Metal Replacement Forum 2013 Malpensa, 7 Giugno 2013 TEPEX Componenti strutturali a basso peso

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1 Metal Replacement Forum 2013 Malpensa, 7 Giugno 2013 TEPEX Componenti strutturali a basso peso Walter Toniol High Performance Materials EMEA Application Development & Technical Services

2 "Green Mobility" soluzioni per le sfide globali possono avere un impatto positivo in quattro aree principali Mezzi di trasporto Energia Infrastrutture / Pianificazione urbana Sistemi di gestione delle informazioni 2

3 I sei pilastri di LANXESS che contribuiscono alla Mobilità Verde Tutti basati su tecnologia ed innovazione Contributo LANXESS Pneumatici verdi Costruzioni leggere Gestione sostenibile del cuoio Prodotti Tecnici Materie prime a base Bio Biocarburanti & Energie rinnovabili Innovazione &Tecnologia 3

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5 Mobilità convenzionale ha raggiunto i suoi limiti Fattori chiave L aumento continuo delle emissioni di CO 2 minaccia l ambiente ed il clima globale. - Senza adeguate contromisure le emissioni globali di CO 2 raddoppieranno entro il Crescienti esigenze di mobilità sono guidate dall aumento della popolazione e dall incremento della classe media, specialmente nei paesi BRIC* Le risorse come i combustibili fossili, sono ormai limitate ed inevitabilmente si esauriranno. Le esigenze dei consumatori riguardanti la mobilità stanno cambiando Il futuro della mobilità dovrà essere verde 5 Source: International Energy Agency * BRIC countries: Brazil, Russia, India, China

6 Le auto moderne aumentono i requisiti e con loro, il peso del veicolo Negli ultimi 40 anni le auto si sono appesantite Legislazione Sicurezza Interni Confort Qualità 25% 30% 15% 22% 8% Fattori che hanno contribuito all aumento di peso Esempio: Mini Cooper 6

7 Motivazioni per realizzare strutture leggere Fat Book 2013 La massa è il fattore chiave per determinare le resistenze che agiscono sul veicolo, progettare strutture leggere è quindi la soluzione ideale Resistenza di accellerazione massa x accellerazione del veicolo Resistenza all aria (Densità aria/2) x c w * x superficie veicolo x velocità 2 Resistenza al rotolamento (massa x gravità) x attrito di rotolamento Gradiente di resistenza (massa x gravità) x (gradiente altezzat/gradiente lunghezza) * valore c w : coefficiente di penetrazione 100 kg di riduzione di peso significa un risparmio di carburante di 0,5 l per 100 km e ~ 10 g in meno di CO 2 per chilometro viaggiato 7

8 Fiat Seat Citroen Toyota Ford Opel VW Audi BMW Mercedes Soluzioni leggere sono il fattore chiave per l industria automobilistica per tagliare le emissioni di CO 2 ed evitare sanzioni penali Emissioni medie di CO 2 del parco circolante di alcuni OEMs (dato 2011) 162 in g CO2 per km EU target 95 I produttori di auto hanno un divario enorme da colmare per raggiungere gli obiettivi di riduzione delle emissioni di CO 2 sulla flotta circolante. Una riduzione di 100 kg di peso può risparmiare fino a 10 g CO 2 /km. Valori massimi di emissione di CO 2 : 2015: 130 g/km 2020: 95 g/km [U.S. 2025: g/km] Sanzione di 95 per veicolo per ogni g/km in più di CO 2 riferito al limite fissato. 8 Source: European Federation for Transport and Environment, McKinsey, JATO Consult

9 HPM Programma di innovazione per business futuri Strutture Applicazioni Applicazioni leggere Electro Estrusione serbatoi Products Applicazioni Applicazioni Vano Motore Mobility Green Mobilità Urbanizazione Sostenibilità Veicoli E/E 9

10 Concetto di ibrido - Principio di base Ottima rigidità e resistenza Ruttura duttile Bassa dilatazione termica lineare Buona imbutibilità Metallo Ibrido Ampia libertà di forma Ottima scorrevolezza Basso peso Ottima rigidità e resistenza Poliammide 6 Alta sollecitabilità dinamica Alta resistenza all'invecchiamento Ottima resistenza chimica a oli grassi e agenti di pulizia Riduce la propensione delle lamiere sottili all incurvamento Conferisce alto assorbimento di energia Ha elevata resistenza termica Ha bassa dilatazione termica Basso peso dei particolari Alta precisione e stabilità dei particolari in produzione ed in uso Elevata possibiltà di integrazione dei componenti 10

11 Ibrido metallo plastica Più di 70 applicazioni in serie, 40 Milioni di particolari prodotti. 11

12 Molti componenti auto possono essere realizzati più leggeri grazie ai prodotti di LANXESS Struttura auto Componenti realizzati con il contributo di LANXESS Traverse plancia Carrozzeria Cornice tetto Front end Porta ruota di scorta Inserti strutturali Coppe olio Serbatoi Gas Coppe olio cambio Trasmissione Coperchi punterie Supporti Cinghie di trasmissione Pelle leggera Interni Contenitori Airbags Strutture sedili Sistemi pedaliera Aste sterzo Telaio 12

13 Come le soluzioni di LANXESS aiutano a ridurre il peso esempio carrozzeria (1/2) Inserti strutturali Gli inserti strutturali stampati ad iniezione in Durethan rinforzato vetro consentono, oltre alla riduzione del peso anche ad un aumento della sicurezza dei passeggeri. Pozzetto ruota di scorta realizzato con Durethan rinforzato vetro al 60% Il componente, incollato direttamente alla carrozzeria, non solo contiene la ruota di scorta e gli strumenti a bordo tra cui la batteria, ma irrigidisce anche la parte posteriore del veicolo. Traversa plancia La traversa plancia portastrumenti realizzata con l ibrido metallo/ plastica consente di ottenere sostanziali benefici, ad esempio può integrare i condotti di canalizzazione aria ed anche il supporto della colonna sterzo. Pozzetto ruota di scorta: Vista frontale Traversa plancia Inserti strutturali Vista da sotto 13

14 Come le soluzioni di LANXESS aiutano a ridurre il peso esempio carrozzeria (2/2) Cornice tetto realizzata in tecnologia ibrida metallo plastica Il peso si riduce del 30% in confronto alla soluzione in acciaio a parità di costo. Front ends che utilizzano la tecnologia ibrida I front ends che sono realizzati con la tecnologia ibrida metallo plastica sono più leggeri anche del 40% rispetto a quelli completamente in metallo; il peso di questi componenti che utilizzano inserti in alluminio. può essere ulteriormente ridotto Cornice tetto utilizzando gli inserti in Tepex I fornt ends realizzati in ibrido metallo plastica sono ampiamente utilizzati ed il peso si può ulteriormente ridurre utilizzando gli inserti in Tepex.* Front end 14 * The lower beam of the current Audi A8 front end that is already in serial production contains a Tepex U-profile

15 Tepex fogli compositi high-tech per l industria automobilistica e non solo Origini Tecnologia moderna per il settore aeronautico Economico, pronto per produzioni di massa come alternativa al metallo per l industria automobilistica Prodotti semilavorati (piastre) = fogli compositi Prodotti Semilavorati Tessuti realizzati con fibre di vetro continue o altre fibre di rinforzo Impregnate in una matrice termoplastica come PA Buona imbutibilià tridimensionale Particolari in Ibrido composito Integrazione di funzioni sul componente, grazie allo stampaggio ad iniezione Processo d integrazione per cicli di stampaggio ridotti Durethan Tepex 15

16 LANXESS offre tecnologie innovative Tepex tecnologia ibrida per ogni componente leggero Lanxess sta rivoluzionando la tecnologia ibrida con lastre composite Tepex per i componenti strutturali* Tepex è una lastra composita realzzata con fibra di rinforzo continua in una matrice polimerica La tecnologia ibrida Plastica / Plastica combina il Tepex con il Durethan nel processo di stampaggio ad iniezione I tecnopolimeri rinforzati di LANXESS, realizzati per lo stampaggio ad iniezione, si possono usare in funzione dei requisiti richiesti dal componente I componenti realizzati in ibrido sono un eccellente alternativa all acciaio ed al alluminio, ed offrono: - Bassa densità che permette di risparmiare fino al 50% del peso - Alta resistenza e rigidità che assicura un elevata sicurezza - Conveniente da produrre dimostrato dalle produzioni in serie TEPEX 16 * Used in the lower beam of the Audi A8 and the bumpers of the BMW M3 Bottom image: Audi A8 front end

17 Come le soluzioni di LANXESS aiutano a ridurre il peso esempio interno Contenitore Air Bag Vista posteriore Contenitore airbag realizzato con Tepex Lo spessore delle pareti laterali può essere ridotto da 3-4 mm a 0,5-1 mm utilizzando la tecnologia ibrida Tepex senza compromettere la rigidità o resistenza Pedale freno auto realizzato con ibrido Tepex * Primo pedale freno al mondo realizzato con fibre di vetro continue progettato per produzioni di massa. E circa il 50% più leggero della soluzione tradizionale in acciaio, ma supera i requisiti richiesti. Acciaio 794 g: Ibrido metallo/plastica 526 g: L evoluzione del Pedale freno Ibrido con Tepex 355 g 17 * Plastic/plastic hybrid technology.

18 Modulo [GPa] Resistenza [MPa] Proprietà meccaniche dei metalli e dei tecnopolimeri Valori assoluti non considerando la massa 250 Modulo Resistenza * 47 vol.-%, dry, woven, 50/50 /based on Arping, Nickel, Haspel, Malek/ 18 Acciaio Alluminio PA6-GF60, BKV60, dry PA6-GF fogli organici* 0

19 Modulo riferito alla densità [GPa/(g/cm³)] Resistenza riferita alla densità [MPa/(g/cm³)] Proprietà meccaniche dei metalli e dei tecnopolimeri Peso specifico considerando la massa 40 Modulo Resistenza * 47 vol.-%, dry, woven, 50/50 /based on Arping, Nickel, Haspel, Malek/ 19 Acciaio Alluminio PA6-GF60, BKV60, dry PA6-GF fogli organici*

20 Peso correlato al carico / [N/g] Coppia riferita alla al peso / [Nm/g] Ibrido Metallo/Plastica e Tecnologia ibrida con Tepex Flessione e Torsione a confronto riferita alla trave HiAnt 24 0,6 Ibrido con inserto in Tepex 20 0,5 16 Ibrido con inserto in Tepex 0,4 12 0,3 8 Ibrido con inserto in acciaio 0,2 Ibrido con inserto in acciaio 4 0, Flessione / [mm] Ibrido con composito in Tepex (2.0 mm) + Durethan BKV30 Peso 346 g Ibrido con inserto in acciao (0.7 mm) + Durethan BKV30 Peso 400 g Angolo di torsione / [ ] Ibrido con composito in Tepex (2.0 mm) + Durethan BKV30 Peso 346 g Ibrido con inserto in acciao (0.7 mm) + Durethan BKV30 Peso 400 g 20 /based on Arping, Nickel, Haspel, Malek/

21 Ibrido Metallo/Plastica e Tecnologia ibrida con Tepex Flessione e Torsione a confronto riferita alla trave HiAnt Peso correlato al carico / [N/g] Coppia riferita alla al peso / [Nm/g] 10 N/g 0,6 0,5 0,4 Ibrido con inserto in Tepex 7 N/g 0,3 0,2 Ibrido con inserto in acciaio Resistenza: Ibrido Tepex Rigidità: Flessione / [mm] /based on Arping, Nickel, Haspel, Malek/ ~ 40 % in più di Rigidità Ibrido con composito in Tepex (2.0 mm) + Durethan BKV30 Peso 346 g Ibrido metallo plastica 0, Angolo di torsione / [ ] Ibrido con inserto in acciao (0.7 mm) + Durethan BKV30 Peso 400 g Resistenza: Ibrido Tepex Rigidità: Tepex Ibrido in Composito 21

22 Densità Regole pratiche per la sostituzione del metallo Considerazioni generali per il metal replacement con limitato design space Requisito principale: Rigidità plastica Rigidità Resistenza Requisito principale: Resistenza plastica metallo plastica+gf 22

23 Densità Regole pratiche per la sostituzione del metallo Considerazioni generali per il metal replacement con limitato design space Requisito principale: Rigidità plastica Rigidità Resistenza Requisito principale: Resistenza plastica metallo plastica+gf Considerazioni generali per il metal replacement con appropriato design space Approccio generale Utilizzo di Polimeri da stampaggio con alto modulo elastico Requisiti più elevati Flessione Torsione Dominante la Rigidità Ibrido Metallo/Plastica Dominante la Resistenza Ibrido Tepex Ibrido Tepex 23

24 Strutture leggere, basate su tecnologie e materiali innovativi all'avanguardia Tecnologia ibrida metallo/plastica Tecnopolimeri ad alto modulo Tecnologia ibrida con Tepex Tecnologia del carbonio 24

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