COMPOSITE SYSTEMS
SolucionesSoluciones EpóxicasEpóxicasenen MaterialesMaterialesCompuestosCompuestos
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
Indice
Presencia en 160 paisesPresencia en 160 paises
52.000 empleados52.000 empleados
214 fabricas214 fabricas
Ventas anuales de US$ 45 B*Ventas anuales de US$ 45 B*
*2009 information
Dow en el mundo
33 Fabricas33 Fabricas
13 Oficinas13 Oficinas
8 Centros de desarrollo/ lab8 Centros de desarrollo/ lab
Sirviendo clientes en todos los países deAmerica Latina
Ventas anuales de 5.2 US$ billions*Ventas anuales de 5.2 US$ billions*
3.936 Empleados3.936 Empleados
*2009 information
Dow en America Latina
Materiales Compuetos Alineados con lasMega Tendencias Globales
Consumismo
Salud & Nutrición
Transporte & Infrastructura
Energia
• 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
• 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
• 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
• Nueva demanda de economias en desarrollo.• Paises mas ricos aumentan la preocupación con respecto a la salud• Demanda por productos y servicios mas personalizados
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Red Global con 30 Casas de Sistemas
Fuerte Globalmente en Componentes Epoxi y PU
“Dow Composite Materials”
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Freeport- Adhesives and Sealants- Epoxy Composites
Marietta- NA SH- Flooring
BaltringenEpoxy – Wind Energy
Correggio- Construction Insulation- Molding and Composites- Footwear- PU Composites
ShanghaiEpoxy
Birch ValeElastomers
Centros de Excelencia Tecnica (Epoxi&PU)
Guang ZhouPU
São Paulo /JundiaiEpoxy – PU
“Dow Composite Materials”
TIPO DE RESINA SOLVENTE CATALISADOR PROPREIDADES
Polyester
Orto y isoftalica
Estireno Peroxidos Medianas
Ester Vinilica
Resina epoxica y acido metacrilico
Estireno 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
Excelente adhesion a metales y polimeros Versatilidad química:
Cura ambienteCura en altas T
Propiedades únicas delas resinas epoxicas
Resinas Epoxicas en Materiales Compuestos
O OOH OH
OH
RESINAS POLIÉSTER CARBOXÍLICARESINAS POLIÉSTER CARBOXÍLICA
ANIDRIDOS ÁCIDOS
AMINAS AROMÁTICAS ECICLOALIFÁTICAS Y SUSDERIVADOS
DICIANODIAMIDA Y SUSDERIVADOS
RESINAS FENOL-FORMALDEÍDOMELAMÍNICAS y URÉA
IMIDAZÓLES
COMPLEXOS DE BORO
ISOCIANATOS BLOQUEADOS
Pintura en polvo
EncapsulamientoelétricoPintura en polvoMateriales compuestospultrusion fillament winding,RTM
Pintura en polvoAdhesivosMateriales compuestosHerramientas
Laminados eléctricosPintura en plvoAdhesivos
Recubrimiento de latas
Fabricacion de moldesPintura en polvoMateriales compuestos
Aislameinto elétricoMateriales compuestosPintura en polvo
Primer automotivosPintura en polvo
AMINAS ALIFÁTICAS, CICLOALIFÁTICASPOLIAMIDAS, AMIDO-AMINAS Y ADUCTOS
POLI-ISOCIANATOS
POLIMERCAPTANAS
Pinturas de mantenimientoPisos, adhesivos, herramientasEncapsulamiento,egenñeria civil
Pinturas especiales
Adhesivos de cura rápida
CURA AMBIENTECURA AMBIENTE
CURA EN ALTASCURA EN ALTASTEMPERATURASTEMPERATURAS
Epoxicas de Bisfenol A• Epoxicas de Bisfenol F• Epoxicas Novolacas• Epoxicas cicloalifaticas• Epoxicas de poliglicoles
Versatilidad Quimica – Variedad de endurecedores
POTLIFE VISCOSIDAD CURA PROPRIEDADES
QUIMICAS
PROPRIEDADES
FÍSICAS
Tg USOS
Aminas
alifáticas
Corto
+++
Baja Ambiente Buenas Buenas Bajo
--
HLUP
Aminas
Cicloalifaticas
Corto
++
Baja Requiere T Excelentes Excelentes Alto
+++
Filament winding;
VARTM
Aminas
aromáticas
Largo
--
Baja Requiere T Excelentes Excelentes Alto
+++
Filament winding;
Poltrusion
Anidridos Largo
---
Baja Requiere T Excelentes
excelentes
Muy buenas Alto
++
Filament Winding
Versatilidad Quimica – Variedad de endurecedores
Y mas ......
- Mesclas de aminas- Distintos catalizadores para anidridos- Mesclas de resinas de distintos tipos- Adición de dilujentes reactivos- .........
Sitema StandardResina Epoxica Liquida (REL)
Anidrido (MTHP)Tg = 135⁰C
REL + RENAnidrido (MTHP)
Tg = 145⁰C
REL + RECAnidrido (MTHP)
Tg = 175⁰C / Tg = 183 ⁰C
RELAnidrido 2Tg = 171⁰C
RELAmina Cicloaliphatica
Tg = 165⁰C
REL + RENAmina Cicloaliphatica
Tg = 175⁰C
Modificando la resina
+ epoxi cicloalifatica
+epoxi novolaca
Modificando el endurecedor
anidrido
Amina cicloalifatica
Modificando A y B
Tg 135⁰C Tg 183⁰C
Sin cambios drasticos en las condiciones de proceso(viscosidad, temperatura de curado, etc)
Versatilidad Quimica – Control de Propriedades
Standard + Novolaca
Standard
Standard + anidrido2
Standard + aminacicloalifatica
Resina Liquida + AminaCicloalifatica
Resina Liquida + Novolaca 1+Amina Cicloalifatica
Resina Liquida + Novolaca 2+Amina Cicloalifatica
Reactividad medida por DSC
Reactividad medida porincremento de Viscosidad
Versatilidad Quimica – Control de Proceso
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Resinas Epoxicas – Usadas en todos los procesosproductivos de materiales compuestos
Resin Bath
Fiber Creels
Resin Metering
FiberGuide
Mat Material
FiberTows/Rovings
ResinBath
Preformer Die
ReciprocatingPull Blocks
Cut-offSaw
Pultrusion
Filament Winding
VARTM (Vacuum Assist RTM)
MainTool
ResinInlet Resin
Outlet
FiberPreform
VacuumBag
ReleaseFilm
Distribution Medium
Prepregging
Resin Bath
Fiber Creels
Resin Metering
Características de la resina:• Baja viscosidad (tipicamente menos de 2000 cps)• Pot-life largo• Quemo-reologia adecuada para promover unabuena impregnación de las fibras y prevenir perdidade resina en el mandril• Puede ser curada con aminas o anidridos
Caracteristicas de la resina:• Baja viscosidad (tipicamente menos de 1000 cps)• Pot-life largo solament e para optimizar laimpregnación de las fibras y el consumo de resina•Quemo-reologia adecuada para promover unabuena impregnación y la velocidad de curanecesaria en el molde• Puede ser curada con aminas o anidridos
Resinas Epoxicas – Usadas en todos los procesosproductivos de los materiales compuestos
Filament WindingPoltrusión
InInfusioInfusión
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 unabuena impregnación de las fibras antes de lagelación• Puede ser curada con mezcla de aminas
Filament Winding
Technology Filament Winding
System VORAFORCE TW 100 series
Chemistry Epoxy
Cilindro de acero Cilindro de materialcompuesto
Filament Winding Capa Externa
Liner de Aluminio
LNG
LPG
Benefícios:• Bajo peso• Resistencia a la corrosion• Soporta altas presiones & temperaturas
Construcción
Technology Pultrusion
SystemVORAFORCE TP 200 series
VORAFORCE TP 1200 series
Chemistry Epoxi, PU (en desarollo)
Beneficios• Bajo peso y resistencia a la corrosion• Proceso de producion sensillo y automatizado• Epoxi es compatible con fibras de Carbono
Acero/Madera Material compuesto
Profiles, rods, cross bars
Infraestructura Electrica
Technology Pultrusion
System VORAFORCE TP 200 series
Chemistry Epoxi
Metal, ConcreteSolucion en Materiales
Compuestos
Beneficios• Trabajan en altas T & doublan la eficiencia de transmision• Bajo costo de instalación
Insulator rods
Tower
Technology Infusion
SystemVORAFORCE TP 200 seriesAIRSTONE for wind blades
Chemistry Epoxy
Beneficios• Bajo peso y resistencia a la corrosion• Epoxi es compatible con fibras de Carbono• Se puedem produzir partes largas• Excelentes propriedades mecanicas
Acero/Madera Material compuesto
Infraestructura & Energia
Adesivo estructuralSistema epoxico
RaizSistema epoxicoFibra de vidrio
AcabadoGelcoat iEpoxyRecubrimiento PU
Spar
Sietma epoxico
Fibra de vidrio
PrimersGelcoatUV
Shear WebSietma epoxicoFibra de vidrioPVC
Shell
Sietam epoxico
Fibra de vidrioPVCMadera balsa
Fonte: winncad.blogspot.com
Sistema paraMoldesSitema epóxico
Sistemas Epoxicos para Palas Eólicas
Sistemas epoxicos usados en palas eólicas son diseñados para tener baja viscosidadpara 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.
Plataforma de Materiales Compuestos de Dow
Materiales
Servicio
Producción
SOLUCIONESINOVADORAS
• Fuerte approach interdisciplinario– Química– Ciencia de Materiales/Modelado– Conoscimiento de formulaciones– Tecnologia de Producción
• Dualidad de approach– Oferta de componentes– Oferta de sistemas formulados
• Dualidad de química– Epoxica– Poliuretana
• Key Enablers– Toughened epoxies– Dow™ e-Cure modeling suite
Key Enabler : Epoxi tenacificado
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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 encompuestos de bajo peso que reemplazan a partes metálicascomo por ejemplo: partes automotivas, barcos, tuberias, etc.
PERO .....PERO .....
Tiene tenacidad limitada lo que puede llevar arupturas por impacto
y ... algunas aplicaciones necesitan de propiedadesestructurales muy altas, principalmente resistencias a :- impactos subitos- solicitaciones constantes de intensidad variada oalternada
Tenacidad de Resinas Epoxicas
Matriz rigida deresina epoxica
Agente de tenacidad
Grieta
Que és un aditivo de tenacidad?
Larga grieta debida aimpacto o
Grietas =menoresdebidas a uso repetido
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Impacto sobre la Tg
Tg (°C) de D.E.R 383
curado con aminas
Control + 5%
FORTEGRA 100 (1)
+ 12.5%
FORTEGRA 201(2)
+ 33%
FORTEGRA 301(3)
Clear casting 93 No hay cambio 91 82
Composite 86 No hay cambio 85 80
Tg (°C) of D.E.R 383
curada con anidrido
Control + 5%
FORTEGRA 100(1)
+ 25%
FORTEGRA 201(2)
+ 66%
FORTEGRA 301(3)
Composite 147.6 147.1 139.5 136.0
1 = 100% toughning agent2 = 40% toughening agent3 = 15% toughening agent
Actuación de un agente de tenacidad
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Impacto sobre propriedades macanicas
K1c (MPa*m0.5)
D.E.R 383 curada con amina
Control + 12.5%
FORTEGRA 201(2)
+ 33%
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)
D.E.R 383 y anidrido
Control +5%
FORTEGRA 100 (1)
+12.5%
FORTEGRA 201(2)
+33%
FORTEGRA 301(3)
Clear castings 0.69 1.57 1.33 1.28
+ 5% + 25% + 66%
Composite 0.5-1.1 0.5-0.7 0.5-0.7 0.65-0.78
1 = 100% toughning agent2 = 40% toughening agent3 = 15% toughening agent
Actuación de un agente de tenacidad
Time
Stre
ss
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Sistema con aditivo de tenacidad resistea un numero superior de ciclos
Control (Not toughened)
System toughened with 66%Fortegra 301
System ranout
Performance en sistemacurado con amina
Performance en sistemacurado con anhidrido
Sistema con aditivo de tenacidad NO fallódespues de 2.000.000 ciclos mientras elsistema sin aditivo fallo a los 1.000.000
ciclos
Actuación de un agente de tenacidad
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PerformanceEnablers
EndurecdoresEspeciales
SISTEMAS
Novolacas/Especialidades
Epicloro-ridrin
Bisfenol-A
Resinasconvertidas
FenolCloruro de
Alilo
ResinasEpoxicasLiquidas
HI ERARCHY
LLE-CHCKHI ERARCHY
PLUGPIPE
3-TRUE
1-TRUE
11-TRUE
DCH-FEED
CAUS-20
TO-HYDRO
HYD-RFXWATER
HYD-BUP
HYD-VAP
HYD-BTM
REFLUX
TO-DRUM C-ECH
VENT
TO-REB
STM
TO-BFSH
COND
HYD-WW
HYDRO
OVH-RX
HYD-CONDHYD-DRUM
BTM-RXHYD-REB
HYD-BFSH
CUREe CUREe
La forma como hacemos desarrollos
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CUREe
Product Database
Formulation explorer
Product Property Models
Product Processing Models
CUREe
Product Database
Formulation explorer
Product Property Models
Product Processing Models
• Thermal (Tg, CTE)• Mechanical (K1c)• Electrical properties (Dk)
• Rheo-kinetic behaviour• Exotherm• Optimize curing cycle
Integrated model suite
Key Enablers: Ciencia de Materiales y Modelado
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• Input = Perfiles de tiempos y temperatura
• Output = Tg, grado de curado ydesarrollo de viscosidad
Ejemplo del uso de DOW™ eCURE Modeling para laoptimización de un proceso de Filament Winding
Tg development vs. time Cure development vs. time
Winding Curing Post Curing Winding Curing Post Curing
Key Enablers: Ciencia de Materiales y Modelado
Una estuctura laminar de espuma de PVC y fibrasde vidrio impregnada con resina epoxica (a travesdel proceso SCRIMP) es usada.
La resina fluye en la dirección X-Y atraves de lamembrana de flujo y en la dirección Z atraves de lacapas de manta de fibra, espuma y manta de fibra.
Se en la dirección Z la permeabilidad es lenta, elincremento de viscosidad puede llevar a una malaimpregnación.
-75
-50
-25
0
25
50
75
100
0 200 400 600 800 1000
Time (Min)
Tem
pera
ture
(ºC)
Suzlon Control Dow HDDGE Dow BDDGE Temp Step Marks
\\
ProcessTemperature
Tg
• DOW TM eCURE permite refinar laformulación en terminos de perfil deviscosidad y Tg (la baja Tg de la espumalimita la temperatura maxima de laexoterma)
• DOW TM eCURE puede por lo tanto serusada para reducir el tiempo de ciclo.
Aplicación de Dow ™ e-CURE para palas eólicas
Key Enablers: Proxima Generación deD ow ™ eCURE:Polímero a Material Compuesto
CUREe
Product Database
Formulation explorer
Product Property Models
Product Processing Models
Pultrusion Die Model VARTM & RTM Model
Part filling included:heat and mass transport
Integrating Dow™ eCUREwith commercial FEA software
Dow’s unique thermosetModel suite
-45o compositeyarn
+45o compositeyarn
0o compositeyarnmatrix
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
0° Tensilemodulus
0°Compressive
modulus
In-planeShear
modulus
90° Tensilemodulus
90°Compressive
modulus
Modulu
s(M
Pa)
Experimental FEA CLT
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