Simplitatea lucrurilor complicate - Referate profesionale unice

Acasa » scoala » fizica
Materiale plastice tehnice si materiale plastice tehnice avansate

Materiale plastice tehnice si materiale plastice tehnice avansate

MATERIALE PLASTICE TEHNICE SI

MATERIALE PLASTICE TEHNICE AVANSATE

1.1. INTRODUCERE PRIVIND MATERIALELE AVANSATE

In conditiile actuale, inlocuirea materialelor clasice cu materialele moderne care poseda caracteristici tehnico-functionale si economice superioare este o necesitate stringenta, mai ales in domeniul constructiilor de blindate, in industria navala si aerospatiala, si nu numai. Raspunsul, aparent, ar fi simplu: "materiale noi", compozite pe baza de fibre de bor, de sticla, de azbest, de carbon si Kevlar, nanomateriale, materiale cu memoria formei, materiale metalice amorfe si altele.

Materialele compozite fac parte din categoria materialelor compuse, iar in cadrul generatiei de materiale noi, care inlocuiesc metalele, tinand cont de caracteristicile si perspectivele lor de viitor, o atentie deosebita se acorda compozitelor, denumite, pana nu demult, materiale plastice consolidate. Astfel, materialele compozite sunt amestecuri de doua sau mai multe componente, ale caror proprietati se completeaza reciproc, rezultand un material cu proprietati superioare celor specifice fiecarui component in parte. Cu alte cuvinte, materialul compozit reprezinta un sistem eterogen in care componentele sunt total indisolubile unele in altele, proprietatile acestor componente sunt diferite si vor coopera, deficientele unora fiind suplinite de calitatile altora. Din punct de vedere tehnic, notiunea de materiale compozite se refera la materialele care poseda urmatoarele proprietati:

- sunt create artificial, prin combinarea diferitelor componente ;

- reprezinta o combinare a cel putin doua materiale deosebite din punct de vedere chimic ;

- prezinta proprietati pe care nici un component luat separat nu le poate avea.

Materialul compozit este format din doua faze principale:

- matricea (care trebuie sa fie dintr-un material mai plastic) si,

- faza de armare, sau ranforsare, care trebuie sa fie dura si rezistenta.

Proprietatile materialului compozit depind atat de combinatia de proprietati matrice-material de armat, cat si de rezistenta interfetei dintre cele doua componente.

1.2. MATERIALE COMPOZITE

1.2.1. Introducere

Materialele compozite au fost concepute pentru a inlocui, intr-o proportie tot mai mare, materialele traditionale feroase si neferoase, care sunt caracterizate de unele neajunsuri referitoare la performantele, procedeele de obtinere si prelucrare, gabarite, mase, complexitati geometrice, domenii de utilizare si costuri importante.

Materialele compozite sunt materiale cu proprietati anizotrope, formate din mai multe componente, a caror organizare si elaborare permit folosirea celor mai bune caracteristici ale componentelor.

Avantajul major, esential al compozitelor consta in posibilitatea modelarii proprietatilor si obtinerea in acest fel a unei game foarte variate de materiale, a caror utilizare se poate extinde in aproape toate domeniile de activitate tehnica.

Practic, materialele compozite sunt formate dintr-o matrice (plastica, ceramica sau metalica) si elemente de armare (ranforsanti), care sunt dispuse in matrice in diferite proportii si orientari. Armatura confera materialului compozit o rezistenta ridicata si reprezinta elementul principal de preluare a sarcinii, iar matricea are rolul de material de legatura intre elementele de armare si mediul de transfer al sarcinii exterioare spre acestea.

In general, aceste doua faze nu reactioneaza intre ele si se aleg astfel incat sa fie inerte una fata de cealalta in conditiile utilizarilor.

Materialele compozite prezinta o serie de avantaje intre care se mentioneaza:

- masa volumica mica in raport cu metalele;

- rezistenta mare la tractiune (compozitul denumit Kevlar, polimer organic cu fibre de aramide, are o rezistenta la tractiune de doua ori mai mare decat a sticlei);

- coeficient de dilatare foarte mic in raport cu metalele;

- rezistenta la soc ridicata;

- durabilitate ridicata ;

- capacitate mare de amortizare a vibratiilor;

- siguranta mare in functionare (ruperea unei fibre dintr-o piesa din material compozit nu constituie amorsa de rupere);

- energetic scazut si instalatii mai putin costisitoare in procesul de obtinere, in raport cu metalele;

- rezistenta chimica si rezistenta mare la temperaturi ridicate (fibrele de Kevlar, teflon si hyfil pana la 500^oC, iar fibrele ceramice de tip SiC, Si₃N₄, si Al₂O₃ intre 1400^oC si 2000^oC).

1.2.2. Clasificarea materialelor compozite

O clasificare mai generala a materialelor compozite, [6] care le prezinta intr-un mod sintetic, are la baza utilizarea concomitenta a doua criterii si anume: particularitatile geometrice ale materialului complementar si modul de orientare a acestuia in matrice .

Fig. 1.1. Schema clasificarii materialelor compozite, [6]

Fig. 1.2. Componentele materialelor compozite

Materialele compozite sunt grupate, in functie de alti autori, nu in doua , ci in trei categorii:

- materiale compozite durificate cu fibre;

- materiale compozite durificate cu particule (disperse);

- materiale compozite obtinute prin laminare(stratificate).

Fig.1.3. Materiale compozite, [6]:

a - armate cu fibre; b - disperse; c - stratificate

a. Materiale compozite armate cu fibre

Fig 1.4. Materiale compozite armate

In figura de mai sus sunt prezentate diferite moduri de orientare a acestor fibre in interiorul matricei. Se obtin astfel materiale compozite cu caracteristici foarte bune de rezistenta, rigiditate si raport rezistenta - densitate. Comportamentul mecanic al unui asemenea compozit depinde de:

- proprietatile fiecarui component;

- proportia dintre componenti;

- forma si orientarea fibrelor in raport cu directia de solicitare;

- rezistenta mecanica a interfetei matrice - fibra

b. Materiale compozite durificate prin dispersie

In cazul acestor compozite, particulele de dimensiuni foarte mici (100 . 2500 Å), blocheaza deplasarea dislocatiilor. Astfel, desi sunt necesare cantitati mici de material dispers, efectul de durificare este foarte mare. Faza dispersata este, de regula, un oxid stabil dur (Al₂O₃, ThO₂, ZrO₂, BeO etc.). Ea trebuie sa aiba anumite dimensiuni, forma, cantitate si distributie pentru obtinerea celor mai bune proprietati pentru materialul compozit. Totodata particulele dispersate trebuie sa aiba solubilitate scazuta in materialul matricei si sa nu apara reactii chimice intre particule si matrice.

c. Materiale compozite armate cu macroparticule

Armarea acestor compozite, [5] se face cu particule mari, care nu mai au rol de blocare a deplasarii dislocatiilor. In functie de proportia dintre cantitatile de macroparticule si cea de liant se obtin combinatii neobisnuite de proprietati.

Carburile metalice pot fi privite ca fiind astfel de materiale compozite, carbura de wolfram este inglobata intr-o masa de cobalt, sculele aschietoare rezultate avand combinate avantajele date de duritatea si rezistenta la cresterea temperaturii de aschiere a CW si cele date de rezistenta buna la impact a cobaltului.

Pietrele abrazive formate din macroparticule de carbura de siliciu (SiC), nitrura de bor sau diamant, inglobate intr-o matrice de sticla sau polimeri, pot fi considerate tot materiale compozite armate cu macroparticule.

Un alt exemplu il constituie materialul utilizat pentru contactele electrice, care este format din particule de wolfram inglobat intr-o matrice de argint. In acest mod se realizeaza combinatia dorita de proprietati, si anume conductibilitatea electrica buna (datorita argintului) si rezistenta mare la uzura (datorita particulelor de wolfram).

d. Materiale compozite stratificate

Sunt obtinute prin aplicarea, la suprafata materialului de baza, a unui strat din alt material. Aplicarea acestui strat din alt material cu proprietati diferite de cele ale materialului de baza se realizeaza cel mai des prin turnare, sudare sau laminare.

Principalul avantaj al acestor materiale este de ordin economic si de ordin calitativ, deoarece prin utilizarea lor se economisesc importante cantitati de materiale scumpe sau deficitare, imbunatatindu-se, in acelasi timp, calitatile produselor si marindu-se durata lor de functionare in conditiile unor performante ridicate.

Fig. 1.5. Material compozit stratificat

Cateva exemple de asemenea materiale compozite sunt:

- duraluminiul, cu rezistenta ridicata la rupere, placat cu aluminiu pur, cu rezistenta ridicata la coroziune;

- oteluri carbon, ieftine, placate cu oteluri de scule cu duritate ridicata si rezistenta la uzare sau cu oteluri inoxidabile rezistente la coroziune;

- placutele din oxid de aluminiu placate cu nitrura de titan (utilizate pentru partile active ale sculelor aschietoare) etc.

In afara de materialele compozite bicomponente, prezentate mai sus, se utilizeaza si compozite tricomponente (tip "sandwich"). De exemplu, pentru impiedicarea difuziunii carbonului dintr-un otel in altul, se poate interpune prin placare un strat de nichel, care nu permite difuziunea prin el a carbonului.

Tot un material tip "sandwich" este prezentat in figura de mai jos. El este alcatuit din doua placi subtiri din metal (de exemplu aluminiu, titan sau otel), intre care se gaseste o structura tip fagure, din material mai dur (duraluminiu sau aliaj de titan), rezultand un material compozit deosebit de rezistent si rigid.

Fig. 1.6. Material compozit tip sandwish

Materialele compozite se mai pot clasifica astfel:

materiale compozite plastice (polimerice): acestea au matricea formata din polipropilena, polietilena, rasini epoxidice, rasini fenolice, poliuretani etc., si componente de structura constituite din armaturi de fibre (tesaturi, retele, infasurari), umpluturi diverse (pulberi, particule, elemente de armare) si elemente stratificate. Dupa natura lor materialele compozite sunt constituite dintr-o matrice organica (rasina, spuma cu lemn) si fibre organice (kevlar, poliamida etc.), fibre minerale (sticla, carbon etc.) sau fibre metalice (bor, aluminiu etc.).

In general, materialele compozite plastice au densitati reduse, rezistenta ridicata la actiunea agentilor chimici, proprietati mecanice, termice si electrice mai bune decat cele ale materialelor plastice. Aceste materiale sunt utilizate in industria de automobile, aviatie, aeronautica, recipiente pentru industria chimica etc

- materiale compozite metalice: aceste materiale sunt formate dintr-o matrice metalica (Al, Mg, Cu, Ti, Pb, superaliaje etc.) si componenta de armare, care poate fi metalice sau ceramice (otel inoxidabil, W, Be, Ti, fibre de carbon, fibre de bor, fibre de Al₂0₃, fibre de sticla, particule din materiale ceramice etc.).

- materiale compozite ceramice sunt materiale compuse, constituite din substante anorganice (oxizi, carburi, siliciuri, boruri etc.) consolidate intr-un ansamblu cu elemente de armare sub forma de fibre, granule sau agregate. De exemplu, compozitele ceramice pe baza de fibre sunt formate dintr-o matrice din materiale minerale (ceramica) si fibre de armare (fibre de SiC, A1₂0₃, W, Mo, Be, otel si fibre de sticla).

Tipuri de matrici utilizate

Matricea compozitelor trebuie sa fie constituita dintr-un material capabil sa inglobeze componenta dispersa, pe care sa nu o distruga prin dizolvare, topire, reactie chimica sau actiune mecanica. Rezistenta compozitului la temperatura si la coroziune sau oxidare este determinata in primul rand de natura matricei. In cele mai multe cazuri, aceasta reprezinta partea deformabila a materialului, avand o rezistenta mecanica mai scazuta decat materialul complementar pe care il include. Alegerea matricei se face in functie de scopul urmarit si de posibilitatile de producere a compozitului. In tehnologiile actuale se folosesc numeroase tipuri de matrici: metalica, ceramica, sau organica.

Matricea reprezinta asadar, o parte a materialului compozit care asigura atat transferul solicitarilor exterioare la ranforsant, cat si protectia elementelor de ranforsare impotriva distrugerilor mecanice si prin eroziune.

Matrici organice

Matricile organice sunt executate din materiale plastice. Se pot folosi fie materiale termoplastice: polietilena, polistiren, poliester, cetona, etc., fie materiale termorigide: rasini de poliester, rasini epoxy, rasini fenolice, rasini poliamidice, rasini melamine. Matricile din rasini asigura compozitului proprietati mecanice si chimice crescute, chiar la temperaturi de pana la 450^oC, in cazul rasinilor fenolice.

Matricile organice au utilizarea cea mai larga in domeniul materialelor compozite. Dintre acestea, materialele polimerice prezinta o serie de avantaje:

- sunt usoare;

- asigura transparenta;

- sunt izolatoare electric, termic;

- sunt impermeabile;

- au rezistenta mare a coroziune;

- asigura autolubrifierea;

- se poate obtine un comportament elastic sau plastic.

Proprietatile acestor materiale sunt dependente aproape in exclusivitate de temperatura, comportarea lor fiind determinata de marimea fortelor de legatura dintre atomi, numarul de legaturi chimice pe unitatea de volum si rezistenta la degradare a legaturilor sub actiunea unor agenti externi. Desi matricele de natura organica satisfac cele mai multe dintre cerintele care se impun pentru a putea fi folosite la producerea materialelor compozite, ele prezinta si numeroase dezavantaje: rezistenta mecanica redusa la temperaturi inalte, o durata scurta de mentinere in stare lichida dupa preparare, conductivitate termica redusa, un coeficient mare de dilatare termica si rezistenta relativ mica la soc mecanic.

Principalul neajuns al matricelor organice, si anume slaba rezistenta la temperatura, a mentinut in atentie materialele organice gen sticla si pentru matrice. Se pot obtine astfel compozite cu temperaturi de lucru intre 500°1200 °C.

In functie de structura, matricile organice pot fi:

matrici amorfe (sunt transparente);

- matrici neamorfe (pe masura ce scade gradul de amorfizare scade si transparenta).

Fig. 1.7. Material compozit cu matrice organica amorfa, [6]

In general, exista doua familii de matrici organice:

a) matrici organice termorigide;

b) matrici organice termoplastice.

a) Matrici termorigide

Acestea au proprietatea ca prin incalzire devin suficient de plastice, iar dupa racire (solidificare) se intaresc ireversibil (se pot forma o singura data) datorita transformarilor chimice suferite. Astfel, dupa polimerizare rasinii, sub actiunea caldurii, si in prezenta unui catalizator, se obtine o structura tridimensionala, care nu poate fi distrusa decat la temperaturi ridicate. Se obtin astfel o serie de proprietati mecanice si termomecanice favorabile.

Proprietatile mecanice ale compozitelor polimerice depind de unitatile moleculare care formeaza reteaua si respectiv de lungimea si densitatea legaturilor.

Principalele rasini termorigide sunt:

- rasinile poliesterice nesaturate (PEN, UP), prezinta o fixare buna pe fibre, au pret redus, insa au o contractie volumica la intarire mare (8 . 10%) si o comportare dificila la caldura umeda. Obtinerea rasinilor se realizeaza in combinatia: PEN (98,5 . 97,5), accelerator (0,5%) si catalizator (1 . 2% ). Deoarece catalizatorul este o substanta exploziva, el se pastreaza la rece, impreuna cu substante inerte, nu se amesteca niciodata catalizatorul cu acceleratorul, se evita sursele de foc (PEN este inflamabil) si se pastreaza in spatii deschise si bine ventilate;

- rasini epoxidice (EP), sunt cele mai utilizate in industria aeronautica. Ele prezinta o fixare buna pe fibre, o contractie redusa la turnare (contractia este de cca. 0,5%) si asigura proprietati mecanice ridicate;

- rasini fenolice (PF), au proprietati mecanice mai reduse decat rasinile epoxidice, ele fiind utilizate numai atunci cand se cer exigente deosebite privind comportarea la foc (nu produce gaze toxice la ardere). Se construiesc piese cu rezistenta ridicata la temperatura si piese cu proprietati de izolatori electrici.

b) Matrici termoplastice

Aceste materiale sunt divizate in materiale plastice de mare difuziune si materiale plastice tehnice (tehnopolimeri), avand avantajul ca se pot refolosi rebuturile si deseurile recuperabile prin reciclare. Prima categorie are o utilizare mai larga din cauza pretului scazut, al disponibilitatii materiei prime si al procedeului de prelucrare. Materialele termoplastice au o dezvoltare mai restransa comparativ cu materialele termorigide.

Principalele materiale termoplastice sunt:

- policlorura de vinil (PVC);

- polietilena cu densitate redusa (PE);

- polietilena cu densitate ridicata (PE);

- polipropilena (PP);

- polistirenul (PS);

- polistiren soc (PS);

- pcrilonitrit-stiren (PS/AN);

- pcrilonitrit-butadien-stiren.

Matrici ceramice

Ceramica tehnica este tot mai frecvent utilizata pentru realizarea compozitelor, deoarece aceasta categorie de materiale este caracterizata prin proprietati intrinseci deosebite, datorate in principal legaturilor interatomice.

Aceste proprietati sunt:

- rezistenta mecanica mare la temperaturi inalte;

- rezistenta la rupere foarte mare, uneori mai mare decat a celor mai bune oteluri;

- rezistenta la oxidare si la agenti chimici;

- modul de elasticitate mare, superior otelurilor;

- duritate mare si stabila la cresterea temperaturii.

Prin armare cu fibre de adaos creste tenacitatea matricei si sporeste rezistenta lor la soc termic. Matricele ceramice care indeplinesc conditiile de temperatura (minima sub -100 °C si maxima peste 1000 °C) si proprietati deosebite de duritate, fragilitate, refractaritate, rezistenta la abraziune si coroziune, densitate redusa, stabilitate la temperaturi ridicate. Acestea pot fi: oxidice (alumina - A1₂0₃, silicea - Si0₂ si zirconia - Zr0₂), neoxidice (carbura de siliciu - SiC, carbura de bor - BC, nitrura de siliciu - Si₃N₄, borurile - TiB₂, ZrB₂).

Matrici metalice

Matricele metalice s-au folosit din necesitatea de-a obtine compozite care sa poata fi utilizate la temperaturi relativ inalte, comparativ cu cele de natura organica. Metalele prezinta si alte proprietati care le recomanda in calitate de matrice: proprietati mecanice bune, conductivitate termica si electrica mari, rezistenta mare la aprindere, stabilitate dimensionala, capacitate buna de prelucrare, porozitate scazuta. In schimb, densitatea este relativ mare (1,747,0 g/cm³), iar fabricarea compozitelor este uneori mai dificila.

Matricile metalice pot ingloba fibrele de armare prin laminare, impregnare in faza lichida, depunere chimica in faza de vapori sau electroplacare a matricei si solidificare dirijata. Fata de matricile din polimeri, prezinta o serie de avantaje legate de ductilitate si proprietati mecanice superioare, rezistenta la atacul anumitor solventi, o gama mai larga a temperaturilor de utilizare, conductibilitate termica si electrica mai buna.

Dezavantajele lor se refera la:

masa volumica mai mare decat a matricilor din polimeri,

- posibila aparitie a unor compusi intermetalici fragili la interfata dintre matrice si fibre (compusi ce determina un transfer greoi de tensiuni,

- microfisuri si zone de concentratie a tensiunilor care duc la ruperea materialelor compozite sub sarcini relativ mici) si la tehnologia de obtinere mai complicata ducand la un cost mai ridicat al compozitelor cu matrice metalica.
Matricile utilizate trebuie sa aiba anumite caracteristici, si anume: temperatura necesara de utilizare 200 600 (1000) °C, proprietati mecanice ridicate, conductibilitate termica si electrica, stabilitate dimensionala, prelucrabilitate buna, rezistenta chimica adecvata etc. Alegerea lor se face in functie de greutatea specifica si de proprietatile mecanice, termice, electrice si metalurgice. Din categoria aliajelor utilizate ca matrici, avem: Al, Si, Mg, Cu, Mg, etc.
In prezent exista doua categorii de compozite cu caracteristici functionale superioare:

- cu matricea din aluminiu (armata cu particule de carbura de siliciu, pana la 15 % in volum, obtinuta prin turnare in amestecuri de formare fluide);

- cu matricea din otel (ranforsata cu carbura de wolfram, elaborata printr-un procedeu original, materialul aflandu-se in stare semifluida).
Pentru materialele destinate produselor care lucreaza la temperaturi sub 450°C se poate utiliza ca matrice metalica aluminiul si aliajele sale datorita costului relativ scazut, densitatii mici, conductivitatii termice mari, fluiditatii bune si prelucrarii usoare. In vederea imbunatatirii comportarii aliajelor de aluminiu la temperaturi, se recomanda utilizarea titanului ca element de aliere. Prezenta acestuia mareste stabilitatea termica si influenteaza pozitiv caracteristicile structurii primare. In ultimul timp s-au impus titanul si aliajele sale, datorita unei bune ductibilitati si posibilitatii de a tine sub control interactiunea chimica cu materialul complementar. Matricele din titan au densitati mici si rezistenta la rupere buna (in special aliajele aliate cu aluminiu, vanadiu, molibden, crom), fragilitate la rece redusa, iar coeficientul de dilatare liniara este de 1,4 ori mai mic decat cel al fierului si de 2,8 ori mai mic decat cel al aluminiului.

1.3. MATERIALE COMPOZITE STRATIFICATE

Materialele compozite polimerice au gasit aplicabilitate in constructia urmatoarelor subansamble: sasiu si suspensie, 1,7%; transmisie si motor, 2%, elemente de electricitate, 2%; elemente interioare, 16,3%; elemente sub capota, 20,7%; elemente de caroserie, 56%. Procesul de obtinere a materialelor compozite stratificate consta in unirea pe cale chimica si mecanica a straturilor de material de armare din fibre de sticla prin impregnare cu rasina. Punerea in forma a pieselor stratificate prezinta particularitati care au determinat procedee specifice.

1.4. MATERIALE PLASTICE TEHNICE

1.4.1. Materiale plastice tehnice de uz general, categoria A

a) PVC - Policlorura de vinil, [22]

Caracteristici principale : (PVC dur, fig.1.8):

rezistenta la curgere : min. 45 - 70 MPa;

prelucrabilitate buna;

rezistent la agenti chimici si la intemperii;

utilizare in intervalul de temperatura: - 20sC pana la +90sC;

duritate : 95 - 130 MPa;

densitate : 1,35 - 1,6 kg/dm³;

exista si varianta neutra fiziologic (contact cu alimente);

izolator electric bun si in mediul umed.

Domenii de utilizare: Sisteme de ventilatie industriala, canale de aer si de materiale, rezervoare de apa si de substante chimice, sisteme de tevi, filtre, piese electroizolante, cazi de galvanizare, agitatoare, instalatii de decapare, piese si elemente tehnologice si din industria fotografica, elemente de constructii.

Fig.1.8. Policlorura de vinil

b) PP - Polipropilena, [22]:

Caracteristici principale :

rezistenta la curgere : min. 30 MPa;

modulul de elasticitate : min. 1300 MPa;

rezistent la agenti chimici si la intemperii;

sudabilitate buna;

utilizare in intervalul de temperatura: -20sC pana la +90sC;

duritate : 70 Mpa;

densitate : 0,91 kg/dm³;

pret scazut de achizitionare (fata de alte materiale plastice);

prelucrabilitate buna;

izolator electric bun si in mediu umed.

Domenii de utilizare: Organe de masini supuse la solicitari mecanice mai mici, ca de exemplu : lagare, roti dintate, carcase de aparate; rezervoare de galvanizare, piese izolatoare electrice, tancuri din industria chimica, vase de depozitare, instalatii din industria publicitara, unelte, sisteme cu solicitare mica pentru transport de materiale, componente de tobogan, etc.

c) Textolit, [24]:

Caracteristici principale :

rezistenta la incovoiere (perpendicular pe straturi) : min. 100 MPa;

modulul de elasticitate : min. 7000 MPa;

rezistenta la compresiune : min. 160 MPa;

clasa de temperatura : E;

coeficientul de dilatare termica liniara : 20-40 x 10-6 m/mK;

rezistenta la soc si la incovoiere (Charpy) : min. 25 kJ/m2;

rezistenta la despicare : min. 3000 N;

conductivitate termica : 0,2 W/mK;

incercare la tensiune (timp de 1 minut);

densitate : 1,4 kg/dm³.

Domenii de utilizare: Datorita caracteristicilor de alunecare si mecanice bune se poate utiliza la realizarea lagǎrelor, rotilor dintate si ghidajelor la prese, masini de rindeluit grele, gatere si a altor organe de masini cu solicitare mare, precum si la fabricarea jgheaburilor de transport materiale, carcaselor si reperelor de aparate. In general se pot utiliza bine in locurile unde stabilitatea dimensionala si rezistenta la compresiune a materialelor termoplastice de uz general nu este satisfacatoare.

d) PMMA, [24] :

Caracteristici principale :

rezistenta la curgere : min. 45 MPa;

modulul de elasticitate : min. 1380 MPa;

prelucrabilitate buna, rezistent la agenti chimici si la intemperii;

utilizare in intervalul de temperatura: -20sC pana la +90sC;

duritate : 100 - 170 MPa;

proprietati optice deosebite;

pret de achizitie convenabil (fata de policarbonat);

zolator electric bun si in mediu umed, absorbtie de umiditate redusa;

densitate : 1,2 kg/dm³.

Domenii de utilizare: Organe de masini din industria de aparatura electrica, carcase de aparate, geamuri de securitate, vitrinaje din industria publicitara, cutii, corpuri de iluminat, etc. care sunt supuse unor solicitari mecanice reduse.

Materiale plastice tehnice, categoria B

a) PA - Poliamida

Caracteristici principale :

rezistenta mecanica mare: min. 70 - 110 MPa, (la curgere, la rupere, la compresiune);

tenacitate (Charpy) : 12 kJ/m² - nu se rupe;

proprietati bune de alunecare : μ = 0,15 - 0,5 (alunecare uscata pe otel rectificat);

interval larg de temperatura de utilizare : - 40sC pana la +140sC;

duritate mare (Rockwell) : M85 - M98;

rezistenta buna la oboseala si capacitate de amortizare mecanica convenabila;

rezistenta buna la uzare

sarcina maxima la o deformare de 1 % : 18-26 MPa;

densitate : 1,15 - 1,16 kg/dm³.

Domenii de utilizare (grupa de materiale de utilizare universala): bucse pentru lagare de alunecare, ghidaje, role de sustinere, de intindere, de ghidare si de transport, scripeti, roti dintate, cremaliere, roti melcate, roti de lant, placi de taiere, elemente izolatoare, elemente de etansare, suruburi, piulite, saibe, flanse, elemente de legatura, cilindri, discuri, etc.

b) POM - Poliacetal, [24]:

Caracteristici principale :

rezistenta mecanica mare: min. 70 - 80 MPa, (la curgere, la rupere);

tenacitate (Charpy) : 8 kJ/m² - nu se rupe;

proprietati bune de alunecare : μ = 0,25 - 0,45 (alunecare uscata pe otel rectificat);

interval larg de temperatura de utilizare : - 50sC pana la +120sC;

duritate mare (Rockwell) : M86 - M90;

rezistenta buna la oboseala si capacitate de amortizare mecanica convenabila;

la actiunea umezelii nu se dilata, varianta POM C se poate utiliza si in imersie pana la temperaturi de 80sC;

prelucrabilitate prin aschiere foarte buna inclusiv pe masinile automate,

densitate : 1,4 kg/dm³.

Domenii de utilizare: Piese de precizie cu stabilitate dimensionala, roti dintate cu modul mic, scaune de supape, arcuri, elemente de alunecare, came de comanda, piese electroizolatoare in industria electrotehnica, organe de masini in contact permanent cu apa, role, organe de asamblare, elemente de etansare, elemente elastice, etc.

c) PC - Policarbonat, [24]:

Caracteristici principale :

rezistenta mecanica : 60 - 65 MPa, (la curgere, la rupere);

tenacitate mare, rezistenta la soc foarte buna chiar la temperaturi joase : nu se rupe;

stabilitate dimensionala buna;

prelucrabilitate buna;

interval larg de temperatura de utilizare : - 60sC pana la +115sC;

duritate (Rockwell) : M70 - M75;

proprietati bune de alunecare : μ = 0,25 - 0,45 (alunecare uscata pe otel rectificat);

capacitate buna de amortizare mecanica;

se poate termoforma, maleabilitate buna;

este neutru fiziologic, poate fi in contact cu alimente si cu medicamente;

sarcina maxima la o deformare de 1 % : 17 MPa;

densitate : 1,2 kg/dm³.

Domenii de utilizare: Elemente de aparate de precizie, piese in contact cu alimente, instalatii medicale si farmaceutice, geamuri de securitate, carcase, materiale de constructii, panouri publicitare, statii de autobuze,

elemente izolatoare, etc.

d) PET - Polietilentereftalat, [24]:

Caracteristici principale :

rezistenta mecanica mare : 78 - 90 MPa (la curgere, la rupere);

tenacitate (Charpy) : 3,5 kJ/m2 - 50 kJ/m2;

proprietati bune de alunecare : μ = 0,1 - 0,3 (alunecare uscata pe otel rectificat);

sarcina maxima la o deformare de 1 % : 24 - 26 MPa;

interval de temperatura de utilizare : - 20sC pana la +115sC;

duritate foarte mare (Rockwell) : M94 - M96;

rezistenta buna la oboseala si capacitate de amortizare mecanica convenabila;

la actiunea umezelii practic nu se dilata;

este neutru fiziologic, poate fi in contact cu alimente si cu medicamente;

rezistenta buna la uzare in comparatie cu PA si POM, in conditii neabrazive;

densitate : 1,4 kg/dm³.

Domenii de utilizare: Ghidaje puternic solicitate, lagare de alunecare, organe de masini cu stabilitate dimensionala mare pentru mecanica fina, jgheaburi, plunjere de distributie, elemente de pompe, elemente izolatoare in industria electrotehnica, role, roti dintate, came, scaune de supape, elemente de etansare, etc.

e) PE - Polietilena:

Caracteristici principale :

rezistenta mecanica : 20 - 24 MPa (la curgere);

tenacitate mare (Charpy) : nu se rupe;

proprietati bune de alunecare : μ = 0,2 - 0,3 (alunecare uscata pe otel rectificat);

prelucrabilitate buna, rezistent la intemperii;

interval de temperatura de utilizare : - 80sC pana la +110sC;

duritate (Shore) : D60 - D65;

capacitate de amortizare mecanica buna;

la actiunea umezelii nu se dilata, rezistenta buna la agenti chimici;

este neutru fiziologic, poate fi in contact cu alimente si cu medicamente;

materialul HD 1000 : rezistenta buna la uzare abraziva in comparatie cu PA, POM si PET;

densitate : 0,96 kg/dm³.

Domenii de utilizare: Lagare de alunecare, jgheaburi, mese de transat (industria alimentara si pielarie), captuseli pentru tobogane si pentru depozitare de materiale granulare, role, roti dintate cu sarcini reduse,

elemente izolatoare, elemente de etansare, captusirea silozurilor, transportoarelor, cupelor, benelor, pentru utilaje din industria celulozei si hartiei, instalatii de imbuteliere, epurare, pompare, vane de electroliza, pentru ecranare in industria electrotehnica si nucleara, etc.

f) ABS - acrilonitril-butadien-stiren:

Caracteristici principale :

rezistenta mecanica : 45 MPa (la curgere);

tenacitate mare (Charpy) : 11 kJ/m2 - nu se rupe;

prelucrabilitate buna;

interval larg de temperatura de utilizare : - 40sC pana la +80sC;

duritate (Shore) : D78;

capacitate de amortizare mecanica buna;

absorbtie de umiditate scazuta, rezistenta buna la agenti chimici;

nu este rezistent la UV;

densitate : 1,1 kg/dm³.

Domenii de utilizare: Piese din industria de autovehicule, grilaje de racire, suporturi de acumulatoare, carcase, piese de precizie din industria de aparate, elemente de depozitare si de securitate, conectori, rezervoare si

lazi, fitinguri si elemente mobile.

Fig.1.9. ABS - acrilonitril-butadien-stiren

g) Poliester:

Caracteristici principale :

rezistenta mecanica : 45 - 50 MPa (la curgere, la rupere);

tenacitate mare, rezistenta la soc si la temperaturi scazute (Charpy), nu se rupe;

este neutru fiziologic, poate fi in contact cu alimente si cu medicamente;

prelucrabilitate buna;

duritate (Rockwell) : R104 - R107;

capacitate de amortizare mecanica buna;

se poate termoforma, maleabilitate buna;

grad de puritate ridicat;

densitate : 1,3 kg/dm³.

Domenii de utilizare: Piese in contact cu alimente, aparate medicale si farmaceutice, geamuri de securitate, carcase, materiale de constructii, panouri publicitare, statii de autobuze, elemente izolatoare, etc.

h) PTFE - politetrafluoretilena, [24]:

Caracteristici principale :

rezistenta la rupere : 16 - 25 MPa;

deosebit de stabil din punct de vedere chimic;

capacitate buna antiadeziva;

prelucrabilitate buna;

interval larg de temperatura de utilizare : - 200 sC pana la +260-300sC;

duritate (Rockwell) : D50 - D75;

capacitate de amortizare mecanica buna, tenacitate convenabila;

coeficient de frecare deosebit de mic;

este neutru fiziologic, poate fi in contact cu alimente si cu medicamente;

capacitate buna de izolator electric inclusiv in mediu umed;

densitate : 2,2 - 2,4 kg/dm³.

Domenii de utilizare: Repere de utilaje din industria alimentara, chimica, textila, elemente de etansare, elemente izolatoare, elemente de precizie din industria de aparate, aparate medicale si farmaceutice, jgheaburi, etc.

1.4.3. Materiale plastice tehnice speciale pentru utilizare in conditii

tribologice deosebite, categoria D

Materialele plastice ultraperformante (HPM), [22], [24] se remarca printr-o combinatie

de caracteristici mecanice, termice si electrice deosebite, ele putand sa ofere solutii in cazurile in care celelalte materiale plastice tehnice nu reusesc. Se utilizeaza de obicei in domenii tehnice de varf (electrotehnica, aviatie, nucleara, farmaceutica, chimie, etc.) la aplicatii pentru conditii de lucru deosebite.

a) Polibenzimidazo - (PBI) - este materialul termoplastic cel mai performant ce este disponibil astazi.

Caracteristici principale:

- temperatura de lucru max. admisibila in aer extrem de ridicata(310˚ C in regim continuu, mergand pana la 500˚ C);

- mentinere a rezistentei mecanice si a rigiditatii pe un domeniu larg de temperaturi;

- comportare excelenta la uzura si la frecare;

- coeficient de dilatare termica liniara extrem de scazut;

- rezistenta excelenta la radiatia de inalta energie (gamma si raze X);

- puritate ridicata in ceea ce priveste contaminarea ionica.

Aplicatii consacrate: Piese de contact pentru tuburi fluorescente. Producatorii de tuburi incandescente si fluorescente folosesc CELAZOLE PBI pentru piesele aflate in contact cu temperaturi ridicate.

b) PA :

Caracteristici principale:

- temperatura de lucru maxim admisibila in aer foarte ridicat (250˚C);

- excelenta mentinere a rezistentei mecanice si a rigiditatii;

- stabilitate dimensionala excelenta pana la 250˚;

- comportament excelent la uzura si frecare;

- rezistenta UV remarcabila;

- rezistenta excelenta la radiatia de inalta energie (gamma si raze X);

- inflamabilitate intrinseca scazuta.

Aplicatii consacrate: palete de compresor rotativ, dornuri pentru cutii din aluminiu, suporti pentru sudarea paharelor, cuiburi si socluri pentru cipuri .

c) PEEK :

Caracteristici principale:

- temperatura de lucru maxim admisibila in aer (250˚ C );

- rezistenta mecanica, rigiditate si duritate ridicate la

temperaturi mari;

- rezistenta chimica si la hidroliza excelenta;

- comportare excelenta la uzura si frecare;

- stabilitate dimensionala foarte buna;

- rezistenta UV remarcabila;

- rezistenta excelenta la radiatia de inalta energie (gamma si raze X);

- inflamabilitate intrinseca scazuta si niveluri scazute ale

emanatiei de fum in timpul combustiei.

Aplicatii consacrate: componente constructive la analizoare de gaze, cuzineti pentru rolele de ghidare a sarmei de otel, inele de uzura pentru pompe.

d) PPS :

Caracteristici pricipale:

- temperatura de lucru maxima admisibila in aer foarte ridicata (220˚ C);

- rezistenta mecanica, rigiditate si duritate mare si la temperaturi

ridicate;

- rezistenta chimica ti la hidroliza ;

- comportare excelenta la uzura si frecare ;

- stabilitate dimensionala foarte buna;

- rezistenta excelenta la radiatia de inalta energie ( gamma si raze X);

- rezistenta UV buna;

- inflamabilitate intrinseca scazuta;

- proprietati bune de izolator si dielectrice.

Aplicatii consacrate: lagare de conveior pentru extractorul cu solvent,

piese reazem izolatoare pentru imprimante.

e) Polifenilsulfona (PPSU), polieterimida (PEI), polisulfona (PSU) PPSU 1000 - PEI 1000 - PSU 1000:

Caracteristici principale:

- temperatura de lucru maxim admisibila in aer ridicat (180, 170

si 150˚ C);

- rezistenta mecanica si rigiditate ridicate pe un domeniu larg de

temperaturi;

- rezistenta excelenta la hidroliza ;

- inert fiziologic (adecvat contactului cu alimentele);

- stabilitate dimensionala foarte buna;

- rezistenta foarte buna la radiatia de inalta energie (gamma si raze X);

- proprietati bune de izolator electric si dielectrice.

Aplicatii consacrate: brat de vizare si vizor de pozitionare, bucsa de pozitionare a sondelor endoscopice, cleme, racorduri pentru echipamentele de curatare.

f)Polifluorura de viniliden (PVDF), Politetrafluoretilena aditivat[ (PTFE), PVDF 1000 - Fluorosint :

Caracteristici principale:

- temperatura de lucru max. admisibla in aer ridicata (260˚ C);

- rezistenta chimica si la hidroliza excelenta

- rezistenta UV si la intemperii remarcabila;

- rezistenta mecanica, rigiditate si rezistenta la fluaj bune;

- proprietati bune de alunecare si rezistenta la uzua;

- inflamabilitate intrinseca sazuta

- proprietati de bun izolator electric.

Aplicatii consacrate: carcase pentru pH-metre, lagar pentru bratul masinii de spalat vase.

g) Mase plastice cu disipare electrostatica, SEMITRON ESd:

Caracteristici pricipale

- disipare permanenta a sarcinilor electrostatice;

- disipare de sarcini statice (5 kV) in mai putin de 2 secunde;

- utilizare de pudre metalice sau de grafit / carbon.

Aplicatii consacrate: pieptenii de placute, tavi de transport, piese de insertie.

1.5. Piese diverse din mase plastice tehnice

Dupa cum a fost prezentat, din aceste materiale nemetalice pot fi confectionate o gama larga de piese, cu utilizari in multe domenii ale tehnicii. In figura urmatoare sunt prezentate cateva astfel de organe de masini.

roti dintate supape

suporti, flanse role, roti

garnituri, inele "O" lagare, capace

Fig. 1.10. Diferite tipuri de piese confectionate din materiale plastice tehnice si materiale plastice tehnice avansate

KEVLAR

Familia KEVLAR, [24] de fibre patentate asigura o combinatie unica de proprietati cum ar fi:

rezistenta la solicitari repetate;

- tenacitatea si modulul deosebit de inalte si stabilitatea termica exceptionale.

Datorita acestora, KEVLAR este folosit cu succes in aplicatii ce necesita rezistenta la taiere, la caldura, precum si pentru echipamente de protectie anti-glont si anti-schija, frane si piese de transmisie prin frecare, garnituri de etansare, cabluri si franghii, materiale compozite, cabluri de fibre optice, armaturi pentru placi de circuite, echipamente sportive, anvelope, curele si furtune pentru autovehicule.

KEVLAR este deseori specificat atunci cand aplicatiile ridica probleme de rezistenta marita, masa redusa si/sau durata de utilizare superioara.

KEVLAR este o fibra textila industriala cu proprietati deosebite de rezistenta si cu modul inalt, sub forma de fire lamentare continue, roving, semitort/pala, si pulpa.

KEVLAR elastomeric este un concentrat de pulpa de KEVLAR si elastomer care disperseaza usor in compusi elastomerici.

KEVLAR este una dintre cele mai importante fibre sintetice organice realizate pana in prezent. Datorita combinatiei sale unice de proprietatti, KEVLAR este astazi folosit intr-o mare diversitate de aplicatii industriale. Fibra para-aramidica KEVLAR poseda o combinatie remarcabila de proprietati care, de la aparitia sa comerciala, de la inceputul anilor '70, a condus la adoptarea sa intr-o varietate de domenii de utilizare.

Structura moleculara:

Fibrele de KEVLAR reprezinta catene moleculare lungi obtinute din poli-parafenilen tereftalamida. Lanturile moleculare, sunt puternic orientate, cu legaturi intercatenare puternice, ceea ce conduce la o combinatie unica de proprietati.

Avantaje:

- rezistenta mare la tractiune la o masa redusa a fibrei;

- modul inalt (rigiditatea structurala);

- rezistenta chimica inalta;

- tenacitate inalta (cicli de solicitare pana la rupere);

- rezistenta inalta la taiere;

- alungire scazuta la rupere;

- conductibilitate electrica mica;

- contractie termica scazuta;

- stabilitate dimensionala excelenta;

- rezistenta la flacari, caracteristici de auto-stingere.

Aplicatii:

- ranforsarea cauciucului;

- benzi transportoare;

- furtune;

- combustibil;

- instalatii racire autovehicule;

- inalta presiune;

- in aplicatii de frictiune, este un inlocuitor de inalta performanta pentru materiale de ranforsare cum ar fi : azbest, fibre de sticla, metalice si materiale similare;

- curele de transmisie;

- clutch tensioner;

- structuri compozite;

- izolatoare de fire;

- inlocuitoare ale azbestului in: pompe, captuseli frane, garnituri etansare, plastice, agenti de ranforsare

- pentru betoane;

- echipamente de protectie;

- fibre de ranforsare pentru piese elastomerice turnate, pentru aplicatii termoplastice;

- veste anti-glont;

- franghii de diferite dimensiuni;

- casti de protectie;

- cabluri;