UNIVERSITATEA”VASILE ALECSANDRI” DIN BACĂU FACULTATEA DE INGINERIE SPECIALIZARE : INGINERIE SI MANAGEMENT IN DOMENIUL MECANIC

MATERIALE PLASTICE

Student: Indrumator :Petrea Gabriel Prof. univ. dr. ing. ec. Gheorghe SIMIONESCU

1

Bacau 2012

1. MATERIALE PLASTICE

Sub denumirea de materiale plastice se înţeleg azi materialele obţinute pe bază de polimeri, în general sintetici, a căror prelucrare sub formă de produse finite se face la temperaturi la care acestea devin plastice. Materialele plastice la presiune şi temperatură normală sunt relativ dure, puţin elastice şi lipsite de proprietăţi plastice.

Materialele plastice reprezintă amestecuri în proporţii determinate între polimeri şi unele materiale auxiliare care modifică în mod avantajos caracteristicile de utilizare şi de prelucrare, sau aspectul polimerului.

1. 1 . POLIMERII

Moleculele polimerilor (macromolecule) sunt formate din 1000 - 10 000 şi chiar 100 000 de unităţi structurale identice, care se repetă denumite meri (meros în limba gracă înseamnă parte). Natura merilor diferenţiază tipurile de polimeri. O moleculă se consideră polimer dacă are o masă moleculară suficient de mare, de peste 103 - 104.

Macromoleculele care prezintă interes din punct de vedere tehnologic sunt acelea a cărormasă moleculară depăşeşte 10 000 (masa moleculară a apei este 18).

„Materialul pentru construcţia" macromoleculei este monomerul; dacă se utilizează o singură specie de monomer „produsul" este un homopolimer; dacă se utilizează două specii de monomer se obţine un copolimer; iar dacă se utilizează trei specii de monomer, rezultă un terpolimer. Ir

Macromoleculele cu mase moleculare diferite, alcătuite deci din numere diferite de meri, formează polimeri omologi.

Polimerii sintetici se obţin prin reacţii de polimerizare, de policondensare şi de poliadiţie; reacţii principal diferite. în cazul polimerizării se leagă între ele molecule acelaşi fel sau diferite, iar polimerul format are masa moleculară egală cu suma maselormoleculare ale moleculelor reactante.In cazul policondensării, combinarea moleculelor simple şi formarea polimerului are loc cu punerea în libertate a unor substanţe simple ca H20, HC1, etc, masa moleculară a polimerului nu este egală cu suma maselor moleculare iniţiale.în cazul poliadiţiei au loc reacţii de adiţie (două sau mai multe molecule, de acelaşi fel sau diferite, reacţionează spre a forma un singur compus) şi de polimerizare între substanţe di- sau polifuncţionale, din care rezultă polimeri cu proprietăţi speciale (de exemplu poliuretanii).Procesul de polimerizare în cursul căruia se leagă între ele molecule de acelaşi fel, poatefi reprezentat prin schema:nA→(A)n

în care A este monomerul iar n - gradul de polimerizare. Acesta se mai notează şi cu Gp.Procesul de polimerizare a două specii de molecule diferite, A şi B, poartă numele de copolimerizare şi se poate efectua conform schemelor

1 - alternativ—A— B—A—B—A—B—A—B—A—B—A—B—

2

2 - întâmplător—A—A—B—A—A—A—B—B—B—A—B—B—A

Din punct de vedere al structurii, compuşii macromoleculari pot fi. liniari sau filiformi, cu structură ramificată şi tridimensionali. Compuşii tridimensionali care au macromolecule de formă sferică se mai numesc globulari (3).Polimerii liniari sau filiformi se caracterizează prin lanţuri macromoleculare care

au crescut pe o singură direcţie; lungimea acestora este mult mai mare decât dimensiunile lor transversale.

De asemenea, moleculele lor sunt independente între ele, nu se leagăchimic. De exemplu: polietilena, polizobutilena, poliamidele etc.

Polimerii ramificaţi, rezultă în cazul în care lanţurile macromoleculare au crescutpe două direcţii (asemănător ramurilor unei crengi).Polimerii tridimensionali, conţin macromoleculele care au crescut pe toate cele trei direcţii ale spaţiului; se formează reţea spaţială.

O categorie intermediară este reprezentată de polimerii care au iniţial structura liniară, dar la care în urma unui proces chimic se stabilesc legături între molecule (legături sau catene încrucişate), care le conferă o structură tridimensională.

.Polimerii sintetici şi cei naturali modificaţi pot fi clasificaţi după criteriul comportării

termomecanice, combinat cu cel al procedului de sinteză, tabelul 2.1.

3

1.2. MATERIALE AUXILIARE

Materialele auxiliare principale, utilizate la obţinerea materialelor plastice, sunt următoarele: plastifianţi, stabilizatori, materiale de umplutură, coloranţi, agenţi antistatici, lubrifianţi, fungicide, agenţi pentru ignifugare. agenţi pentru odorizare, etc. (24). Plastifianţii sunt substanţe lichide sau solide care adăugate produşilor macromoleculari modifică în mod permanent proprietăţile fizice ale acestora fără a le schimba natura chimică. Ei au rolul de a micşora forţele de atracţie intermoleculară ale polimerilor; macromoleculele mai puţin flexibile „rigide", devin, în prezenţa plastifianţilor, mai Plastifianţii sunt de obicei lichide cu greutate moleculară mică, greu volatile, compatibile cu polimerul căruia i se adaugă; foarte rar ei sunt substanţe solide cristaline.

Plastifianţilor li se cere să îndeplinească următoarele condiţii: să fie eficace(acestea se apreciază după scăderea temperaturii de vitrifiere), compatibili cu polimerul; să fie cât mai puţin volatili; să fie stabili la lumină şi căldură; să nu fie toxici; să aibă culoare cât mai deschisă, etc

Agenţii de ignifugare (anticombustibil) au rolul de a mări rezistenţa la foc a materialelor plastice. Ca agenţi de ignifugare se pot utiliza substanţe pe bază de compuşi de stibiu, de fosfor, polimeri cloruraţi (compuşii de clor în moleculă sunt greu combustibili) etc

Unii plastifianţi pot duce la micşorarea rezistenţei la foc a materialului plasticAgenţii fungistatici (sau fungicide) sunt substanţe care adăugate materialului

plastic îl fac rezistent la acţiunea microorganismelor, în special în condiţiile climatului tropical (cald şi umed).

Microorganismele atacă şi distrug, nu polimerul ca atare, ci materialele auxiliare care intră în compoziţia materialului plastic, îndeosebi, materialele de umplutură şi plastifianţii. Ca atare, se înrăutăţesc caracteristicile mecanice, se schimbă aspectul exterior, creşte permeabilitatea la gaze, la vapori de apă şi apoi la apă, ale materialului plastic. Aceste efecte devin evidente cu atât mai repede cu cât produsul din material plastic este mai subţire.

Uneori suprafeţele produsului din material plastic se tratează împotrivamicroorganismelor cu un grund sau cu un fungicid.

Agenţii de expandare (porogene), se utilizează în scopul obţinerii materialelor plastice poroase. Acestea pot fi materiale solide, fluide au gazoase, capabile să producă structură celulară materialului plastic în cursul prelucrării.

In general, se obţin atât celule închise cât şi celule deschise; poate predomina o formă sau alta de celulă.

Materialele poroase se pot obţine prin sinterizarea particulelor solide din materialul plastic (de exemplu plăci de policlorură de vinii, polietilenă, polistiren) sub influenţa căldurii şi a presiunii, sau prin spumare. Spumarea se poate face mecanic, (cu agitator, cu melc, etc), prin utilizarea unor agenţi de expandare care îşi pot schimba starea în timpul prelucrării (gaze comprimate, lichide volatile, soluţii solubile) sau chimic (agentul de expandare este un produs de reacţie secundar, rezultat al formării legăturilor intermoleculare: de exemplu formarea apei în unele reacţii de policondensare).

în prezent se obţin poroplaste (materiale plastice poroase) prin extrudarea materialului plastic în prezenţa unui agent porofer (propan, etc). se realizează covoare, plăci, acoperiri ale cablurilor, folii poroase, etc.

4

Agenţii de odorizare. Unele materiale plastice dezvoltă un miros necorespunzător, în acest scop se introduc aceşti agenţi.

1.3. TIPURI DE MASE PLASTICE TERMOPLASTE

Datorită diversităţii foarte mari, este dificil de făcut o clasificare a materialelor plastice disponibile, oricare ar fi criteriile de apreciere. De aceea, în cele ce urmează se vor prezenta cele mai utilizate termoplaste împreună cu principalele lor proprietăţi şi utilizări:

- polietilenă;- polipropilenă;

- policlorură de vinil;- politetrafluoretilena;- polistirenul;- polimetacrilatul de metil;- poliamidele;- poliesteri;- policarbonatul;- poliacetalul;- elastomerii;- siliconii.

1.3.1. POLIETILENA (PE)

Polietilena se obţine prin polimerizarea etilenei (CH2 = CH2). Este un termoplastic semicristalin, cu domeniul temperaturilor de utilizare (domeniul în care comportamentului materialului este similar celui de la temperatura ambiantă): -50°C...+60°C.Există două clase de polietilenă:- polietilenă de înaltă densitate (HDPE High Density Polyetylene) obţinută printr-unproces de polimerizare în soluţie, ce are loc la presiuni scăzute;- polietilenă de joasă densitate (LDPE Low Density Polyethlene) obţinută prin polimerizare în stare de vapori la temperaturi şi presiuni ridicate.Polietilena are o excelentă rezistenţă la acţiunea majorităţii solvenţilor şi agenţilor chimici. Ea poate fi uşor prelucrată, nu e toxică şi are bune proprietăţi de izolator electric. Polietilena de înaltă masă moleculară (HMWPE) e utilizată la obţinerea conductelor de distribuţie a gazului metan sau a rezervoarelor de benzină ale autovehiculelor. Polietilena de joasă densitate e mai puţin rigidă, combinând flexibilitatea cu o bună tenacitate. Se utilizează la fabricarea sacilor menajeri, a conductelor flexibile, jucăriilor, etc.

PrelucrareGranulele de polietilenă se pot prelucra atât în piese de turnare prin injecţie cât şi întuburi şi folii, respectiv în benzi. Aceasta se execută pe maşini de prelucrare obişnuite pentru termoplaste, cum sunt maşinile de injecţie, presele de extrudere în instalaţiile de suflare.Uniformitatea operaţiilor, flexibilitatea piesei de formare, care evită defectele de formă şi faptul că piesele extrudate se evacuează uşor de pe scule de formare, fac polietilena deosebit de adecvată pentru fabricarea complet automată.

5

Prin aceasta, polietilena este materialul adecvat pentru piese de formare deosebit de mari.Temperatura la turnarea prin injecţie se situează între 180 şi 250 °C, temperaturi mai marisunt utilizate pentru polietilena de densitate mare şi de asemenea de vâscozitatea mai mare a topiturii.

Ţevile se obţin prin extrudere; suprafeţe netede şi grosimi radiale uniforme se pot obţine prin umflarea prin suflare a părţii evacuate a ţevii şi prin presarea în acest fel de peretele unei duze de calibrare.

Pentru procedeul de extrudare este adecvată polietilena cu indice mic de topire, respectiv cu greutate moleculară mare. Cu ajutorul extrudelor se pot izola cu polietilena, conductoare şi cabluri electrice îh cabluri de înaltă frecvenţă; materialul izolant trebuie să prezinte o constantă dielectrică unitară.

Polietilena proaspăt aplicată se răceşte încet în băi de apă eşalonate, astfel încât aceasta să devină densă şi să obţină o cristalinitate uniformă. înainte de prelucrarea în continuare, izolaţia se cojeşte la un diametru riguros determinat. La cablurile de energie se aplică pe conductor la primul extruder, mai întâi o polietilenă semiconductoare cu negru de fum sau un copolimer etilen-vinil-acetat.

Prin utilizarea unui agent de expandare (azot sau amida acidului azo-dicarbonic)s-a reuşit prelucrarea polietilenei prin extrudere în material expandat celular.

Densitatea aparentă poate fi redusă la mai puţin de jumătate; celule suntînchise.

Polietilena reticulară se poate obţine atât prin radiaţie de mare energie, cât şi pe cale chimică.

Tratarea prin iradiere cu radiaţii Roentgen, fasciculele electronice şi lumina ultravioletă se aplică numai la izolaţii cu pereţi subţiri datorită adâncimii de pătrundere limitată a radiaţiilor.

Reticularea chimică peroxidică este comparabilă oarecum cu vulcanizareacauciucului prin punţi de sulf.

Interesantă este prelucrarea polietilenei în produse de fretare la cald (produse termoconductibile). Dacă se profită conştient de tendinţa de contracţie normală a tubului obţinut prin extrudere şi suflare şi a foliei obţinută din aceasta, la încălzire ulterioară, atunci se obţin tuburi flexibile şi folii termoconductibile.

Proprietăţile de contracţie simt determinate de viteza de tragere şi de raportul deumflare prin suflare.

La fel pot fi alungite prin încălzire, tuburi flexibile şi tuburi tratate prin iradiere (mai ales reticulare) cu fascicule electronice, care la răcire prezintă o contracţie mare. Ele se trag în stare întinsă pe obiecte de izolat şi se lasă apoi să se contracte.

Pentru încălzire se utilizează aparate de încălzire adecvate. Temperatura de contracţie se situează de regulă între 120 şi 175 °C.Adesea tubul contractabil se execută prin pereţi dubli, peretele interior fiind

realizat prin polietilenă nereticulară. încălzit , aceasta este presat de către peretele exterior contractabil, în spaţiile goale ale obiectului de învelit. După răcire, se realizează o formaţie solidă, rezistentă.

Polietilena se poate prelucra mecanic; tăierea şi ştanţarea sunt posibile fără dificultăţi, iar frezarea, strunjirea şi găurirea cu scule bine ascuţite cu o mică adâncime deaşchiere. Pentru a evita încălzirea, viteza de aşchiere nu trebuie să fie prea mare; răcirea cu aer este recomandabilă.

De importanţă practică este şi faptul că polietilena poate fi topită la cald şi sudată.Cu frecvenţa înaltă polietilena nu este sudabilă datorită pierderilor dielectrice mici.

6

ProprietăţiDensitatea este, în cazul polietilenei de înaltă presiune, mai mică decât polietilena

de joasă presiune. Există un raport între gradul de cristalinitate şi densitate. El creşte de la circa 70% la densitatea de 0,981 la circa 93% la densitatea de 0,96 g/cm3.

Gama situată între 0,925 şi 0,945 g/cm? nu poate fi produsă economic în prezent. Polietilena este tenace de felul cornului, este elastică şi flexibilă şi de felul

parafinei la pipăit. îşi păstrează proprietăţile bune în special rezistenţa, chiar la temperaturi coborâte (până la -40 °C).

Polietilena de joasă presiune este mai rigidă ca formă, mai rezistentă la încovoiere, mai rezistentă la încovoiere, mai rezistentă la tracţiune, mai dură şi stabilă ca formă la căldură decât polietilena de înaltă şi de aceea este adesea preferată, aceasta se potriveşte foarte bine pentru izolaţiile multiple ale conductoarelor, la care nu trebuie să se producă străpungerea prin presarea materialului izolant la temperaturi mari şi sarcini mecanice.

Polietilena de joasă presiune are o suprafaţă mai lucioasă.Comportarea mecanică depinde în final şi de greutatea moleculară şi de

repartizarea greutăţii moleculare. Astfel rezistenţa creşte cu greutatea moleculară.Polietilena este rezistentă la conturnare şi are o mare rezistenţă la străpungere.Cercetările comportării la străpungere au arătat că anumite adaosuri (compuşi

aromatici sau parţial aromatici) măresc rezistenţa polietilenei la iniţierea descărcărilor electrice.

La polietilenă, lipsa grupelor polare are drept consecinţă un factor de pierderidielectrice foarte mici, care se modifică foarte puţin cu frecvenţa. Temperatura de lucru maxim admisă este relativ mică.

Polietilena este inflamabilă, ea arde cu flacăra fumegândă, formând picături; acesta este un dezavantaj considerabil. El poate fi redus mult prin adaosuri de trioxid de antimoniu, parafina clorurată şi compuşi organici de brom, care însă influenţează negativ caracteristicile electrice.

Absorbţia mică de apă este foarte avantajoasă. , : Chimic, polietilena este foarte avantajoasă.în toţi solvenţii obişnuiţi este insolubilă la temperatura camerei. Numai la

temperaturi mai mari devine solubilă în benzen, xilen şi hidrocarburi clorurate. Cu excepţia acidului azotic, sulfuric şi fosforic, ea este rezistentă la acizi, baze şi săruri. Clorul atacă suprafaţa.

Polietilena este sensibilă la oxigen, ceea ce se observă la temperaturi şi la radiaţia solară. Dacă piesele din polietilenă sunt expuse luminii sau intemperiilor, trebuie să se prelucreze granulatul cu adaos de circa 2,5% negru de fum, care, însă afectează proprietăţile electrice.

Dozele mari de radiaţii duc la defecte importante în polietilenă; ca limită superioară a sarcinii admisibile se consideră doze de iradiere de 100 kj/kg.

Polietilena este inodoră şi insipidă şi nevătămătoare fiziologic. Polietilena reticulară prezintă aşa cum reiese din tabelul 2.2. proprietăţi diferite, în parte, în sorturile de polietilene obişnuite.

Prin reticulare, mobilitatea moleculei filiforme iniţiale este mult mai redusă, astfel ca proprietăţile termoplastice au dispărut. Polietilena reticulată nu se topeşte, ci pezintă deasupra gamei sale de topire cristaline, proprietăţi elastice.

7

Peste 150 °C polietilena normală devine foarte moale şi începe să se topească, în timp ce polietilena reticulată îşi păstrează stabilitatea formei.

8

Domenii de utilizare.

Buna prelucrabilitate, elasticitatea şi absorbţia mică de apă, fac adecvată polietilena ca înveliş de protecţie.

Polietilena cu pierderile sale dielectrice mici, cu permitivitatea relativă mică şi cu rezistenţa mare la străpungere, asociate cu tenacitatea mecanică flexibilitatea, este materialul izolant pentru tehnica de înaltă frecvenţă.

în domeniul cablurilor telefonice se înlocuieşte cu polietilena hârtia pentru izolaţia conductorului cât şi plumbul pentru manta.

Firele telefonice se pot izola direct prin extrudere.Mantaua de polietilenă este impermeabilă însă, din păcate nu este etanşă la vapori

de apă, din care cauză se adaugă, peste izolaţia de hârtie un strat barieră suplimentar, etanş la vapori, din folie metalică (banda de aluminiu acoperită cu un copolimer). Chiar mufele de cablu pot fi fabricate din polietilenă.

Sarcina tehnică admisibilă a reţelelor foarte solicitate, în care trebuie să se ţină seama de scurtcircuite frecvente, se asigură prin polietilena reticulară.

Avantajul principal al cablurilor izolate cu polietilena constă în pierderile dielectrice mici. Ele se situează cu cea. un ordin de mărime sub cele ale cablurilor cu masa de impregnare şi însumează doar câteva procente din pierderile medii ale liniei de curent.

Flexibilitatea excelentă la temperaturi coborâte face polietilena adecvată şi pentru instalaţii care trebuie exploatate la temperaturi coborâte.

Datorită rezistenţei chimice polietilena se întrebuinţează pentru izolarea conductoarelor şi ca bandă autoizolantă autoadezivă.

Foliile contractabile, tuburile contractabile se utilizează pentru a îmbrăca anumiteobiecte cu un înveliş izolant.

Capsulele termocontractabile servesc mai ales pentru izolarea şi pentru obturarea terminală a conexiunilor de conductoare. Raportul mare de contracţie înlesneşte chiar învelirea pieselor de sarcini transversale foarte neregulate.

1.3.2. POLIPROPILENA (PP)

Poliropilena (CH2=CHi-CH3) este monomerul care prin polimerizare duce laobţinerea polipropilenei, conform reacţiei:

9

14

Legătura covalenţă dublă se rupe, permiţând reacţiei să aibă loc. datorită

prezenţei grupurilor CH3 legate de lanţul molecular liniar, polipropilena este mai durăşi mai rigidă decât polietilena. Are o temperatură de înmuiere mai ridicată decâtpolietilena, domeniul de utilizare fiind de -5°C…+100°C.

Prelucrare

Polipropilena se prelucrează, în general, prin procedeul de turnare prin injecţie. Prelucrarea corespunde celei a polietilenei de înaltă densitate, cu o temperatură de prelucrare ceva mai mare (150 până la 240 °C). Contracţia Ia turnare este de circa 1,5%.

Polipropilena oferă posibilitatea de a îmbina piese prin aşa numitele articulaţii peliculare (sarniere). Este de menţionat şi prelucrarea propilenei expandabile.

Polipropilena poate fi prelucrată prin aşchiere prin scule obişnuite, cu îndepărtarea corespunzătoare a căldurii.

Tot mai multă importanţă câştigă masele de formare cu adaosuri de materiale fibroase (azbest, sticla) Temperatura de injecţie este cu 10 °C mai mare decât la materialul fără adaos.

Contracţia în cazul maselor armate este de 0,8 la 1,2%.

ProprietăţiPolipropilena are o densitate mai mică decât polietilena.Cele mai importante deosebiri faţă de polietilenă sunt: modulul de elasticitate mai

mare, rezistenţa mai mare la încovoiere, rezistenţă bună la tracţiune şi duritate mai mare. Proprietăţile polipropilenei sunt arătate în tabelul 2.3.

Acestea sunt cu atât mai favorabile cu cât ponderea tactică din produs este mai mică. Piesele obţinute au proprietatea că la turnarea prin injecţie tensiunile produse se diminuează în timp relativ scurt.

1.3.3. POLISTIRENIJL ŞI COPOLIMERII STIRENULUI (SB,

SAN, ABS).

Polistirenul, obţinut prin polimerizarea prin adiţie a stirenului (CH2 = CHC6H5), este unmaterial fragil, rigid şi transparent. Domeniul de utilizare este -40°C..60°C.O mare atenţie i-a fost acordată polistirenului în timpul celui de-al doilea război mondial, când prin copolimerizarea stirenului cu butadiena s-a obţinut un cauciuc sintetic cu proprietăţi bune. După război, sursele de cauciuc natural din Malaezia au fost din nou disponibile, marile capacităţi de producţie de stiren rămânând fără piaţă de desfacere. în aceste condiţii s-au dezvoltat copolimeri noi: stiren acrilonitril (SAN), stiren anhidrură maleică (SAM) şi acrilonitrilbutadien-stiren (ABS).

22

SAN se utilizează pentru componentele transparente, carcase transparente ale aparatelor casnice (roboţi de bucătărie, storcătoare de fructe, râşniţe de cafea, etc), carcasele casetelor audio sau video, etc.ABS se utilizează pentru carcasele aparatelor telefonice, valize, piese mici cromate (butoane, clapete), carcase pentru aparate radio, televizoare, monitoare, aspiratoare, carcase interioare ale frigiderelor, etc.

PrelucrareMasele de formare de polistiren fac parte din termoplastele cu caracter de înmuiere,trecerea în stare plastică făcându-se într-o gamă de temperatură, în acest caz între 80 şi120 °C.Materialul este uşor prelucrabil, în gama de temperaturi de a 180 la 270 °C de cele mai multe pori prin injecţie.Contracţia la prelucrare este de 0,5 %.Copolimerii stiren-acril-nitril (SAN) curg mai greu decât polistirenul pur. De regulă ei se extrudează la temperaturi ceva mai mari. Şi la copolimerii ABS (acrilo-butadien-stiren) capacitatea de curgere în timpul injecţiei (extruderii) este ceva mai slabă decât la polistirenul pur.Temperatura optimă a topiturii este de 200 la 220 °C. Ele se prelucrează în continuareprin procedeul de formare la cald (140 la 170 °C.

Piesele din polistiren şi din copolimerii săi, se pot prelucra uşor prin aşchiere, apoi, preîncălzire se pot îndoi.

După procedeele cunoscute, cu excepţia procedeului de înaltă frecvenţă, ele se potsuda între ele; rezultate bune s-au obţinut şi cu înaltă frecvenţă.

Lipirea se face cu ajutorul unor solvenţi adecvaţi, cu adezivi de contact pe baza policlorbutandienă, cu adezivi uretanici şi alţi adezivi asemănători.

Pe obiectele realizate din ABS se pot depune acoperiri metalice aderente prinprocedee chimice şi galvanice simple.

O utilizare interesantă a găsit polistirenul sub forma expandată prin adăugarea în polimer a unui agent de expandare care la încălzire formează gaze (de exemplu azot) sau a unui solvent care se evaporă. Materialul expandat are un volum de peste douăzeci de ori mai mare decât volumul iniţial. Polistirenul poate fi reticulat prin procedee chimice şi este livrat sub formă de plăci sau tuburi care pot fi prelucrate ulterior prin aşchiere.

Domenii de utilizare

Polistirenul se foloseşte practic în toate domeniile electrotehnicii, realizându-se piese mici cu greutatea sub 1 g. până la piese mari cu greutatea de peste 10 kg (piese izolante şi corpuri de bobină, carcase şi cutii pentru baterii de demaror, etc).

La resturi de lumină şi la abajururile lămpilor se obţine o excelentă refracţie aluminii.

Plăcile de bază şi carcasele se produc de obicei din polistiren sau copolimeriABS.

baterie.Copolimerii stirenu-acril-nitril sunt adecvaţi pentru corpuri de bobină şi cutii de

În execuţie modificată cu acril-ester se întrebuinţează pentru carcase de telefoane.

26

1.3.4. POLICLORURA DE VINIL (PVC).

Policlorura de vinii este un termoplastic amorf, rezultat prin polimerizarea prinadiţie a clorurii de vinii (CH2=CHC1).

Policlorura de vinii se prezintă sub două forme: PVC dur şi PVC plastifiat. PVC-ul are cea mai bună rezistenţă la foc dintre toţi polimerii utilizaţi în mod curent. El are o foarte bună rezistenţă la majoritatea solvenţilor şi agenţilor chimici. PVC-ul dur se utilizează pentru: conducte şi ţevi de alimentare cu apă, elemente de placare exterioară a clădirilor, storuri, cărţi de credit, butelii transparente (de ulei, şampon, etc), rame de ferestre, etc. PVC-ul plastifiat se foloseşte pentru: izolarea cablurilor, ţigle şi prelate, înlocuitori de piele, pelicule de ambalaj, impermeabile transparente, etc.

Prelucrare

Policlorura de vinii este livrată ca pulbere brută care trebuie să se amestece şi să prepare în vederea prelucrării sau ca amestec pulverulent şi sub formă de granule gata de prelucrare.

Se poate prelucra pe maşini de turnare prin injecţie, prese de extrudere şi pecalandre.Se prelucrează prin injecţie mai ales PVC dur, la presiuni de 500 bari şi temperaturi de170 la 190 °C. Contracţia la prelucrare prin injecţie este de circa 0,5%.

Tuburile, piesele liniare profilate şi plăcile se obţin prin extrudere la o temperatură de 175 la 200 °C urmată de calibrare pentru tuburi şi de vălţuire pentru plăci.

De asemenea, din PVC plastifiat se obţin piese de turnare prin injecţie la temperaturi cu 30 °C mai mici decât la PVC dur, iar profilele şi alte piese asemănătoare prin extrudere.

Îmbrăcarea conductoarelor şi cablurilor cu PVC plastifiat se face prin extrudre cuprese cu şnec la temperaturi de 140 la 170 °C.

Ca şi la polietilenă se aplică suflarea cu aer a tuburilor cu perete subţire în stare încă fierbinte pentru a fi aduse la dimensiunea dorită.

De menţionat sunt şi sintetizarea prin turbionare şi procedeul electrostatic deacoperire cu pulbere.

Există PVC expandat dur şi moale, obţinut prin procedeul fizic şi chimic.Un procedeu de prelucrare de tip deosebit este procedeul de sinterizare pe banda

după care se produc pereţi despărţitori poroşi pentru acumulatoare.Policlorura de vinii, în special amestecul de polimeri se poate suda excelent prin

îmbinare cu elementul de încălzire, fiind necesare temperaturi de cea. 220 °C, iar prin suflarea cu aer cald temperaturi de 230 la 250 °C.

De asemenea se poate lipi bine folosindu-se adezivi, solvenţi (de exemplu, copolimerizate de vinil).

Domeniul de utilizare

Policlorura de vinii este unul dintre cele mai importante materiale sinteticedatorită preţului convenabil.

în reglare dură, piesele de formare se folosesc pentru cele mai diferite scopuri. Plastifiată, policlorura de vinii este cel mai cunoscut material izolant pentru

27

izolarea conductelor electrice de toate tipurile.La cablarea centralelor telefonice şi la cablurile de telecomunicaţii, izolaţia de

policlorura de vinii se colorează în diverse culori pe fire sau chiar pe acelaşi fir spiralizat în mai multe culori, pentru identificare şi marcare.

Cablurile de tensiune medie izolate cu PVC sunt cu mai mult mai uşoare decât cele cu manta de plumb şi se pot poza mai uşor.

La cablurile de toate tipurile, de cele mai multe ori şi mantaua se produce dinpoliclorura de vinii, înlocuind plumbul în acest domeniu.

Datorită proprietăţilor dielectrice mai slabe, utilizarea policlorurei de vinii este limitată ca izolaţie masivă la frecvente joase şi la cabluri de puetr până la tensiuni nominale de cea. 10 KV.

Policlorura de vinii se foloseşte de asemenea ca bandă adezivă cu un strat deadeziv adecvat.

Tuburile flexibile, produse ca tuburi de fretare, pot fi întrebuinţate pentru izolarea carcaselor de condensatoare, mânerelor de cleşti şi a altor asemănătoare, în amestec cu ferită de bariu, din PVC se produc garnituri magnetice. PVC - ul expandat se utilizează pentru flotare.

Prin procedeul de sinterizare se pot acoperi tuburile metalice cu un strat dePVC.Un copolimer cu acetat de vinii se prelucrează în discuri de patefon.

1.3.5. POLITETRAFLUORETILENA (PTFE)

Legătura covalentă carbon-fluor este extrem de puternică şi prezenţa fluorulu în lanţul polimeric produce o moleculă puternică, flexibilă şi cu o foarte man stabilitate. Monomerul din care rezultă PTFE este tetrafluoretilena (CF2=CF2). PTFI este un polimer termoplastic semicristalin care îşi păstrează proprietăţile în domeniu de temperaturi -200°C... 300°C.

PTFE este complet inertă din punct de vedere chimic şi are un coeficient d( frecare extrem de scăzut. In consecinţă, principalele sale aplicaţii se referă la acoperir de protecţie chimică, acoperiri antiaderente, acoperiri de cabluri în tehnica spaţială împreună cu fibrele de sticlă, fibrele de bronz sau fibrele bronz-grafit, formează materiale compozite, utilizate în tehnica aerospaţială şi în construcţia rulmenţilor.

Prelucrare

Deoarece politetrafluoretilena, la punctul de topire a cristalului, nu se topeşte hi modul cunoscut, ea se deosebeşte mult de celelalte termoplaste în comportarea la topire. De aceea procedeele de prelucrare obişnuite nu se pot aplica.

Procedeele de prelucrare obişnuite astăzi sunt în mai multe privinţe asemănătoare celor din ceramică, respectiv din metalurgia pulberilor. Temperatura de sinterizare este cuprinsă între 370 şi 380 °C. Se folosesc scule şi procedee speciale de presare, destul de costisitoare.

Se pot produce de asemenea bare, tuburi şi profile după procedeul aşa numitei extrudere cu batere cu ajutorul unei construcţii speciale a unui extruder cu piston.

Profile cu pereţi subţiri, tuburi flexibile şi izolaţii de conductoare cu pereji subţiri se obţin cu ajutorul extruderii cu pastă dintr-o pulbere produsă prin polimerizare în emulsie.

Politetrafluoretilena poate fi amestecată şi cu materiale de umplutură (bioxid de titan, azbest, praf de mică şi pulbere de sticlă).

Ţesăturile de azbest sau de sticlă impregnate cu dispersii de politetrafluoretilena şi

28

materialele stratificate obţinute din ţesăturile de sticlă impregnate cu PTFE precum şi foliile izolante din PTFE fac obiectul altor capitole.

Politetrafluoretilena poate fi bine prelucrată prin aşchiere cu maşini şi scule obişnuite, fiind preferate sculele din metal dur mai ales pentru materialele armate cu fibră de sticlă.

Piesele presate şi semifabricatele, plăcile şi foliile se pot suda între ele în sculeînchise la o presiune de 5 până Ia 20 N/mm2 şi o temperatură de 370 la 380 °C.

Lipirea politetrafluoretilenei este complicată, suprafaţa trebuie să se pregătească în mod special (cufundarea într-o soluţie de sodiu metalic în amoniac lichid), pentru a se produce puncte active.

Proprietăţi

Proprietăţile materialului, aşa cum sunt redate în tabelul 2.6. depind nu numai de tehnica de fabricaţie ci şi de partea cristalină a materialului izolant care, în parte este condiţionată tot de fabricaţie.

Produsele conţin, de cele mai multe ori, bule foarte fine cu dimensiunile de 0,01până la 0,1 μm, ceea ce pentru utilizarea în electrotehnică este dezavantajos.

Este un material destul de moale care cedează uşor solicitărilor mecanice. Substanţa polimeră are un foarte mic coeficient de frecare datorită forţelor

intermoleculare foarte mici.PTFE este rezistentă la conturnare şi la arcul electric, dar este foarte sensibilă la

descărcări electrice şi nu rezistă la descărcări luminiscente.La o densitate de 2,71 g/cm3, permitivitatea relativă de 2,05 este cea mai mică

dintre toate materialele izolante solide şi lichide. Rezistenţa la radiaţii de mare energie este extrem de mică; este suficientă o doză de 1 kj/kg pentru a prejudicia mult proprietăţile materialului.

Se poate folosi într-o gamă largă de temperaturi de la -200 la +200 °C.

1.3.6. POLIACETALUL (POM)

Poliacetalul se obţine prin polimerizarea formaldehidei, formula lui structurală fiind (-CH2-0-)„. Are o bună rezistenţă şi rigiditate, un coeficient mic de frecare şi îşi păstrează proprietăţile până la 120°C. Se utilizează în aplicaţiile în care se cere bună rigiditate, împreună cu o frecare redusă. Principalele utilizări ale poliacetalului sunt: roţi dinţate, inele de rulmenţi, contacte, şuruburi, pârghii, părţi ale pompelor, etc.

Prelucrare

Poliacetalul se prelucrează mai ales prin turnare prin injecţie. La condiţii de prelucrare constante pot fi produse piese izolante cu precizie mare şi tolerante strânse.

Presiunea de injecţie este de cel puţin 74 N/mm2 , temperatura de prelucrare estede 195 la 215 °C şi temperatura sculei de 120 la 125 °C. Contracţia de prelucrare este de1 până la 3% şi la depozitare creşte cu 0,2 la 0,3%.

Prin procedeul de extrudere poliacetalul se prelucrează în bare, tuburi şi profile.

Prin procedeul de suflare se fasonează în corpuri goale.Poliacetalul se poate prelucra prin aşchiere, fără dificultate.Piesele din poliacetal pot fi îmbinate uşor una cu alta prin diferite procedee. O îmbinare festă se poate executa prin sudarea

oglindă, sudarea cu gaz fierbinte, sudarea cu sârmă, sudarea prin injecţie, sudarea de rotaţie şi sudarea cu ultrasunete.

Proprietăţi

Materialul izolant se recunoaşte uşor după faptul că la pipăit are aspectul uneiceri.O tenacitate suficientă la polivinilacetal se menţine până la circa -40 °C.Materialul are o duritate neobişnuită pentru termoplaste, proprietăţi bune pentru alunecare, o bună comportare la abraziune.Materialul este rezistent la radiaţii până la o doză de 1 kj/kg.Gama de topire a cristalului este de 175 °C la homopolimer şi de 164 la 167 °C la

copolimer.Poliacetalul este inflamabil asemănător poliolefinelor, arde cu flacără albăstruie şi se topeşte imediat, prezintă un miros înţepător

de formaldehidă.

38

1.4. MATERIALE PLASTICE TERMORIGIDE

1.4.1. RĂŞINI POLIESTERICE NESATURATE.

Răşinile poliesterice nesaturate sunt soluţii monomerice de poliesteri nesaturaţi. Prin intermediul dublelor legături pe care le conţin, poliesterii nesaturaţi pot intra în reacţii de copolimerizare cu diverşi monomeri, reticulându-le în acest fel.

Obţinerea de poliesteri nesaturaţi este posibilă pe mai multe căi, printre care:a) Utilizarea la policondensare a unui derivat bifuncţional (acid bifazic sau dialcool sau derivaţi ai acestora) care conţine o dublă legătură între atomii de carbon din catena principală;b) utilizarea ca reactanţi la plicondensare a acizilor bifazici sau derivaţilor dihidroxilici substituiţi cu grupe nesaturate;c) introducerea unor cantităţi mici de reactanţi monofuncţionali nesaturaţi (monoalcooli sau acizi monocarboxilici) în reacţia de policondensare, alături de reactanţii obişnuiţi. în acest fel se obţin poliesteri cu grupe terminale nesaturate.

Fabricarea răşinilor poliestrice nesaturate se face în general prin procedeul poliesterificării directe. Se încălzeşte un amestec format dintr-un diacid nesaturat şi un glicol, la 180-235 °C. în sistemul de reacţie apare compusul macromolecular eliminându- se apa, ca produs secundar.

Procedeul azeotropic face posibilă reacţia de policondensare la temperaturi mai scăzute decât temperaturile reclamate de procesul de policondensare în topitură.

Reacţia de polisterificare decurge în două faze. In prima fază, puternic exotermă,are loc deschiderea ciclului anhidric, iar temperatura masei de reacţie trece de 150- 170°C. Faza a II-a slab exotermă decurge la temperatura de 165 - 255 °C.

În timpul reacţiei de policondensare se poate controla aciditatea, menţinând temperatura ridicată până la atingerea acidităţii dorite. Pentru poliesteri nesaturaţi se recomandă o aciditate cuprinsă între 35 şi 45 mg KOH/g răşină 100%.

Masa moleculară a poliesterilor nesaturaţi este cuprinsă între 2 şi 10 mii, cel mai frecvent între 3000 şi 4000.

în cazul folosiri acizilor halogenaţi policondensarea are loc la 160-170 °C. Alegerea răşinii poliesterice pentru o anumită aplicaţie este facilitată de multitudinea de sortimente produse în diferite ţări. Principalele tipuri de răşini, la dispoziţia producătorilor de poliesteri armaţi sunt:

- răşini pentru aplicaţii generale;- răşini cu rol de plastifianţi;- răşini tixotrope;- răşini pentru plăci translucide;- răşini cu rezistenţă chimică;- răşini utilizate în electrotehnică;- răşini autoextingibile.Răşinile pentru aplicaţii generale se prelucrează uşor atât prin metoda de contact,

cât şi prin mulare la cald şi se livrează ca atare sau preaccelerate, cu vâscozitatea 5-15 P la 25 °C. Au o bună rezistenţă la apă şi la intemperii.

29

Răşinile - plastifianţi se utilizează, de obicei, în amestec cu răşini pentru aplicaţii generale la obţinerea gelcoaturilor, asigurându-se astfel stratificatelor suprafeţe cu rezistenţă mărită la şoc.

Răşinile poliesterice tixotrope au aspectul unui gel foarte moale care prin agitare suferă o transformare reversibilă trecând în soluţie. Caracterul tixotrop al răşinilor poliesterice se poate obţine prin adăugarea unor răşini alchidice tixotrope sau a unor agenţi tixotropizanţi ca diferite forme de silice (Aerosil, Sicasil, Cab-O-Sil), PVC etc.

Creşterea vâscozităţii şi tixotropia în cazul folosirii diverselor forme de silice suntrezultatul direct al formării unei reţele de silice prin legături de hidrogen şi depind de:

- natura sistemului;- concentraţia în agent tixotropizant;- tipul agentului tixotropizant;- temperatura sistemului;- natura celorlalţi aditivi din sistem.Natura sistemului este un actor determinant în obţinerea efectelor de tixotropie.

Astfel, într-un sistem care iniţial nu conţine legături de hidrogen efectul agentului tixotropizant pe baza de silice va fi considerabil mai mare decât în cazul sistemelor în care aceste legături deja există.

Răşinile poliesterice pentru plăci translucide trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: vâscozitatea redusă care facilitează eliminarea bulelor de aer din stratificat; viteza mare de impregnare a firelor de sticlă, care depinde adesea şi de liantul folosit

la obţinerea matului din fire de sticlă; viteza mare de întărire, ceea ce condiţionează productivitatea; să fie incoloră (inclusiv după reticulare); rezistenţă la îmbătrânire; după reticulare răşina trebuie să reziste la

intemperii fără să devină casantă; opacă şi fără să prezinte fisuri.Răşinile pentru plăci translucide conţin adaosuri de stabilizatori de lumină (2,4 -

dihidroxibenzofenonă) care absorb radiaţiile ultraviolete transformând energia acestora în alte forme de energie nedăunătoare stratificatelor.

34

Domenii de utilizareAbsorbţia de apă a poliamidelor influenţează aplicabilitatea lor în electrotehnică.Piesele de turnare prin injecţie se folosesc în general acolo unde se pune accent pe

tenacitate mare, rezistenţă la abraziune şi duritate.Poliamida 6 se utilizează de preferinţă pentru carcase.Bacurile pentru acumulatoare de oţel care sunt exploatate cu leşie de potasiu sunt

folosite în exploatarea minieră.Piesele electrice se pot îmbrăca cu poliamida şi prin injecţie (de exemplu,

transformatorul de aprindere pentru instalaţia de încălzire cu ţiţei):Poliamida 6.6. se întrebuinţează pentru piese izolatoare (segmenţi de cilindri cu

came şi pârghii de zăvoare).Inmăntăluirea cablurilor şi conductelor electrice cu poliamida este oportună când

ele sunt prevăzute deja cu un material izolant şi trebuie să primească un înveliş rezistent mecanic.

Pentru piesele de formare solicitate mult mecanic, cum sunt corpurile de bobină,se întrebuinţează din ce în ce mai mult poliamida 6.6 armată cu fibră de sticlă.

Poliamida este utilizată la întrerupătoare etanşe pentru aparate de comutare şi relee, precum şi pentru bridele de fixarea conductelor electrice şi a cablurilor telefonice.

Poliamida transparentă se foloseşte acolo unde pe lângă rezistenţa mare sunt de dorit transparentă şi constantă dimensională (de exemplu, pentru carcasele aparatelor de comutare).

1.4.3. RĂŞINI SILICONICE

Denumirea de siliconi se referă la o grupă de produşi macromoleculari cu catena principală polixiloxanică şi diferiţi radicali organici grefaţi pe atomii de siliciu. Radicalii organici sunt de obicei metil, etil, vinii, felii, alcoxi etc. Polimerii siliconici uzuali sunt:

- uleiurile siliconice;- cauciucurile siliconice;- răşinile siliconice.Uleiurile siliconice sunt dimetil- sau fenilmetil- polisiloxani liniari rezistenţi la

temperaturi ridicate. Se folosesc frecvent ca agenţi tensioactivi, agenţi de demulare, lubrifianţi, adjuvanţi Ia fabricarea lacurilor şi vopselelor.

Răşinile siliconice sunt polimeri termorigizi şi se livrează ca soluţii în diferiţi solvenţi. Aceste răşini se caracterizează prin stabilitate termică, rezistenţă la apă şi agenţi chimici, rezistentă la agenţii mediului exterior şi remarcabile proprietăţi electrice.

Răşinile siliconice se pot obţine prin hidroliză şi policondensareaalchilclorosilanilor.

Răşinile siliconice se întăresc la căldură şi presiune. La prelucrarea lor se pot folosi şi o serie de catalizatori (peroxizi, trietanolamina, compuşi organo-metalici), care permit un control riguros asupra reacţiei de reticulare.

Proprietăţile fizico-mecanice deosebite ale laminatelor din răşini siliconice armate cu ţesătură din fire de sticlă (tabelul 2.15) le recomandă în special pentru aplicaţiile care impun rezistenţa la temperaturi ridicate (260 - 550 °C) şi oxidare.

Răşinile siliconice se armează cu majoritatea materialelor de armare recomandate pentru mase plastice (fire de sticlă, fibre de azbest, fibre de carton, etc

b) închiderea ciclurilor imidice, la cald, rezultând poliamidele, care sunt practic insolubile şi neprelucrabile în această stare,

1.5. PROCEDEE DE PRELUCRARE A MASELOR PLASTICE TERMOPLASTE

Prelucrarea maselor plastice are ca scop transformarea lor în produse semifabricate sau piese finite. Alegerea procedeului de prelucrare este determinată de forma, dimensiunile şi de destinaţia produsului cât şt de proprietăţile şi natura materialului iniţial. Aplicarea procedeelor de prelucrare, deseori este precedată de operaţii pregătitoare a materiei prime cum sunt: amestecare şi omogenizare.

Amestecarea răşinii de "bază ca ceilalţi constituienţi se realizează în malaxoare, iar omogenizarea amestecului prin vâlţuire.Cele mai frecvente procedee de prelucrare a maselor plastice sunt:

1.5.1. CALANDRAREA

Fig. 2.3. Schema procesului de calandram: 1 - rolă cu material textil; 2 ~ masă suport; 3- masă plastică; 4 - cilindri de presare reglabili; 5 - camere cu diferite temperaturi; 6 -

role pentru debitare; 7 role cu material lastic pe suport metalic

Prelucrarea pe calandre se aplică în copul obţinerii foilor şi foliilor din mase plastice sau dublarea cu mase plastice încălzite prin mai multe perechi de

cilindri încălziţi, a căror viteză de rotire şi distanţe dintre ei se reglează astfel încât produsul să rezulte sub forma foliilor uniforme de grosime dorită.

52

1.5.2. FILAREA

Este procedeul prin care se obţin firele din masa plastică, în esenţă este un proces de extrudare care se desfăşoară în două etape. în prima, se presează masa plastică înalt plastifiată prin orificiile filierei (onficii cu diametre foarte mici) şi întărirea firelor, urmată de o a doua etapă etirări adică a întinderii firelor cu scopul măririi rezistenţelor la tracţiune în direcţie longitudinală, în urma orientării paralele a macromoleculelor (fig.2.4.).

1.5.3. TURNAREA

Este procedeul de obţinere a produselor din masă plastică prin utilizarea monomerului parţial polimerizat drept lichid de turnare şi polimerizare în bloc a acestuia în formele de turnare.

Este procedeu] de obţinere a produselor din masă plastică prin utilizarea monomerului parţial polimerizat drept lichid de turnare şi polimerizare în bloc a acestuia în formele de turnare.

1.5.4. EXTRUDAREA

Procedeul extrudării este folosit mai ales, în prelucrarea materialelor termoplaste, fiind asemănător injectării cu diferenţa că în locul matriţei închise se foloseşte un cap de extrudare (filieră) ce permite desfăşurarea continuă a procesului de fabricaţie. Aici se pot obţine materiale cu profiluri foarte variate şi de lungimi nelimitate.

În esenţă procedeul constă în împingerea masei plastifiate prin capul de extrudarecare fasonează profilul produsului extrudat.

53

Extruderul constă într-o pâlnie de alimentare /, un cilindru încălzit de obicei electric, ia temperaturi cuprinse între 370-670 K în care transportul continuu dematerial este asigurat de melcul 2 spre capul de extrudare 3. Produsul extrudat trece pe o bandă rulantă 7, unde se răceşte în aer prin cufundare într-o baie cu apă. în cazul acoperirii cu folii din material plastic al unor produse (conductori electrici) capul extruderului arată ca în fig. 2.7.

Fig. 2.7. Schema unui cap de extrudare pentru izolarea conductorilor: 1 - conductor neizolat: 2 - cap de extrudare: 3 - conductor izolat

54

1.5.5.SUDAREA

Prelucrarea maselor plastice prin sudare este asemănătoare sudării metalelor şi se aplică maselor plastice termoplaste.

Sudarea maselor plastice se poate realiza cu sau fără material de adaos. Sudarea cu material de adaos se utilizează în cazul produselor cu grosimi mai mari, încălzirea realizându-se prin utilizarea curenţilor de aer cald 470K. în cazul foliilor cu grosimi mici sudarea se execută fără material de adaos prin mai multe metode: cu role; cu fir incandescent; cu ciocan de lipit, cu dispozitiv rotitor.

1.5.6. PRESAREA

Se realizează în următoarele variante: presarea în matriţă; presarea prin transfer;presarea prin injecţie.

a) Presarea in matriţă se efectuează la rece pentru masele plastice termoplaste şi la cald pentru masele plastice termorigide. Materialele de presare se confecţionează din

55

materiale rezistente la coroziune şi temperatură cum sunt: oţelul, bronzul de mare. Matriţele pot fi deschise, închise şi semi-închise.

La materialele deschise, materialul presat se strecoară printre suprafeţele deseparare ale celor două părţi ale matriţei formând o bavură, care umple canalul săpat în junii cavităţii matriţei din care motiv nu este necesară o dozare precisă a încărcăturii.

Fig. 2.8. Presarea în matriţă 1 matriţă; 2 poanson; 3 piesă presată; 4 aruncător: 5ghidare; 6 – element de încălzire, 7 - bavură.

Fig. 2.9. Tipuri de matriţa pentru presare: a - matriţă deschisă; b - matriţă închisă; c - matriţă semideschisă;1 - poanson; 2 - matriţa; 3 - piesă matriţată; 4 - bavură; 5 -

cameră de compresie

La matriţele închise, materialul este complet închis in cavitatea matriţei, suportând întreaga presiune poansonului, ceea ce determină o dozare exactă a încărcăturii.

La matriţele semideschise cel mai des utilizate, cavitatea matriţei la partea superioară nu este perfect închisă de poanson, astfel încât o mică parte din materialul presat poate scăpa.

În funcţie de comportarea la temperatură a masei plastice prelucrarea prinpresare se poate efectua la caid sau la rece. ." :

La cald se realizează presarea maselor plastice termorigide (ammoplaste,fenoplaste) care de obicei se introduc preîncăîzite în matriţă unde simt supuse de(100..500) daN/cm2 şi încălziri de (433-463)K până la terminarea reacţiei de întărire.

Presarea la rece se aplică maselor plastice termoplaste. Realizarea presiunii de (140-210) daN/cm2 se face cu viteze mari ceea ce determină ridicarea temperaturii masei presate în funcţie de liant la (350-530) K. Produsele obţinute prin presarea la rece nu au suprafaţa netedă şi tuciul caracteristic pieselor presate ia caid.

c) Presarea prin transfer se bazează pe folosirea unei camere de încărcare, din care masa plastică încălzită este presată în matriţă, printr-un canal îngust (de transfer). în acest canal are ioc o încălzire suplimentară, ceea ce asigură o fluiditate uniformă

materialului ajuns în matriţă. Acest procedeu foloseşte presiuni de 3 ori mai mari decât

56

cel anterior.

Fig. 2.10. Presare prin transfer 1 - piston; 2 - matriţă superioară; 3 - canale de scurgere (transfer); 4 - piesa presată; 5 - element de încălzire.

c) Presarea prin injecţieFormarea prin injectare prezintă procedeul de prelucrare prin care un material

macromolecular. adus, în stare vâscoelastică sub acţiunea căldurii, este injectată sub presiune ridicată în cavitatea unei matriţe (cuibul matriţei), unde are loc răcirea şi solidificarea lui. O dată cu încetarea forţei de presare, materialul răcit păstrează forma cavităţii interioare a matriţei în care a fost injectat şi din care, după un anumit timp, poatefi îndepărtat. Iîn condiţii industriale, procesul se repetă în cadrul unui ciclu de injectare, care începe înpoziţia închisă a matriţei şi care conţine următoarele faze mai importante:

alimentarea cu material (granule sau pulbere); comprimarea (compactizarea) materialului; termoplasîifierea materialului; injectarea; răcirea piesei infectate; deschiderea matriţei şi evacuarea piesei injectate; închiderea matriţei (începerea unui nou ciclu).În fig. 2.11. sunt reprezentate schematic fazele de comprimare a materialului (a), de

injectare (b) şi de eliminare a produsului după răcire (c).Se observă că granulele de material plastic din pâlnia de alimentare 7 a maşinii de

injectat, datorită deplasării pistonului de alimentare 6, cad în cilindrul 5, plasându-se în fata pistonului 8 aflat în poziţie retrasă. Când acesta este deplasat cu ajutorul sistemului de acţionare a maşinii, materialul este comprimat în zona frontală a cilindrului 5 şi obligat să vină în contact cu întreaga suprafaţă interioară a cilindrului, încălzită de rezistenţele electrice 9, fapt care determină trecerea în fază vasco-plastică a acestuia. La procesul de termoplastifiere contribuie, într-o măsură importantă, torpila 4 amplasată concentric cu cilindrul de injectare care omogenizează temperatura materialului în curs de topire şi micşorează secţiunea de trecere a materialului, mărind frecările interne ale fluidului vâscos. în felul acesta se accelerează procesul de atingere a temperaturii de curgere, respectiv a temperaturii la care poate avea loc infectarea materialului în matriţă.

75

capul de injectare 3, duza 2 şi reţeaua de injectare a matriţei 1, în cavitatea acesteia. în contact cu pereţii reci ai matriţei, topitura se solidifică brusc, luând forma pereţilor interiori ai cavităţii matriţei. După răcirea piesei, matriţa se deschide şi piesa este limitată cu ajutorul sistemului de aruncare.

Fig. 2.1.1. Principalele faze ale procesului de injectare a materialelor plastice:

a - comprimarea materialului;b - injectarea;c - eliminarea produsului injectat

Conform diagramei, ciclul de injectare cuprinde următoarele etape mai importante.- începerea injectării prin înaintarea pistonului şi compactizarea materialului, cavitateamatriţei fiind încă neumplută;- creşterea presiunii şi umplerea cavităţii matriţei;- creşterea în continuare a presiunii până la atingerea valorii maxime a acesteia;- exercitarea presiunii ulterioare care face ca materialul plastifiat din cavitatea matriţei să rămână sub presiunea continuă în timpul procesului de solidificare.- începerea solidificârii materialului şi scăderea presiunii o dată cu sigilarea canalelor deumplere a matriţei;- răcirea piesei injectate;- deschiderea matriţei şi eliminarea din matriţă a piesei injectate.în diagramă se observă că presiunea interioară la început creşte brusc, apoi, după încetarea presiunii ulterioare, respectiv după sigilare, scade treptat la valoarea presiunii remanente

În general, diferenţa de presiune (căderea de presiune) între presiunea exterioarăde injectare şi presiune interioară din cavitatea matriţei depinde de proprietăţile materialului termoplastic şi de temperatura de injectare, precum şi de dimensiunile duzei de injectare, canalelor de injectare, culeii, adică de parametriireţelei de injectare.

Pentru un anumit material termoplastic, raportul între valoarea presiunii exterioare (de injectare) şi a presiunii interioare este influenţat în mare măsură de temperatură. Astfel, la temperaturi mai ridicate, vâscozitatea topiturii este mai mică, căderea de presiune va fi mai mică şi în consecinţă presiunea interioară creşte. Cu alte cuvinte, o dată cu creşterea temperaturii de injectare scade presiunea de injectare necesară asigurării aceleiaşi presiuni ulterioare.

Relaţia între presiunea de injectare interioară în funcţie de temperatura deinjectare în cazul polistirenului, este reprezentată în fig. 2.13.

76

Presiunea interioară dă naştere la o forţă care tinde să deschidă matriţa în timpulinjectării. Din acest motiv, forţa de închidere a maşinii trebuie să fie mai mare decât forţa interioară, definită prin produsul dintre presiunea interioară şi suprafaţa cavităţii matriţei în planul de separaţie. Cu cât vâscozitatea topiturii este mai mică, cu atât diferenţa între forţa de închidere şi forţa interioară trebuie să fie mai mare.

În cazul injectării prin procesul care utilizează duza punctiformă şi prezintă avantajul de a nu imprima pe suprafaţa produsului urme inestetice ale zonei de injectare, raportul între presiunea exterioară şi cea interioară joacă un rol foarte important. Astfel, în cazul acestui procedeu, secţiunea mică prin care materialul termoplastic pătrunde în cavitatea matriţei, provoacă o supraîncălzire a acestuia şi respectiv o scădere a presiunii interioare.

În acest caz, pe de altă parte, matriţa se sigilează mai repede decât în cazul sistemelor de injectare cu duză normală.

Presiunea interioară mai mică nu poate compensa concentraţia piesei provocată de răcirea acesteia, având în vedere şi încălzirea la o temperatură mai mare a materialului datorită trecerii prin secţiunea redusă a duzei punctiforme. Drept consecinţă la injectarea punctiformă, contracţia piesei injectate este mai mare, fenomen de care trebuie să se ţină seama la proiectarea matriţelor pentru a nu se obţine deformări nedorite ale produsului finit, mai ales în cazul în care acesta prezintă secţiuni variabile sau pereţi groşi.

Datorită contracţiei în timpul răcirii, pe suprafaţa pieselor injectate apar adesea retasuri nedorite. Pentru compensarea acestora, prin acţiunea presiunii ulterioare, matriţa se mai alimentează cu material plastifiat. Este important ca până la terminarea sigilării matriţei, pe durata presiunii ulterioare, presiunea exterioară de injectare să aibă valoare maximă.

Tot datorită acestui fenomen nedorit la injectarea pieselor cu pereţi groşi, trebuie să se aplice în general o temperatură de injectare mai mică şi o presiune de injectare mai mare concomitent cu mărirea duratei presiunii ulterioare.

În cazul injectării pieselor cu pereţi subţiri, trebuie să se micşoreze atât presiunea de injectare cât şi durata presiunii ulterioare, deoarece în acest caz piesa se răceşte mai

77

repede, de regulă mai înainte ca presiunea interioară să scadă la valoarea ei minimă.

La prepararea gel - coat - ului trebuie să se acorde o deosebită atenţie la adăugarea cantităţii corecte de pigment pentru colorare. Datorită tendinţei de migrare spre exterior a unor pigmenţi se măreşte fragilitatea suprafeţei piesei. Totodată pigmenţii pot influenţa viteza de întărire precum şi rezistenţa la apă.

Aplicarea gel - coat - ului se face cu pensula, au prin pulverizare. Grosimea startului aplicat este cuprinsă de regulă între 0,3 şi 0,6 mm ceea ce corespunde la im consum de 350 - 700 g/m2, trebuie să se ţină seama că un strat prea gros favorizează apariţia fisurilor, iar un strat prea subţire are acţiune negativă asupra întăririi. Pentru reducerea tendinţei de fisurare la solicitări mecanice se recomandă următoarele:

utilizarea unui gel - coat constituit dintr-un amestec de răşină obişnuită şi flexibilăîn raport de 70:30;

utilizarea unei răşini speciale rezistente la şoc, în compoziţia gel - coat - ului; folosirea matului de suprafaţă (voal) din fibră de sticlă.

Pentru a se evita o acţiune nefavorabilă a gel - coat - ului asupra procesului deîntărire este necesar să se respecte următoarele:

să se menţină grosimea minimă necesară; utilizarea unei temperaturi optime de lucru în atelier; reglarea timpului de gelifiere la cel mult 20 min; evitarea curenţilor de aer, care accelerează pierderile de stiren;

La aplicarea prin pulverizare a gel - coat - ului trebuie prevăzut un exces de 5 -10% stiren pentru a compensa pierderile de stiren produse prin operaţia de pulverizare.

Polimerizarea gel - coat - ului se realizează cu ajutorul catalizatorilor şi acceleratorilor. Se recomandă ca durată de întărire a stratului de gel - coat să nu fie prea mică pentru a se evita ca fibrele de sticlă din straturile de rezistenţă să nu fie prea mare pentru a putea asigura aderenţa între straturi.

2. CAUCIUCUL

2.1. CÂTEVA TIPURI DE ELASTOMERI

Elastomerii sunt polimeri cu modul de elasticitate mic, care se deformează mult sub acţiunea forţelor exterioare, dar revin la dimensiunile iniţiale de îndată ce acţiunea forţelor încetează. Elastomerii, clasă de materiale ce include şi cauciucul natural, se pot clasifica în patru grupe:

Clasa R - compusă din polimeri nesaturaţi:o NR - cauciucul natural (Poliizoprenul);o SBR - stirenbutadienă;o BUTYL sau IIR - izobutilenă;o BR - polibutadienă;o CR - cloropren (neopren);o NBR - butadienacrilonitril;o Clasa M - compusă din polimerii saturaţi:o EPM - etilen propilenă;o ACM - cauciuc acrilic;o CSM - polietilenă clorosulfonată

o FKM - fluorocarbon;o Pfe - polifluoroelastomer

Clasa U - poliuretani:o AU - tip poliester;o EU - Tip polieter r Clasa Q - cauciucuri sinteticeo MQ;o PMQ;o VMQ;o PVMQ.

2.1.1 CAUCIUCUL NATURAL (NR)

Prelucrarea

Cauciucul este un produs macromolecular, extensibil cu o mică alungire remanentă şi face parte din grupa elastomerilor. Cauciucul poate fi natural (NR) şi sintetic.

Cauciucul natural destinat pentru utilizări tehnice, de cele mai multe ori se frământă prin adăugare de sulf pe un malaxor cu două valţuri. Pentru acest scop se utilizează şi agitatoare grele care pot prelucra baloţi întregi, având avantajul că lucrează fără praf. Dacă amestecul se încălzeşte ulterior, atunci are loc vulcanizarea.

Piesele de formare se produc dina ceasta masă în prese încălzite şi se vulcanizează totodată. Presiunea de presare trebuie să fie de circa 5 N/mm2.

Proprietăţi

Cauciucul natural devine apt de folosire numai prin prelucrare.Prin tratarea cu sulf cauciucul creşte considerabil în rezistenţa, proprietăţile sale

plastice scad în cea mai mare parte şi devine elastic. în tabelul 3.1. se arată proprietăţile cauciucului natural fără materiale de umplutură.

La temperaturi coborâte cauciucul se întăreşte şi îşi pierde elasticitatea. Temperatura de congelare este de -50 °C; sub aceasta temperatura cauciucului nu se poate folosi.

Cauciucul în mod normal este un bun material izolator, arde cu flacără fumegindă puternică. Are o stabilitate mare la îmbătrânire şi devine casant cu timpul, mai ales dacă vine în contact cu ozonul şi în prezenţa iradierilor ultraviolete.

Proprietăţile electrice, însă, depind nu numai de cauciucul ca atare ci şi de sulf şicelelalte adaosuri.Cauciucul natural este insensibil la săruri, alcalii şi acizi organici cu excepţia acidului azotic şi a acidului sulfuric concentrat.

2.2.1. DOZAREA MATERIILOR PRIME

Materialele stabilite prin reţetă se cântăresc: de exemplu, în compoziţiile folosite Ia separarea anvelopelor, se utilizează pe scară largă cauciucul natural (NR). Cauciucul natural (NR) reprezintă elastomerul cu o structură regulată, ale cărei macromolecule sunt compuse dintr-un număr de unităţi izoprenice.

Sorturile de cauciuc natural (NR), recomandate, sunt: RSS şi SMR 20.Cauciucul natural tip RSS 3 are o plasticitate redusă, de aceea este necesară

plastifierea (masticarea) mecano - chimică, operaţie care se poate realiză cu malaxor sau pe valţ.

În procesul de plastifiere, datorită eforturilor de forfecare şi acţiunii oxigenului din aer, în cauciuc au loc transformări mecano - chimice care provoacă ruperea macromoleculelor şi deci plastifierea să ia un grad acceptabil operaţiei de înglobare a celorlalţi ingredienţi.

O plastifiere mai eficientă se obtine în malaxor cu peptizanti (peptazin BAFD, peptan 22) în proporţie de circa 0,25% faţă de cauciuc,

UTILAJE PENTRU PRESAREA PRIN INJECŢIE

În prezent există o mare varietate de utilaje destinate injectării materialelor termoplastice care diferă între ele mai ales prin soluţiile constructive adoptate, I caracteristicile funcţionale sau gradul de automatizare a unor operaţii. j

Presiunea de ulei necesară acţionăm organelor maşinii se realizează cu ajutorul pompelor hidraulice care în prezent, sunt aproape în exclusivitate pompe hidraulice cu pistoane radiale sau axiale.

Circa 60% din. cantitatea de căldură necesară atingerii temperaturi.! de topire a materialului plastic este cedată în zonele 2,3 şi 4 de plastifiere. în zona de omogenizare i, este necesară numai cantitatea de căldură care asigură menţinerea temperaturii materialului în intervalul de înmuiere, cât mai aproape de temperatura de topire.

1.6.l.b. ALEGEREA RĂŞINII PENTRU FORMARE

După cum am amintit, formarea manuală utilizează în principal răşinile poliesterice şi epoxi, asupra cărora vor fi îndreptate majoritatea consideraţiilor din acest capitol.

Tipul de răşină care trebuie folosit este determinat de condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească produsul finit. In cazul realizării produselor translucide ( o transmitere a luminii 80 - 85%) utilizându-se răşini poliesterice, acestea trebuie să aibă câteva caracteristici importante:

- indicele de refracţie a răşinii întărite trebuie să fie apropiat de valoarea 1,5480 care este de refracţie a sticlei E utilizate de regulă ca material de armare; absorbţia apei - cât mai mică;- stabilitate, la radiaţii ultraviolete. Este obligatorie din acest punct de vederefolosirea tipului de răşină cel mai puţin afectat de radiaţiile ultraviolete a căror acţiune după cum am amintit are ca efect schimbarea culorii expuse la lumina solară;- proprietăţi de formare. Răşinile diluate cu metalacrilat de metil impregnează mai rapid materialul de armare(mato ce conţine liant solubil decât răşinile diluate

cu stiren;- vâscozitatea răşinii în cazul fabricării produselor translucide joacă un rol foarte important, trebuind să se situeze în domeniul 1 - 1,5P, viscozitate răşinii depinde în mare măsură de temperatura de lucru, recomandându-se în acest sens utilizarea răşinii la 21 ± 3°C. O metodă simplă de reglare a temperaturii constă în încălzirea masei de impregnare cu anur sau cu rezistenţe electrice;- timpul de gelifiere. Determinarea timpului de gelifiere sau de apariţie a stării de gel se face de regulă prin încercări acţionându-se asupra proporţiilor de răşină, catalizator şi accelerator.În cazul fabricaţiei stratificatelor plane, viscozitatea răşinii şi caracteristicile de

impregnare prezintă o mare importanţă din punctul de vedere al calităţii produsului. Dacă viscozitatea este prea ridicată, impregnarea şi eliminarea aerului se face cu dificultate, iar dacă viscozitatea este prea mică se utilizează ca material de armare ţesături se reţine prea puţină răşină în general, se recomandă o viscozitate de circa 5P, care poate fi redusă la nevoie prin adăugarea de diluanţi.

Astfel, răşinile poliesterice pot fi diluate prin adăugare de stiren monomer până la15% faţă de răşină, iar răşinile epoxi pot fi diluate cu xilen, dibutilftalat, saualilglicidileter, butii glicidileter, cresilglicidileter, etc.

în fabricaţie de produse din poliesteri armaţi cu fibre de sticlă de forme mai complicate, viscozitatea răşinii are un rol important. Pentru evitarea scurgerilor de răşină pe suprafeţe înclinate sau verticale se recomandă utilizarea răşinilor cu viscozitate cuprinsă între 3,2 şi 6P, precum şi a răşinilor tixotrope îh combinaţie cu răşini de uz general. Atât răşinile poliesterice, cât şi epoxi pot fi îngroşate sau tixotropizate prin adăugări de silice. Această stare poate fi temporar prelungită prin adăugarea de acetonă care ulterior se va evapora.

Pentru aplicaţii în domeniul electric ste necesar să se prelucreze răşini cu un coeficient mic al absorbţiei de apă, iar pentru fabricarea produselor care trebuie să posede o rezistenţă bună la căldură se utilizează răşini cu temperatura de deformare la cald ridicată. ;"

Atât răşinile poliesterice, cât şi epoxi pot fi dizolvate în stare nepolimerizată cu solvenţi (acetona, clorura de metilen), iar o dată întărite pot fi dezintegrate numai cu cloroform.

1.6.1.c. ALEGEREA MATERIALULUI DE ARMARE

Atât poliesterii cât şi epoxi pot fi armate cu o varietate mare de materiale de armare: fibra de sticlă, sisal şi iuta, cânepa, bumbac, pânză de saci, precum şi cu mai recentele fibre anorganice whiskeri de bor sau grafit.

Cele mai utilizate materiale de armare sunt fibrele de sticlă sub diverse forme:roving, roving ţesut, ţesături, fibre tocate şi măcinate, benzi împletite sau ţesute, voaluri.

Trebuie reţinut ca utilizând materiale de anuare de tipul sisal, iuta, cânepa, bumbac, se vor realiza produse cu caracteristici de rezistenţă mul reduse faţă de produsele care au fost confecţionate cu fibra de sticlă şi respectiv cu materiale de annare de tip whiskeri.

Materialul de armare trebuie ales cu deosebită grijă în funcţie de proprietăţile impuse produsului; rezistenţa la rupere, rezistenţa la şoc, modul de elasticitate, rezistenţa la încovoiere

Ţesăturile şi matul constituie materiale de annare care stau la baza procedeului de

formare manual.Tipul sticlei din care se confecţionează matul sau ţesătura constituie un factor de

care trebuie ţinut seama la alegerea materialului de anuare. Astfel, pentru produse utilizate în electrotehnică şi electronică, sau în cazul fabricării unor produse la umezeală sau la imersie în apă, este necesară utilizarea ţesăturilor şi matului din sticla E. Aceeaşi sticlă E se utilizează ia obţinerea produselor translucide. Pentru produse semiopace se recomandă şi folosirea sticlei de tip A.

Cele mai bune proprietăţi ale unui stratificat plan se obţine prin utilizarea ţesăturilor. Acestea pennit reglarea precisă a raportului sticlă/răşină, asigurând astfel regularitatea proprietăţilor produsului. Acolo unde este necesară o astfel de cerinţă este de preferat alegerea matului cu material de armare.

37

25

26

17

18