Specializarea: Ingineria Sistemelor de Propulsie pentru Autovehicule [308114]

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN TIMIȘOARA

FACULTATEA DE MECANICĂ

Departamentul MMUT

Specializarea: Ingineria Sistemelor de Propulsie pentru Autovehicule

PLAN TEMATIC

Pentru lucrarea de disertație………………………………………..

Numele și prenumele masterand: [anonimizat]: Șendroiu George Adelin

Proiectul trebuie să conțină:

1. Partea scrisă (Memoriul de prezentare):Introducere,

[anonimizat],

[anonimizat],

[anonimizat],

Partea grafică:Schema de organizare a [anonimizat]:

Locul de desfășurare a programului de documentare/practică:

Îndrumătorul de proiect:

cadru didactic: Ș.l.dr.ing. Nicolae Lonțiș

specialist de la unitate de documentare:

Data pentru predarea proiectului:

Nota propusă: Îndrumătorul de proiect:

____________________ ______________________

CAPITOLUL I

INTRODUCERE

În aceasta lucrare de disertatie s-a abordat actualitatea si importanta utilizării materialelor compozite in industria constructoare de masini. Materialele compozite reprezinta cea mai avansata clasa de materiale inventate și produse de om în epoca modernă precum si o provocare pentru viitor în domeniul performaței știintifice si tehnologice. Aceste materiale sunt alcătuite din cel putin două faze de natură diferită care sunt astfel combinate încât sa formeze un material nou cu proprietăți superioare.

[anonimizat] o interfață distinctă și bine definită între fazle constitutive care asigură însă un transfer de proprietăți ce conduc la obținerea unui produs cu performanțe ridicate față de ale materialelor de pornire. Datorită faptului ca materialele omogene sunt greu de întâlnit iar procesarea acestora se face cu dificultate de către om s-a [anonimizat] a fenomenelor de interfață. De exemplu multe aliaje deși au în structură faze cu proprietăți diferite nu sunt material compozite deoarece acestea apar la solidificare fără o intervenție specială din partea omului. [anonimizat], fontele și oțelurile nu sunt incluse în categoria materialelor compozite.

[anonimizat] , [anonimizat], lumea s-a [anonimizat].

[anonimizat], fapt ce atrage dupa sine utilizare unor materiale cu performante mărite. Odata cu reducerea masei autovehiculului se poate reducere si cantitatea de energie necesară deplasării acestuia. [anonimizat] a unui singur panou care înteplinește funcții multiple cum ar fi: rezistență mecanică (statică și dinamică), izolare termică, fonică și estetică rezultând o soluție contructivă cu masă redusă și mai fiabilă precum în cazul utilizarii a câte un material diferit pentru fiecare dintre cerintele impuse.

In momentul actual, datorită unor preocupări tot mai mari pentru protecția mediului, se doreste reintroducerea materialelor compozite lignocelulozice în structura componentelor auto din interior. Aceste fibre naturale au efect pozitiv asupra mediului iar costul de producție al materialelor este influențat de costul de obținere al fibrelor.

Firmele renumite din industria auto precum Volkswagen , Audi, BMW, Ford și Opel folosesc în acest moment, pentru diverse aplicații, noi materiale compozite din mase plastice si lemn sau ranforsate cu diverse fibre vegetale.

În imaginea de mai jos de poate observa că energia consumată pentru producerea unor fibre naturale este mult mai mică spre deosebire de fibrele sintetice.

Figura . 1.1 Energia consumată pentru producerea fibrelor utilizate la ranforsarea materialelor compozite []

Materiale compozite și utilizarea acestora în industria constructoare de autovehicule

În viitor, materialele compozite vor juca un rol destul de important în fabricarea organelor de mașini, de greutate mică specifică pieselor de motor, dar și de transmisie, suspensie, caroserie, elemente de interior. Se vor utiliza unele materiale laminate mixte (metal-materiale plastice) de tip ”sandwich” pentru a înlocui unele elemente de structura.

Materialele laminate se compun dintr-un material plastic cuprins între doua structuri metalice otel sau aluminu. Laminarea acestor materiale se realizeaza la cald, sub presiune. Scopul acestora este de a înlocui oțelul, aflându-se în competiție cu aluminiul deoarece acesta prezintă o combinație între greutatea redusă a materialului plastic polipropilena sau polietilena și rigiditate, rezistență ale aluminiului respectiv a oțelului. Pentru o majorare a grosimii laminatului cu 10% se poate obtinere o reducere a greutății cu 50%.Poseda proprietăți bune de izolare termică și anticorozive, rezistență la căldură, preț de 2..3 ori mai redus față de oțel pentru produsele chimice.

Făcând o analiză asupra înlocuirii metalelor cu astfel de materiale este de precizat faptul că avantajul nu se rezumă numai la reducerea greutății ci în cele mai multe cazuri la o funcționare egala sau superioară.

O problemă importantă este utilizarea rațională a materiilor prime. Odata cu reducerea masei automobilului se reduce si consumul de materiale crescând procentul din masa reciclabila a acestuia.

În momentul de față 75% din masa autovehiculului este reciclabilă (5,4% materiale neferoase, 3%Al, 0,4%Cu, Zn, 2% echipamente electrice,70% materiale feroase, 14% fontă, 13% piese forjate, 38% tabla, 5,4% echipamente mecanice. Rămân nerecuperate (reziduri) 24,5% materiale 8,6% plastice, 3,4% sticlă, 1%textile, 0,5% hârtie, 2,8% alte elemente, 3% echipament electric, 4%cauciuc, 1 %ulei și unsori.

Materialele compozite sunt mai competitive atât în ceea ce privește prețul cât și al posibilitătilor de a înlocui sau a completa cu succes a materialelor tradiționale (metal, ceramică, sticlă). Cercetările în vederea folosirii materialelor compozite au ca scop nu numai înlocuirea acestor materiale tradiționale dar si aplicatii specifice datorate proprietăților particulare pe care le au. Legea amestecurilor utilizată în determinarea proprietăților fizice ale materialelor compozite este scrisa sub forma generală:

Pc =∑ Pi Wi; []

Pc = proprietatile materialului compozit;

Pi = proprietati ale componentelor;

Wi = fractia de volum a componentelor.

În cazul proprietățiilor mecanice, trebuie incluși parametrii care să tină seama de dimensiunea particulelor agentului de umplutură, orienarea, interacțiile specifice între matrice și agentul de umplutura, geometria de impachetare și de efectele de-a lungul interfeței. Datorită acestor factori, proprietățile fizice și chimice ale compozitelor descrese printr-o ecuație unică.

În tabelul de mai se pot observa caracteristicile mecanice ale unor materiale plastice compozite și cauzele limitării utilizării acestor comparativ cu materialele clasice:oțel și aluminiu.

Tab. 1.1 Caracteristici mecanice pentru materialele, oțel, aluminiu []

Datorită densității reduse și a rezistenței mare la oxidare progresivă, aluminiul este materialul care a căpătat cea mai mare extindere ca matricea a materialelor compozite folosite în realizarea de repere ce intra în construcția unui autovehicul. În tabelul următor se pot observa aplicatiile compușilor de aluminiu in industria auto.

Tab. 1.2 Compuși ai aluminiului și folosirea lor în industria auto []

Materialele Al/Al2O3 si Mg/ Al2O3 prezintă o rigiditate și rezistentă la uzare mari, cuplate cu o rezistentă mare la temperaturi ridicate, fiind aplicabile in realizarea unor componente pentru autovehicule. În industria constructoare de mașini s-au impus materialele compozite metalice pentru fabricarea diverselor repere din cadrul motorului, suspensiilor, sistemelor de franare.

Aplicatiile se referă în mod special la pațile mobile (biele, pistoane, axul pistonului) dar și la piesele ce sunt solicitate la oboseala termodinamică.

Tab. 1.2 Utilizarea materialelor compozite în industria auto []

În momentul actual, inginerii din domeniul automobilelor sunt preocupați de alegerea optima a combinării materialelor și a tehnologiei specifice care se impune, in conditiile unor costuri cât mai reduse, a imbunatatirii constante a calitatii produsului, prin procedee mai putin poluante pentru mediul inconjuraor.Firma Du Pont din Nemours a realizat un material plastic, original, celular, NOMEX,care are un raport optim intre rezistenta si greutate, si cu o rezistenta la comprimare cu 50%mai mare decat otelul. Materialul este folosit in industria aerospatiala, datorita calitatilor sale deosebite, dar se prevede ca, in viitorul apropiat domeniul de aplicabilitate al acestuia se va deplasa spre constructia mijloacelor de transport terestre.In ultimul timp, s-a ajuns la concluzia ca fibrele sintetice sunt o speranta in domeniile de varf ale tehnicii, dintre care Kevlarul devine din ce i ce mai omniprezent, ca fiind exponentul „generatiei a doua” de materiale compozite. Inventat in 1965 de firma Du Pont, Kevlarul este o fibra care poate ajunge la o dimensiune de cateva sutimi de milimetru, care apoi sunt filate si tesute pe masini textile conventionale, usor modificate, conform particularitatilor Kevlarului.

.

Firma „Tokyo Yokyo Co. Ltd.”, a realizat un material compozit din carbura de siliciu si aluminiu. Materialul consta din 20% carbura de siliciu si din 80% alumina si este armat cu pulbere de carbura de siliciu. Poate fi comparat cu materialul compozit conventional armat cu ceramica. Legatura SiC-Al este foarte asemanatoare cu legatura metal-metal, aceasta facand materialul compozit mai rezistent. Materialul este usor, rezistent la uzura si la oboseala, si are rezistenta la tractiune de 45 kg/mm2. Termorezistenta este cu 30% mai mare decat a aluminiului. Poate fi fabricat prin diferite metode ca: extrudare, forjare, laminare si turnare sub presiune, sub forma a diferitelor piese de masini (pistoane, axe cu came si invelisuri pentru transmisii).Pe baza polipropilenei realizate de firma Exxon Cehmical, Farmington Hill,s-a obtinut un nou material compozit termoplastic, care se poate stanta, isi gaseste largi domenii de utilizare inlocuind metalul la realizarea podelelor pentru compartimentul bagajelor , ecrane antizgomot pentru motoare, bare de directie fata si spate de la automobile, piese interioare ale usilor de automobile, structuri de rezistenta pentru banchete, tavi pentru baterii si suporti de pedala de frana.

Procedeul umed folosit pentru producerea materialului compozit este similar cu procedeul prin care este fabricata hartia: sunt amestecate fibre cu lungime de 30 mm cu apa, pentru a se produce o dispersie uniforma, dupa care este uscata pe un fetru care nu are puncte slabe. Produsele sub forma de foi sunt realizate prin comprimarea fibrelor uscate cu materialul plastic folosit ca retea, ceea ce conduce la cresterea sansei de a obtine materiale neuniforme de la un lot la altul. Un alt avantaj al omogenitatii ridicate a produsului realizat de Exxon il constituie reciclabilitatea completa.

O familie de materiale compozite de tip polipropilena termoplastica armate cu fibre lungi din sticla si de material plastic cu dimensiuni mari din constructia de automobile. Sunt utilizate de catre Peugeot, Renault si alti fabricanti europeni de automobile, Taffen STC (materiale compozite termoplastice structurale) realizat de Exxon Chemical Co., este remarcabila in ceea ce priveste reducerea greutatii, consolidarea pieselor, rezistenta la coroziune, economia de costuri si eficienta procesului de productie. O familie de materiale compozite de tip polipropilena termoplastica armate cu fibre lungi din sticla si de material plastic cu dimensiuni mari din constructia de automobile. Sunt utilizate de catre Peugeot, Renault si alti fabricanti europeni de automobile, Taffen STC (materiale compozite termoplastice structurale) realizat de Exxon Chemical Co., este remarcabila in ceea ce priveste reducerea greutatii, consolidarea pieselor, rezistenta la coroziune, economia de costuri si eficienta procesului de productie.

La obtinerea materialelor cu matrice organica pentru sistemele de frictiune cum sunt discurile, sabotii, garniturile, ambreialjele au fost folosite fibre de azbest. Din cauza actiunii toxice asupra sanatatii producatorilor s-a propus inlocuirea fibrelor de azbest cu cele de sticla. Din experimentari s-a constatat ca astfel de compozitii de frana ar fi acceptabile, insa adaosurile de fibre de sticla au tendinta de a se aglomera, si dea reduce uniformitatea materialului de frictiune. S-a incercat posibilitatea in care fibrele de sticla functioneaza in pereche cu contracorpuri de otel, dar s-au constatat uzuri inacceptabile. In domeniul motoarelor cu ardere interna la institutul de incercari al firmei FORD, POLIMOTOR RESEARCH INC. din New Jersey s-au realizat mai multe motoare din materiale compozite, folosind pentru armare fibre de grafit (care se recomanda pentru piese de performante deosebite, la temperaturi ridicate). S-a urmarit, in mod special, reducerea apreciabila a greutatii motorului de baza, din metal, reusindu-se aplicarea materialelor compozite in constructia a circa 90% din elemente, sa se reduca la jumatate, 77 kg.. Materialul de baza al chiulasei este un material compozit armat cu fibre de grafit. Biela, pistonul, axul pistonului, talerele arcurilor, camele, pompa de apa se executa din material compozit armat cu fibre.

De aici s-a dedus ca reducerea greutatii sistemului de distributie favorizeaza functionarea motorului cu o turatie mai ridicata:

– adoptarea unor materiale compozite pentru piesele mecanismului motor contribuie

reducerea cu 60% a greutatii acestora;

– datorita constructiei din material compozit al pistonului, conductivitatea termica se

reduce, determinand o eficienta majorata a arderii;

– segmentii din material compozit favorizeaza autolubrifierea, iar greutatea lor

redusa impiedica vibratia lor la turatii ridicate.

Materialele compozite folosite au rezistenta la rupere cu 40% mai mare ca a celor monolitice, iar frecarile cu 40% mai mici sI greutatea cu 60% mai redusa.Turbosuflantele ce echipeaza motoarele autoturismelor au un timp de raspuns nesatisfacator la schimbarile bruste ale turatiei si sarcinii. Inlocuirea rotorului metalic al turbinei cu unul ceramic din carburi sau nitruri de siliciu sinterizate sub presiune, care are o densitate de trei ori mai redusa comparativ cu cel clasic, asigura o micsorare a inertiei lui si o diminuare a timpului de reactie cu 0,8…1,4 secunde.

Printre produsele la care s-ar putea folosi noile materiale compozite sunt: capote pentru automobile, capace pentru automobile, etc. Capotele sau capacele de automobile reprezinta asemenea aplicatii, deoarece produsul final poate fi format prin suflare inainte de racirea materialului, accelerand procesul de productie. Este de subliniata si posibilitatea de vopsire a compozitelor pentru aplicatii la automobile. Ca dezavantaj il reprezinta pretul de cost mai ridicat. Rulmentii de debreiere ai ambreiajelor in cazul autoturismului Opel Omega trebuie sa functioneze fiabil la temperaturi de durata de pana la 120șC, iar valorile de varf sunt mai mari. Sarcinile axiale intermitente intre 50 si 2700 N, la deplasari axiale de 15 mm trebuie preluate fara frecare si cu uzura redusa. Abaterile de coaxialitate ale mansonului de ghidare, pe care alunca rulmentul de debreiere trebuie compensate. Unitatile trebuie atat de etanse, incat lubrifiantul sa nu poata ajunge in spatiul ambreiajului. Rulmentul de debreiere din material compozit otel si mase plastice are o greutate redusa, proprietati de alunecare superioare, amortizarea mai buna a zgomotului si costuri reduse de fabricatie. Intreaga unitate este montata pe un inel de ghidare din poliamida armata cu fibre de sticla. La partea din spate, inelul de ghidare este astfel format, incat sa se poata monta parghia de debreiere. Un inel de acoperire peste inelul exterior al rulmentului mentine axial unitatea.

Noul rulment de debreiere a ambreiajului este etans, nu necesita intresinere si emite un zgomot foarte redus. Aceleasi materiale compozite din otel si material plastic au dat bune rezultate de asemenea si la rolele de intindere a curelelor, rotilor de intindere si de deviere ale mecanismului motor.

Avantajele si dezavantajele utilizarii materialelor composite comparativ cu materialele clasice in industria autovehiculelor.

Avantaje:

– densitate mica in raport cu metalele. Compozitele din rasini epoxidice armate cu fibra de Si, B si C au densitate sub 2kg/dm3. Rasinile epoxidice armate cu fibre de sticla sunt cu 83% mai usoare decat otelul. Materialul plastic armat cu fibre de sticla hyfil are densitatea de 1,8 kg/dm3.

– rezistenta la tractiune Rm sporita. Rezistenta materialelor compozite cu whiskersuri este de 5… 30 ori mai mare decat a matricei, pe o directie paralela cu directia de orientare a whiskers-urilor. Rezistenta la tractiune a fibrelor de sticla este 19000…39000 daN/cm2. Materialul compozit Kevlar are Rm de doua ori mai mare decat cea a sticlei.

– consum energetic scazut, si instalatii mai putin costisitoare in procesul de obtinere, in raport cu metalele. Materialele plastice armate cu fibre de sticla pot fi usor realizabile, procedeele aplicate uzual putand fi: laminarea, pulverizarea, extrudarea si injectarea. Materialele compozite pe baza de materiale plastice sunt mai putin energointensive decat otelul, aluminiu si cuprul.

– rezistenta practic nelimitata la actiunea proceselor determinate de agentii atmosferici si de mediu (oxidare, coroziune, microorganisme);

– capacitate ridicata de amortizare a vibratiilor, de trei ori mai mare decat cea a aluminiului;

– coeficient de dilatare foarte mic in raport cu metalele;

– durabilitate mare in functionare. In aceleasi conditii de functionare 1 kg. de Kevlar inlocuieste 5 kg. de otel, la o durata egala de functionare.

– stabilitate chimica si rezistenta mare la temperaturi redicate. Fibrele de Kevlar, teflon si hyfil isi pastreaza proprietatile pana la o temperatura de 500 șC, iar fibrele ceramice de tip SiC, Si3N4 si Al2O3 pana la temperaturi cuprinse intre 1400 șC si 2000 șC.

Dezavantaje:

– uzarea prin frecare reprezinta un proces distructiv al materialelor composite echivalent cu cel a ruperii sau al deformarii;

– oxidarea si/sau coroziunea sunt procese care duc la degradarea progresiva si rapida a suprafetei produselor si deci la uzarea lor avansata. Oxidarea devine mai periculoasa la temperaturi inalte, insa depinde in mare masura de natura matricei si a materialului complementar. Coroziunea se produce la temperaturi joase si inalte, in zona de contact dintre componente (coroziunea galvanica, din cauza diferentei de potential electrochimic dintre matrice si faza complementara);

– cedarea materialului sub actiunea solicitarilor mecanice ciclice se datoreaza aparitiei, cresterii si propagarii fisurilor sau dezlipirilor. Starea de tensiune insa zone de desprindere (goluri) la capetele fibrelor de ramforsare, si care se propaga sub forma unor striuri in regiunea neramforsata.

Rășini epoxidice, Materiale speciale compozite stratificate și armate cu fibre sau (proiectarea materialelor compozite)

Materialele compozite stratificate și armate cu fibre se alcătuiesc dintr-o matrice (polimer) și un material de armare ce este ales în funcție de condițiile de utilizare și caracteristicile produsului proiectat.

Rășinile epoxidice sunt rășini termoreactive ce conțin în moleculă două sau mai multe grupări reactive epoxi ce oferă posibilitatea de a reacționa, prin deschidere ciclului epoxidic, cu alcooli și amine, sau de a polimeriza, prin deschiderea ciclului oxiramic, ducând la întarirea acestora.

Aceste rășini sunt cele mai bune matrici polimerice pentru materialele compozite datorită aderenței foarte bună la materialele de umplutură, ranforsare la diverse substraturi, datorită proprietățiilor multiple (fiziochimice, mecanice, dielectrice) obținute în urma întăririi(varietatea rășinilor și a agenților de întărire). În timpul reticulării nu se elimină compușii volatili, contracția de volum este redusă în comparatie cu răsinile fenolice poliesterice.

1.3.1 Sinteză rășinilor epoxidice

Rășinile epoxidice sunt produși macromoleculari liniari,ce se obțin în mediu bazic, prin reacția dintre epiclorhidrină și fenoli sau amine (compuși cu atomi de hidrogen mobili).

Reacția dintre epiclorhidrină și bisfenol A se realizează în două etape:deschiderea ciclului oxiramic și formarea ciclurilor epoxidice, astfel formându-se diglicidileterul bisfenolului A.

Figura.

In reacția următoare resprezentat procesul global de obținere al rășinilor epoxidice ce pot fi solide sau lichide în funcție de raportul molar epiclorhidrină/ bisfenol A:

Figura.

Echivalentul epoxy, ce caracterizează reactivitatea rășinilor epoxidice, reprezintă numărul de grame de rășină ce conține o grupare epoxy.

Bisfenolul A poate fi înlocuit de compuși polifuncționali de tipul rășinilor fenol-formaldehidice, hidroxiaminelor, diaminelor, compușilor tri- sau tetrafenolici

Figura.

1.3.2 Clasificarea rășinilor

În funcție de natura componentelor ce participă în reacție și de raportul molar al acestora, se pot obține mai multe tipuri de rășini epoxidice. Aceste rășini diferă între ele prin compoziția chimică, prin funcționalitatea și masa molară.

În funcție de numărul de grupări epoxi se pot obține;

Rășini bifuncționale;

Rășini trifunționale;

Răsini polifuncționale.

În funcție de natura catenei principale se pot obține;

Rășini aromatice;

Rășini cicloalifatice;

Rășini alifatice (flexibile)

Rășini epoxidice cu rezistență ridicată la flacără.

1.3.3 Reticularea rășinilor

Reticularea rășinilor epoxidice are la bază reacția grupărilor epoxi, prin polimerizarea acestor sau prin reacția cu coreactanți, amine primare, secundare, terțiare, fenoli, anhidride acizilor dicarboxilici, indiferent de modalitatea de întărire se obține un produs reticulat, tridimensional, insolubil și infuzibil.

Reticularea rășinilor epoxidice cu coreactanți precum aminele primare și secundare sau anhidridele acizilor dicarboxilici

Schema de întărire cu amine primare (secundare) este urmatoarea:

Figura.

Reticularea rășinii se realizează prin interacțiunea celea de a doua grupe NH2 cu alte grupe epoxi terminale. Aminele secundare reacționează în mod similar. Pentru ca reticularea să fie completă este necesar ca raportul între numărul de atomi de hidrogen din amina primară sau secundară și numărul grupărilor epoxi sa fie 1:1.

Reacția aminelor primare cu grupele epoxi are loc la tempetura ambientala iar utilizarea aminelor aromatice rigide necesită un raport termic pentru intărirea finală. Reticularea rășinilor epoxidice cu amine secundare se desfășoară dupa aceeși procedură, fiecărei grupe epoxidice fiindu-i necesară pentru reticulare un atom de H din amină.

Proprietățiile termice și chimice ale rășinilor întărite cu amine aromatice sunt superioare comparativ cu ale rășinilor întărite cu amine alifatice.

Reticularea rășinilor epoxidice cu aminele terțiare

Reticularea rășinilor epoxidice cu amine terțiare este total diferită pentru că aminile terțiare se comportă ca baze lewis care adăgate în cantități nestoechiometrice încep o polimerizare anionică.

Schema de întărire cu amine terțiare este următoarea:

Figura.

Legăturile C─N formate prin reticulare sunt stabile la acțiunea majorității agenților anorganici și a bazelor, dar mai puțin stabile la acțiunea acizilor organici (decât legăturile formate în cazul folosirii altor agenți de reticulare). De asemenea, capacitatea de izolator electric a rășinii reticulate este mai mică decât în cazul folosirii altor agenți de reticulare, datorită polarității introduse în moleculă de grupele ─OH formate.

1.3.4 Proprietățiile rășinilor epoxidice

Proprietățile rășinilor epoxidice sunt influențate de mai multi factori:

Structura chimică a acestora;

De masa moleculară;

Gradul de reticulare și natura coreactantului folosit pentru întărire;

Natura și cantitatea de material de umplutură sau agent de ranforsare.

Aceste rășini prezintă proprietîți adezive excelente, contracție redusă la formare, rezistență foarte bună la acțiunea diverșilor agenți chimici și o bună comportare la temperature moderate până la 180 °C.

În schema de mai jos este prezentată legătura directă dintre structura chimică și proprietăți, fiecare tip de grupare din poliepoxid având un rol bine conturat.

Figura.

Făcând o analiză asupra fiecărei grupări din compoziția rășinii epoxidice rezultă faptul că prin introducerea unui număr mai mare de nuclee aromatice se pot îmbunatății stabilitatea termică și rezistența chimică.

Mărirea numărului de grupări epoxidice din moleculă va determina o densitate de reticulare mai mare și, ca urmare, vor crește rezistența chimică și termică, densitatea, rezistența la rupere și rigiditatea. În schimb, scăderea densității de reticulare va conferi elasticitate, rezistență la soc și la temperaturi scăzute.

Pentru același tip de rășină epoxidică, proprietățile produsului obținut depind în mare măsură de modul de întărire a acestora. Întărirea prin homopolimerizarea ciclurilor epoxidice conduce la punți transversale eterice, care conferă rezistențe superioare punților C-N-C realizate prin reticularea cu amine. Dacă reticularea are loc cu amine aromatice, performanțele sunt superioare celor obținute cu amine alifatice. În același timp, reticularea cu anhidride ale acizilor, conduce la proprietăți superioare celor obținute cu diamine.

Proprietățile mecanice ale rășinilor epoxidice depind de natura agentului de șarjare sau de ranforsare. Prin ranforsare cu fibre de sticlă, aramidice sau de carbon se obțin compozite cu rezistențe mecanice deosebite. Proprietățile termice ale rășinilor epoxidice depind de structura lor chimică și de modul de reticulare. În general rezistența termică a rășinilor epoxi este cuprinsă în intervalul 150-180°C, iar pentru intervale scurte de timp, ele suportă temperaturi de până la 200°C. Aceste valori nu sunt corespunzătoare pentru utilizarea acestor rășini în industria aeronautică. Pentru aplicații la temperaturi ridicate, rășina epoxi trebuie să aibă valoarea temperaturii de tranziție sticloasă, Tg, foarte aproape de temperatura la care va fi utilizat materialul compozit, deoarece proprietățile acesteea se modifică drastic în apropierea Tg.

Comportarea rășinilor epoxidice la flacără este foarte bună; ele nu întrețin arderea. Această proprietate poate fi îmbunatățită prin folosirea diglicidileterului bisfenolului A tetrabromurat.

Proprietățile dielectrice ale rășinilor epoxidice sunt foarte bune și nu se modifică într-un interval larg de temperaturi (-70-).

Rezistența chimică la apă, baze diluate și concentrate, hidrocarburi, acizi slabi și solvenți organici este excelentă. Ele sunt atacate de acizi tari, acetone, acetat de etil și solvenți clorurați.

1.3.5 Utilizarea rășinilor epoxidice

Rășinile epoxidice au un domeniu larg de utilizare datorită stabilității dimensionale, proprietăților mecanice bune, rezistenței la factorii de mediu, rezistență chimică și termică.

Prin ranforsare acestor rășini cu fibra de sticla, carbon sau aramidice se pot obtine materiale compozite

Rășinile epoxi pot proroduc materiale compozite cu rezistență mai mare la temperatură comparativ cu materialele compozite produse cu rășini poliesterice și esterice.

Sistemele epoxidice sunt utilizate în diverse aplicații industriale pentru a produce forme, modele, laminate, piese turnate, dispozitive de fixare. Ele înlocuiesc lemnul, metalul sau alte materiale tradiționale, datorită eficienței și reducerea duratei proceselor industriale.

Pe lânga aceste utilizării rășinile epoxidice au aplicații și în alte domenii, cum ar fi:

Nautica în construția proiectelor de aeronave datorită proprietății lor de umpre și de aderentă;

Artă, rășina epoxidică amestecată cu pigment este folosită ca mediu de pictură;

Aplicații aerospatiale, folosită ca lipici strctural și ca matrici întărite cu fibre (sticlă, carbon, Kevlar, bor) ;

Aplicații în energia eoliană, folosită pentru frabicarea de pale de rotor pentru turbine eoliene;

Producerea vopselelor și lacurilor.

CAPITOLUL II

Fibre de carbon

Descoperirea faptului că petrolul este o resursă neregenerabilă a forțat omenirea să regândească modul în care folosim. Industria auto, fiind una dintre cele mai mari consumatoare de petrol la nivel mondial, a fost nevoită să se gândească la metode pentru a folosi petrolul mai eficient. Deoarece motoarele cu ardere internă au început să-și atingă randamentul maxim, pasul următor pentru producătorii de autovehicule a fost reducerea greutății.

Chiar dacă se află la un stadiu incipient,utilizarea fibrei de carbon poate fi solutia industriei constructoare de mașini pentru eficientizarea acestor. Polimerul ranforsat cu fibra de carbon este nu materiaincredibil de ușor, cele mai performante fibre având o rezistență la rupere de până 109 kPa. În comparatie cu fierul, cel mai utilizat în industria auto, care are o rezistență la rupere de până la 2×108 kPa, fibra de carbon este de 5 ori mai rezistentă, de 2 ori mai rigida și cu toate acestea este cu 30% mai ușoară.

Fibră de carbon a fost obținută pentru prima data, încă de la începutul secoluluiXVIII-lea de către Thomas Edison, prin reacția de piroliză a fibrelelor celulozice regenerate sau naturale și a fost folosita ca filament în lămpile incandescente. Prin reacția de piroliză a fibrelor celulozice în atmosferă inertă, la temeperatura de 10000C, Soltes și Abbott obțin fibre de carbon ce au o rezistență la tracțiune mai mare de 275 Mpa. Fibrele de carbon au în compoziție mai mult de 80% carbon amorf și grafit cu densitatea cuprinsă între 1,5-1,96 g/cm3.

Rezistența mare a unei fibre de carbon este oferită de dispunerea paralelă al straturilor de grafene în raport cu axa longitudinală a fibrei. Această dispunere pune în valoare legăturile covalente din planele cu ochiuri hexagonale a grafenelor. Grafenele reprezintă straturi hexagonale de atomi de carbon, asemănătoare cu cele din grafit, putând fi și ondulate nu neapărat plane.

În Figura urmatoare este simbolizată structura unui segment dintr-o fibra de carbon.

Figura 2.1 Structura unui segment dintr-o fibră de carbon

În momentul alctual la nivel mondial fibra de carbon este cel mai des material de armare utilizat. Principalul avantaj ale folosirii aceastora este tehnologia de obținere complexă care se pretează mai usor unei producții de masă. Un al doilea avantaj este legat de proprietățile foarte bune alea acestor fibre.

2.1 Obținerea fibrelor de carbon

Fibrele de carbon sunt oținute prin reacția de piroliză controlată (1000-17000C), a unor fibre organice (poliacrilonitril, mătase artificială) în atmosferă inerta. Fibrele de grafit, spre deosebire de fibrele de carbon se obțin din grafit natural prin piroliza controlată sau oxidare a unor fibre organice. Aceste fibre de grafit au un conținut de (98.9-99.9 %) constituind forme unice de grafit prin strutura lor. Tesăturile din carbon și grafit, folosite ca materiale de armare flexibile au rezistențe mecanice foarte ridicate, densitate scăzută și o rezistentă exceptională la temperature înalte de 23000C.

Fibrele organice utilizate pentru obținerea fibrelor de carbon se numesc precursori. Acești precursori trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

Să posede caracteristicile și rezistențele de prelucrare necesare menținerii fibrelor împreună pe tot parcurusul procesului de sinteză;

Să nu se topească în niciuna din etapele parcurse;

Să nu se volatilizeze în toată durata procesului de sinteză, astfel încât procentul de carbon dupa piroliză să fie destul de apreciabil pentru a justifica utilizarea sa pe baze economice;

Să aibă un cost redus, deoarece prețul său va fi reflectat în costul final al fibrelor de carbon.

În tabelul de mai jos este prezentată o comparție în ceea ce privește proprietățile fibrelor de carbon în funcție de diverși precursori.

Tabelul 2.1 Proprietățile fibrelor de carbon utilizând pentru producerea acestora diversi precursori

„Pentru fabricarea fibrelor de carbon se pornește de la diferite materiale solide, lichide sau gazoase, ce conțin printer alte elemente și carbon. Aceste produse se numesc carboni și se subdivizează în clase mari precum: diamantul, grafitulul, policarbonul, negrul de carbon, fibre de carbon.

În prezent fibrele de carbon și cele de grafit (fibre de carbon tratate la temperatură înaltă) sunt produse produse prin oxidarea și carbonizarea controlată a unor precursori precum celuloza, poliacrilonitrilul (PAN), lignina și gudronul.

Calitatea fibrei precursorului, materiei prime cât și tehnologia de fabricație influențează proprietățile fibrelor de carbon.

În Figura de mai jos este prezentată schema de flux a procesului de fabricație a fibrelor de

carbon.

Figura 2.1 Schema procesului de producție a fibrelor de carbon

Oxidarea și carbonizarea fibrelor precursorului la temperaturii de până la 16000produce fibre de carbon rezistență ridicată.

Grafitizarea realizată prin creșterea temperaturii până la 30000C produce fibre de grafit de modul ridicat.

Cercetările recente au creat posibilitatea dezoltării unor fibre de carbon cu extensibilitate mare și cu scame mai putine. Aceste fibre sunt mai ușoare decât aluminiul, mai rezistente decât oțelul și mai rigide decat titatnul.

2.1.1 Sinteza din PAN

Sinteza fibrelor de carbon pornind de la precursorul poliacrilonitril se realizează în mai multe etape, enumerate mai jos:

Etirarea (orientarea) PAN;

Oxidarea se realizează până la temperature de 2500C;

Carbonizarea la 15000C în atmosferă inertă presupune încălzirea fibrelor ciclizate până la 15000C pentru a se îndepărta H, N, O,din fibre sub formă de gaze precum,CH4, H2O, CO, CO2,NH3, H2;

Grafitizarea se realizează la 30000C în atmosferă inertă. Tratamentul termic pentru creșterea modulului de elasticitate al fibrei se face prin îmbunătîțirea orientării preferențiale din interiorul fiecărei fibre.

2.1.2 Sinteza din smoală

Pentru sintetizarea fibrelor de carbon din smoală se folosesc două procedee. Primul procedeu folosește smoală izotropică cu punct de înmuiere scăzut ca și precursor.

Etapele acestui process de obtinere a fibrelor de carbon sunt urmatoarele:

Filarea smoalei izotropice din topitură;

Termoreticularea fibrelor la temperature scăzute și timp îndelungat;

Carbonizarea în atmosferă inerta;

Grafitizarea sub tensiune la temperaturi extreme de ridicate.

Fibrele de performanță ce au fost obținute prin acest procedeu sunt foarte scumpe din cauza timpului de reticulare foarte lung și a grafitizării sub tensiune. Aceste fibre pot avea rezistență la tracțiune de 2585 MPa, iar modulul de elasticitate 480GPa.

Dacă nu s-ar realiza grafitizarea la temperaturi ridicate sub etirare, fibrele obținute ar avea modulul de elasticitate de 35-70 GPa. Aceste fibre sunt folosite ca suport pentru depunerea borului din stare de vapori cu scopul de a obține filamentele de bor.

Al doilea procedeu este utilizat pentru obținerea fibrelor comerciale, utilizând smoala în stare de cristal lichid ca precursor.

Etapele acestui process de obtinere a fibrelor de carbon sunt urmatoarele:

Încălzirea smoalei la 400-5000C timp îndelungat în atmosferă inertă pentru trecerea ei în stare de cristal lichid;

Filarea smoalei în stare de cristal lichid;

Termoreticularea fibrelor;

Carbonizarea fibrelor;

Grafitizarea fibrelor.

Prin încălzirea smoalei în anumite condiții, timp îndelungat aceasta trece în stare de cristal lichid, moleculele adoptând orientarea paralelă de-a lungul axei.Fibrele cu ordonare avansată a moleculelor se obțin prin filarea topiturii în stare de cristal lichid. Având în vedere faptul că smoala este un material thermoplastic, termoreticularea fibrelor este importantă in acest proces de obținere al fibrei de carbon având ca scop evitarea tendinței de relaxare în etapa de carbonizare. Reticularea se realizează printr-un tratament termic la 3000C într-o atmosferă ce conține un lichid puternic oxidant, realizându-se insolubilizarea fribrelor în urma unor procese de polimerizare.

Fibrele rezultate în urma acestui tratement sunt supuse mai întâi unui proces de precarbonizare la temperature de 950-10000, carbonizarea realizându-se la 12000C iar în final se realizează grafitizarea la 30000C.

2.1.3 Sinteza din celuloză

Fabricarea acestor fibre de carbon pornind de la celuloză conține mai multe etape:

Obținerea fibrelor celulozice;

Stabilizarea;

Carbonizarea;

Grafitizarea sub tensiune.

Se utilizează ca precursor fibrele de vâscoză, care odata încălzite la temperatura de 4000C, în atmosferă reactivă se supun unui proces de stabilizare, urmat de carbonizare la 1000-15000C în atmosferă inertă sub tensiune.

Grafitizarea se realizează sub tensiune la temperatură de 2800-30000C într-un timp foarte scurt. Costul foarte ridicat al etapei de grafitizare și pierderile însemante de masă față de fibrele inițiale se reflectă negativ în costul final al fibrelor de carbon.

Fibrele de carbon sunt cele mai folosite tipuri de fibre în fabricarea materialelor compozite mai ales la acelea la care matricea este alcătuită din polimeri. Acestea fibre sunt caracterizate printr-o rezistență mare, rigiditate mare, densitate scăzută și coefficient negative de dilatare termică.

2.2 Proprietățile fibrelor de carbon

Caracteristicile distinctive ale fibrelor de carbon sunt urmatoarele:

Densitate redusă (1.67-1.9 g/cm3);

Proprietăți mecanice excelente la tracțiune și compresie;

Rezistență termică foarte bună (în absența atmosferei oxidante) ;

Inerție chimică escelentă la temperature ambiantă;

Buna conductivitate termică;

Pe lângă aceste proprietăți excelente, la utilizarea fibrelor de carbon trebuie să se țină cont si de deficiențele acestora:

Rezistență scăzută la soc;

Rezistență scăzută la abraziune;

Sunt atacate de acizi oxidanți (H2SO4,HNO3) și oxigen la temperature mai mari de 4000C;

La contactul cu metalele și aliajele are loc o coroziune de tip galvanic.

2.3 Utilizările fibrelor de carbon

Materialele compozite pe bază de fibre de carbon si-au găsit largi utilizări în mai multe sectoare industriale precum aeronautică, aerospațială, navală, industria constructoare de automobile, tehnică militară. În viitorul apropiat aceste sectoare industriale vor fi principalii beneficiari ai compozitelor pe bază de fibre de carbon și matrice termoplastice.

Compozitele de fibră de carbon-aluminiu prezintă un mare interes datorită proprietățiilor pe care le au precum, rezistență și stabilitate ridicată, coeficient scăzut de dilatare termică și conductivitate termică/ electrică ridicată.

Utilizarea fibrei de carbon în domeniul auto, unde majoritatea componentelor sunt produse din fier, ar duce la scăderea greutății mașinilor până 60% care în consecință ar scadea emisiile de gaze nocive cu 15% și consumul cu30%.

Fibra de carbon se prezintă net superioară celorlalte materiale utilizare în construcția automobilelor dar prețul ridicat al materialelor, sculelor și numărul mic al oameniilor cu expertiză în domeniu, a limitat utilizarea acesteia, fiind întâlnită în construcția mașinilor de competitive și câteva mașini de serie.

Utilizând fibra de carbon în construția mașinilor de competitie Formula 1,aceasta oferă un raport excelent dintre rezistență și greutate.

Unul dintre producătorii tradiționali actuali de mașini cu piese pe baza de fibra de carbon este Pagani Composite Research. Aceasta companie produce în momentul actual, mașini precum Zonda și Huayra al căror șasiu central precum și alte piese sunt fabricate din fibră de carbon oferind o greutate scăaută și performante dinamice demne se prețul ridicat al acestora.

Figura 2.2 Șasiu Zonda fabricat din fibră de carbon []

Figura 2.3 Șasiu Huayra fabricat din fibră de carbon []

Lamborghini este un alt producător italian de specialitate care produce mașini pe baza de fibra de carbon. Modelul Aventador, ultima mașină lansată de Lamborghini, are sasiul complet construit din fibra de carbon. Metoda preferata de Lamborghini în contrictia sasiului a fost matritatarea. Matrițele sunt concepute sa reziste la 500 de turnări, 8 astfel de matrite producând numărul total de 4000 de mașini.

Figura 2.4 Caroserie Lamborghini fabricată din fibră de carbon []

Un alt procedeu de fabricatie utilizat în construcția mașinilor împletirea fibrei de carbon. Compania japoneză Toyota Motor Corporation, prin brandul de lux Lexus au fabricat mașini al căror sasiu este contruit în proporție de 65% din fibra de carbon impletită. Acestă împletire se realizează cu ajutorul unui război circular dezvoltat chiar de Toyota. În lume exista numai doua astfel de mașinării.Unul dintre avantajele acestei metode de producție este faptul că materialul este format dintr-o fâșie continua de material și nu din straturi separate, cum ar rezulta din turnarea în matrite. Acest lucru este foarte important pentru piesele supuse la solicitări mari micsorând riscul de apariție al micro-fisurilor în material.

Un alt avantaj al acestui procedeu este faptul ca permite încorporarea de alte materiale în fibra de carbon, precum fire de aluminiu cazul de față.

Figura 2.5 Război împletire fibre de carbon []

Pe lângă caroserii și sasiuri din fibra de carbon mai este folosită și pentru producerea altor component precum discuri și plăcuțe de frână. Ferrari 599XX este dotat cu astfel de componente produse din fibra de carbon ce oferă acestuia o distanță mai mică de frânare și o scădere de greutate.

Figura 2.6 Discuri și placate de frână produse din fibră de carbon []

Producătorii de automobile, Audi și BMW, în încercare de a reduce greutatea mașinilor, au folosit componente ca elemente aerodinamice, plafoane, uși contruite din fibra de carbon sau elemente plastic ranforsate cu fibra de carbon.

Folosirea fibrei de carbon în industria auto poate fi nelimitată, singurele dezavantaje în acest moment fiind greutatea în reciclare și prețul ridicat. Fibra de carbon are o durată de viață limitată de până la 10 ani. Spre deosebire de componentele automobilul produse din fier care pot fi topite și materialul refolosit, fibra de carbon nu poate fi topită și odată reciclată nu mai prezintă același caracteristici de rezistență ca înainte de reciclare.

Luand in considerare toate avantajele pe care le ofera fibra de carbon in materie de rezistanta si greutate , odata cu scaderea preturilor si cu imbuntarirea procesului de reciclare , ea poate deveni o alternativa pentru materialele clasice din industria auto si nu numai . Cu resursele de petrol din ce in ce mai reduse ideea unui autovehicul cu sistem de propulsie alternativ (electric , hidrogen , hibrid ) construit in totalitate din fibra de carbon poate insemna viitorul industriei.

CAPITOLUL III

Procesul de fabricare al unei jante de bicicletă din fibră de carbon

În acest capitol este sintetizat procesul de fabricare al unei jante de biciletă din fibră de carbon, prin presare, realizat de către Compania Duqueine Composites România.

3.1 Materialul folosit

Pentru realizarea jantei de bicicletă – flascul, Duqueine Composite folosește materialul denumit M77. Materia primă M77 este o matrice de rășină epoxidică formulată, special concepută pentru aplicații cu cicluri scurte de coacere. Este o matrice foarte versatilă, care permite o gamă de temperaturi de procesare de la 80 ° C până la 160 ° C.

M 77 se bazează pe o rășină epoxidică modificată, care poate fi pre-impregnată în fibre de carbon, sticlă sau aramid și prezintă o durată lungă de viață la temperatura camerei.

3.1.1 Beneficii și caracteristici

Materialul M77 prezintă următoarele caracteristici:

Posibilitatea de utilizare pentru o serie de presiuni (1 pana la 10bar);

Cicluri scurte de polimerizare la temperaturi de la 1200-1600C;

Durată lungă de viață la temperatura camerei;

Epoxid cu duritate ridicată;

3.1.2 Condiții de coacere

Ciclul ideal de coacere este de 7 min la 1200C, la o presiune cuprinsă între 1 și 10 bar

Cicluri alternative care pot fi folosite:

Tabelul 3.1 Cicluri alternative de coacere

Polimerizarea se poate face in autoclave, sub pungă de vid și prese.

3.1.3 Durata de viață a materialului

Durata de viață a materialului este influențată de temperatura mediului în care este depo

Tabelul 3.2 Durata de viață a fibrei de carbon

3.2 Etapele procesului de fabricare al jantei de bicicletă

Procesul de fabricare al jantei de bicicletă, de către Compania Duqueine Composite, presupune parcurgerea mai multor etape și respectarea cu strictețe a condițiilor impuse.

3.2.1 Decuparea fibrei de carbon

În această etapa a procesului de frabricare al jantei se va decupa fibra de carbon, realizandu-se ulterior kittingurile de materiale.

Rulourile de material sunt depozitate în camera frigorifică la temperatura de -180C. Debitarea materialului se face cu ajutorul mașinii de decupat Zund, iar materialul trebuie scos cu 12 ore înainte de începerea decupării din camera frigorifică și depozitat la temperatură ambientală.

Figura 3.1 Decuparea fibrei de carbon []

După ce s-a realizat decuparea pliurilor de fibră de carbon, acestea vor fi depozitate în pungi de nylon, care ulterior vor fi transferate la postul de lucru.

Figura 3.2 Depozitarea kittingurilor de materiale []

3.2.2 Realizarea tratamentului de reactivare al presei

Acest tratament de reactivare se realizează dupa fiecare flasc produs. Compușii care se folosesc sunt: demulant Chemlease, quator și acetonă.

Tratamentul presei presupune parcurgerea următoarelor etape:

Curațarea presei

Se vor îndepărta toate rezidurile de rășină generate în urma polimerizării anterioare, de pe suprafața de contact (1) a preselor, cu ajutorul unei raclete din plastic (2).

Figura 3.3 Curațarea presei []

Se va curața fiecare parte mulantă a presei, cu Quator făcându-se un tur complet la presei, folosind o lavetă uscată

Degresarea presei

În această etapă se va curața Quatorul de pe zonele menționate mai sus cu o lavetă (3) îmbibată cu acetonă, făcandu-se mișcări înainte și înapoi. Este necesar răcirea presei înainte de a se face acestă etapă.

Figura 3.4 Curațarea Quatorului []

Tratamentul cu demulant

Se va aplica demulantul Chemlease cu o pensulă pe toată suprafața presei, realizându-se un tur complet pe ambele părți mulante ale presei. În contianuare se va lustruii suprafața mulantă a presei cu o lavetă moale și uscată făcându-se mișcări circulare. După această etapă este necesar să încălziți presa un ciclu complet.

Mulajul flascului

În continuarea procesului se va realiza mulajul jantei-flascului, care urmează să fi introdus în presă, pentru a fi polimerizat.

Aceasta etapă presupune parcurgerea mai multe operații ce sunt descrie mai jos:

Kittingurile de fibră de carbon se vor scoate din camera frigorifică (-180 C) cu o oră înainte de utilizare.

Se va face o trecere pe suprafața preformei (1) de tip jgheab cu o lavetă curată, și se vor înlătura foliile de protecție (2) ale fibrei de carbon (3) .

Figura 3.5 Înlăturarea protecției fibrei de carbon []

Se va poziționa fibra de carbon pliată în două în preformă de tip jgheab. Pentru ca fibra de carbon sa copieze forma jgheabului acesta va fi preset cu siliconul RTV (3).

Figura 3.6 Poziționarea fibrei de carbon în preformă []

În această etapă se va introduce fibra de carbon și siliconul în presă (5), poziționând colțul teșit al siliconului (reperul) sub roata (5) de ghidaj. Cele doua părți ale presei tebuie să fie bine aliniate.

Figura 3.7 Introducerea fibrei de carbon în presă []

Se va acționa rotirea presei pentru a introduce toată materia prima în presă. Se va folosi presiune de aer pentru a curața presa de obiecte străine dăunatoare.

Figura 3.8 Avansarea introducerii fibrei de carbon în presă []

După terminarea etapei de introducere a fibrei de carbon în presă se vor acționa contra presele (7) ce vor presa pe corpul siliconului RTV.

Figura 3.9 Inchiderea presei []

Odată parcurse aceste etape se poate lansa programul de polimerizare.

Figura 3.10 Ciclu de polimerizarea real al unui flasc []

După finalizarea ciclului de coacere, flascul produs va fi supus unui control de calitate.

CAPITOLUL IV

VALIDAREA PRODUSULUI

După ce procesul de polimerizarea s-a terminat, flascul este supus unei examinări vizuale a suprafeței. Procedeul este simplu, dar indipensabil. Examinarea vizuală presune respectarea condițiilor de claritate satisfăcătoare a suprafeței flascului. Prin controlul vizual sunt furnizați mai mulți indici legați de aspectul suprafeței fibrei de carbon, precum și estimarea unor defecte interne.

4.1 Defecte vizuale prezente pe suprafața flascului

În urma procesului de fabricare al flascului pot apărea mici imperfecțiuni fizice, vizibile cu ochiuliu liber pe suprafața flascului. Aceste defecte sunt aceptate în anumite condiții, în caz contrat produsul fabricat devine rebut.

Defectele ce pot să apară sunt următoarele:

Lovituri, fibra de carbon deformată

Aceste defecte defecte pot să apară din timpul mulajului flascului sau în timpul manipulării după ce procesul de polimerizare s-a încheiat.

Figura . 4.1 Lovituri pe suprafața fibrei de carbon a flascului []

Aceste tipuri de defecte nu sunt acceptate, iar piesa produsă devine rebut.

Urme, pete prezente pe suprafața fibrei de carbon

Figura . 4.2 Urme prezente pe suprafața flascului []

Aceste tipuri de defecte sunt acecptate dacă sunt acoperite cu autocolant decorativ.

În cazul în care defectele nu se află pe zona ce urmează să fie acoperită cu autocolant se acceptă numărul maxim de doua defecte a căror lungime nu depăsește 5 mm.

Zgârieturi, incrustații profunde

Figura . 4.3 Incrustații prezente pe fibra de carbon []

Aceste defecte nu sunt acceptate în nici-o situație.

Grupuri de porozități

Aceste defecte reprezintă mici adâncituri prezente pe suprafața flascului ce pot fi generate de un tratament necorespunzător al contrapreselor.

Figura . 4.4 Porozități pe suprafața fibrei de carbon []

Acest defecte sunt acceptate în cazul în care suprafața afectată va fi ulterior acoperită cu autocolant sau dacă lungimea unei adancituri nu depășeste 2 mm.

Tesătura fibrei de carbon deformată

Acest defect poate fi generat de forțarea materialul în timpul mulajului sau poate fi prezent pe material înainte de începerea decupării materialului.

Figura . 4.5 Țesătură deformată []

Nu se acceptă dacă ochiurile de țesătură nu sunt întregi și acestea nu vor fi ulterior acoperite de autocolante.

4.2 Gradul de luciu al matrițelor

Datorită numărului mare de flascuri produse, suprafața mulantă a matrițelor devine lucioasă, influentând în mod direct aspectul flascului.

Pentru a descrie nivelul de luciozitate al flascurilor, gradul de luciu se împarte pe 7 categorii.

Gradul de luciu 1 reprezintă al flascului reprezintă nivelul cel mai apropiat de opacit, iar gradul de luciu 7 este cel mai strălucitor. Primele grade de la 1 până la 6 sunt acceptate, gradul 7 de luciu fiing neaceptat flascul devenind rebut.

Tab. 4.1 Gradul de luciozitate []

CAPITOLUL V

CONCLUZII

În viitorul apropiat, materialele compozite vor juca un rol foarte important în fabricarea organelor de mașini, de greutate mică specifică pieselor de motor, dar și de transmisie, suspensie, caroserie, elemente de interior.

Elementele de stuctură din constructia autovehiculelor înlocuite de unele materiale laminate mixte (metal-materiale plastice) de tip ”sandwich”.

Datorită utilizării excesive, în constructia autoveheculelor al materialelor fabricate din mase metalice si plastice, greu degradabile, creșterea nivelului de poluare al mediului cât și problemele încălzirii globale generate de industrializarea excesivă, lumea s-a orientat către materialele compozite, care au un impact redus asupra mediului.

Făcând o analiză în ceea ce privește înlocuirea metalelor cu materiale compozite, în industria constructoare de mașini, este de precizat faptul că avantajele nu se rezumă numai la o reducere a greutății, ci în cele mai multe situații o funcționare egală sau superioară.

Fibra de carbon se prezintă net superioară celorlalte materiale utilizare în construcția automobilelor dar prețul ridicat al materialelor, sculelor și numărul mic al oameniilor cu expertiză în domeniu, a limitat utilizarea acesteia, fiind întâlnită în construcția mașinilor de competitive și câteva mașini de serie.

Utilizarea fibrei de carbon în industria constructoare de mașini, unde majoritatea părților componente sunt fabricate din fier, ar duce la reducerea masei autovehiculului cu până 60 %, drept concecință consumul de combustibil se va reduce cu 30 %, iar emisiile de gaze nocive se vor reduce cu 15 %.

În momentul actual, utilizarea rațională a materiilor prime devine o problemă tot mai discutată. Reducerea consumului de materiale se realizează odată cu reducerea masei automobilului astfel crescând procentul din masa reciclabilă a acestuia.

Este ușor de adoptat soluțiile compozite pentru producerea pieselor de autovehicule realizate în cadrul unei producții de serie mică, dar în ceea ce privește cadrul producției de serie mare, de exemplu înlocuirea tablelor de oțel cu materiale compozite se confruntă cu numeroase probleme de optimizare al procesului de producție.

Având în vedere faptul că petrolul este sursă de energie epuizabilă, ideea unui automobil cu sistem de propulsie alternativ (electric, hidrogen, hibrid) fabricat în totalitate din fibră de carbon poate reprezenta viitorul industriei constructoare de masini.

Caracteristicele materialelor compozite sunt influențate în mare măsură de fenome fizice și chimice complexe care apar între matrice și materialul complementar sau de armare, în zonele de contact dintre acestea, la ”intefața” matrice material complementar. Aceste caracteristicile ale compozitului pot fi influențate negative sau pozitiv, ceea ce necesită cunoasterea și dirijarea toturor fenomenelor ce au loc în zonele de contact dintre părțile componente ale materialului compozit.

BIBLIOGRAFIE

Mariana Domnica Stanciu, Ovidiu Mihai Terciu, Ioan Curtu, Compozite Lignocelulozice, Editura Universității Transilvania din Brasov, Brașov, 2014;

Ioan Carcea, Materiale compozite – Fenomene la interfață, Editura Politehnium, Iași 2008;

Anton Hadăr, Structuri din compozite stratificate, Editura Academiei Române și Editura Agir, București, 2002.

http://sd.utcb.ro/_upload/content/docs/267_nicolae_olimpia-iuliana_-_rezumat_ro.pdf;

http://www.arthra.ugal.ro/handle/123456789/4224;

http://sd.utcb.ro/_upload/content/docs/267_nicolae_olimpia-iuliana_-_rezumat_ro.pdf

https://biblioteca.regielive.ro/referate/chimie-generala/materiale-compozite-polimerice-60852.html;

http://omicron.ch.tuiasi.ro/~nhurduc/matmip/pdf/IMC.pdfhttp://omicron.ch.tuiasi.ro/~nhurduc/matmip/pdf/IMC.pdf;

http://www.materiale-compozite.ro/ro/blog;Despre-materiale-compozite;cat1/Generalitati;id1.html;

http://www.fih.upt.ro/jla/images/articole/SD07/sd07-3.pdf;

https://ro.wikipedia.org/wiki/Fibr%C4%83_de_carbon;

https://ro.wikipedia.org/wiki/Material_compozit;

http://mihaelabucur.blogspot.ro/2009/05/materiale-compozite-i.html;

https://biblioteca.regielive.ro/cursuri/alte-domenii/materiale-compozite-cu-ranforsari-textile-stiinta-materialelor-105650.html;

https://biblioteca.regielive.ro/cursuri/mecanica/caracterizarea-materialelor-compozite-168013.html;

http://www.imst.pub.ro/Upload/Sesiune/ComunicariStiintifice/Lucrari_2015/06.15/15_L04.pdf;

https://www.academia.edu/5598969/Materiale_compozite;

https://www.slideshare.net/larisapaun/prezentare-materiale-compozite;

https://biblioteca.regielive.ro/referate/stiinta-materialelor/materiale-avansate-fibra-de-carbon-290551.html;

DECLARAȚIE DE AUTENTICITATE A

LUCRĂRII DE FINALIZARE A STUDIILOR

Subsemnatul _________________________________________________________

____________________________________________________________________ ,

legitimat cu ________________seria ________nr. ___________________________,

CNP ________________________________________________________________

autorul lucrării ________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a studiilor de _____________

______________________________________organizat de către Facultatea_______

_______________________ ______________________________din cadrul_______

Universității Politehnica Timișoara, sesiunea __________________________ a anului universitar _____________, luând în considerare conținutul art. 39 din RODPI – UPT, declar pe proprie răspundere că această lucrare este rezultatul propriei activități intelectuale, nu conține porțiuni plagiate, iar sursele bibliografice au fost folosite cu respectarea legislației române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.

Timișoara,

Data, Semnătura,

_______________________ __________________________

 Declarația se completează „de mână” și se inserează în lucrarea de finalizare a studiilor, la sfârșitul acesteia, ca parte integrantă.