Instituto de Tecnología de Polímeros y Nanotecnología Chiacchiarelli, Leonel M.
2016
Generación y transferencia de conocimiento y tecnología en el
area de materiales compuestos
Contenido
• Introducción a los materiales compuestos. • Maestría en Ingeniería de los materiales
compuestos.
• Casos de transferencia científico-tecnológicos
• Cascos de polo
• Espumas nanoestructuradas • Industria automotriz
Metales Polímeros
Cerámicos
Compuestos
4
Característica esencial de los materiales compuestos de matriz polimérica.
Aspecto crítico para el diseño en el área de transporte.
Propiedades específicas
Consumo energético
-Ashby
Anisotropía. ¿Ventaja o desventaja?
• Característica más distintiva de los materiales compuestos.
• Diseñar usando la anisotropía para aumentar propiedades específicas.
Aluminio CFRP [0]18
E
1E
1/10
E
1E
1 -Henry Ford 1941-Refuerzo fibra Celulosa -Matriz Biobased (Soja) -Mayor Resistencia Imp.
6
•La escala de los materiales compuestos es la principal desventaja desde el punto de vista del costo.
•Infraestructura preparada para el uso de cemento y acero.
•Analizar CICLO DE VIDA JEC, 2015
Mazumdar •Aeroespacial •Automotriz •Construcción •Transporte •Industria Naval •Equipamiento anti-corrosivo •Productos de consumo masivo
• Laminación manual.
• Laminación por aspersión. • Infusión (VARI).
• Moldeo por transferencia de resina (RTM). • SRIM. • SMC. • Prepreg – Autoclave. • Hilado de Filamentos. • Pultrusión. Other(17 wt.%) RTM (5 wt.%) Hand lay-up and spray-up molding (18 wt.%)
Injection molding of fiber reinforced thermoplastics (25 wt.%) SMC-BMC (35 wt.%) Mallick JPP, 2001
Tecnologías de procesamiento
MIMC
• Incorporación de los materiales compuestos en materias de grado y posgrado.
• Conglomerar expertos bajo el lema difusión del conocimiento
• Perfilada para ingenieros que actualmente trabajan en empresas.
Maestría en Ingeniería de los
Materiales Compuestos
-Director: Chiacchiarelli L.M.
-C.D. : Dra. Vazquez ; Dra. Bernal ; Dr. Escobar
Cascos de Polo
• Peso elevado Los
deportistas optan por la
versión no homologada.
Seguridad y confort
• Baja calidad aumento de
espesor y peso para lograr
homologación
OBJETIVO:
Estado del arte – Desarrollo Kohlenia
Laminación Manual (competencia) Máquina de moldeo por vejiga (Kohlenia)
Objetivo de la colaboración
• Transferir conocimiento de
nanocompuestos del ITPN a la empresa Kohlenia.
• Utilización de la nanotecnología y resinas alternativas (PU) para mejora del producto/proceso y reducción de costos.
• Varias publicaciones de
nanocompuestos probando el efecto buscado (otras sin publicar).
Carcasa de casco
Ultraligera y de bajo
costo
Tenacidad Tiempo de ciclo (PU)
Efecto virtuoso material y proceso
Carcasa de casco
Ultraligera y de
bajo costo
40 % matriz epoxi
60 % refuerzo F. de Carbono / vidrio +20 a 40% Tenacidad 5 a 10% Espesor 00 Material Proceso 3 a 6% Fibra Carbono 70 a 100% Productividad Calidad 50 a 90% Tiempo de Ciclo
Tecnología de dispersión
• Sistema de dispersión: • Hasta 15.000 rpm • Dispersión en vacío • Control de Temperatura • Agitador tipo Cowles. • Dispersión en 10’. • Actualmente no se
comercializa en forma estándar en Argentina.
Paneles pre-fabricados
-Paneles
-Núcleos EPS, PU PIR -Caras metálicas o PRFV
-Aplicaciones: Cámaras frigoríficas, naves industriales, industria láctea, avícola, pesquera, porcino ovina, saladeros, curtiembres, centros de distribución, laboratorios, bodegas y viviendas.
Mercado Argentino
Argentina: -Importación de MDI y polioles formulados -Producción de TDI -Producción de polioles (Dow) -Transformadores.-Cadena de valor presente en la Argentina. 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000
Import. MDI (ton
.)
Importación MDI 2015: 15000 Ton
1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 0 5000 10000 15000 20000 25000
Producción TDI 2015: 20000 Ton
Nanoespumas
• Nanopartículas disponibles: • Nanotubos de Carbono • Grafeno • Silicatos • Sílica • Nanocelulosa • Otros 0,2m m Silica Silicatos Grafeno Celulosa NC •Propiedades Mecánicas-Térmicas •Aislación •Baja Concentración •Materiales multifuncionales.Espuma-PU Espuma PU-NCC
•Dispersión •Costo
Celulosa Nanoestructurada
• Celulosa
• Uno de los polímeros más abundantes en la naturaleza • Varias fuentes (residuos
lignocelulósicos): Madera dura, blanda, Jute.. Etc..
• Cada fuente contiene otros materiales: hemicelulosa, lignina, etc.
• La microestructura posee regiones de bajo orden y de elevado orden (cristalinas)
Hardwood Bagasse
Flax
Bio-Based Residuos
Nanocellu-Ar
• Dra. Vazquez; Foresti L. ; Cerrutti
P.
• Celulosa de origen Bacteriano
• Empresa de base Tecnológica
• Incorporación de la BNC en la
formulación del PU para aumentar
propiedades específicas
El rol de la BNC en la espuma
Segmento Blando Segmento Duro Catalizador Surfactante Agente de soplado Separación de fase Efecto Nucleante?
?
BNC se comporta en forma multifuncionalSegmento duro y blando
MDI
AGU
Caso de Estudio:
Industria Automotriz
• Espiral de Peso
780Kg, 51kW
Caso de Estudio:
Industria Automotriz
• Legislación para reducción de emisiones de CO2 (Europa). • CFRP candidatos más
Caso de Estudio:
Industria Automotriz
Proyecto Hivocomp
• Advanced materials enabling High-Volume applications of lightweight structural
composite parts.
• Seventh Framework Programme
– Fondos aportados por la Comunidad Europea.
– Proyecto a mediano plazo (4 años).
– Objetivos estratégicos (europeos). Creación de nuevos paradigmas.
– Proyecto Solar en África.
• Integración de todos los centros de investigación europeos con empresas líderes.
Caso de Estudio:
Industria Automotriz
Pilar-B • Acero de alta resistencia estampado en caliente • TRB (Tailored Rolled Blank)Procesamiento
• Producción estimada: 150,000 piezas por
año (Europa, un solo molde).
• Una pieza cada dos minutos
• Gran desafío para los materiales
compuestos:
• Termoplástico: SMC.
Proceso matriz termoestable
• Sistema RTM-RIM-VARI
• Calentamiento por inducción
• Inyección RIM-PU
• Asistido por vacío
Híbrido-autoreforzado
Compuesto auto-reforzado (SRC)
Antes de compactado en caliente
