AIMPLAS, 21 MAYO 2015 ESPUMADOS PLÁSTICOS. … · ˜ AC: Coeficiente de asimetría, ... Grado de...

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TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN DE ESPUMAS POLIMÉRICAS. RELACIÓN PROCESO – ESTRUCTURA - PROPIEDADES Tecnología e Innovación en Materiales Celulares al Servicio de la Industria Cristina Saiz-Arroyo 1,2 , Miguel Angel Rodríguez-Pérez 1 , 2 1 CellMat Technologies, Valladolid-España 2 Laboratorio CellMat, Valladolid- España AIMPLAS, 21 MAYO 2015 ESPUMADOS PLÁSTICOS. TECNOLOGÍAS, TENDENCIAS Y POSIBILIDADES

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TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN DE ESPUMAS POLIMÉRICAS. RELACIÓN PROCESO – ESTRUCTURA - PROPIEDADES

Tecnología e Innovación en Materiales Celulares al Servicio de la Industria

Cristina Saiz-Arroyo1,2, Miguel Angel Rodríguez-Pérez1,2

1 CellMat Technologies, Valladolid-España2 Laboratorio CellMat, Valladolid- España

AIMPLAS, 21 MAYO 2015ESPUMADOS PLÁSTICOS. TECNOLOGÍAS, TENDENCIAS Y POSIBILIDADES

ÍNDICE

TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN DE ESPUMAS POLIMÉRICAS. RELACIÓN PROCESO –

ESTRUCTURA - PROPIEDADES

� CELLMAT INNOVATION CENTER� INTRODUCCIÓN� LA ESTRUCTURA CELULAR� TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN DE MATERIALES CELULARES� RELACIÓN PROCESO-ESTRUCTURA-PROPIEDADES – CASOS PRÁCTICOS

LABORATORIO DE MATERIALES CELULARES

UNIVERSIDAD DE VALLADOLID- ESPAÑAEstablecido en 1999.

Laboratorio de reconocido prestigiointernacional en el campo de los materiales

celulares.

Creada en Octubre de 2012.Empresa Spin-Off de Base

Tecnológica de la Universidad de Valladolid.

KNOW-HOW NOVEDOSO Y

ESPECIFICO RELATIVO A MATERIALES CELULARES

AVANZADOS

ACUERDOS DE TRANSFERENCIA

• 145 artículos en revistas científicas• 10 patentes y varias tecnologías novedosas• 16 Tesis Doctorales• Más de 60 proyectos de investigación• Colaboración con Universidades e Industrias a nivel mundial

� Transferir conocimiento y tecnología relativa a materiales

celulares a nuestros sociosindustriales.

� Asesorar a productores de productos plásticos (espumados o

no) para que generen materialesavanzados y más baratos utilizando

nuestro know-how específico.

� Producir materiales celularesavanzados y/o formulaciones para

la producción de los mismos.

ÍNDICE

TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN DE ESPUMAS POLIMÉRICAS. RELACIÓN PROCESO –

ESTRUCTURA - PROPIEDADES

� CELLMAT INNOVATION CENTER� INTRODUCCIÓN� LA ESTRUCTURA CELULAR� TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN DE MATERIALES CELULARES� RELACIÓN PROCESO-ESTRUCTURA-PROPIEDADES – CASOS PRÁCTICOS

INTRODUCCIÓN: IMPORTANCIA & MERCADOESPUMAS POLIMÉRICAS

ESTRUCTURA DE DOS FASES: POLÍMERO + GAS

SU IMPORTANCIA EN LA SOCIEDAD ACTUAL – LOS NÚMEROS

AÑO 2013 19.1 Millones de Tn $ 86.9 Billones

2009 2014

TASA CRECIMIENTO ANUAL – 4%

AÑO 2019 25.3 Millones de Tn

2014 2019

TASA CRECIMIENTO ANUAL – 4.8 %

MATERIALES CELULARES: LAS RAZONES DEL ÉXITOESPUMAS POLIMÉRICAS

ESTRUCTURA DE DOS FASES: POLÍMERO + GAS

LA INCLUSIÓN DE UNA FASE

GASEOSA PERMITE

AUMENTAR EL RANGO DE

PROPIEDADES DISPONIBLES

LA COMBINACIÓN

DE PROPIEDADES Y BAJO PESO PERMITE EL

REDISEÑO DE MULTITUD DE APLICACIONES

MATERIALES CELULARES – QUÉ LOS CONTROLA?

APLICACIONES TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN

AHORRO DE MATERIA PRIMA & COSTES PROPIEDADES

DENSIDAD

MATERIALES CELULARES – QUÉ LOS CONTROLA?

APLICACIONES TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN

AHORRO DE MATERIA PRIMA & COSTES PROPIEDADES

DENSIDADDENSIDAD RELATIVA ó

QUÉ LOS CONTROLA? – LA DENSIDAD, ¿Y ALGO MÁS?

RELACIONES DE ESCALA ó ó ó 0.5 ó 0.25

R = 0.5

n ESTÁ ASOCIADO CON LA ESTRUCTURA CELULAR

ESPUMAS = DENSIDAD & ESTRUCTURA CELULAR

APLICACIONES TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN

AHORRO DE MATERIA PRIMA & COSTES PROPIEDADES

DENSIDADDENSIDAD RELATIVAESTRUCTURA CELULAR

TRES NIVELES: ESTRUCTURA CELULAR CELDA ELEMENTAL MATERIAL BASE

LA ESTRUCTURA CELULAR – LOS NIVELES

PAREDES

ARISTA

LA ESTRUCTURA CELULAR – LO QUE HAY QUE SABER

ESTR

UCT

URA

CEL

ULA

R

DENSIDAD RELATIVA

TIPO DE POROSIDAD: ABIERTA, CERRADA O INTERMEDIA

TAMAÑO DE CELDA, DENSIDAD CELULAR

DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑOS CELULARES

ESPESOR DE LA PARED DE LAS CELDAS Y SU DISTRIBUCIÓN

FRACCIÓN DE MASA EN LAS ARISTAS

FORMA DE LAS CELDAS, RATIO DE ANISOTROPÍA

- %

, Nv

/

RELACIÓN ENTRE LOS PARÁMETROS QUE CARACTERIZAN LA ESTRUCTURA CELULAR

LA ESTRUCTURA CELULAR – LOS PARÁMETROS

TIPO DE POROSIDAD: ABIERTA, CERRADA O INTERMEDIA - %ESTRUCTURA CELULAR

CELDA ABIERTAC 80- 100%

CELDA SEMIABIERTA10 < C < 80%

CELDA CERRADAC 0- 10%

LA ESTRUCTURA CELULAR – LOS PARÁMETROS

ESTRUCTURA CELULAR TAMAÑO DE CELDA, DENSIDAD CELULAR , Nv

MATERIAL MICROCELULAR(108 – 1011 celdas / cm3)

MATERIAL NANOCELULAR(>10 14 – 1015 celdas/cm3)

MATERIAL CELULAR CONVENCIONAL

(102 – 107 celdas /cm3)

RE-EVOLUCIÓN TECNOLÓGICA Reducción extrema de la conductividad térmica. Mejora en las propiedades mecánicasNECESARIO LOGRAR MAYORES REDUCCIONES DE DENSIDAD. MENOR DENSIDAD LOGRADA HASTA AHORA 0.3.

LA ESTRUCTURA CELULAR – LOS PARÁMETROS

ESTRUCTURA CELULAR FRACCIÓN DE MASA EN LAS ARISTAS

3s

2s

s

s 9.38.2m

22 7.14.53.1 sss

wm

: Masa en las aristas: Masa en las paredes

ESPESOR DE LA PARED DE LAS CELDAS Y SU DISTRIBUCIÓN ESTRUCTURA CELULAR

PAREDES CELULARES – MEDIDA DIRECTA DEL ESPESOR

LA ESTRUCTURA CELULAR – LOS PARÁMETROS

FORMA DE LAS CELDAS, RATIO DE ANISOTROPÍAESTRUCTURA CELULAR

R = 1CELDA ISOTRÓPICA

R < 1

R > 1CELDAS

ANISOTRÓPICAS

ESTRUCTURA CELULAR DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑOS CELULARES /

LA ESTRUCTURA CELULAR – CÓMO ANALIZARLAEl Laboratorio CellMat ha desarrollado una herramienta basada en el análisis de imagen que

permite caracterizar la estructura celular de materiales espumados. Está basada en el software ImageJ, (software gratuito de análisis de imagen).

Este software utiliza micrografías obtenidas bien mediante microscopía electrónica de barrido o bienmediante microscopía óptica y permite caracterizar de forma completa y precisa la estructura celularde una espuma.

PARÁMETROS QUE DETERMINA EL SOFTWARE CELLMAT � : Tamaño de celda, (ASTM D3576-04)� SD/: Parámetro que da cuenta de la anchura de la distribución de tamaños de celda� AC: Coeficiente de asimetría, da cuenta de la desviación de la distribución de tamaños

celulares de una distribución normal. � Distribución de tamaños de celda.� R: Ratio de anisotropía, calculado como el ratio entre el tamaño de celda medido en

dos direcciones principales. � Densidad celular: Número de celdas por unidad de volumen. � Ratio piel-nucleo: (Piezas estructurales). Ratio entre el espesor de las pieles sólidas y

el espesor de la zona espumada, (no se determina de forma directa pero se puededeterminar).

J. Pinto, E. Solórzano, M.A. Rodríguez-Pérez, J.A. de Saja. Characterization of the Cellular Structure based on User InteractiveImage Analysis Procedures. Journal of Cellular Plastics 49: 555-575, (2013)

∑ 1∑: Diámetro celda i: Diámetro celular promedio: Número de celdas

: Diámetro celular- Dirección X: Diámetro celular- Dirección Y

LA ESTRUCTURA CELULAR – CÓMO ANALIZARLA

EJEMPLO

Sample (m) SD/ AC Nv (celdass/cm3) R Espesor (mm) Ratio Piel-Nucleo -%

EJEMPLO 155.9 7.5 0.29 0.45 5.1·105 7.3·104 1.0 0.1 8.72 13.07

0 50 100 150 200 250 3000.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

Frec

uenc

ia R

elat

iva

Cell Size (m)

Sample 20150304-13

DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑOS DE CELDA

ESPUMAS = DENSIDAD & ESTRUCTURA CELULAR

APLICACIONES TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN

AHORRO DE MATERIA PRIMA & COSTES PROPIEDADES

DENSIDADDENSIDAD RELATIVAESTRUCTURA CELULAR

LA DENSIDAD

BAJA DENSIDAD DENSIDAD MEDIA ALTA DENSIDAD0.01 0.3 0.3 0.6 0.6 0.99

ESPUMAS & SU CIRCUNSTANCIA DENSIDAD & ESTRUCTURA CELULAR

APLICACIONES TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN

AHORRO DE MATERIA PRIMA & COSTES PROPIEDADES

DENSIDADDENSIDAD RELATIVAESTRUCTURA CELULAR

LA DENSIDAD VS LAS APLICACIONES

BAJA DENSIDAD DENSIDAD MEDIA ALTA DENSIDAD0.01 0.3 0.3 0.6 0.6 0.99APLICACIONES ESTRUCTURALESREDUCCIÓN DE PESO & RIGIDEZ

LA DENSIDAD VS LAS APLICACIONES

BAJA DENSIDAD DENSIDAD MEDIA ALTA DENSIDAD0.01 0.3 0.3 0.6 0.6 0.99ESPUMAS FLEXIBLES O ESPUMAS RÍGIDASAISLAMIENTO TÉRMICO, AISLAMIENTO ACÚSTICO, ABSORCIÓN DE ENERGÍA, CONFORT, FLOTACIÓN, …

ESPUMAS & SU CIRCUNSTANCIA DENSIDAD & ESTRUCTURA CELULAR

APLICACIONES TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN

AHORRO DE MATERIA PRIMA & COSTES PROPIEDADES

DENSIDADDENSIDAD RELATIVAESTRUCTURA CELULAR

EXTRUSIÓNPoliolefinas, poliestireno

ESPUMADO REACTIVOPoliuretano, resinas epoxy

LA DENSIDAD VS TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN

BAJA DENSIDAD DENSIDAD MEDIA ALTA DENSIDAD0.01 0.3 0.3 0.6 0.6 0.99

DISOLUCIÓN DE GASPoliolefinas

MOLDEO POR COMPRESIÓNPoliolefinas

TERMOESTABLES

TERMOPLÁSTICOS

LA DENSIDAD VS TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN

BAJA DENSIDAD DENSIDAD MEDIA ALTA DENSIDAD0.01 0.3 0.3 0.6 0.6 0.99

DISOLUCIÓN DE GASPoliolefinas

MOLDEO POR COMPRESIÓNPoliolefinas

TERMOESTABLES

TERMOPLÁSTICOS

EXTRUSIÓNPoliolefinas, polímeros técnicos

MOLDEO POR INYECCIÓN Poliolefinas, polímeros técnicos

ESPUMADO REACTIVOPoliuretano, resinas epoxy

ROTOMOLDEOPoliolefinas

AGENTE ESPUMANTE

QUÍMICO (CBA)

ENDOTÉRMICO(H < 0)

EXOTÉRMICO(H > 0)

FÍSICO (PBA)

TECNOLOGÍAS DE ESPUMADO – AGENTES ESPUMANTES

SUSTANCIA QUE GENERA UNA ESTRUCTURA

CELULAR EN EL POLÍMERO

LIBERA GAS COMO RESULTADO DE UNA REACCIÓN

QUÍMICA

GENERA GAS POR CAMBIO DE ESTADO

O POR CAMBIO SOLUBILIDAD

POLÍMERO/GAS

AZODICARBONAMIDA

ACIDO CÍTRICO, ACIDO TARTÁRICO

BICARBONATO SÓDICO Baja tasa

liberación gas

Aptos contactocon alimentosLiberan H2O

ZnO, ZnSt

Mayor tasaliberación de gas que endotérmicosNo aptoscontacto con alimentos

CFCs, HCFCsHidrocarburos, (isobutano, isopentano)Gases Inertes: CO2, N2

ESTADO SUPERCRÍTICO

TECNOLOGÍAS DE ESPUMADO – HECHOS COMUNES

0

1

2

3

4

5

6

t0 t1 t2 t3 t4 t5

Grad

o de

exp

ansi

ón

Tiempo 6

Crecimiento

Solidificación

Nucleación

Drenaje

Coalescencia

Coarsening

Líquido+gas

TECNOLOGÍAS DE ESPUMADO - EXTRUSIÓN

Polímero Fundido

PBACBA

Mezclado Enfriamiento Moldeo Expansión

FUNDAMENTOS DEL PROCESO

SISTEMA TANDEM

SISTEMA EXTRUSIÓN DIRECTA

TECNOLOGÍAS DE ESPUMADO - INYECCIÓN

Polímero Fundido

PBACBA

Mezclado Inyección en

el molde Expansión Enfriamiento

FUNDAMENTOS DEL PROCESO

Expulsión

UNIDAD DE INYECCIÓN MOLDE

ESPUMAS ESTRUCTURALES: PIEL SÓLIDA + NÚCLEO ESPUMADO

TECNOLOGÍAS DE ESPUMADO – MOLDEO POR COMPRESIÓN

ESPUMAS & SU CIRCUNSTANCIA DENSIDAD & ESTRUCTURA CELULAR

APLICACIONES TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN

AHORRO DE MATERIA PRIMA & COSTES PROPIEDADES

DENSIDADDENSIDAD RELATIVAESTRUCTURA CELULAR

ESPUMAS & SU CIRCUNSTANCIA DENSIDAD & ESTRUCTURA CELULAR

APLICACIONES TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN

AHORRO DE MATERIA PRIMA & COSTES PROPIEDADES

DENSIDADDENSIDAD RELATIVAESTRUCTURA CELULAR

¿CÓMO CONSEGUIR EL EQUILIBRIO?

ENCONTRANDO EL EQUILIBRIO – ESTRATEGIA DE MEJORA/OPTIMIZACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE MATERIALES CELULARES

Modificación de la Matriz

Polimérica

Control de Parámetros del

Proceso de Espumado

EstructuraCelular

PropiedadesFísicas Material

Espumado

Aplicación, Mercado

Opción #1

Opción #2

Morfologíade la MatrizPolimérica

NIVEL MICROSCÓPICO NIVEL MACROSCÓPICO

n

PS

ESPUMAS & SU CIRCUNSTANCIA DENSIDAD & ESTRUCTURA CELULAR

APLICACIONES TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN

AHORRO DE MATERIA PRIMA & COSTES PROPIEDADES

DENSIDADDENSIDAD RELATIVAESTRUCTURA CELULAR

ESPUMAS & SU CIRCUNSTANCIA DENSIDAD & ESTRUCTURA CELULAR

APLICACIONES TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN

AHORRO DE MATERIA PRIMA & COSTES PROPIEDADES

DENSIDADDENSIDAD RELATIVAESTRUCTURA CELULAR

ESTRUCTURA VS PROPIEDADES- CASOS PRÁCTICOS

AISLAMIENTO TÉRMICO&

ESPUMA DE POLIURETANO

ESTRUCTURA VS PROPIEDADES- CASOS PRÁCTICOS

DIFFUSION OF BLOWING AGENT

- Air: 25.3 mW/m·K

- CO2: 14.5 mW/m·K

Conductividad Térmica en Espumas Poliméricas

s: Conduccción a través de la fase sólidag: Conducción a través de la fase gaseosar: Radiaciónc: Convección en el interior de las celdas, despreciable si < 4mm.

, , , , , REDUCCIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD

TÉRMICA ACTUANDO SOBRE LA ESTRUCTURA

CELULAR

POLIURETANO + NANOPARTÍCULAS NANOPARTÍCULAS – NUCLEANTES EFECTIVOS EN MATERIALES ESPUMADOS

ESTRUCTURA VS PROPIEDADES- CASOS PRÁCTICOS

0 1 2 3 4 524

25

26

27

28

29

Con

duct

ivid

ad T

érm

ica

(mW

/m·K

)

Concentración Nanopartículas (wt%)

Conductividad Térmica

0 1 2 3 4 5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Red

ucci

ón C

ondu

ctiv

idad

Tér

mic

a (%

)

Concentración Nanopartículas (wt%)

Reducción efectiva de por la introducción de nanopartículas. Contenido óptimo- Mínimo en - 1wt%- 8% de reducción.

POLIURETANO + NANOPARTÍCULASConductividad Térmica

ESTRUCTURA VS PROPIEDADES- CASOS PRÁCTICOSPOLIURETANO + NANOPARTÍCULASEfecto nucleante de las nanopartículas – Análisis cuantitativo (Rayos X + Análisis de Imagen)

30 40 50 60 70 8090100

200

300

400

10

20

30

40

5060708090

100

Rel

ativ

e de

nsit

y /%

Time /s

neat PU 0.5% clays 1% clays 3% clays 5% clays

30 40 50 60 70 8090100

100

200

300

400

500

50

100

150

200

250

300

350

400

450 neat PU 0.5% clays 1% clays 3% clays 5% clays

Cel

l siz

e /

m

Time /s

EVOLUCIÓN DE LA DENSIDAD EVOLUCIÓN DEL TAMAÑO DE CELDA

40% REDUCCIÓN TAMAÑO CELDA

DENSIDAD CELULAR, (Nc , celdas/cm3)

50 100 150 200 250 300 350 400 4500.0

4.0x106

8.0x106

1.2x107

1.6x107

2.0x107

Cel

l den

sity

/cm

3

Time /s

neat PU 0,5% clays 1% clays 3% clays 5% clays

ESTRUCTURA VS PROPIEDADES- CASOS PRÁCTICOSPOLIURETANO + NANOPARTÍCULASEfecto nucleante de las nanopartículas – Análisis cuantitativo (Rayos X + Análisis de Imagen)

NO COALESCENCIADensidad Celular Constante

NUCLEACIÓN MEJORADAIncremento en el número de celdas por unidad de volumen

6 ó 1

ESTRUCTURA VS PROPIEDADES- CASOS PRÁCTICOSPOLIURETANO + NANOPARTÍCULASTamaño de celda en función de la concentración de nanopartículas, (Medido con Tomografía)

0 1 2 3 4 5

300

400

500

600

700

800

900

cell

size

/m

nanoclays content /%

� 2 VECES- REDUCCIÓN TAMAÑO CELDA � 8 VECES- REDUCCIÓN VOLUMEN CELDA

REDUCCIÓN DEL TÉRMINO DE RADIACIÓN

ESTRUCTURA VS PROPIEDADES- CASOS PRÁCTICOSPOLIURETANO + NANOPARTÍCULASFracción de Masa en las Aristas (fs) & Espesor Pared Celular ()

ESPESOR PARED CELULAR

Sección-2D de una celda después de aplicarla metodología de identificación de aristas

0 1 2 3 4 5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

cell

wal

l thi

ckne

ss /m

Nanoclays content /%

Contenido Nanopartículas (wt%) fs0 0.66

0.5 0.62

1 0.66

3 0.78

5 0.76

MENOR ATENUACIÓN DE LA RADIACIÓN

La fracción de masa en las aristas aumentay el espesor de la pared disminuye de modo

significativo

ESTRUCTURA VS PROPIEDADES- CASOS PRÁCTICOSPOLIURETANO + NANOPARTÍCULASFracción de Masa en las Aristas (fs) & Espesor Pared Celular ()

ESPESOR PARED CELULAR

Sección-2D de una celda después de aplicarla metodología de identificación de aristas

0 1 2 3 4 5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

cell

wal

l thi

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ss /m

Nanoclays content /%

Contenido Nanopartículas (wt%) fs0 0.66

0.5 0.62

1 0.66

3 0.78

5 0.76

MENOR ATENUACIÓN DE LA RADIACIÓN

La fracción de masa en las aristas aumentay el espesor de la pared disminuye de modo

significativo

ESTRUCTURA VS PROPIEDADES- CASOS PRÁCTICOSPOLIURETANO + NANOPARTÍCULASFracción de Masa en las Aristas (fs) & Espesor Pared Celular ()

ESPESOR PARED CELULAR

Sección-2D de una celda después de aplicarla metodología de identificación de aristas

0 1 2 3 4 5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

cell

wal

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ss /m

Nanoclays content /%

Contenido Nanopartículas (wt%) fs0 0.66

0.5 0.62

1 0.66

3 0.78

5 0.76

MENOR ATENUACIÓN DE LA RADIACIÓN

La fracción de masa en las aristas aumentay el espesor de la pared disminuye de modo

significativo

ESTRUCTURA VS PROPIEDADES- CASOS PRÁCTICOS� CONSTRUCCIÓN� AUTOMOCIÓN� ENERGÍAS RENOVABLES� AERONÁUTICA� INDUSTRIA NAVAL� TRENES� ETC…

VARIOS SECTORES ESTRATÉGICOS UTILIZAN ESPUMAS COMO ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Paneles o core de paneles sandwich

MADERA DE BALSA• Recurso natural, heterogeneo. • No válido en aplicaciones donde

haya que evitar absorción de agua. • Problemas de abastecimiento.• Problemas medioambientales

PVC ENTRECRUZADO• Elevado coste.• Necesario entrecruzar el PVC

para alcanzar bajas densidades.• Pocas compañias en el mundo

lo producen. • No es reciclable al final de vida

util.

POLIURETANO• Problemas medioambientales.• Termoestable: No fácilmente

reciclable. • Resistencia al fuego vía productos

halogenados• Propiedades mecánicas inferiores

a otros polímeros técnicos.

ESTRUCTURA VS PROPIEDADES- CASOS PRÁCTICOS� CONSTRUCCIÓN� AUTOMOCIÓN� ENERGÍAS RENOVABLES� AERONÁUTICA� INDUSTRIA NAVAL� TRENES� ETC…

VARIOS SECTORES ESTRATÉGICOS UTILIZAN ESPUMAS COMO ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Paneles o core de paneles sandwich

MADERA DE BALSA• Recurso natural, heterogeneo. • No válido en aplicaciones donde

haya que evitar absorción de agua. • Problemas de abastecimiento.• Problemas medioambientales

PVC ENTRECRUZADO• Elevado coste.• Necesario entrecruzar el PVC

para alcanzar bajas densidades.• Pocas compañias en el mundo

lo producen. • No es reciclable al final de vida

util.

POLIURETANO• Problemas medioambientales.• Termoestable: No fácilmente

reciclable. • Resistencia al fuego vía productos

halogenados• Propiedades mecánicas inferiores

a otros polímeros técnicos.

MATERIAL CELULAR ESTRUCTURALRECICLABLE (NO ENTRECRUZADO)

BAJA DENSIDAD POLÍMERO “COMODITY” Y “LOW

COST”: POLIPROPILENO

ESTRUCTURA VS PROPIEDADES- CASOS PRÁCTICOSPRODUCCIÓN DE ESPUMAS ESTRUCTURALES BASADAS EN POLIPROPILENOElección de la materia prima- Influencia de la reología del polímero base

GRADO DE POLIPROPILENO LINEAL

GRADO DE POLIPROPILENO DE ALTA RESISTENCIA EN FUNDIDO

Es necesario utilizar un polímero con reología adecuada para generarestructuras celulares de elevada calidad. Material NO ENTRECRUZADO

ESTRUCTURA VS PROPIEDADES- CASOS PRÁCTICOSPRODUCCIÓN DE ESPUMAS ESTRUCTURALES BASADAS EN POLIPROPILENOPP HMS + Proceso de producción novedoso = MATERIAL NO ENTRECRUZADO & BAJA DENSIDAD

Producción de un precursor sólido

Espumado del precursor bajo presión

y temperatura controlada en un molde cerrado.

Enfriamiento del material espumado

Mezclado materiales en extrusora doble husillo

LA RUTAICM

IMPROVED COMPRESSION MOLDING

PRESIÓN APLICADA DURANTE EL PROCESO DE ESPUMADOPRESIÓN APLICADA DURANTE EL PROCESO DE ESPUMADO

MOLDES AUTOEXPANDIBLESMOLDES AUTOEXPANDIBLES

• Geometrías simples definidas.• Buena precisión control densidad

PRODUCTOS ESPUMADOS NO ENTRECRUZADOS CON UN CONTROL INDEPENDIENTE DE LA DENSIDAD Y LA ESTRUCTURA. SIMILAR DENSIDAD PERO DIFERENTE

ESTRUCTURA CELULAR.

PRODUCTOS ESPUMADOS NO ENTRECRUZADOS CON UN CONTROL INDEPENDIENTE DE LA DENSIDAD Y LA ESTRUCTURA. SIMILAR DENSIDAD PERO DIFERENTE

ESTRUCTURA CELULAR.

AJUSTE ADECUADO DE LOS PARÁMETROS DE PROCESO Y DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA

AJUSTE ADECUADO DE LOS PARÁMETROS DE PROCESO Y DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA

ANICELL CELDA CERRADAANICELL CELDA CERRADAANICELL CELDA ABIERTAANICELL CELDA ABIERTA

ANICELL SOLUTIONS

ANICELL CELDA CERRADAANICELL CELDA CERRADA

� Cores espumados con elevadas propiedades mecánicas específicas obtenidas gracias a la combinaciónde una estructura de celda cerrada y elevados ratios de anisotropía, (mayor de 2).

� Dependiendo de la aplicación final, se puede variar la densidad del material entre 90 y 500 kg/m3.

PRODUCCIÓN DE ESPUMAS ESTRUCTURALES BASADAS EN POLIPROPILENOPP HMS + Proceso de producción novedoso = MATERIAL NO ENTRECRUZADO & BAJA DENSIDAD

ANICELL CC 180 Kg/m3

ANICELL CC 150 Kg/m3

Módulo Elástico (MPa) 180 120Esfuerzo de Colapso (MPa) 2.8 1.6

Contenido Celda Abierta (%) < 20 < 20Ratio de Anisotropía 2.3 2.6

ANICELL SOLUTIONS

ANICELL CELDA ABIERTAANICELL CELDA ABIERTA

PRODUCCIÓN DE ESPUMAS ESTRUCTURALES BASADAS EN POLIPROPILENOPP HMS + NANOPARTÍCULAS + Proceso de producción novedoso = MATERIAL NO ENTRECRUZADO & BAJA DENSIDAD

Paralelo a la dirección

de expansión

ANICELL OC SON MATERIALES NOVEDOSOS QUECOMBINAN ELEVADAS PROPIEDADES MECÁNICAS ESPECÍFICAS

CON UNA ESTRUCTURA DE CELDA ABIERTA: EXCELENTESESPUMAS ESTRUCTURALES PARA ABSORCIÓN DE SONIDO O

PRODUCCIÓN DE FILTROS.

ESTRUCTURAS CELULARES BIMODALES & 100% ABIERTA. RATIO ANISOTROPÍA: 2.3 – 2.5

� Combinación de un 100% de celda abierta y elevadas propiedades mecánicas específicas. � El uso de la ruta ICM junto con nanorefuerzos ha facilitado la generación de una nueva clase de materiales:

Espumas de polipropileno de celda abierta con elevada respuesta mecánica.

Perpendicular

ANICELL SOLUTIONS

PRODUCCIÓN DE ESPUMAS ESTRUCTURALES BASADAS EN POLIPROPILENOPP HMS + NANOPARTÍCULAS + Proceso de producción novedoso = MATERIAL NO ENTRECRUZADO & BAJA DENSIDAD

MODULO ELASTICIDAD

EspumasPVC

reticuladas

AniCell CC (Celda Cerrada)

AniCell OC (Celda Abierta)

PU rígido

Los productos ANICELL son COMPLETAMENTE RECICLABLESLa ruta ICM no implica entrecruzamiento del polímero aunque ni auncuando se generan materiales con densidades de 90 kg/m3

ANICELL se basa en un POLÍMERO “COMODITY”, POLIPROPILENO DE ALTA RESISTENCIA EN FUNDIDO

RESPUESTA MECÁNICA COMPARABLE a aquella de productoscomerciales basados en espumas de PVC reticulado o PU rígido.

ANICELL SOLUTIONS

PRODUCCIÓN DE ESPUMAS ESTRUCTURALES BASADAS EN POLIPROPILENOPP HMS + NANOPARTÍCULAS + Proceso de producción novedoso = MATERIAL NO ENTRECRUZADO & BAJA DENSIDAD

MODULO ELASTICIDAD

EspumasPVC

reticuladas

AniCell CC (Celda Cerrada)

AniCell OC (Celda Abierta)

PU rígido

Los productos ANICELL son COMPLETAMENTE RECICLABLESLa ruta ICM no implica entrecruzamiento del polímero aunque ni auncuando se generan materiales con densidades de 90 kg/m3

ANICELL se basa en un POLÍMERO “COMODITY”, POLIPROPILENO DE ALTA RESISTENCIA EN FUNDIDO

RESPUESTA MECÁNICA COMPARABLE a aquella de productoscomerciales basados en espumas de PVC reticulado o PU rígido.

ESPUMAS & SU CIRCUNSTANCIA = DENSIDAD & ESTRUCTURA CELULAR

APLICACIONES TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN

AHORRO DE MATERIA PRIMA & COSTES PROPIEDADES

DENSIDADDENSIDAD RELATIVAESTRUCTURA CELULAR

LA ESTRUCTURA CELULAR- MOTIVANDO LA EVOLUCIÓN

METODOLOGÍAS DE CARACTERIZACIÓN &

MODELIZACIÓN AVANZADAS

[email protected] POLIMÉRICOSREFUERZOS/AGENTES NUCLEANTES (NANO, MICRO, …)AGENTES ESPUMANTESAPLICACIONESTECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓNPARA GENERAR MATERIALES CELULARES AVANZADOS

Profesor Miguel Angel Rodríguez-PérezEmail: [email protected]

CELLMAT LABORATORYDPTO. FÍSICA DE LA MATERIA CONDENSADA

FACULTAD DE CIENCIASPASEO DE BELÉN, 7

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