Thermoplastiques renforcés fibres longues (LFT) - TICONA

Thermoplastiques renforcés
fibres longues (LFT)
Procédé de fabrication des Celstran: Pultrusion
Rovings de fibres
Tirage
Extrudeuse
Polymère fondu
Procédé d‘imprégnation
Granulés en forme de batonnets: 10 ou 25 mm Long; 3 mm Ø
2
Granulation
Gamme de Celstran
Verre, Aramide,
Carbone, Inox
Verre,
Inox
PA6 & 66
PP
TPU
Verre
HDPE
®Celstran
POM
Verre, Aramide,
Carbone, Inox
PPS
PPO
Inox
3
Verre,
Carbone
PC/ABS
PET & PBT
Verre
Verre,
Aramide,
Inox
Verre,
Inox
Granulés de Celstran
4
Evolution des granulés renforcés fibres
courtes vers les granulés fibres longues
®
Ce
lstr
Granulés fibres
courtes
Longueur de fibres = 0,2 - 0,4 mm
5
Enrobage
an
Granulés à fibres
longues complètement
imprégnées
Longueur de fibres = 10 mm
Pultrudat avec une mauvaise qualité d‘imprégnation
n Coupe transversale d‘un
granulé
n Forme irrégulière
n Fibres non enrobées
n Mauvaise homogénéité
6
Pultrudat avec une bonne qualité d‘imprégnation
n Coupe transversale d‘un
granulé
n Forme régulière
n Bonne imprégnation des
fibres individuelles
n Bonne homogénéité
7
Granulés fibres
courtes
1
Longueur de fibres [mm]
10
Injection
Granulés fibres
longues
1
Longueur de fibres [mm]
10
Proportion en masse
Injection
Proportion en masse
Proportion en masse
Proportion en masse
Répartition de la longueur des fibres
Pièce finie
1 Longueur de fibres [mm] 10
Pièce finie
1
Longueur
de fibres [mm] 10
Source: DKI, Darmstadt
8
Structure de fibres 3-D pour une résistance accrue
9
Structure de fibres 3-D pour une résistance accrue
10
Quand et Pourquoi utiliser des thermoplastiques
renforcés fibres de verre longues CELSTRAN
lRésistance
au choc élevée et rigidité (module)
lRetrait
diminué et stabilité dimensionnelle
lFluage
réduit
lConservation
des propriétés physiques aux températures
extrèmes
lCoefficient
de dilatation linéaire proche des métaux
lPourcentage
11
élevé de fibres permettant de hauts modules
-6
CTE [10 /K]
12
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
PP 40%SGF
PA66 40%SGF
Celstran PPGF40
Celstran
PA66-GF60
Celstran PPSGF50
Celstran PBTGF40
Steel
Magnesium
Aluminum
Coefficient de dilatation linéaire proches des métaux
Température de-30°C à +30°C
Sens du flux
Densité [g/cm3]
2,0
13
1,5
1,0
0,91
1,12
1,22
1,33
1,36
1,55
1,80
Al
Mg
PA-GF 50
PA-GF 30
PP-GF50
®Celstran
PP-GF40
®Celstran
PP-GF30
®Celstran
PP non chargé
Comparaison de densité
2,80
2,5
®Celstran
PP :Comparaison avec le PA66-GF*
14000
50%
Module en traction [MPa]
12000
35%
PA 66 - GF
sec
10000
Celstran
PP - GF
30%
40%
25%
8000
35%
30%
25%
6000
30%
PA 66 - GF
conditionné
4000
2000
* Comparaison avec des produits sur le marché
0
0
5
10
15
20
Résistance au choc Charpy entaillé [kJ/m²]
14
25
Rigidité du Celstran PP
Module en torsion [N/mm2]
10.000
1.000
®Celstran
PP-GF40 (Fibres de verre longues)
PA6-GF30
(Fibres de verre courtes)
PP-GF30
(Fibres de verre courtes)
100
-50
0
50
Temperature [°C]
15
100
150
Support de pédale de frein
Support pédale de frein
RENAULT LAGUNA II
Matière
Celstran:PP-GF 40
Mouleur
Neyr Plastic Industries
Poids
450g
16
Support de batterie et d‘électronique
moteur RENAULT LAGUNA II
Matière : CELSTRAN
PP- GF40
Mouleur : Key plastics
Poids : 1500g
17
Levier de changement de vitesses
Transformateur
Möller Plast
Utilisateur
Mercedes Benz / VW
Matière
®Celstran PP-GF40
Exigences
Réduction de poids,bonnes propriétés mécaniques, faible déformation
18
Insert de planche de bord
Skoda Fabia
Transformateur/Equipementier
Sommer Allibert Bohemia
Prescripteur
Skoda
Matière
®Celstran PP-GF30
Avantages
rigidité et résistance au choc très élevées
pas d‘éclats lors du test de l‘Airbag
19
Rigidité et résistance en traction du CELSTRAN PA
contrainte [N/mm²]
200
®Celstran
PA 66-GF 50
150
®Celstran
100
PA66-sGF 33%
50
0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Allongement [%]
20
PA 66-GF 40
3,0
3,5
4,0
Diminution du fluage avec le ®Celstran PA
Allongement [%]
2,5
PA66-40% Fibres courtes
2,0
1,5
®Celstran
PA66-GF40
1,0
0,5
0,1
1,0
10
100
1000
Durée [h]
Contrainte: 90 MPa; 23°C
21
10000
Différence de comportement au choc instrumenté
entre Celstran PA et PA fibres courtes
22
Insert de planche de bord Opel Zafira
Mouleur:Sté. Automold
Matière: Celstran PA66 GF40 01
Exigences :
• faible déformation
• rigidité élevée
• stabilité dimensionnelle à haute
température
• faible tendance au fluage
23
750 mm
Module de cisaillement du Celstran PA66 GF50 02
comparé au PA66 GF50 fibres courtes en E+09 MPa
Module de cisaillement en E9 MPa
4
3
2
1
0
température
ambiante
50 °C
100 °C
PA66 GF50 Fibres courtes
24
150 °C
200 °C
Celstran PA66 GF50 02
240 °C
Vieillissement thermique
du Celstran PA 66 GF 30 à 190 et 210°C
Résistance traction MPa
250
200
150
100
50
0
Celstran PA66 GF30 01
valeur initiale
25
190°C 3 jours
190°C 8 jours
Celstran PA66 GF30 02
210°C 4 jours
210°C 8 jours
Différence de résistance à l ’usure entre
Celstran PA et PA fibres courtes
26
Concentric Slave Cylinder ®Celstran PA66-GF50
Exigences :
-conservation des propriétés
mécaniques à température
élevée,
-résistance au fluage et stabilité
dimensionnelle
27
Comparaison de matériaux
Matière
Unité
Mode de transformation
Injection Injection
CELSTRAN PA Semiarom.
PA 66 GFL50 50%FV
Injection
Injection
Injection
Densité
g/cm³
6,6
2,74
1,82
1,55
1,64
Résistance en traction à 23 °C
Résistance en traction à 80 °C
Allongement à la rupture à 23 °C
Module en traction E à 23 C°
MPa
Mpa
%
GPa
285
200
10
85
324
324
4
71
275
275
6
44,8
175 (cond)
120
2,4
11,2
190 (cond)
130
1,9
20
Résistance spécifique
Rigidité spécifique
Mpa/cm³g-1
Gpa/cm³g-1
43
13
118
26
151
25
113
7
116
12
58
4
3
107
Résistance au choc Charpy à 23 C° J
28
Zinc
Aluminium Magnesium
Zamak 3 A380
Mg7
Résistance en traction à 23 °C et 80 °C
Résistance en traction
Zinc
Zugfestigkeit b
Zugfestigkeit b
350
300
Aluminium
Magnésium Polyamide 6.6PA semiaromatique
285
324
275
175
190
200
324
275
120
130
MPa
250
200
23 C°
80 C°
150
100
50
P
A
29
G
F5
0
se
m
ia
ro
m
at
iq
ue
LG
F5
0
6.
6
P
ol
ya
m
id
e
M
ag
né
si
um
A
lu
m
in
iu
m
Zi
nc
0
Allongement à la rupture à 23 C°
12
Zinc
Bruchdehnung
Aluminium
10
Magnésium
4
6
Polyamide 6.6PA semi aromatiqueGF50
2,4
1,9
10
%
8
6
4
2
P
A
se
m
ia
ro
m
at
iq
ue
G
F5
0
LG
F5
0
6.
6
P
ol
ya
m
id
e
M
ag
né
si
um
A
lu
m
in
iu
m
Zi
nc
0
30
Résistance au choc Charpy
120
100
Zinc
J
Résistance au
Résistance
80 au
Aluminium
58
2
Magnésium
4
Polyamide 6.6PA semi aromatique GF50
3
107
Résistance au choc
76
Charpy à 23 C°
Résistance au choc
Charpy à -30 C°
60
40
20
0
Zinc
31
Aluminium Magnésium Polyamide
6.6 LGF50
Résistance en fatigue à la flexion alternée
(107 Cycles)
100
80
Zinc
Mpa
60
Aluminium
48
Magnésium Polyamide 6.6PA s
35
85
50 60
40
20
0
Zinc
32
Aluminium
Magnésium
Polyamide
6.6 LGF50
PA semi
aromatique
GF50
Comparaison du fluage à 0,1% d‘allongement
200
180
Zinc
Contrainte MPa
160
140
120
100
60°C
90°C
120°C
150°C
Aluminium
190
160
135
95
Magnésium
100
70
30
15
Polyamide 6.6 LGF50
60
58
55
50
80
60
40
20
0
Aluminium
33
Magnésium
Polyamide 6.6 LGF50
60 °C
90 °C
120 C°
150 °C
Possibilité de substitution du métal par le Celstran PA
Rigidité / Résistance en traction
Celstran PA66 GF60
Module E en flexion en N/mm²
20000
18000
Celstran PA66 GF50
16000
14000
PA GF 40
12000
Celstran PA66 GF40
10000
Alu injecté
8000
6000
4000
2000
sous pression
PA GF 30
PA GF 25
0
150
175
200
225
250
Résistance en traction en N/mm²
Polyamide fibres courtes
34
Celstran PA
275
300
Durée de vie moyenne des outillages (x 1000 )
1200
1000
Zinc
Aluminium
Magnésium Polyamide 6.6 LGF50
100
500
200
1000
800
600
400
200
0
Zinc
35
Aluminium
Magnésium
Polyamide 6.6
LGF50
Boitier de ceinture de sécurité ®Celstran PA66-GF 40
Exigences :
-propriétés mécaniques,
-résistance au choc
à basse température (-40°C)
-surface lisse
36
Traverse support de baggage EVO-Bus
37
Traverse support de baggage EVO Bus
Matière: CELSTRAN PA66 GF50
Avantages du Celstran:
- Reduction de poids et de coût
- Faible tendance au fluage
- Grande rigidité et résistance en fatigue
- Stabilité dimensionnelle
- Faible déformation au moulage
500 mm
38
Traverse support de baggage EVO-Bus
39
Fortron PPS comparé à Celstran PPS
Fortron 1140L4
40 % FV
p tu
l de ru
Trav ai
49,4%
re
62,7%
é
e ntaill
y
p
r
a
h
Ch oc C
16,6%
aillé
on e nt
n
y
p
r
ha
Ch oc C
t
e n tra c
le
u
d
o
M
9,3%
io n
ure
nt ru pt
e
m
e
g
Allon
-9,1%
n
trac tio
e
c
n
a
t
Ré sis
e
Mo dul
0°
tio n 25
c
a
r
t
n
e
40
-60%
-40%
-20%
5,1%
50,1%
C
°C
ion 250
t
c
a
r
t
an ce
Ré sist
HD T/C
-80%
Celstran SKX394
40 % FVL
19,3%
ture
de ru p
Fo rc e
0%
50,0%
16,0%
20%
40%
60%
80%
Choc impact instrumenté Celstran PPS
Force [N]
2500
Méthode d‘essai: ISO 6603-2
Echantillon: 120 x 80 x 3 mm
Temperature: 23°C
Matières:
Fortron 1140L4,
Celstran PPS-GF 40-02,
2000
1500
1000
PPS-LGF
PPS-SGF
500
PPS Renforcé
Fibres courtes
PPS Renforcé
Fibres longues
0
0
5
10
15
20
Déformation [mm]
41
Les fibres longues Celstran augmentent
les possibilités de substitution du métal
Propriétés
Metaux
Thermodurs
Composites
LFT
TRE
Thermoplastiques
fibres courtes
Prix
42