FPMPC Fabricatia pieselor din materiale plastice si compozite Curs FPMPC 1
BIBLIOGRAFIE 1.Liana Hancu, Horatiu Iancau, Tehnologia materialelor nemetalice. Tehnologia fabricării pieselor din materiale plastice, Editura ALMA MATER, 2003, 254 pagini, ISBN 973-8397-34-0. 2.Liana Hancu, Horaţiu Iancău, Alina Crai, Tehnologia fabricării pieselor din materiale plastice : Studii de caz, Cluj-Napoca : Alma Mater, 2007, ISBN 978-973-7898 3.Horun,S., Paunica,T., Sebe,O., Serban,S., Memorator de materiale plastice si auxiliari. Editura Tehnica, Bucuresti,1988. 4.Iancău,H., Nemeş, O., Materiale compozite- concepţie şi fabricaţie, 2002, 155 pagini, editura MEDIAMIRA-Cluj Napoca 5.Tentulescu,D., Tentulescu,L., Fibre de sticla. Edtura Tehnica, Bucuresti, 1994. 6.Seres, I., Injectarea materialelor plastice. Editura Imprimeriei de Vest, Oradea,1996. Curs FPMPC 2
Ce sunt materialele plastice? Sunt materiale sintetice Reprezintă un înlocuitor al materialelor metalice si permit rezolvarea unor probleme în diferite ramuri industriale. Definiţia 1: Materialele plastice reprezintă un amestec de doi sau mai mulţi polimeri cu unul sau mai mulţi aditivi. Polimer: repetarea unor grupări de atomi numite meri( unităţi cantitative). Mer (monomer): substanţă cu masa moleculară mică ( compusă din molecule simple) capabile să se unească cu molecule identice sau cu moleculele altor monomeri pentru a forma un polimer. Definiţia 2: Materialele plastice sunt materiale macromoleculare adică substanţe chimice cu masă moleculară ridicată, obţinute prin polimerizare. Curs FPMPC 3
ISTORIC 1862 se obtine celuloidul, plecând de la nitratul de celuloză şi camfor. 1884 se realizează primul fir artificial din nitrat de celuloză 1907 Boekeland- realizează materialul sintetic denumit bachelită 1927 se obtine policlorura de vinil (PVC) 1938 se obtine polistirenul (PC); poliamida- nailon (PA) În anii 1929-1933 ţările lumii trec printr-o perioadă de mare criză economică. Producţia industrială a cunoscut scăderi catastrofale: 46% în SUA, 34% în Germania, 27% în Franţa. Guvernele din fiecare ţară au căutat căi şi soliţii diverse pentru a ieşi din criză. Cea mai importantă încercare de acest fel a fost politica promovată de preşedintele american Franklin Delano Rooselvelt, cunoscută sub numele de New Deal (Noul curs). Măsurile luate au determinat în anii 1934-1939 o redresare a economiei statelor. Redresarea trebuie pusă pe seama dezvoltării unor noi ramuri de producţie, un rol determinant având producerea cauciucului sintetic şi dezvoltarea industriei maselor plastice. 1942 se obtine polietilena de joasă densitate (LDPE) 1953 polietilena de înaltă densitate (HDPE) 1957 polipropilena (PP) Curs FPMPC 4
Clasificarea materialelor plastice 1.Dupa transformarile la temperaturi ridicate. 1. Materiale plastice termoplaste 2. Materiale plastice termoreactive (termorigide) 2. Dupa modul de obtinere: a. Naturale: termoreactive proteinice; termoreactive celulozice. b. Sintetice: policondensate: -termoreactive: -fenoplaste;-siliconice; -aminoplaste;-poliesteri; -termoplastice: -poliamide; -aminoplaste; -poliesteri; -policarbonaţi; polimerizate: -termoreactive: -poliesteri nesaturaţi; -termoplastice: -policlorură de vinil;polietilene;poistiren; polifluorofine;polibutadiene; poliaditive: termoreactive: -răşini epoxidice; -poliuretani; termoplastice: -poliuretani lineari. Curs FPMPC 5
Avantajele si dezavantajele materialelor plastice - masă volumică redusă în raport cu metalele (2 kg/dm3 faţă de 7-8 kg/dm3 la oţel); - rezistenţă mecanica redusa, daca nu sunt armate; - coeficient de dilatare foarte mic în raport cu metalele; - rezistenţă la şoc, abraziune şi coroziune; - durabilitate ridicată în funcţionare; - capacitate mare de amortizare a vibraţiilor; - siguranţă mai mare în funcţionare daca sunt armate (ruperea unui material compozit nu se face brusc ca la metale); - consum energetic scăzut pentru producere (pentru obţinerea polietilenei se consumă 25 Kcal/cm3 în timp ce la oţel valoarea este de 160 Kcal/cm3 ); - rezistenţă extrem de ridicată la acţiunea factorilor atmosferici (oxidare, coroziune, mucegai); - stabilitate chimică ridicată. Curs FPMPC 6
A. Materiale plastice termoplaste se caracterizează prin aceea că prezintă caracterul de transformare reverbililă. Sunt transformate în produse sub acţiunea presiunii si a căldurii, fiind necesara racirea pentru a-si pastra forma. Ele nu suferă transformări chimice în timpul formării pieselor, deci pot fi topite din nou. Caracteristici principale: Se pot prelucra prin: injecţie în matriţă, extrudare în filieră, termoformare, termosuflare, calandrare, ambutisare, ştanţare, etc. Temperatura de utilizare mai mică de 100 C Rebuturile şi deşeurile sunt recirclabile (se pot recupera) deoarece se pot măcina şi reintroduce în ciclul de fabricaţie Exemple de materiale plastice termoplastice: a)poliolefine: -polietilene de joasă şi înaltă densitate, polipropane, copolimer: tilenă-propilenă b)vinilice: -policlorura de vinil, poliacetat de vinil c)polistirenice:-polistiren obişnuit, polistiren antişoc, copolimer:a.b.s. d)celulozice: - nitrate, acetate Curs FPMPC 7
B. Materiale plastice termoreactive ( termorigide) se caracterizează prin aceea că sub acţiunea căldurii şi presiunii în timpul prelucrării suferă transformări chimice ireversibile. Polimerizeaza (deci se intaresc) la temperaturi ridicate si NU au nevoie sa fie racite pentru a-si pastra forma Caracteristici principale: temperatura de utilizare este mai ridicată, fără a depăşi 200 C după transformare devin infuzibile şi insolubile în solvenţi se pot prelucra prin : injecţie în matriţă, presare la rece, centrifugare, compresiune, compresiune şi transfer rebuturile sau deşeurile sunt pierdute, nu se reciclează Exemple de materiale termorigide: a)fenolice: -fenol formaldehide -resorcine formaldehide b)aminoplaste: -uree formaldehide -melamine formaldehide Curs FPMPC 8
Comportarea materialelor plastice la diferite solicitări a. Influenţa temperaturii asupra deformaţiei Curs FPMPC 9
Starea sticloasă este caracterizată de deformaţii elastice foarte mici care cresc liniar cu temperatura şi se explică prin preponderenţa însemnată a forţelor inter şi intramoleculare asupra energiei de agitaţie termică. Această stare se menţine până la temperatura de vitrifiere Tv. Temperatura de vitrifiere scade cu micşorarea masei moleculare. Starea înalt-elastică începe deasupra temperaturii de vitrifiere. Pe intervalul corespunzător stării înalt elastice deformaţiile cresc rapid la început, după care rămân constante până la temperatura de curgere Tc. În acest domeniu polimerul dezvoltă deformaţii mari, reversibile, datorate mişcărilor termice executate de segmentul de lanţ, fără ca moleculele să se deplaseze independent. Starea vâscoelastică începe în cazul polimerilor amorfi la temperatura Tc. Acest domeniu se caracterizează printr-o mişcare termică intensă a segmentelor de lanţ şi a macromoleculelor în întregime. Temperatura de curgere marchează apariţia, alături de deformaţia elastică reversibilă, a deformaţiei ireversibile. Temperatura de curgere nu reprezintă o valoare fixă ci un interval caracteristic pentru fiecare polimer în parte, în funcţie de configuraţia polimerului, de factori cinetici (viteza de încălzire) şi de durata aplicării sarcinii. La Tc energia cinetică a macromoleculelor învinge forţele de coeziune macromoleculare, ceea ce permite mişcarea lor relativă de alunecare. Temperatura creşte cu mărimea macromoleculelor. Curs FPMPC 10
Temperaturi Temperaturile caracteristice ale polimerilor sunt: temperatura de vitrifiere Tv, temperatura de curgere Tc, temperatura de fragilizare Tb, temperatura de topire Tt, temperatura de degradare termică Td. Temperatura de vitrifiere Tv este temperatura la care are loc trecerea din stare sticloasa in stare inalt elastica Temperatura de curgere Tc este temperatura de trecere din starea inalt elastica in starea de curgere Temperatura de fragilizare Tb este temperatura minimă până la care materialul este casant. Temperatura de degradare termică Td este temperatura la care începe descompunerea polimerului sub influenţa căldurii. Temperatura de topire Tt este caracteristică polimerilor cristalini şi marchează trecerea de la starea cristalină solidă la cea lichidă. Prelucrarea materialelor plastice este dependentă de starea lor fizică, astfel încât un anumit procedeu de prelucrare poate fi aplicat numai într-un interval de temperatură. Curs FPMPC 11
b.influenţa timpului asupra deformaţiei în momentul t0 se acţionează cu o forţă (la tracţiune) asupra unei epruvete, iar în momentul t1 forţa este îndepărtată. Deformaţia totală este: ε = εe + εie + εp εe este deformaţia elastică, εie este deformaţia înalt elastică, εp este deformaţia plastică. Curs FPMPC 12
Proprietatile materialelor plastice a. Proprietăţi fizice şi termice Materialele plastice sunt: materiale organice solide; foarte uşoare, având o greutate specifică mică; au coeficient de dilatare liniară mare în comparaţie cu metalele şi aliajele lor; au conductibilitatea termică mică; materialele plastice se dilată mai mult, dar se încălzesc mai greu decât metalele; asigură o bună izolaţie termică; nu au puncte fixe de topire, ci puncte de înmuiere, deoarece trecerea de la faza solidă la cea lichidă se face treptat; comportarea optică a materialelor plastice este de mare importanţă practică în obţinerea de ambalaje transparente, lentile cu destinaţie diversă etc. Curs FPMPC 13
b. Proprietati chimice Tipul de reacţie policondensare sau polimerizare prin care a fost obţinut materialul plastic, determină, în special, comportarea chimică a materialului: -polimerii sunt rezistenţi la acţiunea agenţilor chimici, se colorează greu, obţinându-se culori şi nuanţe puţine -policondensatele cu structură filiformă: au stabilitate chimică scăzută, au proprietăţi hidrofile, absorbind apa, pot fi uşor şi divers colorate -policondensatele cu structură tridimensională: sunt total inerte din punct de vedere chimic, se pot colora limitat, în faza premergătoare structurării sau prin acoperiri la suprafaţă Curs FPMPC 14
c.proprietati mecanice Majoritatea materialelor plastice au rezistenţă bună, şi uneori chiar foarte bună la diferitele solicitări mecanice: frecare, încovoiere, rupere, alungire, forfecare. În general materialele plastice se caracterizează prin: rezistenţă mecanică bună; duritate mare; amortizarea şocurilor şi vibraţiilor; rezistenţă la uzură; proprietăţi de alunecare bune. După comportarea mecanică faţă de acţiunea unei forţe exterioare, materialele plastice pot fi: plastomeri: dacă păstrează deformarea provocată; elastomeri: dacă revin la forma iniţială după încetarea acţiunii forţei. Materialele plastice au o comportare la solicitările mecanice care variază atât în funcţie de temperatură cât şi în funcţie de timp. Curs FPMPC 15
d.proprietati tehnologice Principala proprietate tehnologică a materialelor plastice este deformabilitatea la cald. Pe această proprietate se bazează procedeele de prelucrare a materialelor plastice Caracteristicile principale se referă la: temperatura de injecţie; temperatura de presare presiunea de injecţie; contracţia la prelucrare Prelucrările ulterioare ale materialelor plastice pot fi prin a: găurire, frezare, rabotare, strunjire. Materialele din care se confecţionează sculele aşchietoare sunt: oţel rapid, plăcuţe din carburi metalice sau diamant, (în cazul materialelor plastice armate). Se pot realiza asamblări sudate sau lipite. Curs FPMPC 16
Materiale compozite Compozit - adj.= Corp alcătuit din elemente disparate, felurite. (Dicţionarul explicativ al limbii române) Materialele compozite reprezintă aranjamente de fibre - continue sau nu - din materiale rezistente (elemente de armare) care sunt acoperite cu o matrice a cărei rezistenţă mecanică este cu mult mai mică. Matricea menţine dispunerea geometrică dorită a fibrelor şi le transmite solicitările la care este supusă piesa. (Daniel GAY - Matériaux composites) Materiale compozite - Materiale formate din mai multe elemente componente distincte, a căror asociere conferă ansamblului proprietăţi pe care nici unul dintre elementele componente luate separat nu le posedă. (Le Petit Larousse Illustré) Curs FPMPC 17
Materiale compozite Matrice Material de baza Material de armare Materiale auxiliare Curs FPMPC 18
Structura unui material compozit MATERIALE DE ARMARE Sticlă, azbest, siliciuşi cuarţ, carbongrafit, bor, carburi de siliciu, oţel, iută, bumbac, celuloză, aramidă, aliaje metalice, safir etc. MATRICE (LIANT) -Organicã: Răşini (fenoli, poliesteri, poliamide, epoxizi, etc.) -Minerală: carbon, ceramice -Metalică: Al, Ni, Ti. MATERIALE COMPOZITE MATERIALE AUXILIARE (ÎNCĂRCĂTURI, ADITIVI) -Materiale de umplutura: cretă, siliciu, caolin, oxid de titan, sticlă (bile), pudră metalică, cuarţ, mică -Materiale ajutatoare: coloranţi, agenţi de finisare (Gel-coat), agenţi de cuplare, catalizatori, inhibitori, antioxidanţi, diluanţi, acceleratori, stabilizatori -Materiale cu scop special: agenţi antistatici, agenţi de demulare, agenţi ignifuganţi, agenţi antiradianţi, agenţi fungicizi Curs FPMPC 19
Produse din materiale plastice Curs FPMPC 20