celstran LFRT
Coeficiente de Dilatação Similar ao Metal
0.75
Steel
1.3
Aluminum
1.49
Magnesium
PBT-GF60
0.72
PPS-GF50
0.75
Metal Fundido
Celstran
0.83
PA66-GF60
0.92
PET-GF60
1.17
PP-GF40
0
0.5
1
1.5
2
CTE, in/inF * 10E-5
Celstran Reduz a Tolerancias na Montagem de Compósitos
0
PP 40 SG
PA66 40 SG
TPUGF60
PPGF40
PPSGF50
PA66GF60
PETGF60
Mg
Al
Notched Izod (ft-lb/in)
Celstran LFRT
Exibe Exepcional Resist. Ao Impacto
Celstran
14
12
10
8
6
4
2
Celstran® LFRT – Coefficient of Thermal
Expansion Similar to Metal
0.75
Steel
1.3
Aluminum
1.49
Magnesium
PBT-GF60
0.72
Metal Fundido
PPS-GF50
0.75
PA66-GF60
Celstran
0.83
PET-GF60
0.92
PP-GF40
1.17
0
0.5
1
1.5
2
CTE, in/in/F * 10E-5
23
Celstran® LFRT
Comparação de Resinas
40% LFRT DMA Curve
PA6-GF40-02
PP-GF40-02
PA66-GF40-02
POM-GF40-01
PPS-GF50
PC/ABS-GF40
ABS-GF40-05
PP-GF40
PA6-GF40
PA66-GF40
PPS-GF50
2500000
2000000
Density
1.21
1.45
1.45
1.72
Notched Izod
5.1 ft lbs/in
6.9 ft lbs/in
6.9 ft lbs/in
7.0 ft lbs/in
1500000
1000000
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
0
20
500000
0
Flexural Modulus
3000000
Temperature °C
24
Exemplo de Substituição de Metal
Módulo Frontal em Celstran® PP
1
2
2
3
5 Wire Loom Support
8 Crash Sensor Mounting
6 Fan Shroud and
9 Optimized Component
Cooling Fan Mounting
7 Wiper Fluid
Attachment Using
Inserted, Threaded-nuts
Reservoir Mounting
5
7
4
4
5
1 Primary and Secondary Hood Latch Mounting
2 Headlight Mounting and Support
8
5
6
3 Front Grille and Trim Mounting
4 Radiator Mounting
9
Celstran é Perfeito para Integração de Componentes Metálicos
Examplo de redução de Peso e Consumo de Combustível:
Módulo de Porta em Celstran® PP
Aço
Celstran® PP
Redução de Peso: ~ 8 kg
Continuous Fiber Reinforced
Thermoplastics
Celstran® CFR-TP Fitas e Perfis and Shapes
Energia Alternativa, Aerospacial, Automotivo, Construção, Industrial, Petróleo e Gás,
Esportes e Recreação
27
Compósitos Celstran®
Impregnação de Fibra
Transferência de Conhecimento em Pellets para Tape
Impregnação
de cada
filamento
Granulado
totalmente
impregnado
com fibra
longa
Compósitos
Celstran®
Processo de
Impregnação
Fita
totalmente
impregnada
com fibra
contínua
Excelentes Propriedades
para Novas Aplicações
28
Compósitos Celstran® CFR-TP
Amplo Portfólio
Resinas
►
►
►
►
►
►
►
►
PEEK
PVDF
PAA/PPA
PA (6,66,46,12)
PPS
PBT/PET
PC
PCABS
►
►
►
►
►
►
►
ABS
PPO
TPU
POM
PEHD
TPE/TPO/TPV
PP
Fibras
Aditivos
► Fibra de
► Cor personalizada
► Estabilização UV
► Estabilização
►
►
►
►
Carbono
Aramida
Vidro-S
Vidro-E
Vidro-ECR
►
►
►
►
►
►
►
Térmica
Modificação de
impacto
Aparência Superficial
Corrosão Galvânica
Adesão a Tintas
Partícula Condutiv
Baixa emissão
Lubricidade/desgaste
*Todos os grades são tem desenvolvimento personalizado, dependendo dos requisitos especificos da aplicação
29
Compósitos Celstran®
Amplas Possibilidades
Pellets – Termoplasticos
Fitas de Termoplástico
Reforcados com Fibra Longa Reforçado com Fibra
(LFRT)
Contínua (CFR-TP)
Formas de Termoplástico
Reforçado com Fibra
Contínua (CFR-TP)
► ½ ” (≈ 11–12 mm)
► Rolos com largura entre ► Formato Personalizado
► 1” (≈ 25 mm)
254-330 mm
► Largura padrão de fatia
da 6, 12, 25, 75 mm
► Disponível largura
de fatia
personalizada
► Personalizado
(Específico por Cliente):
‒ Circular
‒ Oval
‒ Retangular
‒ Perfis
30
CFR-TP para Tubos de Petróleo e Gás
Tubos Compósitos
► Tubo Termoplástico Reforçado
► Tubulação enrolável para aplicação off
shore de Petróleo e Gás
‒ Excelente resist. a corrosào,
permeabilidade e envelhecimento
► Enrolamento permite velocidade de
instalação acima de 500 metros/hora
► Tubos podem ser personalizados para
evitar problema de permeabilidade
► Projetado para suportar flutuações de
pressão durante o tempo de uso
► Resistência a explosão de até 520 bar
com 5 mm de espessura de parede
Material: Ticona PP-GF, HDPE-GF,
PA12-SGF, PA12-CF Tapes
Fotos de Tubos de Riser Enroláveis
Fitas (Tapes) para reforço Localizado
Protetor Automotivo
Polisulfeto de Fenileno
Fortron® PPS
Aerospacial, Eletrodométicos, Automotivo, Eletrico / Electronicos, Petróleo e Gás,
Fibras Técnicas
34
Fortron® PPS Estrutura e Propriedades
► Semi-cristalino
‒ Tg 90°C, TM 285°C
‒ Densidade 1,34 g/cm3
► Inerente Retardante a Chama
‒ UL94-V0, LOI > 40
n
► Resistência Química –
Estabilidade Dimensional
‒ Combustível, Óleos, Solventes
‒ Água-glicol
Polisulfeto de Fenileno (PPS)
► Fácil de processar
‒ Moldagem por injeção
‒ Extrusão
Fortron® PPS –
Para Aplicações que Demandam:
►Alta Temperatura de uso contínuo (180 - 240°C)
►Excelente resistência química a solventes, ácidos, bases
sob elevadas temperaturas
►Excelente resistência a permeação
►Excelente propriedades mecânicas e resistência a fluência
(creep)
►Elevada dureza e rigidez
►Excelente resistência a hidrólise/sem absorção de água
►Estabilidade Dimensional (baixa contração, CTE, absorção)
►Inerentemente resistente a chama (UL94 V-0)
Fortron® PPS não possui solvente
conhecido até 200°C
Resistência química com mínimo ataque ou inchaço mesmo
sob em elevadas temperaturas:
►Resiste: ácidos/bases de pH 2 a 12
►Resiste: alvejantes fortes
►Resiste: fluídos automotivos – refrigeração, transmissão e
freio
►Resiste: gases e combustíveis alternativos (metanol,
etanol)
►Resiste: Hidrólise
Fortron® PPS Vantagens em Longo Prazo
► Em testes de longa duração, Fortron PPS supera PPA (Nylon
Aromárico) e Nylon 4/6 nas seguintes áreas
‒ Rigidez/resistência
‒ Estabilidade Dimensional
‒ Resistência Química
‒ Estabilidade Térmica
38
Maior Rigidez comparado a outros
Polímeros de Alta Performance
► Fortron PPS é mais resistênte do que Nylon 4/6 d PPA em
temperaturas elevadas
► Poliamidade precisa de paredes mais espessas para resistência
equivalente / resistência a fluência
Flexural Creep Modulus, Kpsi
250°F, 4350 psi, 1000 hours
Fortron 6165A4
Fortron 4184L4
30% glass, HS, N46
40% glass, Fortron 1140L4
45% glass, HS, PPA
65% min/glass, HS, PPA
3rd Qtr
33% glass, HS, PPA
40% mineral, PPA
1st Qtr
0
200
400
600
800
1000
1200
Fortron® PPS – Stiffness at Elevated Temperatures
39
Resistência – Oxidação Térmica
► Proprieades de Poliamidade estabilizada ao calor decaem com o
passar do tempo
► Longo Prazo, Fortron PPS demonstra superior estabilidade
Tensile Strength After Exposure to Air at 300°F
Tensile Strength, Kpsi
35
30
25
20
15
40% glass, Fortron 1140L4
10
33% glass, HS, PPA
5
40% glass, HS, N46
0
0
2000
4000
6000
8000
Hours
Fortron® PPS – Excelente Estabilidade Térmica
40
Tenacidade – Oxidação Térmica
► Fortron PPS é ideal para exposição ao calor por longos períodos
► Varios grades de Fortron são listados (UL RTI) para uso contínuo
a 350°- 460°F, Nylons 280° - 320°F
Unnotched Impact After Exposure to Air at 300°F
Impact, Ft.-lb.
35
30
40% glass, Fortron 1140L4
33% glass, HS, PPA
25
40% glass, HS, N46
20
15
10
5
0
0
2000
4000
Hours
6000
8000
Fortron® PPS – Consistente Tenacidade
41
Estabilidade Dimensional – Umidade
► Fortron PPS mantém consistente tolerâncias
► Absorção de umidade de nylons tem efeito adverso em
dimenções peças / tolerancias / performance
Dimension Change, mils/in
Accelerated Moisture Absorption – Boiling Water
3
2.5
40% glass, Fortron 1140L4
33% glass, HS, PA
40% glass, N46
40% glass, N66
2
1.5
Fortron PPS
1
0.5
0
0
50
100
150
200
250
Time, Hrs.
Fortron® PPS – Extremamente baixa absorção de umidade
42
Como Fortron® PPS e Celstran® PPS
Se Compara com Outros Materials
Comparação de Resistência Relativa
Material
Tensile Yield
Strength (psi)
29,000
Specific
Gravity
1.6
Strength/Weight
Ratio (Normalized)
1.00
Fortron 4184L4 (53% Glass/Min-Reinforced)
24,000
1.8
0.74
Fortron 6165A4 (65% Glass/Min-Reinforced)
19,000
2.0
0.52
Celstran PPS-GF50-01 (50% Long Glass Reinforced)
26,000
1.7
0.84
Aluminum
27,000
2.7
0.64
Zinc
30,000
6.7
0.29
Bronze
27,000
8.7
0.20
Brass
20,000
8.8
0.15
Fortron 1140L4 (40% Glass-Reinforced)
Comparação de Rigidez Relativas
Material
Fortron 1140L4 (40% Glass-Reinforced)
Fortron 4184L4 (53% Glass/Min-Reinforced)
Fortron 6165A4 (65% Glass/Min-Reinforced)
Celstran PPS-GF50-01 (50% Long Glass Reinforced)
Aluminum
Zinc
Bronze
Brass
Modulus (106 psi)
2.0
2.3
2.8
2.9
10.0
12.0
13.0
12.0
Stiffness/Weight Ratio
(Normalized)
1.00
1.02
1.12
1.70
2.96
1.43
1.20
1.09
43
Tubo de Troca de ar feito com
Fortron® PPS para Turbocharger
► Mais de 40% de redução de
peso e 25% de redução de custo
na substituição de alumínio
Fortron® PPS substituiu Alumínio
44
Câmara de Troca de ar feito
Fortron® PPS
► Mais de 40% de redução de
peso e facilidade no processo de
montagem
Fortron® PPS substituiu Alumínio
45
MetaLX™
Moldagem com cores Metálicas
46
MetaLX™ Polímeros de Efeito Metálico
Alcançam a aparência metálica desejada
► Tecnologia Antiga
‒ Linhas de altamente visíveis e
escuras
► Pintura e Cromeação eram as
melhores opções
ABS
PE
47
MetaLX™ Polímeros de Efeito Metálico
Alcançam a aparência metálica desejada
ABS
Hostaform® LX90Z
► Maior Refletância
► Redução Significativa em linhas
de solda
48
Celanese
MetaLX™ Polímeros de Efeito Metálico
► MetaLX™ polímeros de efeito
metálico também estão
disponíveis em Celanex® PBT
e Riteflex® TPC-ET
► Suporte direto da Celanese é
importe para o suscesso
Puxadores, Alavanca, Botões, Avabamentos and telas…
podem ser desenvolvidos para alcançar cor desejada
49
50
Molded-in MetaLX
PC/PET Pintado
Hostaform LX90Z
© 2013 Celanese MetalReplace-002 AM 10/13
Reduce Metal to Increase Margins
51
MetaLX™ Polímeros de Efeito Metálico
Alcançam a aparência metálica desejada
52
Celcon® Acetal Copolímero
2007 Honda Civic (EU) – Gatilho de Porta
► Redução: >$1.00 por Gatilho
► Preocupação: Linha de Fluxo,
Preenchimento
► Projetos atuais: gatilho, botões,
molduras, tela do auto falante
Painted PC/PET
LX90Z CC44674 Silver
Grande redução de custos versus processo de pintura
53
MetaLX™ Sumário
► Alcança aparência metálica
desejada
► Redução custo da peça
► Elimina pintura e preocupação com
rejeitos
► Reduz operações secundárias
► Consolida peças
► Cria peças de aparência funcionais
► Aumenta Durabilidade – resistência
química e á corrosão
► Reciclabilidade
54
Aviso
Esta publicação foi impressa em 24 de Setembro de
2014 com base no estado actual do conhecimento
da Celanese, e Celanese não se obriga a atualizálo. Como as condições de uso do produto estão fora
do controle da Celanese, a Celanese não oferece
garantias, expressas ou implícitas, e não assume
qualquer responsabilidade em relação a qualquer
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Phone +55-11-3147-3370
Mobile +55-11-98573-0763
Fax +55-11-3147-3389
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56