Substituição de Metais com Redução de Custo

Joel Pereira de Araújo

Alexandre Widmer

Master Polymers

1998 – Fundação

2005 – EMS Grivory: Agente e Distribuidor

2007 – Novos produtos: A. Schulman

(Mash) e Toray

2008 – Certificação ISO 9001

2010 – Poliolefinas adicionadas ao

portfolio

• PPA, PPS, LCP

• PA 12, PA transparente

• PA 1010, PA 610, PA 612, CoPA 6/12

• POM, PA 6, PA 66, PA 6.66

• Compostos de PP, PP, HDPE, LDPE, LLDPE

Master Polymers

Master Polymers

Grupo EMS

Faturamento US$ 1.5 bilhões (2010)

Fundação 1936

Empregados 2.106

Plantas 24 (em 15 países)

Site em Domat / Ems, Suíça

4

7

12

13

16

26

27

30

35

36

37

38

41 40

44

45

47

50

52

57

59

60

61

62

65

69

75

76

77

78 / 79

80

82

83

84

85

87

86

89

93

96

97

98

100

105

109

112

113

116

119

120

122

123

124

127

.

133

135

137

138

143

145

149

152

153

155

157

158

159

167

181

182

187

15

3

11

17

18

19

20

22

23

31

34

194

1

2

8

10

21

24

28

29

33

71/172

101/ 165

111/121

115

140

150

168

2

3

5

9

10

11

17

181

19

20

21

22 23

28

29

31

34

55

101

121

194

1

181

181

181

1

71/172

115

115

115

115

115

115

115

115

EMS – Presença Global

EMS – Plantas Fabris

EMS – Escritórios

Distribuidores / Agentes

Rígido

Resistente

Alta densidade

Condutor elétrico

Condutor térmico

Flexível

Macio, dúctil

Baixa densidade

Isolante elétrico

Isolante térmico

Metal Plástico

Substituição de Plástico por Metal

Funciona?

Plastic Part

Grivory GF50

Thread Size: M8

Substituição de Metais por Grivory

O Teste

1700 Kg – veículo + suporte

O conjunto

rompe com

3.100 Kg

O Teste

Grivory GV GV: reforçado com fibra de vidro

GM: reforçado com cargas

minerais

GC: reforçado com fibra de

carbono

Grivory HT-PPA HTV: reforçado com fibra de

vidro

HTM: reforçado com cargas

minerais

HTV..V0: reforçado com fibra de

vidro & antichama

Grivory G GTR 45: transparente

G 21: filmes

Alta rigidez mesmo após absorção de umidade

Módulo de Tração [GPa] ISO 527

50%GF 50%GF

ISO 527

50%GF 50%GF

Módulo de Tração [GPa]

Alta rigidez mesmo após absorção de umidade

ISO 179/1eU

>1250

Comparativo: Resistência ao Impacto

Time [h]

Alu-DG

Grivory HTV-5H1

Grivory GV-5H

Zink-DG

0.1 1 10 100 1000 10000 0

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5 Elongation [%] 100 MPa/23°C/cond. ISO 899

Alu-DG

Grivory HTV-5H1

Grivory GV-5H

Zink-DG

Comparativo: Ensaio de Fluência

Porque Substituir Metais?

Redução de custo no processamento

Integração de funções

Redução de peso

Sem etapas subsequentes de processamento

Tempo de Vida Útil da Ferramenta Maior

Zinc

Aluminium

Grivory GV/HT

0 500 1'000 1'500

Ciclos de Produção x 1000

O custo do ferramental para injeção

de metais é similar ao de polímeros

Menor Consumo de Energia

Temperatura [°C]

0 100 200 300 400 500 600 700

Zink

Aluminium

Grivory GV

Grivory HT

Temperatura do Material Temperatura do Molde

O Grivory é processado com temperaturas menores

Redução de custo no processamento

Integração de funções

Redução de peso

Sem etapas subsequentes de processamento

Porque Substituir Metais?

0

2

4

6

8

10

Metal Polymers Grivory

Densidade [g/cm3]

8.1 Bronze

7.9 Aço

6.7 Zinco

2.7 Alumínio

1.8 Magnésio

2.1 PTFE

0.9 PE

1.78

1.47

Comparativo de Densidade

• Redução de 75% no peso

• Mais de 3 kg por veículo!

• Excelente acabamento superficial

Redução de Peso e Custo

Redução de Peso e Custo

• Rigidez e resistência mesmo a altas temperaturas

• Resistência contra fluido de freio, até 170°C

• Alta estabilidade dimensional

Grivory HTV-5H1

Cilindro Escravo

Redução de Peso e Custo

• Resistência a altas temperaturas

• Estabilidade dimensional

• Baixo empenamento

Grivory HTV-5H1

Redução de Peso e Custo

Redução de custo no processamento

Integração de funções

Redução de peso

Sem etapas subsequentes de processamento

Porque Substituir Metais?

• Sem etapas subsequentes:

- rebarbagem

- usinagem

- corte

- jateamento

• Sem tratamento superficial:

- pintura

- proteção contra corrosão

• Facilidade de manuseio:

- durante o transporte, armazenamento e montagem

Redução Custo...

Sem Etapas Subsequentes de Processamento

• Excelente acabamento superficial com proteção UV

• Alta rigidez e resistência mecânica

• Significativa redução de peso

Grivory GV-5HL

Requisitos

• Estabilidade dimensional

• Rigidez

• Redução de peso e custo

Grivory substituindo alumínio injetado

Sem Etapas Subsequentes de Processamento

Custos de produção por peça [EUR]

Comparação de Custos

Redução no custo = - 40 %

Redução de custo no processamento

Integração de funções

Redução de peso

Sem etapas subsequentes de processamento

Porque Substituir Metais?

Requisitos

• Alta rigidez e resistência

mecânica

• Alta estabilidade dimensional,

mesmo sob tensão

Grivory HTV-5H1

substitui Alumínio

injetado e ABS/PC

Integração de Funções

Alu-Die-Cast

Grivory GV & GC

Integração de Funções

• Redução de custo com injeção de 3 componentes

• Alto carregamento dinâmico

• Suporte da EMS nas análises Moldflow & FEM

Buchas em Grivory GC-4H

Amortecedores em TPE (Santoprene)

Grivory GV-5H

Integração de Funções

Processo de injeção de 3

componentes:

• Peça base em Grivory GV-5H

• Amortecedores em TPE

• Buchas em Grivory GC-4H

• Grampeamento como união

permanente entre o tubo

metálico e o Grivory

Integração de Funções

Grivory: Substituição de Metais

O Grivory GV e HT da EMS possuem excelente perfil de desempenho

mecânico, sendo aptos a substituir metais em diversas aplicações

As principais exigências para substituição de metais são atendidas:

• Alta rigidez e resistência mecânica, mesmo sob condições climáticas

adversas

• Boa resistência contra produtos químicos

• Tendência muito baixa a fluência e boa estabilidade dimensional

• Capacidade dinâmico-mecânica comparável às peças injetadas

em metal

Sua parceira de sucesso na substituição de metais

Substituição de Metais com Redução de Custo

Support of Application Development Centre

Service & Innovation for your Success

DESIGN CONCEPT

• Proposal of design variants

• Cost comparison versus die casting part

MATERAL SELECTION

• Determination of material data

• Material comparison

DESIGN EVALUATION • Design recommendation

• Moldflow calculation

• Finite Element Analyses (FEA)

Support of …

PROTOTYPING • Production of prototypes

• Modification of die casting tool

• Development of test methods

APPLICATION RELATED TESTS

• Development of test methods

• Chemical resistance, mechanical properties

SAMPLING / PRODUCTION START • Process and tool optimisation

Support of …

Metal plateable Grivory GM

Questions

n What makes Grivory GM different

from ABS, ABS+PC and other

galvanicly treated PAs?

n How does the metal layer

influence the property profile?

n What is the advantage of a

sandwich structure in Grivory GV

and GM?

Within the next paragraph the properties of non metal plated

and metal plated Grivory GM is compared to electro plateable

competitive materials.

Automotive Trade Mark in Grivory GM-4H

3 Grivory GM is electro platable

3 The parts are dimensionally exact and show low warpage

3 Great Cost reduction

3 High Reduction of weight

Grivory replaces Zinc-Die

Cast

Grivory GVN-35H: Door Lock Component (Volvo)

Requirements

• high impact strength

• stiffness

• highest dimensional

stability

No. 256 metal substitution

Grivory GV-4H: Door Lock Housing (MB M-class)

Requirements

• stiffness/ strength

• impact resistance

• highest dimensional

stability

• functional integration

No. 258

Replacement of

several sheet

metal

components

Grivory GV-6H: Steering Column Lock Housing (Mercedes A-/M-Class)

Requirements

• cost reduction through

metal substitution & no

further post treatment

• dimensional stability

• stiffness

No. 239

metal substitution

Requirements

• impact strength

• high stiffness

• dimensional stability

• excellent surface quality

• good vibration damping

• weather resistance or paintable

Grivory GV-5H / Grilon TS Door Mirror Structural Components/ Shell

Grivory GV-5H: Steering Column Lock Housing (GM Opel Astra)

Requirements

• dimensional stability

• rigidity

• cost saving through

functional integration

No. 266

Grivory replaces

Magnesium Die-

Cast

Grilamid TR 55: Rear View Mirror for Motorbike

Requirements

• transparency

• chemical resistance

• colour matching

requirements

No. 161

Grilon A28NZ: Support for Safety Belt

Requirements

• impact resistance

• easy flow

No. 140

Grilon PVS-5H: Driver Seat Tilt Adjustment (BMW)

Requirements

• very high stiffness

• good surface finish

No. 162

Grilon A28 DZ: Flap for Side Air Vent (BMW)

Requirements

• good impact strength

• no conditioning

necessary

No. 199

Grilon BGM 40X Radiator Grille / Reflector Housing (DC Atego Truck)

Requirements

• exceptional surface quality

• reduced painting and pre-

treatment requirements

• easy flow

• heat resistance

• low warping

No. 259

Grivory GV The reliable product

for metal replacement

Grivory HT Enhanced performance

at high temperature

Semi-crystalline partially aromatic PA

Grivory GV Matrix polymer: PA66 + PA6I/6T

high stiffness & strength, good

toughness

very good creep behaviour

less influence of moisture

absorption (dimensions,

properties)

good surface quality

Grivory HT1 / HT2 Matrix polymer: PA6T/6I (HT1)

PA6T/66 (HT2)

high stiffness and strength also

at elevated temperatures

excellent creep behaviour

good dimensional stability,

constant mechanical properties

after moisture absorption

improved chemical resistance

to chemicals and hot water

Semi-crystalline partially aromatic PA

ISO 1874 Typ MP / TG PA 6T/6I Grivory HT1 325 °C / 130°C PA 6T/66 Grivory HT2 310 °C / 95°C

PA66 + PA 6I/6T Grivory GV 270°C / 70°C

n

C

O

C

O

N

H

N

H

2 6 (CH )

PA6T

C

O

PA6I

Semi-crystalline partially aromatic PA

Tensile Modulus Range

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

24000

14000

17000

21000

11000

HTV-3H1

GF30

HTV-4H1

GF40

GV-5H

GF50

HTV-6H1

GF60

HT2C-3H

CF30

E-Modulus 23°C/ MPa/ cond. 25500

HT1V-65H

GF65

28000

GVX-7H

GF70

Grivory GV vs Grivory HT

2

7

12

17

22

Grivory GV-5H

-20°C 23°C 80°C

Grivory HTV-5H1

120°C E-Modulus MPa

0

20

40

60

80

100

Zinc-DC Alu-DC Grivory HTV-5H1 Grivory HT2V-5H

-20°C 23°C 80°C 120°C

Tensile-E-Modulus [GPa] ISO 527

Comparison of Tensile Modulus

0 50 100 150 200 250 300

Grivory GV-2H

Grivory GV-5H

Grivory GVX-7H

Grivory HTV-3H1

Grivory HTV-5H1

Grivory HTV-6H1

Grivory HT2C-3X

Zinc ZnAl4Cu1

Magnesium MgAl9Zn1

Aluminium AlSi7Mg

Tensile Strength (MPa) dry as moulded 23°C

Comparison of Tensile Strength

1E+04 1E+05 1E+06 1E+07

Number of cycles

0

40

80

120

160 Stress amplitude [MPa] DIN 53442

* Reference: - Georg Fischer AG

- Dt. Zinkberatung e.V

- Dt. Kupfer Institut.

Fatigue strength

frequency 11.2 Hz

GD Al Si9 Cu3 75 MPa *

Grivory HTV-5H1 74 MPa

Grivory GV-5H 70 MPa

GD Zn Al4 Cu1 56 MPa *

Comparison of Fatigue Strength

In comparison to other Polyamides Grivory HT remains stiffer

10 11

0

5

10

15

20

25

5.5

10.5

PA66

GF30

11.7

5

PA6/6T

GF30

HTV-3H1

GF30

HTV-5H1

14.5

18

GF50

9.3

17.2

PA46

GF50

19

23

HTV-6H1

GF60

120°C

d.a.m. 23°C

Tensile E-modulus, MPa x 1000

Stiffness Comparison

Comparison to High Performance Polymers

Tensile E-Modulus at 120°C [GPa] ISO 527/ dry

0

5

10

15

20

PEEK GF40 PPS GFM65 PPS GF40 HTV-4H1 HTV-6H1

0

50

100

150

200

250

Zinc Aluminium Grivory GV-5H Grivory HTV-

5H1

Grivory HTV-

6H1

23°C

80°C

Comparison of Shear Strength

Shear Strength (MPa)