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Engineering Design
2008-01
Reduciendo la
distancia con
los metales
Los híbridos nanometal/polímero MetaFuse™ combinan la resistencia y rigidez de los metales con la flexibilidad de diseño de los plásticos de alto rendimiento.
Más en las páginas 2 + 4
Reduciendo la distancia con los metales
Editorial por Clive Robertson, director de desarrollo de negocio,
DuPont Engineering Polymers
Como sabrán los lectores asiduos
de Engineering Design, el negocio de DuPont Engineering Polymers se basa en el desarrollo de
aplicaciones basadas en materiales y tecnologías de alto rendimiento destinadas a ayudar a sus
clientes a suministrar sistemas y
componentes de alta calidad y económicamente eficientes. Nuestros polímeros técnicos se utilizan constantemente
en la industria como soluciones de
materiales para optimizar los costes, la
producción en serie, el rendimiento y la
estética en la manufactura de productos
utilizados en todo el mundo desde los
bienes de consumo hasta la industria
pesada. El extendido empleo de estos
materiales como alternativa a los metales se basa en numerosas ventajas que
incluyen menor masa, excelente relación peso / resistencia, resistencia a la
corrosión, mayor flexibilidad de diseño,
menores costes de procesado y minimización de los pasos de manufactura.
Desarrollos recientes en polímeros
de alto rendimiento y en avanzados sistemas de refuerzo han ampliado el uso
de polímeros técnicos como alternativas viables a los metales en aplicaciones muy exigentes. No obstante, a
pesar de los últimos desarrollos en tecnologías de polímeros, una distancia
significativa entre las propiedades
mecánicas de los metales y las de los
polímeros técnicos limita su uso en
algunas aplicaciones. Es en estos casos
que los diseñadores de productos y
componentes se han visto limitados
por los materiales de que disponían: si
bien el metal ofrece resistencia y alta
rigidez, presenta limitaciones en
cuanto a integración y la producción
económica de formas complejas. En
cambio, los termoplásticos ofrecen una
tremenda libertad de diseño para crear
formas e integrar funciones pero están
limitados en cuanto a combinar resistencia y rigidez.
2
Una impresionante demostración de nueva tecnología en K 2007: Clive Robertson
señala una muestra híbrida que utiliza Zytel® HTN PPA y la tecnología MetaFuse™ que
puede soportar 5 kg de peso. También en la fotografía, una pelota de ping-pong de
aspecto metálico, también tratada con MetaFuse™ , que puede soportar hasta 80 kg
La investigación y desarrollo en tecnologías alternativas ha explorado soluciones de materiales para reducir la distancia en propiedades materiales. Algunas tecnologías nuevas implican la
combinación de metales y plásticos en
sistemas híbridos que aprovechan las
propiedades de ambos materiales. Se
han propuesto métodos más tradicionales como el sobremoldeado de chapas
metálicas o de piezas metálicas ya formadas pero dependen de la unión mecánica de ambos materiales, presentan
limitaciones de diseño y requieren un
utillaje de gran complejidad además de
implicar una colocación no óptima del
metal en muchos casos.
Una avanzada cartera de sustitutos del
metal
Es en este contexto y, sobre todo, respecto a las discrepancias en términos de
rigidez entre sus polímeros técnicos y los
metales que DuPont ha elaborado su
propia cartera de sustitutos del metal
"Advanced Metal Replacement" que,
actualmente incluye dos gamas diferenciadas. Por un lado, nuestra gama
SuperStructural Monolithic Solutions
consiste en una serie de termoplásticos
reforzados con vidrio, carbono y fibras
largas que ofrecen una muy elevada rigidez y resistencia combinadas con una
excelente resistencia a la fatiga y a la
fluencia. Nuevos lanzamientos incluyen
resinas reforzadas con carbono/vidrio
para nuestras series DuPont™ Zytel®
HTN 51 y 53, y suponen un incremento de
rigidez -módulo de elasticidad- de 50 por
ciento o más respecto a nuestros otros
grados reforzados con fibra de vidrio.
La segunda y más reciente adición a
nuestra cartera de sustitutos avanzados
del metal son los híbridos nanometal/
polímero MetaFuse™. Lanzado el último
trimestre de 2007 y descrito con más
Engineering Design 2008-01
500
MPa
Sustitución Avanzada de Metales nuevas soluciones de DuPont en desarrollo
Steel
Acero
Tensile Strength
Resistencia
a la tracción
detalle en esta edición de ED, MetaFuse™
es una extensión lógica de nuestra gama
SuperStructural que reúne lo mejor de
los polímeros con lo mejor de los metales. Esta nueva tecnología recurre a un
procedimiento propio para aplicar con
gran precisión un nanometal de ultra-elevada resistencia a componentes hechos
de polímeros técnicos de DuPont y crear
componentes ligeros y de formas complejas que presenten la rigidez del aluminio o del magnesio pero con una mayor
resistencia. MetaFuse™ ha sido muy
bien acogido por los diseñadores de
productos y de componentes ya que
ofrece una mayor libertad de diseño con
escasas limitaciones.
Hay una tercera gama en desarrollo:
Thermoplastic Composite Solutions de
DuPont prevé el sobremoldeado de un
refuerzo continuo de fibra sobre una
pieza acabada para combinar elevadas
Polímeros
Structural
técnicos
Engineering
estructurales
Polymers
Mg
Mg
ro
uetu
tuFr
Al
Al
Fu
Soluciones
Hybrid
solutions
híbridas para reducir la
distancia
conon
losmetals
metales
to
close gap
• Compuestos
Thermoplastictermoplásticos
Composites
• Híbrido
METAFUSE™
nanometal/polímero
NanoMetal/Polymer
MetaFuse™
hybrid
EPEP
Resinas mejoradas
Improved
resins para
estructuras
plásticas
for
plastic structures
• Long
Refuerzo
fibre de
reinforced
fibra larga
(LFRT)
(LFRT)
• Stiffer
Más rigidez
via carbon
con fibre
fibra de carbono
0
0
20 GPa
200 GPa
Tensile Modulus
Módulo de elasticidad
Nuevos y futuros productos y soluciones para la sustitución de los metales
resistencia y rigidez con alta funcionalidad y complejidad ofreciendo al mismo
tiempo una absorción de energía hasta
rotura, y en caso de rotura, similar o
superior a la de componentes metálicos.
Más noticias sobre esta tecnología y aplicaciones durante la primera mitad del
2008.
En la mayoría de nuestras tecnologías de sustitución del metal, los desarrollos iniciales se centrarán en aplicaciones seleccionadas en los sectores
de la automoción, la electrónica de
consumo y los productos para el
deporte que ofrezcan el mayor beneficio. DuPont Engineering Polymers, con
sus centros de desarrollo global, I+D y
de apoyo al cliente proporcionará el
liderazgo en desarrollo de aplicaciones
para llevar estas tecnologías innovadoras al mercado y generar beneficios
para sus clientes. Al mismo tiempo, la
compañía seguirá implementando su
pericia científica y los últimos avances
en polímeros para reducir aún más la
distancia con los metales.
Contenidos
Página 4
Página 10
Diseño con nueva libertad
Un paso adelante
Los híbridos nanometal/polímero MetaFuse™ combinan la resistencia y rigidez de los metales con la flexibilidad de diseño de los plásticos de alto rendimiento.
Una nueva y asequible prótesis de pie moldeada en
resistente y rígido elastómero termoplástico Hytrel®
de DuPont.
Página 6
Página 11
Polímeros en el ‘extremo caliente’
Comodidad en la cocina
Por primera vez en Europa, se ha utilizado un polímero – el nylon Zytel® de DuPont para sustituir el
metal en los soportes de un tubo de escape.
Un mecanismo patentado para regular la altura de
las bandejas de lavavajillas confía en el rendimiento
funcional de polímeros técnicos de DuPont.
Página 8
Página 12
Nylon Zytel® de DuPont todo terreno
Se acabó el tanteo en la elección de materiales
La nueva rueda de bicicleta FRX5 tiene todo lo que
hay que tener para aguantar los castigos del ciclismo todo terreno amateur y de competición.
El Selector de Materiales DuPont ya está disponible
online.
Página 9
Página 14
Elección global para las carcasas de termostatos
Aislamiento para la alta velocidad
Recientes aplicaciones en Alemania y Corea demuestran el atractivo global de Zytel® HTN de
DuPont.
El elastómero termoplástico Hytrel® de DuPont cumple los requisitos funcionales y eléctricos y está bien
adaptado al revestimiento por extrusión.
Engineering Design 2008-01
3
Diseño con nueva libertad
Por Mike Day, DuPont Engineering Polymers Estados Unidos
Durante la reciente feria K Show (octubre de 2007), DuPont lanzó oficialmente los
híbridos nanometal/polímero MetaFuse™. Esta nueva tecnología se utiliza para producir
componentes sumamente ligeros que presentan la resistencia y rigidez de los metales
y la ligereza y flexibilidad de diseño de los termoplásticos de alto rendimiento. El
siguiente artículo explora la tecnología MetaFuse™ y explica cómo da la vuelta a los
enfoques tradicionales de híbridos plástico/metal logrando un cambio significativo y
proporcionando a los diseñadores una tecnología capaz de alterar sus paradigmas.
1. Híbrido nanocristalino metal/polímero MetaFuse™
Metales nanocristalinos
La tecnología patentada de híbridos
metal/polímero MetaFuse™ produce
metales nanocristalinos con un tamaño
promedio de grano de 20 nm, aproxima-
4
Acero martensítico
endurecido
2
Límite elástico, GPa
La tecnología de híbridos nanometal/
polímero MetaFuse™ es un desarrollo
conjunto de DuPont con las empresas
canadienses Morph Technologies Inc. e
Integran Technologies Inc. y la estadounidense PowerMetal Technologies. Utiliza un sistema propio que deposita
una delgada aunque extremadamente
resistente capa metálica sobre componentes moldeados en polímeros técnicos para crear piezas acabadas ligeras
y de formas complejas pero con la rigidez del magnesio o del aluminio e
incluso más resistentes. El aspecto
único de este sistema es que se basa
en la microestructura nanocristalina del
metal y crea una gran resistencia que
no pueden igualar los métodos tradicionales de depositar metales. La
figura 1 ilustra este sistema híbrido.
Aleación
nanometálica NiFe
Aleación de titanio
Ti-6Al-4V
Magnesio
Aluminio
Acero inoxidable
17-4 P
Acero
HSLA 4130
0
0
Módulo de Young, GPa
200
2. Comparación de aleación nanometálica con metales de alta resistencia y otros
damente 1.000 veces más pequeño que
los metales convencionales, y de 2 a 3
veces más resistentes que los aceros
típicos o los decorativos níquel-cromo
(Ver figura 2).
A diferencia de otras técnicas de
deposición de metales como la electrólisis o la deposición mediante vapor, las
aleaciones de metales nanocristalinos
resultan significativamente más resistentes y se puede aplicar capas relativamente delgadas, típicamente de 25 a
200 micras, a la superficie de materiales
plásticos para formar construcciones
híbridas con propiedades estructurales.
Una innovadora tecnología metal sobre
plástico
Los híbridos nanometal/plástico MetaFuse™ han sido desarrollados con procesos y polímeros específicos propiedad de
DuPont. El aspecto único de este sistema
es que deposita el metal en el lugar
óptimo para incrementar la rigidez. Para
cargas de flexión, la ubicación de la capa
de nanometal resulta más ventajosa en
los lados más externos de la pieza y lo
más lejos posible del eje neutro. Es el
punto en que la pieza experimenta las
mayores tensiones y compresiones ya
que las cargas son directamente proporcionales a la distancia del eje neutro. Los
duros y resistentes nanometales están
bien ubicados para soportar las cargas.
La rigidez de la pieza aumenta también
ya que es el producto del módulo y del
momento de inercia. La inercia de la capa
aumenta exponencialmente según esté
más lejos del eje neutro. La rigidez y
resistencia a la torsión también aumentan desplazando el revestimiento radialmente para incrementar el momento de
inercia polar. Las secciones externas
experimentan el mayor par y ahí es
donde la resistencia superior del nanometal resulta más ventajosa.
Engineering Design 2008-01
Agilidad de diseño
En muchas aplicaciones prácticas, el
revestimiento nanometálico puede no
ser necesario en toda la superficie de la
pieza. Las piezas se pueden revestir
selectiva y estratégicamente para
soportar cargas u ofrecer otras ventajas
funcionales. Las piezas complejas
suponen retos óptimos ya que su
manufactura con las tecnologías actuales basadas en metales puede resultar
difícil o costosa. La figura 4 muestra
Engineering Design 2008-01
Impacto multieje
300
Resistencia a la tracción
200
0
Plástico / Metal
MPa
100
Plástico
solo
0
Plástico / Metal
10
Plástico
solo
0
Plástico / Metal
10
Plástico
solo
GPa
20
Se han llevado a cabo pruebas de
propiedades con distintos sustratos poliméricos a fin de caracterizar las propiedades del sistema híbrido MetaFuse™.
Se ilustra la mejora típica de las propiedades físicas en base a una prueba con
el polímero Zytel® PA66 con un 25% de
refuerzo de vidrio moldeado por inyección en barras de tensión ISO y luego
encapsuladas con una aleación nanocristalina de níquel/hierro de 100 micras.
Como lo ilustra la figura 3, los incrementos típicos del módulo de flexión y
de la resistencia a impactos son de dos a
cuatro veces mayores que los del plástico solo. Dichas propiedades dependen
mucho de la geometría de la muestra,
del grosor del metal y del plástico del
sustrato. La carga mínima de rotura a la
tracción es directamente proporcional a
la cantidad de metal utilizada.
Las pruebas también han demostrado que los híbridos nanometal/plástico MetaFuse™ son capaces de mantener excelentes propiedades estructurales en gamas de temperaturas en las que
los polímeros solos experimentan pérdidas significativas de propiedades. Los
datos reunidos por DuPont indican que
MetaFuse™ podría permitir el uso de
polímeros en aplicaciones estructurales
a altas temperaturas y ampliar la gama
de temperaturas de operación de valores
entre 50 y 75 °C más. Aunque los resultados dependerán de las propiedades del
plástico utilizado como sustrato.
20
Módulo de flexión
Energía total, Julios
30
3. Comparación de propiedades físicas a temperatura ambiente
algunos conceptos del revestimiento
nanometálico selectivo.
Si bien el enfoque principal de este
artículo son las propiedades de rigidez y
resistencia, los híbridos nanometal/
plástico también pueden ofrecer ventajas adicionales a los materiales plásticos
como resistencia al desgaste, a la fluencia, a productos químicos, protección
contra inducción electromagnética además de conductividad eléctrica, menor
permeabilidad a fluidos o gases y estabilidad higroscópica y resistencia frente a
la radiación UV.
Areas de aplicación
Hay numerosas aplicaciones potenciales
en automoción, electrónica de consumo,
equipos de deportes y otros sectores.
Como ejemplos, cabe mencionar cárter
de motores, tapas de culatas, bombas
de aceite y de agua, soportes y sistemas
de juntas, tensores de cadenas de distribución, carcasas y componentes de
transmisión, circuitos de carburantes,
motores eléctricos para el automóvil,
tapas y carcasas de elementos eléctricos, soportes y componentes de columnas de dirección, brazos de control y
suspensión, carcasas y bastidores de
teléfonos móviles, componentes de bicicletas, carretes de pesca y cabezas de
palos de golf.
DuPont no anticipa desarrollos
comerciales inmediatos de aplicaciones
de resistencia a cargas simplemente
porque podría no resultar económicamente eficiente sustituir piezas sencillas
de acero embutido. En lugar de ello, la
compañía se está enfocando en aplicaciones estratégicas de la tecnología
MetaFuse™ a componentes multifuncionales que requieran resistencias térmica
o a cargas demasiado elevadas para los
plásticos, que resulten demasiado costosas de producir o presenten limitaciones de diseño o de metales que precisen de soldaduras de varios componentes o de mecanizados o coladas
complejos.
4. Híbridos nanometal/polímero MetaFuse™
Múltiples conceptos de revestimiento proporcionan flexibilidad de diseño
5
Polímeros en el ‘extremo caliente’
Por Frank Spitznagel, DuPont Engineering Polymers Alemania
Por primera vez
en Europa, se utiliza un
soporte polimérico moldeado en nylon Zytel® de
DuPont para sujetar los
‘extremos calientes’ de un
tubo de escape a los bajos
de un coche. Este soporte
de dos componentes, que
utiliza cauchos EPDM
(negro) y VMQ (rojo) además de nylon, fue desarrollado por anvisgroup en
colaboración con Volkswagen. Mecánicamente
robusto y sumamente
resistente, el soporte polimérico sustituye el metal
ofreciendo ventajas en términos de peso y costes de
manufactura.
6
anvisgroup, de
Bad Soden-Salmünster, Alemania, cooperó con
Volkswagen en el desarrollo del
primer soporte hecho de polímeros
técnicos para la sujeción de tubos de
escape de automóviles. Debido a su
posición -muy cerca del motor donde
se juntan altas temperaturas de hasta
175 °C, intensas tensiones estáticas y
mecánicas además de humedad y
agentes químicos- se pensaba que
los soportes de acero eran insustituibles. Sin embargo anvisgroup demostró lo contrario desarrollando un
innovador soporte de dos componentes basado en nylon Zytel® de DuPont
y caucho. Desde mediados de 2006,
el soporte ha demostrado su valía en
el extremo caliente de los sistemas
de escape de los nuevos vehículos de
la plataforma Golf (PQ35) de Volkswagen.
La manufactura de ese nuevo
soporte empieza con el moldeo por
inyección en Zytel® del travesaño. En
la segunda fase, se moldea los cojinetes de caucho EPDM (motores diesel y de gasolina pequeños) o de caucho VMQ, más resistente al calor
(motores de gasolina de altas prestaciones), sobre el travesaño. A continuación se inserta a presión los anillos de aluminio para la fijación del
soporte. Montado entre el colector de
escape y el catalizador, el soporte
proporciona un apoyo flexible y amortiguador al sistema de escape en el
eje ‘x’ y absorbe las cargas estáticas
y dinámicas en los ejes ‘y’ y ‘z’. Por
ejemplo, impide que el sistema de
escape pueda dañar el fuelle metálico
que desacopla los cambios de carga y
las vibraciones entre el motor y el sistema de escape.
Exhaustivas pruebas realizadas
por anvisgroup demostraron que
Zytel® 70G35HSL, una PA 66 con un
El nuevo soporte de anvisgroup es el primer soporte polimérico del ‘extremo
caliente’ de sistemas de escape
Engineering Design 2008-01
35 % de refuerzo en fibra de vidrio y
estabilizado a la hidrólisis, cumplía
los requisitos de fiabilidad del fabricante de equipos originales durante
toda la vida útil del vehículo. Gerhard
Heckmann, director de productos
para fijaciones de sistemas de
escape de anvisgroup, explica: "Se
sometió el soporte a condiciones
extremas que en la vida real sólo se
darían conduciendo un pesado
camión, cuesta arriba, por una carretera llena de baches durante cientos
de kilómetros. Nuestras pruebas confirmaron que incluso en estas condiciones, el travesaño hecho de Zytel®
reforzado con fibra de vidrio seguía
cumpliendo su función sin fallos. De
hecho, este nuevo soporte de tubo de
escape ofrece elevados niveles de
seguridad durante toda su vida útil."
Además, el diseño proporciona
otras ventajas decisivas: en primer
lugar, el soporte polimérico pesa tan
solo 165 g en vez de los 300 de su
equivalente en metal. En segundo
lugar, permite ahorros de costes
durante la manufactura como por
ejemplo prescindir de protección
superficial para impedir la corrosión.
Concluye Heckmann: "Con este proyecto, hemos podido implementar el
primer soporte polimérico para el ‘extremo caliente’ de un sistema de
escape. Por tanto, nada nos impide
desarrollar una alternativa polimérica para el ‘extremo frío’ también.
Contacto
Gerhard Heckmann
anvis Deutschland GmbH
Hanauer Landstraße 16
63628 Bad Soden-Salmünster
Alemania
Tel. + 49 60 56 78 - 73 19
[email protected]
www.anvisgroup.com
Nuevos grados de elastómeros termoplásticos blandos de
DuPont para aplicaciones bajo el capó
Piezas extruidas y moldeadas de termoplástico vulcanizado
DuPont™ EPTV aguantan los rigores de las condiciones
bajo el capó
Engineering Design 2008-01
DuPont Engineering Polymers ha ampliado su gama de
materiales para satisfacer la creciente demanda de elastómeros blandos resistentes al calor y al aceite que ofrezcan
las ventajas de costes y de diseño de los termoplásticos.
Estos nuevos productos incluyen:
• DuPont™ ETPV 95A02HS BK001 y 95A02 NC010 ofrecen una estabilidad excepcional en la extrusión de perfiles
y el moldeado por soplado, para conductos de aire por
ejemplo. DuPont™ ETPV 95A02HS BK001 es un grado de
color negro, estabilizado por calor homologado para 3.000
horas a 150° C mientras que ETPV 95A02 NC010 es un
grado estándar para requisitos menos exigentes.
• Dos grados de DuPont™ ETPV con valores de dureza
de 70 y 80 Shore A. Anteriores grados de DuPont™ ETPV
tienen durezas de 60 y 90 Shore A.
• DuPont™ Hytrel® AC801 NC010: mucho más blando
que cualquier otro grado de Hytrel®, con mayor resistencia
al calor y una dureza nominal de 80 Shore A. Está homologado para temperaturas de hasta 150 ° C, unos 20 °C más
que la mayoría de los grados de Hytrel®.
Estas especificaciones se sitúan en el rango de valores
para la mayoría de las aplicaciones bajo el capó y entornos
industriales de altas temperaturas. Las aplicaciones más
corrientes incluyen tubos y conductos extruídos, conductos
de aire moldeados por soplado, juntas moldeadas por inyección y topes para carrocería.
http://automotive.dupont.com
7
Nylon Zytel® de DuPont todo terreno
Por Ricarte Rivera,
DuPont Engineering Polymers Estados Unidos
La nueva rueda de bicicleta
FRX5 tiene todo lo que hay
que tener para aguantar los
castigos del ciclismo todo
terreno amateur y de competición. El fabricante
estadounidense TAG
Wheels fabrica la rueda
de una sola pieza con
resina de nylon
Zytel® que ofrece
excelentes tenacidad, rigidez y resistencia.
TAG Wheels, de Newport Beach, California, confía en Zytel® 8018 de DuPont
para producir su innovadora nueva rueda
FRX5 de bicicleta todo terreno. Manufacturada de una sola pieza, la rueda FRX5
optimiza las propiedades funcionales del
polímero PA66, modificado con la avanzada tecnología de endurecimiento de
DuPont y reforzado con fibra de vidrio (14
% de su peso). George Kotzeff, presidente de TAG Wheels, explica: "Sus secciones con paredes de grosor variable
8
La rueda de bicicleta
de montaña hecha de
nylon Zytel® de DuPont
resiste a impactos que suelen provocar daños permanentes en las ruedas con radios metálicos convencionales.
proporcionan resistencia y
rigidez adicionales donde hace
falta y los radios presentan además
un nervio interno. El cubo de la rueda
consiste de una robusta construcción de
paredes delgadas diseñada para una
mayor resistencia a la cizalla y transmisión de par."
TAG Wheels fabrica la rueda utilizando un proceso patentado de moldeo
con núcleo perdido que hace posible su
compleja geometría y estructura hueca.
El proceso de manufactura empieza con
el moldeo de un núcleo metálico en una
aleación con bajo punto de fusión. A
continuación, se sobremoldea el núcleo
con Zytel® 8018 y se elimina por fusión
el núcleo metálico dejando la rueda
hueca.
Extensivas pruebas de laboratorio y
de campo ayudaron a convencer a la
empresa de que Zytel® proporcionaba la
combinación exacta de resistencia a
impactos, solidez, rigidez y moldeabilidad.
Utilizando las ruedas FRX5 durante el
descenso de Hammer Fest, en Vancouver
Island, en la primavera de 2007, el
ciclista profesional Dhama Fontaine
chocó con una roca que le reventó el neumático trasero al principio mismo de la
carrera. Dijo: "En la línea de meta,
cuando pararon las sacudidas y el traqueteo, comprobé la rueda, esperando
encontrar un daño enorme. Me quedé
impresionado al ver tan solo un pequeño
e insignificante rasguño bajo el neumático destruido. ¡Estas ruedas son realmente a prueba de bomba!". Según Fontaine, estos impactos suelen causar
daños permanentes a las llantas de ruedas de radios tradicionales.
Otras ventajas de las ruedas FRX5
comparadas con las ruedas convencionales son menos pinchazos y mantenimiento. Según TAG Wheels, tampoco
requiere las operaciones de rectificado,
tensión o alineación de las ruedas con
radios de alambre.
Contacto
TAG Wheels
78 Sea Island Drive
Newport Beach
California 92660 Estados Unidos
Tel. +1 800 887 5070
[email protected]
www.tagwheels.com
Engineering Design 2008-01
Más allá de lo convencional
Por Andreas Oldeweme, DuPont Engineering Polymers Alemania
La poliftalamida
Zytel® HTN de DuPont
ofrece el alto rendimiento
exigido a las carcasas de
termostatos de automoción de hoy en día.
Cuando buscaba un material para la
carcasa de un termostato electrónico
para los motores de gasolina de cuatro
cilindros de la serie N43 de BMW, Behr
Thermot-tronik (Alemania) llegó a la
conclusión de que los requisitos superaban las capacidades de las poliamidas convencionales utilizadas en aplicaciones bajo el capó. Barbu Frunzetti,
director de proyecto de Behr Thermottronik, explica: "Ubicado cerca del bloque de cilindros, el termostato queda
expuesto a temperaturas de - 40 °C a
+ 150 °C y su superficie, a agentes presentes en el compartimiento motor
como aceites, grasas, combustibles y
sales. En el interior de la carcasa fluye
un refrigerante a unos 140 °C de temperatura generando una presión interna
de 2,5 bares. Además, durante su funcionamiento el termostato queda sometido a constantes vibraciones. En conjunto, estos parámetros superan las
capacidades de las poliamidas convencionales utilizadas en aplicaciones
‘bajo el capó’.
Los requisitos de procesado limitaban aún más la gama de plásticos que
podíamos utilizar para esta pieza. Las
dos mitades moldeadas por inyección
de la carcasa han de ser soldadas juntas de una manera fiable y económicamente eficiente. Las soldaduras deben
ser capaces de aguantar una presión
interna admisible muy superior a la
presión nominal. Además, el material
debe permitir el sobremoldeado hermético de otras piezas de plástico como
Engineering Design 2008-01
los conectores sobremoldeados en
nylon 66 del sistema de control electrónico.
Durante intensas pruebas comparativas, Zytel® HTN de DuPont fue el
material que mejor cumplió nuestros
requisitos. Reforzado con un 35% de
fibra de vidrio, mantiene sus elevadas
resistencias estática y dinámica y estabilidad dimensional a todas las temperaturas propias de esta aplicación. Presenta además una alta resistencia química y a la hidrólisis y una elevada
compatibilidad con PA 66 para el
sobremoldeado de piezas de plástico
adicionales."
Behr Termot-tronik trabajó en estrecha colaboración con DuPont en la elección y optimización del sistema de soldadura. Al ser uno de los primeros
componentes de este tipo en ser sol-
dado por vibración, requirió un exhaustivo trabajo preliminar antes del inicio
de la producción en serie.
Exhaustivas pruebas realizadas en el Centro Técnico Europeo de DuPont
en Ginebra permitieron
establecer que la soldadura por fricción ofrecía
ventajas concretas relacionadas con la aplicación. En colaboración
con el fabricante de
equipos de soldadura, Behr-Thermot-tronik trasladó
a la práctica los
resultados de
las pruebas
de DuPont
con la carcasa real
logrando una
producción en
serie rápida y fiable.
Dice Frunzetti: “Gracias al extenso apoyo brindado
por DuPont para esta aplicación y a los
buenos resultados obtenidos hasta la
fecha en el procesado, Behr Thermottronik ha empezado a utilizar Zytel® HTN
para otros termostatos electrónicos ya
en producción o en desarrollo. “
Contacto
Barbu Frunzetti
Behr Thermot-tronik GmbH
Enzstraße 25-35
70806 Kornwestheim
Alemania
Tel.: +49 7154 133233
[email protected]
www.btt.behrgroup.com
9
Un paso adelante
Por Dan Curran Blaney,
DuPont Engineering Polymers Canadá
Niagara Foot es una nueva
y asequible prótesis de pie
destinada a personas activas víctimas de minas
terrestres. Su novedoso
diseño de retorno de energía aprovecha la resistencia y la rigidez del elastómero termoplástico Hytrel®
de DuPont para proporcionar ventajas en cuanto a
estabilidad, eficiencia y
confort.
La prótesis Niagara Foot fue desarrollada por Rob Gabourie, protesista y
ortotetista además de fundador de
Niagara Prosthetic & Orthotics International Ltd. (Ontario, Canadá), con
apoyo de empresas del sector como
Hippo Design (Montebello, Québec),
Précicaid (Québec City, Québec),
DuPont (EE.UU. y Canadá) y de un
10
equipo de ingenieros de la Queen's
University (Kingston, Ontario).
La quilla es un aspecto clave de su
diseño: una pieza en forma de S moldeada por inyección en Hytrel® 8238
actúa como un muelle almacenando y
devolviendo energía durante la marcha.
Rob Gabourie explica: "El principio de
retorno de energía incorporado a la
prótesis Niagara Foot permite caminar
con más naturalidad que los diseños
convencionales. Los pacientes mismos
pueden detectar y apreciar el rendimiento de esta prótesis que reduce el
esfuerzo muscular necesario para
andar." La combinación de baja fatiga
por flexión y alta resistencia mecánica
proporcionada por Hytrel® resultó fundamental para el éxito del concepto; de
hecho, Rob Gabourie está convencido
de que el diseño no funcionaría con
ningún otro material. Durante las pruebas estáticas, en las que se ejercía una
presión continua en el dedo y el talón
de la prótesis, Niagara Foot superó los
3.220 Newtons (N) necesarios para la
carga sobre el talón y los 2.790 N para
la carga sobre los dedos. Diversos
materiales incluyendo polióxido de
metileno (POM) y poliamidas no lograron alcanzar estas marcas debido a su
deformación y, en algunos casos, por
fallo estructural.
El comportamiento del material
durante su procesado también contri-
buye al excepcional rendimiento de
esta exigente aplicación. La geometría del diseño actual requiere secciones anormalmente gruesas, sin
embargo como Hytrel® fluye muy
fácilmente hasta formar una pieza
plena, se elimina la formación de burbujas.
Más allá de las prestaciones de
Hytrel®, Rob Gabourie menciona el
apoyo técnico de DuPont y la calidad
constante del material suministrado
como factores que motivaron su elección del proveedor: "El apoyo técnico
fue increíble. Gracias al enfoque
experto y cooperativo de DuPont, no
sólo recibí exhaustivos análisis de
fallos durante la evaluación inicial del
material, sino también asesoramiento
en ingeniería, los cuales nos permitieron lograr un diseño tan eficiente.
Contacto
Rob Gabourie
Niagara Prosthetics & Orthotics
International Ltd.
547 Glenridge Avenue,
St. Catharines, Ontario,
Canadá L2T 4C2
Tel.: +1 905 6882553
[email protected]
www.niagarafoot.com
Engineering Design 2008-01
Comodidad en la cocina
Por Aysel Iltas, DuPont Engineering Polymers Turquía
Un mecanismo patentado
para regular la altura de la
bandeja superior de los
lavavajillas desarrollado
por el fabricante de electrodomésticos turco
VESTEL se basa casi por
entero en el suave y funcional rendimiento de polímeros técnicos de DuPont.
VESTEL, el fabricante turco de electrodomésticos, ha ideado una ingeniosa
solución que permite al usuario regular
fácilmente la altura de la bandeja superior de los lavavajillas, aun cuando esté
llena.
El mecanismo patentado consiste
en cuatro piezas principales hechas de
polímeros de alto rendimiento de
DuPont. Una placa base moldeada en
un grado de Delrin® de baja fricción y
desgaste queda firmemente sujeta a la
bandeja superior con grapas a presión.
Se engrana con una placa corredera de
nylon Minlon® reforzado con mineral
que tiene ruedas integrales -moldea-
Orhan Hülagü (arriba a la derecha) y el
equipo de diseñadores de VESTEL dedicaron 18 meses al perfeccionamiento de
este diseño único
Engineering Design 2008-01
das en Delrin®- que encajan en los railes del lavavajillas y permiten sacar la
bandeja para facilitar la carga. Entre
ambas placas, que se deslizan verticalmente, hay una placa de sujeción de
Delrin®. Incorpora un piñón en forma
de estrella, también de Delrin®, que fija
la bandeja a la altura deseada.
Orhan Hülagü, ingeniero de investigación y desarrollo de la fábrica de
lavavajillas de VESTEL, explica: "El principio funcional del mecanismo de
reglaje se basa en un movimiento
mecánico. Cuando la bandeja está en la
posición inferior, el piñón descansa
sobre una larga y delgada sección de la
placa base. Cuando se sube la bandeja,
el piñón gira por interacción con otra
sección redondeada en el fondo de la
placa, que también limita su desplazamiento hacia arriba. Al soltar la bandeja, el piñón encaja en la parte inferior de la sección delgada y la bandeja
queda fijada en su lugar por su propio
peso. Para bajar la bandeja, se libera el
piñón con un movimiento vertical y la
bandeja queda en su posición inferior.
Una ventaja única del mecanismo desarrollado por VESTEL es que la altura de
la bandeja se puede regular independientemente de la posición de sujeción."
Los materiales de DuPont constituyen un factor esencial del suave funcionamiento del mecanismo gracias a sus
propiedades funcionales que permanecen inalteradas aun después de
muchos ciclos de lavado de hasta tres
horas de duración. Se realizaron pruebas de operación de la bandeja con
plena carga. Orhan Hülagü comenta:
"Probamos otros polímeros pero nos
dieron problemas de alabeo que dificultaban el funcionamiento del mecanismo. Los materiales de DuPont nos
proporcionaron la combinación exacta
de resistencia y estabilidad dimensional además de otras ventajas como
Comodidad para el usuario: el mecanismo patentado de VESTEL permite
regular cómodamente la altura de la
bandeja superior de lavavajillas, independientemente de su posición
excelentes acabado superficial y colorabilidad. Con un alto grado de interacción entre ambos materiales, su
escaso ruido y fricción contribuyen a la
comodidad general del sistema.
Este mecanismo patentado se utiliza en lavavajillas para los mercados
turco y europeo. Con este mecanismo
único, los lavavajillas VESTEL satisfacen las demandas de los consumidores
al brindarles una mayor comodidad en
la cocina."
Contacto
Orhan Hülagü
R&D Engineer
Dishwasher Plant
VESTEL White Appliances
Manisa, Turquía
Tel.: +90 236 2263000
[email protected]
www.vestel.com.tr
11
Se acabó el tanteo en la elección de
materiales
Por Peter Tuschak y Debbie Lloyd, DuPont Engineering Polymers Estados Unidos
El Selector de Materiales DuPont, disponible online en la dirección
selector.plastics.dupont.com, fue creado específicamente para ayudar a los
diseñadores a elegir el polímero más adecuado para cada propósito.
El dicho: "No hay materiales malos, sólo
hay materiales equivocados para determinada aplicación" es tan cierto hoy
como lo era en la documentación sobre
selección de materiales que DuPont
publicaba hace ya décadas. Llevando
estos conocimientos sobre materiales al
S. XXI, el Selector de Materiales DuPont
es una herramienta de apoyo online, creada específicamente para proporcionar a
diseñadores y a responsables de materiales acceso a una base de datos que
permite buscar online en la cartera de
más de quinientos grados de termoplásticos técnicos de DuPont.
El Selector de Materiales DuPont
fue desarrollado en estrecha cooperación con IDES, líder global en tecnologías de motores de búsqueda en el sector de los plásticos, pensando en la
funcionalidad y la interactividad con el
usuario. Esta nueva herramienta está
destinada a diseñadores no necesariamente implicados diariamente con los
plásticos que apreciarán la rapidez y la
facilidad con que el Selector de Materiales DuPont puede ayudarles a identificar el material que mejor satisfaga
sus necesidades de diseño.
12
Disponible las veinticuatro horas, en
la dirección selector.plastics.dupont.com,
esta herramienta online ofrece cuatro criterios principales de búsqueda:
• Propiedad - Mediante la definición
de los atributos, tanto mecánicos
como eléctricos u otros, del material buscado.
• Producto - Hallar un material por
tipo, aditivo/refuerzo o disponibilidad.
• Búsqueda rápida - Elección rápida
del material mediante palabras clave.
• Multipuntos - Según disponibilidad, evaluación de las propiedades
del material con gráficos multipuntos como módulo de fluencia en
función del tiempo, viscosidad en
función de velocidad de cizalla, etc.
El Selector de Materiales DuPont
también permite al usuario comparar
hasta cinco grados, presentados en un
mismo formato, y enviar el resultado
por e-mail a compañeros o colaboradores del proyecto. Enlaces en el mismo
Selector conducen al usuario a más
documentos de referencia como guías
de diseño, hojas de características técnicas y casos prácticos.
Resultados de pruebas de elasticidad a
distintas temperaturas: un ejemplo de
los datos proporcionados por el Selector de Materiales DuPont
El Selector de Materiales DuPont es
la última adición a los servicios y soluciones basados en Internet de la compañía, que ya incluyen seminarios y
salas de colaboración para la interacción online con especialistas de
DuPont para reducir el tiempo de desarrollo y contribuir a la competitividad
del cliente.
http://selector.plastics.dupont.com
Engineering Design 2008-01
DuPont amplía su gama de polímeros procedentes
de fuentes renovables
El último trimestre de 2007, DuPont informó de progresos
en el desarrollo y lanzamiento de polímeros de alto rendimiento elaborados con recursos renovables, de los cuales
destacan las resinas termoplásticas DuPont™ Sorona® EP,
los elastómeros termoplásticos DuPont™ Hytrel® RS, en la
cartera de productos de DuPont Engineering Polymers además de las resinas para embalaje DuPont™ Biomax® RS y
los filmes transpirables DuPont™ Selar® VP.
Un ingrediente clave de la resina Sorona® EP es BioPDO™, que sustituye los compuestos petroquímicos 1,3
propanodiol (PDO) y 1,4 butanodiol (BDO) en los dos primeros grados de Sorona® que estarán disponibles. Sorona® EP
ofrece mejores prestaciones que el teraftalato de polibutileno incluyendo mayor estabilidad dimensional y aspecto
superficial. Ya se está produciendo muestras para determi-
nados programas de desarrollos y se espera una mayor disponibilidad para el 2008.
Hytrel® RS incorpora DuPont™ Cerenol®, un poliol de
origen renovable fabricado con 'Bio-PDO', como sustituto
de los polioles petroquímicos. Los grados iniciales de
'Hytrel® RS' tendrán una composición renovable del 25 al 50
por ciento. Hytrel® RS ofrecerá un rendimiento comparable
a los grados tradicionales de Hytrel®. Ya se está produciendo muestras para determinados programas de desarrollos y se espera una mayor disponibilidad para el 2008.
Estos nuevos productos contribuirán al objetivo de la
compañía de duplicar sus ingresos provenientes de recursos renovables y llegar como mínimo a los 8.000 millones
de dólares para 2015.
http://renewable .dupont.com
El nuevo Zenite® de DuPont supera el reto del alabeo incluso
en los componentes electrónicos más delgados
Este delgado zócalo de CPU se beneficia del rendimiento de
alabeo ultrabajo de Zenite® ZE55201BK010 de DuPont
Engineering Design 2008-01
El nuevo polímero de cristal líquido (LCP) Zenite® de DuPont
cumple los requisitos de alabeo ultrabajo de los componentes más delgados utilizados en los más pequeños dispositivos electrónicos como conectores, soportes de chips y
separadores. Si bien las resinas estándar están bien adaptadas a los componentes más gruesos, pueden presentar un
alabeo inaceptable para la generación emergente de diseños de bajo perfil. El nuevo Zenite® ZE55201 ha demostrado
que puede superar este reto.
El alabeo ultrabajo de la nueva resina se ha obtenido
reduciendo la contracción anisotrópica. La contracción en
dirección al flujo es parecida a la de un típico LCP reforzado
con un 30% de fibra de vidrio, pero su contracción perpendicular al flujo es inferior en más de un 50 %.
El nuevo grado, Zenite® ZE55201 BK010, está reforzado
con 50 % de fibra de vidrio y carga mineral y sólo está disponible en negro. Sus propiedades mecánicas y de flujo son
similares a las de otros grados de LCP con un alto contenido
en aditivos. Véase la hoja técnica en:
http://plastics.dupont.com
13
DuPont™ Hytrel®: aislamiento para la
alta velocidad
Por Ramón Brugada, Director de aplicaciones de cables de
DuPont Engineering Polymers
LEONI elocab eligió el elastómero termoplástico DuPont™ Hytrel® para el recubrimiento de los cables espiralados de alta tensión que conducen la
corriente eléctrica entre los coches de los trenes de alta velocidad.
Hytrel® fue elegido porque satisfacía los exigentes requisitos de la aplicación, es un buen aislante eléctrico y
se presta bien al recubrimiento por extrusión.
LEONI elocab GmbH, de Georgensgmünd, Alemania, es un fabricante de
cables a la medida y un especialista
de las conexiones móviles de alta flexibilidad. Además de otros muchos
productos, la empresa fabrica cables
espiralados de alta tensión que conducen la corriente eléctrica entre
los vagones de los trenes de
alta velocidad como el alemán ICE o el español
VELARO. El recubrimiento de estos
cables de
alta tensión
que van del
techo de un coche al
siguiente debe resistir extremas condiciones de trabajo como: voltaje de
25 kV en los puntos de contacto o las
vibraciones continuas de los trenes
en movimiento. También tiene que
ofrecer una elevada resistencia a la
hidrólisis y una buena recuperación a
temperaturas de entre - 30 °C y
14
+ 80 °C. Por otra
parte, los cables
tienen que
compensar
dinámicamente la distancia entre los vagones
que en determinados tramos
de vía puede alcanzar los 1.000 mm
además de resistir a las heladas, la
nieve, el granizo, la radiación UV y la
exposición al ozono y a agentes de
limpieza.
LEONI elocab eligió Hytrel® para el
revestimiento de sus cables espiralados de alta tensión porque cumple
todos los requisitos materiales de una
Un revestimiento de
poliéster termoplástico
DuPont™ Hytrel® protege y aísla los
cables espiralados de alta tensión de
LEONI que conducen la corriente eléctrica entre los vagones de los trenes de
alta velocidad
aplicación tan exigente incluyendo
resistencia a la fatiga por flexión, flexibilidad a bajas temperaturas y resistencia a los rayos UV, los productos
químicos y los impactos. El material
también tenía que ser un buen aislante eléctrico y presentar buenas cualidades de procesado para una fabricación eficiente en costes.
Jörg Ruder, del departamento de
I+D de LEONI elocab, dijo: "Las extensivas pruebas que realizamos mostraron que cumplíamos todos los requisitos con Hytrel® y que sus propiedades
se mantenían con años de uso. Otro
factor decisivo de nuestra elección fue
que Hytrel® ofrece características de
procesado casi idénticas de una partida a otra. Ello significa que podemos
extruir el revestimiento del conductor
eléctrico, un denso trenzado de cobre
de unos 15 mm de diámetro, con una
productividad uniforme y una alta calidad constante."
Engineering Design 2008-01
LEONI elocab lleva a cabo
tanto el trenzado
del conductor de
cobre como la extrusión
del revestimiento en sus
instalaciones de Georgensgmünd, cerca de Nuremberg en
Alemania. A continuación, se forma el
cable en espirales y se completa con
las placas terminales. Cada unidad de
conexión de vagón a vagón del ICE
pesa en conjunto unos 16 kg.
Añade: "Todos los fabricantes de
trenes de alta velocidad del mundo
están interesados por nuestros cables
espiralados ya conocidos por su
demostrada y probada fiabilidad.
LEONI elocab está realizando pruebas
de construcciones de cables que se
utilizarán a temperaturas aún más
bajas y con tensiones mecánicas aún
más intensas. En estos proyectos
orientados al futuro también tenemos
previsto utilizar Hytrel® para el recubrimiento aislante ya que sabemos
que este material tiene el potencial
para ello."
Contacto
Jörg Ruder
LEONI elocab GmbH
Obere Lerch 34
91166 Georgensgmünd
Alemania
Tel.: +49 9172 6980148
[email protected]
www.leoni.com
DuPont consolida su producción de Zenite® en Luxemburgo
La nueva unidad de compuesto del elastómero poliéster
termoplástico DuPont™ Hytrel® fue inaugurada por (de
izquierda a derecha): Marie-Thérèse Gantenbein, alcaldesa
de Hesperange (Luxemburgo), Keith J. Smith, vicepresidente
y responsable general de DuPont Engineering Polymers y
Jim Schmitz, alcalde de Contern (Luxemburgo)
DuPont ha completado la consolidación de su producción del
elastómero poliéster termoplástico Hytrel® en Europa con la
inauguración de una nueva unidad de compounding en
Luxemburgo a finales de septiembre de 2007. La nueva línea
forma parte de un gran proyecto de inversión de la compañía
para integrar la totalidad de la cadena de producción de
Hytrel® - de la polimerización al compounding y al suministro
del producto acabado a los clientes - en Luxemburgo, para
una mejor eficiencia de la producción, una reducción del
impacto medioambiental y un servicio mejorado de atención
al cliente. La expansión de la planta generó además once
nuevos puestos de trabajo en DuPont Luxemburgo.
Engineering Design 2008-01
Previamente, la composición de Hytrel® se llevaba a cabo
en Mechelen, Bélgica y requería la programación anual de
300 viajes en camión de más de 200 kilómetros para transportar el material polimerizado de Luxemburgo a Mechelen
para el procesado final. Los beneficios medioambientales
directos del nuevo enfoque consolidado de DuPont son la eliminación de la mayoría de los requisitos de manipulación y
transporte, una reducción considerable del consumo de
material de embalaje y de su posterior eliminación. La compañía pretende alcanzar así sinergias de producción
mediante la integración de todos los procesos en un único
lugar. Otros beneficios obtenidos incluyen una mayor flexibilidad operacional y una mejor atención al cliente.
La consolidación de la producción del elastómero poliéster
termoplástico Hytrel® en Luxemburgo generará mayor
eficiencia en la producción, reducirá el impacto
medioambiental y mejorará el servicio al cliente
15
EUROPE/MIDDLE
EAST/AFRICA
Belgique / België
Du Pont de Nemours (Belgium)
Antoon Spinoystraat 6
B-2800 Mechelen
Tel. +32 15 44 14 11
Fax +32 15 44 14 09
Bulgaria
Serviced by Biesterfeld Interowa
GmbH & Co. KG.
See under Österreich.
Ceská Republika a
Slovenská Republika
Du Pont CZ s.r.o.
Pekarska 14/628
CZ-155 00 Praha 5 – Jinonice
Tel. +42 257 41 41 11
Fax +42 257 41 41 50 51
Danmark
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Skjøtevej 26
P.O. Box 3000
DK-2770 Kastrup
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Fax +45 32 47 98 05
Deutschland
Du Pont de Nemours
(Deutschland) GmbH
DuPont Straße 1
D-61352 Bad Homburg
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Fax +49 6172 87 27 01
Egypt
Du Pont Products S.A.
Bldg no. 6, Land #7, Block 1
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ET-Cairo
Tel. +202 754 65 80
Fax +202 516 87 81
Magyarország
DuPont Magyarország Kft.
Neuman Janos u.1
HU-2040 Budaörs
Tel. +36 23 509 400
Fax +36 23 509 432
Maroc
Deborel Maroc S.A.
40, boulevard d’Anfa – 10°
MA-Casablanca
Tel. +212 227 48 75
Fax +212 226 54 34
Norway / Norge
Distrupol Nordic
Ostenssjoveien 36
N-0677 Oslo
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Fax +47 23 16 80 62
Portugal
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Rua das Matas
P-4445-135 Alfena
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Fax +351 229 698 769
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France
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23/25 rue Delarivière Lefoullon
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92 064 Le Défense Cedex
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121614 Moscow
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Fax +7 495 797 22 01
Hellas
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Trading Establishment
149, AG. Triados Menidi Acharnes
GR-13671 Athens
Tel. +30 210 24 02 900
Fax +30 210 24 02 141
Schweiz / Suisse / Svizzera
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CH-4010 Basel
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Fax +41 61 201 31 69
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FIN-02150 Espoo
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Sverige
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Serviced by
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(switchboard)
See under Danmark.
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Du Pont (U.K.) Limited
Österreich
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Bräuhausgasse 3-5
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P.O. Box 19
Tel. +44 14 38 73 40 00
A-1051 Wien
Fax +44 14 38 73 41 09
Tel. +43 1 512 35 71-0
Fax +43 1 512 35 72-100
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DuPont de Nemours
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South African Branch Office
Polska
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Du Pont Poland Sp. z o.o.
1006 Lenchen Avenue North
ul. Powazkowska 44C
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PL-01-797 Warsaw
Pretoria 0046
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Tel. +27 12 683 5600
Fax +48 22 320 0910
Fax +27 12 683 5661
Romania
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Technology Park
Building B, 2nd floor, Sector 1,
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Fax + 4031 620 4101
Israël
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16 Habonim Street
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IL-42504 Netanya
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Fax +972 3 528 27 17
Türkiye
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Hong Kong
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Management Co Ltd
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2, chemin du Pavillon
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