5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
1 MATERIALELE CONSTITUENTE ALE UNUI AUTOMOBIL. MASELE PLASTICE 1.1. Generalităţi privind utilizarea materialelor la automobile Materialele folosite la realizarea automobilelor au cunoscut îmbunătăţiri continue şi ponderea acestora s-a modificat în favoarea celor ce impun tehnologii mai performante, ce conduc la realizarea de piese mai uşoare, mai durabile, mai confortabile, mai ieftine şi cu posibilităţi de reciclare. Ponderea maselor plastice în masa proprie a automobilelor a crescut în ultimii 30 ani de 5-6 ori, a aluminiului, care este foarte apt pentru reciclare, a crescut de mai mult de trei ori. Rezolvarea problemelor de depoluare a impus apariţia în ţ automobilelor a me-talelor pre ţioase [elemente active în catalizatorii componen auto (piesearelativ scumpe) cu pondere de circa 5 % în preţul acestora] precum şi a ceramicii cordieritice. Prezentarea grafică orientativă a ponderii diverselor materiale la realizarea automobi-lelor moderne poate fi urmărită în figura 1.1.
Fig. 1.1. Ponderea diverselor materiale în realizarea unui automobil modern
La producţia europeană actuală de circa 15.000.000 de automobile, la o greutate medie de o tonă, cantitatea de materiale plastice utilizate în domeniul auto este de aproape 2.000.000 tone. Materialele metalice (table, oţeluri, fonte şi aliaje de aluminiu) sunt întotdeauna
preponderente în construcţia automobilelor de mare serie. Ele reprezint ă aproximativ 70-75 din greutatea unui vehicul. Acestea se repartizeaz ă aproximativ astfel: 40% table, 15% oţel, 12% fontă, 6% neferoase. Materialele anorganice diverse, în mod special sticla, reprezintă 4% din greutatea unui vehicul. Materialele organice în special polimerii, reprezintă 20-25% din greutatea unui
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
1/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
vehicul. Ele se repartizează astfel: ~5% produse diverse (vopsele, adezivi, masticuri, bitumuri, fibre textile), aproximativ 12% materiale plastice (termoplastice şi termorigide cu încărcatura sau nu, din care aproape 1% plastice textile) şi circa 5%, sau între 40 şi 50 Kg, cauciucuri elastomeri, repartizate în piese diverse (numite şi cauciucuri industriale) şi pneuri. Pe scurt, dacă se ia în considerare procentajul relativ al materialelor în vehiculele ast ăzi, pentru Renault şi alţi constructori europeni, americani sau japonezi se constată situaţia actuală este relativ stabilă.
Fig. 1.2. Duritatea unor materiale şi poziţia lor faţă de principalele scări de duritate
În ceea ce priveşte duritatea, materialele utilizate la realizarea autoturismelor, acoper ă practic întreaga gamă; de la materiale cu duritatea foarte mic ă la cele cu duritate foarte mare. Figura 1.2. prezint ă o sumar ă încadrare a materialelor dup ă duritate şi principalele scări utilizate.
1.2. Mase plastice pentru automobile Utilizarea maselor plastice (MP) la automobile a început la sfâr şitul deceniului IV al secolului XX, printre primele utiliz ări fiind realizarea de butoane colorate din bakelit ă pentru comenzi la planşa bord. În anul 1955 s-a realizat primul automobil cu caroseria realizată în întregime din poliester armat cu fibr ă de sticlă (Chevrolet Corvette) iar în ultimii ani ai secolului XX au început s ă se folosească MP transparente la realizarea de faruri, polipropilena pigmentată în masă, să se impună MP vopsite. Ponderea lor pe autoturism a crescut continuu, de la circa 2% în 1962 la circa 6% în anul 1980, la circaajunge 8% în anul 1985 şUtilizarea i la 12-14% actualmente (pentru Audi A2 de exemplu, ponderea la ~20%). MP la automobile a impus foarte
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
2/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
repede şi necesitatea vopsirii acestora, la început pentru a ascunde anumite defecte, însă foarte repede aceasta a devenit un atu important pentru calitatea prescrisă. Ele au contribuit, în ultimii 30 ani, la reducerea zgomotului la automobile cu 10 dB de la 80dB la ~70dB, la ameliorarea confortului, sunt reciclabile, conduc la reduceri importante de costuri şi datorită greutăţ ii reduse participă la înf ăptuirea obiectivului CAFE (Corporate Average Fuel Economy) ce şi l-au impus constructorii europeni de reducere a consumului şi prin aceasta, a emisiilor de CO 2 la 140 g/km. Masele plastice sunt materiale obţinute pe bază de compuşi macromoleculari de tip plastomeri, prin adăugarea de componenţi de umplutur ă, plastifianţi, coloranţi, lubrifianţi şi alte adaosuri, care favorizează transformarea amestecului plastic - la temperaturi şi eforturi determinate - în semifabricate sau produse finite. Compu şii macromoleculari (polimerii) se împart în elastomeri şi plastomeri după cum temperatura lor de tranziţie vitroasă este inferioar ă sau superioar ă temperaturii ambiante. Din cauza proprietăţilor slabe, neconvenabile, la temperatura ambiantă, cauciucurile necesită o reticulare care s ă le ofere caracteristici de elasticitate după prelucrarea în forma dorită. Plastomerii încălziţi peste temperatura lor de tranzi ţie vitroasă permit prelucrarea; r ăcirea creând interacţii intermoleculare puternice, care le ofer ă o rigiditate ridicată. Acestea şi în mod special materialele plastice armate (MPA), s-au impus în industria producătoare de mijloace de transport auto datorit ă faptului că r ăspund necesităţii de a se crea construcţii uşoare, ieftine şi rezistente. Frecvent pentru automobile sunt utilizate aşa-numitele aliaje, adică amestecurile nemiscibile de polimeri la care scara de dispersie este micronică, unde prin mijloace fizice şi chimice se stabileşte o morfologie a unor faze stabile. Spre deosebire de acestea amestecurile sunt care macromolecule la scaramiscibile lor (de 0,1 µmcele sau la mai pu ţnu in). exist ă nici o segregare între 1.2.1. Compozi ţi a maselor plastice
Masele plastice destinate realizării de piese auto sunt compuse din: polimeri sintetici (component majoritar), umplutur ă până la 40% (foarte rar > 40%), lubrifianţi 1...2%, coloranţi până la 1,5%, plastifianţi, stabilizatori şi alţi componenţi < 2%. Polimerii sintetici , care sunt componenţii de bază ai maselor platice se obţin prin: poli-merizare, policondensare sau poliadiţie. •dePolimerizarea procesul chimicăde formare a macromoleculelor, temperatur ă ş este i presiune determinat , utilizându-se monomeri identici. în condiţii Polimerii obţinuţi conţin, de regulă, molecule filiforme lungi care se unesc prin împletire lăsând interspaţii mai mari decât cele cu ramifica ţii tridimensionale. Schema generală de desf ăşurare a procesului chimic de polimerizare: T(°K) p(N/m2 ) nA
+ ini ţi atori, inhibitori, stabilizatori
(A)n
n - număr de molecule de monomer, A — monomer. Se ob ţin prin polimerizare: polietilena, polipropilena, polisterenul, polimetacrilatul, policlorur de vinil. ă •Policondensarea este procesul chimic de obţinere a macromoleculelor prin unirea a cel puţin două tipuri diferite de molecule elementare (monomerii A, B, C.) în urma
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
3/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
condensării repetate în prezenţa unui catalizator, cu formarea de produse secundare apă, alcool sau acid. Macromoleculele formate se dezvoltă tridimensional (ramificaţie spaţială); prin presarela cald unele devin rigide, infuzibile şi insolubile în solvenţi, iar altele se înmoaie prin încălzire. Schema generală a procesului: — (apă, alcool, acid) n A+n t 2 B +n3C
► Policondensat
+ catalizator acid sau bazic Prin policondensare se obţin: r ăşinile fenol - formaldehidice, poliesterii, siliconii, policarbonaţii etc. •Poliadi ţ ia este procesul de combinare a două substanţe de natur ă chimică diferită care formează macromolecule f ăr ă separarea de produse secundare. Prin poliadiţie se obţin: r ăşinile epoxidice, poliuretanii etc. 1.2.2. Clasificarea maselor plastice
Cel mai util criteriu de clasificare este din punct de vedere al modific ărilor pe care masele plastice le sufer ă în timpul formării la cald prin presare, injecţie etc. Pe acest criteriu acestea, în construc ţia de maşini, se împart în două mari grupe: termoreactive (termorezistente, termorigide) şi termoplaste. Masele plastice termoreactive se caracterizează prin transformări chimice ireversibile care au loc sub influenţa căldurii şi presiunii (în timpul prelucr ării prin presare, turnare, etc). După transformare masele termoreactive devin infuzibile şi insolubile în solvenţi organici. Exemple de materiale plastice termoreactive (termorigide): poliaminele (aminoplastele), polimerii epoxi, polimerii fenolici (fenoplastele), polimerii siliconici. Masele termoplastice sunt constituite din macromolecule filiforme sau tridimensionale care se caracterizează prin transformări fizico-chimice reversibile. Se dizolvă îi solvenţi specifici, în special la cald. Exemple de materiale termoplastice: poliamidele, poliolefinele (polietilena, polipropilena etc), polistirenul, policlorur ă de vinil, etc. Alături de polimeri, în mase plastice, se g ăsesc şi alte componente cu diverse roluri, menţionate în continuare. Materiale de umplutur ă şi armare sunt substanţe chimice simple sau compuse, de natur ă minerală, vegetală sau animală, utilizate în scopul modificării sau extinderii, în Iimite acceptabile, ale unor proprietăţii ale maselor plastice în care se încorporează, contribuind totodată şi la o reducere de preţ a acestora. Cele mai utilizate sunt: • materialele de umplutur ă fibroase (fibrele de sticlă, naylon, bumbac macerat, maresc in general rezistenţa la tracţiune) • Al, negru de fum, grafitul - care măresc conductibilitatea termică; • caolinul, carbonaţii, talcul - care îmbunătăţesc stabilitatea dimensională. Plastifianţ ii sunt substanţe organice cu volatilitate scăzută sau chiar nulă, care îmbunătăţesc proprietăţile elastice şi plastice (ftalaţii, adipaţii). Stabilizatorii sunt substanţe care adăugate polimerului au rolul de a atenua sau elimina reacţiile de degradare termică, oxidativă, fotochimică, în timpul prelucr ării, utilizării sau depozitării sub acţiunea căldurii, luminii solare, oxigenului sau intemperiilor.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
4/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Coloranţ ii şi pigmenţ ii imprimă efectul cromatic dorit şi aspectul corespunzător
desfacerii produsului. Coloranţii sunt substanţe solubile în propor ţii diferite în mase plastice. Se utilizează mai puţin datorită rezistenţei reduse la lumină, căldur ă şi tendinţei de migrare. Pigmenţii sunt insolubili în masele plastice. Sunt atât de natur ă organică cât şi anorganică (mai utilizaţi datorită stabilităţii mai bune).
1.3. Materiale plastice termoplastice Masele plastice termoplastice (Termoplasticele) sunt constituite din catene ramificate, au punct de topire şi se împart în clase: amorfe şi cristaline. Cele amorfe nu au o ordine molecular ă aparentă, (structura seamănă cu a unui lichid), nu au o temperatur ă de topire precizată şi prezintă o fază de înmuiere. Se caracterizează printr-o uşoar ă contracţie, bună comportare la şoc, stabilitate dimensională. În această categorie, dintre termoplasticele utilizate la automobile, intr ă: PC, ABS, PVC... (semnificaţia prescurtărilor se va găsi în paragrafele următoare) Cele cristaline au o structur ă ordonată într-o matrice amorf ă. Au o bună comportare la oboseală, un coeficient de frecare sc ăzut, o bună comportare la acţiunea chimicalelor. Din această categorie menţionăm: PE, PA, PTFE. Masele plastice termoplastice sunt cele mai utilizate la automobile şi sunt prezentate, pe scurt, în continuare, punându-se accent pe propriet ăţile care le favorizează pentru utilizarea la realizarea de piese auto. 1.3.1. Copolimeracrilonitril-butadien-stiren (ABS)
ABS-ul rezultă prin copolimerizarea a trei monomeri: CH2 = CH - CN (acrilonitril) CH2 = CH - CH = CH2 (butadienă)
copolimerizare
ABS
C6H5-CH = CH2 (stiren) Simplificat are formula structurală: (- CH 2 -CH- CH 2 -CH=CH- CH 2 - CH 2 -CH-)n
l l C 6N 5 α-metilstirenul poate înlocui par ţial sau total stirenul. Variaţia propor ţiilor din fiecare monomer conduce la obţinerea unor tipuri de ABS cu diferite proprietăţi • prin creşterea conţinutului de butadienă, care este de fapt scheletul pe care se grefează ceilalţi monomeri, se obţine o rezistenţă mai bună la şoc şi mai mică la tracţiune; • prin creşterea cantităţii de stiren şi de acrilonitril creşte rigiditatea; • utilizarea α-metilstirenului conduce la obţinerea unor variante de ABS cu rezis-tenţă termică ridicată. Avantajele (proprietăţile convenabile) ale ABS: rigiditate şi rezistenţă la şoc, care permit realizarea de piese cu grosimi mici, rezisten ţă la uzur ă, rezistenţă la pătare CN
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
5/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
satisf ăcătoare, chiar bună, faţă de lacuri, de uleiuri, de detergenţi, luciu bun la suprafaţă, rezistenţă la căldur ă şi stabilitate dimensională. Are rezistenţă mare la şoc şi la temperaturi ridicate. Unele tipuri au rezisten ţă bună la şoc şi la -40°C. Se poate prelucra prin: injecţie, extrudere, vacumare, se poate lipi cu adezivi, se poate decora, cu aplicare de lacuri, sau metaliza prin acoperire galvanică. Evoluţia acestui tip de material se caracterizează mai ales prin apariţia de aliaje pe bază de ABS care permit ameliorarea comport ării termice şi / sau la şoc: ABS / policarbonat, ABS / polietilentereftalat, ABS / polisulfon ă, ABS / poliuretan. La automobile ABS-urile sunt utilizate la realizarea de piese de interior (cutii de acte, tablouri de bord etc.) la care trebuie să se tină cont de stabilitatea dimensională, aspect suprafaţă, rezistenţă termică şi la şoc şi la realizarea de piese de exterior (grile, cutii, stopuri etc). Aliajul ABS / PC - este utilizat pentru realizarea diferitelor repere auto ca: planşă bord, cochilă volan, bloc lumini, console, grile etc. Denumiri comerciale uzuale: Lustran, Novodur, Ugikral, Toyolac etc. 1.3.2. Polietilene (PE)
Ca materiale termoplastice pe bază de polietilene se definesc (ISO 1872) homopolimerii sau copolimerii de etlilen ă care nu conţin mai mult de 5% (molar) comonomeri α-olefinici. Formula chimică generală a polietilenei este: (- CH 2 - CH 2 -)n. Materialele pe bază de polietilenă se pot prezenta în două stări: • lichide vâscoase, cu aplicaţie pentru lubrifiere; • solide translucide, pentru formare. Materialul sub formă de granule este o compoziţie cu adaos de diver şi aditivi: stabilizatori, lubrifian coloran etc. Produsele din polietilenă prezintă un tuşeu gras, sunt flexibile, cuţi,suple ţe laţi grosimi mici. Polimerul are următoarele proprietăţi de care trebuie să se ţină seama la utilizarea pentru realizarea de piese auto: se înmoaie în jurul temperaturii de 115°C, devine casant Ia temperaturi sub -25°C şi se descompune aproape de temperatura de 300°C. Uzual polietilena se clasifică după densitate: mică (joasă): 0,910-0,925 g/cm3, medie: 0,920-0,940 g/cm3 şi mare: 0,941-0,970 g/cm3. Polietilena de înaltă densitate (Argetena) realizată la SNP PETROM, Sucursala Arpechim Piteşti, se utilizează la realizarea de cuzineţi pentru rotule de suspensie precum şi la o serie întregă de repere f ăr ă exigenţe deosebite. Sortimente de polietilene combustibil.se utilizează pe scar ă largă la realizarea rezervoarelor auto de Denumiri comerciale mai uzuale ale polietilenelor şi derivaţilor sunt: Argetena, Hostalen, Lupolen, Celene, Alkathene, Natene. 1.3.3. Polipropilena (PP)
Rezultă prin polimerizarea propilenei şi are formula chimică: (-CH 2- CH-)n
I
CH 3
şi greutatea specifică 0,890-0,910 Kg/dm3.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
6/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Polipropilena se prezintă structural sub 3 forme: izotactic ă (când grupările CH3 sunt plasate de aceeaşi parte a lanţului principal hidrocarbonat), sindotactic ă (când grupările CH3 sunt plasate de o parte şi de alta a catenei principale, alternativ şi regulat) şi atactic ă, care prezintă o configuraţie strictă neregulată, ceea ce înseamnă şi unele proprietăţi diferenţiate. Polipropilena se remarcă prin: caracteristici mecanice bune, rezisten ţă la temperatur ă (mai bună ca a PE), rezistenţă la abraziune şi fisurare şi iner ţie chimică mare. Prin copolimerizare cu etilena se îmbunătăţeşte rezistenţa la şoc. În domeniul automobilelor, piesele din PP formează piaţa cea mai importantă. Pentru caroserie PP a fost adoptată pentru bare paraşoc şi panouri laterale. Utilizată singur ă, în asociere cu copolimer etilen-propilen-dienă (până la 25% EPDM) sau ranforsată este pe cale de a înlocui SMC-ul pe baz ă de poliesterul nesaturat. Compounduri pe bază de PP se dezvolt ă pentru utilizări la spoirele şi piese de aerisire. Sub capotă se utilizează curent (PP cu 20% şi 40% talc şi negru de fum) la conducte de înc ălzire şi climatizare (piese supuse continuu la temperatur ă ridicată şi la şocuri termice), pentru capac rezervor lichid de frân ă şi la realizarea de bacuri pentru baterii de acumulatori. În habitaclu principalele aplicaţii sunt pentru realizarea cutiilor de acte, ce echipează unele tipuri de autoturisme, a unor elemente tablou de bord, pentru supor ţi scaune etc, iar în variante cu 30% fain ă de lemn la realizarea de inser ţii pentru îmbr ăcăminte portbagaj. Ponderea gravimetrică a polipropilenei pe ansamblu MP folosite la automobile a crescut substanţial în ultima perioadă (de la circa 29% în 1996, la circa 41% în anul 2001). Spume de polietilene şi polipropilene reticulate, oferite de filiala europeană a firmei japoneze SEKISUI, sunt ţilor utilizate de pentru mai bine de unşi deceniu la fabricarea prin termoformare a absorban acustici motoare cutii viteze. Denumiri comerciale uzuale mai des întâlnite: Hostalen PP, Moplen, Noblen, Vestolen P, etc. 1.3.4. Poliacetali
Din grupa poliacetalilor fac parte polimerii de tipul: poliformaldehidă, poliacetaldehidă etc, împreună cu copolimerii şi derivaţii respectivi. Principalele tipuri de polimeri din aceast ă grupă puse în prezent în fabricaţie industrială sunt cei pe bază de formaldehidă, cu denumirea şi de polioximetilene (POM). Poliformaldehidă (homopolimer), are formula structurală:
[O-CH 2 -O-CH 2- O-CH 2 - ]n Proprietăţile fizico-mecanice şi preţul de cost al poliacetalilor sunt apropiate de cele ale metalelor uşoare (Zn, Al, Mg etc.) şi ca atare pot s ă le înlocuiască avantajos. Avantajele care le recomand ă pentru utilizarea la automobile sunt: coeficient de fricţiune mic (care nu prezint ă variaţii într-un domeniu mare de temperatur ă), rezistenţa buna la abraziune (superioar ă majorităţii polimerilor termoplastici cu excepţia poliamidelor), stabilitatea dimensională bună, absorbţia mică de apă (< 0,9%), comparativ cu poliamidele (până la 10%) şi nu sunt sfarâmicioase la frig (ca poliamidele). Ca aspect, obiectele pe bază de polimeri acetali sunt de culoare albă lucioasă, neagr ă (când conţin negru de fum sau pigmen ţi negri), iar în secţiuni
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
7/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
foarte subţiri (0,025 mm) translucide. Se pot colora divers nuanţat. Armarea lor se poate face cu PTFE, care prezintă coeficient de frecare mic sau cu fibre de sticl ă pentru îmbunătăţirea caracteristicilor mecanice. Se utilizează la realizarea de piese sub capot ă, buşoane rezervoare benzină, component centuri de securitate, ştergătoare parbriz, flotoare carburatoare, componente retrovizoare etc.
Denumiri comerciale uzuale: Delrin, Hostoform, Ultraform, Alkon, Duracon etc. 1.3.5. Poliamide (PA)
Aceşti polimeri au în structur ă gruparea [ -CO – NH- ] şi rezultă din policondensarea aminelor (de regulă diamine) cu acizi (în special diacizi), sau prin policondensarea acizilor aminici. Clasificarea uzuală a poliamidelor este cea numerică, bazată pe indicarea numărului de atomi de carbon din amina respectiv ă urmat de numărul de atomi de carbon din acid. Cele mai utilizate poliamide în construc ţia de autovehicule sunt: poliamida 6, poliamic 6-6, poliamida 6-10 şi poliamida 11 (PA 6, PA 6-6, PA 6-10, PA 11). Poliamida 6 se obţine din acidul ε aminocapronic sau din caprolactamă: - H 2O
H 2 N(CH 2 ) 5 COOH
HN(CH 2 ) 5 - CO
Formula poliamidei 6 este: [ HN(CH2)5CO - ]n Poliamida 6-6 se obţine prin policondensare din acid adipic şi hexametilendiamină: nHOOC(CH 2 ) 4COOH+nH 2N(CH 2 ) 6 NH 2 →HO[OC(CH 2 ) 4CO-NH(CH 2 ) 6 NH] nH + (2n-1)H 2 O
Poliamida
6-10 [-NH(CH 2 ) 6 NH
–
CO(CH 2 ) 8 CO -]n este
un copolimer al
hexametilendiaminei cu acidul sebacic. Poliamida 11 [HN(CH 2 ) 10 CO -]n este pe bază de acid ω aminoundecanoic. Propriet ăţ ile ce le fac avantajoase pentru utilizare la realizarea de piese auto sunt: rezistenţă mare la abraziune, coeficient mic de fricţiune, rezistenţă bună la şoc repetat, rezistenţă relativ bună la agenţi chimici, uzinare bună. Preţul lor relativ scăzut, ca şi avantajul de a putea fi vopsite au f ăcut din PA un înlocuitor convenabil al aliajelor uşoare. Propriet ăţ i dezavantajoase: sensibilitate şi absorbţie mare la apă, la unele tipuri ajungând până la 10%, acest lucru influenţând comportarea pieselor. Absorbţia poliamidei pentru apă, alcool şi unii dizolvanţi descreşte în ordinea PA tip 6, 6/6, 6/10 şi asigurarea 11. Pentru unor proprietăţi tehnice la polimeri menţionaţi, se adaugă aditivi, pluturi, agenţi de ranforsare, materiale de lubrifiere (grafit, MoS2, PTFE.) etc. Poliamidele se pot prelucra prin compresie, injecţie, extrudare, suflare, turnare, sinterizare, acoperiri pulberi, termoformare. Se pot lipi cu soluţii apoase de fenol (12% apă). Sortimente de poliamida 6 cu fibr ă de sticlă româneşti utilizate frecvent la realizarea de piese auto sunt: PA-FS-10 -> PA 6 cu 10% fibr ă de sticlă, PA-FS-15, PA-FS-20, PA-FS-25, PA-FS-30. Dintre sortimentele cu lubrifianţi solizi sunt de menţionat poliamidele cu grafit (Relamid BG4 - poliamida 6 cu 4% grafit, Relamid BG4T - poliamida 6 cu 4% grafit şi termostabilizată), poliamidele cu MoS2, (Relamid BM1T poliamida 6 cu 1% MoS2 stabilizată, Relamid BMO5T - poliamida 6 cu 0,5% MoS 2 stabilizată).
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
8/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Poliamidele sunt utilizate pentru realizarea de piese din compartimentul motor, cu condiţii de rezistenţă la temperaturi relativ ridicate şi fluide: bazine de radiatoare, capace culbutori, întinzătoare lanţ, ansamble tubulaturi de admisie (PA66 ranforsată cu fibre de sticlă), pentru realizarea de piese de exterior (ornamente roţi, mânere etc), pentru realizarea de piese de interior (manivele, mânere, mecanisme scaune etc). Sortimente de PA cu talc sau grafit se folosesc la realizarea de piese unde este necesar ă şi lubrifierea (ex: piese ale mecanismului de comanda al cutiilor de viteze). Ponderea gravimetrică a poliamidelor, pe ansamblu MP folosite la automobile, a crescut substanţial în ultima perioadă (de la circa 5% în 1996, la circa 10% în anul 2001). Denumiri comerciale uzuale: Grilon, Vestamid, Ultramid, Technil, Relon, Romamid, Rilsan, Silon, Capalon, Nylon, Trelon etc. 1.3.6. Polioxifenilene
Sunt polimeri aromatici obţinuţi prin polimerizarea oxidativă a 2,6 dimetilfenol în prezenţa unui catalizator pe bază de Cu. Polioxifenilenele formează cu polistirenul unul din rarele amestecuri termoplastice natural miscibile. Proprietăţile mecanice şi termice ale polioxifenilenelor modificate depind de con ţinutul în polistiren şi în elastomer pe de o parte şi de conţinutul în fibr ă de sticlă pe de altă parte. Piesele realizate din astfel de materiale au o stabilitate dimensională foarte bună între -40°C şi 110°C (adesea chiar spre 200°C) şi un coeficient de frecare ridicat (de ordinul a 0,4). Absorbţia de apă este mică şi nu modifică proprietăţile mecanice. Pot fi sudate cu ultrasunete sau prin fricţiune. La automobile se folosesc pentru realizarea de recipienţi pentru lichide, cutii şi de interior, elemente de pentru ţie bobine de aprindere, de tablou de bord ventila şi climatizare, piese piese mecanice compozite cu cauciucurile. Denumiri comerciale uzuale: Noryl, Vestoran, Luranyl. 1.3.7.Policlorura de vinii (PVC)
PVC-ul are formula structurală [- CH 2 - CHCl- ]n, masa molecular ă medie între 10000 şi 100000 şi un conţinut de clor de circa 57%. În amestecurile de formare în afar ă de pulberea de PVC se adaugă diver şi aditivi: plastifianţi, lubrifianţi, coloranţi, materiale de umplutur ă. Se pot obţine o mare varietate de produse: rigide (neplastifiate) rezultate din compound-urile decuformare f ăr ăplastifian plastifiant, flexibile (plastifiate 10 ÷ 60% ţi). semirigide (cu 5 + 10% plastifiant), Se mai pot obţine şi alte produse ca: plastisoli (paste), spume (expandate), fibre monofilamente. Se utilizează în construcţia de automobile la realizarea de piese de ornamentaţie interioar ă şi exterioar ă, îmbr ăcăminte cabluri, tuburi de protecţie, piese ranforsate, cotiere, la ţesături impregnate (piele sintetică) etc. Este un material u şor reciclabil. 1.3.8.Poliuretanii
Poliuretanii au formula structurală [- R - NH - CO - OR 1]n şi sunt de două feluri: termorigizi şi termoplastici Poliuretanii termorigizi se obţin din izocianat + polieter sau izocianat + poliester.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
9/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Poliuretanii termoplastici se obţin din poliizocianaţi (uzual un diizocianat) + dialcool (sau alţi compuşi ce conţin atomi de H), având proprietăţi apropiate de cele ale poliamidelor. Produsele comerciale se prezintă sub forme diverse: spume (la matlasuri scaune auto, planşă bord, volane etc), polimeri termoplastici, elastomeri, adezivi, lacuri etc. 1.3.9. Policarbonaţ i
Sunt poliesteri ai acidului carbonic fabricaţi prin policondensarea interfacială a fosgenului (COCl2) în soluţie organică şi a unei soluţii apoase a unui bisfenol. Au plaja de temperaturi de utilizare largă (de la -150°C la +135°C). Se remarcă prin calităţi deosebite ca: rezistenţă mecanică şi rezilienţă ridicată, rezistenţă la deformarea la cald, stabilitate dimensională, transparenţă (utilizări optice), stabilitatea la agenţi atmosferici. La automobile se folosesc la realizarea de elemente de decoraţie tablou bord, la realizarea de faruri monobloc. Denumiri comerciale uzuale: Makrolon, Lexan, Sinvet etc. 1.3.10. Polimeri cu fluor (fluoroplaste)
Dintre polimerii cu fluor politetrafluoretilena (PTFE) este cea mai cunoscută. Are rezistenţă chimică mare şi la temperaturi ridicate şi scăzute (-250°C÷+260°C), coeficient de fricţiune mic (µ = 0,05 ÷ 0,3), rezistenţă bună la abraziune, densitatea 2,16g/cm3, punctul de topire 327°C. La automobile se utilizează la realizarea de piese de etan şare tije supape şi în calitate de component în produse speciale de lubrifiere. În general se recomandă la realizarea de piese cu autolubrificaţie. Este cunoscută sub denumirea de Teflon. Dezavantaje: prelucrare greoaie ridicat, coeficient de dilatare mare.(necesită temperaturi foarte ridicate), pre ţ de cost
1.4. Materiale plastice termorezistente 1.4.1. Fenoplastele (bachelitele)
Sunt mase plastice ce rezultă prin policondensare din fenoli (sau derivaţii acestora) şi aldehide sau cetone. Din grupa fenoplastelor fac parte: lacurile fenolice, r ăşinile de turnare, materiale armate prin impregnare cu r ăşină fenolică, prafurile de presare. Lacurile fenolice se obţin prin dizolvarea Novolacului sau Rezolilor în alcooli,
acetonă sau esteri. Se întrebuinţează la acoperirea suprafeţelor metalice prin bachelitizare, pentru protecţia împotriva acţiunii corosive (exemplu: la protecţia interioar ă a rezervoarelor de combustibil pentru autovehicule militare). R ăşinile de turnare pot fi turnate în forme la 60 ÷ 80°C. Se pot ad ăuga şi componenţi auxiliari (f ăină de lemn, mică). Materiale armate prin impregnare şi stratificare. După felul materialului impregnat se pot obţine sortimentele: • textolit - ţesătur ă de bumbac presată + r ăşină (se utilizează la realizarea pieselor izolatoare pentru echipamentul electric al autovehiculelor); • stecloplexul - ţesătur ă de fibre de sticlă + r ăşină; • pertinaxul - hârtie impregnată cu r ăşină fenolică şi presată; • praful de presare - r ăşină Novolac solidă + f ăină de lemn şi talc —> piese cu o
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
10/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
stabilitate termică şi chimică ridicată. La fenoplaste se remarcă urm ătoarele proprietăţi: proprietăţi mecanice bune, care depind însă de şarja utilizată (faină de lemn, fibre bumbac, mică, ...), rezistenţă bună la cea mai mare parte a agen ţilor chimici, excelentă comportare termică (infuzibilitate) şi o excelentă stabilitate dimensională. Se utilizează la realizarea de piese care vin în contact cu suprafeţe fierbinţi: cale pompe benzină, cale carburator, capac delcou etc. 1.4.2. R ăşini poliesterice
Poliesterii sunt polimeri care conţin gruparea (— CO — O—). Se obţin prin reacţia de licondensare a diver şilor acizi carboxilici cu polialcooli, punând în libertate apă. După natura componentelor, r ăşinile poliesterice pot fi: poliesteri saturaţi şi poliesteri nesaturaţi. Proprietăţile mecanice ca şi inflamabilitatea acestora depind substanţial de natura şarjei (CaCO3, silice, mică, fibre de sticl ă, de azbest, sintetice). Poliesterii nesaturaţi se utilizează, armaţi cu fibre de sticlă, la realizarea de componente de caroserie, bare paraşoc, cabine. PET (polietilentereftalatul) se utilizează la automobile pentru realizarea de ventilatoare, mânere de viraj, iar PBT (polibutilentereftalatul) la faruri, elemente de aprindere. 1.4.3. R ăşini epoxidice
Polimerii epoxi sunt materiale termorigide care con ţin grupe epoxi cu reactivitate mare.
(- C - C -) O
ţia lor de înt Reacmateriale rire esteăo comportare poliadiţie. termică. Au aplicaţii la realizarea de: r ăşini Sunt cuăexcelent de turnare cu proprietăţi mecanice şi electrice bune, adezivi, masticuri, lacuri, vopsele, etc. Având o contracţie foarte mică se folosesc la realizarea de modele pentru piese auto prototip.
1.5. Cerinţe generale ce se impun maselor plastice pentru utilizare la autoturisme Cerinţele pot varia în funcţie de locul de amplasare a piesei pe autovehicul, dac ă sunt vizibile sau nu şi de anumite cerinţe specifice de utilizare. În concordanţă cu aceste cerinţe de funcţionare şi amplasare, piesele pot fi împăr ţite în patru categorii: piese de exterior vizibile, piese sub vehicul, piese în habitaclu şi portbagaj şi piese din compartimentul motor. 1.5.1. Piese de exterior vizibile
Piesele realizate din masă plastică utilizate la exteriorul automobilelor pot fi vopsite în masă, sau decorate (prin vopsire, prin acoperiri electrochimice, metalizate sau acoperite cu filme autoadezive), nu trebuie să prezinte bavuri, defecte geometrice sau de decorare. Ele trebuie să fie realizate cu configuraţii şi din materiale plastice care să le permită să reziste corespunzător unor solicitări mecanice şi climatice complexe pentru
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
11/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
asigurarea securităfii în exploatare şi fiabilităţii autoturismelor. Cu caracter orientativ, cerinţele generale pot fi: • să aibă comportare bună la căldur ă f ăr ă deformaţii şi variaţii dimensionale >1%; • să aibă comportare bună la şoc la ambiant şi să reziste la un impact, diferenţiat în funcţie de zona de amplasare (piesele mai expuse la şocuri să fie realizate din materiale mai rezistente); • să aibă o comportare bună la şoc la temperaturi scăzute, de -30°C ÷ -40°C, corespunzătoare poziţiei pe care o ocupă pe automobil. Alte exigenţe ce se impun a fi satisf ăcute de către piesele din masă plastică utilizate la exteriorul automobilelor sunt: rezistenţă la cicluri climatice umiditate / frig, umiditate / căldur ă, rezistenţa culorii la lumină, intemperii şi la fluide, pătarea vopselelor (materialelor) să fie nulă, rezistenţă la produse de protecţie şi rezistenţă la frecare uscată, la frecare apă cu săpun, benzină şi alcool. în figura 1.3 sunt prezentate exemple de definire a zonele de şoc ale pieselor de la exteriorul autoturismelor, iar în figura 1.4 pentru zonele cu exigenţe în ceea ce priveşte comportarea la căldur ă.
Fig. 1.3. Exemplu de definirea a zonelor de şoc la piese din materiale plastice
1.5.2. Piese sub vehicul
Sunt piese cu cerinţe de rezistenţă la căldur ă (stabilitate dimensională) la temperaturi mai puţin ridicate, decât cele de exterior vizibile. Rezistenţa la lovire cu pietriş şi nisip trebuie să fie la nivelul cerinţelor specifice piesei. Aprecierea se face măsurându-se timpul de str ăpungere al piesei la grosimea ei nominală, sau în funcţie de masa (în grame) de material pierdut prin sablare timp de 5 minute.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
12/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Fig. 1.4. Exemplu de definire a zonelor de rezistenţă la temperatur ă pentru piese din materiale plastice 1.5.3.Piese în habitaclu şi portbagaj
Sunt piese supuse radiaţiilor solare directe, la care exigen ţa pentru comportare la ă (trebuie să reziste f ăr ă variaţii dimensionale deranjabile la cald este mai sever temperaturi mai ridicate). în habitaclu sunt şi piese supuse la radiaţii solare cu intermitenţe, sau la condiţii moderate pentru care se aleg materialele convenabile. Se are în vedere rezisten ţa la frig, dar în special la c ăldur ă şi şocuri în funcţie de amplasarea fiecărei piese în automobil. Pentru piesele în contact cu mâinile se impune o rezistenţă la transpiraţie satisf ăcătoare. Combustibilitatea orizontală (exprimată prin viteza de ardere (cerinţă FMVSS 302) a pieselor trebuie să fie satisf ăcătoare: Vardere ≤100 mm/min. Vopsirea maselor plastice folosite la interior permite acestora de a satisface mai bine unele din cerinţele specifice ca: rezistenţa la UV, rezistenţa mecanică, rezistenţa la agenţi chimici, diminuează factorii sonori perturbatori şi în plus dă habitaclului o armonie de culori şi str ălucire, ameliorând astfel calitatea. Pentru piesele vopsite au apărut cerinţe specifice, ca de exemplu senzaţia pe care o dau la pipăit. Evaluarea acesteia se face cu metode bazate pe măsurarea microdurităţii, ce dă informaţii asupra elasticităţii şi plasticităţii suprafeţei vopsite şi a for ţei de frecare. Sunt cerinţe complementare legate de: • rezistenţa la gravaj laser, pentru a putea obţine desene privind variaţii de culori şi intensitate luminoasă, matizare completă (f ăr ă nici o reflexie a suprafe ţei); • flexibilitatea la frig, calităţi de reducere a coeficientului de fricţiune şi prin aceasta de reducere a nivelului sonor; • reducerea efectului anti-foggindo prin reducerea vitezei de difuzie a unor substanţe cu masă molecular ă mică existente în materialele plastice(aditivi); • reducerea creşterii temperaturii în habitaclu printr-o absorbţie mai scăzută a undelor electromagnetice în domeniul IR.
1.5.4.Piese din compartimentul motor
Pentru piesele din compartimentul motor este necesar să se utilizeze materiale plastice cu o rezistenţa deosebită la temperatur ă şi la acţiunea agenţilor chimici 2SO4, antigel, lichid de frână). Comportarea materialelor, respectiv (ulei, unsoare, a pieselor, la şHocuri mecanice si termice este o condiţie în alegerea materialului si
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
13/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
configuraţiei piesei. Acestea trebuie să reziste la diverse cicluri climatice si s ă aibă o comportare bună la produsele de protecţie. Utilizarea maselor plastice în compartimentul motor necesit ă o grijă specială la alegerea lor. Efectele hidrocarburilor şi ale altor chimicale la temperaturi ridicate indică limitele de utilizare ale acestora. Rezistenţa termică a unui material plastic este importantă dar nu este factorul decisiv, rezistenţa chimică fiind cea care dă indicaţii clare dacă acesta este apt pentru aplicaţii sub capotă. Unele materiale deşi pot suporta temperaturile din compartimentul motor nu sunt capabile s ă reziste la acţiunea hidrocarburilor (uleiuri, combustibili, fluide de spălare), apei calde, glicolilor, detergenţilor. Mai mult, unele aplicaţii specifice impun materiale rezistente la acizi (de exemplu pentru bateria de acumulatori) şi la lichide de frână.
1.6. Criterii de alegere a unei mase plastice În alegerea unei mase plastice trebuie să se ţină cont de următoarele considerente: • pentru ce utilizare şi cu ce proprietăţi se foloseşte • cu ce preţ maxim de realizare În ceea ce priveşte proprietăţile de utilizare ale piesei care trebuie realizată, acestea depind de numeroase proprietăţi fizice şi chimice, iar cele mecanice depind în bun ă parte de configuraţia piesei. Aşa cum s-a menţionat anterior, ambianţa (temperatura, radiaţiile vizibile şi ultraviolete, atmosfera oxidantă, umiditatea etc.) în care este utilizată piesa este un criteriu esen ţial de alegere a tipului de masă plastică care se va utiliza. O serie de piese de sub capota motor şi de pe caroserie trebuie să reziste în contact permanent sau ocazional cu diver şi agenţi chimici, ceea cecaracterizarea impune utilizarea anumitormaterialelor mase plastice. şi alegerea Pentru plastice se au în vedere, în special, următoarele proprietăţi: • caracteristicile de rezistenţă la tracţiune (modulul, rezistenţa şi alungirea la rupere), definite de ISO R 527; • rezistenţa la impact (şoc Izod după ISO 180, şoc Charpy); • rezistenţa termomecanică (temperatura de înmuiere Vicat - ISO 306, temperatura de deformare sub sarcină - ISO 75); • rezistenţa chimică (comportarea la diver şi solvenţi, acizi, baze, apă); • comportarea la foc (aditivi ignifuganţi au rolul de a opri propagarea combustiei). Este necesar alegerea s ă se determine în paralel Pe punerea acestuia lucru,cacăla ci pot apăreamaterialului diferenţe importante de caracteristici. baza caracteristicilor acestora se pot face aprecieri generale în ceea ce prive şte utilizarea. Orientativ se pot folosi: • la structuri mecanice primare: poliamidele, poliacetalii, policarbonaţii, compozite ranforsate; • la structuri mecanice secundare: poliamidele, poliacetalii, policarbonaţii, polietilene, polipropilene, ABS; • pentru piese de mari dimensiuni: polipropilene, polietilene, poliuretani, compozite ranforsate; • pentru piese cu funcţii optice: policarbonaţi, polimetacrilatul de metil, polistirenul; • pentru piese cu comportare termomecanică deosebită: polimerii fluoruraţ
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
14/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
1.7. Exemple de utilizare a materialelor plastice în industria auto Exemple de utilizare a maselor plastice la autovehicule sunt prezentate în figurile 1.5 ÷ 1.7. În figura 1.6. sunt prezentate, pentru exemplificare, o serie de repere din mase plastice obţinute prin injecţie. Este de menţionat că unele piese se pot realiza atât din mase plastice cât şi din diferite sortimente de elastomeri. Caroserii, cisterne şi rulote auto (Trabant, Porsche, Lăstun în România, Alfa Romeo, Mercedes Benz-300, Alpine, Matra etc.) s-au realizat în serie sau prototipuri folosind r ăşini fenol-crezolice Duroplast sau r ăşini poliesterice armate cu fibr ă de sticlă. Tablouri de bord, l ămpi de semnalizare şi pozi ţi i, cadre şi piese decorative
s-au realizat din poliuretan, polistiren, polimetacrilat, fenoplaste etc. Piese pentru sistemul de alimentare combustibil pot fi exemplificate prin: rezervor de combustibil - din polietilen ă de înaltă densitate, conducte benzină - din sortimente ă. de poliamide (PA11 sau PA12), site carburator şi pompă benzină - din poliamid Piese pentru sistemul de r ăcire al motorului şi condi ţi onarea aerului: • ventilatoare şi vase de expansiune - din polipropilenă; • bazine pentru radiatoare r ăcire motor - din poliamidă. Volane, mânere, butoane se execută din derivaţi celulozici, polipropilenă, poliuretan etc. Piese izolatoare ale instalaţ iei electrice (pentru alternator, bobină de inducţie, demaror) se execută, în general, din fenoplaste. Piese pentru sporirea confortului şi repere decorative: • matlasur ă scaune, spătare, rezemătoare cap - din spumă poliuretanică; •
îmbr ăcăminte scaune, covoare din PVC plastifiat impregnat pe ţesătur ă sau poliuretan; • îmbr ăcămintea pentru cabluri - din PVC plastifiat şi ignifugat.
Fig. 1.5. Utilizarea maselor plastice la cablaje
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
15/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Fig. 1.6. Piese din materiale plastice prezente în compartimentul motor la unele tipuri de automobile Dacia fabricate după anul 2000
Fig.1.7. Piese de masă plastică din Interiorul automobilului Dacia Solenza
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
16/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
2 ELASTOMERII Şl UTILIZAREA LOR LA AUTOMOBILE 2.1. Consideraţii generale
Elastomerii sunt defini ţ i ca materiale care pot fi extinse la temperatura camerei la o lungime egal ă cu de două ori lungimea ini ţ ial ă şi care menţ inute în aceast ă stare extinsă timp de 5 minute, după încetarea for ţ ei, revin într-o perioad ă de timp similar ă extensiei la dimensiunile ini ţ iale, cu abatere de maxim 10%. Cu alte cuvinte, elastomerii sunt acele materiale care pot fi întinse şi care apoi î şi recapătă forma iniţială. Elastomerii sunt de trei tipuri: cauciucurile (elastomerii vulcanizaţi), elastomerii termorigizi şi elastomerii termoplastici. • Cauciucul constituie o categorie de compuşi macromoleculari cu catene liniare, lungi şi flexibile, care prin reticulare (vulcanizare) în anumite condiţii de temperatur ă şi presiune devin practic insolubili şi infuzibili (deci neprelucrabili la cald). • Elastomerii termorigizi sunt produse obţinute prin reacţia funcţiunilor chimice prezente pe monomeri, ca în cazul poliuretanilor. Aceştia nu au întotdeauna stabilitatea chimică a elastomerilor vulcanizaţi, cu lanţ pur carbonic. Şi elastomeri siliconici apar ţin acestei clase deşi unele produse au proprietăţi apropiate de ale
cauciucurilor vulcanizate. • Elastomerii termoplastici reprezintă o clasă specială de materiale care combină multe din proprietăţile favorabile ale elastomerilor vulcanizaţi (cauciucurilor), cu caracteristicile de prelucrare ale termoplastelor. Ace ştia au la temperatura obişnuită comportare similar ă cauciucurilor vulcanizate. În prezent numărul pieselor care se confecţionează din elastomeri este foarte mare (la unele autovehicule dep ăşind cifra de 350), acestea contribuind la satisfacerea cerinţelor sporite de securitate, confort, izolaţie fonică, electrică şi la vibraţii, de etanşare la fluide şi de rezistenţă la agenţii de mediu. Elastomerii la care s-au adăugat diverse ingrediente pentru a le îmbun ătăţi anumit proprietăţi formează amestecurile. Norma ISO 1629-1976 împarte elastomerii în mai multe categorii desemnate prin litere. Cele mai utilizate sunt: • grupa M pentru elastomerii cu catenă saturată de tip polimetilen (EPDM pentru terpolimeri de etilena, de propilenă şi o dienă...); • grupa O pentru elastomerii cu oxigen în catenă; • grupa Q pentru polisiloxani; • grupa R pentru cauciucuri nesaturate (NR pentru cauciucul natural, BR pentru cauciucul butadienic, SBR pentru cauciucul butadienstirenic etc); • grupa T pentru polisulfuri; • grupa U pentru poliuretani. În fiincţie de destinaţie, deci de condiţiile concrete de funcţionare, unii constructori de automobile şi producătorii lor de piese din elastomeri vulcaniza ţi împart, de exemplu, amestecurile de cauciuc în 6 categorii, clasificare ce nu ţine, în principiu, cont de compoziţie, ci numai de proprietăţile fizico-chimice ale acestora. Cerinţele legate de confort şi silenţiozitate presupune asigurarea calităţii reperelor de scauciuc astfel: a) ă se filtreze eficace vibraţiile în toate regimurile pentru suspensiile motoarelor şi
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
17/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
altor organe mecanice; la creşterea temperaturii sub capotă în condiţiile reducerii volumului compartimentului motor să fie la nivelul noilor cerin ţe; c) etanşarea caroseriei să fie foarte bună (zgomotele aerodinamice să fie foarte slabe şi dirijarea curenţilor de aer la uşi şi pneuri să fie corespunzătoare).
b) rezistenţa
Cerinţele de securitate şi fiabilitate pentru piesele din cauciuc impun asigurarea unei etanşări cât mai bune ale organelor conţinând fluide, avându-se în vedere condiţiile de permeabilitate şi compatibilitate corespunzătoare utilizării acestora precum şi utilizarea unor mijloace de control şi simulare de comportament cât mai eficiente. Cerinţele legate de confort, silenţiozitate, securitate şi fiabilitate sunt strâns corelate cu cele legate de protecţia mediului ambiant, având în vedere necesitatea reducerii poluării (alta decât cea prin combustie) prin reducerea permeabilit ăţii circuitului de carburant, a pierderilor de lubrifian ţi datorită neetanşeităţilor şi a nivelului de zgomot. La utilizarea amestecurilor de cauciuc la realizarea de repere auto trebuie s ă se aibă în vedere şi posibilitatea de reciclare a materialelor, ca de exemplu: regenerarea (posibilă la NR, SBR, EPDM), reutilizarea sub form ă de pudretă şi posibilităţi de valorificare energetică.
2.2. Cauciucurile (elastomerii vulcanizaţi) În continuare, sunt prezentate pe scurt principalele tipuri de cauciucuri utilizate la realizarea de piese auto, caracteristicile acestora, avantajele şi dezavantajele pe care le prezintă, precum şi exemple de utilizare. 2.2.1. Cauciucul natural (NR)
Cauciucul natural se găseşte sub forma unei dispersii coloidale (particule solide fine dispersate în apă) stabile, cu aspect lăptos - denumite latex - în trunchiul şi coaja unor arbori şi în tulpinile unor plante (Hevea braziliensis, cocsagâz, tausagâz etc). Din punct de vedere chimic, cauciucul natural este un polimer al hidrocarburii diolefinice numită izopren, în care unităţile monomerice sunt adiţionate în poziţia 1,4 şi au configuraţia cis sau trans: CH3 CH 3 I I
CH2 = CH - C = CH2 - izopren -> (- CH Z -C=CH- CH 2 -)n - poliizopren Cauciucul natural se găseşte în latexul provenit din coaja crestată a Heveei, în propor ţia de 30-33% (polimeri) sub form ă de particule cu diametrul cuprins între 0,05 si 3µm. Pentru separarea cacuciucului, latexul se coaguleaz ă prin adăugarea unei soluţii de 1% de acid acetic sau 0,5% acid formic. Înainte de utilizare, cauciucul se supune operaţiei de masticare; aceasta constă în vălţuirea sau malaxarea materialului la cald în scopul transformării lui într-un produs mai moale, u şor de amestecat cu ingredienţii de prelucrare. Prin masticare, masa molecular ă a polimerului se reduce simţitor. În mod normal are gradul de polimerizare n = 1000 + 5000 şi structur ă filiformă. În stare brută este plastic la temperaturi obişnuite, la trece în faza sticloas i î şi modific duritatea, la +85°C devine (benzine, lipicios şi şi pierde ţa ă ţie. ă ţi nepolari î -65°C treptat rezisten la şdeforma Este solubil iar în solven
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
18/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
ulei mineral etc). În condiţii normale cauciucul este un polimer amorf, în care macromoleculele se prezintă sub formă de ghemuri încâlcite ce pot fi întinse mai mult sau mai pu ţin prin tracţiune. La încetarea tracţiunii, moleculele revin la forma iniţială. În stare întinsă, în masa de cauciuc se formeaz ă zone cristaline care dispar la revenire. Din amestecuri de cauciuc natural se realizeaz ă piese auto ca de exemplu: garnituri pentru pompa centrală, cuplaje elastice, cuzineţi elastici etc. Simbolizare ASTM-D1418: NR Domeniul de temperatur ă pentru utilizare la amestecuri standard (în aer): -50 ÷ +105°C. Duritate (Shore A): 40-90. Limit ări: Rezistenţă slabă la produse petroliere. 2.2.2.Cauciucuri sintetice
Cauciucurile sintetice pot fi: cauciucuri de uz general sau cauciucuri speciale. Cauciucurile de uz general sunt acelea care, din punct de vedere al posibilităţilor de exploatare, se apropie cel mai mult de cauciucul natural pe care îl pot înlocui total sau în cea mai mare parte. În aceast ă clasă se includ cauciucurile: butadien-stirenice, butadienice, izoprenice şi etilen-propilenice. Cauciucurile speciale sunt produse care se deosebesc de cauciucul natural prin anumite caracteristici, ca de exemplu: rezisten ţa fa ţă de hidrocarburi, rezistenţa la acizi sau baze foarte tari, stabilitatea la temperaturi înalte etc. Dintre cauciucurile speciale se pot menţiona: butadien-acrilonitrilice (rezistente la solvenţi), cloroprenice (rezistente la hidrocarburi aromatice şi alţi solvenţi), izobutenice (cauciuc butil cu mare impermeabilitate faţă de aer şi rezistent la ţ i şi oxidare), sulfidice denumirea de tiocoli, rezistente la solven temperaturi înalte),(cunoscute siliconice sub (rezistente la temperaturi înalte şi foarte înalte), fluorurate (rezistente la solvenţi şi temperaturi ridicate, foarte bune etanşante).
2.2.2.1. Cauciucul butadien-stirenic (SBR) Se obţine prin copolimerizarea butadienei cu stirenul sau α-metilstirenul: n(CH 2 =CH-CH= CH)2 + m(C 6H - C = CH)2 → 5
I
CH 3 CH 3
I
→ - [- CH 2 -CH=CH- CH 2 ] x – [ C- CH 2 ]y - [ CH 2- CH ]Z I
C 6 H5
I
CH
ll CH2 Cauciucurile sintetice româneşti cunoscute sub denumirea de Carom (cauciuc românesc) sunt copolimerii butadienei cu α-metilstirenul. Cauciucurile butadien-stirenice au următoarele avantaje: histerezis foarte mare, rezistenţă la abraziune şi coeficient de aderenţă mare la soluri moi, se fixează bine pe metale, rezistă la căldur ă şi îngheţ, au preţ de cost redus şi tehnologie de
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
19/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
fabricaţie simplă. Se utilizează împreună cu polibutadiena la confecţionarea pneurilor pentru autoturisme, a izolatorilor de vibraţii şi şocuri şi a garniturilor la instalaţiile hidraulice, pentru barete para şoc, piese profilate etc. Sunt cunoscute sub denumiri comerciale ca: GR-S, Buna S etc. Simbolizare ASTM D1418: SBR. Duritate (Shore A): 40-90. Domeniul de temperatur ă pentru utilizare la amestecuri standard (în aer):
-45°C ÷ +100°C.
Limit ări: Nu este recomandat pentru utilizare în medii cu produse petroliere, acizi
tari sau ozon.
2.2.2.2.Cauciucul policloroprenic (CR) Se obţine prin polimerizarea în emulsie a cloroprenului (CH2 = CCI - CH = CH2) şi are, în principiu, următoarea structur ă: ...CH 2 - CCI =CH- CH 2 - CH 2 - CCI = CH- CH 2 ... În raport cu legătura dublă unităţile monomere au predominant configuraţia trans, iar polimerul în ansamblu posedă un grad de ordonare spa ţială relativ ridicată. Configuraţia spaţială îi confer ă proprietăţi fizice şi mecanice deosebite: • rezistenţa deosebită la hidrocarburi (ulei, benzină), inclusiv la aromate; • rezistenţa dinamică comparabilă cu a cauciucului natural; • rezistenţa sporită la îmbătrânire. Se foloseşte la confecţionarea de repere cu pereţi subţiri (diafragme, garnituri, etc.) pentru instalaţii de frânare, servodirecţii, instalaţii de alimentare cu combustibil, burdufuri rotule direcţie şi suspensie, burdufuri casete direcţie etc. Simbolizare ASTM D1418: CR. În practică, cauciucurile cloroprenice sunt cunoscute sub diferite denumiri comerciale, ca de exemplu: Neopren, Noint.
2.2.2.3.Cauciucul izoprenic (IR) Prin cauciuc izoprenic se înţelege compusul macromolecular sintetic stereoregular poli-1,4-cis-izopren, care reproduce din punct de vedere structural cauciucul natural. Datorită structurii sale identice cu cea a cauciucului natural, poliizoprenul sintetic trebuie să posede în principiu, proprietăţi fizice, mecanice şi de prelucrare ale acestuia. Există totuşi anumite deosebiri, deoarece produsul sintetic are dispersia (distribuţia) maselor moleculare diferită de cea a cauciucului natural şi spre deosebire de acesta nu conţine substanţe naturale ca r ăşini, acizi graşi, proteine. Principalele caracteristici ale cauciucului izoprenic şi ale celui natural sunt: • rezistenţa mecanică bună; • elasticitate şi rezistenţa la flexiuni repetate; • histerezis şi transmisibilitate vibratorie reduse; • aderenţa bună pe metal şi textile; • rezistenţa bună la temperaturi scăzute. Simbolizare ASTM D1418: IR. Domeniul de temperatur ă pentru utilizare la amestecuri standard (în aer): -40 ÷ +120°C. Duritatea (Shore A): 40-90.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
20/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Limit ări: Este în general atacat de acizi oxigenaţi tari, esteri, cetone, hidrocarburi
clorurate, aromate si nitrohidrocarburi. Denumiri comerciale: Natsyn, Ameripol SN, Baypren, Neopren etc.
2.2.2.4. Cauciucul butadien-acrilonitrilic (nitrilic) (NBR) Se obţine prin copolimerizarea în emulsie a butadienei cu nitrilul acidului acrilic: CH 2= CH- CH= CH 2 + CH 3= CH-CN →
→... – [CH 2 -CH=CH- CH 2 ] X - [CH – CH 2 ]y – [CH 2 – CH ]Z
I
I
CN
CH
II CH 2
unde x, y şi z pot lua teoretic orice valoare cuprins ă între zero şi gradul total de polimerizare. Tipurile de cauciuc din această grupă se deosebesc între ele prin conţinutul de nitril şi prin structura macromolecular ă, ce depinde de reţeta folosită şi de condiţiile de polimerizare. Principalele caracteristici, apreciate la realizarea de piese auto, sunt: • proprietăţi mecanice bune; • rezistenţă ridicată la acţiunea produselor petroliere; • stabilitate termică foarte bună până la temperaturi de circa 125°C. Variaţia durităţii, deformării remanente, elasticităţii, temperaturii de vitrifiere şi respectiv temperaturii de fragilitate, sunt prezentate în figura 2.1.
Fig .2.1. Variatia unor proprietati fizice ale cauciucului butadien-nitrilic vulcanizat în functie de continutul de acrilonitril Simbolizare ASTM Dl 418: NBR, XNBR. Domeniul de temperatur ă pentru utilizare la amestecuri standard (în aer):
-40°C÷+120°C. Duritate (ShoreA): 40-90. Limit ări: Solvenţii puternic polari îl pot deteriora (acetona, MEK, hidrocarburi
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
21/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
clorurate, nitrohidrocarburi). Exemple de denumiri comerciale: Hycar, Chemigum, Polysar, Krynac, Nysyn,
Paracril, Perbunan etc. Exemple de utiliz ări: inele de etanşare pentru arborele cotit şi pentru arborii
schimbătorului de viteză, garnituri baie ulei, garnituri capac chiulasă etc.
Deficienţele cauciucului nitrilic referitoare, în special la comportarea la ozon şi la îmbătrânire au fost remediate prin hidrogenare, apărând astfel un nou sortiment de cauciuc simbolizat HNBR.
2.2.2.5.Cauciucurile etilen - propilenice (EPR) Prin copolimerizarea etenei cu 25 + 50% molar propena se obtin produse cu desavarsire amorfe care, intr-un fel, nu sunt altceva decat polietilene necristalizate. Asemenea produse poseda proprietăţi elastomere excepţionale şi sunt cunoscute sub denumirea de cauciucuri etelen-propilenice (eten-propenice). Structura moleculara a acestor copolimeri poate fi exprimata cu aproximaţie cu formula: CH 3
l
CH 3
l
CH 3
l
CH 2 = CH 2 + CH 2= CH →... -CH 2 CH 2 CH 2 - CH-CH 2 - CH 2 - CH-CH 2 -
Dupa cum se observa usor, aceasta formula corespunde unei macromolecule de poliizopren saturata prin hidrogenare. Saturarea totala imprima acestor produse o stabilitate excepţională la degradarea prin oxidare. Defectul principal al acestor cauciucuri consta în aceea ca, fiind total saturate, ele nu pot fi vulcanizate prin metode uzuale. Pentru a realiza reticularea unor asemenea elastomeri se utilizeaza peroxizi organici sau semonomer introduceceîncon compozijia prin copolimerizare, o cantitate mica dintr-un al treilea ţine doualor, legaturi duble. Acest monomer poate fi ciclopentadiena {HC - CH} sau hexadiena. ll ll HC CH \ / CH2 Polimerii obţinuţi prin copolimerizarea a trei monomeri (etena, propena şi o diolefină) poartă numele de terpolimeri, în practic ă folosindu-se adesea termenul EPT. Au o bună rezistenţă la apă caldă, uleiuri siliconice, acizi dilua ţi, baze diluate, alcooli, lichid de frână şi ozon. Se utilizează la realizarea de conducte pentru climatizare (apă, aer, glicol), inele de suspensie pentru eşapament, garnituri etanşare uşi, garnituri etanşare la sistemul de frânare etc. Simbolizare ASTMD1418: EPM, EPDM. Domeniul de temperatur ă pentru utilizare la amestecuri standard (în aer): -50-+150°C. Duritate (ShoreA): 40-90. Limit ări : Are rezisten ţă slabă la uleiuri petroliere, lubrifian ţi pe bază de diesteri şi combustibili aromatici. Denumiri comerciale: Nordel, Epcar, Vistalon, Epsyn, Royalen.
2.2.2.6.Cauciucul butii (izobutilenă izopren) (IIR) Se obţine prin polimerizarea izobutenei şi are următoarea compoziţie:
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
22/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
CH3 I ... -CH 2 -C-CH 2- C-...← CH2 = C (izobutilenă) l l l CH 3 CH 3 CH3 CH3
CH3
I
I
El se remarcă printr-o elasticitate deosebită, o foarte mare impermeabilitate faţă de gaze şi o rezistenţă remarcabilă la acţiunea agenţilor oxidanţi (inclusiv O3). Performanţele deosebite din acest punct de vedere ale cauciucului butilic sunt prezentate comparativ cu cele ale altor cauciucuri în Fig. 2.2. Cauciucul butii, având în vedere această calitate, este excelent pentru fabricarea camerelor de aer.
Fig.2. 2. Permeabilitatea la aer a unor cauciucuri vulcanizate
Ca şi copolimerii eten-propenelici (etilen-propilenici), poliizobutena este un produs total saturat care nu poate fi vulcanizat. De aceea, în practică nu se fabrică poliizobutena pur ă ci copolimeri de izobutenă cu 2÷5 % izopren, care imprima produselor un grad de nesaturare suficient pentru a le face vulcanizabile. Principalele caracteristici luate în seamă la realizarea de piese auto sunt: rezistenţă bună la îmbătrânire datorită acţiunii căldurii şi apei, histerezis ridicat, impermeabilitate faţă de gaze şi proprietatea de a-şi menţine elasticitatea până la -45°C. Simbolizare ASTM Dl418: UR. Domeniul de temperatur ă pentru utilizare la amestecuri standard (în aer): -45-+120°C. Duritate (Shore A): 40-80. ţă slabă la solvenţi hidrocarbonati şi uleiuri, precum şi la Limit ări:ţi Are oă rezisten lubrifian pe baz de diesteri. Exemple de utiliz ări la autovehicule: conducte flexibile pentru instalaţia de r ăcire
a motorului, camere de aer pentru pneuri, strat interior de etanşare pentru anvelope f ăr ă camere, flotoare pentru suspensia hidropneumatică, chedere de parbriz. Denumiri comerciale: Exxon Butyl, Polysar Butyl.
2.2.2.7.Cauciucurile siliconice Se obţin prin policondensarea unor derivaţi silico-organici având, în general, următoarea structur ă molecular ă:
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
23/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
R
R
I
I
Si-O-Si...
I R
I R
unde R este un radical organic (exemplu: CH3). Principalele caracteristici pentru care sunt apreciate: rezistenţă la temperaturi ridicate, deosebită flexibilitate la temperaturi foarte joase şi rezistenţă la hidrocarburi. Simboliz ări ASTM Dl418: MQ, PMQ, VMQ, PVMQ. Domeniul de temperatur ă pentru utiliz ări la amestecuri standard (în aer): -60 - +230°C. Duritate (Shore A): 25-80. Limit ări: Permeabilitate mare la gaze, rezistenţă la abraziune slabă. Exemple de utiliz ări la autovehicule: etanşare vilbrochen motoare, capace de bujii. Denumiri comerciale: Silastic, Silplus, Rhodorsil.
2.2.2.8. Polietilena clorosulfonată (CSM) Prin clorosulfonarea polietilenei cu amestec de Cl 2 şi SO 2 se obţin produse cu caracter de elastomer, care pot fi vulcanizate prin metode speciale. Compoziţia acestor produse este, cu aproximaţie, următoarea: ... CH 2 -CH... CH 2- CH ... I I Cl
SO 2 Cl
Numărul substituenţilor de CI este mult mai mare ca cel al substituenţilor de grupări clorosulfonice SO2Cl. Un asemenea polimer tipic conţine, de exemplu, 25 + 30% Cl2 (un atom de Cl la 7 atomi de carbon) şi 1,5% sulf (o grupare SO2Cl la 90 atomi de carbon). Elastomerii sau cauciucurile de acest fel, cunoscute în tehnică sub denumirea de Hypalon, sunt foarte rezistente la ozon (superioare neoprenului şi cauciucului butilic), au stabilitate termică şi chimică superioare cauciucurilor uzuale. Defectele lor principale constau în slaba rezistenţă şi valoarea relativ mare a alungirii remanente. Se utilizează la realizarea manşoanelor pentru fişe de bujii. Simbolizare ASTMD1418: CSM Domeniul de temperatur ă pentru utiliz ări la amestecuri standard (în aer): -45 ÷ +135°C. Duritate (ShoreA): 50-90. În industria auto, elastomerii sunt folosiţi la realizarea de repere de sine stătătoare sau ca păr ţi ale unor piese, impreună cu mase plastice sau cu metale.
2.2.2.9. Elastomerii fluoruraţi Elastomerii fluoruraţi convenţionali sunt bazaţi pe familia polimerilor fluoruraţi. Aceste materiale au o rezisten ţă chimică bună pe un gradient mare de ă până ăla. În200°C şi pân temperatur o utilizare continu la 300°C pentru ţie, procentul utilizare accidental funcţiepentru de aplica deă fluor al ăacestor elastomeri
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
24/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
poate varia pentru a modifica rezisten ţa chimică şi flexibilitatea lor la temperatur ă joasă. Din punct de vedere chimic pot fi copolimeri pe bază de tetrafluoretilenă şi propilenă (TFE/P, (FEPM)) şi fluoruri de vinii (TFE/P/VF2) sau FKM etc. Reglementările recente asupra mediului au f ăcut ca această categorie de materiale să se impună definitiv. Astfel, noile legislaţii de tip EPA şi CARB (California) necesită analiza şi controlul emisiilor sub form ă de vapori la sistemul de alimentare cu benzine. Datorită rezistenţei lor la atacuri chimice şi caracteristicii de penetrabilitate foarte redusă în contact cu benzinele şi componentele carburante oxigenate, elastomerii fluoruraţi FKM previn pierderile prin evaporare din sisteme datorită garniturilor. Materialele cu un conţinut ridicat de fluor sunt recomandate din ce în ce mai mult, datorită rezistenţei la penetraţia benzinei şi la contactul cu benzina. Ele corespund cel mai bine criteriilor de etanşare din ce în ce mai severe şi sunt larg specificate. Simbolizare ASTMD1418: FKM ( fluorocarbonii), FMVQ (fluorosiliconii). Domeniul de temperatur ă pentru utiliz ări amestecuri standard (în aer): -30 ÷ + 205°C (fluorocarbonii) şi -60 ÷ + 205°C (fluorosiliconii). Duritate (Shore A): 50-95 (fluorocarbonii); 50-80 (fluorosiliconii). Limit ări: Fluorocarbonii nu sunt recomandaţi pentru situaţii ce necesită o bună flexibilitate la frig. Fluorosiliconii nu sunt recomandaţi pentru utilizări în contact cu lichide de frână; au rezistenţă slabă la abraziune şi caracteristici de fricţiune ridicate. Denumiri comerciale: Fluorocarbonii (Viton, Florel, Technoflon); Flurosiliconii (Silastic LS, FSE).
2.3. Elastomeri termoplastici pentru industria de autoturisme Elastomerii termoplastici (TPE) reprezintă o categorie specială de materiale termoplastice, cu caracteristici elastice asemănătoare elastomerilor termorigizi obişnuiţi. Un elastomer termoplastic este un cauciuc ce conţine un polimer sau un amestec de polimeri ce nu necesit ă vulcanizare sau reticulare la punerea în lucru dar care la temperatura normală de utilizare au proprietăţi similare cu cauciucurile vulcanizate. Aceste proprietăţi dispar la temperatura de prelucrare f ăcând posibilă o prelucrare ulterioar ă şi apar la temperatura de lucru. Elastomerii termoplastici presupun existenţa a dou ă faze necompatibile. ă la temperatura ambiantă şi asigur ă ranforsarea materialului, Una dineste ele este iar alta şi confer ă caracterul elastic. Fiecare fază are propria supl ărigid (elastomer) sa temperatur ă de tranziţie vitroasă: superioar ă temperaturii ambiante pentru faza rigidă şi inferioar ă pentru faza suplă. TPE sunt realizaţi fie prin sinteză de copolimeri alternând blocurile suple şi rigide în aceaşi moleculă, fie prin amestec fizic de polimeri r ăspunzând condiţiilor menţionate anterior. Există cinci familii de elastomeri termoplastici uzuali: pe bază de poliolefine, pe bază de stiren, pe bază de poliuretani termoplastici, pe bază de copolimeri eteri-esteri şi pe bază de copolimeri esteri-amide. Partea suplă, elastomerică, este diferită în funcţie de familia de elastomer temoplastic şi poate fi: caucicuri tip EPDM, NR, NBR, CR, polieteri, poliuretani etc. Elastomerii termoplastici poliolefenici, de exemplu, au o component ă rigidă cristalină poliolefinică de tipul polipropilenă sau polietilenă şi o componentă suplă
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
25/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
alcătuită cel mai adesea din cauciuc tip EPDM, dar mai sunt utilizaţi şi NR, NBR sau CR. For ţele de atracţie dintre cauciuc şi faza de r ăşine servesc ca o reticulare a materialului. Un oarecare conţinut de cauciuc vulcanizat confer ă produsului o mai mare elasticitate. Constructorii de automobile şi furnizorii lor nu clasifică cauciucurile termoplastice după compoziţia lor chimică ci după duritatea Shore A, for ţa pentru o alungire de 20%, şi după temperatura la care deformaţia remanentă la tracţiune este inferioar ă la 75% pentru o durată de 70 ore. Aceste materiale sunt mai puţin costisitoare dacât cauciucurile vulcanizate, datorită faptului că procesele tehnologice de prelucrare sunt specifice termoplastelor iar deşeurile pot fi reutilizate (faza de vulcanizare la 165 ÷ 180°C lipseşte). În compara ţie cu alte termoplaste flexibile, în special cu P.V.C.-ul plastifiat, aceste materiale au caracteristici mult mai apropiate de cauciuc decât materialele plastice (rezilienţă, elasticitatea etc.) şi au o mai bună flexibilitate la frig. Proprietăţile acestor elastomeri care-i fac interesanţi în aplicaţii auto sunt: elasticitatea şi revenirea elastică, rezilienţa bună, deformarea remanentă redusă, proprietăţile mecanice general bune. Proprietăţile pot varia într-o gamă foarte largă, de la proprietăţi net de tipul elastomerilor la proprietăţi de tip intermediar plastic-cauciuc. Duritatea poate varia de la 55° la 95° Shore A. Materialele prezintă o rezistenţă moderat ă la trac ţ iune şi alungire la rupere. Cele cu duritate mare au o rezistenţă la tracţiune de peste 45 kgf/cm2, deşi cele mai obişnuite valori sunt cuprinse între 15 şi 30 kgf/cm2. Alungirea la rupere este cuprinsă în mod obişnuit între 200 şi 300 % pentru piesele injectate şi poate ajunge la valori mai mari pentru piesele extrudate. 3
Greutatea specific ă redus ă, de 0,9 ăg/cm (mult sub cea a cauciucurilor), ducepot la obţinerea de piese cu greutate redus . Exist ă îns ă variante cu umplutur ă care
ajunge greutate specifică de până la 2 g/cm3. Propriet ăţ ile termice ale elastomerilor termoplastici sunt foarte bune într-un interval larg de temperatur ă, de la -50°C până la peste +150°C. Rezistenţ a la intemperii a elastomerilor termoplastici poliolefinici este foarte bună. Materialul rezistă la ozon, radiaţii ultraviolete, lumină naturală, expunere ăndelungată la factorii de mediu (produsele î şi păstrează aspectul iniţial după expunere la îmbătrânire artificială la Weatherometru sau Fadeometru). Toţi elastomerii termoplastici au o bun ă rezistenţă la apă, acizi diluaţi, solvenţi organici, cetone, esteri, etc. Prelucrabilitatea elastomerilor termoplastici este foarte bună. Ei se pot prelucra f ăr ă pre-compoundare sau post-tratare pe echipamente clasice de prelucrare a
termoplastelor. La temperatura de prelucrare, elastomerii termoplastici se pot injecta, extruda etc. Utilizările elastomerilor termoplastici sunt deosebit de variate, datorit ă compatibilităţii cu elastomerii clasici. În domeniul auto elastomerii poliolefinici termoplastici au avantajul că pot fi vopsiţi. Multe din aplicaţiile auto se bazează pe stabilitatea dimensională şi calitatea suprafeţelor din elastomeri termoplastici, mult mai bune decât în cazul elastomerilor vulcanizaţi. Costul lor este rapid amortizat. Exemple de utilizări posibile ale elastomerilor termoplastici la fabricarea autoturismelor: • Compartiment motor : izolatori frontali, suport spate motor, garnituri pentru circuit antigel, garnituri arbore cotit.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
26/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
• Sistem electric: izolatori bujii, garnituri carcasă distribuţie, cabluri primare, cabluri secundare, garnituri lumini, protector carcasă dulie, izolatori cabluri. • Habitaclu: garnituri grile radio, garnituri antenă, racord aparat radio, garnituri conducte climatizare, tampoane cutie acte, suport carcasă oglindă. • Planetare-direcţie: burduf planetar ă, garnituri cuplaj, cuplaje, garnituri coloană direcţie. • Sistemul de alimentare cu carburant: supape carburant, diafragme pompă, tuburi carburant, diafragme valve control, garnituri pompă. • Sistemul de frânare: frână cu disc (inele piston, garnitur ă piston, izolatori, garnitur ă piivot), master cilindru (garnituri, diafragmă, garnituri, cilindru roată). • Sistemul de condiţionare-încălzire: tuburi freon, garnituri compresor, diafragme, furtunuri de încălzire, garnituri uşiţă control. • Transmisii automate: comutatoare, garnituri transaxiale, garnituri buză, garnituri tub filtru, garnituri vitezometru. • Caroserie: suporturi pe caroserie, deflector pietriş, spoilere, suport sistem exhaustare, garnituri pe caroserie, izolatori cabluri. • Uşi: garnituri mâner, garnituri etanşare, tampoane uşi, ghid geam. • Intrare aer-sistem admisie: garnituri intrare aer, conducte intrare aer, conducte aer proaspăt, conducte aer viciat, conectori etc. • Suspensie faţă: garnituri de etanşare, garnituri bar ă torsiune. • Bare paraşoc: garnituri absorbant şoc. • Sistem r ăcire: carcasă termostat, garnituri pompă, tuburi radiator. • Control direcţie: garnituri tahometru, garnituri cablu pinion, înveliş cablu, garnituri servo, îmbr ăcăminte pedale, izolatori direcţie. • Rezervor carburant: garnituri etanşare, tubulatur ă umplere, garnitur ă capac, furtunuri retur.
ă: garnitur ă pompă ulei, garnitur ă filtru ulei. Alte aplica:ţdiverse ii sub capot • Suspensii garnituri. • Pompă vacum: tub vacuum, garnituri. • Spălare parbriz: garnituri pompă, tuburi spălare, etanşare motor.
2.4. Strategia de dezvoltare a elastomerilor la automobile 2.4.1. Repartiţia şi evoluţia elastomerilor Exemplificările referitoare la repartiţia şi evoluţia elastomerilor în automobile se vor face cu date publicate firma de Renault. Dupăcu circa 15aplica ani, de la Renault 30 în 1975 ţiile specifice, a evoluat la Renault Clio în 1991,departea elastomeri toate puţin cantitativ, de la 4,5 la 5% din masa autovehiculului (inclusiv pneurile) sau de la 2 la 2,5% (aproximativ 15 la 20 kg) f ăr ă pneuri. Evoluţia pentru perioada menţionată poate fi rezumată astfel: • elastomeri a căror parte s-a diminuat: SBR, NBR, CR, cauciucuri regenerate; • elastomeri a căror parte a evoluat puţin: NR, NBR/PVC; • elastomeri a căror parte a crescut: EPDM, CM, CSM, ACM/AEM, MVQ, HNBR. Este de remarcat apariţia elastomerilor termoplastici, a căror parte nu a încetat s ă crească de câţiva ani. Repartiţia cantitativă a elastomerilor pentru autoturismul Renault Clio 1,4 M este: EPDM = 67,8%; NR = 13,5%; NBR / PVC = 4,8%; CR = 4,1%; CM = 3,4%; MVQ = 3,3%; alţii = 3,4%.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
27/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Repartiţia pe funcţii a acestor elastomeri pentru autoturismul menţionat a fost următoarea: etanşare: 57%, şasiu: 19,4%, motor: 17,9%, cablaj: 3,1% şi cutia de viteze: 2,6%.
2.4.2. Exigenţe ce se impun reperelor de cauciuc Pentru piesele din cauciuc se remarcă cinci tipuri de exigenţe: confort şi silenţ iozitate, securitate şi fiabilitate, respect faţă de mediu înconjur ător, cost redus şi consum minimal. Consecinţele determinate de ansamblul acestor exigenţe se traduc la nivelul solicitărilor prezentate pentru piese prin: creşterea temperaturilor sub capotă, creşterea temperaturilor şi presiunilor în circuitele de fluide, cre şterea performanţelor acustice şi autovibratorii, acordarea unei atenţii sporite etanşării circuitelor de fluide, severitatea compatibilităţii cu fluidele şi mediile cu care vin în contact, o mai bună comportare la intemperii pentru piesele de aspect, o cercetare scăzută la aceleaşi costuri şi aceleaşi performanţe şi prin dezvoltarea modelării şi simulării pentru stabilirea legilor de comportament de care se ţine cont pentru creşterea fiabilităţii şi duratei de viaţă. Pentru satisfacerea noilor exigenţe este necesar ă căutarea de materiale mai performante, care să r ăspundă mai bine delicatului compromis între cost, greutate, performanţe şi industrializare. Semnificaţia principalelor tipuri de exigenţe poate fi definită, pe scurt, astfel: 1. confort şi silenţ iozitate: etanşeitate caroserie (zgomote aerodinamice foarte slabe, dirijare simplă a curenţilor de aer la u şi şi geamuri), suspensii motoare şi organe mecanice (filtrarea eficace a vibraţiilor în toate regimurile), reducerea volumului compartimentului motor (rezistenţa la creşterea temperaturii sub capotă); 2. şi calitate:permeabilitate securitate etanşare a şorganelor ce conduc fluide fiabilitate (concepţia garniturilor şi racordurilor, i compatibilitate cu fluidele), şi
durabilitate (simulare şi modelare de comportament, metode predictive a duratei de viaţă, mijloace de control -nedistructive); 3. respectarea mediului ambiant: diminuarea poluării, alta decât prin combustie (permeabilitatea circuitului de carburant, etanşarea organelor ce conţin lubrifianţi);diminuarea zgomotului exterior (rezistenţă la creşterea temperaturii datorită insonorizării compartimentului motor); reciclarea materialelor
2.5. Vulcanizarea şi materialele care determină caracteristicile produsului vulcanizat Compuşii macromoleculari naturali sau sintetici prezenta ţi anterior (cauciucul natural, cauciucul sintetic tip butadien-stirenic, policloroprenic, izoprenic, butadien-nitrilic, etilen- propilenic, butilic, siliconic etc), în momentul utilizării pentru realizarea de articole tehnice sunt amestecaţi cu o serie de ingrediente şi supuşi vulcanizării.
2.5.1. Vulcanizarea cauciucului Procesul de vulcanizare este un proces complex care transform ă amestecurile de cauciuc din starea plastică în stare elastică, modificând structura şi caracteristicile sale şi f ăcând posibilă utilizarea sa în tehnică. Din punct de vedere chimic, vulcanizarea constă în introducerea de punţi de
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
28/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
reticulare între macromoleculele cauciucului (figura 2.3). Aceste punţi apar într-un număr relativ redus, însă ele sunt suficiente pentru a împiedica deplasarea reciprocă a macromoleculelor, adică pentru a conduce la pierderea proprietăţilor de curgere ale cauciucului. Vulcanizarea se realizează în general la cald (140÷160°C), cu ajutorul agenţilor de vulcanizare, din care cel mai utilizat este sulful (2÷5% pentru produsele obişnuite şi 20÷40% pentru ebonite). În timpul reacţiei sub acţiunea temperaturii şi a unor substanţe chimice (activatori, acceleratori), sulful se fixează la dublele legături ale macromoleculei de cauciuc. Proprietăţile fizico-chimice ale produselor vulcanizate depind de gradul de vulcanizări după cum se poate observa şi din exemplul prezentat în figura 2.4. Prin vulcanizare cu o durată optimă strictă, cauciucul devine: elastic (alungirea specifică se măreşte de 6÷9 ori), rezistent (rezistenţa la rupere creşte de 10÷20 ori) şi puţ in solubili în solvenţi petrolieri.
Fig. 2.3. Punţi de reticulare între macromoleculele cauciucului
În general caracteristicile vulcanizatelor variază în timp, atingând în anumite momente valoare optimă. Pentru reducerea timpului de vulcanizare se adaug ă acceleratori organici sau minerale (vulcacit, vulcorit). Acceleratorii care se folosesc în mod normal pentru amestecul latex apar ţin claselor ditiocarbonaţilor, tiizolilor şi tiuranilor. Ingredientele se adaugăactive amestecului denumitpasive cauciuc brut, în îmbunătăţşiii şi ingrediente proprietăţi: ingrediente pentru măscopul rirea volumului icftinirH costului per kg de produs. Ingredientele active (negru de fum, caolin, alb de zinc) măresc rezistenţa la rupere şi uzare a pieselor. Cauciucul utilizat la confec ţionarea protectorului anvelopei conţine 25÷50% NF (în greutate). Ingredientele pasive (praf de cretă, talc ş.a.) se adaugă în propor ţii de 20-30% sau chiar mai mult, f ăr ă să afecteze simţitor calitatea vulcanizatului. Agenţ ii contra îmbătrânirii îndeplinesc funcţia de încetinire a procesului de îmbătrânire, adică de frânare a înr ăutăţirii proprietăţilor mecanice datorită acţiunii oxigenului din aer, razelor UV şi multiplelor tensionări şi deformaţii. Prin îmbătrânire la suprafaţa cauciucului apar fisuri, cauciucul î şi modifică culoarea, devine sf ărâmicios şi î şi pierde rezistenţa (agenţi de îmbătrânire sunt Santoflex A şi Neozon D - 0,5÷2,5%). Plastifianţ ii şi stabilizatorii (acid stearic, r ăşină de brad, ulei de vaselin ă, parafina ş.a.) uşurează amestecarea intimă a componenţilor cauciucului, dacă se adaugă în propor ţie de 3÷6%. Coloranţ ii. în general se utilizează gama de coloranţi şi pigmenţi de prelucrare MP sau MPA; dintre aceştia, se utilizează cu precădere: albul de zinc (5÷12,5% pentru flancurile anvelopelor), CdS (galbenă) şi SbS (roşie) etc.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
29/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
2.6. Caracteristicile fizico-mecanice de bază ale cauciucului pentru componente auto 2.6.1. Duritatea Este capacitatea materialului de a rezista la pătrunderea în straturile superficiale, a unei bile sau unui trunchi de con metalice, cu dimensiuni determinate, în condiţii standard de încercare.
Fig. 2.4. Dependenta proprietăţilor fizice ale cauciucului butadien-stirenic vulcanizat, de densitatea de reticulare Această proprietate are mare importanţă practică deoarece permite determinarea ţie a modulului cu oarecare aproximapentru elasticitate. Uzual se Shore A (caucicurile pneuri şde i piese au 40÷80Sh A). determin În figuraă duritatea 2.5. este prezentată poziţia cauciucurilor din punct de vedere al durit ăţii, comparativ cu alţi polimeri, cu exemplificări pentru aceştia în cadrul scărilor de duritate Shore A şi Shore D.
Fig. 2.5. Durităţile unor cauciucuri şi mase plastice, raportate la unele scări uzuale
2.6.2. Rezistenţa şi alungirea la rupere Cauciucul este un material elastic care are proprietatea de a se deforma
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
30/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
nedistructiv realizând alungiri mari la eforturi mici. Cauciucul poate lucra timp îndelungat şi sigur în domeniul elastic, la deformaţii relative ce ajung la 30% sau chiar mai mult. Alungirea specifică de rupere a cauciucului elastic vulcanizat poate ajunge până la 1000%. Pentru diferite sortimente de cauciuc rezistenţa la rupere variază în limitele 3÷35 N/mm2. Alungirea Ia rupere pentru elestomerii termoplastici este cuprinsă în mod obişnuit între 200 şi 300% pentru piesele injectate şi poate ajunge la valori mai mari pentru piesele extrudate.
2.6.3. Modulul de elasticitate Are o valoare neliniar ă, ce se accentuează atunci când deformaţia relativă depăşeşte 10÷20%. Dependenţa dintre modulul de elasticitate şi duritate este prezentată în figura 2.6. şi 2.7. Prin numeroase cercetări experimentale, s-a stabilit că între cele două module există relaţia: E = 3G.
Fig. 2.6. Variaţia modulului de elasticitate transversală G în funcţie de duritate
Fig. 2.7. Variaţia modulului de elasticitate longitudinală E în funcţie de duritate
2.6.4. Capacitatea de amortizare a energiei oscilaţiilor Se apreciază, de regulă, prin valorile specifice ale parametrului energie total ă de deformaţ ie [daN.m / daN], care în cazul cauciucului are valoarea 4450, faţă de 29,04 pentru oţel de arcuri recopt, 0,93 pentru o ţel laminat şi 0,11 pentru fontă cenuşie. Această proprietate este utilă când este necesar ă amortizarea energiei şreprezentat ţiilorîncu ocurilor sau amortizarea frecven înalte. în figura 2.8a unei este ă curba ţie deţealungirea ţiune variaţiei vibra sarcinii func la trac
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
31/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
epruvete de cauciuc (curba ABC) şi la îndepărtarea sarcinii (CDE). La deformaţii egale for ţele de relaxare sunt mai mici decât cele de încercare, iar lucrul mecanic de deformare la tracţiune (suprafaţa ABCC'A) este mai mare decât cel restituit (suprafaţa CDEC).
Fig. 2.8. Evoluţia sarcinii în funcţie de alungire
Fenomenul histerezis se manifestă similar şi pentru ciclul de compresiune. Suprafaţa ABCDEA reprezintă lucrul mecanic absorbit de amortizorul de cauciuc şi transformat apoi in căldur ă.
2.6.5. Rezistenţa la sfâşiere Indică gradul de fragilitate a cauciucului. Prezint ă utilitate de exemplu la determinarea comportării anvelopelor de aer, a burdufurilor şi a altor repere la eforturi de sfâşiere precum şi pentru caracterizarea cauciucurilor şi încadrarea lor în diverse niveluri calitative.
2.6.6. Variaţia caracteristicilor cauciucului la acţiunea factorilor de mediu Piesele auto realizate din cauciuc sufer ă, în procesul de exploatare, diverse influenţe fizice şi chimice care provoacă schimbări importante ale proprietăţilor cauciucului. Îmbătrînirea în atmosfera de lucru a pieselor din cauciuc este o form ă distructivă de acţiune a unorj factori agresivi care acţionează, de obicei, simultan, cum ar fi oxigenul, ozonul, lumina, căldura, diverse fluide auto şi solicitări mecanice. Fenomenul de apar îmbăcr trânire semai constat maimai întâimici, prinînmodific suprafaţţiaa vulcanizatelor: ăpături, mariă sau func ţieăridela compozi cauciucului, iar la cele în contact cu diverse fluide apar gonfl ări, eventual dizolvări. Pentru piesele de exterior forma cea mai important ă de atac o prezint ă oxidarea datorat ă ozonului. În general, creşterea temperaturii peste cea normală (20°C) determină scăderea rezistentei cauciucului. Modulul de elasticitate scade cu creşterea temperaturii peste 150°C (excepţie face cauciucul siliconic). Hidrocarburile afectează, de regulă, caracteristicile cauciucurilor. În plus, în funcţie de locul de utilizare este necesar ă satisfacerea unor cerinţe pentru caracteristici particulare, pentru care sunt necesare verificăricomportarea cum ar fi: comportarea la căldura uscată, deformarea remanent ă la compresie,
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
32/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
la ozon, comportarea la fluide, comportarea la frig (fragilitatea), comportarea la lumină, tendinţa de pătare a vopselelor, tendinţa de pătare pe folii plastice, tendinţa de cristalizare, comportarea la frig (rigidizarea) şi rezistenţa la abraziune. În tabelul 2.1. este prezentat un rezumat al principalelor proprietăţi ale unor elastomeri, prezentate comparativ, care poate servi ca ghid pentru alegerea unui material elastic pentru o aplicaţie dată, ţinând cont de ansamblul condiţiilor de utilizare. Deoarece anumite constrângeri sunt adesea contradictorii selectarea materialului adecvat constă în a alege cele mai bune compromisuri tehnice şi economice în funcţie de aplicaţie.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
33/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Tabelul 2.1. Rezumat al principalelor proprietăţi ale unor elastomen, prezentate
Cauciucuri NR IR SBR BR NBR ACM CR CSM CFM IIR Proprietăţi Rezistenta la tracţiune: • neşarjat 1 2 5 6 5 6 3 5 5 4 • şarjat 1 2 2 4 2 3 2 3 3 3 Alungirea la rupere 1 1 2 3 2 3 2 3 3 2 Rezistenta la abraziune, şarjat 4 4 3 1 2 4 3 3 4 4 Rezistenta Ia sfâşiere 2 2 3 5 3 4 2 3 4 3 Elasticitatea la şoc 2 2 3 1 3 5 3 4 5 6 Flexibilitatea la temperatur ă 2 2 3 2 3 6 3 5 5 2 scăzută Rezistenta la căldur ă 4 4 3 3 2 2 2 3 1 3 Rezistenţa la degradare 4 4 3 2 3 2 2 2 1 2 ă termoxidativ Rezistenţa la intemperii 4 4 4 3 3 2 2 2 1 2 Rezistenta la uleiuri 6 6 5 6 1 1 2 2 1 6 Rezistenţa la benzină 6 6 4 5 1 1 2 2 1 6 Rezistenta la acizi şi baze 3 3 3 3 4 5 2 3 1 2 Rezistenta la flacăr ă 6 6 6 6 6 6 2 4 3 6 Rezistenţa electrică în volum 1 1 3 2 5 5 4 3 4 2 Permeabilitatea la gaze 5 5 4 4 2 3 3 3 3 1 Rezistenţa la lumină 4 4 3 3 3 2 2 2 1 2 Deformaţia remanentă la compresie pentru: - 40°C 3 3 3 3 3 5 5 6 6 5 + 20°C 2 2 3 3 2 3 3 5 4 4 +100°C 6 6 5 4 3 5 4 6 3 2 (cel mai bun =l->2->3->4->5->6 = cel mai slab ) NR = natural; IR = izoprenic; SBR = butadien-stirenic; BR = cis-butadienic; NBR = butadien-nitrilic; CR = cloroprenic; CSM = polietilena-clorosulfonată; CFM = florurat; IIR = butilic; EPDM = etilen-pro
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
34/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
3 MATERIALE CU FUNCŢII ACUSTICE Confortul acustic în vehicule are în vedere reducerea oboselii în timpul călătoriilor lungi, ameliorarea comunicării între pasageri şi facilitatea de a auzi într-o ambianţă sonora de nivel scăzut. Măsurarea şi îndepărtarea zgomotului sunt, într-o mare măsur ă, probleme ale acusticienilor care dispun, între altele, de diverse materiale pentru eliminarea, atenuarea sau ameliorarea surselor de zgomot care intervin în confortul din interiorul unui automobil. Materialele polimerice existente în habitaclul automobilelor contribuie la îmbunătăţirea confortului acustic.
3.1. Surse de zgomot Mecanismul generator de zgomot (figura 3.1) se compune în mod obişnuit din trei faze: excitarea, transmisia şi emisia.
Fig. 3.1. Surse de zgomot
Principalii excitatori la care este supus automobilul au trei origini: două externe şi una internă. 1. Aerul este o sursă de zgomot aerodinamic. 2. Roata este o sursă de zgomot la rulare şi cu ocazia proiectării apei şi pietrişului. 3. Vibraţia mecanică datorată grupului motopropulsor şi diverselor accesorii (compresor, pompe etc.) precum şi curgerii fluidelor (admisie, eşapare, ventilaţie). Transmisia zgomotului se efectuează simultan: • pe cale solidă - excitările datorate vibraţiilor mecanice sunt transmise la caroserie • pe cale aeriană (defecte de etanşare, excitarea unui panou de caroserie, propagarea de unde acustice în aerul învecinat care există în habitaclu). Emitorul este constituit fie din pereţii habitaclului pentru zgomotul interior, fie din pereţii mecanici pentru zgomotul exterior. Vibraţiile tuturor suprafeţelor interioare ale vehiculului excită aerul învecinat, care emite unde de presiune în aerul din habitaclu.
3.2. Materiale insonorizante Materialele insonorizante intervin asupra a două faze de generare a şi anume zgomotului, asupra ţtransmisiei Acestea se pot împăr ţi în trei şi anume: ţi. categorii, amortizan i, absorbanşţii şemisiei. i fonoizolan
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
35/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
3.2.1. Amortizanţii Amortizanţii sunt materiale care diminuează amplitudinea la rezonanţă a panourilor supuse la excitări libere. Ei sunt dispu şi în interiorul vehiculului pe amplasamentele următoare: planşeu, tunel, chesoane, uşi şi pavilion. Compozi ţi a. Aceste materiale se compun din amestecuri bituminoase, eventual aliate cu r ăşini termoplastice, iar şarje de tip CaCO3, BaSO4 sunt introduse pentru a îmbunătăţi performanţele mecanice. Şarjele de tip lamelar, ca de exemplu mica, măresc eficacitatea de amortizare a materialului, iar în situaţii speciale se foloseşte pilitura de fier care se încorporează pentru a obţine materiale magnetizate, ce pot fi plasate pe zone verticale. Diferitele materiale convenţionale aplicate în automobile sunt: • materiale de acoperire libere, tipic reprezentate prin IFF (Insonorizanţi Fuzibili în Foc); • materiale de acoperire lipite, aplicate în automobile pe table, pe sandwich-uri sau cu configuraţie sandwich (este cazul insonorizanţilor fuzibili ranforsaţi cu foi metalice suficient de rigide, sau straturi lipite în plastice). Principiul de func ţ ionare. Materialele amortizante sunt aplicate pe suprafe ţe în general metalice, pe care se caut ă să le amortizeze. Amortizanţii transformă energia vibratorie în căldur ă, această proprietate fiind reprezentată prin coeficientul de amortizare sau factorul de pierdere. Toate materialele supuse solicitărilor mecanice nu se comportă perfect elastic; materialele vâscoelastice permit disiparea energiei mecanice în căldur ă în funcţie de caracteristicile lor fizico-chimice. Coeficientul de amortizare depinde de numeroşi parametri ca de exemplu: • raportul dintre grosimea materialului suport şi a celui de amortizare; • raportul modulelor de elasticitate (Young) ale materialului suport şi ale celui de amortizare; • amortizarea internă datorată materialului şi cea datorată suportului; • temperatura; • domeniul frecvenţei de solicitare. Metode de caracterizare. Amortizanţii sunt caracterizaţi prin coeficientul lor de amortizare, adică raportul dintre energia disipată şi energia de excitare. Pentru selectarea materialelor cu veritabile calităţi de amortizare se folosesc urm • ătoarele metodametode: SAE, care măsoar ă descreşterea vibraţiei libere a unei table de o ţel amortizate şi se înregistrează nivelul vibrator în func ţie de timp, rezultatul în dB/s, exprimând diminuarea amplitudinii pe secundă; • metoda Oberst, care supune unei excitări for ţate un suport metalic pe care este aplicat materialul de amortizare; • metoda RTC III (propagarea tablelor de caroserie), care face apel la excitarea periferica a unor table incastrate intr-un cadru rigid; • viscoelasticinemetria constituie un alt mijloc pentru analizarea materialelor si cunoaşterea capacităţii lor de amortizare. Evolu ţ ii. Dezvoltarea materialelor de amortizare trebuie s ă ţină cont de necesitatea îmbunătăţirii capacităţii de amortizare la diverse temperaturi şi de reducere a greutăţii.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
36/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
3.2.2. Fonoizolanţ ii
Fonoizolanţii sunt materiale care atenuează energia acustică transmisă prin pereţi pe cale aeriană. Sunt dispuşi în habitaclul vehiculului pe urm ătoarele amplasamente: tablier, planşeu, tunel. Compozi ţi a. Materialele fonoizolante sunt constituite din două straturi: 1. Un septum sau masă grea, în a cărui compoziţie se găsesc: • PVC: policlorura de vinii; • EVA: copolimer etilen-acetat de vinii; • EPDM: copolimer etilen-propilen. Aceşti polimeri sunt, în general, şarjaţi cu BaSO4 şi CaCO3. 2. Un material poros (partea resort), în contact cu panoul ce se izolează. Spumele de poliuretani se găsesc prezente, în diferite forme, în cazul materialelor celulare: spumă injectat ă (tipul spumat la rece), spumă t ăiat ă (decupată în blocuri) sau spumă aglomerat ă (deşeuri de spumă). Fibrele textile aglomerate reprezintă un alt tip de material poros. în funcţie de tipul vehiculului se utilizează la mase specifice de la 3kg/m 2 (la cele mici) la 10/12 kg la BMW seria 7 şi VW Passat. Principiul de func ţi onare. în sistemul sandwich tablă-spumă-septum, septumul este excitat prin două căi diferite care asigur ă simultan: • excitarea pe cale solidă prin traversarea scheletului de material poros; • excitarea pe cale aeriană prin trecerea aerului conţinut în stratul poros. Sistemul sandwich este asimilat cu un sistem de tip mas ă-resort cu amortizare pentru excitare cale solid . Izolarea aerianăpe ţine cont de ăpresiunea undelor reflectate şi a celor par ţial transmise pe faţa cealaltă. Eficacitatea fonoizolanţilor este obţinută ţinând cont de caracteristicile urm ătoare pentru excitare pe cale aeriană: modele dinamice în comprimarea spumei, factorul de pierdere al materialului poros, rezistenţa la trecerea aerului prin materialul poros, masa specifică septumului şi grosimea materialului poros. Metode de caracterizare. Performanţele acustice ale materialelor fonoizolante sunt măsurate cu ajutorul metodelor de încercare, ce iau în lucru fie o excitare prin solid fie o excitare prin aer. Metoda „Bazooka" permite caracterizarea comportamentului acustic al materialelor ă un mod de excitare prin solid. fonoizolante permite determinarea izolării acustice după metoda excitării Metoda „Miciidup cabine" aeriene. Curba de izolare acustică este obţinută prin diferenţa dintre spectrul tablei goale şi al celui realizat în prezenţa fonoizolantului pus pe tablă. Evoluţ ii. Utilizarea fonoizolanţilor a urmat o curbă ascendentă, sistemele performante propuse astăzi ţinând cont de: • reducerea masivă a nivelului acustic echivalent; • îmbunătăţirea caracteristicilor materialelor poroase prin interven ţii asupra: • compoziţiei r ăşinii de bază sau asupra procedeului de punere în lucru a spumelor poliuretanice; • naturii materialului fibros şi modului său de fabricare.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
37/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
3.2.3. Absorbanţ ii
Absorbanţii sunt materialele care atenuează undele sonore reflectate pe suprafeţe. Energia reflectată este în acest caz inferioar ă celei incidente. Ei sunt prezenţi peste tot în vehicul, în particular, acele piese ca garniturile de pavilion, scaunele, tabletele spate, mochetele, panourile uşi au şi funcţii de absorbţie în habitaclu. Absorbanţii reprezintă materialele vizibile în habitaclu şi au în plus fa ţă de funcţia acustică cerinţe impuse de funcţia estetică. Compozi ţi a. Se poate rezuma la: • un acoper ământ de garnisaj participant la armonia habitaclului; • o structur ă mai mult sau mai puţin complexă situată dedesubt, unde sunt utilizate: materiale compozite multistrat, materiale fibroase sau materiale pe bază de poliuretani, armate cu fibre de sticlă. Principiul de func ţ ionare. Absorbţia acustică transmisă pe cale aeriană constă în a transforma energia acustică în căldur ă. Coeficientul de absorbţie reprezintă raportul dintre energia absorbită şi / sau transmisă şi energia incidenţă. Absorbţia acustică este influenţată de următoarele caracteristici fizice particulare: modulul de forfecare, porozitatea, grosimea şi rezistenţa la trecerea aerului. Metode de caracterizare. Caracteristicile de absorbţie pot fi determinate prin două metode, f ăcând apel la emisii acustice diferen ţiate: • energia sonor ă emisă în câmp difuz; • unde staţionare emise într-un tub. Diversele tipuri de materiale insonorizante prezentate au pricipii de funcţionare foarte diferite ca şi plaje de eficacitate bine definite. în figura 3.2. sunt prezentate o serie de materiale care au şi rol de izolare fonică.
Fig. 3.2. Materiale care îndeplinesc si funcţii de izolare fonică: 1 izolator fonic capotă, 2-izolator fonic compartiment motor, 3-izolator fonic sub planşa bord, 4-dublur ă panou interor, S-izolator planşeu, plat sau preformat. 6-covor preformat planşeu, 7-covoare planşeu, 8-imitaţie piele, 9-tabletă fixă sau mobilă, 10-podea portbagaj 11-dublur ă laterală portbagaj.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
38/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
4 ADEZIVI În zilele noastre tehnologiile de asamblare ocup un loc din ce în ce mai important în toate domeniile industriale. Graţie evoluţiiloră în chimie, tehnologia de lipire aduce o soluţie modernă şi adesea economică pentru asamblarea materialelor, fie tradiţionale, fie noi. Adezivii sunt substanţe de natur ă organică sau anorganică, care pot lega corpuri solide prin fenomenul de adeziune, f ăr ă să schimbe structura materialelor îmbinate. Sub denumirea de adezivi se regăsesc, în general, produse precum: cleiurile, dispersiile adeziv chiturile adezive, adezivii de topire. Proprietatea de bază a acestora, adeziunea, este rezultanta for ţ elor de atrac ţ ie intermolecular ă ce se manifest ă la nivelul suprafeţ elor de contact ale diferitelor substanţ e solide şi a for ţ elor de coeziune (for ţe care se manifestă între moleculele constituente ale şi substanţe). aceleiaClasificarea adezivilor folosiţi în diverse aplicaţii pentru automobile se poate face după mai multe criterii, dintre care cuprinzătoare sunt: natura chimică, modul de întărire numărul componenţilor (tabelul 4.1).
Tabelul 4.1. Clasificarea adezivilor folosi ţ i în diverse aplicaţ i Criterii clasificare Compoziţia
de Clasificare
Exemple Observaţii
de
utilizări
Termorigizi Termoplastici
Modul de întărire Elastomeri Prin evaporarea umidităţii sau PVA (alcooli polivinilici în faza solventului apoasă) Prin reacţia a două componente Adezivi poliuretanici bicomponenţi Adezivii epoxidici Prin reacţia chimică a adezivului Adezivii poliuretanici monocom cu umiditatea din aerul ambiant ponent tip Sikaflex® Prin reacţii chimice în absenţa Adezivii anaerobi oxigenului Prin expunerea la radiaţii ultraviolete Număr de Bicomponeţi Necesită un control permanent componenţi al dozajului şi al amestecului. Sunt foarte sensibile la varia ţii de temperatur ă Monocomponenţi Garantează rezultate mai uniforme
In general, adezivii au în compozi ţie următoarele: unul sau mai mulţi polimeri, unul sau mai mulţi solvenţi, materiale de umplutur ă, întăritori, acceleratori, agenţi reticulanţi, stabilizatori, plastifianţi şi eventual coloranţi. Adezivii sunt folosi ţ i în industria de automobile din motive economice şi pentru performanţ ele şi avantajele în fabricaţ ie pe care le prezint ă. Ei posedă performanţe adezive şi structurale deosebite, putând fi folosi ţi pe metal, material plastic, sticlă, cauciuc şi pe suprafeţe vopsite. Adezivii pentru automobile trebuie s ă îndeplinească
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
39/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
o serie de cerinţe care sunt mai mult sau mai puţin independente de performanţele de îmbinare. în construcţia de automobile pot fi folosiţi în condiţii care includ: • viteze mari de producţie (unele linii fiind concepute pentru 100 maşini pe or ă), cu timpi scur ţi şi invariabili pentru fiecare operaţie; • cur ăţire minimă a suprafeţelor, care sunt supuse contaminărilor neaşteptate şi gradate; • realizarea de îmbinări rezistente la uleiuri, combustibili, înc ălzire, detergenţi, praf, umiditate, vibraţii şi şoc. în momentul în care cerinţele au fost îndeplinite şi îmbinarea s-a realizat, legăturile adezive trebuie să reziste pe toată durata de utilizare a automobilului, în condiţii foarte severe. Rezistenţa îmbinării variază cu grosimea stratului adeziv şi depinde de felul lipirii (figurile 4.1 şi 4.2).
Fig.4.1. Variaţia rezistenţei lipirii rigide cu grosimea adezivului
Fig.4.2. Variaţia rezistenţei lipirii rigide cu grosimea adezivului
Caracteristicile îmbinărilor pot fi grupate în: mecanice, termice, chimice şi electrice. Aprecierea din punct de vedere mecanic a unei îmbin ări cu adeziv se face pe baza unor forme stabilite de ASTM, care precizeaz ă rezistenţa unei îmbinări la
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
40/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
tracţiune, forfecare, exfoliere, şoc, încovoiere, îndoiri repetate, clivaj şi rezistenţă la oboseală. La realizarea asamblărilor prin lipire în condiţii de bandă de montaj auto dezvoltarea rezistenţei îmbinării trebuie să se facă ţinând cont de: rezistenţa necesar ă la manipulare, rezistenţa necesar ă trecerii la etapa următoare şi de rezistenţa în serviciu, ţinându-se cont că trebuie să existe şi o marjă de siguranţă (figura 4.3).
Fig.4.3. Etape importante în dezvoltarea rezistenţei unei îmbinări prin lipire
In ceea ce priveşte stabilitatea termică a îmbinării adezive, automobilul ă să funcţioneze modern se şaişeste teaptobligatoriu într-un domeniu (de laăţ-40°C la +90°C) ca îmbinarea adezivălarg să-de şi ptemperaturi ăstreze propriet ile în domeniul de lucru. Pentru aceasta, se fac încercări pentru a măsura şi limita unele efecte distructive ca: oxidarea, contactul cu apa, cu uleiul şi cu alte substanţe chimice, expunerea la soare, varia ţii de temperatur ă. Aceste teste dau indicaţii asupra perioadei de timp în care îmbinarea se va comporta corespunzător. Inovaţiile tehnologice în folosirea adezivilor pentru lipire la automobile implică o adaptare constantă a chimiei pe baza a noi materii prime şi a noi polimeri, pentru a r ăspunde unor cerinţe de bază ale automobilelor. în construcţia de autovehicule produsele de lipire se utilizează la montajul mecanic, la asamblarea caroseriilor, în vopsitorie şi la fabricarea tapiţeriilor.
4.1. Utilizarea adezivilor la montajul mecanic La montajul mecanic, produsele de lipire se utilizează la asigurarea împotriva desfacerii unor ansamble (asigurarea filetelor, prinderea de piese şi etanşări de suprafeţe). Pentru a fi folosite, acestea trebuie să r ăspundă unei serii de cerin ţe, şi anume: rezistenţă la forfecare finală bună, viteză de întărire adecvată (după 30 - 40 min), rezistenţă la torsiune, rezistenţă la căldur ă şi rezistenţă la îmbătrânire. Exigenţele impuse pentru utilizarea la montajul mecanic sunt îndeplinite, în general, de adezivii anaerobi, care sunt compuşi a căror polimerizare este inhibată de prezenţa aerului. Răşinile adezive anaerobe sunt amestecuri complexe ce con ţin unul sau mai mulţi monomeri acrilici sau metacrilici, acceleratori, agen ţi de
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
41/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
îngroşare, inhibitori şi iniţiatori. Din aceasta categorie de produse fac parte cele cunoscute sub denumirile comerciale de LOCTITE, OMNIFIT, MONOMET, PENLOC etc. Rezistenţa îmbinărilor realizate cu aceştia depinde de distanţa dintre piesele de îmbinat. Adezivii anaerobi tip PENLOC, de exemplu, sunt adezivi de reacţie, monocomponenţi, f ăr ă solvenţi, care în absenţa aerului şi sub acţiunea catalitică a metalelor se întăresc devenind un material foarte rezistent la solven ţi şi temperatur ă. Viteza de întărire a acestora este determinată, în general, de temperatura mediului şi de activitatea de suprafa ţă a materialelor. O serie de materiale (Fe, Ni, Cu, alamă, oţel) sunt mai active şi determină o întărire rapidă, iar altele sunt inactive (Al, Cd, Ti, Zn, suprafeţele anodizate, suprafeţele cromate, oţelul inoxidabil). în general, astfel de produse se aplică între suprafeţe metalice cu jocuri cuprinse între 0,2 şi 0,6 mm.
4.2. Utilizarea adezivilor la asamblarea caroseriilor La asamblarea caroseriilor produsele pentru lipire sunt folosite pentru a asigura: imbinări subţiri metal / metal, îmbin ări groase metal / metal, lipire + sudabilitate + etanşeitate, lipire + sudabilitate + etan şeitate + rigiditate. Pentru astfel de lipiri se folosesc o serie de adezivi care să permită nu numai îmbinarea a două suporturi de aceeaşi natur ă (tablă groasă / tablă groasă, compozit / compozit etc), dar şi ansamble hibride realizate cu materiale noi. Adezivii care satisfac aceste cerinţe sunt clasificaţi în tabelul 4.2.
Lipire
Tabelul 4.2. Clasificarea adezivilor folosi ţ i la asamblarea caroseriilor
Performanţe Aplicaţii mecanice Structurală > 13 Mpa Lipire piese securitate, de structur ă (compozite, table groase) Semi 7-13Mpa Compozite, table structurală groase, aluminiu Cu înaltă Geamuri, compozite rezistenţă
Componenta esenţială Epoxi, nitril-fenolice, vinil-fenolice, epoxi modificate Poliuretani, epoxi, acrilici Poliuretani, acrilici, epoxi
Adezivii structurali care se utilizează în industria automobilelor pot fi definiţi ca transmiţători de sarcini mecanice semnificative. Ei sunt materiale care se întăresc la temperatur ă, ca de exemplu: epoxi, fenolici, poliesteri şi unii plastisoli. Adezivii structurali au devenit necesari pentru a evita concentrarea tensiunilor şi pentru a îmbunătăţi durata de viaţă a îmbinării, cu menţinerea unui preţ convenabil. Prin utilizarea adezivilor structurali (cu epoxi de exemplu) la montajul mecanic şi la asamblarea caroseriilor, se pot realiza dou ă feluri de îmbinări: prin sudur ă şi lipire şi, respectiv, prin sertizare şi lipire. Principalele avantaje ce decurg din aceasta sunt: • protejarea tablei (f ăr ă deformaţii datorate punctelor de sudur ă, f ăr ă încălzire Ia ăuri, f ăr ă degradarea stratului de protecţie); 1000°C, f ăr ă gcontinu • îmbinare ă (o rigidizare mai bună a piesei şi vibraţii reduse);
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
42/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
• barier ă împotriva umidit ăţ ii (creşte rezistenţa la coroziune); • se diminueaz ă coroziunea electrochimic ă; • se simplific ă nivelul de concepţ ie. Principalele dezavantaje sunt: • se impun exigenţe speciale la depozitare; • pot apărea interacţiuni cu produsele din băile pentru tratarea suprafeţelor; • se ridică probleme speciale de control, igien ă şi securitate. O aplicaţie în industria de automobile a adezivilor structurali o constituie asamblarea sticlă-metal. Geamurile din faţă şi din spate (parbrizul şi luneta) sunt mari şi curbate, De aceea trebuie să fie foarte bine fixate pe caroserie pentru a împiedica pătrunderea aerului, prafului şi a apei. După renunţarea la utilizarea chederelor, pentru etanşare şi lipire au fost folosite mai întâi materiale polisulfidice, iar din anii '70 se utilizează adezivi poliuretanici. Materialele poliuretanice confer ă rigiditate ansamblului, care va fi în continuare capabil să absoarbă adecvat vibraţiile. O aplicaţie interesantă a adezivilor structurali constă în lipirea materialelor de fricţiune pe supor ţii lor.
4.3. Utilizarea adezivilor în vopsitorie În vopsitorie adezivii se utilizează în special pentru a asigura îmbinare şi etanşare pentru metal / metal (> 2mm) şi pentru îmbinări groase metal / metal, deci în primul rând adezivi de etanşare. Aceştia sunt adezivi a căror funcţie principală constă în etanşarea împotriva aerului, prafului şi apei, pentru a împiedica coroziunea şi în vederea îmbunătăţirii confortului. Cauciucurile de etanşare cu viscozitate mică sunt folosite în aproape ă. Multe toateaceste îmbinămateriale rile metal expandeaz / metal ale ăcaroseriei, precedând punctele sudur ă etan şare din la încălzire, realizând astfel odebun împotriva umezelii, aerului, prafului şi reducând totodată coroziunea electrochimică. Materialele de etanşare de tip polietilenă cu topire şi încălzire se folosesc în zone care devin inaccesibile după asamblare. Un număr de astfel de adezivi de etanşare sunt extrudaţi peste punctele de sudur ă, pentru a le proteja împotriva umezelii şi a reduce coroziunea. Astfel de materiale sunt folosite în zonele care nu pot fi vopsite. Adezivii de etanşare de tip polivinilic pot fi utilizaţi şi în zonele supuse vopsirii, dar care nu sunt supuse contracţiilor şi îndoirilor repetate. Aceste materiale sunt prezentate pe larg în paragraful Masticuri. La etanşarea caroseriei se mai pot folosi şi r ăşinile epoxidice. Cum materialele plastice înlocuiesc din ce în ce mai mult metalul în construcţia automobilului, se pune problema îmbinării lor şi acest lucru este posibil cu ajutorul r ăşinilor de etanşare de diverse compozi|ii dup ă cum rezultă
din tabelul 4.3. Un exemplu interesant de utilizare a adezivilor de etanşare îl constituie formarea garniturii direct în spaţ iul destinat. Aceste materiale sunt, în general, siliconii care vulcanizează la temperatura camerei şi care înlocuiesc o gama largă de garnituri. Cercetările intense în domeniul adezivilor în industria automobilelor urm ăresc realizarea de produse noi care să satisfacă cerinţe speciale, ca de exemplu: • adezivi care să fie mai puţin dependenţi de gradul de cur ăţire al suprafeţei; • produşi cu o întărire mult mai rapidă; • temperaturi mai scăzute de întărire, ceea ce va conduce la economisirea energiei;
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
43/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
• mai largă utilizare a tehnicii care combină utilizarea sudurii şi a adezivilor în vederea realizării unor îmbinări rezistente şi estetice. Tabelul 4.3. Tipuri de r ăşini de etanşare
Categoria Adezivii Domeniul de utilizare ă înlocuitori ai Viscozitate redus , Intre metalele care se sudeaz ă. sudurii expandabili la Etanşează împotriva apei şi încălzire, reduce coroziunea. termoplastici Cu topire prin Poliolefine în sectoare închise în care se încălzire ajunge foarte greu după asamblare. Etanşorii Bituminoşi Protejează împotriva focului caroseriei oncţiunile interioare. Etanşează împotriva pătrunderii apei şi PVC Epoxi Garnituri
Siliconi
aerului. Se folosesc sub vopseaua exterioar ă în locurile în care puterea coezivă nu este mare. Se utilizează pentru corpurile din materiale plastice; au putere coezivă mare. Preiau locul garniturilor; pot să reziste la căldur ă, frig şi la fluidele utilizate la autovehicule.
4.4. Utilizarea adezivilor la fabricarea tapi ţeriilor La fabricarea tapiţeriilor se folosesc în mare măsur ă adezivi pe bază de cauciuc, pentru următoarele utilizări: lipire îmbr ăcăminte suple neplastifiate (exemplu la tabletele spate); lipire îmbr ăcăminte suple plastifiate (exemplu bandou de uşă), lipiri complecşi lnsonorizanţi (pâsle sub covoare), lipiri profile din cauciuc, lipire îmbr ăcăminte textilă pe spuma, lipire îmbr ăcăminte pe pavilion. Adezivii româneşti pe bază de cauciuc utilizaţi la autovehicule, inclusiv la automobilele Dacia, sunt denumiţi prenadezi, având simbolurile: 100, 200, 300, 400, 420, 463, 466, 488, 2052. Cei mai importan ţi (care asigur ă aderenţa cea mai ă) sunt produsele puternic , 466 şi 488. termorezistent, cu aderenţă Prenadez 463 estePrenadez un adeziv463 monocomponent, la temperatura ambiantă, pe bază de cauciuc policloroprenic şi r ăşină sintetică. Este utilizat în inia autovehiculelor pentru lipirea profilelor de etanşare pe uşi, tabla acoperită cu lacuri termoreactive, culise pentru geamuri, capotele motorului şi portbagajului şi pentru diverse inser ţii. Prenadez 466 este un adeziv utilizat la autovehicule pentru lipirea pielii artificiale pe bază de PVC pe tabla vopsită cu lacuri termoreactive. Prenadez 488 este tot pe bază de cauciuc policloroprenic şi este folosit, în general, pentru lipirea cauciucului spongios pe mase plastice fenolice şi pe table, la etanşarea uşilor de acces, a portbagajului etc.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
44/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
4.5. Alţi adezivi Adezivii permanent lipicioşi sunt, în general, acrilici sau pe bază de cauciuc natural, şi se folosesc depuşi pe folii de poliester sau hârtie, cu care formează benzile autoadezive. Ceil acrilici se folosesc la lipirea ornamentelor laterale. Adezivii şi masele de turnare care se înt ăresc în prezenţ a radiaţ iilor ultraviolete sunt produse care au început să-şi găsească utilizări şi la autovehicule (de exemplu, pentru lipirea suportului oglinzii interioare).
4.6. Masticuri Prin mastic se înţ elege un amestec de materiale minerale şi organice, ce se prezint ă sub formă de past ă sau de fluid şi se înt ăreşte în aer după ce a fost aplicat. în general, masticurile sunt pentru constructorii de automobile produse de calare şi de etanşare utilizate caroseriile autovehiculelor. materiale se disting doula ă feluri de produse, şi anume: în această categorie de • produse aplicabile manual sub formă de cordoane preformate sau piese prede cupate; • produse aplicabile la pompă sau robot, la rece sau la cald. Produsele aplicabile manual sub formă de cordoane preformate sau ca piese prede cupate, utilizate în banda de caroserii, necesit ă o foarte bună localizare pentru punerea în lucru, o u şurinţă deosebită la manipulare, o bună putere adezivă la suprafeţe uleioase, o rezistenţă convenabilă la pasta de ambutisare precum şi proprietăţi de conservare a dimensiunilor la temperaturi relativ ridicate (155 - 190°C pentru noua generaţie şi, respectiva 175 - 205°C pentru vechea generaţie). Compoziţia masticurilor auto este, în general, urm ătoarea: matrice elastomerică (butil, poliizobutilen, SRB etc), plastifianţi (uleiuri, poliizobutilene etc), materiale de şarjare negru de fum, cretă, talc etc), r ăşini întăritoare şi eventuale sisteme reticulante şi / sau gonflante. Reducerea conţinutului de clor din masticuri şi din materialele cu utilizări Ia automobile, în general, este un obiectiv pe care şi l-au impus principalii constructori de automobile. Cadmiul urmează să fie eliminat începând cu anul 2003 din masticurile PVC. Masticurile predecupate sau preformate sunt utilizate între table, şi de aceea trebuie să se păstreze un echilibru în formularea acestora impus de anumite necesităţi: lipire imediată, coeziune finală şi structurală, aptitudine în a lăsa să treacă sudura, elasticitate şi rezistenţă chimică. Produsele de calare şi etanşare aplicabile cu pompa sau robotul sunt de trei feluri: • monocomponente nereticulabile, rezultate de fapt prin modificarea produselor preformate pentru a deveni pompabile; • monocomponenţi reticulabili (produsele cele mai utilizate ); • bicomponente, puţin utilizate la caroserii. Aceste produse trebuie să aibă o serie de calităţi, pentru a fi puse rapid în lucru sub geometrii complexe ca paste reticulabile cu viscozităţi cat mai scăzute posibil la aplicare, dar în final să aibă rezistenţe mecanice bune prin reticulare, să fie insensibile la condiţii variate de pH (3 la 12) generate de detergen ţi, fosfaţi şi alte produse chimice, atât înainte cât şi după reticulare. şi etan Produsele de calareintern dezvoltlaătabl în timpul întăririi un mecanism de coeziune ă şşare i unmonocomponente mecanism de adeziune ă. Din punct de vedere chimic, cele mai multe sunt: plastisoli PVC, plastisoli
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
45/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
acrilici şi lichide elastomerice funcţionale. în toate cazurile, sistemul polimeric este asociat cu materiale de umplutur ă, agenţi tixotropici, sisteme aderente şi reticulante, stabilizatori. Se întâlnesc adesea şi sisteme hibride sau combinaţii (PVC / r ăşini epoxi, elastomeri / r ăşini epoxi). Această categorie de plastisoli PVC se folosesc în vopsitorie. Produsele sunt aplicate pe stratul cataforetic înt ărit la cuptor, pe care trebuie să adere şi să asigure trei funcţii principale şi anume: antigravionaj, etanşare şi calare. în anumite cazuri, aceste produse pot s ă asigure şi funcţii de amortizare. Aceste funcţii depind, în mare măsur ă, de grosimea aplicată pe vehicul care, în general, este următoarea: • circa 0,5mm pentru antigravionaj (rezistenţă la abraziune); • circa 2mm pentru etanşare (în urma deformaţiilor); • circa 4mm pentru calare (pentru for ţa de lipire); • circa 3mm pentru amortizare vibratorie (absorbţia vibraţiilor); • circa 2,5mm pentru amortizarea zgomotelor de impact (absorbţia energiei corpurilor proiectate). Tot în aceasta categorie a adezivilor structurali intr ă şi unii plastisoli moderni, la care se remarcă buna capacitate de a absorbi filmele sub ţiri de ulei, lucru foarte important în industria automobilelor, unde o cur ăţire riguroasă constituie o problemă.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
46/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
5 PROTECŢIA ANTICOROSIVĂ Coroziunea reprezint ă procesul de distrugere par ţ ial ă sau total ă a materialelor în general şi a metalelor în special, în urma unor reac ţ ii chimice şi electrochimice care au loc la interfeţ e. Fenomenele de coroziune reprezintă fenomene naturale care tind să reducă metalele în starea lor iniţială (oxizi, cloruri, sulfaţi etc), o tendinţă firească a metalelor de a reveni la starea energetic ă coborâtă, mai stabilă. Din raţiuni multiple protecţia anticorosivă la automobile impune o evoluţie permanentă: • condiţiile de rulaj în care vrea s ă circule automobilistul presupun toate perioadele anului şi toate regiunile climatice. Pentru asigurarea circula ţiei sunt împr ăştiate, ca şi curativ, materiale antiderapante. Aceste produse sunt adeseori caracter preventiv pe bază de clorur ă de sodiu şi / sau calciu amestecate cu nisip, pentru o mai mare eficacitate. Praful, noroiul, sarea şi pietrişul întâlnite pe şosele au ca efect degradarea protecţiei având drept consecinţă dezvoltarea coroziunii; • condiţiile atmosferice care sunt datorate ploilor acide, în regiunile industriale, ce ţei saline în regiunile de coastă, sau umidităţii ridicate şi temperaturilor în anumite regiuni sau ţări tropicale; • controalele tehnice periodice care pot s ă impună proprietarilor reparaţii ca imobilizări de vehicule, în cazurile grave de coroziune, dacă poate fi afectată secur ritatea. Imaginea de marcă a constructorului poate fi degradată de coroziuni de as pect semnalate sistematic în cursul controalelor; • garanţiile care urmează sau anticipează coduri anticorosive din ce în ce mai exi gente, cerute de diverse ţări. Garanţii de 12 ani f ăr ă coroziuni perforante sunt actualmente propuse de cea mai mare parte a constructorilor de automobile; • aşteptările clienţilor care cer pentru automobilele lor o durabilitate mai mare şi un aspect ca nou pe durata a mai mulţi ani. Clienţii vor să revândă automobilul la un preţ cât mai bun; • evoluţia automobilelor spre o reducere cât mai accentuat ă a consumului de carburant şi a emisiilor poluante impune reducerea greutăţii acestora. Evoluţia caracteristicilor mecanice ale oţelurilor a permis utilizarea de table mai sub ţiri. Se impune utilizarea unor aliaje uşoare pe bază de aluminiu şi magneziu. Pe automobile se întâlnesc mai multe feluri de coroziune: • coroziunea de aspect pentru caroserie sau piese mecanice pe care automobilistul Ie vede pe automobilul său, pe roţi sau când efectuează operaţii de întreţinere curente; • coroziunea de perforaţie pe piese din tablă, pe care clientul le vede la exterior sub formă de găuri; • coroziuni funcţionale care se pot conduce la disfunc ţionalităţi, reglaje sau demontări dificile, care antrenează riscuri de imobilizare şi de securitate pentru automobile. Cunoaşterea mecanismului proceselor de coroziune şi a influentei diferiţilor factori asupra vitezei lor a permis elaborarea unor metode eficiente de protecţie
anticorozivă.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
47/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
5.1. Clasificarea metodelor de protecţie anticorosivă Căile de realizare a protecţiei anticorosive sunt: prin ac ţ iune asupra materialului (alegerea raţională a materialului de construcţie, tratamentul său mecanic, termic sau chimic; (exemplu - elemente de caroserie din Al, sau plastic, ca de exemplu aripi, la unele firme), prin acoperiri protectoare (metalice şi / sau nemetalice - organice, anorganice - şi mixte), prin ac ţ iune asupra mediului corosiv (exemplu - utilizarea inhibitorilor de coroziune adecvaţi în lichidele de r ăcire), prin acţiune asupra proceselor electrochimice de coroziune şi prin alegerea raţională a configuraţiei piesei în funcţie de condiţiile de exploatare. în construcţia de autovehicule, pentru rezolvarea unor probleme de coroziune se recurge la acoperirea suprafeţelor metalice cu straturi rezistente de natur ă anorganică sau organică şi, uneori, cu straturi combinate. Protecţia se realizează în această situaţie prin interpunerea între metal şi atmosfera corosivă a unui strat subţire dintr-un material care să fie capabil să nu corodeze sau, în cel mai r ău caz, să se corodeze foarte puţin.
5.2. Protecţia prin acoperiri protectoare Este o metodă larg utilizată, în special pentru prevenirea coroziunii atmosferice. în majoritatea cazurilor, prin acoperirea cu straturi protectoare se realizează şi finisarea decorativă a pieselor şi aparatelor. O etapă obligatorie pentru realizarea acoperirii protectoare este pregătirea suprafeţelor. Preg ătirea suprafeţ elor metalice. Pentru a se asigura o bună aderenţă între acoperire şi suport, înainte de aplicarea stratului protector suprafaţa metalică va fi prelucrată, acţiune care se desf ăşoar ă în 3 etape. ă manual (cu r ăzuitoare, perii de sârmă, •polizoare se efectueaz Cur ăţde irea suprafe mân ă) sauţelor mecanic (prin sablare cu nisip uscat, sablarea cu alice, tobarea (rostogolirea pieselor în tobe rotative cu sau f ăr ă adaus abraziv) uscată sau umedă. • Degresarea este operaţiunea de îndepărtare a materiilor grase prin dizolvare, emulsionare şi saponificare. • Cur ăţirea chimică (decaparea) — constă în îndepărtarea oxizilor de pe suprafeţele metalice, prin următoarele procedee: cu acid sulfuric, cu acid clorhidric, cu detergenţi, cu sodă caustică şi neutr ă.
5.3. Straturi protectoare metalice Acoperirile metalice pot fi realizate cu un strat de protecţie dintr-un metal mai puţin sensibil la coroziune, prin: placare, galvanizare, cufundare la cald, pulverizare şi difuziune termică. în construcţia de maşini, o utilizare largă o au acoperirile metalice electrochimice (prin galvanizare).
5.3.1. Depuneri galvanice Un loc important între acoperirile de protecţie îl deţin depunerile galvanice în ţiilor apoase straturi unicemetalului sau succesive. Ele sePiesa realizeaz prin electroliza solu care con ţin ionul de acoperit. de ăacoperit constituie catodul, iar anodul poate fi confecţionat dintr-un material inert în condiţii de electroliză (anod insolubil),
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
48/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
sau din metalul care urmează să fie depus (anod solubil). Cele mai importante acoperiri galvanice utilizate în practica anticorosiv ă sunt: zincarea, cadmierea, nichelarea, cromarea, cuprarea şi stanarea. Durata procesului de depunere (t) în minute, se calculează cu relaţia: t= (60dy)/ (KDC R C ) unde: d - grosimea depunerii, în mm, y - greutatea specifică a metalului depus, în g/cm3, K - echivalentul electrochimic al metalului care se depune, în g/Ah, D c densitatea de curent (intensitatea curentului pe unitate de suprafaţă) şi Rc randamentul de curent (raportul dintre cantitatea de metal depus ă şi cantitatea de metal ce trebuia depusă conform legii lui Faraday), în %. Zincarea confer ă protecţie foarte bună oţelului în aer uscat cu umiditate moderată. Pasivarea sau vopsirea ulterioar ă a stratului depus măreşte rezistenţa la coroziune. în ultima perioadă acest procedeu a fost eliminat. Cadmierea se utilizează pentru protejarea reperelor ce funcţionează în climat tropical umed şi în atmosfer ă marină. Fiind mai costisitoare, se aplic ă în straturi relativ subţiri care eventual, se pasivează. Actualmente utilizarea Cd în producţia de vehicule rutiere mai este acceptată decât pentru componente şi produse utilizate în organe de securitate, urmând a fi eliminat total. Nichelarea oţelului f ăr ă straturi intermediare se face pentru protec ţia lui în soluţii alcaline sau în condiţii de frecare, deoarece îi m ăreşte duritatea. La atacul atmosferic nu rezistă decât aplicat în straturi suficient de groase şi poroase. Acoperiri de mare rezistenţă se obţinl prin realizarea unui strat lucios şi unul semilucios (nichel Duplex). în general, peste nichel se depune crom pentru a-i m ări şi a-i îmbun ătăţde duritatea i aspectul. Se practică nichelarea peste un strat de cupru depus anterior pe piesa oţel. Cromarea îi confer ă oţelului o excelentă comportare în atmosfer ă la acţiunea CO2 şi SO2. Stratul de crom are duritate mare şi rezistă la frecare şi abraziune. Cromarea cu strat intermediar de Cu şi Ni se aplică în scop decorativ-protector şi pentru mărirea coeficientului de reflexie al suprafeţelor. Cromul poros are o bună putere de absorbţie a lubrifianţilor şi îmbunătăţeşte calităţile de alunecare ale pieselor în mişcare. Cromarea se face în mai multe variante: • cromarea dur ă — prin depunere de Cr direct pe piesa de oţel, în scopul realizării unei acoperiri rezistente la acţiunea factorilor climatici şi mecanici; ă combinată - constă din depunerea electrochimică direct pe oţel a •doucromarea ă straturi dur succesive, unul de crom lăptos şi altul de crom dur, pentru îmbunătăţirea protecţiei şi a rezistenţei la solicitări mecanice (cromare lăptoasă, al bă); • acoperirea cu cupru-nichel-crom este o metodă complicată, ce se realizează prin depunerea electrolitică a trei straturi succesive pe suprafeţele metalice din oţel. Asigur ă protecţie pentru climate TH, TA, THA. Există tendinţa de limitare a utilizării Cr 6+, urmând a fi eliminat total din 2003 de unii constructori de automobile.
5.3.2. Alte procedee de acoperire cu metale Acoperirea prin metalizare (pulverizare). Constă în trimiterea pe suprafaţa ce
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
49/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
trebuie protejată a unui curent de particule fine de metal topit, dispersat cu ajutorul aerului comprimat. Prin acesta metodă se pot depune Al, Zn, Cd, Sn, Pb, Ni, bronzul şi oţelul inoxidabil. Acoperiri obţ inute prin scufundare la cald. După ce au fost degresate şi decapate, piesele ce trebuie acoperite se cufundă în topitura de metal protector, iar după scurt timp se scot şi se r ăcesc în aer. Acoperiri obţ inute prin difuziune termic ă. Suprafeţele pieselor ce trebuie acoperite sunt aduse în contact cu pulberea sau vaporii de metal protector la temperaturi înalte. Se depun pe această cale Zn, Al, Cr şi Si. Zincarea prin difuziune cu pulbere de Zn se aplic ă la acoperirea obiectelor mici: buloane, şaibe, cuie etc. La unele firme constructoare de vehicule protecţia tablelor cu Zn a fost eliminată.
5.4. Straturi protectoare nemetalice de natur ă anorganică Straturile de oxizi, cromaţi şi fosfaţi se utilizează larg în industrie în scop anticorosiv şi decorativ. Ele confer ă metalului o stare pasivă, reuşind să protejeze metalul. Peliculele de natur ă anorganică ader ă bine la metalul suport, dar sunt fragile şi poroase. Se realizează chimic şi electrochimic. Peliculele de oxizi obţinute artificial sunt aderente, compacte şi continue, asigurând o protecţie satisf ăcătoare pentru condiţii uşoare de coroziune. Oxidarea metalelor feroase se realizează în practică frecvent pe cale chimic ă în soluţie alcalină, procedeu cunoscut sub denumirea de brunare. Culoarea peliculei este neagr ă sau maron, mată sau lucioasă, în funcţie de regimul de lucru şi componenţa oţelului. Oxidarea aluminiului şi aliajelor de aluminiu se face chimic sau electrochimic (eloxarea).
5.5. Straturi protectoare obţinute prin fosfatare Procesul de fosfatare constă, în esenţă, în formarea pe suprafa ţa metalului a unei pelicule protectoare de fosfaţi insolubili. Fosfatarea se poate efectua: pe cale chimică sau pe cale electrochimică. Fosfatarea chimic ă se efectuează cu soluţie de fosfaţi de Mn şi Fe (300g/lH3PO4, 80g/IMn şi 8g/lFe, timp de cufundare 40 - 80 min, temperatura solu ţiei 96-98°C). Fosfatarea chimic ă accelerat ă (bonderizarea) se utilizează pentru obţinerea substraturilor pe care vor fi aplicate lacuri şi vopsele. Deoarece stratul de fosfat nu ofer ă decât o slabă protecţie anticorosivă pentru medii uşoare, este necesar un tratament suplimentar al peliculei depasivare, de impregnare sau de acoperire cu lacuri şi vopsele. Pasivarea se face în soluţie de bicromat de potasiu 50-80 g/l la temperatura de 70 — 80°C, timp de 10-15 minute.
5.6. Straturi protectoare nemetalice de natur ă organică Protecţia anticorosivă prin aplicarea de straturi organice este larg utilizată în şi în special în industria constructoare de maşini, diverse industriale deoareceramuri este o metod ă eficient ă, rapidă şi economică. Reperele cazre urmează să
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
50/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
fie protejate trebuie supuse, mai întai, unei preg ătiri minuţioase care cuprinde degresarea, decaparea şi sablarea. Materialele organice folosite pentru protejarea metalelor împotriva coroziunii sunt: polimeri, elastomeri, mase bituminoase. Pelicule de vopsele şi lacuri. Au tehnologie simplă de aplicare şi asigur ă o protecţie eficace contra coroziunii. Tehnici de lucru: cu pensula, cu pistolul, cu dispozitive de presiune (60 atm), prin electroforeză şi prin imersie. Pelicula de protecţie poate fi constituită, de exemplu, din mai multe straturi, dintre care primul strat (stratul primar) este stratul de aderenţă la metal. Peste stratul primar de vopsea se aplică unul sau două straturi intermediare şi apoi unul sau două straturi de finisare în care se încorporeaz ă pigmenţii sau materialele anticorosive. Pentru stratul primar se folosesc: vopsele cromate compuse din cromat de Zn, Ba şi fosfat de Cr şi vopsele metalice [pudr ă de metal (Zn min 95%) sau lamele (Al) şi materiale de protecţie]. Utilizarea de vopsele plombifere (pe baz ă de miniu de Pb, plombat de calciu şi cianamid ă de Co) a fost interzis ă în industria auto. Condiţionarea vopselelor şi uscarea în funcţie de natura chimică şi starea de livrare a acestora este prezentată schematic în tabelul.5.1. Ca straturi intermediare există o gamă largă de vopsele: pe baz ă de polistiren, pe bază de r ăşini fenolice, pe bază acrilică, pe bază epoxidică, pe bază poliesterică. Vopsirea prin electroforez ă este o metodă modernă care se aplică în special în industria automobilelor. Procedeul constă în imersarea subansamblului de protejat într-o cuvă care conţine o vopsea pe bază de apă (în emulsie) şi legarea lui la polul pozitiv al unei surse de curent. La polul negativ este conectat ă însăşi ătoarele cuva. La trecerea curentului continuu se urmînc migrarea electroforetic ă a particulelor de produc r ăşină simultan şi pigment ărcate procese: negativ, electroliza soluţiilor apoase şi deshidratarea peliculei prin electro-osmoză. Avantajele metodei sunt: uniformitatea grosimii peliculei, chiar şi în cazul pieselor cu forme complicate, asigurarea protecţiei la colţuri, muchii şi pe suprafeţe concave, pierderi foarte mici de vopsea, posibilitatea automatizării totale. Uscarea pieselor vopsite se poate face în aer liber, prin radia ţie şi prin convecţie. Uscarea prin radiaţii infraroşii sau ultraviolete (indicată pentru vopsele oleo-rezinoase sau pe bază de r ăşini alchidice oxidabile) a materialelor de vopsire este o uscare artificială cu ajutorul unei surse de radiaţii. Acest procedeu permite ţiilor şi obţinerea unei uscări şi a unei reticulaţii de vopsea care accelerarea conduce la oopera pelicul ă de protecţie complet polimerizată şi foarte rezistentă. Uscarea prin convecţie a materialelor de vopsire este un procedeu de uscare artificială care se realizează prin trecerea unui curent de aer înc ălzit peste suprafaţa vopsită. în comparaţie cu uscarea prin radiaţie prezintă avantajul că instalaţia se exploatează f ăr ă dificultăţi, iar dezavantajul constă în evaporarea rapidă a solventului la suprafaţa peliculei, care se întăreşte şi împiedică evaporarea în adâncime. După uscarea completă a straturilor de protecţie se execută şlefuirea, care poate fi uscată sau umedă.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
51/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Tabel 5.1. Uscarea şi condi ţ ionarea vopselelor
Vopsele lichide termoplastice (extract sec variabil)
Vopsele lichide reticulabile
Starea de livrare Faza solventată
Modul de uscare aer
Faza apoasă aer hidro dispersată Faza aer solventată
Familia chimică
Nr. ambalaje
Acrilică Vinilică Cauciuc 1 clorurat Bituminos (tip vinilic) Acrilice
1
Alchidice
1
(extract sec variabil)
cuptor Faza apoasă aer hidrodispersa tă Faza apoasă cuptor hidrodispersa tă Făr ă solvent aer UV
Vopsele Făr ă solvent cuptor pudr ă termo-reticula bile
Epoxidice Poliuretanice 2 Bituminoase (tip epoxidice-poliuretanice) Alchidice Epoxidice 1 Poliuretanice Alchidice 1
Epoxidice Poliuretanice 2 Alchidice 1 Epoxidice
2
Acrilice Epoxidice 1 Poliuretanice Poliesterice Polieterice Epoxidice Epoxi-poliesterice Poliesterice Poliuretanice Acrilice
1
Acoperirile cu mase plastice reprezintă o altă categorie de acoperiri organice, ce se pot executa prin: imersie în plastisoli, imersie în pulbere fină, pulverizare electrostatică şi laminare la cald.
5.7. Protecţia anticorosivă a caroseriilor autovehiculelor
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
52/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
În cele ce urmează se va prezenta pe scurt protejarea caroseriilor, acestea constituind partea din autovehicul cea mai expus ă coroziunii. Succesiunea operaţiilor de protecţie este, în general, aceeaşi pentru toate tipurile de autovehicule, diferind doar prin materiale, gradul de perfecţionare a utilajelor şi procedeele de aplicare. Schema clasică a unui sistem de vopsire pentru autovehicule este: pregătirea caroseriei, grunduirea, etanşarea, vopsirea intermediar ă, finisarea. Protecţia anticorosivă, începe încă din faza de asamblare a caroseriei când, în zonele de sertizare, de îmbinare prin sudur ă, (exemplu figura 5.1, zonele 1 + 7), se realizează o protecţie cu grunduri bogate în zinc sau, în cazul când este necesar ă şi etanşarea, se utilizează masticuri de etanşare (de tip plastisol) termosudabile. Partea inferioar ă a autovehiculului este, în general, cea mai afectată de coroziune. în figura 5.2 sunt prezentate, pentru exemplificare, 25 de zone preferenţiale de coroziune pentru caroseriile autoturismelor Dacia. Preg ătirea caroseriei constă în: degresare alcalină, cu soluţii de fosfaţi (Na2P2O7, Na2P3O10, Na2HPO4, borax, săruri de titan), fosfatare cristalină, realizată în soluţii de Zn(H2PO4)2 asociată cu H3PO4, spălare cromică pasivantă. Realizată cu soluţii ce conţin compuşi cu r sau doar cu H3PO4.
Fig. 5.1. Exemplu de protecţia anticorosivă la un autoturism
Fig. 5.2. Caroseria autoturismului Dacia 1300 şi zonele preferenţiale de coroziune Grunduirea. Fosfatării îi urmează aplicarea stratului de grund, strat care
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
53/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
asigur ă aderenţa întregului sistem şi care, alături de fosfatare, joacă rolul principal în rezistenţa la coroziune. în general, pentru grunduirea electroforetică se utilizează grunduri pe bază de ulei maleinizat, epoxiester, polibutadienă etc. Etanşarea. După uscarea grundului circa 30 min la 180°C, urmează operaţia de etanşaizare a caroseriilor în zonele de îmbinare şi aplicarea pe dedesubtul caroseriei a unui strat de protecţie anticorosivă, antişoc şi antifonică. Acest strat este de tip plastisol (dispersii de r ăşini sintetice speciale şi plastifianţi organici), conferind proprietăţi deosebite de aderenţă, rezistenţă la coroziune, elasticitate şi, prin aceasta, rezistenţă la şoc. Vopsirea intermediar ă are ca scop asigurarea unui strat final de circa 100μm, pregătirea unui suport corect ce ameliorează unele defecte pe care le-ar putea avea tabla şi conferirea unei aderenţe şi întinderi bune stratului de finiţie. Finisarea. Emailurile constituie ultimul strat. Din punct de vedere al aspectului se utilizează două tipuri de finisare: opace şi metalizate. Din punct de vedere al tipurilor de vopsele (emailuri), se folosesc în paralel vopsele alchidice, acrilice, poliesterice saturate. Uscarea produselor de vopsire se face în cuptoare cu temperaturi între 135 - 185°C. Un proces tehnologic tipic de finisare a autovehiculelor este cel prezentat în figura 5.3. Acest proces tehnologic variază puţin de la o linie de finisare la alta, el cuprinzând, eventual, straturi suplimentare de vopsea pentru automobilele mai pretenţioase (de exemplu, Mercedes).
Fig. 5.3. Proces tehnologic tipic de finisare a autovehiculelor
Aspectul şi rezistenţa acoperirii aplicată pe automobile depinde de compoziţia fiecărui strat în parte, dar şi de grosimea finală a acoperirii. De aceea, fabricile de ă anumite prescripţii care sunt, de obicei, 100 - 120 μm pe automobile respect şi 90 - 100 μm pe cele verticale, iar pentru pretenţii mai mari, prin suprafeţele plane
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
54/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
aplicarea unui strat intermediar suplimentar de 130 - 140 (μm pe suprafeţele plane şi 100 - 120 μ m pe suprafeţele verticale. Este de menţionat faptul că un rol important în protec ţia anticorosivă îl are cordoanele de mastic aplicate prin diverse procedee pe piesele asamblate prin sudur ă sau / şi sertizare.
5.8. Materiale peliculogene ale sistemului de protecţie Materialele peliculogene se utilizează, în vederea asigur ării compatibilităţii lor, pe grupe de sisteme de vopsire (alchidic cu uscare la aer, alchidic cu uscare la cuptor, acrilic, epoxidic esterificat, epoxidic cu doi componenţi, siliconic etc.). Tabel 5.2. Principalele propriet ăţ i ale peliculelor de vopsele cu uscare la aer .
Vopsele
Caracteristicile fizico-cbimice ale peliculei
Alchidice
ă; •• Rezistent Aderentă /ă la supl ţi alifatici; solven • Sensibilă în solvenţi clorurati, cetonici, acizi, baze; • Aderentă; • Duritatea suprafeţei ridicată; • Rezistentă la acizi minerali diluaţi, la apă şi la baze; • Sensibilă la UV (a nu se utiliza la exterior în straturi subţiri); • Aderenţă bună (în special când vopseaua primar ă este epoxidică); • Rezistentă la solvenţi aromatici; • Rezistentă la abraziune; • Rezistentă la UV; • Rezistentă la apă, acizi, baze (comportare inferioar ă vopselelor epoxidice); • Aderentă; • Rezistentă la intemperii; • Puţin sau deloc afectată de temperatura ambiantă, de acizi minerali şi baze puternice; • Suple e bun ; ţ ă laă îmbătrânire; • Rezistent • Sensibile la solvenţi cetonici; • Durabilitate bună; • Sensibilitate la solvenţi; • Proprietăţi mecanice bune; • Rezistentă la apă, acizi, baze; • Permeabilitate mică la vapori de apă; • Stabilitate termică: - cauciuc clorurat: max. 90°C; - cauciuc ciclizat: max. 230°C, dar nu continuu.
Epoxidice
Poliuretanice
Vinilice
Acrilice Cauciuc clorurat/ciclizat
ăţ Principalele propriet peliculelor vopsele aerînsunt prezentate tabelul 5.2. iar cele alei ale peliculelor de de vopsele cu cu întăuscare rire la la cald tabelul 5.3. în
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
55/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Formarea peliculelor poate avea loc prin: evaporarea solventului, oxidare (lacuri şi
vopsele pe bază de ulei), reticulare (polimerizare, policondesare, poliadiţie). • Din prima categorie, cu formarea filmului prin uscare fizică (evaporare solvent) fac parte vopselele celulozoce, pe bază de clor cauciuc şi acreilice termoplastice.
Procesul de formare a peliculei este simplu: solvenţii se evapor ă lăsând un film continuu. • Oxidarea atmosferică care difuzează în film după eliminarea solventului prin uscare la aer şi provoacă o polimerizare lentă reacţionând cu grupele chimice oxidabile ale liantului utilizat stă la baza formării peliculei la vopselele gliceroftalice cu uscare la aer. • Polimerizarea, sub acţiunea căldurii, după depăşirea unui anumit prag de temperatur ă stă la baza formării peliculei la vopselele glicero-amionoplate, sistemelor acrilici vopselelor epoxifenolice. • Prin reacţii chimice diverse (altele decât oxidarea) prin amestecarea, de obicei, a două elemente şi formarea unor amestecuri cu stabilitate limitat ă se formează peliculele în cazul vopselelor poliuretanice, poliesterice, epoxipolianine, epoxipoliamide, vopselelor aminoplatice cu cataliză acidă. Alte vopsele se usucă şi se întăresc prin combinarea mai multor procese fizice şi chimice. Grundurile. Sunt dispersii de pigmenţi şi materiale de umplutur ă (în propor ţii mai mari faţă de emailuri) în lacuri, dând pelicule cu aspect mat sau semimat şi dure. Ele constituie primul strat aplicat şi fac legătura între suprafaţa de vopsit şi chit, vopsea sau email. De asemenea, au rolul de a acoperi neregularit ăţi de ordinul a 0,1 - 0,5 mm. Pigmenţii utilizaţi în grunduri sunt: cromatul de Zn, miniul de Pb, oxidul de Zn, pulberea de Zn de sunt Ba şilivrate K. grunduite, iar caroseriile sunt stocate în Piesele demetalic, schimb cromatul la caroserii procesul tehnologic în această stare de protecţie temporar ă. Chiturile. Sunt materiale întrebuinţate pentru umplerea cavităţilor şi pentru nivelarea şi netezirea suprafeţelor de vopsit. Ele se aplic ă peste grund, f ăcând legătura între acesta şi grundul de culoare, vopsea sau email. Ele sunt constituite din lacuri cu adaos mare de pigment şi material de umplutur ă. După uscare ele dau straturi dure, cu aspect mat şi uşor de şlefuit. Grundurile de culoare se mai numesc şi vopsele intermediare şi sunt dispersii de pigment şi material de umplutur ă în lacuri sau uleiuri cu o propor ţie de pigmenţi intermediar ă între aceea a grundului şi cea a vopselei de culoare ce constituie ător. Ele sunt depuse în culoarea stratului ce urmează a fi aplicat şi au un stratul aspecturm semimat. Lacurile. Sunt soluţii de derivaţi celulozici, r ăşini naturale sau sintetice în solvenţi organici, cu sau f ăr ă adaos de uleiuri vegetale. Ele sunt incolore sau slab colorate (de r ăşinile utilizate sau de coloran ţii organici solubili şi transparenţi) şi dau, după uscare, pelicule transparente (cu excepţia lacurilor bituminoase) şi cu aspect lucios. Vopselele. Termenul generic de vopsele înglobeaz ă ansamble de produse care asigur ă protecţia, decorarea sau proprietăţi specifice obţinute plecând, în general, de la lichide pulverizate (uneori pudre), care dau un film conform exigenţelor cerute. Vopselele sunt dispersii de pigmenţi sau pigmenţi şi materiale de umplutur ă în diferite substanţe peliculogene, în general de natur ă organică. Ele sunt colorate şi acoperitoare, iar după uscare dau pelicule cu aspect semimat sau semilucios. Scopul utilizării lor poate fi multiplu: decorativ, protector, izolant, filtrant sau
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
56/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
absorbant al anumitor radiaţii bine definite, etc. Tabel 5.3. Principalele propriet ăţ i ale peliculelor de vopsele cu înt ărire la cald
Vopsele Liant întăritor Alchidic Aminoplastici
Epoxidic Fenolici aminoplastici Acrilic
Caracteristici Observaţii fizico-chimice ale peliculei de vopsea Aderentă, suplă, str ălucitoare; Duritate superficială superioar ă la achidicelor cu uscare la aer; Rezistentă la apă, la agenţi chimici. Aderentă; Rezistentă la abraziune, apă, la
şocuri, la agenţi chimici Rezistentă la solvenţi; Superioare Melamino-formol Duritate superficială; acrilicilor
Epoxidici
Polimeri Caprolactame cu blocate prin grupare izocianaţi OH
Comportarea la acizi termoplastice şi la baze. • Aderenţă bună (în Practic sunt special când aceleaşi vopseaua primar ă caracteristici ca este epoxidică); cele obţinute cu • Rezistentă la vopsele cu uscare solvenţi aromatici; la aer poliure• Rezistentă la tanice. abraziune; • Rezistentă la UV; Rezistentă la apă, acizi, baze (comportare inferioar ă vopselelor epoxidice).
La automobile vopselele au ca scop principal protec ţia şi decorarea. în general, lacurile şi vopselele se prezintă sub forma unor produse gata de ţare sau ă numai adaosuri ţi. sintetice, produsele pot întrebuin careprime necesit diluan ă de în cazul unor materii peliculogene pe bazde r ăşini consta din 2 - 3 componente care se ambalează separat şi care se amestecă numai în momentul! utilizării (în cazul folosirii unei aparaturi speciale, ca de exemplu pistolul cu două căi sau maşina de turnat în două corpuri etc), sau înainte de utilizare în vasele de lucru. Noile orientări în domeniul vopselelor auto permit definirea a dou ă direcţii posibile da dezvoltare: eliminarea total ă a solvenţ ilor organici (vopselele pudr ă, vopselele diluate în apă) şi reducerea de solvenţ i. Vopselele se pot împăr ţi în două mari categorii: primare şi de finiţie.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
57/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
5.9. Vopselele primare Acestea sunt de multe feluri şi pot fi împăr ţite în funcţie de natura lor, rolul lor sa pigmenţi. Cele mai cunoscute sunt prezentate în continuare. Vopselele primare reactive. Sunt pe baza de vinil butiral modificat, cu sau f ăr ă r ăşini fenolice sau epoxidice. Ele au o bun ă aderenţă, asigur ă o protecţie bună şi au, în general, ca pigment, cromatul de zinc. Sunt comercializate în două forme: în două faze primare + diluant reactiv sau într-o fază gata de utilizare. Vopsele primare anticorosive. Sub aceasta denumire sunt grupate, în general, vopsele destinate a fi aplicate direct pe suprafeţele metalice pregătite. Ele asigur ă o bună protecţia anticorosivă prin natura pigmentului şi o bună aderenţă şi coeziune prin natura liantului lor. Principalele familii sunt: alchide modificate cu uleiuri sau gliceroftalice, epoxidice si eteri epoxi, precum şi poliuretanice. Vopsele alchidice sau gliceroftalice. Acestea sunt pe bază de lianţi cu întărire prini oxidare cu oxigenul din aer în prezen ţa sicativilor. Sunt cele mai larg utilizate, ăţii prepar având avantajul simplit rii şi aplicării,mediului timpul de uscare fiind propor ţional şi cu ătemperatura cu grosimea stratului depus ambiant. Vopsele epoxidice. Sunt în doi componenţi care se amestecă în momentul utilizării. Ele asigur ă, prin natura lor, o excelentă aderenţă, o bună rezistenţă chimică şi mecanică şi performanţe superioare produselor deja menţionate. Vopselele poliuretanice. Sunt vopsele a căror reacţie de bază este poliadiţia. Au dezavantajul că pentru utilizare păr ţile componente (baza şi întăritorul) trebuie să fie amestecate cu multă grijă, respectând cu stricteţe raportul componentelor.
5.10. Vopselele de finiţie După cum le indică şi numele, acestea sunt vopsele a căror principală sarcină este să asigure un aspect final str ălucitor şi plăcut, o rezistenţă bună la şoc şi la agenţii climatici. Este necesar să fie uşor de aplicat şi să aibă un timp de întărire convenabil. Circa 90% din furnitura actual ă o reprezintă produsele pe bază de gliceroftalaţi şi poliuretani.
5.11. Diluanţii Sunt amestecuri de solvenţi care servesc la diluarea lacurilor, emailurilor şi vopselelor gata fabricate, dându-le consistenţa potrivită aplicării pe suprafeţele vopsite. Principalii lor componenţi sunt: hidrocarburile alifatice, hidrocarburile aromatice, alcoolii, cetonele, eterii, esterii şi derivaţii halogenaţi. Utilizarea corectă a solvenţilor este un factor deosebit de important pentru realizarea unei pelicule de calitate superioar ă. în general, solvenţii trebuie să corespundă anumitor condiţii, dintre care cele mai importante sunt: capacitatea de a dizolva toţi componenţii amestecului şi, în special, polimerul, lipsa de reactivitate faţă de substanţele din amestec, compoziţie şi caracteristici constante. în industria de peliculogene, noţiunea de diluant este folosită cu două înţelesuri. Primul sens este acela de lichid care nu constituie un solvent (dizolvant) pentru polimer, fiind miscibil cu solventul şi se adaugă în amestecul pentru fabricarea lacului fie pentru economisirea solventului, fie pentru atingerea unei anumite viscozit Aăţi. doua semnificaţie este aceea de amestec de solven ţi sau
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
58/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
solvenţi-nonsolvenţi. Adăugarea unui nonsolvent într-o propor ţie prea mare poate determina precipitarea unui component al soluţiei (în special polimerul) care î şi pierde, în consecinţă, omogenitatea; acelaşi fenomen poate avea loc în timpul uscării peliculei, dacă nonsolventul este mai puţin volatil decât solventul.
5.12. Alte materiale Materiale de lustruit Sunt emulsii de ceruri în apă, care conţin diferite adaosuri de
substanţe detergente şi substanţe u şor abrazive. Ele se folosesc pentru ob ţinerea luciului şi pentru încetinirea îmbătrânirii peliculelor pe care le acoper ă cu un strat subţire şi care le protejează contra radiaţiilor U.V. Materialele de lustruit se prezintă (se pot prezenta) sub formă de lichide sau paste. în vopsitorie sau după, se practică protecţii complementare pe subansamble vopsite: • antigravionaj (sub planşeu); ţiade cuceruri cear ăpentru pe subansamble; • protec aplicare protejare cavităţii; • protecţie compartiment motor, cu uleiuri speciale de protecţie cu proprietăţi antirugină şi anticorosive foarte marcate; • protecţie pentru stocare, transport cu trenul, pe mare etc.
5.13. Evoluţia produselor pentru vopsire Normele pentru protecţia mediului şi evoluţia produselor au determinat fabricanţii de vopsele să propună noi tehnologii care să aibă în vedere trei mari probleme: • ecologice: prin reducerea emisiilor de solvenţi, izocianaţi şi pigmenţi, cercetarea din produse cu conţinut ridicat de extract sec (vopsele, lacuri, întăritori, diluanţi etc.) şi bineînţeles, prin realizarea şi utilizarea de produse diluabile cu apă; • economice: prin raţionalizare şi simplificare, care să uşureze sarcina vopsitorilor de caroserii; • calitative: prin punerea la punct a sistemelor de vopsire, dezvoltarea de substraturi (mastic, apret) de lacuri, vopsele, pentru prepararea unei calităţi de finisare optimale. Începând cu 01.01.1997, în ţările Uniunii Europene a intrat în vigoare reglementarei privind reducerea cantităţii de solvenţi deversaţi în atmosfer ă. Şi în acest domeniu legislaţia americană, mai precis cea californiană, a dat tonul. Dintre principalele vopsele care au fost utilizate la caroseriile automobilelor după tipul de liant s-au remarcat: vopselele celulozice, cu un conţ inut foarte ridicat de substanţ e volatile (caracterizate printr-o bună rezistenţă la apă şi agenţi atmosferici, insensibile la uleiuri şi carburanţi, rezistente la abraziune), o serie de vopsele sintetice cu un procentaj mediu de solvenţ i şi diluanţ i (caracterizate printr-o mare rezistenţă la agenţi atmosferici, dure, str ălucitoare, rezistente la acţiunea solvenţilor), vopsele acrilice termorigide sau termoplastice metalizate sau nu (cu caracteristici generale foarte bune). Urmând progresele tehnologice şi cerinţele din ce în ce mai severe legate de mediu de la vopselele celulozoice s-a trecut la vopselele gliceroftalice, apoi la cele şi lape poliuretanice ca să se ajung actualmente laţelor, produse hidrosolubile acoperirea cu pulberi termoplastice. Răăspunzând cerin utilizarea vopselelor baz ă de apă la automobile nu mai constituie o noutate. în banda de montaj, prima aplicaţie a
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
59/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
fost cataforeza. Acest strat anticorosivj protejează elementele caroseriei plonjate într-o baie conţinând mai mult de 85% apă. Vopselele pe bază de apă au numeroase calităţi : colorimetria este foarte fidelă, putere de acoperire mare, uşurinţă la aplicare, rezistenţă la îmbătrânire bună (6-8 ani). Pot fi şi o serie de inconveniente care pot fi evitate dac ă se respectă cu stricteţe instrucţiunile de tehnologice pentru aplicare. Constructori de automobile ca Opel, Mercedes şi Volvo au adaptat linii de vopsire pentru lacuri apoase. Oferta de vopsele pe bază de apă este în creştere, astfel de produse fiind fabricate curent de firme ca Du Pont, Glazurit, Herberts, ICI, Max Meyer etc.
5.14. Considerente privind vopsirea cu pulberi În prezent industria de vopsele este sub o presiune continuă pentru a produce vopsele cu un conţinut scăzut de solvent sau f ăr ă, şi pentru a creşte eficienţa transferului (partea din materialul de vopsire care r ămâne pe piesă). Implicit, sectorului industrial cu protecţia anti-corosivă peliculogenă i se impune să se adapteze noilor materiale, instalaţii şi tehnologii. Un număr mare de procese concurente au ieşit la iveală şi dintre ele, aplicarea acoperirilor în stare solidă (acoperirea cu pulberi) s-a impus ca una dintre tehnologiile cu crederea cea mai rapid ă de pe piaţă astăzi. Pulberea plastică este un amestec cu următoarea compoziţie: r ăşina de bază (cu masă molecular ă scăzută), agentul de întărire, pigmenţi, umpluturi şi diver şi adezivi. Pe măsur ă ce este expusă la temperatur ă înaltă (180 - 200°C), pulberea se topeşte, curge, se aşează şi se întăreşte (se formează legături chimice intramoleculare) cu formarea unui produs de reacţie cu masă ridicată. Stratul întărit rezultat ăeste stabil termic (nu se reînmoaie dacăă. este încălzit mai departe) şi are o ă diferit ă fa ţă de structur chimic r ăşina de baz În funcţie de r ăşina de bază pulberile pot fi: epoxidice, epoxi - poliesterice, epoxi -fenolice, poliesterice, poliuretanice, poliuretanacrilice. Tabel 5.4. Propriet ăţ ile comparative ale peliculelor de vopsele pudr ă Epoxidice Epoxi-poli Polieste- Poliureta- Acrilice Tipul vopselei Caracteristica esterice rice nice Excelentă Bună şi Bună şi Foarte bună Bună şi Rezistenţ a chimic ă foarte foarte foarte bună bună bună Rezistenţ a la coroziune Excelent Bun Bun Bun i ă ă ă ă şbună foarte Rezistenţ a la UV NS la ac- Foarte Foarte bună Foarte bună NS ceptabilă bună la la excelentă la excelentă excelentă Rezistenţ a la NS Bună Excelentă Bună Bună supracoacere Excelentă Excelentă Excelentă Excelentă Acceptabilă Flexibilitatea şi bună Duritatea suprafeţ ei Excelentă Foarte Foarte Foarte bună Bună şi bună bună foarte bună Excelentă Foarte Foarte Foarte bună Foarte bună Aderenţ a (metoda grilei) bună bună NS - nesatisfacătoare
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
60/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Principalele proprietăţi ale peliculelor de vopsele rezultate cu vopsele pudr ă sunt prezentate comparativ în tabelul 5.4, conform aprecierilor lui D. Duran. •
Tehnologiile consacrate de aplicare a pulberilor sunt: pudrarea în pat fluidizat, prin care pe piesele preîncălzite la o temperatur ă su-
perioar ă punctului de topire al pulberilor se aduc particule de pulbere care sunt în suspensie, cu ajutorul unui curent de aer de viteză uniformă. (Se echilibrează viteza de cădere a fiecărei particule. Pulberea ader ă, se topeşte şi sinterizează pe suprafaţa metalică, formând o peliculă continuă. Piesele se r ăcesc lent pentru evitarea tensiunilor interne în peliculă.) • pudrarea în câmp electrostatic se bazeaz ă pe proprietăţile de orientare şi atracţie a câmpului electrostatic. Particulele de pudr ă sunt ionizate în câmp electrostatic, prin frecare, sau prin combinarea acestor dou ă metode şi proiectate pe suprafaţa piesei metalice încărcată cu sarcini electrice de semn contrar. Funcţie de intensitatea câmpului electrostatic şi de natura pulberii se obţine un strat uniform de o anumită grosime, cuprinsă de regulă între 20 - 100μm. Sinterizarea pudrei se face în cuptorul de uscare la 180 - 200°C, în 10 - 15 minute. Avantajele acoperirii cu pulbere sunt următoarele: eficientă utilizării materialelor este deosebii de mare (procentul de material • utilizat per total este dei 88 – 93 %, faţă de 25% în cazul vopselei); • prin lipsa solventului la aplicare (grad de volatilitate zero) se diminuează pericolul de incendiu şi se elimină poluarea mediului; • acoperire potenţial mult mai durabilă; • acoperirea uniformă şi continuă a suprafeţelor cu geometrii complicate, în special pe muchii şi colţuri; • aplicarea f ăr ă operaţii prealabile de diluare, filtrare, control viscozitate, ă; •temperatur consumuri reduse de energie; • nu necesită personal de înaltă calificare; • se elimină defectele de peliculă datorate aplicării (în special scurgerile); • se îmbunătăţesc condiţiile de muncă ale vopsitorilor. Consideraţ ii generale privind îmbătrânirea peliculelor
Peliculele de vopsele trebuie să fie rezistente la intemperii, prin aceasta asigurând o protecţie maximă suprafeţelor de protejat. A fi rezistente la intemperii înseamnă a fi rezistente la cretare, a-şi menţine culoarea, a avea o stabilitate bună a luciului, a avea rezisten ţă la dezintegrare şi rupere.Condiţiile atmosferice determină o degradare care are loc în următoarele etape : • apare fenomenul de ceaţă la suprafaţa filmului şi un aspect mătuit urmat apoi doi cretarea acoperirii; • pigmenţii sunt eliberaţi treptat de lianţi şi expuşi din ce în ce mai mult infiuenţei agresive a atmosferei. (Unii dintre ei sunt spălaţi de ploaie şi repetarea acestui fenomen duce ca filmul să fie din ce în ce mai permeabil la umiditatea atmosfericii permiţând iniţierea fenomenului de coroziune şi distrugerea suprafeţei protejate). Imbătrânirea peliculelor protectoare se manifestă în mai multe feluri: • îng ălbenirea, decolorarea sau chiar schimbarea culorii, sub influenţa luminii solare, căldurii şi a unor contaminanţi atmosferici; • cretarea, care este fenomenul de pierdere de pulbere din vopsea, ce se poată
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
61/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
îndepărta de pe suprafaţa acesteia (cretarea succede fenomenul de pierdere a luciului, după aceasta urmând, de obicei, coroziunea); • formarea mucegaiului, în anumite situaţii; • fisurarea, datorită scăderii elasticităţii sub acţiunea efectului de oxidare, a îmbătrânirii şi a agresiunii atmosferice; • detaşarea, ca urmare a pierderii adeziunii, datorată nepregătirii corespunzătoare a suprafeţei care a fost vopsită. În general, stratul de protec ţie, cu grosimea, de obicei, de pân ă la 130 -140 μm, la un automobil, este compus din mai multe substraturi (figura 5.4).
Fig.5.4. Exemplu de compoziţie strat protecţie
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
62/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
6 MATERIALELE TEXTILE ÎN HABITACLUL AUTOMOBILELOR În ultimele două decenii, pe piaţa mondială a automobilelor s-a remarcat o pronunţată creştere a aplicaţiilor materialelor textile în habitaclu. Percepute ca un important factor de îmbunătăţire a aspectului şi confortului în ansamblul autoturismelor, materialele textile au influenţat direct asupra cotei vânzărilor. Cerinţele calitative impuse materialelor textile din habitaclul autoturismelor sunt: • rezistenţa culorii la lumină; • rezistenţa la abraziune; la tracţla iune (alungire); rezistenţţa culorii frecare; rezistenţa culorii la pătare cu apă; rezistenţa satisf ăcătoare la foc. Principalele categorii de fibre textile utilizate la realizarea materialelor destinate interioarelor sunt: • fibre textile sintetice (poliesterice, poliamidice, poliacrilonitrilice, polipropilenice); • fibre textile naturale: vegetale (viscoză, bumbac) sau de origine animală (lână); • amestecuri de fibre naturale şi sintetice (viscoză / fibre poliesterice sau poliamidice, lână / fibre poliesterice, poliacrilonitrilice, etc). În ultima perioadă, în competiţia dintre fibrele naturale şi sintetice s-au impus • • •
ţiei de confort pe care o fibrele tip lânăă faptului , graţie aspectului plăcut, este senza creeazănaturale , dar şi datorit că acest material privit mereu ca standard al eleganţei şi bunului gust. Aplicaţiile materialelor textile în interiorul autoturismelor şi natura fibrelor textile din care sunt realizate materialele pentru aceste aplicaţii sunt redate sintetic în tabelul 6.1. Tabel 6.1. Natura materialelor textile utilizate la automobile
Natura fibrelor/Aplicaţia Polisterice Polimidi ce îmbr ăcăminte scaune X — Păr ţi laterale îmbr ăcăminte X -
Polipro- Lână pilenice — X - X
Poliacril onitrilice X -
scaune îmbr ăcăminte pavilion Panouri de uşi Tablete spate Acoperire planşeu Îmbr ăcăminte portbagaj
X - - X X
- - — - -
X X X X X
X - - X X
- — - — -
O utilizare particular ă a fibrelor textile este la realizarea de piese plastice şi materiale compozite prin compactare (tablete spate, cochilii spătare scaune, panouri uşi, etc). Fibrele naturale, în special lâna, au propriet ăţi mecanice interesante, densitatea circa 1,5g/cm3, faţă de 2,5 g/cm3 g/cm3 - la fibra de sticlă, pot fi folosite la realizareatradi deţionale neţesute în combinaţim cuinjec fibre de PP, utilizând ţie...) ţe mijloace de prelucrare (termocompresie, Performan
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
63/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
mecanice optime se obţin cu o participare de 50% a fibrelor naturale şi depind de gradul decompactare. Avantajele utilizării fibrelor naturale în cazul acestui tip de aplicaţie sunt: rigiditate convenabilă la temperaturi ridicate, comportare bună la şoc, costum de investiţie scăzute, utilizarea redusă de componente provenite din materiale fosile.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
64/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
7 CĂRBUNELE ACTIV 7.1. Generalităţi Cărbunele activ este un produs rezultat din prelucrarea mangalurilor sau a altor materiale organice pirogenate, cu structur ă poroasă şi capacitate mare de reţinere (prin adsorbţie) a gazelor, vaporilor şi substanţelor dizolvate. Materialele de bază pentru fabricaţie sunt, în general, mangalurile (din lemn de fag sau alte esenţe). Mai pot fi folosite reziduurile solide ob ţinute din pirogenarea unor produse vegetale (deşeuri lemnoase de pădure, coji de nuci de cocos, coji de nuci, sâmburi de fructe, coji de seminţe), animale (oase, sânge), petroliere (cocs de petrol, bitum, negru de fum), deşeuri de cauciuc, cărbuni fosili (de la turbă la antracit) şi gudroanele de pirogenare ale acestora. Cărbunii activi se pot utiliza fie sub formă de pulberi, fie sub formă de granule, după necesităţile procesului tehnologic. în procesul de fabrica ţie, operaţia principală este activarea (deschiderea porilor şi mărirea suprafeţei specifice a materialului). Pentru cărbunele activ în general, propriet ăţ ile fizico-mecanice importante sunt: densitatea real ă, densitatea aparent ă, greutatea volumetric ă, friabilitatea, porozitatea, suprafaţ a specific ă, retentivitatea, c ăldura de marcare etc. Densitatea real ă a masei carburoase pirogenate din care este alc ătuit materialul ă variază între 1,1 + 1,25 g/cm3, variază între 1,8 şi 2 g/cm3, deşi densitatea aparent 3 iar greutatea volumetrică între 330 - 650 kg/m , datorită volumului deosebit de mare al porilor. Problema principală pentru structura fizică a cărbunilor activi este porozitatea acestora, element ce condiţionează capacitatea de adsorbţie. Porozitatea depinde atât de structura iniţială a materiei prime, de temperatura şi viteza de mangalizare, cât şi de condiţiile de activare. Ca o consecinţă a porozităţii, se poate considera suprafaţa specifică (raportul între suprafaţa de adsorbţie şi masa de cărbune activ). Suprafaţa specifică este condiţionată, de asemenea, de volumul total al microporilor 2
şcapacitatea ă este mai mare, cu atât i variază între 10 şi 1500 /g. Cu câteste suprafa specific de adsorb ţie a m materialului maiţabun ă. Utilizarea cărbunelui activ în industria auto s-a datorat faptului că pentru reducerea emisiei de hidrocarburi în atmosfer ă de către instalaţia de alimentare cu benzină a automobilelor s-a recurs la utilizarea unui bu şon etanş pentru rezervor. Deoarece în timpul funcţionării, datorită recirculării unei cantităţi mari de carburant şi creşterii temperaturii ambiante, hidrocarburile mai volatile se evapor ă şi se ajunge la crearea unei suprapresiuni în sistem, acesta se pune în legătur ă cu
atmosfera prin intermediul canistrei carbon, care face ca din punct de vedere al emisiilor de vapori de carburant sistemul s ă fie etanş. Un rol important în sistemul de control al emisiilor evaporutive cu canistra carbon îl are supapa de purjare.
Canistra carbon este un vas ce conţine carbon activ sub formă sferică sau lenticular ă, ale cărui dimensiuni sunt propor ţionale cu volumul rezervorului . Ea
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
65/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
comunică cu atmosfera la una din extremităţi iar la cealaltă comunică prin două tuburi cu rezervorul de combustibil şi respectiv cu galeria de admisie aer în motor. îmbogăţirea datorată hidrocarburilor recirculate este sesizată de sonda lambda, iar unitatea de control electronic micşorează timpul de injecţie.
7.2. Cărbunele activ cu utilizări auto Necesitatea controlului emisiilor evaporative datorate combustibililor la automobile precum şi satisfacerea cerinţelor impuse de propunerile de legislaţii în domeniu au impus dezvoltarea de noi sortimente de cărbune activ, speciale pentru această întrebuinţare. Piaţa de cărbune activ pentru controlul emisiilor evaporative a fost dezvoltată în SUA de peste 25 ani şi este dominată de un sigur producător, Westvaco BAX. în procedeele de control al emisiilor evaporative este important pentru cărbunele activ să fie capabil nu numai să adsoarbă nivele înalte de hidrocarburi cu punct de fierbere scăzut, dar să şi desoarbă o propor ţie mărită din acesta în timpul ciclului de purjare cu aer care-l regenerează la un echilibru al nivelului de retenţie, înaintea următorului ciclu doi adsorbţie. Diferenţ a dintre capacitatea de adsorbţ ie şi nivelul de retenţ ie este numit ă capacitate de lucru şi se exprimă în g adsorbite /100 ml c ărbune. în timpul evoluţiei produsului, criteriul de măsurare a cantităţii a fost testul de capacitate de lucru pentru butan (Butane Working Capacity - B.W.C.). Acesta constă în măsurarea masei de butan ce poate fi desorbit din 100 ml de c ărbune saturat în butan, în anumite condiţii de temperatur ă, flux etc. Folosind metoda ASTM Committee D-28, Proposed Method, care s-a impus în ultima perioadă, BWC-ul de 12,0 + 12,5 g/100ml poate fi atins cu un c ărbune activ ă între şi 325 cu o densitate cuprins 310 de g/l. activ (Westvaco BAX, Norit etc.) sunt ătoare Produsele firmelor produc cărbune realizate şi testate de acestea pentru a corespunde condiţiilor din practica SHED cât şi din punct de vedere practic.
7.2.1. Principalele caracteristici ale cărbunelui activ cu utilizări auto • Porozitatea este cea care asigur ă o suprafaţă specifică mare (peste 1000 m2/g) necesar ă unui produs de calitate; ea depinde de materia prim ă brută folosită şi de metoda de activare (pentru produsele cu destinaţie auto se execută, de obicei, cu abur sau chimic, în general cu acid fosforic). ă necesar ă, deoarece orice test de adsorbţie sau •capacitate Densitatea este ofer o caracteristic ă rezultate care sunt direct legate de aceasta. de lucru • Duritatea. Cărbunele cerut în această aplicaţie este mezoporos, adică are porii cu dimensiunile cuprinse între 1 şi 25 nm, trebuind să fie capabili să opună rezistenţă vibraţiilor ce pot apare în exploatare. • Dimensiunea granulelor. în general, se consider ă că un diametru al granulei de circa 2 mm ofer ă o cădere de presiune satisf ăcătoare la volumul curent al canistrei şi debitul de vapori impus. Făina de sâmbure de măslină este, de exemplu, o materie prim ă ce asigur ă obţinerea unui cărbune activ cu granulaţie convenabilă pentru etanşarea canistrelor şi ofer ă o scadere de presiune uniformă a debitului de gaz.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
66/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
7.2.2. Controlul emisiilor cu canistra carbon
În timpul utilizării acesteia pe automobil pot fi 3 situa ţii: • Adsorbtia: Moleculele de hidrocarburi emanate de rezervor se fixează pe moleculele carbonului din canistra. Aerul care vine de la rezervor este cur ăţit de hidrocarburile sale înainte de a fi eliminat în atmosfer ă. • Purjarea: datorită admisiei motorului, aerul nou aspirat din atmosfer ă traversează carbonul activ din canistr ă şi se încarcă cu hidrocarburile conţinute de acesta. Aceste hidrocarburi participă la combustie în cilindri. • Saturarea: Se produce când cărbunele activ nu mai poate adsorbi hidrocarburi, vaporii emanaţi din rezervor trecând în atmosfer ă nedebarasaţi de hidrocarburile lor. În figura 7.1 se prezintă ce se întâmplă în timpul procesului de încărcare cu hidrocarburi al cărbunelui activ la primul ciclu şi la următoarele cicluri, care sunt de acelaşi fel. Hidrocarburile trebuie să se prezinte în canistra exclusiv în faz ă gazoasă, lichidul neputând să fie extras din cărbunele activ. Apa (umiditatea) în canistr ă diminueaz ă de asemenea capacitatea. Pentru 50% umiditate relativă pierderea de capacitate este considerabil ă. Aerul aspirat pentru purjare trebuie să fie foarte cald şi uscat, putându-se prevede o canalizaţie care să ajute la îndeplinirea acestei condiţii. Actualmente volumul minim este de 1 litru, astfel că purjarea nu este perturbantă pentru motor. Pentru a diminua viteza de curgere a aerului de purjare secţiunea canistrei trebuie să fie de preferinţă circular ă. Raportul optim între secţiune şi lungime este de 1/3. Procesul de adsorbţ ie este exotermic iar procesul de purjare este endotermic.
Fig. 7.1. Cicluri de adsorbţie desorbţie pe cărbunele activ
O canistr ă carbon poate adsorbi de 2,5 ori mai mult ă benzină decât butan. Adsorbtia se datorează for ţelor Van der Walls. Cea mai mare parte din pori au diametre de 10-100Â (mezopori). Dacă porii sunt mai mici captarea hidrocarburilor este definitivă, dacă sunt prea mari (macro-pori) capturarea
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
67/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
hidrocarburilor nu se face datorită distanţei prea mari dintre moleculele de carbon activ şi moleculele de hidrocarburi. Datorit ă faptului că o parte din pori au dimensiuni foarte mici, la cărbunii activi în general există o parte de hidrocarburi captaţi definitiv, o parte r ămasă (figura 7.1). Adsorbţia fizică este slabă exceptând situaţia existenţei unor porii cu dimensiuni reduse. Trebuie un compromis între performanţele de adsorbţie şi de purjare. Prin condensare în capilare capacitatea de adsorbţie creşte foarte mult (figura 7.2.). Cele mai bune rezultate se obţin cu pori cu dimensiuni între 20 şi 50 Â. Canistra trebuie amplasată ferit de umiditate dar în locuri reci şi ventilate. Aerul prelevat pentru purjare trebuie să fie cald şi uscat. Amplasarea faţă de rezervor trebuie să aibă în vedere evitarea efectului sifon. Nu trebuie să ajungă carburant lichid în canistra carbon. Vaporii de hidrocarburi, conţinuţi în canistr ă, trebuie să fie purjaţi prin trecerea de aer uscat, desorbi ţ i prin trecerea de aer uscat generat de prin depresiunea creată de motor şi apoi reaspirat prin circuitul de admisie. Mărimea poate fi ajustată prin: • volumul purjei, reglat în funcţie de debitul de aer şi de durată; • momentul purjării nu trebuie să degradeze îmbogăţirea amestecului carburant admis în cilindrii motorului. Reglementarea europeană Jurnalul oficial al Comunit ăţ ii europene Nr. L242 dini 30.08.91 a definit determinarea emisiilor evaporative provenind de la vehicule cu aprindere comandată.
Fig. 7.2. Adsorbţia, condensarea în capilare, evaporarea
7.2.3. Stocajul GNVcu cărbune activ O metodă de stocaj GNV (gaz natural vehicul) const ă în a utiliza materiale absorbante (cărbune activ sau oxizi metalici). Avantajele constau într-o capacitate masică de stocaj mărită (figura 7.3) şi în utilizarea de presiuni mai puţin ridicate (30-40 bar, în comparaţie cu 200 bar, considerată presiunea de comprimare optimă pentru stocaj la utilizarea pe vehicul). în aceast ă variantă costurile de compresie sunt mai puţin ridicate şi forma rezervoarelor, în mod necesar cilindrică pentru comprimare la 200 bari, poate prezenta particularităţi geometrice variate, compatibile cu diverse implantări pe vehicule.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
68/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Fig. 7.3. Eficacitatea comparativă de stocaj GNV pe cărbune activ şi în rezervor clasic Sunt în curs numeroase cercet ări pentru dezvoltarea rezervoarelor de GNV de tip absorbant. Se încearc ă rezolvarea problemelor de stăpânire a proceselor termice ce însoţesc adsorbţia (exotermice) şi desorbţia (endotermice), capacităţile de desorbţie, durata de viaţă a materialelor.
S-a ajuns deja la posibilitatea de a atinge sub presiunea de 35 bar o capacitate volumică de stocaj de 125-180 litri gaz/1 litru rezervor, adică între 50 şi 80% din nivelul înregistrat în rezervoarele de gaz comprimate la 200 bar.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
69/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
8
MATERIALE PENTRU GARNITURI DE FRICŢIUNE 8.1. Consideraţii generale Garniturile de fricţiune sunt organe de maşini destinate să transforme progresiv şi controlat energia cinetică a autovehiculului în căldur ă, sau să asigure transmiterea cuplului motor transmisiei prin intermediul ambreiajului. Materialul de fricţiune este o componentă importantă pentru securitatea şi performanţele sistemului de frânare al vehiculului. Deoarece multe detalii sunt secrete de fabrica ţie, în continuare se va face numai o prezentare generală a acestora. Mult timp, materialele de fricţiune au conţinut, f ăr ă excepţie, azbest în calitate de component principal. Acesta prezintă numeroase caracteristici care sunt utile în formarea unui material bun pentru frâne şi ambreiaje, şi anume: este inert, fibros, posedă un grad de duritate acceptabil în contact cu materialele feroase şi are un preţ convenabil. Studii medicale serioase au evidenţiat riscuri deosebite în ceea ce priveşte apariţia cancerului la cei cel lucrează cu sau în vecinătatea azbestului. În afar ă de problemele pe care le ridic ă utilizatorilor direcţi, s-a dovedit că folosirea garniturilor de fricţiune cu azbest conduce la apariţia în atmosfer ă, în propor ţii apreciabile, a unor particule foarte fine din acest produs, ceea ce a determinat ca încă din anul 1970 Administraţia Americană să impună restricţii la utilizarea] acestuia. Regulamentul ECE numărul 90 intitulat Prescripţ ii uniforme relative la omologarea garniturilor de frână asamblate şi de schimb pentru vehicule cu motoare şi remorcile lor, amendamentul 01, impunea utilizarea garniturilor de frână f ăr ă azbest încă de la 01.01.1995. Legislaţia românească în domeniu s-a aliniat acestei cerin ţe începând cu 01.01.1998. Pentru a putea fi utilizate la autovehicule, materialele de fric ţiune trebuie sil îndeplinească o serie de condiţii: • coeficientul de frecare să fie cât mai constant, în condi ţii cât mai variate de funcţionare (temperatur ă, umiditate, presiune de contact etc); •• ssă aibă rezistenţă ridicată la uzur ă şi la solicitări mecanice; ă absoarbă o cantitate cât mai mare de energie; • să asigure o cuplare lină, f ăr ă şocuri sau vibraţii; • să asigure o frânare lină şi progresivă. Alegerea materialelor care se utilizează la realizarea de garnituri de fric ţiune trebuie sfl tină cont de cerinţele de calitate ale acestora care pot fi grupate astfel: • calităţi tribologice: coeficient de frecare ridicat, stabilitatea coeficientului de frecare rezistenţa la abraziune, neabrazivitate, rezistenţa la coroziune, necorosivitate nezgomotoase; • calităţi termice: refractaritate, conductibilitate termica; • calităţi fizice: dispersia constituenţilor, porozitate; • calităţi mecanice: aptitudine la preformare, rezisten ţă la tracţiune, rezistenţă la compresiune, compresibilitate, rezistenţă la flexiune, rezilienţă;
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
70/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
• calităţi economice: costuri scăzute ale constituenţilor, costuri scăzute de fabricaţie; • alte calităţi: f ăr ă riscuri pentru sănătate, f ăr ă riscuri pentru mediul înconjur ător. Actualmente, garniturile de fricţiune sunt fie cu azbest (în ţările care nu au încă reglementări de interzicere a acestuia), fie f ăr ă azbest. Garniturile cu azbest conţin cantităţi însemnate din această categorie de material, în timp ce matricea este un liant organic. Actualmente sunt produse scoase din uz materialul fibros, azbestul-material prohibit a fost înlocuit cu diverse fibre organice, minerale şi / sau metalice. Garniturile metalice conţin în principal materiale metalice, în timp ce matricea este un material metalic. Ele sunt clasificate, în general, în slab metalice (conţinut feros de până la 20%) şi semimetalice (conţinut feros de 20% până la aproape 100%). Garniturile semimetalice conţin materiale metalice în locul azbestului, în timp ce matricea este un liant organic. Alte tipuri de materiale de fricţiune sunt materialele ceramice sinterizate, care sunt compuse din pulberi metalo-ceramice pe baz ă de Cu, Fe, Sn, Pb, Zn sau grafit. Componenţii garniturilor de fricţiune se împart, în general, în urm ătoarele patru grupe de bază: Fibra este componenta care asigur ă rigiditatea necesar ă şi rezistenţa pentru garnitur ă. În cazul celor care lucreaz ă la temperaturi ridicate, fibra asigur ă, de asemenea, stabilitatea termică. Ramforsarea cu fibre a materialelor de fric ţiune pentru frâne şi ambreiaje ajută procesul de fabricaţie, prelungeşte viaţa şi performanţele garniturilor, reduce intensitatea procesului de fisurare mai ales în jurul găurilor pentru nituri. Materialele cu structur ă fibroasă includ: azbestul, lâna de oţel nealiat şi / sau oţel ă dedecupru inoxidabil tocatăfibrele , lâna de aluminiu tocat fibrele minerale, fibra de tocat sticlăă,, lân fibra carbon, aramidice, fibreă, celulozice, fibre poliacrilonitrilice etc. Materialele de umplutur ă sunt, în general, minerale ieftine având rolul de a prelungi viaţa garniturii, de a completa spaţiile şi de a reduce preţul de cost. Din această categorie fac parte barita, carbonatul de calciu, unele argile, iar în cazul garniturilor metalice, pulberile metalice fine. Materialele de umplutur ă alese necorespunzător pot cauza zgârieturi şi caneluri pe suprafeţele metalice ale discurilor sau tamburilor. Lianţii sunt adezivi care unesc materialele din compoziţia garniturii. Materialele cele mai folosite pentru lianţi sunt cel mai frecvent fenolformaldehidice.
Tratarea acestora face lacomplet temperaturi de pânară la 230°C timp mai multe ore.ă Când nu se obţine osetratare ă, garnitura putea să aib ă ode rezisten ţă redus la căldur ă. Modificatorii de frecare sunt, în general, elastomeri care îmbun ătăţesc proprietăţile mecanice şi de uzur ă, agenţi de tratare şi alte materiale care afectează nivelurile de frecare. Alama, zincul şi alte metale se adaug ă pentru a controla proprietăţile abrazive şi pentru a cur ăţa suprafeţele şterse ale rotorului.
8.2. Coeficientul de frecare şi clasificarea garniturilor Toate garniturile încep să se dezintegreze pe suprafaţa de frecare din cauza temperaturilor ridicate datorate frecării. Din cauza distribuţiei neuniforme a presiunii
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
71/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
între garnitur ă şi piesa în mişcare de rotaţie, precum şi datorită neregularităţilor de suprafaţă, temperaturile în suprafaţa de frecare nu vor fi uniforme pe toată zona de contact. Zonele cu temperaturi mari vor avea nivele de frecare mai mici decât cele cu temperaturi mai mici. O estimare analitic ă exactă a coeficientului de frecare la cupla garnitur ă-piesă în rotaţie nu este posibilă în momentul de faţă. Totuşi, pot fi f ăcute estimări apropiate pe bază de teste care s ă reproducă cât mai bine condiţiile din exploatare. Clasificarea de referinţă se bazează pe nivelurile cuplului de frânare realizat cu frâne reci. O frână este considerată rece atunci când temperatura sa este de 366°K. Pentru cele mai multe garnituri de fricţiune, coeficienţii de frecare vor creşte pe măsur ă ce temperaturaI frânei se ridică la aproximativ 423÷473°K. La temperaturi ridicate apropiate dej 523÷588°K şi peste, garniturile tind să prezinte fenomenul de frână slăbită, coeficientul lor de frecare scăzând sub valoarea la rece. Garniturile bune î şi vor reveni la nivelurile lor de proiectare (iniţiale), după r ăcire. La temperaturi extrem de reduse, coeficienţii de frecare tind să scadă sub valoarea la rece. Deoarece sistemele de frânare trebuie să funcţioneze în condiţii de securitate în toate împrejur ările funcţionale, selectarea corespunzătoare a materialului garniturii poate fi o problemă foarte importantă, în special pentru tamburul de frână. Procedeele de testare utilizate actualmente au fost dezvoltate pentru a măsura frecarea garniturii la diferite temperaturi, presiuni de contact, viteze etc. Pentru domeniile de clasificare propuse de SAE J661, se, recomand ă un procedeu pentru determinarea nivelurilor de frecare la rece (366°K) şi la cald (588°K) ale mostrelor de material de fric ţiune, mostre de un inch2 ca dimensiune. Două majuscule sunt folosite pentru a marca coeficienţii de frecare (µ) la rece şi la cald. Prima reprezintă o valoare a frec ării normale (la rece), a doua, frecarea la cald. Cu frecare, cât literaastfel: este cu ordin atâtEeste mailamare da C un - mai micmai de mare 0,15; în D alfabet, - 0,15 lacu 0,25; - 0,25 0,35;coeficientul F - 0,35 la 0,45; G - 0,45 la 0,55; H peste 0,55; Z necalificat. De exemplu, dac ă pe marginea garniturii estol inscripţionat FE, înseamnă că valoarea coeficientului de frecare este între 0,35 şi 0,45 la rece, să spunem 0,38, şi când este încălzită la 588°K este între 0,23 si 0,35, să spunem O,34. Este important s ă menţionăm că această clasificare, folosind domenii destul de largi ale coeficientului de frecare, poate cauza erori când acesta este folosit în analiza unui proiect existent. Calculele necesită valori precise, şi simpla folosire a oric ărei valori în limita domeniului nu este acceptabil ă. Pentru calcule vor fi folosiţi cel puţin coeficienţii de frecare medii. Deoarece numai o mostr ă cu suprafaţa de 25,4 x 25,4 mm este testat ă, pot exista diferenţe între valoarea şi valoarea realizată de piesa în exploatare. coeficientului obţinută ladetestare Albin Burkman la General Motors a folosit o metodă de testare în laborator pentru a determina dac ă umezeala poate avea un efect semnificativ asupra coeficienţilor de frecare şi a ajuns la concluzia c ă ace ştia sunt mai mari în perioadele de umiditate mare decât ta condi ţii de atmosfer ă uscată şi chiar şi mai mici atunci când frânele sunt inundate cu apă. Performanţele de frânare pot fi măsurate cu diverse tipuri de standuri speciale, sau indirect în testele de deceleraţie ale vehiculelor. Dacă se dispune de astfel de date, acestea pot fi folosite ca bază pentru analiza proiectului sistemului de frânare. Determinarea coeficientului de frecare conform Regulamentului ECE 90 pe stand se face la o viteză de rotaţie a discului sau tamburului de 660 ±10 rot/min, la presiunea de contact de 100 ± 20 N/cm 2 pentru plăcuţe şi 22 ± 6 N/cm2 pentru garnituri saboţi. Este necesar ă înregistrarea continuă a temperaturii în suprafaţa de
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
72/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
frecare şi existenţa unei ventilaţill care să asigure un debit de aer de 600 ± 60 m 3/h. Programul de încercare impune 7 cicluri (6 cu ventila ţie for ţată şi 1 f ăr ă ventilaţie), cu 10 reprize fiecare cu 5 secunde frânare şi 10 secunde relaxare. Pentru plăcuţe se determină µop (coeficientul de frecare optim), care este media valorilor înregistrate în cursul ciclurilor 2÷7, la o secundă după începutul primei frânări de la fiecare ciclu, µmax (coeficientul de frecare maxim), care este valoarea cea mai ridicată înregistrată în cursul ciclurilor 1÷7 inclusiv şi µmin (coeficientul de frecare minim), care este valoarea cea mai joasă determinată în cursul ciclurilor 1÷7 inclusiv. Pentru garnituri saboţi se determină cuplul mediu şi cuplul la cald (la 300°C). În România s-a obi şnuit să se folosească coeficientul de frecare determinat la 200°C, pentru o presiune de contact de 2,65 daN/cm 2, viteza tangenţială de 6 m/s, pe epruvete cu dimensiunea de 22 x 27 x 6 mm. Principiul de m ăsurare a coeficientului de frecare constă în echilibrarea momentului de frecare a două sau patru epruvete confecţionate din materialul ce trebuie verificat, pe un disc de font ă, cu un moment dat de un pendul de măsurare. Din relaţia: M μ p S D =
rezultă:
μ
⋅
=
⋅
⋅
M p S D ⋅
⋅
unde: µ -coeficientul de frecare, M -momentul dat de pendulul de m ăsurare, citit pe cadranul maşinii de încercare, în daN.cm, p - presiunea specific ă de apăsare a epruvetelor pe discul de fontă, în daN/cm2, S — suprafaţa de frecare a epruvetelor, D - diametrul mediu de frecare al epruvetelor. Determinarea intensităţii de uzur ă se face avându-se în vedere c ă aceasta depinde de cantitatea de lucru mecanic efectuat şi de temperatura suprafeţelor care se freacă. Intensitatea de uzur ă, exprimată prin uzura volumetrică raportată la energia consumat ă, se determină cu relaţia: Iv
=
Uv E
=
Uv M f π D n ⋅
⋅
⋅
unde: Uv - uzura volumetrică a epruvetelor, E - energia consumată, Mf - momentul de frecare, D — diametrul mediu de frecare, n - tura ţia discului (se menţine constantă), — timpul de frecare (constant).
8.3. Performanţele garniturilor de fricţiune Pe autoturism, se determină: • eficacitatea la rece (variaţia deceleraţiei în funcţie de presiunea din sistem la viteze constante - de obicei 40 şi 80 km/h); • eficacitatea la cald (variaţia deceleraţiei în funcţie de presiunea din sistem la 200°C şi viteza de 80 km/h); • eficacitatea după prima şi a doua recuperare; • eficacitatea după înc ălzire la mare vitez ă. Regulamentul ECE13 prevede verificarea autovehiculului în ceea ce prive şte spaţiul de frânare şi deceleraţia pentru situaţiile: gol, încărcat, debreiat, ambreiat, cu
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
73/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
avarie circuit faţă şi respectiv spate. Uzura garniturilor de fricţiune depinde de condiţiile de exploatare (de maniera de conducere a şoferului) şi este diferită pentru disc si tambur. Ea mai depinde de dimensiunile acestora (suprafaţa de frecare şi grosime) şi creşte rapid cu creşterea temperaturii de utilizare. Temperatura de utilizare (la suprafaţa de contact) poate ajunge până la 700°C iar garnitura trebuie să-şi pastreze eficacitatea Ia temperaturi ridicate şi să-şi recupereze rapid coeficientul de frecare după încălzire. În condiţii normale de funcţionare, plăcuţele performante ar trebui s ă dureze între 18.000 şi 50.000 km, iar garniturile de la sabo ţi de la 50.000 la 80.000 km. Piesele în rotaţie ar trebui să dureze circa două sau trei seturi de pl ăcuţe schimbate, respectiv saboţi; în condiţiile materialelor de fricţiune f ăr ă azbest, aceste valori sunt mai mici. Pentru materialul de fricţiune Roulunds DB881, de exemplu, plăcuţele de frână au o durată medie de viaţă de circa 25.000 km, iar discurile de circa 40.000 km, conform informaţiilor oferite de producător. O anumită uzur ă pentru discurile şi tamburii de frână este chiar de dorit şi necesar ă, astfel încât posibilele reziduuri de coroziune şi depunerile de materiale datorate frânărilor severe să fie înlăturate în timpul frânării normale. Garniturile de frână şi în special plăcuţele trebuie să aibă un anumit grad de porozitate pentru a minimaliza efectul apei asupra coeficientului de frecare. Caracteristicile fizico-mecanice ale garniturilor de fric ţi une şi tribologice. Pentru plăcuţe frână şi garniturile pentru saboţi, alături de coeficientul de frecare şi intensitatea de uzur ă sunt foarte importante: rezistenţa la forfecare la temperatura ambiantă şi la cald (la 250°C) şi la cald după îmbătrânire în condiţii de umiditate ridicată, rezistenţa la compresiune şi stabilitatea dimensională la cald. În figura 8.1 este prezentată variaţia temperaturii în elementele sistemului de frânare cu disc, în funcţie de durata de frânare.
Fig. 8.1. Variaţia temperaturii în elementele sistemului de frânare cu disc
Se constată că la suprafaţa de frecare cu piesa metalică în mişcare temperatura creşte rapid datorită frecării uscate la care participă materialul de fricţiune.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
74/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
9 MATERIALE CERAMICE 9.1. Consideraţii privind utilizarea materialelor ceramice la automobile Prin material ceramic se înţelege orice solid anorganic şi nemetalic obţinut sau utilizat la temperaturi înalte. Ceramica tehnică (ceramică de performanţă) considerată şi a doua generaţie de materiale ceramice cu utilizări industriale are la bază: • oxizi ai metalelor şi ai metaloizilor (în special ale Al, Zn, Be, Ti, Si etc); • carburi, nitruri, boruri (SiC, Si3N4, TiB2); • unele forme ale carbonului (exemplu fibrele de carbon). Interesul constructorilor de automobile, din anii '70, pentru utilizarea acestor materiale la realizarea motoarelor sau a altor piese auto din sistemul de evacuare gaze s-a justificat prin prisma avantajelor deosebite pe care le ofer ă acestea: rezistenţa la temperaturi înalte [ceea ce, se considera, c ă le face foarte potrivite pentru realizarea de supor ţi catalitici auto (monoliţi) şi eventual la motoare, oferind posibilitatea îmbunătăţirii randamentului termic], rezistenţa la uzare, rezistenţa la atacurile chimice ale produselor de ardere, greutate redus ă, dilatări reduse şi materie primă din abundenţă. ţele cu foarte şite dinspre ă la de ţei Performan totul ieridicate comun se refer păstrarea mecanice la temperaturi deosebire chiar cele alerezisten metalelor denumite refractare (figura 9.1) şi la absenţa aproape totală a deformaţiilor, ruperea apărând brusc la o anumită valoare a sarcinii (figura 9.2).
Fig.9.1. Variaţia rezistenţei mecanico cu temperatura pentru metale şi materiale ceramice
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
75/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Fig. 9.2. Deformaţia metalelor şi ceramicelor sub sarcină
Există însă şi dezavantaje majore ca fragilitatea ceramicelor şi dificultăţi legate de prelucrarea lor, care au marcat cercetările legate de utilizarea materialelor ceramice la fabricarea motoarelor diesel adiabatice (f ăr ă schimb termic cu exteriorul). O prezentare comparativă între principalele proprietăţile fizico-mecanice ale ceramicelor tehnice şi ale unor aliaje larg utilizate în construcţia motoarelor cu ardere internă este prezentată în tabelul 9.1. Interesul pentru utilizarea materialelor ceramice la automobile a fost la început foarte mare, căci izolarea termică permite ridicarea temperaturilor de combustie. Constructorii europeni s-au lansat atunci într-o intensă muncă de cercetare care a demonstrat că fragilitatea extremă a materialelor ceramice condamnă utilizarea lor la fabricarea motoarelor de mare serie. Tabelul 9.1. Comparaţ ie între propriet ăţ ile fizico-mecanice ale ceramicelor tehnice şi ale unor aliaje larg utilizate in construcpa motoarelor cu ardere intern ă Material Aliaje Fontă Mat Zirconia de Al cenuşie ceramice în ZrO2
Caracteristica Densitatea (kg / dm3) 2,8 -6 Coeficient de dilatare liniar ă (10 • 21 °K-1) Temperatura maximă de utilizare 400 (°C) Rezistenţa la compresiune (MPa) 220 3
Modulul de elasticitate (10 MPa) Tenacitatea la repaus (MPa . m) 75 25 Rezistenţa la încovoiere (MPa) 220 Conductivitate termică(W/m°K) 160
7,6 13
general 2,5-4,6 3-4,6
5,7 9,8
650
1200-1650
1100
280
550-3500
2100
110 40 280 65
160-510 1-5 200 - 700 20 - 100
200 10 500 2,5
Materialele ceramice s-ar putea folosi în viitor sub formă de acoperiri pe piese metalice în turbocompresoare sau în turbine de gaz pentru vehicule hibride, sub formă de fibre, în calitate de componente de ranfosare pentru ameliorarea caracteristicilor mecanice la temperaturi înalte ale materialelor metalice (compozite cu matrice metalică). Zirconia (ZrO2) poate prezenta interes pentru piesele de motor deoarece, dintre toate ceramicele elaborate şi studiate până în prezent, are coeficientul de dilatare cel mai apropiat de al metalelor, este un bun izolant termic, permite să fie ranforsată şi se pretează bine la utilizarea sub formă de acoperiri. Piese din materiale ceramice care deja se realizeaz ă în serii foarte mari şi pentru care practic nu prea există alternative sunt actualmente izolatorii pentru bujiile destinate m.a.i., supor ţii ceramici pentru sistemele catalitice şi componenta activă a sondei lambda, formată dintr-un amestec de ZrO2 şi Y2O3.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
76/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
9.2. Utilizarea materialelor ceramice la realizarea de piese pentru sistemele de depoluare Supor ţii ceramici ai sistemelor catalitice se realizează în principal din materiale ceramice cordieritice, cel mai adesea, sau pe bază de Al2O3 sau CaTiO3 cunoscute şi sub numele de Perovskite. Principalele caracteristici ale unor supor ţi monolitici ceramici şi comparativ pentru cei metalici sunt prezentate în tabelul 9.2. Cei metalici sunt mult mai scumpi. Tabel 9.2. Principalele caracteristici ale unor supor ţ i monolitici ceramici şi metalici
Caracteristica
UM
Numărul de celule Grosimea pereţilor Porozitatea Suprafaţa geometrică Densitatea materialului Densitatea aparentă Conductivitate termică
Cel./cmp mm % Mp/l g/cmc g/cmc Cal/cm. s.°C dilatare 10-6/°C
Coeficient de termică la 600°C Temperatura limită utilizare Mărimea macroporilor
de °C Å
ărimea microporilor M Cantitatea de căldur ă Å kJ necesar ă pentru încălzirea dela 0 la 100°C pentru un monolit de 1 dmc
Cordierit 15%Cr; 4-5%Al; 2MgO•2Al2O3SiO2 0,1-0,3%Y sau Ce; restul Fe 46 sau 62 62 0,10; 0,15; 0,30 0,04-0,05 28-35 2,19 sau 2,79 3,2 1,68 7,3 0,58 sau 0,41 1,25 0,005 0,8
20
1100 (1380 °C - t. Circa: 1100 de topire) 7.000-10.000 70-90 63
31
Fig.9.3. Poziţia ceramicii cordieritice in diagrama de echilibru de faze la sistemul ternar SiO2 MgO Al2O3
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
77/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Materialele folosite pentru protejarea monoliţilor ceramici în catalizatori sunt formate, în general, din fibre ceramice cu adaus de mică şi cantităţi foarte mici de lianţi organici. Zeoliţii, silicaţi hidrataţi de Al şi metale alcaline şi alcalino-pământoase (nu însă şi de Mg) cu structuri moleculare afânate, sunt o categorie de materiale ceramice ce prezint ă interes pentru sistemele catalitice ale automobilelor. În diagrama de echilibru de faze la sistemul ternal SiO2~ MgO~ Al2O3 (figura 9.3) se pot observa limitele de fuziune ridicate ale ceramicii cordieritice. Amplasarea materialelor ceramice (monolit şi material de izolare) în catalizatorii auto este prezentată în figura 9.4. Suportul secundar al catalizatorului auto (wash coat), figura 9.5, pe care sunt depuse metalele preţioase, este format dintr-o mare varietate de oxizi (Ni, Ce, La, Ba, Yr, etc) şi reprezintă, de asemenea, un material ceramic special, care se aplic ă chiar şi când "monolitul" este metalic.
Fig 9.4 Elementele componente ale unui catalizator auto
Componenta activă a sondei lambda, format ă dintr-un material ceramic pe bază de ZiO2 şi Y2O3, este un electrod solid, care este şi un conducător al ionilor de oxigen. Dacă de o parte şi alta a electrodului solid se fixează electrozi poroşi şi dacă fiecare parte este supusă unor concentraţii diferite de O 2 , de o parte aer, de cealalt ă parte gazele de evacuare (cu o concentraţie redusă de O2) între electrozi se stabileşte o tensiune electrică.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
78/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Fig.9.5. Poziţia wash coat-uluiîn monolitul catalizatorului
Fig. 9.6. Construcţia sondei lambda
Aceasta prezintă, în general, un nivel maxim de 800-900mV pentru dozaje bogate şi un nivel minim de 10-15mV pentru dozaje s ărace, cu tranziţie bruscă între aceste niveluri la dozajul stoichiometric. Amplasarea materialelor ceramice active în sonda de oxigen (sonda lambda) este prezentată în figura 9.6. Filtre de particule. Materialele ceramice (cordieritul, mulitul şi CSi, cu porozitate crescută) sunt utilizate la realizarea de elemente filtrante pentru gazele de eşapament (figurile 9.7 şi 9.8). Acestea reţin şi acumulează particulele cu dimensiunile între 10 şi 500 nm. Particulele sunt constituite din hidrocarburi, apă, sulfaţi şi microsferule de carbon. Gradul de reţinere al unui filtru este în general definit ca raportul dintre cantitatea de substanţe reţinute în filtru şi cantitatea continuată în fluxul de gaze arse. Această cantitate poate fi exprimată prin masa unei substanţe generatoare (de exemplu prin carbonul elementar) dar şi prin numărul de particule. Cum cantitatea de substanţă r ămasă pe filtru nu poate fi determinată cu precizie satisf ăcătoare prin măsur ători, se calculează plecând de la diferenţa dintre cantitatea detectabilă în aerosol înainte şi după filtru. Un exemplu de reducere a emisiilor de particule indicat în test de qualite VERT pour systemes de filtre pour moteurs diesel, OFEFP / Ssuva (2002) este prezentat în tabelul 9.3.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
79/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Fig. 9.7. Filtru de particule cu matrice monolit de ceramică poroasă
Fig. 9.8. Filtru de particule cu spumă ceramică Tabelul 9.3
Gradul de reţinere In stare iniţială După > 2000 ore Masa totală a carbonului > 90% > 85% Numărul de particule de > 95% > 90% 10-500 nm Elementele ceramice filtrante, pentru o utilizare îndelungată, sunt regenerate prin purjare sau termic prin operaţii speciale de piroliză (descompunere chimică obţinută prin încălzire) sau de cataliză. O alta metodă de cur ăţire a filtrului ceramic este injectarea în carburant a unui compus pe baz ă de ceriu, numit Eolys ® , care permite coborârea temperaturii de combustie a particulelor la 450°C. Regenerarea filtrului, în acest caz, nu necesită decât 2-3 minute şi se efectuează la fiecare 400-500 km (un captor administrează intervalul de timp în func ţie de colmatarea filtrului). Singurul inconvenient este întreţinerea la 80.000 km pentru sp ălarea filtrului (pentru eliminarea depunerilor de cerită se utilizează apă sub presiune). O altă variantă de regenerare are la bază aditivul satacen (Fe). Prin impregnarea filtrului cu metale preţioase şi atribuirea acestuia şi de rol catalitic (filtru catalitic) are loc combustia particulelor în filtru şi în acest caz sunt necesare calităţi termice deosebite pentru materialele utilizate la realizarea filtrului. Acest tip de rezolvare a problemelor generate de particule impune dezvoltarea unor materiale capabile să filtreze particule cuprinse între 10nm şi 200nm (chiar 500nm) şi cu o rezistenţa termică bună până la 1400°C.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
80/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
10 STICLA Şl UTILIZAREA El LA AUTOMOBILE 10.1. Consideraţii generale Sub denumirea de sticlă se înţelege o substanţă în stare solidă amorf ă, provenită dintr-un lichid subr ăcit până când, în urma creşterii viscozităţii, rigiditatea devine comparabilă cu cea a unui corp în stare cristalin ă. În compoziţia sticlei intr ă: oxid de sodiu, oxid de potasiu, oxid de calciu, trioxid de bor, oxid de plumb etc. Are greutatea specifică 2,2-2,4 g/cm3, căldura specifică 0,08-0,23 cal/g, indicele de refracţie 1,46-1,96. Sticla este din ce în ce mai prezent ă în vehiculele industriale. Patru grupuri domină piaţa mondială şi r ăspund permanent exigenţelor constructorilor. Este vorba de Asahi în Japonia, inexistent în Europa, de firma americană PPG, de firma britanică Pilkington şi de firma franceză Saint-Gobain. Volumul producţiei de sticlă pentru automobile este în general repartizat astfel: 80% pentru prim montaj, 10% pentru al doilea montaj (concesionari) şi 10% pentru piaţă, pentru înlocuire. Utilizarea sticlei la realizarea automobilelor începe din anul 1920. În 1928 PPG lndustrries începe să aplice procese de obţinere a geamurilor laminate cu acetat de celuloză, în 1932 Packard realizează geamuri cu formă aerodinamică, în 1930 încep să se dezvolte geamuri auto stratificate cu PVB care înlocuiesc acetatul de celuloză. În industria auto, sticla depăşeşte 4% din greutatea automobilelor şi această ă pavilioane ţei de mărire a geamurilor laterale, a valoare tinde să creascde datorită tendin parbrizelor transparente. şi realizarea Principalele funcţii ale geamurilor auto sunt: securitatea, controlul emisiei sonore, ecranarea radiaţiilor ultraviolete, performanţe structurale şi protecţia contra intemperiilor. Geamurile utilizate la autovehicule apar ţin grupei de geamuri de protecţie şi sunt de două feluri: securizate (călite) şi triplex. Geamurile securizate sunt sticle plane supuse unei c ăliri speciale (realizate prin încălzire urmată de r ăcire rapidă şi uniformă) în urma căreia straturile de sticlă exterioare intr ă stare de compresiune puternică iar cele interioare în stare de întindere, formând astfel un sistem de tensiuni echilibrate care asigur ă geamului o ţă mecanic ă şeste ă. dep e te limita sa de rezisten , el se rezisten i termic Dacă geamul securit izbită superioar cu o for ţă ce ăş ş ţă sparge în bucăţi mici de sticlă de formă mai mult sau mai pu ţin rotundă cu muchii tocite care nu prezintă pericolul r ănirii. Geamurile securizate se folosesc în acele cazuri în care se cer rezistenţe mecanice superioare, greutate relativ mică, rezistenţă mecanică mare şi securitate în cazul spargerii. Pentru autovehicule în afar ă de geamurile călite plane se mai fabrică şi geamuri călite curbe. Geamurile triplex se compun din trei straturi şi anume din două foi de geam unite puternic printr-un strat elastic transparent ce se afla între ele şi formează al treilea strat. O astfel de îmbinare a sticlei, care este un material fragil, cu materialul elastic al stratului intermediar asigur ă triplexului proprietatea ca cioburile ce rezult ă la spargere să nu sar ă şi să nu se desprindă de el. Chiar în cazul izbiturilor mai
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
81/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
puternice toate cioburile rezultate din geamul fragil, se menţin legate solid de stratul intermediar elastic al triplexului care î şi menţine în întregime integralitatea sau prezintă numai mici rupturi locale. Preţul de cost al geamului triplex este de aproape trei ori mai mare decât al celui securizat şi de aceea este înlocuit par ţial de către acesta la autovehicule.
10.2. Lipirea geamurilor Adezivii utilizaţi în general la lipirea geamurilor auto, în special a parbrizelor şi lunetelor sunt pe bază de compuşi poliuretanici sau siliconoici. Printre firmele care ofer ă diverse produse de lipire parbrize men ţionăm: WURTH (adeziv PB cu uscare rapidă, adeziv cu întărire la cald Zebra), TEROSON care ofer ă trei masticuri adezive poliuretanice monocomponente la tuburi, 3M, ABAX, GURIT-ESSEX care ofer ă produsele BETASEAL, EMS-TOGO care ofer ă produsele TOGOCOL, SIKA care ofer ă produsele SIKAFLEX etc.
10.3. Repararea parbrizelor Repararea parbrizelor stratificate este o realitate. înc ă nici o normă nu reglementează repararea la impact. Primul procedeu introdus în Fran ţa a fost sistemul de reparare Novus. Apoi au urmat Talon şi Glass Medic. Oricare ar fi sistemul, avantajele sunt incontestabil majore. Un cost inferior de 20-30% în raport cu înlocuirea parbrizului, imobilizarea mai mică de o or ă (în funcţie de condiţiile atmosferice) face ca înlocuirea parbrizului s ă se facă foarte rar şi în cazuri excepţionale. Făr ă demontare, pentru cele trei sisteme enumerate, operaţiunea constă în a injecta o r ăşină specială pe zona de impact. Întărirea ţ ţ al acesteia este identic acesteia se faceîncuafar radia Indicele dekitul refrac cu cel al sticlei. ă deii ultraviolete. repararea parbrizelor, de ie reparaţie oferit de firmele menţionate ofer ă posibilităţi de reparare optică a farurilor.
10.4. Perspective de viitor în domeniul geamurilor auto La automobile sticla se foloseşte în mod curent la realizarea de parbrize, lunete, geamuri laterale, lămpi, iar mai nou la realizarea de pavilioane transparente. În următorii ani parbrizele vor avea un rol activ. Ele nu vor avea numai func ţii de securitate şi estetică. Banda ceramică f ăcută prin serigrafiere permite protejarea la UV a cordonului de lipire pe care îl acoper ă şi dă un plus de aspect pentru linia de ansamblu a vehiculului. Deja anumite modele de înalt ă clasă (Audi A4, Volvo 850) sunt echipate cu parbrize ce încălzesc. Izolaţia termică este de asemenea abordată. Geamurile laterale de calitate, stratificate, ar trebui s ă-şi facă intrarea. Antiefracţiunea devine o prioritate a constructorilor de geamuri auto. Forme de lunete mai complexe şi-au f ăcut apariţia, ca de exemplu la Opel Tigra. Pe termen mediu se are în vedere realizarea de parbrize reflectorizante care să poată să-şi modifice culoarea după luminozitate, cu ajutorul calculatorului. În sfâr şit, pe termen lung captoare şi indicatoare vor orna parbrizele. Acestea sunt parbrizele zise holograme, utilizate deja pe Airbus A320, unde totul va fi vizualizat In fa ţa celui ce conduce. La Saint Gobain se desf ăşoar ă o cercetare susţinuta în domeniul sticlei pentru automobile, rezultatele fiind o adevărată metamorfozare a acesteia.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
82/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Sticlele electrocomandate, hidrofile, hidrofobe.... au devenit deja o realitate. Sticlele elctrocomandate î şi schimbă proprietăţile când utilizatorul le supune unui câmp electric. Se comercializează deja sticla electrocromă. Aceasta, un pic în maniera sticlei optice, se închide la culoare în funcţie de intensitatea luminoasă. Prezentă la salonul de la Geneva în 1995 ea echipează case de viitor în Bruxelles şi reprezintă un pas suplimentar în dezvoltarea sticlei electrocomandate. O altă etapă a fost cea a sticlei cu cristale lichide care trec din stare translucidă în stare total transparentă. O sticlă de viitor este cea antiploaie şi ruda sa apropiată sticla autocur ăţibilă, care, poate, într-o zi ne va scuti de ştergătoare. Prima, foarte hidrofobă, face să ruleze picăturile de ploaie pe suprafa ţa sa ca picăturile de mercur. Ea echipează deja anumite avioane şi constructorii de automobile le testează. Sticla autocur ăţibilă şterge murdăria grasă şi urmele de degete. Ea este acoperită cu un strat foarte subţire de oxid de titaniu care sub influen ţa luminii naturale degradează produsele organice, în special gr ăsimile. Pe de alt ă parte ea este antiabur, oxidul de titan fiind perfect hidrofil, apa formând la suprafaţa sa un film absolut regulat care nu deranjează transparenţa sticlei. În ceea ce priveşte funcţia de izolare termică, versiuni de automobil cu sticle antisolare sunt deja comercializate. Constituite din dou ă foi de sticlă care iau în sandwich mai multe straturi metalice pe baz ă de argint extrem de fin, deci, transparente, ele opresc razele infraro şii. Sticla electrocromă se compune dintr-o succesiune de straturi: o foaie de sticlă, un strat conductor, un electrolit, un al doilea strat conductor şi o altă foaie de sticlă. În Europa piaţa de parbrize este dominată de firmele: Sekurit, Saint-Gobain şi PPG.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
83/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
11
LICHIDE DESTINATE RĂCIRII MOTOARELOR Majoritatea automobilelor sunt echipate cu motoare r ăcite prin circulaţia unui fluid numit lichid de r ăcire. Funcţionarea motoarelor provoacă o importantă degajare de căldur ă. Datorită combustiei şi frecărilor interne, în m.a.i. doar o parte din c ăldura dezvoltată în cilindru se transformă în lucru mecanic. Dacă restul căldurii ar fi evacuat numai prin gazele arse şi nu ar fi controlată, ar exista o serie de riscuri pentru motor: • piesele motorului care vin în contact cu gazele de ardere s-ar supraîncălzi în aşa măsur ă încât pelicula de ulei de pe cilindru s ă se poată arde, iar capacitatea portantă a lubrifiantului ar ajunge la valori minime determinând apariţia gripajelor; • s-ar putea ajunge la dilatări incompatibile cu jocurile funcţionale; • s-ar putea ajunge chiar la distrugerea materialelor prin topire sau fisurare. Prin utilizarea sistemului de r ăcire a motorului se realizează un transfer natural sau de căldur ă excedentar ă de la cilindru la mediu ambiant, în scopul obţinerii unor perfornanţe dinamice, economice şi de durabilitate ale m.a.i. cât mai ridicate. În literatura de specialitate uneori prin antigel se defineşte produsul concentrat, destinat prepar ării lichidului de r ăcire prin amestecare cu apa iar prin lichid de r ăcire se defineşte produsul diluat gata de utilizare în circuitele de r ăcire ale motoarelor. Lichidele de r ăcire care se utilizează în sistemul de r ăcire al motorului de automobil, transfer ă către mediul ambiant circa 15÷25 % (la m.a.c) sau 20÷35% (la m.a.s) din cantitatea totală de căldur ă dezvoltată în cilindru, în scopul men ţinerii unui regim termic normal l funcţionare.
11.1. Cerinţele impuse lichidelor de r ăcire Cerinţ ele impuse unui lichid de r ăcire modern pentru m.a.i. sunt: • punct de congelare suficient de scăzut, astfel încât să nu îngheţe la temperaturile minime de exploatare ale automobilului în condi ţiile climatice locale (-34°C pentru România); • punctul de fierbere cât mai ridicat posibil, pentru a evita formarea dopurilor de vapori şi pentru diminuarea pierderilor prin evaporare şi modificarea concentraţiei; • stabilitate fizică şi chimică la temperaturi ridicate (să reziste f ăr ă degradare la temperaturile locale ale suprafeţelor metalice în contact care poate ajunge la + 200°C, în partea de sus a cilindrilor); • să protejeze contra coroziunii suprafeţele pieselor metalice din motor şi din instalaţia de r ăcire. Coroziunile care pot apare în prezenţa lichidelor apoase se manifestă sub forme diferite: . • ■ coroziune generalizată (bloc-cilindri, cămăşi, chiulase) cu formarea de noroi care poate conduce la obturarea circuitului şi oprirea r ăcirii; ■ coroziuni prin înţepături care pot duce în final la formarea de g ăuri în pereţii subţiri ai circuitului şi deci la apariţia de scurgeri de lichid (exemplu la
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
84/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
radiatoare unde grosimea pereţilor poate fi de numai câteva zecimi de mm); ■ cavitaţia, care antrenează particule de metale din circuitul supus la variaţii mari de presiune şi la temperaturi ridicate (pompa de apă, chiulasă, cămăşi), poate genera perforaţii şi scurgeri de lichid de r ăcire; • să nu atace conductele şi racordurile din cauciuc, plasticele şi vopselele; • să fie reciclabile sau biodegradabile pentru a permite respectarea condiţiilor de mediu • căldura specifică şi conductivitatea termică a lichidului să fie ridicate; • să aibă viscozitate cât mai redusă pentru a putea fi pompat cu uşurinţă prin instalaţia de r ăcire; • să nu spumeze prin agitare în prezenţa aerului în timpul funcţionării; • să nu formeze depuneri solide care pot să favorizeze obturarea circuitului şi apariţia cavitaţiei; • să nu fie toxic (să satisfacă normele toxicologice în vigoare), exploziv sau uşor inflamabil pentru a putea fi manipulat în condiţii de securitate deplină. În prezent, nici unul din lichidele de r ăcire utilizate nu poate îndeplini toate condiţiile tehnice şi de exploatare enunţate anterior şi, de aceea, se recurge practic la formulări de compromis. Produsele de degradare care apar în motor sunt influenţate din punct de vedere cantitativ şi al compoziţiei de temperatura lichidului din circuitul de r ăcire. Acestea sunt în cantitate minimă când motorul funcţionează în condiţii optime şi temperatura lichidului de r ăci este de 80÷90°C (figura 11.1).
Fig. 11.1. Influenţa temperaturii lichidului de r ăcire asupra conţinutului de produse de degradare ce apar în motor
11.2. Compoziţia lichidelor de r ăcire Lichidele de r ăcire sunt, în general, soluţii apoase de alcooli mono sau polivalenţi iferiori, sau compuşi ai acestora. În practica exploatării automobilelor se folosesc în prezent soluţii de glicoli care au puncte de fierbere ridicate (etilenglicol, propilenglicol şi gliecrină amestecate în diferite concentraţii în apă). Soluţiile de alcooli inferiori au puncte de fierbere foarte scăzute şi se folosesc mai mult în circuitele unor instalaţii frigorifice ca medii de r ăcire. Lichidele antigel pe bază de glicoli constituie categoria de lichide de r ăcire cea mai r ăspândită. Sunt produse relativ inerte faţă de Fe, Cu, Al, alam ă şi fontă. ţia lichidelor de r ăcire a urmărit evoluţia tehnică. La început pe bază de apă Compozi sau amestec apă / glicoli iar ast ăzi amestecuri de apă ( 50-70%), glicoli (30-50%),
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
85/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
aditivi (câteva procente), coloranţi (câţiva ppm). 1. Componen ţ ii de baz ă: • etilenglicol: HO - CH2 - CH2 - OH; • propilenglicol: HO - CH2 - CHOH - CH3; • glicerina: HO - CH2 - CHOH - CH2 - OH • apă „deionizată" sau apă „demineralizată" cu rezistivitatea > 80000 fi cm (de preferat) pentru a evita riscul formării de precipitate. 2. Aditivi inhibitori de coroziune (câteva procente). 3. Coloranţ i. Etilenglicolul (etandiolul): OHCH2 - CH2OH Este un lichid uleios, incolor (ρ420= 1,1132) cu punct de congelare -12°C (-17°C după ele surse) şi punct de fierbere 197,4°C. Are gust dulceag şi ustur ător, este foarte toxic, uşor biodegradabil şi inflamabil; în amestec cu apa nu prezint ă pericol de incendiu. Amestecul etilenglicol - apă se poate realiza în orice propor ţii şi prezintă puncte de congelare foarte scăzute. Punctul minim de congelare este de -67°C, la o concentraţie de 67% etilenglicol în ap ă. Variaţia punctelor de congelare ale soluţiilor apoase în funcţie concentraţie, pentru etilenglicol şi respectiv glicerina, sunt prezentate în figura 11.2.
Fig. 11.2. Variaţia punctului de congelare in func ţie de compoziţia lichidului de r ăcire
Propor ţ ia de antigel în amestecul de r ăcire (%)
Fig 11.3 Variaţia punctului de fierbere cu compozi ţia la amestecul etilenglicol-apă
Imediat sub temperatura de congelare soluţia se prezintă sub forma unei mase ăpada, care spre deosebire de apa îngheţată, nu afânate asemănădetrrior toare cu creează pericolul ării zinstala ţiei de r ăcire prin fisurare.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
86/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
În amestecurile etilenglicol-apă cu până la 50% apă, punctul de fierbere variază mult cu conţinutul de apă. Influenţa apei asupra punctului de fierbere la presiunea de 760 mmcolHg la acest tip de lichid de r ăcire este prezentată în figura 11.3. Mărirea presiunii în sistemul de r ăcire permite o sporire corespunzătoare a temperaturii lichidului de r ăcire, deoarece creşte punctul său de fierbere (figura 11.4).
Fig. 11.4.Variaţia punctului de fierbere cu cre şterea presiunii
Etilenglicolul manifestă acţiune corosivă asupra pieselor metalice la fel ca şi apa, având afinitate asupra Al şi aliajelor sale. Este totuşi mai puţin corosiv decât glicerina şi alcoolii inferiori. Asupra racordurilor de cauciuc solu ţia de etilenglicol are efect de tasare (contracţie). Coeficientul de dilatare al solu ţiei de etilenglicol fiind mai mare decât al apei, se impune ca volumul rezerv ă de dilatare din instalaţie s ă reprezinte 5÷8% din volumul total al circuitului de r ăcire. Propor ţia de etilenglicol în amestecul antigel este în funcţie de zona climatică în care se utilizează şi este de obicei astfel: • 35% etilenglicol, 65% apă pentru protecţie sistem r ăcire până la -19°C; • 50%etilenglicol, 50% apă pentru protecţie sistem r ăcire până la -34°C; • 65%etilenglicol, 35% apă pentru protecţie sistem r ăcire în zone foarte reci. pH-ul soluţiei este < 8 iar rezerva de alcalinitate este de 13,5 ÷15,5 ml n/10 HCl. Presiunea de vapori a amestecului apă / monoetilenglicol (50/50) la 99°C este de 106,5 kPa (mbar) iar tensiunea superficială 46 • 10-3 N/m. Colorantul utilizat trebuie să reziste timp îndelungat la temperaturi ridicate [se testează cel puţin o lună la temperatura de 100°C în contact cu materialele din circuitul de r ăcire (metale, cauciucuri şi mase plastice)]. Se introduce în amestecul antigel în proporjii foarte mici: 0,002% → 0,01%, având rolul nu numai de a marca şura urmăărirea produsul, dar şi de a ucontureaz nivelului În ultima perioad ă se tendin ţa de aîn sevasul renunde ţa expansiune. la utilizarea lichidelor de r ăcire formulate pe bază de etilenglicol, datorită toxicităţii acestuia. Indicatorul Merck descrie etilenglicolul ca fiind un lichid vâscos toxic, la care doza letală pentru om este de 1,4 ml/Kg (în jur de 100 ml pentru un adult, propor ţional pentru un copil), în timp ce doza letală pentru metanol este între 30 şi 100 ml. În cazul utilizării acestor produse la automobile, pentru a împiedica ingerarea intenţionată sau accidentală, în unele ţări a fost legiferată denaturarea lor cu benzoat de denatoniu (Franţa, Australia, S.U.A. etc). Agenţia pentru Protecţia Mediului a S.U.A., la Secţiunea 112, plasează monoetilenglicolul pe lista produselor periculoase pentru mediu. Glicerina (CH2OH - CHOH - CH2OH) este un lichid siropos şi dulceag cu densitatea
ρ = 1,265 Kg/l, punct de fierbere 290°C şi punct de congelare (în stare anhidr ă)
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
87/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
+17°C. Se amestecă în orice propor ţie cu apa şi formează soluţii mai vâscoase decât etilenglicolul. Principalul dezavantaj al lichidelor antigel pe baz ă de glicerina este cantitatea mare de glicerină necesar ă în amestecurile cu punct de congelare scăzut. Temperatura minimă de congelare este de -47°C şi se obţine la o concentraţie de circa 67% glicerina. Căldura specifică şi conductivitatea termică a glicerinei şi alcoolilor sunt inferioare etilenglicolului şi apei. Se utilizează rar, în special ca lichid de r ăcire pentru tancurile fabricate sub licenţă din fosta U.R.S.S. Propilenglicolul (CH - OH - CHOH - CH3) - 1,2 propanolol este un lichid incolor, mai vâscos decât etilenglicolul, cu densitatea ρ = 1,03 kg/l, punctul de fierbere -189°C şi punctul de congelare foarte scăzut. Se amestecă cu apă în orice propor ţii şi a început sa fie preferat etilenglicolului, deoarece are propriet ăţi de r ăcire asemănătoare acestuia şi nu este toxic. Este mai puţin agresiv faţă de metale decât etilenglicolul, dar mai greu biodegradabil. Presiunea de vapori a amestecului ap ă / propilenglicol (50/50) la 99°C este de 799,8 kPa (mbar) iar tensiunea superficială 36,5 • 10-3 N/m. Variaţia viscozităţii cu temperatura a unor amestecuri antigel pe bază de etilenglicol şi propilenglicol este prezentată în tabelul 11.1. Tabelul 11.1. Variaţ ia viscozit ăţ ii (cSt) cu temperatura a unor amestecuri antigel Tempera-tur Etilenglicol Propilen-glic Etilenglicol Propilengiic Etilenglicol Propilen-glic a 100% ol 100% 50% ol 50% 3/2 ol 3/2
+5 -25
38 288
125 1890
0,65 6,16 32
0,70 13,2 124
6,16 35,2
21,2 193
Glicolii grei , în special dietilenglicolul şi trietilenglicolul, mai puţin volatili decât
monooetilenglicolul şi monopropilenglicolul, prezentaţi anterior, (cu puncte de fierbere în reflux de 245 şi respectiv 287°C) şi viscozităţi intermediare (36 şi respectiv 48 cP (mPa.s) la 20°C), pot intra în compoziţia unor lichide de r ăcire speciale. Lichide antigel pe baz ă de alcooli . Alcoolii etilic (etanol C2H5OH) şi metilic (metanol CH3OH) pot fi componente de bază ale soluţiilor antigel, cu puncte de fierbere scăzute (78°C şi respectiv 65°C sunt punctele de fierbere ale produselor pure). Ambele sunt lichide incolore uşor inflamabile, iar metanolul este foarte toxic, dup ă cum s-a men ionat anterior. Alcooli au viscozitate mic , ceea ce asigur curgerea ţ ă uşoar ă a lichidului. Utilizarea alcoolilor ca lichide antigel este limitatăă datorită volatilităţii lor ridicate şi toxicităţii (în cazul metanolului). Lichid de r ăcire pe baz ă de ulei emulsionabil (recomandat de firma CHRYSLER) Uleiul emulsionabil se pretează a fi utilizat ca inhibitor de coroziune în solu ţiile de radiator. Amestecul este format din ap ă dedurizată şi ulei 78÷ 250 ml/l, impunându-i-se o stabilitate de durată la temperaturi ridicate. Aditivii. Lichidele de r ăcire utilizate actualmente conţin numeroşi inhibitori de coroziune, ceea ce implică o muncă de formulare complexă pentru că nu este suficient de a combina cei mai buni inhibitori pentru fiecare metal pentru a obţine cel mai bun produs dintr-o serie de motive: ăzut sse antagonisme importante, dificil de prev potinadecvat produce între componen •• un inhibitor excelent pentru un metal poate ă fie pentru altul; ţi;
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
88/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
• trebuie să se ţină cont de considerente toxicologice (exemplu amestecuri amine-nitriţi nu pot fi utilizate deoarece pot conduce la formarea de compu şi cancerigeni de tip nitrosoamine). Cele mai importante categorii de aditivi utiliza ţi la realizarea lichidelor de r ăcire si fosfaţi / amine, nitriţi / benzoaţi / silicaţi, fosfaţi alcalini, săruri ale acizilor carboxilici cu catenă scurtă (C4 - C7), acizi mono şi dicarboxilici alifatici. Inhibitorii de coroziune folosiţi în lichidele de r ăcire pot fi împăr ţiţi în două mari grupe: • minerali, care de obicei se consumă mai repede şi au tendinţa de a forma precipitate în prezenţa apei dure; • organici, din care unii au avantajul de a se regenera datorită acţiunii lor catalitice permiţând obţinerea unor lichide cu perioada de utilizare mare. Exemple de aditivi inhibitori de coroziune: • benzoat de sodiu C6H5 - COONa, fosfat de K, silicaţi, MTB; • borax Na2B4O7 • 10 H2O (2,4÷2,6%, în vechile lichide de r ăcire), care are dezavantajul de a accelera coroziunea aluminului la temperaturi ridicate; • benzotriazol + H3PO4 + trietanolamină, amine etc; • antioxidanţi (NaNO3, NaNO2 — căruia i se atribuie şi rol anticavitaţie). Modul de acţiune al inhibitorilor se bazează la unii pe efectul tampon (de stabilizare PH), pe efectul de pasivare (de formare a unui strat monomolecular inhibitor la suprafaţa metalului) şi pe ac ţi unea catalitic ă (în cazul unor aditivi acizi). Se mai utilizează în plus aditivi antispumanţi, coloranţi şi aditivi cu rol de a schimba gustul dulce al etilenglicolului şi de a provoca eliminarea rapid ă a acestuia în situaţia în care a fost înghiţit.
11.3. Determinarea concentraţiei componentei organice a lichidului de r ăcire Valoarea concentraţiei este strâns legată de valoarea punctului de congelare, şi se foloseşte pentru estimarea acestuia. Determinarea punctului de congelare se poate face direct în instala ţii frigorifice, sau indirect pe baza altor parametri. Principalele metode utilizate sunt: • evaluare cu ajutorul densimetrului (simpl ă, dar puţin precisă); • cromatografic (foarte precisă, dar nu este la îndemâna utilizatorilor obişnuiţi); • prin intermediul indicelui de refrac ţie (rapidă, destul de precisă şi realizabilă pe cantităţi foarte mici). Există densimetre precum şi refractometre etalonate direct în puncte de congelare. În figura 11.5. este prezentată variaţia indicelui de refracţie la lichidele de r ăcire pe bază de etilenglicol şi propilenglicol, în funcţie de concentraţia acestora în intervalul 0÷70 %, iar în figura 11.6 variaţia punctului de congelare în funcţie de densitate la amestecul pe bază de monoetilenglicol. Corelaţia dintre valorile punctelor de congelare şi valorile indicilor de refracţie, măsurate la temperatura de 20°C, este prezentată pentru lichidele de r ăcire pe baza de etilenglicol şi respectiv propilenglicol în figurile 11.7 şi 11.8.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
89/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Fig. 11.5. Modificarea indicelui de refracţie al soluţiilor apoase de etilenglicol şi, respectiv, propilenglicol cu concentraţia în intervalul 0 ÷ 70%
Fig. 11.6. Corelaţia punct de congelare / densitate la amestec pe bază de MEG
Fig. 11.7. Curba de variaţie a indicelui de refracţie în funcţie de valoarea punctului de congelare, pentru amestecuri cu etilonglicol
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
90/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Fig. 11.8. Curba de variaţie a indicelui de refracţie în funcţie de valoarea punctului de congelare, pentru amestecuri cu propilenglicol
11.4. Apa ca lichid de r ăcire În condiţii de temperaturi pozitive, apa este fluidul cu ajutorul căruia se realizează mai eficient schimb de c ăldur ă, respectiv evacuare a surplusului de căldur ă. Căldura specifică 1 cal/g°C (4,18 kJ/kg°K) este superioar ă cu 41% faţă de cea a ale alcooIilor (etilic şi metilic) şi cu 42% în raport cu glicerina. În tabelul 11.2 sunt prezentate comparativ coductivitatea termic ă şi c ăldura specific r ăcire. ă a unor fluide, din care unele se folosesc în mod frecvent şi ca medii de Apa prezintă şi o serie de inconveniente: • se solidifică la 0° C şi are o creştere de volum de aproximativ 9%; • provoacă coroziuni ale metalelor cu atât mai mult cu cât con ţine impurităţi şi săruri minerale (clorurile sunt extrem de corosive pentru aluminiu şi aliajele sale); • anumite săruri minerale conţinute în apă, ca sărurile de calciu şi de magneziu pot conduce la formarea de depuneri. Tabelul 11.2. Conductivit ăţ ile termice şi c ăldurile specifice ale unor fluide
Fluidul
Conductivitatea termică (Kcal/m.h.°)
Apă Alcool etilic Etilenglicol Glicerină Apă/etilenglicol (50/50) Apă/propilenglicol (50/50) Petrol Ulei Mercur
0,514 0,156 0,222 0,245 0,356 0,3268 0,116 0,124 8,00
(KJ/m.h.°) 2,148 0,652 0,928 1,024 1,489 1,368 0,485 0,518 33,44
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
Căldura specifică (Kcal/Kg.°) 1,000 0,590 0,480 0,540 0,870 0,921 0,437 0,466 0,0333
(Kj/Kg.°) 4,180 2,466 2,001 2,257 3,642 3,852 1,827 1,948 0,139
91/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Pentru utilizare ca fluid de r ăcire se recomandă de obicei: • apa distilată sau demineralizată; • apa provenită prin topirea zăpezii. Apa râurilor, lacurilor sau apa de izvor conţine dizolvate o serie de săruri care în cazul utilizării în motor se depun rapid (chiar din primele 2-3 ore de func ţionare a motorului). Un strat de depuneri (cruste de piatr ă ) cu grosimea de 1,25 mm reduce puterea motorului cu 12÷13% şi creşte consumul cu 11÷12% Proprietatea apei de a conţine săruri în stare dizolvată poartă denumirea de duritate. Carbonaţii acizi (de calciu, magneziu şi uneori de fier), dizolvaţi în apă, se descompun prin fierbere; ei dau duritatea temporar ă. Celelalte săruri dizolvate, care nu pot fi îndepărtate prin fierbere (CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2, CaSiO3, MgSiO3), reprezintă duritatea permanent ă a apei. Suma celor două durităţi formează duritatea totală a apei. Duritatea se exprimă în grade de duritate, un grad reprezentând duritatea cauzată prin dizolvarea a 10mg CaO într-un litru de ap ă. Conţinutul celorlalte săruri se calculează pe baza cantităţii echivalente de CaO; de exemplu, 10mg CaO sunt echivalente cu 7,14mg MgO, sau cu 23,4mg CaSO 4. Pentru a putea fi folosit ă în sistemele de r ăcire ale motoarelor, apa trebuie s ă aibă o duritate de 0÷10°d, un pH de 7÷8,5 (la 293°K) şi un conţinut de cloruri mai mic de 100 mg/l. Unii autori recomandă pentru cur ăţirea sistemului de r ăcire al motorului de depuneri, o soluţie apoasă cu următoarea compoziţie: 5% HCl (soluţie concentrată de 31%), 2,5% urotropină şi 0,1% alcool amilic. Se încălzeşte motorul la 65÷70°C utilizând, ca mediu de r ăcire, soluţia menţionată anterior, după care se spală circuitul cu apă caldănu . există nici o normă internaţională care să definească Actualmente lichidele de r ăcire, SAE J 814 Jul 88 furnizează indicaţii generale asupra lichidelor de r ăcire pentru motoare. Recomandarea SAE J 1034 April 91 d ă caracteristicile fizico-chimice şi caracteristicile de perrformanţă limită admisibile pentru lichidele de r ăcire concentrate pe bază de etilenglicol compatibile cu aluminiu pentru autoturisme şi utilitate uşoare. Recomandarea SAE J 1941 April 90 d ă caracteristicile minime ale concentratelor de etilenglicol, cu conţinut scăzut de silicat, destinate vehiculelor industriale.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
92/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
12
LICHIDUL DE FRÂNĂ 12.1. Generalităţi La mijlocul anilor '20, Sir Malcom Lougheed a prezentat la Society of Automobile Engineers conceptul comenzii hidraulice pentru sistemul de frânare. După principiul lui Pascal, ea repartizează presiunea interioar ă a sistemului furnizând un efort identic la fiecare roat ă. Primul sistem hidraulic a avut garnituri din piele, iar în calitate de lichid de frână a fost folosit alcoolul izopropilic. Sistemul mecanic de comandă a frânei, care prezenta o mulţime de inconveniente, a fost atunci înlocuit şi s-au evidenţiat proprietăţile ideale ale lichidului de frână. Lichidul de frână este fluidul care are rolul de a transmite for ţele care există în cilindrul pompei centrale asupra cilindrilor de frânare a roţilor, respectiv asupra garniturilor de fricţiune. El este considerat ca o veritabilă curea de transmisie între acţiunea conducătorului auto şi frâne. Cerinţele cele mai importante pe care trebuie să le satisfacă un lichid de frână sunt: • să aibă punctul de fierbere cât se poate de ridicat pentru a împiedica formarea bulelor de vapori la temperaturile ridicate care apar în sistemul de frânare şi implicit, pentru a evita ieşirea din funcţiune a frânei; • punctul de fierbere al lichidului să fie cât mai constant pe întreaga durat ă de ă sţionare ă nu se modifice folosire a lichidului care seprin găseşcondi te înţsistem, influen ţe atmosferice, respectiv iile de adic func existenteprin(presiune, temperatur ă, eventual impurităţi); • cantitatea de apă conţinută să fie de ordinul de m ărime 2 ‰ volumetric, pentru a nu conduce la o scădere considerabilă a punctului de fierbere al lichidului de frână; • viscozitatea la frig să fie cât mai redusă iar la căldur ă cât mai mare, deci să prezinte un indice de viscozitate cât mai mare; • compresibilitatea să fie redusă şi pe cât posibil independentă de temperatur ă şi presiune; • să prezinte o bună protecţie anticorosivă faţă de piesele metalice din instala ţia de frânare, deoarece durata de viaţă a acestora este influen ţată în mod hotărâtor de
lichidul de frână ; • să prezinte propriet ăţi de lubrifiere bune, pentru a proteja contra uzurii piesele sensibile din sistemul de frânare, în special garniturile; • să aibă o foarte bună compatibilitate cu elastomerii (piesele din elastomeri ai instalaţiei de frânare, sub influen ţa lichidului de frână, în special pe timp îndelungat, au voie să-şi mărească volumul puţin, dar în nici un caz s ă se contracte, pentru a nu favoriza apariţia aerului în sistemul de frânare); • să prezinte un comportament de spumare favorabil, adic ă spuma o dată formată să dispar ă repede; • să prezinte o solubilitate redusă a gazelor pentru a evita formarea spumei, care este dăunătoare, însă lichidul subsaturat să aibă o anumită capacitate de a îngloba aerul remanent (care r ămâne în sistemul de frânare); • să aibă miscibilitate bună, indiferent de temperatur ă, cu adaosurile care îmbună-
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
93/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
tăţesc proprietăţile (aditivi inhibitori); • să nu se descompună catalitic sau să polimerizeze sub influenţa particulelor fine conţinute în sistemul de frânare şi în praful de pe strad ă; • să posede stabilitate faţă de oxidare la toate temperaturile care apar în sistemul de frânare; • să nu atace în mod excesiv vopseaua autovehiculului, în cazul în care întâmplător ajunge în contact cu aceasta; • să poată fi îndepărtat f ăr ă probleme, în cazul în care s-a v ărsat pe suprafeţele autovehiculului; • să aibă o toxicitate redusă faţă de om şi mamifere.
12.2. Compoziţia chimică a lichidului de frână Un lichid de frână care să satisfacă toate cerinţele enumerate mai sus nu a fost încă găsit până acum. în funcţie de compoziţia chimică şi evoluţia în timp, se disting următoarele tipuri: • lichide de frână pe bază de alcool izopropilic (cel mai vechi şi cel mai puţin perfomant); • lichide de frână pe bază de ulei de ricin; • lichide de frână pe bază de glicerină; • lichide de frână pe bază de eterpoliglicoli; • lichide de frână pe bază de siliconi; • lichide de frână pe bază de ulei mineral; • lichide de frână pe bază de alcoxi - silani. • lichide pe bază de esteri silicici (silicaţi)
12.2.1. Lichide de frână pe bază de ulei de ricin Sunt soluţii de ulei de ricin în alcool etilic sau butilic. Rolul alcoolului în aceste tipuri de lichide este de a micşora viscozitatea prea mare a uleiului de ricin pur (17,3° E 50) şi de a-i coborî punctul de congelare prea ridicat (-16°C). Uleiul de ricin are o bună onctuozitate, punct de fierbere superior şi o compatibilitate bună cu elastomerii. Exemple de amestecuri utilizate până la apariţia produselor de sinteză, mai performante: alcool etilic 47%, ulei de ricin 53% în volume şi alcool butilic 60%, ulei de ricin 40% în greutate. Temperaturile minime până la care puteau fi utilizate cele două lichide au fost de ac -25°C respectiv -35°C. Dezavantajele utilizării amestecului ulei de ricin alcool: ţiune corosivă asupra pieselor de cupru şi alamă, volatilitatea ridicată a C2H5 - OH (ce determină modificarea compoziţiei amestecului), stabilitate chimică redusă Ia depozitare. Prin folosirea unor aditivi antioxidan ţi şi anticorosivi, lichidul de frână pe bază de alcool - ulei de ricin devine un mediu hidraulic bun, care în exploatare poate da rezultate satisf ăcătoare. O etapă superioar ă în evoluţia lichidului de frână pe bază de ulei de ricin au constituit-o amestecurile cu diacetonalcool (cu punct de fierbere 167°C) şi cele cu etilenglicol (cu punct de fierbere 195° C pur si 145°C cu 2% apă). Nu se recomandă utilizarea unor astfel de produse în sistemele de frânare ale autoturismelor moderne.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
94/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
12.2.2. Lichide de frână pe bază de glicerina
Lichidele de frână pe bază de glicerina sunt amestecuri de alcooli cu glicerina, care se bazează pe calităţile conferite de aceasta şi anume: temperatura de congelare până la -40°C şi compatibilitatea cu cauciucurile satisf ăcătoare (acţiunea distructivă asupra elastomerilor este neglijabilă). Fluidele hidraulice pe bază de glicerina puteau con ţine şi apă. S-au utilizat două tipuri: • pentru var ă: 30% alcool etilic + 70% glicerina ; • pentru iarnă: 45 păr ţi alcool etilic, 15 păr ţi apă (7,5%) şi 140 păr ţi glicerina (70%). Aceste amestecuri prezintă o serie de dezavantaje şi anume: • acţiune corosivă asupra fontei (formează glicerat de Fe care precipită şi cu timpul se poate ajunge la blocarea pistoanelor pompei centrale şi îndeosebi a pistoanelor din cilindrii receptori); • la unele amestecuri (alcooli-apă-glicerină) s-au constatat fenomene de subr ăcire îngheţare instantanee, datorită prezenţei impurităţilor mecanice în fluidul care a lucrat mult timp la temperaturi sc ăzute. Nu se recomandă utilizarea unor astfel de produse în sistemele de frânare ale autoturismelor moderne.
12.2.3. Lichide de frână pe bază de poliglicoleteri şi derivatele acestora În momentul de faţă, participarea cea mai mare pe pia ţa mondială o au lichidele de frână pe bază de poliglicoleteri şi derivatele acestora, în special borateteri. cunoaşte în general etilenglicolul (1,2-etandiol), prin utilizarea sa ca substanSe ţă antigel: HO-CH-CH2-OH. Alcoolii pot fi supuşi unui proces care se numeşte eterificare. Teoretic, prin reacţia a două molecule etilenglicol cu eliminarea unei molecule de apă rezultă dietilenglicolul: HO - CH2 - CH2 - OH + HO - CH2 - CH2 - OH → →HO - CH2 - CH2 - O - CH2 - CH2 - OH + H2O Produsul de reacţie reprezintă din nou un alcool bivalent care poate reac ţiona din nou Ia capete, aşa cum s-a ar ătat, rezultând legături eterice destul de stabile. • Combinaţia rezultată - poliglicoleterul - are următoarea formulă: HO-(CH2-CH2-O)n-H unde: n - numărul unităţilor de etilenglicol care formează molecula. Legăturile eterice sunt relativ stabile şi se pot hidroliza încet numai în medii destul de acide. Pentru îmbunătăţirea rezistenţei la frig a lichidului de frână se mai adaugă suplimentar glicoleter care derivă de la propilenglicol (1,2-propandiol): HO - CH - CH2 - OH l CH3 De obicei, se utilizează eteri care nu se compun dintr-o singur ă componentă ci
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
95/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
reprezintă o anumită formă de amestec. Pentru aceste substanţe este valabilă următoarea formulă globală: HO-(CH 2 -CH 2 -O) X -(CH CH 3-CH 2 -O)y -H
unde x şi y variază între 1 şi 25: 1< x + y<25. Distribuţia componentelor poate fi destul de neregulată; de aceea, aceste combinaţii se numesc copolimeri statistici. Substanţe cu compoziţia dată sunt conţinute în lichidele de frână moderne între 10% şi 20%, în funcţie de tip. Ele contribuie, pe baza greutăţii moleculare ridicate, la îmbunătăţirea capacităţii lubrifiante. Sunt compuşi cu o bună capacitate de ungere, greu volatili, cu o bună rezistenţă la oxidare, un punct de congelare sc ăzut şi un indice de viscozitate ridicat. În compozi ţ ia lichidelor de frână reprezint ă componenta lubrifiant . Anumite automobile sunt echipate cu ambreiaje cu comandă hidraulică care utilizează lichide de frână ca fluid de lucru şi în acest caz capacitatea lubrifiant ă a acestora este primordială. Trebuie menţionat că poliglicoleterii nu se obţin pe cale industrială (tehnică) pe calea durificării alcoolilor, ci prin polimerizarea etilenoxidului, propilenoxidului şi altor alchilenoxizi. Acelaşi lucru este valabil şi pentru derivaţii descrişi în cele ce urmează. • Dacă substanţele descrise anterior se eterific ă în continuare cu alcooli simpli (metanol, etanol, propanol sau butanol), iau naştere alchilpoliglicoleteri de următorul tip: R - O (CH 2- CH 2 - O) x - (CH · CH 3 - CH 2 -O)y -H ţ butil C4H9. În acest caz R propil C 3H7, sau izo, ter de x +- este y = 2izo÷ sau 4, înnormal special 3. Reprezentan acestei sau clase substanţe reprezintă ţii normal partea cea mai mare din lichidele de frân ă DOT3 (DOT - Department of Transportation). Procentul în greutate al alchilpoliglicoleterilor este, în funcţie de tip, între 60 şi 90%. Reprezint ă pentru lichidele de frână moderne componenta solvent-diluant care are următoarele func ţ ii: • să confere lichidului o viscozitate suficient de scăzută la temperaturi joase; • să dizolve toţi componenţii şi să-i menţină într-o singur ă fază lichidă, indiferent de temperatur ă; • să aibă o putere solventă astfel ca lichidul de frână să fie compatibil şi miscibil cu alte lichide sintetice de acelaşi tip. Alchilpoliglicoleteri participă într-o mare măsur ă, formând şi componenta majoritar ă a lichidului de frână, la conferirea proprietăţilor dorite: punct de fierbere ridicat, punct de congelare scăzut, viscozitate scăzută şi indice de viscozitate ridicat. • De asemenea există pe piaţă un lichid de frân ă care conţine un al treilea tip de poliglicoleter şi anume boratester . Poliglicoleterii (alchil) se supun unei alte modificări şi se formează boratesterul lor. După eterificarea descrisă anterior în urma căreia se obfin alchilpoliglicoletcrii, aceştia mai posedă o grapă OH reactivă care se esterifică cu H3BO3 şi rezultă combinaţii de urmatorul tip:
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
96/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
B
O(CH-CH2-O)x - R1 l R O(CH-CH2-O)y - R2 l
R = H sau CH3
R O(CH-CH 2-O)z - R3 l R R1 R2, R3 = CH3, C2H5 şi toţi izomerii C3H7, C4H9. x, y, z = 2....4, de obicei 3. Această clasă de compuşi este conţinută în propor ţie de circa 40% (în greutate) în lichidele DOT4. Succesul acestui tip (DOT4) este datorat acestei clase de compuşi, care prezintă reactivitate faţă de apa pătrunsă în lichidul de frână.
B
O (CH - CH2 - O)x – R1 HO (CHR - CH2 - O -)x - R, I R O (CH - CH2 - O)y - R2 + 3 H2O → H3BO3 + HO (CHR - CH2 - O -)y - R2 l R O (CH - CH2 - O)Z - R3 HO (CHR - CH2 - O-)z - R3 l R
În prezenţa apei (care poate apare în sistem), esterul acidului boric se descompune în poliglicoleteri şi H3BO3. Cu aceasta rezultă o sensibilitate surprinzător de redusă faţă de apă, ceea ce reprezintă un avantaj deosebit în practică. • Solvent de cuplare. Produsele utilizate ca solvenţi diluanţi pot provoca gonflare excesivă a elastomerilor şi de aceea este necesar ă adăugarea acestora împreună cu solvenţi care pot atenua acest inconvenient. În acest scop sunt utilizaţi mono, di şi trialchilenglicolii. Aceşti produşi sunt eficace ca agenţi de compatibilizare şi facilitează punerea în soluţie a aditivilor inhibitori şi a fracţiilor lubrifiante în solventul diluant. Ei ameliorează între altele comportatea formulării finale faţă de apa de contaminare căci o menţin în soluţie datorită proprietăţilor lor hidrofile. • Sistemul de inhibare. La substanţele de bază descrise (ale lichidului de frână se adaugă cantităţi mici (2÷5% din greutatea lichidului de frân ă) de substanţe care: ■ împiedică coroziunea (dar trebuie să fie perfect compatibili cu alte lichide de sinteza care pot avea sisteme de inhibare diferite şi să protejeze toate metalele aflate în circuit); ■ reglează comportamentul faţă de elastomeri; ■ îmbunătăţesc stabilitatea la oxidare (trebuie să evite formarea gumelor care jenează mişcarea pistoanelor în cilindri). Lichidele de frână pe bază de poliglicolieteri şi derivatele acestora sunt cele mai utilizate.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
97/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
12.2.4. Lichide de frână pe bază de ulei siliconic (DOT5)
Aceste lichide sunt pe bază de polisiloxani, polimeri la care lanţul principal nu se comune din combinaţii cu carbon, ci din combinaţii cu siliciu: RI 1 R4 - (Si-0)n - R3 l R2 Catenele laterale R1 şi R2 sunt de obicei - CH 3. Substituenţii R3 şi R4 variază de la produs la produs. Proprietăţile produsului final depind (analog ca la polimerii care se bazează pe carbon) de: masa molecular ă medie (dependentă de n), natura lanţurilor R1 şi R2 şi natura grupărilor finale R3 şi R4. Lichidele de frână pe bază de siliconi sunt considerate material strategic , şi, în general, producătorii deoarece la vehiculele americane nu au voiese săutilizeaz publice ănimic în legătur militare ă cu aceste produse. Avantajele lichidelor de frână pe bază de siliconi: • lipseşte higroscopicitatea; • comportament foarte bun viscozitate / temperatur ă; • sunt compatibili cu calităţile convenţionale de elastomeri (SBR, EPDM); • comportament de coroziune favorabil; • punct de fierbere ridicat; • durata de viaţă teoretic mare. Dezavantajele lichidelor de frână pe bază de siliconi: • compresibilitate ridicată în special la temperatur ă şi presiune mai ridicate; ă împreună cu înclinaţia de a elibera •foarte capacitate de dizolvat dizolvaresub a influen aeruluiţaridicat uşor aerul oscilaţ,iilor; • practic, lipseşte capacitatea de absorbţie a apei (reversul lipsei higroscopicităţii, iar prin aceasta, cantităţi reduse de apă în sistemul de frânare devin un pericol); • preţul de cost foarte ridicat (de circa 10 ori mai mare decât al unui lichid de frână tradiţional).
12.2.5. Lichide de frână pe bază de ulei mineral/ulei de sinteză (L.H.M.) Se mai numesc şi lichide hidraulice minerale (L.H.M.). Pentru formularea acestui tip de lichid de frână intr ă în discuţie numai fracţiuni de uleiuri minerale, înalt rafinate, ale uleiurilor brute selecţionate. In cazurile de utilizare în care sensibilitatea la forfecare deranjează, se pot folosi componente pe bază de ulei de sinteză care sunt insensibile în acest domeniu. În ceea ce priveşte adaosurile care îmbunătăţesc proprietăţile, stă la dispoziţie întreaga paletă a aditivilor care se utilizeaz ă în mod uzual în industria uleiurilor minerale. Lichidul de frână pe bază de ulei mineral conţine de obicei circa 5% aditivi, însă amelioratorii pentru l.V. se adaugă până la 15%. Important. Lichidul de frână pe baz ă de ulei mineral şi materialele de etanşare care se folosesc ast ăzi în instalaţ ia de frânare, pe baz ă de SBR, respectiv EPDM nu sunt cornpatibile. Aceasta înseamnă că, prin măsuri constructive, ar trebui să se evite posibilitatea introducerii de lichid de frân ă pe bază de ulei mineral într-o instalaţie de frânare pentru poliglicoleter - şi invers. O măsur ă utilizată a fost de colorare a
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
98/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
acestuia în verde. La începutul anilor '60, firma Citroen a dezvoltat un sistem hidraulic pentru suspensie, frâne şi direcţie asistată, alimentat de o pomp ă cu presiunea maximă de 175 bari, care a necesitat H.L.M. Acest lichid a convenit în mare măsur ă şi altor vehicule, ca de exemplu Rolls Royce, Bentley, Poncin, Sambron etc.
12.2.6. Lichidul de frână pe bază de alcoxi-silani Este o categorie de lichid de frână în curs de dezvoltare. În cazul lichidului de frână pe bază de alcoxi - silan s-a încercat să se reunească într-o moleculă, în mod avantajos, elementele structurale ale lichidului de frân ă pe bază de silicon şi cele ale lichidului de frână pe bază de poliglicoleter. CH3 OR' l l CH3 - Si - (CH2 - CH2 - O)x - B l l OR" OR’’’ Un lichid de frână, ca şi uleiurile de motor sau transmisie, este un amestec foarte complex de produse de bază şi aditivi în echilibru fizico-chimic pe care utilizatorul nu trebuie să-l altereze prin introducerea de produse str ăine căci riscă să perturbeze total eficacitatea sa.
12.2.7. Lichide de frână pe bază de esteri silicici (silicaţi) Sunt produse utilizate ca fluide hidraulice la avioane supersonice şi au punctele de fierbere uscat şi umed superioare exigenţelor minimale impuse de normele DOT5 şi DOT5.1. Structura chimică de esteri silicici (sau silicaţi) le apropie de cele ale esterilor borici cu care sunt miscibile la fel ca şi cu poliglicolieterii şi chiar cu fluidele minerale. După 1997 au început să se utilizeze la maşinile de competiţii.
O-R l R – O – Si – O - R l O - R 12.3. Specificaţii curent utilizate: DOT şi SAE Primele norme pentru lichidele de frână au fost stabilite de armata americană în 1942. Un lichid de frână este caracterizat prin apartenenţa sa la o clasă de specificaţii recunoscută internaţional, care defineşte performanţele cerute în condiţiile cele mai severe. Pentru definirea limitelor care trebuie să fie satisf ăcute pentru caracteristicile esenţiale, specificaţiile sunt editate în SUA de SAE (Society of Automotive Engineers), DOT (Department of Transport) şi ISO (International Standard Organisation). Aceste norme au multe puncte comune în ceea ce priveşte determinarea valorilor limită şi metodele de încercare. Specificaţiile curent folosite până astăzi sunt:
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
99/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
• SAE J 70 R2 şi R3, apărute în anul 1958; • SAE J1703 F, apărută în 1968 şi reactualizată periodic (ultima în 1985); • FMVSS 116 (Federal Motor Vehicle Safety Standard), care cuprinde specificaţiile DOT 3/4/5 (apărute în 1972): ■ DOT3 - poliglicolieteri având punct de fierbere > 205°C, cu inhibitori de coroziune, antispumanţi şi antioxidanţi; ■ DOT4 - poliglicolieteri având punct de fierbere > 230°C, aditiva ţi cu inhibitori de coroziune şi antioxidanţi care permit dizolvarea apei din circuit şi legarea ei chimică; ■ DOT5 - aceleaşi caracteristici ca la DOT4, dar cu un punct de fierbere > 260°C. Normele SAE, DOT şi ISO conţin exigenţe minimale referitoare la proprietăţile următoare: toleranţa la apă, pH, stabilitatea la temperatur ă înaltă, stabilitate chimică, coroziunea metalelor, evaporarea, compatibilitatea cu lichidul sintetic de referinţă, rezistenţa la oxidare, acţiunea asupra cauciucurilor, viscozitatea la frig etc. Normele DOT3 şi DOT4 fiind impuse de constructorii de automobile, referirea la SAE J 1703 F a devenit mai puţin semnificativă. Norma ISO 4925 este foarte apropiată de DOT3, dar la ea se face referire mai pu ţin. Norma DOT3 este minimală, însă DOT4 este mai r ăspândită. Nivelul de înalt ă clasă DOT5 desemnează lichide de frână pe bază de siliconi. Actualmente, fluidele DOT5 sunt din ce în ce mai mult fabricate pe baz ă de glicoli, la fel ca fluidele DOT3 şi 4, şi sunt deja desemnate cu simbolul 5.1. De reţinut. Prin compozi ţ ia lor pe baz ă de siliconi, fluidele DOT5 nu sunt compatibile cu fluidele DOT3, DOT4 şi DOT5.1. precum si cu cele minerale (LHM). fluidele DOT3 ,DOT4 şiDOT5.1. sunt compatibile între ele. ţe de ţiale între trei diferen esen aceste norme sunt: •Cele pentru punctul fierbere uscat; • pentru punctul de fierbere umed; • pentru vâscozitatea la temperatur ă joasă. În tabelul 12.1 sunt prezentate comparativ aceste diferenţe. Tabelul 12.1. Caracteristicile a diferite lichide de frân ă
Tipul lichidului Caracteristica
SAE70R2 SAE70R3 SAE 1703 FMVSS FMVSS nov. 1985 DOT3 DOT4 ISO4925
Punct de > 110 fierbere uscat (°C) Punct de fierbere umed, cu 2% apă (°C) Viscozitatea la <1800 40°C (mm2/s)
FMVSS DOT5
>190
>205
>205
>230
>260
-
>140
>140
> 155
> 180
<1800
<1800
<1500
<1800
<900
Fluidele „Super DOT4" sunt lichide intermediare care satisfac normele DOT4 şi
5.1. Nu fac încă obiectul unei norme DOT dar sunt menţionate în SAE J1709. Sunt formulate plecând de la amestecuri de eteri pologlicoli şi esteri borici, punctele lor de fierbere uscat şi umed ating şi chiar depăşesc exigenţele specificaţiilor D0T5 (ce
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
100/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
r ăspund de asemenea cerinţelor SAE J1705 din octombrie 88 şi MIL-B-46176) şi D0T5.1. în Europa anumite firme constructoare de vehicule de înalt ă gamă le recomandă. Identificarea lichidelor de frână distribuite se face în general după culoare
(cele minerale - LHM - de la Citroen - verde, purpuriu pentru lichidele D0T5 şi D0T5.1, galben-pal pentru lichidele D0T3 şi D0T4, roşu pentru fluidele de transmisii autornate (ATF). În Europa, în afar ă de clasificarea prezentată în tabelul anterior ce cuprinde şi evoluţia documentelor SAE, referitoare la calitatea lichidelor de frân ă, performanţele şi caracteristicile produselor agreate de marii producători de vehicule sunt definite de SAE J1709/1993 conform celor prezentate în tabelul 12.2. Tabelul 12.2. Performanţ ele şi caracteristicile lichidelor de frână europene (SAE J1709, iunie 1993) DOT3
DOT4
Super
Super
DOT4 Caracteris Condiţie Condiţie DOT4 ă ă tica necesar necesar Limite (tipic*) acceptate Punct de >205 >230 >260 >270 fierbere (°C) uscat Punct de > 140 >155 >180 > 185 fierbere (°C) umed Viscozi-tate < 1500 < 1800 < 1800 < 1350 a cinematică (mm2/s) la - 40°C Observaţii
DOT5 Siliconic DOTS.1 Borat Silicon Condiţie DOT5 condiţie ester ester ă ă necesar (tipic*) necesar DOT5.1 (tipic*) (tipic*)
>260
> 310
>260
>265
> 310**
> 180
>310
> 180
> 185
> 260
<300
<250
<900
<850
< 1350
în special pe bază de amestecuri
fluide nesiliconice
de glicoli eteri şi borat esteri
Notă: *Tipic - valori corespunzătoare caracteristicilor produselor pe piaţă. **Siliconii nu au punct de fierbere. Lichidele de frână actuale sufer ă o uşoar ă degradare în cursul primelor luni de utilizare datorită umidităţii după care urmează o oarecare stabilizare. Recomandările de înlocuire a lichidelor de frână sunt, în funcţie de fabricantul de lichid de frână şi constructorul de automobile, între 6 luni şi 3 ani. Purjarea circuitului necesită utilizarea unui purjor sub presiune bine pus la punct, iar momentul înlocuirii se stabileşte în funcţie de rezultatele la controlul punctului de fierbere cu ajutorul testerelor. Testerele EBT03 şi DOT-metrul 300 Provac, de exemplu, sunt programate şi indică necesitatea înlocuirii lichidului de frână atunci când temperatura de fierbere scade sub 155°C şi conţinutul în apă este mai mare de 3 %. În tabelul 12.3 sunt prezentate recomandări pentru perioada de utilizare, pentru o seriei de firme cunoscute.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
101/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Tabelul 12.3. Recomand ări pentru perioada de utilizare a lichidului de frân ă Perioada de Distanta Constructorul înlocuire [km]
Alfa Romeo Austin Rover/ Jaguar/ Lada/ Nissan/ Opel/ Toyota Aston Martin/ BMW Daihatsu/ Hyundai/ Ford/ Suzuki Fiat /Lancia /Honda /Mazda /Mitsubishi /PSA /Volvo Ferrari Maseratti Mercedes Porsche Renault Saab/ Subaru/ VW/ Audi/ Seat/ Skoda
1 an 1 an 1 an 2 ani 2 ani 6 luni 1 an 3 ani 2 ani 2 ani
18.000 20.000 — 40.000 5.000 25.000 40.000 30.000 50.000
ă este limitată, în special, de scăderea Durata utilizare adatorit lichidului de frân punctuluidede fierbere ă contamin ării cu apă (absorbţie, manipulare etc). Punctul de fierbere al lichidului cu 2% apă reprezintă, cu aproximaţie, valoarea acestuia la sfâr şitul perioadei de utilizare. Recomandările pentru înlocuirea lichidului de frână sunt dictate de conţinutul de apă şi respectiv valoarea punctului de fierbere, limita fiind, în general, 155÷165°C. Pentru modelele anilor 2000 recomandările de utilizare ale lichidelor de frână sunt, în general, de 2 ani sau 60.000 km. Scăderea temperaturii de fierbere în func ţie de umiditate poate fi urmărită în figurile 12.1-12.3. Din motive de securitate se recomandă schimbarea lichidului de frână conform prescripţiilor constructorilor.
Fig. 12.1. Variaţia punctului de fierbere la lichide de frână în funcţie de timpul de expunere la aer
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
102/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Fig. 12.2. Variaţia punctelor de fierbere la fluide DOT3 / DOT4 în funcţie de conţinutul de apă
Scăderea punctului de fierbere a lichidului de frân ă datorită p ătrunderii apei în el depinde de calitatea fluidului, respectiv de durata de expunere la aer şi de climatul în care lucrează, după cum se poate constata şi din figurile 12.2-12.3. Datorită presiunii la care este supus lichidul, temperatura lui de fierbere se măreşte, cum întâmplă şi în cazul contaminării cu apă. Determinări f ăcute de firma Daimler-Benz pornind de la un lichid de frână DOT4, cu temperatura adusă la 170°C (la presiunea atmosferică) prin adăugare de apă, au evidenţiat faptul că, la o suprapresiune de 5 bari, temperatura de fierbere a crescut cu circa 72°C, după cum se constată şi din figura 12.4. În practică, acest fenomen are următorul efect: dacă, şoferul apas ă permanent ă se de ăexemplu, frâna, de ăfrân înc lzeşte f ăr ăla cao şcoborâre oferul să observe o schimbare la pedala delichidul frână. Dac lichidul de frână se încălzeşte în această stare mult peste temperatura de fierbere la presiunea atmosferică, atunci el se evapor ă spontan dacă şoferul va lua piciorul de pe frână. Circuitul de frânare respectiv va fi acum plin cu vapori, iar dac ă se acţionează din nou frâna, aceasta va acţiona în gol. Aşa se explică defectarea spontană a frânei la frânări de durată. Pe de altă parte, se pot concepe sisteme la care lichidul de frână să fie menţinut sub o presiune preliminar ă, astfel încât se poate exploata creşterea punctului fierbere în func ţie de presiune. Ca element de construcţie pentru autovehicule, lichidul de frână nu poate fi luat separat, ci în legătur ă cu elementele de etanşare, adică cu elastomerii. Este lipsit de sens, de ă punctul de fierbere al unui lichid mult ste limita obişnuită, exemplu, să se măreasc dacă nu se dezvolt ă în acela şi timp un elastomer care să poată permite folosirea practică a temperaturii mărite.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
103/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Fig. 12.3. Variaţia cantităţii de apă absorbită în cursul anilor
Fig. 12.4. Mărirea temperaturii de fierbere în funcţie de suprapresiunea în sistemul de frânare la D0T4
Deja în momentul de faţă elastomerii uzuali rezistă numai pentru scurt timp la temperatura de fierbere mai ridicată a lichidelor de frână pe bază de poliglicolieteri. Utilizarea Ior este justificată totuşi, deoarece instalaţiile de frânare sunt concepute în aşa fel încât, de regulă, chiar şi la solicitări ridicate, nu se dep ăşeşte temperatura de fierbere pentru produsul ud. Solicitările la presiuni pulsatorii care apar, de exemplu, în garniturile cilindrilor principali, sunt suportate numai la temperaturi mult mai reduse; de exemplu, garniturile pe bază de SBR rezistă un timp mai îndelungat numai la o temperatur ă de 80°C până la 100°C; la solicitări mai ridicate trebuie să se folosească EPDM, dar şi în acest caz, temperaturi 120°C care ac ţionează un timp mai îndelungat provoacă dificultăţi. Probleme considerabile apar însă la lichidele pe baz ă de ulei mineral.
Aici nu se pot utiliza elastomerii amintiţi (SBR şi EPDM), deoarece se gonflează puternic şi de aceea se lucrează cu garnituri pe bază de NBR, CR sau Viton. Dac ă temperatura maximă admisă pentru acestea este +120°C, func ţionarea la frig este posibilă până la circa -30°C, ceea i reprezintă un mare dezavantaj.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
104/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
13 ELECTROLIŢI PENTRU ACUMULATORE ELECTRICE Acumulatoarele electrice ale automobilelor funcţionând în tampon cu alternatorul şi substituindu-se acestuia la oprirea motorului termic, pot fi cu electrozi pe bază de plumb în electrolit acid (aproape în exclusivitate) sau cu electrozi de nichel, fier, cadmiu, argint şi zinc în electrolit alcalin. Utilizarea acumulatoarelor alcaline este nejustificată din cauza costurilor mult mai ridicate şi faptului că materialele active din componen ţa lor sunt limitate, mai greu recuperabile şi strict dirijate.
13.1. Electroliţi pentru acumulatoare cu plumb Acumulatorii folosiţi frecvent, numiţi acumulatori de plumb, sunt confecţionaţi din perechi de gr ătare de plumb sau dintr-un aliaj de plumb-stibiu sau chiar de plumb-calciu, care rezistă mai bine la coroziune decât plumbul. În ochiurile gr ătarelor (plăcilor) se găseşte Pb spongios (la anod) şi PbO2 (la catod). Ca electrolit se foloseşte o soluţie de acid sulfuric cu concentraţia de 38%, respectiv densitatea 1,29 kg/l. Această concentraţie se caracterizează printr-o conductibilitate specifică maximă. Electrolitul este o solu ţie apoasă care se prepar ă din acid sulfuric pentru acumulatoare (STAS 164-75) şi apă distilată sau dedurizată. Acidul sulfuric pentru acumulatoare se livrează în trei tipuri: • tip 98 cu densitatea relativă ρ420 = 1,841; • tip 92 cu densitatea relativă ρ420 = 1,824; • tip 37 cu densitatea relativă ρ420 = 1,281. Pila formată în condiţiile utilizării acidului sulfuric şi electrozilor pe bază de plumb se punte simboliza în modul următor: (-) Pb/H2SO4/PbO2(+) Reac ţi ile generatoare de curent electric, care au loc în acumulator, sunt: • la polul negativ: Pb + SO 42- → Pb SO 4 + 2e; • la polul pozitiv: PbO 2 + SO 42- + 4H* + 2e → Pb SO 4 + 2H 2 O; • reac ţi a global ă: Pb + PbO 2 + 4H + → 2 Pb2 * + 2H 2O .
Când un element este descărcat, placa pozitivă se acoper ă cu sulfat de plumb, prin prelevarea de acid conţinut în electrolit, şi se formează apă. Placa negativă de asemenea prelevează acid şi se acoper ă de sulfat de plumb. Cantitatea de electrolit r ămâne practic egală, dar concentraţia în acid şi densitatea sa se micşorează. Se observ ă reac ţi a de dubl ă sulfatare. La înc ărcare procesul este invers celui prezentat anterior: • la polul negativ: Pb SO 4 + 2e → Pb + SO 42- ; 2- + • la polul pozitiv: Pb SO 4 + 2H 2O → PbO 2 + SO 4 + 4H + 2e; 2+
•
+
2 O → Pb reac ţi a globala: Pb + 2H PbO, ă+4H . Cele două plăci2 libereaz ă acid, placa +pozitiv se transform ă în oxid de plumb
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
105/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
iar placa negativă în plumb spongios. De îndată ce bateria este încărcată ea nu mai accepta energie în plus şi excedentul descompune apa în hidrogen şi oxigen, un amestec foarte inflamabil şi exploziv. De aceea este foarte important a ţine bateria în cursul încărcării departe de flacări sau surse de scântei, într-un loc corect ventilat. Concomitent cu aceste reacţii, la electrozi apare şi PbSO4 ce ader ă la plăci. Când sulfatul format este amorf acesta este reversibil; dac ă se formează cristalizat atunci nu mai este reversibil, şi acumulatorul nu se mai poate încărca. Acest fenomen se numeşte sulfatarea acumulatorului. În timpul func ţionării, conţinutul de PbSO4 cristalin creşte puţin câte puţin în prezenţa unor factori favorizanţi şi se ajunge, după un anumit timp, la sulfatarea acumulatorului. Diluarea acidului sulfuric concentrat se face numai în vase de sticl ă, vase de material plastic sau în vase metalice căptuşite cu folie de plumb sau acoperite cu material plastic. Atenţie. În vase se pune cantitatea de ap ă calculat ă şi în ea se toarnă pu ţ in câte puţ in, agitând continuu, H 2S O4 concentrat şi niciodat ă invers. Dizolvarea acidului sulfuric în apă este o reacţie puternic exotermă, motiv pentru care vasul în care se produce diluarea va fi r ăcit în exterior cu un curent de ap ă rece, iar turnarea acidului se va face numai puţin câte puţin. Electrolitul folosit în exploatarea diferitelor tipuri de acumulatoare are densitatea cuprinsă între 1,080 kg/dm3 şi 1,300 kg/dm3, în funcţie de starea de încărcare. Pentru acumulatoarele complet încărcate densitatea este de 1,260÷1,280 kg/dm 3; valorile mai mari ale densităţii electrolitului sunt specifice acumulatoarelor exploatate în anotimpul rece. Pentru condi ţii tropicale densitatea electrolitului este cuprinsă între 1,280 kg/dm3 şi 1,240 kg/dm3. Densitatea se determină, de obicei, cu ajutorul densimetrului. ă dinamic şte 15÷20% Capacitatea acumulatoarelor acide cu Pb maxim are o anumit : cre în prima treime a duratei de viaţă, ajungând la un care dep circa ăşeşteăcu valoarea nominală a capacităţii, apoi scade până la 80% din aceasta, când se consider ă epuizată, după cum rezultă şi din figura 13.1. În general această durată este de 2 ÷ 4 ani, adic ă circa 250 ÷ 400 cicluri funcţionale.
Fig. 13.1. Evoluţia în timp a capacităţii nominale la acumulatoarele acide cu plumb
Variaţia tensiunii electromotoare cu temperatura electrolitului, pentru o densitate la element de 1,28 g/cm3, poate fi urmărită în tabelul 13.1, iar variaţia acesteia cu concentraţia în tabelul 13.2.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
106/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Evoluţia tehnică la acumulatorii auto conduce la reducerea interven ţiilor pentru întreţinere. Din acest punct de vedere se întâlnesc: baterii f ăr ă întreţ inere — f ăr ă posibilitatea de a interveni la nivelul electrolitului şi baterii cu întreţ inere u şoar ă care presupun lipsa de întreţinere înainte de 50.000km sau 4 ani utilizare apoi intervenţii, dacă este necesar la fiecare 30.000km sau 2 ani. Bateriile pe bază de acid şi Pb sigilate utilizează un electrolit gelifiat. La acestea, gazele care se degajă la încărcare, sunt recombinate în electrolit. Ele nu se elimin ă deci, in afar ă de cazul în care în timpul fazei gazoase curentul de înc ărcare este foarte mare pentru a permite recombinarea completă. În acest caz gazele sunt evacuate printr-o supapă de uecuritate numită VRLA (Valve Regulated Lead Acid). Tabelul 13.1. Variaţ ia tensiunii electromotoare la element cu temperatura electrolitului
Temperatura (°C) Tensiunea (V) +40 2,145 +35 2,138
Temperatura (°C) Tensiunea (V) -10 2,079 -20 2,066
+30 +25 +20 +10 0
-30 -40 -50 -60 -70
2.131 2,124 2,117 2.104 2,041
2,053 2,026 2,013 2,013
Tabelul 13.2. Variaţ ia tensiunii electromotoare cu concentraţ ia electrolitului
Concentraţia (%) 0,5 1,0 2,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0
Densitatea (g/cm3) 1,003 1,006 1,013 1,033 1,067 1,102 1,140 1,179 1,219 1,260 1,303
Tensiunea electromotoare (V) 1,765 1,799 1,832 1,881 1,930 1,963 1,997 2,032 2,069 2,114 2,155
Îmbătrânirea prematur ă a bateriei are loc în urm ătoarele situaţii: • descă rcare prea profundăîmb a bateriei (dac o anumităă limit pentru bateriile de calitate), ătrânirea seăaccelereaz ); ă este depăşită, (80% • încărcarea prea rapidă şi incompletă; • sarcină incompletă; • suprasarcină (un exces de sarcin ă, sau suprasarcină, este cauza la circa o treime din cazurile de îmbătrânire prematur ă a unei baterii); • temperatur ă medie ridicată (durata de viaţă se diminuează la jumătate pentru fiecare 10°C creştere de temperatur ă)
13.2. Electrolit pentru acumulatoare alcaline Acumulatoarele alcaline sunt acele pile secundare în care electrolitul folosit este o solu ţie alcalină. Variantele clasice au două tipuri de electrozi catod (de Ni şi
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
107/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
Ag ) şi trei tipuri de electrozi anod (de Fe, Cd şi Zn). Din combinarea acestora rezultă pricipalele cupluri electrochimice: Ni-Fe, Ni-Cd, Ni-Zn, Ag-Zn şi Ag-Cd. Acumulatoarele Fe-Ni şi Cd-Ni au drept electrolit un amestec de hidroxid de potasiu (KOH) şi hidroxid de litiu (LiOH). La acumulatoarele alcaline electrolitul nu participă direct la ciclul reacţiilor electrochimice, aşa cum este cazul la acumulatorul acid cu Pb. La aceste acumulatoare ciclurile de încărcare / descărcare se bazează pe fenomenele de oxidare / reducere ale electrozilor. Electrolitul nu joacă decât rolul de vehicul pentru ioni şi nu participă la fenomenele de oxidare / reducere. Calitatea şi densitatea electrolitului sunt în funcţie de destinaţie şi dimensiune: • elemente obişnuite: densitate 1,227÷1,231 kg/dm3, cu adaos de hidroxid de litiu de 50 g/dm3; • elemente înalte şi largi: densitate 1,223÷1,227 kg/dm 3, cu adaos de hidroxid de litiu de 30 g/dm3; • elemente foarte înalte şi largi: densitate 1,205÷1,209 kg/dm 3, cu adaos de hidroxid de litiu de 18 g/dm3. Pentru acumulatoarele Ag-Zn şi Ag-Cd, hidroxidul de potasiu din electrolit este în propor ţie de 30 ÷ 40%. Avantajele principale ale acumulatoarelor alcaline sunt: tensiune de descărcare uniformă, fiabilitate deosebită, rezistenţă mare la şocuri mecanice şi electrice, întreţinere foarte simplă, posibilităţi de miniaturizare şi de etanşare. Dezavantajul major este preţul foarte ridicat.
13.3. Polimeri conductivi pentru acumulatoare ă a fi ceaacumulatoarelor ţie în Aceastăelectrice, soluţie sede consider mai revoluţionar ăcu inven materieDe de acumulatoare la inventarea plumb încoace. construcţie etanşă acumulatoarele cu polimeri conductivi pot îmbr ăca cele mai surprinzătoare forme constructive (plic, panou, modul cilindric, prismatic etc.) şi pot acoperi plaje de capacitate de la microelemente la zeci de kWh, destinate electromobilelor. Fiind uşoare, constituie sursa ideală pentru aparatura portabilă de orice gen şi asigura energii şi puteri specifice suficient de mari pentru a conferi electromobilului autonomie funcţională necesar ă competiţiei cu motoarele cu combustie. Universitatea din Pennsylvania, în paralel cu Allied Corporation (SUA), au brevetat polimeri conductivi pentru acumulatoarele electrice. Acumulatoarele cu astfel de ţ electrozi un plumb, volum iar de masa trei orieste maidemic decât cele conven electrozi din zece ori mai redus ă. ionale echivalente cu Poliacetilena, polifenilena şi polipropilena sunt polimerii conductivi breveta ţi. Electrolitul, lichid sau sub formă de folie solidă, nu se consumă în procesul de încărcare-descărcare, permiţând realizarea de elemente etanşe modelate în orice formă, O problemă ce aşteaptă încă o rezolvare convenabilă este autodescărcarea. Pentru viitor este avut ă în vedere, pentru bateriile auto, trecerea de la tensiunea de 12V la 36V (42V).
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
108/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
14 RECICLAREA COMPONENTELOR Şl MATERIALELOR AUTO Existenţa epavelor automobilelor scoase din uz ridică probleme foarte serioase ca: imobilizarea unor cantităţi foarte mari de materii prime, de poluare a mediului, de existenţa unor locuri de depozitare ce imobilizează şi poluează terenuri tot mai vaste. Reintroducerea în circuit a materialelor auto recuperate înseamn ă limitarea necesarului de materii prime, economii însemnate de energie, ciclul materialelor devenind par ţial autoalimentat. Actualmente în ţările dezvoltate se practică exportul pentru o parte din şinile vechi şi o altă parte, mai importantă, este dirijată către unităţi de ma revalorificare auto (pentru piaţa de piese de schimb şi industria de materii prime).
14.1. Punerea în aplicare a ecoconcepţiei de reciclare a materialelor auto Actualmente obiectivele de bază ale reciclării materialelor auto sunt: creşterea cantităţii de materiale refolosibile la 95%, stabilirea unor cicluri închise de utilizare a diferitelor materiale, cur ăţirea mediului de elementele agresive din epavele automobilelor şi micşorarea suprafeţelor ocupate de depozitele de deşeuri auto. Referitor la vehiculele scoase din uz Directiva 2000/53/CE, pentru reciclarea materialelor auto, prezintă patru faze de tratare ale acestora. 1. Pretratarea sau depoluarea se refer ă la demontarea tuturor elementelor poluante capabile de a dăuna mediului înconjur ător, extragerea bateriilor de acumulatori, a fluidelor (carburanţi, uleiuri, lichide de r ăcire, lichide de frână, fluidelor de amortizor etc.) şi demontarea tuturor componentelor enumerate în anexa I a directivei menţionate. 2.Demontarea. Această faz ă se refer ă la demontarea pneurilor, a componentelor din sticlă (parbrize, geamuri laterale) şi a componentelor voluminoase din masă ă (bare ţie. fa ţă / spate,vehiculelor ţi, fluide). plastic tablou de bord, ţireadeşiprotec Carcasele sunt recipien introduse în concasoare şi 3. Mărun trierea rupte în bucăţele. Fragmentele sunt triate pe tipuri de materiale: oţeluri, metale neferoase şi reziduu de măcinare (plastice, spume, cauciucuri etc). Fracţiile metalice sunt valorificate. 4. Tratarea reziduurilor sf ărmate. Reziduurile de măcinare sunt triate în scopul izolării. Particulele minerale (sticla...), unele materiale organice (plastice, cauciucuri etc.) putând fi utilizate în calitate de combustibili de substituţie (valorificarea energetică), altele putând fi utilizate pentru reciclarea chimică etc. Ultimele reziduuri sunt plasate în centre de îngropare tehnică. Pentru reciclare, la automobile, se mai are în vedere norma ISO/DIS 22628 Vehicule rutiere-Reciclabilitate şi recuperare-Metode de calcul .
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
109/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
14.2. Reciclarea materialelor Pentru reciclarea materialelor trebuie avut în vedere c ă din momentul concepţiei până la sfâr şitul vieţii ultimelor vehicule realizate după concepţia respectivă, trec aproximativ 22 de ani (circa 3 de la concepţie la punere în fabricaţie, circa 7 ani perioada de fabrica ţie a tipului conceput şi circa 12 ani perioada de utilizare a ultimelor produse din gama respectivă). Reciclarea metalelor . Aceste materiale sunt recuperate, în general, pe cale siderurgică, valorificându-se astfel circa 73% din greutatea automobilului. De menţionat că marcarea metalelor nu este încă obligatorie, dar în ultimă instanţă se poate ajunge la marcarea anumitor piese. Reciclarea metalelor feroase ridică probleme datorită existenţei a circa 40 de sortimente diferite de oţeluri colectabile. În plus este necesar ă evitarea prezenţei metalelor reziduale ca: Cu, Ni, Sn, Mo şi Cr în fierul vechi. De exemplu inser ţia de Cu într-o placă de oţel se regăseşte în oţelul reciclat şi constituie un poluant. Aluminiul este cel mai apt pentru reciclare, aluminiu secundar ob ţinându-se foarte pur şi f ăr ă consumuri însemnate de energie, putând fi utilizat la fabricarea de piese noi. Ţările membre ale Uniunii Europene constituie cel mai mare produc ător de aluminiu secundar pe plan mondial, cu o producţie de circa 1,6 milioane tone anual, din care în industria de automobile se consumă 60%. Zincul se recuperează de pe tablele zincate, cu obţinerea şi de plumb ca produs secundar, prin diferite procedee. Metalele preţioase: Pt, Rh, Pd, folosite la realizarea catalizatorilor auto, care sunt foarte scumpe i reprezintşăi reutilizate. o pondere mare din producţia mondială, este imperios necesar a fi şdeblocate Reciclarea maselor plastice. În industria auto se consider ă ca durată medie de viaţă a materialelor plastice circa 8 ani. Masele plastice au o pondere însemnată în greutatea automobilelor moderne (12-14%), depinzând bineînţeles de firmă. Marile firme constructoare din lume, în cooperare cu furnizorii lor de materiale plastice au iniţiat proiecte naţionale şi internaţionale de reciclare a maselor plastic. Pentru uşurarea reciclării, masele plastice trebuie marcate conform reglementărilor ISO 11469 Identificarea generic ă şi marcarea pieselor din masă plastic ă. Materialele plastice termoplastice, graţie naturii chimice, pot fi retopite şi recompoundate într-un nou tip de termoplast. Comportarea diferită la degradare ă face ca, totuşi, unele dintre acestea, în urma proceselor de retopire să termic r ămână cu caracteristici mult diminuate fa ţă de materialele originale. Prezenţa unor adausuri, ca de exemplu fibrele de sticlă, le fac reutilizabile numai în materiale de asemeni ranforsate. Mai mult, materialele plastice recuperate, datorită expunerii îndelungate la îmbătrânirea provocată de factori de mediu, au caracteristicile fizico-mecanice diminuate. Inginerii firmei FIAT au introdus conceptul cascad ă, ce presupune utilizarea în mai multe etape a maselor plastice, creându-se produse cu proprietăţi noi. Câteva exemple de reciclare a pieselor din mase plastice sunt prezentate în continuare:
Polietilenă de înaltă densitate: • rezervor de combustibil → reutilizare în calitate de component, în propor ţie de
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
110/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
30%, în materialul unui rezervor de combustibil nou; Polipropilenă: • carcase de acumulatori → chesoane pentru bare de şoc; • bar ă panişoc → carcase pentru filtre de aer, conducte de aer, suport roată rezervă; Poliuretan: • spumă pentru scaune → placă fonoabsorbantă pentru caroserie; Policarbonat: • bar ă paraşoc → suport spoiler. Covoarele de planşeu realizate din poliolefine (polipropilenă) au un potenţial de reciclare de 100%. Se mai reciclează mochetele din fibr ă polipropilenică, capacele decorative pentru roţi, diferite piese care se montează pe capota motorului, grilele care se montează în faţa radiatoarelor, corpul lămpilor de iluminat-semnalizare şi altele. Materialele plastice termorigide, după măcinare, pot fi utilizate, încorporate în bitum şi în materialele termoplaste ca materiale de armare, la realizarea de materiale insonorizante sau în calitate de combustibil în fabrici de ciment şi furnale. Spumele poliuretanice flexibile utilizate la realizarea de matlasuri scaune, tetiere, cotiere etc au o bun ă reciclabilitate, putând fi reprocesate şi reutilizate pentru alte aplicaţii, dintre care cele mai importante sunt sub covoarele de planşeu. Reciclarea cauciucurilor . Dintre reperele de cauciuc, care au ponderea de circa 5% din masa automobilului, cantitativ, din punct de vedere al elastomerului înglobat, predomină anvelopele. Articolele tehnice din cauciuc se refolosesc sub dou ă forme: granulate din cauciuc (folosite în diverse forme la turnat cu bitum - ca infrastructur ă pentru drumuri, în plăci izolatoare de zgomot, combinat cu nisip ca infrastructur ă pentru arene sportive) şi pulbere de cauciuc (folosită ca adaos pentru pneuri şi produse noi, topit cu PVC/PV - ca pistă pentru arene sportive, plăci izolatoare şi la realizarea de tălpi ălţăminteăş, iîns pentru se încrecicleaz materiale insonorizante). obţinerea de geamuri de automobile, ci numai Sticla ă nu pentru pentru recipiente (circa 58% din necesar se obţine pe această cale). Materialele bateriilor de acumulatoare (plumb, acid sulfuric, polimeri) se pot recupera integral. Lubrifianţii uzaţi se pot refolosi prin regenerare la realizarea altor produse de lubrifiere. Lichidele de frână şi lichidele de r ăcire din automobilele scoase din uz se pot regenera (în special antigelul) sau folosi la realizarea de diluan ţi şi alte produse chimice.
14.3. Dezvoltarea de tipuri noi de automobile care permit prin construc ţie reciclarea materialelor Pentru constructorii de automobile a devenit clar că posibilitatea reciclării trebuie avută in vedere încă din faza de concepţie a produselor şi ca atare au creat norme care fixează regulile generale care trebuiesc urmate la conceperea vehiculelor şi componentelor lor din punct de vedere al tratării la sfâr şitul vieţii lor şi din punct de vedere al respect ării mediului ambiant. Acestea tratează aspectele economice ale etapelor cheie ale concep ţiei, din punct de vedere al reciclării, în vederea minimalizării impactului activităţilor legate de automobile asupra mediului. Se doreşte s ă se asigure o bună compatibilitate între dezvoltarea automobilelor şi respectul faţă de mediul ambiant. Unele firme constructoare de automobile şi-au propus controlul şi reducerea
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
111/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
conţinutului de clor în produsele utilizate pe vehicule. CăiIe de optimizare a unui proiect de piesă din material plastic recuperabil sunt: • alegerea unor materiale reciclabile şi nepoluante, marcarea acestora pentru uşurarea sortării lor; • minimalizarea costurilor de materiale, plecând de la timpii necesari pentru demontare, număr şi tipuri de scule utilizate, necesitatea de cur ăţire a pieselor etc; • alegerea materialelor pentru piese din mase plastice multimateriale trebuie f ăcută în funcţie de compatibilitatea chimică a acestora şi de posibilitatea de triere densimetrică (diferenţa de densitate necesar ă pentru a putea fi triate în func ţie de aceasta trebuie să fie mai mare de 0,12 g/cm 3); • asigurarea facilităţii de identificare (marcarea conform ISO 11469), colectare şi recuperare; • facilitarea dezasamblării pieselor de pe autoturismele uzate, prin alegerea unor soluţii constructive care să permită o demontare uşoar ă. Încă din faza de proiectare în dezvoltarea automobilelor reciclabile se au în vedere următoarele: • reducerea sortimentelor de materiale utilizate (materialele care sunt pe vehicul în cantitate mai mare de 20 kg sunt considerate cele mai favorabile unei filiere de reciclare durabile); • realizarea de piese monomaterial conduce la crearea de filiere durabile de reciclare; • elaborarea de soluţii care să permită tehnologii de mare productivitate pentru reciclarea pieselor automobilului (triere automatizată); • micşorarea ponderii cuprului şi zincului; • evitarea cuplurilor de materiale greu separabile (metal / material plastic, metal / cauciuc, metal / sticlă, material plastic / alt tip de material plastic). Apariţia de deşeuri autoşişimaterialelor a problemelor legate din de evacuarea lor, cu revalorificarea componentelor rezultate dezmembrarea şi distrugerea epavelor de automobile, a materialelor şi componentelor scoase din uz precum şi a materialelor de exploatare uzate, creează probleme care trebuie rezolvate astfel încât să se asigure o protecţie eficientă a mediului înconjur ător. A apărut necesitatea ca automobilele scoase din uz s ă se transforme în rezerve de materii prime şi componente pentru fabricaţia şi exploatarea automobilelor, şi, pentru aceasta, s-a impus ca problemă deosebită reutilizarea materialelor, pentru care s-au emis, în ţările dezvoltate, documente legislative pentru reglementarea tratării vehiculelor la sfâr şitul vieţii lor cu respectarea mediului ambiant. În stadiul actual în România reciclarea automobilelor nu constituie o ă componentele fiind supuse legislaţiei generale în vigoare preocupare deosebit privind colectarea şi ,revalorificarea materialelor. Creşterea foarte importantă a gradului de motorizare trebuie să fie însoţită şi la noi de măsuri de apărare a societăţii împotriva pericolelor ce înso ţesc acest fenomen şi de rezolvare a problemei ţinând cont de mediu şi aspectele economice legate de reciclarea materialelor. Marile firmele producătoare de automobile au demarat de multă vreme proiecte de recuperare a deşeurilor şi î şi dezvoltă re ţele proprii, sau prin asociere, destinate reciclării automobilelor. Astfel, ele î şi creează staţii pilot pentru extragerea lichidelor de exploatare şi demontarea şi sortarea pieselor automobilelor proprii, punând la dispoziţia reţelei de ateliere de reciclare informa ţiile şi documentaţia privind materialele utilizate pentru diferite repere, sortarea şi posibilităţile de reutilizare ale acestora. La realizarea programelor de recuperare şi reciclare
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
112/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
participă alături de constructorii de automobile şi mari companii furnizoare de materiale, companii din sistemul de reciclare, prelucr ători etc. Pentru ţările dezvoltate reciclarea constituie o problemă foarte serioasă şi este tratată ca atare. Grupul CFF are deja 22 de centre de colectare şi staţii pilot prin care s-au pus bazele în Franţa a ceea ce se numeşte Ecoindustrie.
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
113/114
5/31/2018
MaterialeSpecialePtAuto -slidepdf.com
15
BIBLIOGRAFIE
1. Gherghişor M. - “Carburanţi, lubrifianţi si materiale auto speciale”, Ed. Paralela 45, Piteşti, 2003
http://slidepdf.com/reader/full/materiale-speciale-pt-auto
114/114