Performance Plastics

Dow Elastomers

Compuestos de elastómeros termoplásticos (TPO) en automóviles Soluciones flexibles, infinitas posibilidades

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Recurra a Dow para obtener soluciones innovadoras de materiales de TPO para el interior y exterior de los vehículos La industria automotriz intenta constantemente reducir el peso de los vehículos con el fin de alcanzar objetivos muy exigentes en cuanto a un mayor ahorro del combustible. Distintas regiones del mundo procuran poner en práctica medidas ambientales de diferentes maneras. Esto ha generado mayores esfuerzos en reducir el peso total de un vehículo mediante el uso de tecnologías aún más innovadoras. La función de los plásticos en el diseño automotriz se ha convertido en un factor fundamental tanto para lograr características de rendimiento de un vehículo moderno como para permitir que dicho rendimiento se logre de manera más rentable. En la industria del transporte actual, los plásticos y los materiales compuestos han adquirido cada vez mayor importancia como método para reducir el peso del vehículo para lograr los objetivos de peso cada vez más rigurosos. Uno de los materiales más utilizados hoy en día en la industria automotriz es la poliolefina termoplástica (TPO), que en general consiste en una mezcla de polipropileno (PP), un modificador de impacto de alto rendimiento y un agente de carga como el talco. Los TPO han sido ampliamente adoptados para utilizarlos en aplicaciones tanto para exteriores como para interiores en remplazo de los materiales más tradicionales como el metal, así como también los termoplásticos de ingeniería, tales como el acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) y el policarbonato (PC)/ABS. Una posible vía para reducir el peso de un vehículo es fomentar el uso de componentes de espesor reducido al proveer materiales más rígidos. Sin embargo, esto presenta desafíos técnicos significativos debido a que la pieza debe mantener su rigidez y al mismo tiempo ser fabricada con tecnologías de procesamiento convencionales tales como el moldeado por inyección. Los fabricantes de automóviles continúan moviéndose hacia plataformas globales y exigiendo a los proveedores tener una presencia global con capacidad para prestar servicios desde cualquier lugar en que se encuentren. Las especificaciones del fabricante describen una variedad de requisitos que pueden variar desde el rendimiento de bajo impacto final hasta un comportamiento dúc-

til a -40° C. Esto ha conducido al desarrollo de una variedad de productos de PP y elastómeros adaptados para cumplir los criterios específicos. En el caso de los elastómeros de poliolefina (POE), esto ha llevado a distintos niveles de flujo y densidades.

Liderando el camino Como el principal productor mundial de POE y líder en monómeros de etileno-propilenodieno (EPDM), Dow ofrece una exclusiva cartera en innovación y vasta experiencia en la industria que continúa ofreciendo soluciones para aplicaciones en el mercado de elastómeros especiales. Entre ellas se incluyen soluciones especializadas para los TPO “rígidos” que se utilizan en aplicaciones para exteriores e interiores de automóviles, así como los TPO “blandos” para revestimientos de paneles de instrumentos (PI) y otros componentes de interiores. Los materiales de Dow ofrecen la flexibilidad que usted necesita para satisfacer sus necesidades específicas de ingeniería y requisitos de procesamiento. En varios casos, los materiales y la tecnología de Dow pueden contribuir a identificar soluciones de TPO que ofrecen un mejor rendimiento y rentabilidad como sustitutos de PC/ABS, policloruro de vinilo flexible (f-PVC), termoplásticosvulcanizados (TPV), cuero, fibra de vidrio, y otros materiales. Nuestra oferta de productos continúa expandiéndose a medida que aplicamos nuestras tecnologías de polímeros y catalizadores, avanzadas y patentadas, a fin de identificar soluciones de TPO que permitan a nuestros clientes satisfacer las necesidades emergentes, diferenciar sus productos y mejorar su capacidad competitiva. Asimismo, Dow continúa reforzando su presencia en la fabricación global para el suministro confiable de productos desde Norteamérica, Europa y Asia en una variedad de aplicaciones y mercados.

Tecnología INSITE™ Una plataforma importante para la innovación de Dow es la tecnología INSITE™, que combina catalizadores de metaloceno inventados por Dow con la tecnología de avanzada en procesos y ciencia de materiales. Dow aplica la tecnología INSITE™ con el fin de diseñar nuevas moléculas y crear nuevos e innovadores productos de olefinas especiales que ofrecen mejoras significativas en el rendimiento, costo, capacidad de reciclado y uso del material sobre los polímeros a los que sustituyen.

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Respondiendo a sus necesidades

Materiales flexibles de Dow

La tecnología avanzada de Dow, junto con un profundo conocimiento de los requerimientos de compuestos de TPO en automóviles permite a Dow ofrecer una gama de soluciones basadas en las características de composición y procesamiento deseados, así como el desempeño y apariencia de la pieza terminada.

En esta sección encontrará una visión general de los materiales de elastómeros especiales que Dow tiene a su disposición para compuestos de TPO:

Los elastómeros especiales de Dow se utilizan como copolímeros con polipropileno para favorecer la resistencia al impacto, mejorar la resistencia a la intemperie, minimizar el peso, y contribuir a la capacidad de reciclado de las piezas. Los materiales de Dow pueden también mejorar la capacidad de procesamiento de los compuestos de TPO, mejorando la productividad y economía en las operaciones de moldeado por inyección, extrusión de láminas/termoformado y moldeado por soplado.

Prestando servicios a nivel global Las cadenas de suministro automotriz globales exigen soluciones de materiales a nivel mundial. Las capacidades de Dow en todo el mundo nos permiten satisfacer sus necesidades actuales como aquéllas que surjan al día siguiente. Estas capacidades de primera línea comprenden: • Aplicación, desarrollo y recursos de servicios técnicos a nivel global; • Organización del servicio al cliente a nivel global; • Capacidades de producción e integración de material crudo a nivel global.

Los elastómeros de poliolefina (POE) ENGAGE™ han sido durante mucho tiempo los modificadores de impacto de elección para las aplicaciones de TPO rígidos. Hoy en día, éstos contribuyen a los nuevos avances en el rendimiento y la capacidad de procesamiento de ambos TPO, rígidos y blandos, a medida que se expande el uso de la tecnología de TPO a través de los vehículos actuales y los automóviles del mañana. Los acontecimientos recientes abarcan: • ENGAGE™ HM POE – ponen mayor énfasis en la alta resistencia al fundido y rigidez; • ENGAGE™ XLT POE – posibilitan la fabricacion de piezas de TPO más ligeras y más finas con una mayor rigidez, resistencia al impacto comparable, mejor ajuste y acabado, y tiempos de ciclo reducidos en comparación con el modificador de impacto principal; Las resinas de polietileno de muy baja densidad (VLDPE) Dow son buenos modificadores de impacto que también aportan resistencia, rigidez y flexibilidad en los TPO rígidos y blandos. Los productos EPDM NORDEL™ son materiales monómeros de etilieno-propilenodieno líderes en la industria que ofrecen mayor capacidad de procesamiento e imparten rigidez a baja temperatura a otros polímeros.

La innovación de Dow continúa Dow continúa desarrollando nuevas soluciones innovadoras que mejoran el rendimiento y la capacidad de procesamiento de los compuestos de TPO. Los plastómeros y elastómeros VERSIFY™ son sólo un ejemplo. Estos copolímeros de propileno-etileno versátiles se utilizan como modificadores de rendimiento o procesamiento que contribuyen a una mejor óptica, elasticidad, flexibilidad, suavidad y otras características táctiles. Los copolímeros olefínicos en bloque (OBC) INFUSE™ presentan distintos bloques de segmentos rígidos (muy rígidos) y blandos (altamente elastoméricos). Estos innovadores materiales ofrecen la posibilidad para los TPO de una mayor flexibilidad/durabilidad, sensación suave al tacto, aumento de la resistencia al calor, tiempos de ciclo más rápidos, y otras ventajas adicionales. Los polímeros funcionales AMPLIFY™ GR son poliolefinas injertadas en anhídrido maleico (MAH) con excelentes propiedades adhesivas, compatibilidad con otros materiales, baja temperatura de fusión, estabilidad térmica, y baja densidad para una mejor compatibilidad de cargas inorgánicas y una mejor calidad de TPO. Los continuos aportes de Dow a un mayor uso de los TPO rígidos contribuyen a reducir el peso del vehículo, mejorando su seguridad, durabilidad, reduciendo el empañado del vidrio, y mejorando la capacidad de reciclado de los materiales al final de la vida del vehículo.

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Aplicaciones para compuestos de TPO que contienen elastómeros de Dow Propiedades de procesamiento y rendimiento Los elastómeros especiales de Dow pueden satisfacer una gran variedad de requerimientos de procesamiento para los compuestos de TPO en automóviles. Dow ofrece diversas opciones para los compuestos utilizados en el moldeado por inyección de TPO rígidos. Dentro de éstas se incluyen los grados de ENGAGE™ POE, DOW™ VLDPE, y NORDEL™ EPDM que ofrecen un excelente equilibrio de resistencia al impacto y economía, materiales de menor densidad para una mayor resistencia al impacto y ductilidad a baja temperatura, así

como también materiales que ofrecen la máxima resistencia al impacto y mayor flujo durante el procesamiento. La respuesta para el diseño de piezas cada vez más complejas y exigentes de hoy en día. Para el termoformado y el moldeado por soplado de los TPO rígidos y blandos, Dow ha desarrollado varios grados de ENGAGE™ POE que presentan alta resistencia al fundido debido a la introducción de ramificaciones de cadena larga en la estructura del polímero. En el moldeado por soplado, la alta resistencia al fundido proporciona una mejor resistencia al abollamiento que los elastómeros de poliolefinas convencionales, así como la

extensibilidad para una relación de soplado alta. En el termoformado, el material de lámina extruida fabricado con nuestros materiales de alta resistencia al fundido cumple con los requerimientos durante el procesamiento, si bien retiene la estabilidad de la forma, minimizando el abollamiento durante el precalentamiento. Esto se traduce en piezas con altos niveles de calidad de superficie y consistencia así como estabilidad del color. Cuando se combina con la alta resistencia al fundido del polipropileno, estos elastómeros contribuyen a temperaturas de re-cristalización más elevadas, permitiendo a las piezas ser removidas de los moldes con mayor rapidez, mejorando la productividad.

Aplicaciones de TPO para exteriores Moldeado de TPO rígido para para golpes trasero

TPO rígidos para paneles de protección y molduras laterales

™Marca registrada de The Dow Chemical

Molduras de TPO para paneles de carrocería delanteros extremos

TPO rígido para para golpes

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Tabla 1: introducción de elastómeros para aplicaciones de TPO Método

Ventajas

Desventajas

PP en el reactor Agregar etileno al reactor de PP para • Excelente dispersión del comonómero de etileno. crear segmentos de elastómeros de • Menores requerimientos de elastómero para etileno-propileno (EP) para un copolímero compuestos o procesamiento en prensa o en línea. de impacto (ICP) o un reactor TPO (r-TPO).

• A menudo, un rendimiento inferior en la producción de PP (mayor costo). • El elastómero del reactor en general no es tan eficiente como los elastómeros de alto rendimiento– especialmente para la resistencia al impacto a baja temperatura . • Aún así es probable que requiera compuesto de carga/aditivos para su uso en los TPO.

PP Post-Reactor Agregar un elastómero en operaciones de composición de PP posteriores a la fabricación.

• A menudo, mayor rendimiento de fabricación del polipropileno base. • Mayor flexibilidad en la formulación en comparación con el agregado en el reactor.

• Necesidad de capital para la introducción de elastómeros. • Aún así es probable que requiera compuesto de carga/aditivos para su uso en los TPO.

• Mayor grado de flexibilidad. • Múltiples fuentes de ingredientes. • Capacidad para optimizar costos y rendimiento.

• Requerimientos de capital para operaciones de composición. • Logística/antecedentes de calor.

• Anula la operación de composición y reduce costos. • Puede modificar los niveles de elastómeros según sea necesario.

• Dispersión en general menos eficiente que con composición. • Posible necesidad de capital y niveles de elastómeros más altos para cumplir con los requisitos de impacto.

Composición Agregar un elastómero a un PP, cargas, y otros aditivos en una operación de composición.

En prensa o en línea Agregar un elastómero directamente al flujo de ingredientes en una operación de moldeado por inyección o extrusión.

Incorporando elastómeros en un compuesto deTPO Los elastómeros pueden ser introducidos en un TPO en diferentes puntos de la cadena de valor. Aunque no existe una forma correcta o incorrecta de introducir el elastómero, existen beneficios y riesgos inherentes que pueden influir en la decisión del fabricante, mezclador o procesador (véase la Tabla 1).

Asimismo, la selección del elastómero puede ser influenciada por las capacidades del fabricante (productor de PP, mezclador, o moldeador/extrusor), los demás ingredientes compuestos de TPO, y el rendimiento del uso final deseado. En varios casos, la mejor relación de costo/rendimiento proviene de combinar un PP de bajo rendimiento con un elastómero de alto rendimiento en comparación con el uso de un copolímero de polipropileno de impacto o reactor TPO (r-TPO).

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Aplicaciones de TPO para interiores TPO rígido y blando para suavidad en los componentes de painel de instrumentos y controles

TPO rígido en molduras de columna interior del techo

TPO rígido para protectores de rodilla

TPO blando para simular cuero para paneles interiores de la puerta

Recubrimiento de TPO blando para tapa de consola símil cuero

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Diseño y selección de elastómeros

A principios de 1990 Dow utilizó la tecnología INSITE™ que permitió la creación de POE ENGAGE™ que ofrecía un mejor control de la arquitectura molecular mediante el uso de capacidades de catálisis de metaloceno y procesamiento. Estos nuevos elastómeros combinaron diversas ventajas que contribuyeron a un mejor rendimiento de los compuestos de TPO y su rápido éxito como sustitutos de otros copolímeros de etileno como EPDM: •Baja temperatura de transición vítrea – el aumento de la longitud de la cadena alfaolefinadesde el propileno (C3) hasta el buteno (C4) y octeno (C8) brinda un mejor rendimiento de impacto a baja temperatura (véase la Figura 1);

Temperatura de transición vítrea (°C)

El fabricante de elastómeros cuenta con una variedad de catalizadores, procesos y monómeros para crear elastómeros que son útiles para los TPO.

Figura 1: ductilidad a baja temperatura de varios elastómeros de etileno/alfa-olefina(1) -35 -40 -45

Propileno

-50 Buteno

-55 -60

Octeno

-65 0 5 10 15 20 Cristalinidad (%)

Figura 2: dispersión de elastómeros en TPO(1)

EPDM

POE

•Distribución estrecha del peso molecular y niveles bajos de ramificación – contribuye a una mejor dispersión del elastómero en el polipropileno (véase la Figura 2); •Forma de pellet – permite una composición continúa y manipulación a granel del elastómero. (4,5mm=1micrón) Tabla2: resumen de los efectos de diseño de elastómeros en el rendimiento de termoplásticos olefínicos[2] Efectos de elastómeros en el rendimiento de los TPO(1)

Impacto a baja temperatura

Módulo de flexión

Temperatura de distorsión por calor

Flujo en moldeado por inyección de TPO

Contracción Resistencia al del TPO fundido

Brillo

Disminución de la longitud de la cadena delcomonómero. Disminución de la cristalinidad del elastómero (menor densidad). Disminución del índice de fluidez (aumento del peso molecular[MW]). Disminución del contenido de elastómero. Disminución de la distribución del peso molecular (MWD).

Disminución de las ramificaciones. Datos obtenidos en ensayos realizados por Dow. Los protocolos de ensayo e información adicional disponibles a solicitud. Las propiedades indicadas son típicas, no deben interpretarse como especificaciones. Los usuarios deberían confirmar los resultados a través de sus propios ensayos. (1)

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Un mayor desarrollo de la tecnología INSITE™ ha dado lugar a la posibilidad de modificar la ramificación y las características de peso molecular a fin de producir grados de alta resistencia al fundido de POE ENGAGE™ HM. Estos elastómeros demuestran beneficios en las aplicaciones de extrusión, termoformado, y moldeado por soplado, así como también mejoras enla estética (reducción del brillo y líneas deflujo) en piezas moldeadas por inyección [3]. La Tabla 3 indica la amplitud de los elastómeros especiales de Dow que se pueden utilizar para la modificación de TPO a fin de lograr el esperado equilibrio de propiedades y procesamiento.

Más allá de estos productos, existen otros materiales innovadores que están comenzando a ingresar al mercado, incluyendo elastómeros de propilenoetileno[4] y copolímerosolefínicos en bloque [5, 6]. Los elastómeros especiales de Dow se dividen a su vez en niveles de rendimiento de TPO y subconjuntos de procesamiento como se indica en la Tabla 4 (página 9). Para el uso de esta guía de selección, Dow recomienda comenzar las formulaciones de moldeadopor inyección de TPO con el polipropileno apropiado y cargas/aditivos, agregando progresivamente los niveles más altos de los “Mejores” elastómeros hasta alcanzar la ductilidad deseada. Se

pude realizar una mejor optimización del compuesto de TPO a fin de lograr el equilibrio de rendimiento deseado. Asimismo, los TPO para extrusión, termoformado, moldeado por soplado se pueden formular con elastómeros de alta resistencia al fundido (generalmente un elastómero que tiene un índice de fluidez