amfab - inescop · 2016. 12. 6. · italux cordón de 1,75 mm. a continuación se adjuntan unas...

Fabricación avanzada de productos manufactureros

tradicionales mediante tecnologías de additive

manufacturing

E2.3 Informe técnico de las formulaciones

desarrolladas para el sector calzado y de

sus características físico-químicas, térmicas

y mecánicas

Fecha entregable: 19/10/2015

AMFAB

Administrador

Stamp

Administrador

Stamp

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AMFAB

TABLA DE CONTENIDOS

1. Información del proyecto

2. Detalles del entregable.

3. Introducción

4. Herramientas CAD

5. Conclusiones

de 23

AMFAB

1. Información del proyecto.

Título del proyecto: Fabricación avanzada de productos manufactureros tradicionales

mediante tecnologías de additive manufacturing

Acrónimo: AMFAB

Programa de trabajo: IVACE. Ayudas dirigidas a centros tecnológicos de la Comunidad

Valenciana para 2015 (2015/664).

Fecha de comienzo: 1 de Enero de 2015

Duración: 24 meses

Lista de participantes:

Participante

No. Nombre organización participante.

Nombre

abreviado Lugar

1 (Coord.) Asociación de Investigación de la Industria del

Juguete, Conexas y Afines AIJU Ibi

2 Instituto Español del Calzado y Conexas INESCOP Elda

3 Instituto Tecnológico textil AITEX Alcoy

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AMFAB

2. Detalles del entregable.

Entregable número: E2.3

Título den entregable: Desarrollo de formulaciones funcionales para calzado

Periodo: 4/2015 – 10/2015

Paquete trabajo: Preparación de las formulaciones funcionales para los sectores

juguete, textil y calzado

Tarea:

Tarea 2.3.- Obtención y caracterización de formulaciones

funcionales para el sector calzado

Autor:

INESCOP

Resumen:

Durante esta tarea, se obtendrán diferentes formulaciones en forma de

granza que posteriormente se utilizarán para obtener los monofilamentos

con propiedades innovadoras con los que se trabajará en el equipo de

FDM.

de 23

AMFAB

3. INTRODUCCIÓN

Las tareas que se van a llevar a cabo y que son descritas posteriormente en este

entregable van a ser las de estudiar los materiales a utilizar, determinando el

porcentaje de aditivo y las condiciones del proceso de compounding para la obtención

de materiales a utilizar en el proceso de fabricación aditiva. Se van a desarrollar

diferentes formulaciones del material en granza para luego obtener el filamento con

propiedades innovadoras que alimentará la impresora 3D

La incorporación de los aditivos o nanoaditivos a los materiales termoplásticos se

realizará mediante mezcla en fundido, mediante extrusión-compounding, con objeto

de conseguir una elevada homogeneidad de la mezcla y adecuada dispersión de los

aditivos. Se realizará un estudio donde se determine el porcentaje de aditivo

adicionado y las condiciones del proceso de compounding (esfuerzo de cizalla que

sufre el material, la velocidad del proceso, las temperaturas de extrusión, etc.). Si se

considera necesario se incorporarán agentes de acoplamiento para conseguir una

máxima interacción y compatibilidad entre los aditivos y la matriz termoplástica.

Durante esta tarea, se obtendrán diferentes formulaciones en forma de granza que

posteriormente se utilizarán para obtener los monofilamentos con propiedades

innovadoras con los que se trabajará en el equipo de FDM. El objetivo es obtener

materiales con propiedades innovadoras para las aplicaciones previstas y de este

modo desarrollar un filamento con propiedades y funcionalidades no existentes en el

mercado, de modo que se obtengan productos con un elevado nivel diferenciador.

4. DESARROLLO EXPERIMENTAL

MUESTRAS Y FORMULACIONES DESARROLLADAS PARA CALZADO

A continuación se incluye una tabla con las muestras que han sido procesadas en

diferentes sitios (AITEX / ITALUX). La extrusión se ha realizado en forma de cordón

considerando varios diámetros (3, 1,8 y 1,75 mm).Las mezclas de EVA con otros

polímeros para mejorar propiedades como la fluidez se han realizado en la misma

extrusora, justo antes del proceso de extrusión. Algunas de estas muestras han sido

descartadas directamente por su imposibilidad de ser extruídas o por la irregularidad

obtenida durante la extrusión y no han sido caracterizadas.

Referencia Naturaleza Procesado

de 23

AMFAB

Material

SBS

CAL H6110 Copolímero termoplástico de etileno-butadieno-

estireno 70/30 (SBS)

AITEX

Cordón de 3 y 1,8

mm

CAL 500 Copolímero termoplástico butadieno/estireno

70/30 (SBS)

AITEX / ITALUX

Cordón de 3 mm

SOL4302 Copolímero en bloque lineal de estireno y

butadieno

AITEX

Cordón de 3 mm

SEBS

SALFORD SEBS AITEX

EVA

LEVAPRENE700 EVA, 70% AV content ITALUX

Cordón de 3 mm.

LEVAPRENE450 EVA, 45% AV, mayor fluidez que Levaprene 700 ITALUX

Cordón de 3 mm.

MH40 EVA, 18% AV para utilizar como material de

limpieza

ITALUX

Cordón de 3 mm.

PU

PEARLTHANE 11T80 Poliuretano termoplástico (TPU) aromático

basado en copoliester policaprolactona.

ITALUX

Cordón de 3 mm.

PEARLBOND

12F75UV

Poliuretano termoplástico (TPU) basado en

poliester.

ITALUX

Cordón de 1,75 mm.

PEARLBOND ECO

D900

Poliuretano termoplástico (TPU) aromático

basado en polioles procedentes de fuentes

renovables.

ITALUX

Cordón de 1,75 mm.

PEARLSTICK 45-60/18 Poliuretano aromático, lineal, elástico con alta

velocidad de cristalización y bajo nivel de

ITALUX

Cordón de 1,75 mm.

de 23

AMFAB

termoplasticidad.

MEZCLAS

Levaprene 700 +15%

carga (AVANZARE)

Etilenvinilacetato (EVA con 70% de contenido en

acetato de vinilo)……+

Carga AVANZARE (microesferas de vidrio para

reducir la densidad del cordón) al 15%.

ITALUX

Nota. No se puede

extruir

adecuadamente

ESCORENE ULTRA UL

04533EH2 + 20 %

VISTAMAXX 6202


acetato de vinilo) de alta fluidez +

VISTAMAXX 6202 (elastómero en base propileno)

al 20%

ITALUX

Cordón de 1,75 mm.

ESCORENE ULTRA UL

04533EH2 + 20 %

EXAC 8230


acetato de vinilo) de alta fluidez +

EXAC 8230 (Plastómero de etileno en base

octano), reduce la viscosidad del polímero base

ITALUX

Cordón de 1,75 mm.

A continuación se adjuntan unas fotos (Foto 1,Foto2,…, Foto 6) de las muestras de cordón

comerciales y de mezclas obtenidas para la obtención de piezas en el sector del calzado:

de 23

AMFAB

Foto 1. Muestras comerciales

Foto 2. Muestras de EVA y mezclas de EVA

de 23

AMFAB

Foto 3. Muestras de SBS

Foto 4. Muestra de SBES

de 23

AMFAB

Foto 5. Muestras de Poliuretano

Foto 6. Muestra de pieza terminada con PU

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AMFAB

Caracterización de las muestras de cordón obtenidas para el sector calzado.

En primer lugar se caracterizó uno de los materiales comerciales que más se aproximaba a las expectativas sobre las piezas obtenidas mediante esta tecnología en el sector calzado. La técnica de espectroscopia IR sirve para determinar la naturaleza química de los materiales. A continuación se incluye el espectro infrarrojo del material comercial referenciado como dorado, observándose las bandas características de un poliuretano.

Espectrofotómetro IR del material comercial

La técnica experimental denominada DMA (análisis dinamomecánico) se emplea para medir la respuesta de un material frente a diferentes tipos de esfuerzo, tales como: tracción, compresión y flexión. Concretamente, consiste en un análisis dinámico-térmico-mecánico que determina las propiedades mecánicas de los materiales y proporciona información cuantitativa y cualitativa sobre su comportamiento, pudiendo medirse, por ejemplo:

- Módulo elástico o de almacenamiento (E’), que es una medida de la energía que puede ser recuperada tras la deformación

- Módulo viscoso o de disipación (E’’), relacionado con la energía disipada por el material

- Tan Delta (δ) - Deformación alcanzada - Rigidez - etc…

3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600

0.09

0.08

0.07

0.06

0.05

0.04

0.03

0.02

0.01

0.00

Número ondas

Absorb

ancia

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AMFAB

Todos estos parámetros se pueden calcular en función de: - Tiempo - Temperatura - Frecuencia - Amplitud (esfuerzo o deformación)

En este caso, se realizaron ensayos de tracción sobre el filamento comercial empleando el clamp de tensión. Las condiciones de ensayo fueron las siguientes: - Modo: fuerza controlada - Ensayos esfuerzo/deformación (Stress/strain) - Muestras cilíndricas (longitud, diámetro) - Preload force = 0.15 N - Temperatura de ensayo = 25ºC - Force ramp rate = 1 N/min - Fuerza máxima = 18 N

Igualmente, se realizaron ensayos de tracción sobre el filamento comercial empleando el clamp de tensión, en función de la temperatura: Las condiciones de ensayo fueron las siguientes: - Modo: Multifrequency strain

FUERZA DE TRACCIÓN

de 23

AMFAB

- Barridos de temperatura: de 25 a 200ºC - Muestras cilíndricas (longitud, diámetro) - Preload force = 0.15 N - Amplitud: 0.20-0.40 mm - Temp ramp rate = 3ºC/min Una vez realizados los experimentos, se obtuvieron las siguientes gráficas:

Stress vs Strain para material comercial de referencia

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Str

ess

(MP

a)

0 2 4 6 8Strain (%)

Sample: comercial SSSize: 24.9309 x 3.0000 mmMethod: Stress/Strain

File: comercial SS.001Operator: ELENARun Date: 26-Nov-2015 09:51

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AMFAB

Módulo elástico (E’) vs temperatura para material comercial de referencia

Módulo viscoso (E’’) vs temperatura para material comercial de referencia

En base a estos resultados, se caracterizaron mediante esta técnica los materiales seleccionados así como la mezcla de algunos de ellos, con el fin de seleccionar aquellos que fueran idóneos desde el punto de vista reológico para esta aplicación. A continuación, se incluyen los resultados obtenidos, en comparación con los resultados obtenidos para el material comercial tomado como referencia.

0.01

0.1

1

10

100S

tora

ge

Mo

du

lus

(MP

a)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Temperature (°C)

Sample: comercial TSize: 23.7660 x 3.0000 mmMethod: Temperature Ramp

File: comercial T.009Operator: ELENARun Date: 27-Nov-2015 10:50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.91

Lo

ss M

od

ulu

s (M

Pa)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Temperature (°C)

Sample: comercial TSize: 23.7660 x 3.0000 mmMethod: Temperature Ramp

File: comercial T.009Operator: ELENARun Date: 27-Nov-2015 10:50

de 23

AMFAB

Se puede observar como algunos materiales son similares desde el punto de vista reológico al material comercial tomado como referencia mientras que otros se alejan bastante. Posteriormente, se ha comprobado que estos materiales más similares presentaba un mejor comportamiento frente a la impresión 3D dando los mejores resultados.

de 23

AMFAB

MATERIALES BASADOS EN POLIURETANO

0.01

0.1

1

10

100

1000

Sto

rag

e M

od

ulu

s (M

Pa)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Temperature (°C)

comercial––––––– PEARLBOND 12F75UV––––––– PEARLBOND ECO D900––––––– PEARLSTICK 45-60/18––––––– PU MERQUINSA 11T80–––––––

MODULO E’ vs T

0

2

4

6

8

10

Str

ess

(MP

a)

-5 0 5 10 15 20 25Strain (%)


STRESS vs STRAIN

de 23

AMFAB

0.1

1

10

100

Lo

ss M

od

ulu

s (M

Pa)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Temperature (°C)


MODULO E’’ vs T

de 23

AMFAB

MATERIALES BASADOS EN SEBS

0.01

0.1

1

10

100

Sto

rag

e M

od

ulu

s (M

Pa)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Temperature (°C)

SBES––––––– comercial–––––––

MODULO E’ vs T

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Str

ess

(MP

a)

-5 0 5 10 15 20Strain (%)


STRESS vs STRAIN

de 23

AMFAB

0.01

0.1

1

10

Lo

ss M

od

ulu

s (M

Pa)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Temperature (°C)


MODULO E’’ vs T

de 23

AMFAB

MATERIALES BASADOS EN SBS

0.01

0.1

1

10

100

Sto

rag

e M

od

ulu

s (M

Pa)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Temperature (°C)

SOL 4302 AITEX––––––– comercial––––––– CAL H6110 AITEX––––––– SBS C-500 AITEX––––––– SBS C-500 ITAWX–––––––

MODULO E’ vs T

0

2

4

Str

ess

(MP

a)

0 5 10 15 20 25 30 35Strain (%)

comercial––––––– SOL 4302 AITEX––––––– CAL H6110 AITEX––––––– SBS C-500 AITEX––––––– SBS C-500 ITAWX–––––––

STRESS vs STRAIN

de 23

AMFAB

0.1

1

10L

oss

Mo

du

lus

(MP

a)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Temperature (°C)

SOL 4302 AITEX––––––– comercial––––––– CAL H6110 AITEX––––––– SBS C-500 AITEX––––––– SBS C-500 ITAWX–––––––

SBS

MODULO E’’ vs T

de 23

AMFAB

MATERIALES BASADOS EN EVA y sus MEZCLAS

0.001

0.01

0.1

1

10

100

Sto

rag

e M

od

ulu

s (M

Pa)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Temperature (°C)

comercial––––––– EVA REF 12––––––– EVA PA-538+EXACT 8230––––––– EVA PA-538+VISTA MAXX–––––––

MODULO E’ vs T

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Str

ess

(MP

a)

0 5 10 15 20 25Strain (%)

comercial––––––– EVA REF 12––––––– EVA PA-538+EXACT 8230––––––– EVA PA-538–––––––

STRESS vs STRAIN

de 23

AMFAB

5. CONCLUSIONES

Finalmente, como conclusión de este estudio se seleccionaron dos materiales como idóneos para la impresión 3D en calzado, ambos de naturaleza poliuretánica, uno de ellos en base policaprolactona (PEARLTHANE 11T80) y otro en base poliéster (PEARLBOND 12F75UV).

0.01

0.1

1

10

Lo

ss M

od

ulu

s (M

Pa)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Temperature (°C)

comercial––––––– EVA REF 12––––––– EVA PA-538+EXACT 8230––––––– EVA PA-538+VISTA MAXX–––––––

MODULO E’’ vs T

amfab - inescop · 2016. 12. 6. · italux cordón de 1,75 mm. a continuación se adjuntan unas...

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