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

6

Red Global con 30 Casas de Sistemas

Fuerte Globalmente en Componentes Epoxi y PU

“Dow Composite Materials”

7

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”

Resinas Epoxicas en MaterialesCompuestos

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

Aplicaciones de resinasepoxicas en materiales

compuestos

15

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.

Nuevos desarrollos – Como loshacemos en Dow

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

27

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

28

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

29

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

30

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

31

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

32

• 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

Gracias