cap. 4. materiale. caracteristici de utilizare.ff

Capitolul 4. Materiale termoplastice. Caracteristici de utilizare

84

CAPITOLUL 4

MATERIALE TERMOPLASTICE. CARACTERISTICI DE UTILIZARE 4.1. Tipuri de materiale În cele ce urmează, vor fi prezentate, pentru cele mai utilizate materiale termoplastice utilizate în procesul de injectare date, despre: istoric, obţinere, prezentare generală, proprietăţi fizice, comportare la ardere, proprietăţi chimice, materiale auxiliare folosite la compoundarea cu polimeri, noţiuni tehnologice despre injectare, noţiuni despre piesele injectate, date despre reciclare, domenii de utilizare şi denumiri comerciale. Noţiunile tehnologice oferite pentru fiecare tip de material sunt informative dorind să cuprindă toată gama de fabricanţi. Denumirile comerciale prezentate precum şi denumirea fabricantului pot fi, în unele cazuri, depăşite ca urmare a dinamicii deosebite înregistrate în domeniul fabricării şi prelucrării materialelor plastice.

Tehnologul va fi cel care va stabili precis parametrii tehnologici pentru un anumit tip de produs care se obţine pe o anumită maşină de injectat cu un anumit tip de material. Materialele [1, 10, 15] termoplastice sunt împărţite în: materiale standard, tehnopolimeri şi materiale de înaltă performanţă, aşa cum sunt prezentate în figura 4.1.

4.2. Materiale termoplastice celulozice Materialele plastice celulozice au la bază celuloza care se obţine din fire scurte de bumbac, in, iută etc. Materialele termoplastice celulozice se obţin prin substituirea grupelor hidroxi din molecula celulozei cu diferite alte grupe chimice conform schemei:

celuloză + acid (acetic, butiric etc.), anhidridă, alţi compuşi chimici ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯ catalizatăreesterifica

⎯→⎯ esteri de celuloză (pulberi) + plastifianţi, alţi aditivi ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯ ecompoundarşiamestecare ⎯→⎯ compounduri de polimeri celulozici

Fig. 4.1. Clasificarea materialelor termoplastice

Notă: Tu - temperatura maximă de utilizare; c - copolimer; h - homopolimer.

Tu < 100ºC

100ºC < Tu < 150ºC

Tu > 150ºC

Injectarea materialelor plastice

85

Principalele materiale utilizate la injectare sunt: acetatul de celuloză, aceto-butiratul de celuloză şi acetopropinatul de celuloză [4, 7, 11, 15, 54]. 4.2.1. Acetatul de celuloză (CA) Istoric. În 1865 Schutzenberger, P. şi Nandin, G., V. au încercat să esterifice celuloza cu acid acetic; în 1908 firma BAYER a iniţiat producerea acestui material plastic (CELLIT). În 1921 Eichengrun şi Bucholz au proiectat o maşină de injectat pentru acetat de celuloză. Obţinere. Acetatul de celuloză rezultă din reacţia celulozei cu acid acetic sau anhidrida acetică în prezenţa acidului sulfuric. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule cilindrice, transparente sau divers colorate. Proprietăţi fizice. Acetatul de celuloză este un material amorf şi clar transparent. Este un material cu rezistenţă mecanică mare. Proprietăţile mecanice ale materialului nu sunt influenţate de umiditate, abstracţie făcând rigiditatea şi duritatea care se modifică în mică măsură. Acetatul de celuloză are calităţi de transparenţă bune, gradul de transparenţă având valoarea de 90%. Indicele de refracţie măsurat la 20°C are valori cuprinse între (1,47÷1,50). Are proprietăţi dielectrice foarte bune. Este puţin sensibil la praf datorită disipării rapide pe suprafaţă a sarcinilor electrostatice. Este foarte rezistent la deformare în regim de temperatură ridicată. Prezintă inerţie acustică remarcabilă. Comportare la ardere. La ardere se comportă astfel: - după aprindere arde lent şi continuu; - fumul este slab şi de culoare neagră; - cenuşa rezultată este brună închis; - flacăra are culoare verde - gălbuie cu formare de scântei; - se înmoaie şi picură; - are miros de acid acetic (înţepător) şi de hârtie arsă. Proprietăţi chimice. Acetatul de celuloză este : -rezistent la benzine, ulei mineral, unsori, apă, benzen, eter, tetra-clorură de carbon, tricloretilenă etc.; -instabil la acizi concentraţi; -stabil, dar gonflează la acid sulfuric; -instabil şi gonflează la alcool şi formol; -solubil în acetat de etil, clorură de metilen, acetonă; -stabil la transpiraţia mâinilor. Materiale auxiliare. Acetatul de celuloză se colorează uşor rezultând culori vii. Prin colorare, în funcţie de cantitatea de colorant, materialul îşi pierde transparenţa devenind translucid şi chiar opac. Trebuie să se acorde atenţie naturii plastifianţilor folosiţi care au tendinţa de a migra la suprafaţă. Se poate arma cu fibră de sticlă. Injectare. În vederea injectării materialul se supune uscării în etuve la (60÷80)°C timp de două ore. Este un material sensibil termic. Condiţiile generale de injectare impun o plajă de temperaturi pe cilindrul maşinii între (180÷225)°C şi temperatura matriţei (60÷80)°C. Presiunea de injectare se alege între (65÷135) MPa, presiunea ulterioară (40÷100) MPa, iar contrapresiunea (4÷8) MPa. Viteza de injectare trebuie să fie lentă pentru piesele cu pereţi groşi şi rapidă pentru piesele cu pereţi subţiri. La oprirea maşinii se întrerupe încălzirea, se plastifiază fără contrapresiune şi se purjează. Operaţia se repetă de mai multe ori. Temperaturile cilindrului şi matriţei pentru acetatul de celuloză sunt prezentate în figura 4.2. Piese injectate. Contracţia pieselor injectate este de aproximativ 0,4% în direcţia curgerii şi (0,6÷0,7)% în direcţie transversală curgerii.


86

Postcontracţia este foarte mică şi poate fi neglijată. Folosirea pieselor se poate realiza până la maximum 70°C. Sudarea pieselor se poate realiza prin procedeele obişnuite. Piesele injectate se pot lipi cu ajutorul solvenţilor: acetat de etil, clorură de metilen, acetonă. Asamblarea demontabilă a pieselor injectate se poate realiza prin şuruburi sau asamblări cu elemente elastice. Prelucrarea mecanică se poate realiza prin: tăiere, găurire, frezare, decupare etc. Ornamentarea pieselor se poate realiza prin metalizare, serigrafie, marcare la cald.

Reciclare. Piesele rebutate şi reţelele se pot macina şi se pot amesteca cu material virgin în proporţie de până la 50%. Materialul reciclat este preferabil să fie folosit pentru piesele opace. Utilizare. Datorită transparenţei, insensibilităţii la fisurare şi rezistenţei mecanice ridicate se poate folosi în diferite domenii de activitate: mânere de scule de mână, corpuri de iluminat diverse, în domeniul cosmetic (mânere de perii, periuţe de dinţi), ambalaje transparente. Denumiri comerciale. CELLIDOR S (BAYER), TENITE ACETAT (EASTMAN), CA/GP (ROTUBA), CA* (ALBIS), BERGACELL (BERGMAN), CELLONEX (DYNAMIT) [15]. * urmat de cifre si litere care reprezintă serii de fabricaţie. 4.2.2. Acetopropionat de celuloză (CAP) Este un material asemănător ca proprietăţi cu acetatul de celuloză. Se vor prezenta în cele ce urmează acele proprietăţi care sunt deosebite. Istoric. Încă din 1913 s-au făcut încercări de către cercetătorul Stein. În 1925 firmele KODAK şi RHONE POULENC au făcut studii pentru producţia industrială. În 1943 Kodak a început producţia acetopropinatului de celuloză (TENITE). Obţinere. Acetopropinatul de celuloză rezultă din tratarea celulozei cu acid acetic şi acid propionic sau cu anhidridele respective în prezenţa acidului sulfuric. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule cilindrice, transparente sau divers colorate. Proprietăţi fizice. Există proprietăţi care îl deosebesc de celelalte materiale celulozice. Comportare la ardere: - arderea e lentă; - flacăra este albă;

D 4 3 2 1 P

210-225 210-225 200-215 190-205 185-195 40-50

D 4 3 2 1 P

M

60-80 [ C]o

Fig. 4.2. Temperaturile cilindrului de injectare şi matriţei la prelucrarea

acetatului de celuloză (CA)


87

- se înmoaie, picură; - mirosul degajat este înţepător. Proprietăţi chimice. Acetopropionatul de celuloză este: - stabil faţă de apă, benzină, uleiuri minerale, grăsimi, acizi slabi şi baze slabe; - instabil la acizi concentraţi; - stabil, dar gonflează la tetraclorură de carbon, percloretilenă, eter şi formol; - instabil, gonflează la alcooli, tricloretilenă, xilen, acid sulfuric concentrat; - solubil în clorură de metilen, acetat de etil, acetonă şi ortoclorfenol. Materiale auxiliare. Se menţin aceleaşi date ca la acetatul de celuloză. Injectare. În vederea injectării materialul se supune uscării în etuve la (60÷80)°C timp de două ore. Este un material sensibil termic la injectare. Condiţiile generale de injectare impun o plajă de temperaturi pe cilindrul maşinii între (160÷190)°C şi temperatura matriţei de (60÷80)°C. Presiunea de injectare se alege între (65÷135) MPa, presiunea ulterioară (40÷100)MPa, iar contrapresiunea (4÷8) MPa. Viteza de injectare trebuie să fie lentă pentru piesele cu pereţi groşi şi rapidă pentru piesele cu pereţi subţiri. La oprirea maşinii se întrerupe încălzirea, se plastifiază fără contrapresiune şi se purjează. Operaţia se repetă de mai multe ori [15]. Temperaturile cilindrului şi matriţei pentru acetopropinatul de celuloză sunt prezentate în figura 4.3.

Piese injectate. Piesele injectate din acetopropinat de celuloză au aceleaşi însuşiri ca şi celelalte materiale celulozice. Reciclare. Se păstrează aceleaşi considerente amintite la acetatul de celuloză. Utilizare. Datorită proprietăţilor mecanice deosebite, calităţilor dielectrice şi de transparenţă, piesele din acetopropinat de celuloză se pot folosi la: rame de ochelari, mânere la scule de mână, în industria electrotehnică şi telecomunicaţii (piese componente pentru aparate diverse), corpuri de iluminat, instrumente de desen, industria cosmetică (ambalaje, mânere, perii de dinţi, piepteni etc.), industria farmaceutică (ambalaje) etc. Denumiri comerciale. CELLIDOR CP (BAYER), TENITE PROPINAT (EAST-MAN), CP* (ALBIS) [15, 22, 54]. * urmat de cifre si litere care reprezintă serii de fabricaţie. 4.3. Polistireni şi compuşi ai polistirenului Grupa polimerilor pe bază de stiren cuprinde homopolimeri de stiren, homopolimeri de stireni substituiţi, produse de polistiren modificate cu alţi polimeri. Polistirenul rezultă din

D 4 3 2 1 P

180-190 175-190 170-185 165-180 160-170 40-50

M

60-80 [ C]o

D 4 3 2 1 P


acetopropinatului de celuloză (CAP)


88

polimerizarea monomerului stiren

stiren ⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯ erizarelimpo polistiren.

Din grupa polistirenului fac parte: polistirenul de uz general, polistirenul rezistent la şoc, copolimerul stiren-acrilonitril, copolimerul acrilonitril-butadien-stiren. [4, 7, 11, 15, 40]. 4.3.1. Polistiren de uz general (PS) Istoric. Studiile de polimerizare a stirenului au început între anii 1910-1925, au fost continuate între anii 1929-1935, iar producţia a început în anul 1935 la firma Dow Chemical. Obţinere. Polistirenul rezistent la şoc a fost obţinut mai întâi prin procedeul de polimerizare în masă, procedeu înlocuit astăzi de polimerizarea în suspensie. Această ultimă metodă permite obţinerea unei greutăţi moleculare mai controlate, dar transparenţa este mai puţin bună [14, 15, 40]. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule cilindrice, transparente sau colorate. Proprietăţi fizice. Polistirenul de uz general este un material amorf şi transparent. Se mai numeşte, de aceea, polistiren cristal. Permeabilitatea este mai ridicată decât la poliolefine, din cauza structurii amorfe. Polistirenul absoarbe foarte puţin apa. Este dur, rigid, fragil şi casant şi rezistă puţin la abraziune. Polistirenul trebuie stabilizat deoarece nu rezistă la lumină (radiaţii ultraviolete). Temperatura de vitrifiere a polistirenului amorf este situată în jurul temperaturii de 100°C, iar temperatura de descompunere (320÷350)°C. Polistirenul este un polimer nonpolar fiind un excelent izolator într-o largă gamă de frecvenţă (de la (50÷106) Hz). Are rezistivitatea volumică importantă şi în consecinţă este foarte electrostatic. Având valori mici de pierderi dielectrice este interzisă sudarea prin curenţi de înaltă frecvenţă. Comportare la ardere: - arde lent, iar după aprindere arderea continuă; - flacăra este strălucitoare şi galbenă; - fumul este negru; - are miros dulceag (tipic de stiren); - degajă CO, CO2 şi H2O. Proprietăţi chimice. Polistirenul are caracteristicile: - rezistă bine la: acizi diluaţi, la soluţii saline apoase, la baze; - este atacat de acizii oxidanţi. Din cauza structurii amorfe, polistirenul este foarte sensibil la acţiunea numeroşilor agenţi chimici care creează fisuri şi care distrug piesa injectată. Cei mai agresivi agenţi sunt: acetona, izopropinatul, benzenul, toluenul, cloroformul, clorura de metilen, tricloretilena, tetraclorura de carbon, benzina; - polistirenul se umflă şi se dizolvă în medii organice, acest lucru permiţând şi lipirea. Materiale auxiliare. Polistirenul se colorează uşor rezultând culori vii. Stabilizarea la radiaţiile ultraviolete este necesară în cazul pieselor injectate expuse la razele solare. Există sorturi de polistiren cu adaosuri care diminuează efectul electrostatic natural. Se poate arma cu fibră de sticlă până la 30%. Există şi sorturi de polistiren care conţin agenţi de diminuare la flacără. Injectare. Materialul se injectează în bune condiţii; în general nu este necesară preuscarea, dar uneori se apelează la uscarea materialului timp de o oră la 50°C pentru a evita urmele lăsate de o eventuală condensare a apei. Condiţiile generale de injectare impun o plajă de temperaturi pe cilindrul maşinii între


89

(160÷230)°C şi o temperatură a matriţei între (30÷50)°C. Presiunea de injectare se alege între (60÷160) MPa, presiunea ulterioară (35÷90) MPa, iar contrapresiunea (4÷8) MPa. Viteza de injectare trebuie să fie mare. La oprirea maşinii nu este necesar să se facă purjarea cu alt material. Temperaturile cilindrului şi matriţei pentru un polistiren de uz general sunt prezentate în figura 4.4.

Piese injectate. Contracţia pieselor este de aproximativ (0,4÷0,7)%, iar postcontracţia se poate neglija, ceea ce determină o stabilitate dimensională foarte bună. Temperatura maximă de utilizare pentru piese injectate este aproximativ 70°C. Piesele din polistiren de uz general se lipesc uşor folosind 3 metode: - cu un solvent al polistirenului: acetonă, toluen, tricloretilenă etc., dar cu riscuri de fisurare; - prin dizolvarea de polistiren (10÷20)% într-un solvent; - printr-un adeziv (de exemplu, adeziv epoxidic etc.). Polistirenul de uz general se poate prelucra mecanic fără probleme. Sudarea pieselor se poate realiza cu ajutorul ultrasunetelor şi prin frecare. Rigiditatea polistirenului permite şi realizarea de asamblări elastice. Decorarea pieselor se poate realiza prin serigrafie, tampografie. Piesele se pot metaliza în vid. Reciclare. Piesele rebutate şi reţelele se pot măcina uşor. Materialul măcinat se poate amesteca cu material nou în proporţie de până la 100% Utilizare. Graţie proprietăţilor sale polistirenul poate fi utilizat în diverse domenii: articole de uz casnic, articole de birotică, articole electromenajere, piese izolatoare în industria electrotehnică, aparate electronice, jucării etc. Denumiri comerciale. POLYSTIROL, PS (BASF), VESTYRON (H<LS), EDISTIR (ENICHEM), STYRON (DOW CHEMICAL), LACQRENE (ATOFINA), POLYSTYRENE (BP CHIMIE), AMOCO (AMOCO CHEMICALS), POLYSTYRENE (RTP), LUSTREX (CIBA-GEIGY) [15, 40, 53, 54]. 4.3.2. Polistiren rezistent la şoc (PAS) Istoric. Pentru a remedia fragilitatea polistirenului de uz general a fost dezvoltat copolimerul polistiren rezistent la şoc. Obţinere. Polimerizarea se realizează în emulsie în prezenţa polibutadienei, care este un elastomer. Se realizează astfel un copolimer grefat cu butadien stiren care se numeşte în mod obişnuit polistiren rezistent la şoc sau polistiren antişoc. [15, 32]. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule cilindrice, opace sau divers

D 4 3 2 1 P

210-230 210-230 190-210 170-190 150-170 20-30

M

20-80 [ C]o

D 4 3 2 1 P


polistirenului (PS)


90

colorate. Proprietăţi fizice. Este un material opac. Temperatura de vitrifiere este aproximativ 95°C. Temperatura de tranziţie vitroasă a fazei butadienice (–80°C) permite polistirenului să păstreze caracterul de cauciuc în domeniul (–40°C) la (+20°C) care-i conferă materialului o bună rezistenţă la şoc în această plajă de temperatură. Prezenţa butadienei determină o scădere a rezistenţei termice a materialului în raport cu polistirenul cristal. Comportare la ardere: - arderea e lentă şi după aprindere arde în continuare; - flacăra este strălucitoare şi galbenă; - are miros dulceag (tipic de stiren) şi de cauciuc. Proprietăţi chimice. Prezenţa butadienei limitează propagarea fisurilor; polistirenul rezistent la şoc se deosebeşte din punct de vedere al rezistenţei chimice, la diferiţi agenţi: - stabil la acizi şi baze slabe; - stabilitate condiţionată la acizi concentraţi, baze concentrate, alcool, ulei sau unsori. Injectare. În general materialul nu se usucă. Uneori însă se poate apela la o uscare timp de (1÷2) ore la temperatura de (50÷60)°C. Presiunea de injectare se alege între (60÷160) MPa, presiunea ulterioară (350÷900)MPa, iar contrapresiunea (40÷80) MPa. Condiţiile generale de injectare impun pe cilindrul maşinii de injectare o plajă de temperaturi între (160÷250)°C şi o temperatură a matriţei cuprinsă între (30÷60)°C. Melcul este asemănător ca geometrie cu cel utilizat la injectarea polistirenului. La oprirea maşinii cilindrul nu necesită curăţire cu alt material. Temperaturile cilindrului şi matriţei pentru polistirenul rezistent la şoc sunt prezentate în figura 4.5. Piese injectate. Contracţia pieselor este de aproximativ (0,4÷0,6)%. Piesele injectate se pot folosi până la maxim (60÷70)°C şi minim (–40°C) în absenţa solicitărilor mecanice. Reciclare. Piesele rebutate şi reţelele se pot macina uşor. Materialul măcinat se poate amesteca cu material nou în proporţie de până la 100%.

Utilizare. Datorită însuşirilor sale, polistirenul rezistent la şoc se foloseşte la: piese componente în diferite aparate electrocasnice (frigidere, mixere, cafetiere etc.), piese componente de aparate electronice (televizoare, radio, casetofoane etc.), articole de uz casnic, ambalaje diverse, jucării, articole de toaletă etc. Denumiri comerciale. POLYSTIROL SB (BASF), VESTYRON (HULS), AMOCO

D 4 3 2 1 P

220-250 220-250 200-220 180-200 160-180 30-40

M

50-80 [ C]o

D 4 3 2 1 P


polistirenului rezistent la şoc (PAS)


91

(AMOCO CHEMICALS), BP POLYSTYRENE (BP CHIMIE), STYRON (DOW CHEMICAL), LACQRENE (ATOFINA), EDISTIR (ENICHEM) [13, 15, 40]. 4.3.3. Acrilonitril-butadien-stiren (ABS) Polimerii de tip ABS sunt materiale termoplastice foarte folosite în toate domeniile de activitate. Istoric. Primul ABS a fost produs în 1940 de către US RUBBER şi a fost dezvoltat în SUA în timpul celui de al doilea război mondial. După 1950 a fost dezvoltată marea familie a ABS [15, 16, 17, 27, 54]. Obţinere. Fabricarea ABS este complexă, fiind caracterizată de numărul de monomeri care intervin în obţinere, iar proprietăţile depind de proporţiile acestor monomeri aflaţi în amestec. Principiul constă în modificarea unui material copolimer de tip stirenacrilonitril (SAN) cu ajutorul unui copolimer butadien-acrilonitril care duce la formarea unui polimer acrilonitril-butadien-stiren. Sunt cunoscute două tehnici: - amestecarea mecanică a SAN cu acrilonitril-butadienă; - grefarea copolimerului în soluţie, apoi amestecarea mecanică. Astăzi producătorii folosesc mai ales tehnica grefării. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule cilindrice, în general opace, foarte rar transparente. Proprietăţi fizice. Polimerii ABS sunt materiale amorfe, rigide şi cu rezistenţă relativ ridicată. Caracteristicile fizice sunt determinate de prezenţa celor 3 monomeri (fig. 4.6). Datorită prezenţei monomerului butadienă, materialul este opac. Există totuşi şi ABS transparent însă este nevoie în amestec de un al patrulea monomer (metacrilat de metil). Temperatura de vitrifiere este aproximativ (105÷125)°C. Polimerii de ABS sunt disponibili în toate tentele, cu aspecte de suprafaţă mate sau strălucitoare.

Densitatea ABS creşte în varianta colorată datorită densităţii pigmenţilor (bioxid de titan, negru de fum etc.). Există un mare număr de polimeri de ABS care conţin cantităţi mici de siliconi care influenţează în bine aspectul de suprafaţă ca urmare a lubrifierii interne şi care împiedică apariţia defectelor de suprafaţă ca urmare a curgerii necorespunzătoare. ABS-ul este sensibil la radiaţiile ultraviolete din cauza dublei legături a butadienei.

Fig. 4.6. Contribuţia celor trei monomeri la proprietăţile fizice ale ABS: A - acrilonitril (20÷30%); B - butadienă (20÷30%); S - stiren (40÷60%).


92

Este un material rigid şi cu duritate ridicată şi rezistă foarte bine la şoc, aceasta fiind calitatea principală a materialului, mai ales la temperaturi scăzute. În general, polimerii ABS sunt stabili până la temperaturi de (80÷115)°C şi, în plus, rezistă până la (–30°C). Practic toate materialele ABS au o bună capacitate de izolare. ABS-ul standard se încarcă cu electricitate statică, însă producătorii livrează ABS antistatizat care conţine aditivi specifici (amine). Umiditatea nu are nici o influenţă asupra proprietăţilor electrice ale ABS-ului. Comportare la ardere: - se aprinde greu şi arde după îndepărtarea flăcării; - flacăra este galbenă; - are miros aspru de cauciuc. Temperatura de autoinflamare a ABS-ului este (450÷500)°C. Aprinderea poate fi provocată şi la 330°C. Proprietăţi chimice. ABS are următoarele proprietăţi chimice: - este insensibil la acţiunea umidităţii; - are o bună rezistenţă la acţiunea acizilor slabi, la baze slabe, la majoritatea solvenţilor alifatici, la uleiuri şi grăsimi; - nu rezistă la produse ca: acizi oxidanţi (acid azotic şi sulfuric), acizi organici (acid acetic şi formic), cetone, esteri, hidrocarburi alifatice (hexan, ciclohexan), hidrocarburi aromatice (benzen şi toluen), hidrocarburi halogenate (cloroform, tricloretilenă etc.). Materiale auxiliare. Materialele ABS au proprietăţi diverse în funcţie de materialele auxiliare adăugate, astfel încât pot fi: - materiale care se demulează uşor; - materialele antistatizante; - materialele rezistente la foc; - materiale rezistente la razele ultraviolete (UV); - materiale pentru galvanoplastie etc. ABS-ul se poate arma cu fibră de sticlă până la 30%. Se poate colora în masă fără probleme. Injectare. Materialul se livrează cu umiditate prescrisă pentru injectare, în alte condiţii materialul necesită o uscare de (1÷3) ore la 80°C în etuve cu aer regenerat. Presiunea de injectare recomandată este de (60÷160) MPa, presiunea ulterioară de (35÷90) MPa, iar contrapresiunea de (4÷8) MPa. Temperatura de topire a materialului este, în general, cuprinsă între (220÷280)°C. Se recomandă ca injectarea să se facă în trepte: injectare lentă, apoi injectare rapidă. La întreruperea accidentală a procesului de injectare, materialul poate să rămână în cilindrul maşinii maximum 20 minute. Peste acest timp este necesară purjarea materialului. La oprirea maşinii nu este nevoie să se cureţe cilindrul cu alt material. Temperaturile recomandate pentru cilindrul maşinii şi pentru matriţe sunt prezentate în figura 4.7. Piese injectate. Piesele injectate din ABS, material amorf, prezintă o bună stabilitate dimensională. Contracţia pieselor este cuprinsă între (0,4÷0,7)%. Piesele injectate rezistă la temperaturi de până la maxim 85°C. Se pot introduce inserţii în matriţe sau se pot monta după injectare, dar sunt necesare măsuri de siguranţă pentru a se evita apariţia fisurilor. Inserţiile nu trebuie să aibă muchii ascuţite şi trebuiesc preîncălzite pentru a reduce mărimea tensiunilor interne. Sunt preferabile inserţiile de aluminiu în locul celor de oţel. Piesele din ABS se pot asambla prin diferite metode. Sudarea pieselor este posibilă prin: elemente încălzite, frecare prin rotaţie, flux de gaz cald. Sudarea cu ajutorul ultrasunetelor este posibilă. Se recomandă să se evite prezenţa bioxidului de titan, care la concentraţii peste 5% poate crea probleme.


93

Piesele se pot asambla şi prin lipire folosind diferiţi solvenţi: metilcetonă, acetonă, acetat de etil, dicloretilenă, ciclohexanonă. Piesele din ABS se pot lipi şi cu alte materiale plastice (SAN). Producătorii de adezivi recomandă diferiţi adezivi reactivi sau nonreactivi. Înainte de asamblare se recomandă ca piesele să fie tratate superficial. Piesele se pot asambla şi cu şuruburi autofiletante. Piesele din ABS se pot decora prin serigrafiere, marcare la cald, metalizare, tampografie, marcare cu laser, pictură şi pot fi acoperite prin galvanoplastie. Se face însă un tratament prealabil cu acid cromic sau cu un amestec sulfonic.

Reciclare. Materialele ABS sunt reciclate în cantităţi importante. În vederea reciclării materialul ABS impune următoarele restricţii: - materialul să nu fie degradat termic; - materialul să fie curat; - să se realizeze o preuscare. Pentru a păstra calităţi ridicate pentru piesele injectate, materialul recuperat introdus în amestec cu materialul virgin trebuie să fie în cantităţi mici (până la 30%). Utilizare. Familia de materiale ABS are o largă utilizare: - articole electromenajere (aspiratoare, cafetiere, mixere, uscătoare de păr etc.); - aparate electronice şi electrice (aparate de radio, casetofoane, videocasetofoane); - aparatură medicală; - industria de automobile (aparatură de bord, cutii, armături, piese de habitaclu); - birotică şi calculatoare (carcase de calculatoare, maşini de scris, copiatoare); - optică şi aparate foto (carcase, suporturi de film etc.); - jucării, sport şi recreere. Denumiri comerciale. TERLURAN (BASF), NOVODUR, LUSTRAN (BAYER), UGIKRAL, CYCOLAC (GE PLASTICS), RONFALIN (DSM), MAGNUM (DOW CHEMICAL), STARFLAM, STARGLAS (FERRO), ARRADUR (ELF ATOCHEM), LASTILAC (LAŢI), SINKRAL (ENICHEM) [15, 23, 48]. 4.4. Poliamide Poliamidele constituie o familie importantă a materialelor termoplastice, atât prin marea diversitate de tipuri cât şi prin calitatea acestora şi aplicaţiile tehnice în care se utilizează [4, 8, 9, 15, 20, 21, 54]. Prima poliamidă numită NYLON a fost produsă pentru prima dată de firma americană DuPont, prin sinteză chimică sub formă de fibră, în anul 1939. Puţin mai târziu (în 1941), au început să fie utilizate poliamidele ca materiale plastice. Utilizarea pe scară largă a

D 4 3 2 1 P

220-260 220-260 220-260 200-240 180-220 30-50

M

50-85 [ C]o

D 4 3 2 1 P


copolimerului acrilonitril-butadien-stiren (ABS)


94

poliamidelor s-a făcut însă după cel de al doilea război mondial. Poliamidele rezultă din policondensarea aminelor (de regulă diamine) cu acizi (în special dibazici) sau din polimerizarea acizilor aminici. Clasificarea uzuală a poliamidelor este cea numerică, bazată pe indicarea numărului de atomi de carbon din amina respectivă urmată de numărul de atomi de carbon din acid. În funcţie de natura poliaminei sau a poliacidului, de proprietăţile acestora, de condiţiile de fabricare etc. se obţin diverse tipuri de poliamide cu anumite caracteristici tehnice. Cele mai cunoscute poliamide sunt: poliamida 6 (PA 6), poliamida 6.6 (PA 6.6), poliamida 6.10 (PA 6.10). Se fabrică şi poliamide modificate cu diverse materiale. 4.4.1. Poliamida 6 (PA 6) Istoric. După ce societatea DuPont a dezvoltat poliamidele obţinute prin policondensarea diaminelor şi diacidului, societatea germană I. G. Farbenindustrie A. G. a dezvoltat cercetarea pentru producţia poliamidei prin poliadiţia caprolactamei [15, 39, 54]. Obţinere. Poliamida 6 este produsă prin poliadiţia monomerului caprolactamă. Polimerizarea are loc în autoclavă, polimerul fiind topit şi dizolvat în apă la temperatură ridicată (250°C) şi presiune de câţiva bari. Monomerul se separă prin spălare şi apoi se usucă. Poliamida trebuie să fie livrată cu grad de umiditate mai mic de 0,2%. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule cilindrice, cu tentă opacă sau divers colorate. Pentru utilizare se livrează în saci etanşi cu umiditate mai mică de 0,2%. Este un material parţial cristalin. Proprietăţi fizice. Poliamida 6 fiind parţial cristalină, este translucidă în piesele injectate cu pereţi subţiri şi opacă în cele cu pereţi groşi. Temperatura de vitrifiere pentru PA6 uscată este 60°C, iar temperatura de topire de 220°C. Datorită plajei înguste de topire, aproximativ 10°C, o temperatură prea ridicată determină degradarea şi descompunerea ei. Poliamida 6 este higroscopică. Conţinutul de apă, în condiţii normale, este de aproximativ 2,5%, iar la saturaţie de aproximativ 9,5%. Proprietăţile mecanice sunt influenţate de prezenţa apei din compoziţie: - la o absorbţie de apă de 2,5%, PA6 îşi diminuează rigiditatea şi devine rezistentă la şoc; - uscată, PA6 este casantă şi fragilă (conţinut 0,8% apă, după injectare). Temperatura de topire este de 220°C. Temperatura de vitrifiere este de (50÷60)°C, adică peste această temperatură materialul curge sub sarcină. Sub acţiunea căldurii PA6 rămâne dură şi tenace, fără transformări vizibile, până la (90÷100)°C. Peste această temperatură suferă o îngălbenire uşoară şi modificarea proprietăţilor mecanice. Prezintă excelente proprietăţi de alunecare şi o mare anduranţă la oboseală. Suprafaţa piesei injectate este de foarte bună calitate. Proprietăţile electrice sunt influenţate de prezenţa apei [15]: - absorbind apă, îşi diminuează proprietăţile electrice; - uscată, PA6 este un bun izolant electric. Comportare la ardere: - se aprinde greu şi arde după îndepărtarea flăcării; - viteza de ardere este lentă; - mirosul este de lână arsă; - în timpul arderii materialul se înmoaie şi spumează; - flacăra este galbenă spre bleu; - prezintă fum de culoare neagră. Proprietăţi chimice. Poliamida 6 are o bună comportare faţă de agenţii chimici graţie cristalinităţii sale:


95

- este stabilă la baze slabe, esteri, eteri, hidrocarburi halogenate, alcool, benzoli, ulei, grăsimi; - este sensibilă la acţiunea ultravioletelor şi de aceea pentru utilizare exterioară, se stabilizează cu negru de fum; - este totuşi sensibilă la apă fiartă oxigenată, acizi diluaţi şi acizi tari, fenoli, acid formic, baze concentrate, cetone. Rezistă bine la acţiunea microorganismelor. Materiale auxiliare. Poliamidei 6 i se pot adăuga materiale minerale de umplutură, de exemplu fibre de sticlă până la 50%. Lubrifianţii folosiţi pot fi: sulfura de molibden, grafit etc. Injectare. În vederea injectării se recomandă uscarea materialului timp de două ore la 80°C într-o etuvă cu aer cald, în particular pentru materialul măcinat. Materialul virgin se poate utiliza direct având umiditatea corespunzătoare (0,2%). Se folosesc pâlnii de alimentare cu capac. Condiţiile generale de injectare impun o temperatură la cilindrul de injectare de 225÷280°C şi temperatura matriţei între (20÷120)°C. Presiunea de injectare se alege între (70÷160) MPa, presiunea ulterioară (50÷70) MPa, iar contrapresiunea (5÷6) MPa. Acţiunile presiunii de injectare şi a presiunii ulterioare se recomandă să nu fie prea îndelungate. Viteza de injectare să fie mare dar să se asigure o bună aerisire a matriţei. Până la diametrul melcului de 50 mm se recomandă o turaţie de (60÷100) rot/min. Se recomandă folosirea unor duze scurte prevăzute cu corp de încălzire cu temperatură controlată. La oprirea maşinii nu este necesar să se purjeze cu alt material. Este permisă o şedere scurtă a materialului în cilindrul maşinii (până la 20 minute). Dacă se depăşeşte acest timp materialul suferă degradări termice. La timpi îndelungaţi de staţionare a topiturii în cilindru se foloseşte o creştere a temperaturii de la pâlnie la duză. În cazul unor timpi de staţionare scurţi se poate folosi o încălzire uniformă a cilindrului de la pâlnie la duză. Temperaturile cilindrului şi matriţei pentru o poliamidă 6, se pot urmări în figura 4.8.

Piese injectate. Contracţia pieselor este cuprinsă între (1÷1,5)%. Dimensiunile piesei injectate sunt influenţate de umiditate. Piesele injectate se pot utiliza până la temperatura maximă de 80°C. Piesele se pot asambla elastic datorită elasticităţii materialului. Este posibilă lipirea pieselor folosind acid formic. Sudarea pieselor se poate face cu element încălzitor, prin frecare şi cu ultrasunete (cu influenţa umidităţii). Piesele injectate se pot asambla elastic. Decorarea pieselor se poate face

265-275 260-270 255-265 250-260 245-255 80

240-260 240-260 240-260 240-260 240-260 80

250-260 245-255 230-250 235-245 230-240 80

D 4 3 2 1 P

(FS)

B

30-130

20-120

A 20-120

M

[ C]o

D 4 3 2 1 P

Fig. 4.8. Temperaturile cilindrului de injectare şi matriţei la prelucrarea poliamidei

6 (PA6): A - încălzire ascendentă; B - încălzire constantă; C - încălzire pentru poliamidă cu fibră de sticlă (FS).

C


96

prin marcare la cald, serigrafiere. Poliamida 6 se prelucrează mecanic fără probleme. Reciclare. Reţelele de injectare şi piesele rebutate se pot macina fără dificultate pe mori de măcinat clasice. Pentru a-şi păstra calităţile, procentul de regranulat este recomandat să nu depăşească 10% din amestecul cu material virgin. Datorită sensibilităţii la umiditate a materialului reciclat se impune uscarea acestuia înainte de folosire. Calităţile piesei injectate (contracţia, aspectul suprafeţei etc.) sunt în mare măsură dependente de cantitatea de material reciclat. Utilizare. Graţie proprietăţilor sale poliamida 6 se poate folosi în diverse domenii: - industria de automobile (componente diverse); - industria electrotehnică (carcase, conectori etc.); - industria materialelor sportive (bocanci de schi, patine cu rotile); - industria electronică (carcase de aparatură); Denumiri comerciale. AKULON (DSM), ULTRAMID (BASF), DURETHAN B (BAYER), TECHNYL, SNIAMID, NYCOA (RHODIA), ZYTEL (DuPONT), RADILON (RĂDICI), GRILON (EMS), CAPRON (ALLIED SIGNAL), ALBIS PA6 (ALBIS), CELANESE (HOECHST-CELANESE), RADIPOL (POLYMERS INTERNATIONAL), ADELL (ADELL), AMILAN (TORAY), UBE-NYLON (UBE), GELON (GE PLASTICS) [15, 51]. 4.4.2. Poliamida 6.6 (PA 6.6) Istoric. Cercetări care au dus la obţinerea poliamidei 6.6 au avut loc în laboratoarele firmei americane DuPont sub conducerea lui W.H. Carothers între anii 1928-1935. Producţia a demarat în 1939 creându-se primele fibre sintetice numite NYLON. Obţinere. Poliamida 6.6 este preparată prin condensarea acidului adipic (6 atomi de carbon) şi hexametilendiamină (6 atomi de carbon). Policondensarea nu e totală şi polimerul trebuie să fie separat de monomerul rezidual, spălat şi apoi uscat [15, 32, 54]. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule cilindrice natur sau divers colorate. Pentru utilizare se livrează în saci etanşi cu umiditate mai mică de 0,2%. Proprietăţi fizice. Este un material parţial cristalin. Are proprietăţi asemănătoare cu ale poliamidei 6 cu unele mici deosebiri: - are o rigiditate superioară faţă de PA6; - calităţi de alunecare mai bune; - rezistenţă termică superioară; - stabilitate dimensională superioară. Temperatura de topire a PA6.6 este 255°C, iar temperatura de vitrifiere 70°C. Temperatura de utilizare este 90°C. Comportare la ardere: PA6.6 se comportă la ardere identic cu PA6. Proprietăţi chimice. Poliamida 6.6 are proprietăţi chimice asemănătoare cu PA6. Materiale auxiliare. Poliamidei 6.6 i se pot adăuga materiale de umplutură minerale: caolină, mică, talc, barită etc. Se pot adăuga fibre de sticlă lungi sau scurte până la 50 %. Ca modificatori de şoc se pot încorpora poliolefine sau elastomeri (EPDM) care ameliorează atât rezistenţa la şoc cât şi rigiditatea şi rezistenţa termică. Ca lubrifianţi se pot folosi: bisulfura de molibden sau PTFE care ameliorează proprietăţile de frecare şi micşorează uzura. Injectare, în vederea injectării se recomandă uscarea materialului măcinat timp de două ore la 80°C într-o etuvă. Materialul virgin se poate utiliza direct având umiditatea corespunzătoare (0,2%). Se folosesc pâlnii de alimentare cu capac. Condiţiile generale de injectare sunt asemănătoare cu ale poliamidei 6 şi impun o temperatură a materialului între (260÷290)°C şi temperatura matriţei (40÷120)°C. Temperaturile cilindrului şi a matriţei pentru o poliamidă 6.6. se pot urmări în figura


97

4.9.

Piese injectate. Contracţia pieselor injectate este cuprinsă între (l,5÷2)%. Dimensiunile piesei injectate sunt influenţate de umiditate dar, într-o măsură mai mică decât la PA6. PA6.6 armată cu fibră de sticlă are contracţii diferite în funcţie de orientarea fibrelor de sticlă. Temperatura maximă de utilizare pentru piese injectate este de aproximativ 90°C. Piesele se pot lipi cu dizolvanţi (acid formic), adezivi bicomponenţi tip epoxi sau adezivi de tip cianoacrilaţi. Sudarea pieselor se poate face cu element încălzitor, prin frecare şi ultrasonic (atenţie la umiditate, care perturbă sudura). Piesele se pot decora la cald sau prin serigrafiere. Piesele injectate se pot prelucra mecanic fără probleme. Reciclare. Reţelele de injectare şi piesele rebutate se pot macina fără dificultate pe mori de măcinat clasice. Pentru a-şi păstra calităţile, procentul de regranulat este recomandat să nu depăşească 10% din amestecul cu material virgin. Datorită sensibilităţii la umiditate a materialului reciclat se impune uscarea acestuia înainte de folosire. Calităţile piesei injectate (contracţia, aspectul suprafeţei etc.) sunt în mare măsură dependente de cantitatea de material reciclat. Utilizare. Datorită proprietăţilor sale, PA6.6 se foloseşte în diverse domenii: - industria electrotehnică (carcase de bobine, conectori, întrerupătoare); - industria de automobile (conectori, cutii de siguranţă); - în mecanica fină (roţi dinţate, roţi, ghidaje); - în industria textilă (fermoare) etc. Denumiri comerciale. AKULOM (DSM), DURETHAN A (BAYER), ULTRAMID A (BASF), ZYTEL (DuPONT), MARANYL (ICI), LATAMID (LAŢI), GRILON (EMS), TECHNYL (RHODIA), GELON (GE PLASTICS) [15, 52, 54]. 4.4.3. Alte tipuri de poliamide Proprietăţile deosebite ale poliamidelor le recomandă ca fiind materialele termoplastice cu cea mai largă utilizare. De-a lungul timpului s-au dezvoltat familii ale poliamidelor care se deosebesc între ele prin diferite caracteristici (tab. 4.1). [15, 18, 47].

300-310 295-305 290-300 285-295 280-290 80

280-290 280-290 280-290 280-290 280-290 80

290-300 285-295 280-290 270-285 270-280 80

D 4 3 2 1 P

C (FS)

B

45-130

40-120

A 40-120

M

[ C]o

D 4 3 2 1 P

Fig. 4.9. Temperaturile cilindrului de injectare şi matriţei la prelucrarea poliamidei 6.6

(PA6.6): A - încălzire ascendentă; B - încălzire constantă; C - încălzire pentru poliamidă armată cu fibră de sticlă (FS).


98

Tabelul 4.1. Comparaţie între familii de poliamide

Familii de poliamide

Punct de topire, [ºC]

Densitate, [g/cm3]

Absorbţia de umiditate în aer, [%]

Contracţia, [%]

PA6 212÷220 1,05÷1,16 1,7÷3,5 0,7 PA6.6 255÷260 1,06÷1,20 2,0÷3,1 1,5 PA.4.6 295 1,16÷1,18 2,0÷2,3 1,5 PA6/6T 280 1,16÷1,18 2,0÷2,5 0,5÷0,2 PA66.6 235÷243 1,14 1,4÷1,6 1,35 PA6.10 215÷220 1,09 1,2÷1,6 0,8 PA6.12 130÷200 1,06 1,0÷1,5 1,2 PA11 185 1,03 0,8÷0,9 0,9 PA12 170÷180 1,01 0,7÷1,5 0,9

Poliamida 66.6 (PA 66.6). Sunt copoliamide cu un punct de topire inferior celui a PA6.6. Având caracteristici superioare PA66.6, se prelucrează uşor prin injectare. Temperaturile cilindrului şi matriţei pentru PA66.6 sunt prezentate în figura 4.10. Denumiri comerciale: ULTRAMID C (BASF), TECHNILB (RHODIA).

Poliamida 6.10 (PA 6.10). Are un conţinut de umiditate inferior poliamidelor PA6 şi PA6.6. Rezistă foarte bine la şoc şi au o bună comportare la temperatură. Temperaturile cilindrului şi matriţei pentru PA6.10 sunt prezentate în figura 4.11. Denumiri comerciale: TEXAPOL (HANNAENG). Poliamida 11 (PA 11). Are următoarele caracteristici: - absorbţie de umiditate redusă; - caracteristici mecanice ridicate; - rezistă bine la unii agenţi chimici, hidrocarburi la temperaturi joase; - unele sorturi sunt ranforsate. Temperaturile cilindrului şi matriţei pentru PA11 sunt prezentate în figura 4.12. Denumiri comerciale: RILSAN B (ATOCHEM). Poliamida 12 (PA 12). Este de provenienţă petrochimică şi are caracteristici asemănătoare cu PA11. Cu adaosuri de elastomeri are o bună rezistenţă la şoc. Unele sorturi sunt transparente. Denumiri comerciale: GRILAMID (EMS), VESTAMID L (HLS) [15].

D 4 3 2 1 P

D 4 3 2 1 P

B 40-100

A 40-100

M

[ C]o260-270 250-260 240-250 230-240 220-230 80

250-270 250-270 250-270 250-270 250-270 80


poliamidei 66.6 (PA66.6): A - încălzire ascendentă; B - încălzire constantă.


99

Poliarilamida (PAMXD 6). A fost obţinută de firma japoneză Mitsubishi Gas Chemical la începutul anilor 1980, pornind de la acid adipic şi o diamină aromatică. Se armează cu fibră de sticlă.

Poliamide transparente. Sunt sorturi de poliamide destinate injectării, care se prezintă sub formă de granule natur sau granule colorate. Sunt utilizate pentru fabricarea lămpilor, ochelarilor şi mai ales în mecanica fină. Denumiri comerciale: GRILAMID TR55 (EMS), ZYTEL 330 (DuPONT), DURETHANT(BAYER). 4.5. Poliolefine Poliolefinele (polietilena şi polipropilena) sunt materiale termoplastice cu o largă utilizare la realizarea produselor prin injectare. 4.5.1. Polietilena (PE) Polietilenele sunt polimeri termoplastici care se obţin din polimerizarea monomerului etilenă. Structura macromoleculară este liniară, cu un număr mai mic sau mai mare de ramificaţii. Polietilenele fabricate prin diverse tehnologii se deosebesc prin valorile unor

240-250 240-250 240-250 240-250 240-250 80

250-260 250-260 240-250 230-240 220-230 80

D 4 3 2 1 P

D 4 3 2 1 P

B 40-100

A 40-100

M

[ C]o


poliamidei 6.10 (PA6.10): A - încălzire crescătoare; B - încălzire constantă.

230-240 230-240 230-240 230-240 230-240 80

240-250 240-250 230-240 220-230 200-220 80

D 4 3 2 1 P

D 4 3 2 1 P

B 40-100

A

M

40-100 o[ C]

Fig. 4.12. Temperaturile cilindrului de injectare şi matriţei la prelucrarea poliamidei 11 (PA11): A - încălzire crescătoare; B - încălzire constantă.


100

caracteristici dintre care amintim: masa moleculară, grad de ramificare, cristalinitate, densitate, proprietăţi mecanice, proprietăţi termice etc. După modul de obţinere, polietilenele se împart în: polietilene de joasă densitate, polietilene de înaltă densitate şi polietilene liniare. 4.5.1.1. Polietilena de joasă densitate (PEJD) Istoric. Primele studii de polimerizare a etilenei la înaltă presiune au fost făcute la firma ICI de către Gibson şi Fawcett. Prima instalaţie pilot datează din 1937, iar producţia la scară industrială a început în 1942. Obţinere. Etilena (CH2 = CH2) gazoasă este trecută peste cupru încălzit pentru a elimina toate urmele de oxigen, iar apoi este comprimată la 2000 atmosfere cu utilizarea unor catalizatori ca: oxigenul, peroxidul sau compuşii de azot. Reacţia de polimerizare este exotermă şi temperatura este menţinută, în cele mai multe cazuri, la mai mult de 200°C [15]. Prezentare generală. Materialul termoplastic se prezintă sub formă de granule transparente, opace sau divers colorate. Temperatura maximă de utilizare continuă a pieselor este la maxim 60°C. Proprietăţi fizice. Procedeul de polimerizare la înaltă presiune conduce la formarea unui polimer de joasă densitate care este ramificat. Materialele pentru injectare au un grad de cristalinitate de 65%. Proprietăţile mecanice ale polietilenei se caracterizează prin următoarele: - sunt influenţate de orientarea macromoleculară determinată de procesul de curgere; - sunt net afectate de greutatea moleculară; - rezistenţă bună la şoc; - proprietăţi bune de alunecare determinate de caracterul parafinic. Temperatura de topire a PEJD este între (108÷115)°C, iar temperatura de vitrifiere mai mică de 100°C. PEJD este un excelent izolator termic caracterizat prin: rezistivitate redusă, rigiditate dielectrică ridicată, factor de pierdere dielectrică redus. Comportare la ardere: - se aprinde uşor şi arde după îndepărtarea flăcării; - flacăra este bleu cu margine galbenă; - nu are fum şi formează picături care pot arde; - are miros de parafină (ceară arsă). Proprietăţi chimice. PEJD prezintă o excelentă stabilitate la produşi chimici graţie inerţiei chimice a macromoleculei: - sensibilă la fisurare sub sarcină în prezenţa: săpunului, detergenţilor, alcoolului. - stabilitate parţială la esteri, cetone, eteri, grăsimi; - inertă la acizi tari, baze tari şi la soluţiile de săruri; - insolubilă în apă; - instabilitate la benzol, benzină, carburanţi. Materiale auxiliare. PEJD poate să conţină în compoziţie adaosuri pentru îmbunătăţirea unor proprietăţi: rezistenţa la ultraviolete, proprietăţi antistatice şi pigmenţi pentru colorare etc. Injectare. În vederea injectării nu este necesar ca materialul să fie uscat. Condiţiile generale de injectare impun o încălzire a materialului plastic pe o plajă largă între (180÷240)°C şi o temperatură a matriţei între (20÷40)°C. Presiunea la injectare se alege între (60÷120) MPa, presiunea ulterioară (30÷40) MPa şi contrapresiunea între (6÷10) MPa. În capul melcului se foloseşte clapetă antiretur, iar în capul cilindrului se pot folosi atât duze deschise cât şi duze cu închidere. Viteza periferică a melcului trebuie să fie de (0,3÷0,5) m/s. Materialul este foarte stabil chiar la timpi îndelungaţi de staţionare a maşinii. Înainte


101

de folosirea PEJD nu este necesară curăţirea cilindrului cu alt material. La timpi mai lungi de staţionare în cilindru, temperatura creşte de la pâlnie la duză, iar la timpi mai scurţi de staţionare temperatura este constantă în lungul cilindrului. Temperaturile cilindrului şi matriţei sunt prezentate în figura 4.13.

Piese injectate. Temperatura maximă de utilizare a pieselor este 60°C. La concepţia pieselor trebuie acordată atenţie contracţiei, care este apreciabilă: (1,5÷3,5)%. Dimensiunile pieselor injectate nu depind de umiditate. Piesele se pot suda prin: radiaţii infraroşii, cu aer cald, cu element încălzitor şi cu ajutorul ultrasunetelor. În piesele injectate nu se folosesc inserţii de cupru, acesta fiind un catalizator de degradare. Reciclare. Piesele injectate sau rebuturile se pot macina uşor. Măcinătura se poate folosi împreună cu material nou până la 100%. Utilizare. PEJD este folosită în diferite domenii de activitate: - articole de menaj (castroane, găleţi, ligheane etc.); - ambalaje diverse; - jucării; - piese pentru diferite industrii. Denumiri comerciale: LUPOLEN (BASELL), PETROTHENE (QUANTUM CHEMICALS), MARLEX (PHILIPS PETROLEUM), AMOCO (AMOCO), RIBLENE (POLIMERI EUROPA), FORTIFLEX (SOLVAY), VESTOLEN (HLS), STAMILAN LD (DSM), ARGENTENAI (ARPECHIM) [15, 43, 44, 54]. 4.5.1.2. Polietilena de înaltă densitate (PEID) Istoric. Între anii 1953-1954 a apărut o nouă tehnică de polimerizare după procedeul profesorului Ziegler, procedeul de polimerizare la presiune joasă. Această polietilenă se numeşte polietilenă de înaltă densitate, pentru că densitatea este superioară polietilenei de înaltă presiune. Obţinere. Polimerizarea la presiune joasă se realizează astfel: etilena gazoasă este introdusă peste un catalizator format din compuşi organometalici pe bază de titan şi aluminiu. Polimerizarea sub presiune joasă se realizează, cu o agitare continuă, pentru evacuarea căldurii astfel încât să se menţină o temperatură de (50÷70)°C. Polietilena formată floculează şi formează o suspensie care trebuie să fie separată şi purificată de rezidurile catalitice. Masa moleculară a polietilenei de înaltă densitate este de (2÷4)x104 mol şi poate ajunge până la 10x104 mol.

D 4 3 2 1 P

D 4 3 2 1 P

B

A

Mo[ C] 20-40

20-40

180-200 200-220 180-200 160-180 140-160 20-30

200-220 200-220 200-220 200-220 200-220 20-30


polietilenei de joasă densitate (PEJD): A - încălzire ascendentă; B - încălzire constantă.


102

Există şi alte moduri de preparare: procedeul Philips şi procedeul Standard Oil [16]. Prezentare generală. Materialul termoplastic se prezintă sub formă de granule transparente, opace sau divers colorate. Este un material semicristalin cu grad de cristalinitate între (60÷80)%. Piesele injectate pot rezista sub sarcină până la temperatura de 100°C. Proprietăţi fizice. PEID are câteva proprietăţi care o deosebesc de PEJD: - are fragilitate mai mare la frig decât PEJD; - are alungirea la rupere mai joasă decât PEJD; - PEID rezistă la temperaturi superioare PEJD; - are proprietăţi de alunecare bune; - este un excelent izolator electric. Temperatura de topire este (130÷140)°C, iar temperatura de vitrifiere este100°C. Comportare la ardere: - se aprinde uşor şi arde după îndepărtarea flăcării; - flacăra este bleu cu margine galbenă; - nu are fum si formează picături care pot arde; - are miros de parafină (ceară arsă). Proprietăţi chimice. Materialul are o excelentă rezistenţă la produşi chimici datorită inerţiei chimice a macromoleculei: - stabilitate parţială la esteri, cetone, eteri, uleiuri, grăsimi; - stabil la acizi, baze, alcooli; - instabil la tetraclorură de carbon, benzină, carburanţi, benzol. Materiale auxiliare. PEID îşi îmbunătăţeşte proprietăţile cu ajutorul unor materiale auxiliare ca: fibre de sticlă (până la 30%), materiale antistatice, talc. Acestea îmbunătăţesc rigiditatea, duritatea şi stabilitatea dimensională. Injectare. În vederea injectării nu este necesar ca materialul să fie uscat. Condiţiile generale de injectare impun o încălzire a materialului pe o plajă largă de temperaturi (160÷240)°C şi o temperatură a matriţei de (20÷40)°C. Presiunea de injectare se alege între (60÷120) MPa, presiunea ulterioară (30÷40) MPa şi contrapresiunea între (6÷10) MPa. Timpii de presare ulterioară sunt mai îndelungaţi pentru a realiza un bun control dimensional a piesei datorită contracţiei mari. Viteza periferică a melcului se recomandă între (0,3÷0,5) m/s. În capul melcului se foloseşte clapetă antiretur, iar în capul cilindrului se pot folosi atât duze deschise cât şi duze cu închidere. Înainte de folosirea PEID nu este necesară curăţirea cilindrului cu alt material. Temperaturile cilindrului şi matriţei pentru PEID sunt prezentate în figura 4.14.

280-300 280-300 280-300 280-300 280-300 40-50

260-280 280-300 260-280 240-260 220-240 40-50

D 4 3 2 1 P

B 20-60

A 20-60

M

[ C]o

D 4 3 2 1 P

Fig. 4.14. Temperaturile cilindrului de injectare la prelucrarea polietilenei de

înaltă densitate (PEID): A - încălzire ascendentă; B - încălzire constantă.


103

Piese injectate. La concepţia pieselor se va acorda o atenţie deosebită contracţiei care are valori cuprinse între (2÷4)%. Temperatura de utilizare a pieselor este maxim 80°C. La piesele injectate nu se folosesc inserţii de cupru, acesta fiind un catalizator de degradare. Lipirea polietilenei este foarte dificilă datorită rezistenţei chimice deosebite datorată macromoleculei şi cristalinităţii sale. Sudarea se poate realiza la cald, cu element încălzitor, prin frecare, cu radiaţii infraroşii şi ultrasunete. Este imposibilă sudarea prin curenţi de înaltă frecvenţă. Piesele se pot asambla cu elemente elastice. Piesele injectate se pot prelucra mecanic prin strunjire, găurire, frezare. Reciclare. Reţelele de injectare şi piesele rebutate se pot macina fără dificultate pe mori de măcinat clasice. Procentul de regranulat se recomandă până la 30% în amestec cu material virgin. Peste acest procent calitatea piesei injectate are de suferit. Utilizare. Piesele injectate din PEID sunt foarte larg răspândite: - articole de menaj (găleţi, castroane, jardiniere, ghivece etc.); - jucării; - ambalaje (navete, containere etc.); - capace diverse (pentru butelii, bidoane, buşoane filetate etc.) articole diverse. Piesele injectate din PEID prezintă limite la utilizare datorate: rezistenţei limitate la temperatură, sensibilităţii la ultraviolete, inflamabilităţii, lipire foarte dificilă, sudare cu curenţi de înaltă frecvenţă imposibilă. Denumiri comerciale: HOSTALEN, LUPOLEN (BASELL), VESTOLEN, STAMILAN HD (DSM), FINAPRO (ATOFINA), ERACLENE (POLIMERI EUROPA) [15, 25, 43, 54]. 4.5.2. Polipropilena (PP) Istoric. În anul 1954 cercetătorul Natta, G., a elaborat prima polipropilenă graţie catalizatorilor organo-metalici descoperiţi de Ziegler, G., de la Institutul Max-Planck din Germania. În anul 1957 Montecatini a fabricat primele produse din polipropilenă. Pentru această inovaţie Ziegler şi Natta au primit Premiul Nobel pentru chimie. Obţinere. Polipropilena se obţine din polimerizarea propilenei în prezenţa catalizatorilor şi eventual în prezenţa altor monomeri. La elaborarea polipropilenei se obţin trei structuri diferite: - polipropilenă izotactică la care atomii de carbon terţiar (grupa -CH3) sunt situaţi de aceeaşi parte a lanţului principal; - polipropilenă sindiotactică la care atomii de carbon terţiar sunt organizaţi regulat de o parte şi de alta a lanţului principal; - polipropilenă atactică la care atomii de carbon terţiar sunt situaţi fără nici o regulă de o parte şi de alta a lanţului principal. Produsele comerciale rezultate pot fi : - copolimeri cu un conţinut de (2÷50)% alte olefine; - copolimeri modificaţi; - compoziţii de polipropilenă cu un conţinut de minim 50% polipropilenă în care se includ şi alţi aditivi; - homopolimeri cu maximum 5% alte olefine. Prezentare generală. Se prezintă în formă de granule opace, de formă cilindrică. Proprietăţi fizice. Proprietăţile mecanice ale monomerilor şi copolimerilor sunt foarte diferite, conţinutul de elastomer având o mare influenţă. Densitatea variază între (0,895÷0,910) g/cm3 sau poate depăşi 1 g/cm3 pentru materialele ranforsate cu fibră de sticlă. Este un material cristalin cu grad de cristalinitate de


104

60%. Toate tipurile de polipropilene sunt vâscoase, iar piesele injectate se fragilizează numai sub sarcină ridicată. Temperatura de topire pentru polipropilena homopolimer este cuprinsă între (155÷175)°C, iar temperatura de vitrifiere de aproximativ 5°C. Polipropilena este opacă. Numai polipropilena atactică permite obţinerea de piese transparente, în funcţie de grosimea pereţilor piesei injectate. Proprietăţile electrice ale polipropilenei sunt comparabile cu ale polietilenei de înaltă densitate. Polipropilena este un foarte bun izolator: rezistivitate slabă şi rigiditate dielectrică ridicată. Comportare la ardere: - se aprinde uşor şi arde după îndepărtarea flăcării; - flacăra este albastră cu extremităţi galbene; - gonflează, picură şi se întăreşte la suprafaţă; - viteza de ardere este lentă; - are miros dulceag de parafină. Proprietăţi chimice În comparaţie cu polietilena, polipropilena are o rezistenţă mai bună la agenţi chimici şi anume: - este instabilă la acizi concentraţi, baze concentrate, tetraclorură de carbon; - are stabilitate parţială la alcooli, cetone, eteri, esteri, ulei şi grăsimi; - este rezistentă la acizi şi baze slabe, la soluţii de săruri anorganice; - nu absoarbe apa; - este puţin stabilă la intemperii. Injectare. În vederea injectării nu este necesar ca materialul să fie uscat. Condiţiile generale de injectare impun o încălzire a materialului plastic în cilindrul maşinii de injectat pe o plajă largă între (200÷300)°C şi o temperatură a matriţei între (20÷60)°C.

Presiunea de injectare se alege între (80÷140) MPa, presiunea ulterioară (60÷80) MPa şi contrapresiunea între (10÷20) MPa. Viteza periferică a melcului trebuie să fie de (0,3÷0,5) m/s. Înainte de folosirea polipropilenei nu este necesară curăţirea cilindrului cu alt material. La timpi de staţionare mai lungi temperatura în cilindru creşte de la pâlnie la duză, iar la timpi mai scurţi de staţionare temperatura poate fi constantă în lungul cilindrului. Temperaturile cilindrului şi matriţei la injectarea PP sunt prezentate în figura 4.15. Piese injectate. La proiectarea pieselor injectate se acordă atenţie contracţiei care este cuprinsă între (l, 5÷3)%, iar postcontracţia este importantă. Temperatura maximă de utilizare

260-300 260-300 260-300 260-300 260-300 20-30

260-300 240-280 220-260 200-240 160-200 20-30

D 4 3 2 1 P

B 20-60

A 20-60

M

[ C]o

D 4 3 2 1 P


polipropilenei (PP): A - încălzire ascendentă; B - încălzire constantă.


105

a pieselor este aproximativ de 80°C. Piesele injectate se pot prelucra mecanic fără probleme, se pot metaliza în vid şi se pot galvaniza. Piesele se pot asambla nedemontabil prin sudare folosind elemente de încălzire, prin vibraţii şi cu ultrasunete; se pot asambla demontabil prin şuruburi sau elemente elastice. Asamblările nedemontabile pot fi realizate prin nituri, elemente elastice sau lipire. Lipirea se poate face cu răşini epoxidice, policlorbutadienă sau poliuretan. Materiale auxiliare. Polipropilena poate să conţină în compoziţie adaosuri pentru îmbunătăţirea unor proprietăţi: rezistenţa la intemperii, îmbunătăţirea calităţilor antistatice, creşterea rigidităţii, rezistenţa la temperatură etc. Se poate arma cu fibră de sticlă, bile din sticlă pentru creşterea rigidităţii, rezistenţei la temperatură şi stabilizării dimensionale ale piesei injectate. Reciclare. Piesele injectate sau rebuturile se pot măcina fără probleme, iar măcinătura poate fi folosită în raport cu materialul nou până la 100%. Dacă se foloseşte un amestec de 20% material nou, produsul obţinut prin injectare nu pierde mult din calităţi. Piesele injectate realizate însă din material 100% măcinat au proprietăţi mecanice şi de suprafaţă mai reduse. Utilizare. Polipropilena se poate folosi în diferite domenii de activitate : - medicină (seringi, pipete etc.); - industria textilă (bobine, elemente de uzură etc.); - articole de menaj (castroane, găleţi, ligheane etc.); - articole de grădină (scaune, mese, ghivece, jardiniere etc.); - ambalaje (pahare, capsule, cutii etc.); - industria electronică şi electrotehnică (accesorii pentru electromenajere, piese pentru aspiratoare, cutii pentru accesorii electrice etc.); - industria de automobile (paraşocuri, tablouri de bord, cutii pentru contacte etc.); - în domeniul sportului (bocanci de schi, patine cu rotile etc.). Denumiri comerciale: 1. Homopolimeri: MOPLEN, NOVOLEN, PRO-FAX, METOCENE (BASELL), ESCORENE PP (EXXON), FINAPRO PP (ATOFINA), MAR-LEX (PHILIPS), FORTILENE (SOLVAY), AMOCO (AMOCO) FIBERFIL PP (DSM); 2. Copolimeri: AMOCO (AMOCO), FIBERFIL PP (DSM), PRO-FAX, ASTRYN (BASELL) [6, 15, 19, 31, 32, 42, 54]. 4.6. Polimeri acrilici Polimerii acrilici au la bază monomeri derivaţi din acizii acrilici, metacrilici cloroacrilici etc. Principalele proprietăţi ale polimerilor acrilici sunt: - claritate şi transparenţă, rezistenţă bună la îmbătrânire şi la agenţi atmosferici, proprietăţi mecanice şi electrice bune, rezistenţă chimică bună, calităţi de uzinare bune (avantaje); - cost de fabricaţie ridicat, temperaturi de utilizare joase, casanţi şi cu sensibilitate la crestături (dezavantaje). 4.6.l. Polimetacrilat de metil (PMMA) Istoric. Primii esteri de acid acrilic au fost descoperiţi în 1873, dar studiile asupra PMMA au fost începute de către dr. Rohm începând din anul 1901. În 1933 Societatea Rohm & Haas a introdus pe piaţă primul PMMA numit Plexiglas. A fost elaborat un procedeu şi de către ICI în 1932 [15, 27, 44]. Obţinere. Monomerul metacrilat de metil este instabil fără adăugarea de inhibitori, ca de exemplu, hidrochinona. Prin acţiunea oxigenului, în prezenţa căldurii şi luminii şi prin adiţia unui peroxid se provoacă polimerizarea. PMMA se obţine astfel


106

metacrilat de metil ⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯ erizarelimpo polimetacrilat de metil. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule transparente sau divers colorate. Proprietăţi fizice. PMMA este un polimer atactic, amorf. Prezintă cea mai ridicată transparenţă dintre toate materialele termoplastice având un indice de refracţie de (l,4÷1,42) şi o transmisiune luminoasă de (90÷92)%. PMMA prezintă o excelentă ţinută la acţiunea ultravioletelor (UV). Principalele proprietăţi ale PMMA sunt: - proprietăţi electrice şi dielectrice bune; - transparenţă şi claritate mare; - duritate şi rigiditate mare; - suprafeţe strălucitoare. Dezavantajele PMMA sunt: - fragilitate ridicată; - sensibilitate la fisurare. Prezenţa apei influenţează proprietăţile PMMA care absoarbe puţin apa, viteza de absorţie fiind mică. Temperatura de vitrifiere este în jurul temperaturii de 106°C. Suprafaţa PMMA este uşor electrostatică, dar există şi versiuni de materiale cu proprietăţi antistatizate. Comportare la ardere. PMMA se comportă la ardere astfel: - este un material combustibil care se aprinde uşor şi arde după îndepărtarea flăcării; - arde lent fără exces de fum; - flacăra este strălucitoare, albastră cu extremităţi galbene; - are miros aromatic de fructe; - degajă bioxid de carbon, oxid de carbon şi apă. Proprietăţi chimice. PMMA rezistă bine până la temperatura de 60°C la: - soluţii apoase diluate de acizi minerali şi organici; - soluţii concentrate de baze. La temperatura ambiantă rezistă bine la: - hidrocarburi alifatice; - soluţii apoase de săruri minerale; - unsori şi uleiuri. PMMA este sensibil la: acetone, alcooli, cloroform, tetraclorură de carbon, tricloretilenă, eteri şi esteri. Atunci când în piesa injectată rămân tensiuni interne şi când piesa vine în contact cu substanţe chimice agresive apar fisuri şi piesa devine fragilă. PMMA poate fi folosit în domeniul alimentar şi pentru a transporta apă potabilă. Materiale auxiliare. PMMA se colorează uşor prin sistemele tradiţionale de colorare (pigmenţi, concentrate). Transparenţa pieselor injectate din PMMA nu permite să i se adauge nici materiale auxiliare, nici materiale de armare. Pentru a ameliora rezistenţa la şoc, calităţile antistatice şi culoarea, există o gamă largă de materiale auxiliare. Injectare. La injectarea materialelor provenite din saci cu umiditate stabilită nu este nevoie de uscare. Dacă însă materialul a fost stocat un timp îndelungat în contact cu atmosfera şi când materialul este ud se apelează la uscare timp de (4÷6) ore la 80°C. Temperatura de plastifiere a materialului este cuprinsă între (200÷270)°C şi temperatura matriţei între (40÷90)°C. Presiunea de injectare se alege între (100÷140) MPa, presiunea ulterioară între (50÷110) MPa şi contrapresiunea între (8÷12) MPa. Viteza de injectare trebuie să fie lentă spre medie şi rotaţia melcului să fie cuprinsă între


107

(20÷50)rot/min. La oprirea maşinii nu este necesară curăţirea cilindrului cu alt material. Granulele de PMMA sunt preferabile în multe cazuri pentru curăţirea cilindrului de diferite materiale. Temperaturile cilindrului şi temperatura matriţei pentru PMMA sunt prezentate în figura 4.16.

Piese injectate. Contracţia pieselor injectate din PMMA este cuprinsă între (0,4÷0,7)%. Piesele injectate se pot folosi până la temperaturi maxime de aproximativ 90°C. Trebuie să se acorde atenţie sporită introducerii inserţiilor în matriţă datorită coeficientului de dilatare diferit între material şi inserţie. Acest lucru duce la apariţia tensiunilor interne şi apoi la fisurări în piesă. Se recomandă ca grosimea pereţilor pieselor injectate să nu fie mai mică de l mm. Piesele injectate se pot prelucra mecanic prin tăiere cu fierăstrău, frezare, lustruire, găurire şi decupare cu laser. Pentru lipirea pieselor injectate din PMMA există adezivi speciali, monocomponenţi (Loctite) şi bicomponenţi (tip epoxidici). Lipirea pieselor se poate realiza prin următoarele metode: - lipirea pieselor din PMMA cu piese din alte materiale. Piese din PC, ABS, SAN, PS, PAS sunt uşor de lipit cu solvenţi; - lipirea pieselor din PMMA între ele folosind solvenţi (cloroform sau dicloretan), soluţie de PMMA într-un solvent, soluţie de PMMA dizolvată într-un monomer metacrilat de metil. Se acordă atenţie preparării suprafeţelor pentru lipire prin degresare cu white-spirt urmată apoi de o spălare cu apă caldă. După uscare se freacă suprafeţele cu hârtie abrazivă fină pentru o bună ancorare a adezivului. Sudarea pieselor din PMMA se realizează la cald, prin frecare, prin vibraţii şi cu ajutorul ultrasunetelor. Asamblarea pieselor se poate realiza prin nituire şi cu ajutorul ultrasunetelor. În piese se pot introduce inserţii filetate folosind ultrasunete. Asamblările elastice sunt limitate de elasticitatea materialului. Se va evita ca elementul elastic sub formă de cârlig să rămână permanent sub sarcină deoarece există pericolul apariţiei fisurilor. Imprimarea pieselor injectate se poate realiza prin serigrafie, tampografie, metalizare în vid şi vopsire cu pistolul. Reciclare. Piesele, rebuturile şi reţelele din PMMA pot fi reciclate şi reutilizate. Sunt necesare următoarele condiţii: - nu trebuie să fie degradate termic;

D 4 3 2 1 P

230-250 230-250 210-230 170-210 140-170 50-60

M

50-80 [ C]o

D 4 3 2 1 P

Fig. 4.16. Temperaturile cilindrului de injectare şi matriţei la prelucarea

polimetacrilatului de metil (PMMA)


108

- nu se amestecă cu alte materiale; - materialele reciclate trebuie să fie curate; - să se realizeze preuscarea. Materialul reciclat combinat cu materialul virgin nu trebuie să depăşească proporţia de 20%. Utilizare. Piesele injectate se folosesc în diferite domenii: - industria aeronautică; - industria construcţiilor; - industria electronică (pick-up-uri, cadrane, scale etc.); - industria de automobile (tablouri de bord, lămpi de poziţie şi semnalizare, cadrane); -birotică, informatică (piese pentru mobilă de birou, maşini de scris etc.); - articole de menaj (hote, piese pentru aparate menajere etc.); - medicină (carcase de aparatură, piese componente diverse); - accesorii de sală de baie (butoane robinete, mânere pentru duş, suport prosoape); - aparatură foto şi optică (lentile, lupe, piese de precizie, lentile ceasuri etc.) - sport şi recreere (hublouri de vapoare, jucării, jocuri etc.); - ambalaje (cutii, articole cosmetice). Denumiri comerciale: LUCRYL (BASF), DIAKON (ICI), VEDRIL (ATOFINA). 4.6.2. Metacrilat de metil-butadien-stiren (MABS) Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule transparente sau opace, de formă cilindrică. Proprietăţi fizice. Este un material termoplastic cu structură amorfă care se remarcă prin rezistenţă la şoc ridicată. Din acest motiv se mai numeşte polimetacrilat antişoc. Prezintă şi alte proprietăţi: - viscozitatea este ridicată; - este un material cu transparenţă ridicată; - are o bună rezistenţă la căldură şi la frig, absoarbe apa foarte puţin; - foarte bune calităţi dielectrice. Proprietăţi chimice. La temperatura camerei, materialul este rezistent la hidrocarburi saturate, grăsimi animale şi vegetale, uleiuri, apă, acizi şi baze diluate. Materialul este atacat de: esteri, eteri, cetone, hidrocarburi aromate şi clorurate. În mediu înconjurător folosirea pieselor injectate este limitată deoarece îşi schimbă culoarea (se îngălbenesc) şi îşi pierd rezistenţa la şoc.

D 4 3 2 1 P

240-260 240-260 210-240 170-210 140-170 50-60

M

50-80 [ C]o

D 4 3 2 1 P

Fig. 4.17. Temperaturile cilindrului de injectare şi matriţei pentru metacrilat

de metil-butadien-stiren (MABS)


109

Injectare. În vederea injectării pieselor, materialul se usucă două ore la 70°C. Pentru uscare se folosesc uscătoare cu deumidificator. Materialul se poate injecta pe maşini de injectat clasice. Temperaturile cilindrului şi temperatura matriţei pentru MABS sunt prezentate în figura 4.17. Piese injectate. Contracţia pieselor injectate este cuprinsă în general între (0,4÷0,7)%. Reciclare. Piesele rebutate şi reţelele se pot macina, iar măcinătura se poate amesteca cu material virgin în proporţie de 30%. În vederea refolosirii, materialul măcinat se usucă. Utilizare. Piesele injectate se folosesc în diferite domenii: - articole de scris (corpuri de stilouri, pixuri); - aparatură electronică (capace, ecrane etc.); - articole de toaletă (monturi de perii şi periuţe de dinţi, cutii cosmetice etc.); - aparatură medicală (diferite piese de transparenţă ridicată). Denumiri comerciale: TEKUJX (BASF) [15, 45]. 4.7. Policarbonaţi (PC) Istoric. Descoperirea policarbonatului s-a făcut în anul 1898, dar procedeul industrial a fost pus la punct între anii 1956-1957 de către Schnell, H., pentru firma BAYER care a vândut pentru prima dată pe piaţă produsul sub denumirea de Makrolon [15, 30, 46, 54]. Obţinere. Procedeul clasic este acela al condensării bisfenolului A cu fosgen în mediu alcalin pentru neutralizarea acidului clorhidric format şi în mediu de solvent (clorura de metilen) pentru polimer. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule cilindrice, transparente sau divers colorate. Proprietăţi fizice. PC este un material amorf şi transparent cu o culoare gălbuie la grosimi mai mari de perete a piesei injectate. Transparenţa materialului este foarte bună, transmisia luminii fiind de 90%. Are viscozitate ridicată. Policarbonatul este higroscopic înainte de injectare şi nu absoarbe apă decât foarte puţin după injectare (mai puţin de 0,2%) fără ca proprietăţile să fie afectate. Are temperatura de tranziţie vitroasă la 150°C şi temperatura de topire 268°C. PC are următoarele proprietăţi: - are un bun comportament la fluaj. PC fiind amorf are o tendinţă mică de deformare; - alungirea la rupere este scăzută; -modulul de încovoiere este ridicat; - se comportă elastic până la rupere. - PC prezintă o excelentă rezistenţă la şoc atât la frig cât şi la temperatura de 100°C. Limita de rezistenţă la şoc este caracterizată printr-un domeniu de tranziţie ductilă-fragilă care poate să fie dependent de mai mulţi factori: - prezenţa agenţilor chimici fisuranţi; - temperatură (de la (–10°C) la (–30°C)); - masa moleculară (mai mică de 20x103 mol); - pragul de contracţie admisibil depăşit. PC are foarte bune proprietăţi electrice, puţin influenţate de temperatură şi umiditate. Temperatura de topire este aproximativ 250°C, iar temperatura de vitrifiere cca. 160°C. Comportare la ardere: - se aprinde greu şi arde după îndepărtarea flăcării; - mirosul este de guaşă; - se înnegreşte, picură şi se descompune; - flacăra este galbenă.


110

Proprietăţi chimice. Are următoarea comportare faţă de diferiţi agenţi chimici: - este atacat de hidrocarburi aromatice; - nu este atacat de acizi slabi, baze tari, hidrocarburi alifatice, eteri, alcooli; - este solubil în hidrocarburi halogenate; - prezintă sensibilitate la fisurare sub sarcină în prezenţa unor substanţe ca: etanol, benzen, plastifianţi de PVC etc. PC poate fi utilizabil pentru aplicaţii sterilizabile, însă scufundat permanent în apă la mai mult de 60°C hidrolizează şi îşi pierde proprietăţile mecanice. PC poate fi utilizat pentru aplicaţii alimentare. Rezistenţa PC la radiaţii ultraviolete, oxigen şi ozon este bună însă pentru exterior se folosesc sorturi special stabilizate. Materiale auxiliare. Prin adăugarea unor materiale auxiliare se obţine un material cu următoarele calităţi: transparent cristal, cu demulare uşoară, antistatizat, stabilitate la radiaţii ultraviolete, ignifugant, rezistenţă termică ridicată. Se poate arma cu fibră de sticlă în proporţie de (10÷30)%. Injectare. Înainte de injectare se impune în mod imperios uscarea timp de 4 ore la 120°C. Absorţia de umiditate combinată cu temperatura ridicată în timpul prelucrării poate duce la hidroliză. La injectare, temperatura materialului trebuie să fie cuprinsă între (250÷320)°C, iar temperatura matriţei între (80÷110)°C. Datorită viscozităţii ridicate, presiunea de injectare trebuie să fie mai mare (110÷180) MPa, presiunea ulterioară (60÷130) MPa şi contrapresiunea (8÷15) MPa. Viteza de injectare este în funcţie de grosimea piesei injectate. Pentru o calitate bună a suprafeţelor pieselor injectate se foloseşte o injectare lentă. Viteza periferică de rotaţie a melcului este redusă şi nu trebuie să depăşească (250÷300) mm/s. La întreruperea procesului de fabricaţie este necesară coborârea temperaturii cilindrului la (170÷180)°C şi dacă întreruperea este de durată se goleşte cilindrul de material. La schimbarea materialului se poate curăţa cilindrul cu PMMA. Temperaturile cilindrului şi temperatura matriţei pentru PC sunt prezentate în figura 4.18.

Piese injectate. Policarbonatul fiind un polimer amorf, contracţia este mică, de aproximativ (0,2÷0,6)%. Temperatura maximă de utilizare a pieselor injectate este aproximativ 100°C. Umiditatea nu influenţează cotele piesei injectate. La concepţia pieselor trebuie să se ţină seama de viscozitatea ridicată a materialului. Asamblarea pieselor se poate face prin: lipire (cu solvenţi şi adezivi), sudare (prin rotaţie-vibraţie şi ultrasunete), asamblare elastică, nituire la cald. Piesele din PC se pot prelucra mecanic prin: strunjire, găurire, frezare şi se pot decora

280-310 290-330 290-330 280-320 260-300 70-90

260-290 290-320 290-320 260-290 230-260 70-90

D 4 3 2 1 P

B (FS) 85-125

A 80-110

M

[ C]o

D 4 3 2 1 P

Fig. 4.18. Temperaturile cilindrului de injectare şi matriţei pentru policarbonat (PC):

A - încălzire ascendentă; B - încălzire pentru fibră de sticlă (FS).


111

prin imprimare şi metalizare în vid. Reciclare. Piesele injectate, rebuturile şi reţelele se pot recupera dar ponderea materialului reciclat în materialul virgin nu trebuie să depăşească 20%. Peste această limită se menţine rezistenţa la temperatură dar scad proprietăţile mecanice. Utilizare. Datorită calităţilor sale deosebite (transparenţă, rezistenţă la şoc, rezistenţă la temperatură, stabilitate dimensională) PC se poate utiliza în diferite domenii: - industria optică (ochelari, lentile, aparate foto etc.); - în industria electrotehnică (conectoare, prize, întrerupătoare, contoare electrice); - industria de automobile (faruri, stopuri, plafoniere etc.); - articole de menaj (veselă pentru microunde, aparatură electromenajeră, boluri); - în domeniu medical (aparate de dializă, filtre de sânge, seringi etc.). Denumiri comerciale: MAKROLON (BAYER), LEXAN (GE PLASTICS), CALIBRE (DOW CHEMICAL), XANTAR, PC 1000 (DSM), JUPILON (MITSUBISHI ENG.), DUROLON (POLICARBONATOS DO BRAZIL), TAFLON (IDEMITSU), TRIREX (SAN YANG/ MITSUBISHI), PENLITE (TEIJIN), LATILON (LAŢI), STARGLAS PC, STARGLAS-C, STARGLAS-L (FERRO EUROSTAR), VERTON DF (ICI) [15, 27, 30, 40]. 4.8. Policlorura de vinil (PVC) şi polimeri vinilici Istoric. Primul care a polimerizat clorura de vinil şi a pus în evidenţă polimerizarea printr-o simplă expunere la lumină a fost cercetătorul Regnault. Au studiat de asemenea PVC, Bauman (1872), Klatte (1917) şi Staudinger (1930). Producţia industrială a început în 1940. Obţinere. Policlorura de vinil se obţine din polimerizarea monomerului clorură de vinil

clorură de vinil ⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯ erizarelimpo policlorură de vinil. Există trei tipuri de PVC după sistemul de polimerizare aplicat: emulsie, suspensie şi în masă. Polimerul rezultat este nestabilizat. Pentru stabilizare şi pentru obţinerea unor proprietăţi speciale se adaugă în PVC stabilizatori şi diverşi aditivi (plastifianţi, lubrifianţi, coloranţi, materiale de umplutură etc.). Se obţin astfel o varietate mare de produse dintre care amintim: PVC rigid, PVC semirigid şi PVC flexibil [15]. Proprietăţi generale. PVC este un polimer amorf cu o bună stabilitate. Are masa moleculară medie cuprinsă între (10÷100)x103 mol, cu un conţinut de clor de 57%. Greutatea moleculară este indicată printr-un număr numit valoarea K sau K-wert. K-wert este o mărime care exprimă gradul de polimerizare şi este un factor de distincţie important. 4.8.1. Policlorura de vinil rigidă (PVC-R) Policlorura de vinil rigidă se mai numeşte şi policlorură de vinil dură sau policlorură neplastifiată, PVC-R (R- rigidă). Obţinere. Policlorura de vinil rigidă se obţine din suspensie sau emulsie cu K-wert între (50÷60)%. Acest PVC este neplastifiat rezultând din compoundurile de formare fără plastifiant. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de pulbere transparentă sau divers colorată, precum şi sub formă de granule transparente sau divers colorate cu umiditate sub 0,3%. Proprietăţi fizice. PVC-R este un material dur, rigid, dar cu fragilitate la şoc în crestătură şi cu bună rezistenţă la fluaj. Este în principal amorf cu o proporţie mică de fază cristalină şi deci plaja sa de topire este largă. Temperatura de vitrifiere este 90°C.


112

Are proprietăţi foarte bune de izolator electric. Compararea cu alte termoplastice arată că factorul de pierdere dielectrică (tanδ ) este mai mare decât la celelalte materiale termoplastice. Comportare la ardere. Datorită conţinutului ridicat de clor, este un material termoplastic dificil, cu următoarea comportare la ardere: - se aprinde foarte greu şi se autostinge după îndepărtarea flăcării; - flacăra este de culoare verde; - sub influenţa flăcării, materialul se înmoaie şi se carbonizează; - degajă un miros acru de acid clorhidric. Proprietăţi chimice. PVC-R prezintă o bună rezistenţă la agenţii chimici. Are următoarea comportare: - instabil la esteri, cetone, benzen, acetat de butil, clorură de etilen, nitrobenzen, tetracloretilenă, tricloretilenă; - rezistent la acizi şi baze, petrol, benzină, motorină, ulei, grăsime. Ca solvenţi, pentru PVC-R se folosesc tetrahidrofuranul şi ciclohexanona. Materiale auxiliare. Pentru a îmbunătăţii proprietăţile PVC-R se introduc diferite materiale auxiliare, astfel: - pentru a îmbunătăţi rezistenţa la intemperii se folosesc stabilizatori cu cadmiu. - pentru a îmbunătăţi rezistenţa la şoc se adaugă modificatori de şoc (tip elastomer); - pentru stabilizarea la temperatură se folosesc stabilizatori pe bază de plumb, bariu, staniu, zinc etc. Injectare. Pentru plastifierea PVC-R, în maşina de injectat, este nevoie de o stabilizare corespunzătoare pentru a evita degajarea clorului şi formarea acidului clorhidric care conduce la o coroziune agresivă. De asemenea se impune un bun control al temperaturii de lucru. Înainte de injectare, materialul nu necesită uscare. Pentru prelucrarea PVC-R se iau în considerare mai mulţi factori datorită tendinţei de descompunere a materialului în caz de supraîncălzire: - în capul melcului se folosesc vârfuri lise sau spiralate speciale; - materiale metalice rezistente la coroziune pentru maşină (cilindru, melc, duză); -folosirea unui profil de melc special pentru PVC; - materiale rezistente la coroziune pentru matriţă; - folosirea unui sistem de injectare în matriţă care evită supraîncălzirile (să se evite canalele încălzite); - sisteme de reglare a temperaturii cilindrului maşinii foarte fiabile. PVC-R se prelucrează la temperaturi de (160÷190)°C şi temperatura matriţei între (20÷60)°C. Presiunea de injectare se alege între (100÷160) MPa, presiunea ulterioară între (40÷90) MPa şi contrapresiunea (4÷8) MPa. Viteza de injectare se alege cu grijă, în trepte şi cât mai lentă posibil. Se recomandă de asemenea o viteză periferică de rotaţie a melcului cât mai lentă (0,l m/s). La oprirea maşinii se procedează astfel: - se opreşte încălzirea; - se plastifiază fără contrapresiune; - se purjează lent. Se repetă operaţiile de plastifiere şi purjare până la golirea completă a cilindrului. Temperaturile recomandate pentru cilindrul maşinii şi pentru matriţă se prezintă în figura 4.19. Piese injectate. Contracţia pieselor este de aproximativ (0,2÷0,6)%. Temperatura maximă de utilizare a pieselor este aproximativ 60°C. Piesele se pot asambla prin sudare, cu ultrasunete, sudare cu curenţi de înaltă frecvenţă şi sudare cu impulsuri termice. Piesele se pot lipi cu adezivi speciali pentru PVC sau cu


113

solvenţi. Piesele injectate se pot imprima cu procedeele clasice folosind cerneluri pentru PVC.

Reciclare. PVC este un material care se reciclează relativ bine. Pentru recuperare: - este necesară o bună amestecare a materialului virgin cu material recuperat; - nu se permite folosirea materialului degradat termic. Utilizare. Piesele injectate din PVC-R se folosesc în diferite domenii: - industria electrotehnică (prize, piese de izolare, cutii pentru siguranţe etc.); - industria chimică (armături diverse, elemente constructive etc.); - construcţii (racorduri, elemente suport etc.); - sectorul de birotică. Denumiri comerciale: VINIDUR (BASF), SOLVIC (SOLVAY), VESTOLIT (HULS), WELVIC (ICI) [15, 35, 42, 54]. 4.8.2. Policlorura de vinil flexibilă (PVC-F) Policlorura de vinil flexibilă (F- flexibilă) este o policlorură de vinil plastifiată (cu adaos de plastifianţi). Obţinere. PVC-F se obţine din PVC suspensie sau emulsie cu K-wert între (55÷65)% în compounduri cu (15÷65)% plastifianţi. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule sau pulbere transparentă sau divers colorată cu umiditate sub 0,3%. Proprietăţi fizice. PVC-F este un material flexibil, moale, iar proprietăţile sale sunt dependente de natura şi cantitatea de plastifiant. Materiale de adaos pot fi: - plastifianţi monomeri care sunt lichide sau paste; - plastifianţi polimeri cu consistenţă ridicată; - materiale de umplutură care au rolul de a scădea preţul produsului. Flexibilitatea unui PVC-F este determinată cu ajutorul durităţii Shore. Proprietăţile termice ale PVC-F depind de natura şi cantitatea de plastifiant utilizată. Temperatura de utilizare la un PVC-F este de maximum 60°C. Există plastifianţi care permit ca reperele injectate să reziste termic până la 80°C. De asemenea se pot obţine compoziţii rezistente la (–40°C). PVC-F are foarte bune calităţi de izolator electric. Comportare la ardere. Prezintă următoarele caracteristici: - se aprinde greu şi arde după îndepărtarea flăcării; - are miros de clor; - flacăra este verde, uneori strălucitoare în funcţie de plastifiant.

D 4 3 2 1 P

170-200 160-190 150-180 140-170 130-160 30-40

D 4 3 2 1 P

20-60

Mo[ C]

Fig. 4.19. Temperaturile cilindrului de injectare şi matriţei pentru policlorura

de vinil rigidă (PVC-R)


114

Proprietăţi chimice. PVC-F prezintă o bună rezistenţă la agenţii chimici. Are următoarea comportare: - rezistent la acid sulfuric, acid boric, acid stearic, acid oxalic, săruri clorurate, acid acetic, etanol; - instabil la acetat de butil, ciclohexanonă, ulei de pin, petrol, acid oleic. Materiale auxiliare. Pentru a îmbunătăţi calitatea PVC-F, i se adaugă diferite substanţe. Astfel se poate obţine rezistenţă la foc, rezistenţă la intemperii, îmbunătăţirea transparenţei etc. Injectare. Ca şi în cazul PVC-R şi pentru PVC-F este nevoie de o bună stabilitate termică a materialului pentru a evita degajarea clorului şi formarea acidului clorhidric cu puternice efecte corozive. Se impune de asemenea un bun control al temperaturii de lucru. Temperatura de prelucrare a PVC-F este cuprinsă între (150÷180)°C şi temperatura matriţei între (20÷60)°C. Presiunea de injectare se alege între (40÷150) MPa, presiunea ulterioară între (30÷60) MPa si contrapresiunea (4÷8) MPa. PVC-F poate fi prelucrată şi cu melci convenţionali datorită comportamentului reologic bun. În capul melcului nu se foloseşte clapetă antiretur. Viteza de injectare se alege cu grijă, în trepte şi cât mai lentă posibil. Se recomandă o viteză periferică de rotaţie lentă a melcului (0,l m/s). La oprirea maşinii se procedează astfel: - se opreşte încălzirea; - se plastifiază fără contrapresiune; - se purjează lent. Se repetă operaţiile de plastifiere şi purjare până la golirea completă a cilindrului. Temperaturile recomandate pentru cilindrul maşinii şi pentru matriţă se prezintă în figura 4.20.

Piese injectate. Contracţia pieselor injectate este de aproximativ (0,8÷2)%. Materialul permite obţinerea unor piese cu configuraţie complicată, cu drum de curgere lung. Temperatura maximă de utilizare a pieselor până la aproximativ 90°C. Reciclare. Materialul se poate recupera având însă grijă ca materialul să nu fie degradat termic. Utilizare. Piesele injectate din PVC-F se folosesc în diferite domenii: - industria uşoară (tălpi de încălţăminte, tocuri încălţăminte); - industria electrotehnică (fişe electrice, butoane de reglaj, elemente de izolare); - birotică-calculatoare (carcase cu formă complicată, tastaturi); - în industria de automobile (racorduri, elemente de protecţie, butoane tampon). Denumiri comerciale: VINOFLEX (BASF) [15, 53].

D 4 3 2 1 P

170-190 160-180 150-170 140-160 130-150 30-40

D 4 3 2 1 P

20-60

Mo[ C]

Fig. 4.20. Temperaturile de injectare şi a matriţei pentru policlorura de vinil

flexibilă (PVC-F)


115

4.8.3. Policlorura de vinil clorurată (PVC-C)

Obţinere. Policlorura de vinil clorurată este un PVC modificat (adaos de clor) cu un conţinut de (64÷70)% clor. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule sau pulbere divers colorate. Proprietăţi fizice. Are rezistenţă mecanică bună şi o foarte bună stabilitate termică până la temperatura de 105°C. Prezintă calităţi dielectrice bune. Comportare la ardere. Prezintă următoarele caracteristici: - ardere greoaie; - arde cu flacără strălucitoare şi produce scântei; - după aprindere se autostinge; - produce un miros de acid clorhidric. Proprietăţi chimice. Are următoarea comportare faţă de diferiţi agenţi chimici: - rezistă la acizi, alcooli, benzine, uleiuri şi grăsimi, leşii; - nu rezistă la soluţii clorurate, esteri, cetone, benzoli, eteri. Injectare. Temperaturile cilindrului şi a matriţei la prelucrarea policlorurii de vinil clorurate sunt prezentate în figura 4.21. Piese injectate. Contracţia materialului din piesa injectată este cuprinsă între (0,5÷0,6)%. În absenţa solicitărilor mecanice, piesele injectate se pot folosi până la (80÷90)°C. Reciclare. Piesele rebutate şi reţelele se pot macina pentru a se reinjecta, dar trebuie ţinut seama ca materialul să nu fie degradat termic.

Utilizare. Datorită rezistenţei deosebite la coroziune, piesele injectate se folosesc în componenţa unor ventile la instalaţiile din industria chimică, la construcţia aparatelor electrice care lucrează în mediu coroziv.

4.9. Polimeri floruraţi

Polimerii floruraţi au proprietăţi deosebite care se datorează structurii, forţelor intramoleculare mari şi simetriei moleculei şi fac parte dintr-o familie de compuşi macromoleculari în care atomii de hidrogen sunt înlocuiţi total sau parţial cu atomi de fluor. Principalele proprietăţi ale acestor polimeri se referă la stabilitatea termică într-un domeniu larg de temperatură şi rezistenţă chimică la majoritatea agenţilor chimici. Polimerii floruraţi au fost obţinuţi înainte de cel de al doilea război mondial. Din această familie fac parte: politetrafluoretilena, policlortrifluoretilena, poliflorura de viniliden etc.

4.9.1. Politetrafluoretilena (PTFE)

Istoric. În anul 1938 cercetătorul Plunkett, R., J., de la Societatea DuPont a reuşit

D 4 3 2 1 P

190-200 190-200 170-190 140-170 110-140 30-40

D 4 3 2 1 P

50-70

Mo[ C]

Fig. 4.21. Temperaturile cilindrului de injectare şi matriţei pentru

policlorura de vinil clorurată (PVC-C)


116

polimerizarea tetrafluoretilenei. Primele instalaţii pilot pentru producţia industrială a acestui polimer au intrat în funcţiune în 1943 la firma DuPont din SUA, iar între 1944-1947 în Marea Britanie la firma ICI. Comercializarea produsului a început în anul 1948. Obţinere. Monomerul de tetrafluoretilenă este un gaz inodor, incolor, netoxic dar foarte reactiv. Polimerizarea este obţinută în soluţie apoasă în prezenţa peroxidului printr-o reacţie foarte exotermă, uneori violentă. Se impune o răcire foarte intensă după polimerizare deoarece polimerul se descompune foarte rapid la temperatură înaltă. Polimerizarea se poate realiza pornind de la monomerul gazos, în prezenţa peroxidului în suspensie sau în emulsie. Pentru a obţine un polimer cu greutate moleculară foarte mare este necesar să se plece de la un monomer foarte pur. Greutatea moleculară medie a polimerilor comerciali variază între (50÷500)x104 mol. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule cilindrice opace şi divers colorate. Proprietăţi fizice. PTFE este un material cu grad ridicat de cristalinitate, de până la 95% datorită regularităţii macromoleculei şi absenţei ramificaţiilor. PTFE nu are un caracter rigid neputând fi folosit la piesele injectate solicitate mecanic. Materialul PTFE prezintă porozităţi ceea ce favorizează permeabilitatea gazelor şi a vaporilor. PTFE prezintă o foarte bună rezistenţă la şoc până la (–200°C). Ruperea materialului nu este niciodată fragilă ci ductilă. Prezintă de asemenea o foarte bună rezistenţă la oboseală prin încovoieri alternate, cu atât mai mult cu cât cristalinitatea sa este mai redusă. Calitatea de a împiedica alunecarea este proprietatea majoră a PTFE datorită atomilor de flor care înconjoară lanţul carbonic realizând o teacă care împiedică alte materiale să adere. Această calitate este pusă în evidenţă în tabelul 4.2. Tabelul 4.2.

Coeficientul de alunecare a PTFE în combinaţie cu alte materiale Coeficient de alunecare,μ Cuplu de diferite

materiale static dinamic PRFE / oţel uscat 0,06 ÷ 0,10 0,06 ÷ 0,10 PRFE / oţel lubrifiat 0,04 ÷ 0,06 0,04 ÷ 0,06 PRFE / PRFE uscat 0,09 0,09 PRFE / PRFE lubrifiat 0,04 ÷ 0,07 0,04 ÷ 0,07

Rezistenţa la uzură este redusă. Proprietăţile mecanice nu sunt influenţate de umiditate. Topirea are loc la temperatura de 327°C, PTFE fiind unul dintre materialele termoplastice cu rezistenţă ridicată la temperatură. Proprietăţile electrice ale PTFE sunt excelente în ansamblul lor. Constanta dielectrică este influenţată de mai mulţi parametri: frecvenţa curentului electric, densitatea marerialului, temperatura şi condiţiile de prelucrare. Rigiditatea dielectrică este ridicată. Rezistivitatea transversală este foarte ridicată, PTFE fiind un bun izolator electric. Comportare la ardere. Prezintă următoarele caracteristici: - nu se aprinde; - arde fără flacără; - prezintă miros de acid fluorhidric fiind foarte toxic. Proprietăţi chimice. Legăturile chimice carbon-flor sunt foarte puternice şi protecţia asigurată lanţului carbonic de către atomii de fluor determină ca PTFE să fie un material cu rezistenţă chimică mare. Materialul este rezistent la următoarele substanţe: acid fluorhidric, acid nitric, soluţii calde de sodă caustică, clor gazos, hidrazină, oxizi de azot, cloruri, alcooli, esteri, cetone. Nu se cunosc compuşi chimici care să dizolve PTFE la temperatură sub 300°C. Unele substanţe chimice atacă PTFE în apropierea punctului de topire (327°C), de exemplu perflorcherosen.


117

La temperatura mediului ambiant se produce o uşoară umflare a materialului în prezenţa hidrocarburilor florurate şi a compuşilor învecinaţi. PTFE este atacat de câţiva agenţi chimici: - metalele alcaline dizolvate; - halogeni (florul elementar, triflorura de clor). PTFE se caracterizează prin: - rezistă bine la lumină şi intemperii ceea, ce îl recomandă pentru utilizare exterioară; - nu rezistă la radiaţiile ultraviolete de intensitate mare. Din punct de vedere al contactului cu organismul uman, PTFE la temperatura mediului ambiant, se comportă astfel: - este perfect tolerat pe plan alimentar; - este perfect tolerat în protezele medicale; - nu provoacă iritarea pielii. La temperatură ridicată PTFE se comportă astfel: - temperatura de descompunere este superioară alimentelor în cazul vaselor teflonate; - în cazul supraîncălzirilor în vid pot apare descompuneri locale. Materiale auxiliare. PTFE poate fi amestecat cu diferite materiale auxiliare: fibră de sticlă, grafit, pulberi metalice (bronz), diferiţi lubrifianţi (bisulfură de molibden). Folosirea materialelor auxiliare de prelucrare urmăreşte îmbunătăţirea unor proprietăţi: rezistenţa la compresiune, conductibilitatea termică, reducerea dilatării termice şi creşterea rezistenţei la uzură prin abraziune. Injectare. Datorită viscozităţii ridicate, la injectare se folosesc presiuni de injectare mari: (140÷160) MPa. Condiţiile generale de injectare impun în cilindrul maşinii temperaturi între (260÷360)°C, iar la matriţă o temperatură între (140÷230)°C. Temperaturile cilindrului şi a matriţei pentru PTFE sunt prezentate în figura 4.22. Piese injectate. Contracţia pieselor injectate este de aproximativ 2%. Piesele injectate pot fi folosite până la temperaturi maxime de aproximativ 260°C, păstrându-şi proprietăţile mecanice şi electrice. Datorită rezistenţei materialului la intemperii, piesele injectate se pot folosi în mediul exterior. Piesele injectate din PTFE pot fi prelucrate mecanic, fără probleme, prin: strunjire, frezare, găurire etc. Lipirea pieselor injectate se poate realiza cu adezivi universali.

Reciclare. Piesele injectate rebutate şi reţelele se pot recupera prin măcinare. Utilizare. Datorită proprietăţilor sale deosebite materialul termoplastic PTFE sub formă de piese injectate, se poate folosi în diverse domenii:

D 4 3 2 1 P

340-360 320-340 300-320 280-300 260-280 80-90

D 4 3 2 1 PMo[ C]140-230


politetrafluoretilenă (PCTFE)


118

- aparatură chimică diversă care lucrează în mediu agresiv (roţi dinţate, plăci filtrante, rotoare etc.); - construcţii de maşini, lagăre, garnituri de pompe, piese de uzură etc.); - industria electrotehnică (ştechere, socluri etc.); - industria aviatică. Denumiri comerciale: TEFLON (DuPONT), ALGOFLON (AUSIMONT), HOSTAFLON (HOECHST CELANESE) [15, 38, 54]. 4.10. Poliesteri termoplastici Poliesterii termoplastici sunt polimerii care conţin grupa esterică (-CO-O-). Cei mai folosiţi pentru injectare sunt: polietilentereftalatul, polibutilentereftalatul şi polimetilentereftalatul [1, 4, 7, 15, 41, 54]. 4.10.1. Polietilentereftalat (PET) Istoric. Poliesterii liniari au fost studiaţi de către Carothers de la Societatea DuPont şi de către Whinfield şi Dickson în anul 1941. Producţia comercială a demarat în 1947 de către Societatea ICI prin producerea de fibre si pelicule. Obţinere. PET se obţine prin policondensarea acidului tereftalic şi a etilenglicolului. Prezentare generală. Materialul poate fi amorf sau cu cristalinitate diferită. În funcţie de gradul de cristalinitate variază şi anumite proprietăţi mecanice. Se prezintă în formă de granule transparente (varianta amorfă), natur sau colorate (varianta semicristalină). Se livrează în saci etanşi, cu umiditatea corespunzătoare pentru injectare (umiditate mai mică de 0,01%). Proprietăţi fizice. În funcţie de starea amorfă sau cristalină densitatea este diferită. Proprietăţile mecanice sunt influenţate de starea amorfă sau cristalină. Temperatura de topire este de 255°C, iar temperatura de vitrifiere de 70°C. Temperatura matriţei este foarte importantă: - sub 70°C, structura este amorfă conferind o bună rezistenţă la şoc dar cu rezistenţă termică şi mecanică mică; - peste 140°C structura devine cristalină. Pentru PET armat cu fibre de sticlă, temperatura de utilizare poate creşte la 150°C iar în stare cristalină, are bune proprietăţi electrice independent de umiditatea înconjurătoare. Comportare la ardere. Are următoarele caracteristici: - se aprinde greu şi arde după îndepărtarea flăcării; - flacăra este de culoare galbenă-oranj; - mirosul este dulce, aromatic. Proprietăţi chimice. Are următoarea comportare: - prezintă o bună rezistenţă chimică la ulei, grăsimi, solvenţi organici, hidrocarburi alifatice sau aromatice; - are rezistenţă mică la acizi tari, baze, soluţii alcaline şi vapori de apă. Materiale auxiliare. Se poate arma cu: - umplutură minerală şi fibre de sticlă până la 45%; - fibră de sticlă până la 45%; - fibră de sticlă şi agenţi de ignifugare până la 30%. Injectare. În vederea injectării materialul se usucă în etuve cu aer cald supus recirculării, mai ales în cazul în care se utilizează material recuperat. Uscarea se face la temperaturi de (100÷140)°C timp de 4 ore. Condiţiile generale de injectare impun o încălzire a materialului termoplastic între (270÷290)°C şi o temperatură a matriţei între (110÷ 140)°C.


119

Se recomandă o presiune de injectare între (120÷150) MPa, presiunea ulterioară (50÷70)% din presiunea de injectare, iar contrapresiunea (5÷8) MPa. Viteza periferică de rotaţie a melcului este de maximum 15 m/min şi depinde de diametrul melcului. La capătul melcului se foloseşte clapetă antiretur, iar la capătul cilindrului se pot folosi atât duze deschise cât şi cu închidere. La oprirea maşinii se opreşte încălzirea cilindrului şi se purjează materialul până la golirea completă a cilindrului. Pentru timpi de staţionare mai lungi a materialului plastic, temperatura cilindrului creşte de la pâlnie spre duză. Pentru timpi de staţionare mai scurţi, încălzirea este constantă în lungul cilindrului. Temperaturile cilindrului şi matriţei pentru polietilentereftalat se pot urmări în figura 4.23.

Piese injectate. Contracţia pieselor este de aproximativ (0,2÷0,4)%. Temperatura maximă de utilizare pentru piesele injectate este de 110°C. După injectare, piesele obţinute nu absorb umiditate păstrându-şi astfel dimensiunile. Ca urmare proprietăţilor chimice bune, lipirea pieselor din PET se face dificil; se pot totuşi lipi folosind adezivi de tip epoxi şi cianoacrilaţi. Sudarea pieselor se face cu element încălzitor, prin frecare sau ultrasunete. Piesele injectate se pot prelucra mecanic. Decorarea, în general, este dificilă din cauza rezistenţei chimice ridicate a materialului. Reciclare. Piesele injectate rebutate şi reţelele se pot macina. Înainte de folosire, materialul se usucă. Materialul recuperat se amestecă cu materialul virgin în proporţie de până la 30%. Utilizare. Piesele injectate din PET se pot folosi în diferite domenii de activitate. Rezistă la utilizare îndelungată până la 100°C. Se foloseşte în: - în industria de automobile (carcase, grile etc.); - în electrotehnică şi electronică (piese de izolare, carcase, socluri etc.); - domeniul construcţiei de maşini şi aparate (bucşe, lagăre, cuplaje, şuruburi, arcuri, piese pentru ventile, carcase de pompă, etc); piese de precizie ridicată etc.; - în industria mobilei (balamale, elemente de alunecare, leviere etc.). Denumiri comerciale: ARMITE A (DSM), RYNITE, CRASTIN (DuPONT), IMPET (TICONA), GRILPET (EMS), PETLON (ALBIS), ERTALYTE (DSM) [1, 15, 36, 33]. 4.10.2. Polibutilentereftalat (PBT) Polibutilentereftalatul este un polimer apărut mai recent, dar proprietăţile sale deosebite l-au plasat în topul materialelor plastice.

285-290 285-290 285-290 285-290 285-290 60-70

280-290 280-290 270-280 260-270 250-260 60-70

D 4 3 2 1 P

B 110-140

A 110-140

M

[ C]o

D 4 3 2 1 P


polietilentereftalat (PET): A - încălzire ascendentă; B – încălzire constantă.


120

Istoric. A apărut pe piaţă în 1970 lansat de societatea CELANESE, urmată apoi de AKZO, ICI, CIBA, GENERAL ELECTRIC. Obţinere. Se obţine prin policondensarea acidului tereftalic şi 1-4 butandiolului. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule natur sau colorate şi se livrează în saci etanşi. Proprietăţi fizice. Este un material semicristalin cu grad de cristalinitate de 60%, cu temperatura de topire de 225°C, iar temperatura de vitrifiere de 60°C. PBT este foarte sensibil ca şi PET la prezenţa apei în timpul injectării. După injectare, PBT nu absoarbe apă. Datorită structurii cristaline prezintă proprietăţi mecanice corespunzătoare: rigiditate bună, rezistenţă la oboseală, duritate ridicată, proprietăţi bune de alunecare. PBT are proprietăţi izolatoare bune şi de aceea este folosit în mod curent în industria electrotehnică. Comportare la ardere. Are următoarele caracteristici: - se aprinde greu şi arde după îndepărtarea flăcării; - flacăra este de culoare gălbui-oranj; - prin ardere se degajă un miros dulce, aromatic. Proprietăţi chimice. Sub 60°C PBT oferă o bună rezistenţă la agenţii chimici ca: acizi slabi, săruri, hidrocarburi alifatice, alcooli, grăsimi, uleiuri. Peste 60°C această rezistenţă scade mai ales în prezenţa apei care provoacă hidroliza. Solvenţii pentru PBT sunt, printre alţii: cloroformul, tricloretilena. PBT rezistă acceptabil la acţiunea radiaţiilor ultraviolete şi deci pentru aplicaţii exterioare va trebui stabilizat. Materiale auxiliare. PBT se poate arma cu: - fibre de sticlă până la 30 %; - bile de sticlă. Ca materiale de umplutură se folosesc agenţi de ignifugare, agenţi de impact etc. Injectare. PBT este foarte sensibil la prezenţa apei în timpul prelucrării, care poate determina hidroliza şi poate duce la pierderea unor caracteristici ale materialului, fapt pentru care acesta se livrează uscat în saci. Pentru materialul reciclat, mai ales, se foloseşte un uscător cu aer, la care aerul după ce a preluat vaporii de apă trece peste baterii de deumidificare. Materialul se usucă timp de patru ore la (100÷120)°C. Se recomandă o presiune de injectare între (120÷150) MPa, presiunea ulterioară (50÷70)% din presiunea de injectare, iar contrapresiunea (3÷5) MPa. Viteza periferică a melcului se recomandă să nu depăşească 15 m/min. Condiţiile generale de injectare presupun o încălzire a materialului termoplastic la (230÷260)°C şi o temperatură a matriţei (40÷90)°C. La timpi îndelungaţi de staţionare temperatura cilindrului creşte de la pâlnie spre duză, iar pentru timpi de staţionare mai scurţi temperatura cilindrului este constantă. Temperaturile cilindrului şi matriţei pentru PBT sunt prezentate în figura 4.24. Piese injectate. Contracţia pieselor injectate este cuprinsă între (0,3÷1)%. Temperatura maximă de utilizare pentru piese este 120°C. După injectare, piesele din PBT nu absorb umiditate şi deci sunt stabile dimensional. Folosirea pieselor injectate este limitată de o mai mică rezistenţă la şoc. Rezistenţa bună la agenţi chimici nu favorizează lipirea. Se pot folosi adezivi de tipul epoxi sau cianoacrilaţi. Sudarea pieselor se poate face cu element încălzitor, prin frecare şi cu ultrasunete. Decorarea, în general, este dificilă. Piesele injectate din PBT se pretează la asamblări elastice. Prelucrările mecanice nu ridică probleme deosebite. Reciclare. Piesele injectate rebutate şi reţelele se recuperează prin măcinare. Înainte de folosire, materialul recuperat se usucă. Materialul recuperat se poate folosi în raport cu materialul virgin până la 50%.


121

Utilizare. Piesele injectate din PBT sunt folosite în diferite domenii de activitate: - în industria electrotehnică şi electronică (suport lămpi, conectoare, întrerupătoare, suport prize etc.); - în construcţia automobilelor (angrenaje, lămpi de ceaţă, faruri, suporţi, traverse, carcase lămpi retrovizoare); - în mecanica de precizie (contoare, pompe, microscoape, binocluri); - în aparatură electrocasnică (butoane de aragaz, cuple). Denumiri comerciale: POCAN B (BAYER), CRASTIN (DuPONT), ULTRADUR (BASF), VALOX (GE PLASTICS), ARNITET (DSM), CELANEX (TICONA), VESTO-DUR (H<LS/DEGUSA), TECHSTERT [1, 15, 34, 48, 52].

4.11. Polifenileni Materialele plastice pe bază de fenilen au aplicaţii mai ales în tehnică datorită proprietăţilor remarcabile pe care le posedă. Din această familie fac parte polifenilenoxidul şi polifenilensulfura. 4.11.1. Polifenilenoxid (PPO); (PPE) Istoric. Polifenilenoxidul a fost descoperit în 1964 de către cercetătorul Allan Hay în laboratoarele Societăţii GENERAL ELECTRIC. Prima uzină pilot a fost creată la Pittfield în Massachussets iar producţia industrială a început în 1965 la Bethlehem. În Europa, polioxifenilenul a luat naştere din colaborarea dintre firma olandeză AKU-POLYCHEMIE şi firma americană GENERAL ELECTRIC. Produsul a fost prezentat la expoziţia Europlastica, din Gand, în 1965. Polifenilenoxid a fost denumit de anumiţi producători polifenileneter (PPE). Obţinere. Polimerul este obţinut prin polimerizarea, în prezenţa oxigenului, a 2,6-dimetilfenolului utilizând catalizatori pe bază de cupru. Polifenilenoxid nu este utilizabil industrial atât din cauza preţului său ridicat cât şi datorită dificultăţii obţinerii. Din acest motiv se modifică polimerul prin adiţia de polistiren (este de fapt un amestec) [15]. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule. Se livrează în saci cu umiditatea prescrisă (mai mică de 0,02%). Proprietăţi fizice. Este un polimer amorf dar netransparent. Proprietăţile mecanice ale PPO sunt influenţate de cantitatea de polistiren care intră în compoziţie.

270-280 270-280 260-270 250-260 240-250 60-70

260-265 260-265 260-265 260-265 260-265 60-70

250-260 250-260 240-250 230-240 220-230 60-70

D 4 3 2 1 P

D 4 3 2 1 P

C(FS) 60-120

40-90B

AM

40-90 [ C]o

Fig. 4.24. Temperaturile cilindrului de injectare şi matriţei pentru polibutirentereftalat (PBT):

A - încălzire ascendentă; B - încălzire constantă; C - încălzire pentru PBT cu fibră de sticlă FS.


122

Rigiditatea PPO este ridicată, asemănătoare PS, ABS sau PC. Rezistenţa la şoc este bună fiind dependentă de temperatură, iar duritatea ridicată. Alunecarea este defavorabilă pentru PPO, coeficientul de frecare fiind ridicat: 0,4. Polifenilenoxidul îşi conservă proprietăţile mecanice bune până la o temperatură de (110÷115)°C. În funcţie de procentul de polistiren, PPO va avea o rezistenţă mecanică ameliorată până la 150°C. Polifenilenoxidul pur prezintă o rezistenţă termică ridicată, modificat cu polistiren, are de asemenea o rezistenţă termică bună, care îl plasează între PC la limita superioară şi ABS la limita inferioară. Temperatura de topire este de 260°C. Temperatura de vitrifiere este: - de 150°C pentru amestecul PPO + PS; - de 210°C pentru PPO pur. Polifenilenoxidul este un polimer bun izolator electric a cărui proprietăţi sunt independente de umiditate şi temperatură. Comportare la ardere. Polifenilenoxidul are următoarele caracteristici: - se aprinde greu şi se autostinge după îndepărtarea flăcării; - flacăra este de culoare verde; - nu picură; - are miros slab de clor. Proprietăţi chimice. Absorţia de apă este foarte scăzută fiind un material stabil dimensional. Polifenilenoxidul rezistă bine la următorii produşi: apă caldă sau rece, detergenţi, acizi slabi, baze slabe, alcooli. Polifenilenoxidul nu rezistă la următorii produşi: hidrocarburi halogenate, hidrocarburi alifatice, hidrocarburi aromatice, esteri, cetone. Rezistă puţin la lumină sub acţiunea razelor ultraviolete astfel încât îşi pierde proprietăţile mecanice şi se decolorează. Materiale auxiliare. Pentru îmbunătăţirea proprietăţilor se pot adăuga materialului diferiţi compuşi: - umpluturi minerale, antistatizanţi, stabilizatori radiaţii ultraviolete; - fibră de sticlă până la 30 %. Injectare. Înainte de folosire, mai ales în cazul materialului reciclat şi în funcţie de tipul PPO se utilizează: - pentru tipurile cu curgere uşoară o preuscare la (70÷90)°C timp de (2÷3)ore; - pentru alte tipuri, preuscare la (100÷120)°C timp de (2÷3)ore. Condiţiile generale de injectare impun o încălzire a materialului între (250÷300)°C, iar temperatura matriţei (60÷120)°C. Presiunea de injectare se alege (100÷160) MPa, presiunea ulterioară (45÷50) MPa, iar contrapresiunea este de 5 MPa. Viteza de injectare este moderată spre rapidă pentru o bună umplere a cuibului. O viteză prea rapidă creşte riscul degradării materialului. Viteza periferică de rotaţie a melcului nu trebuie să depăşească (0,15÷0,25) m/s. La oprirea maşinii pentru un timp mai îndelungat, se întrerupe încălzirea şi se purjează materialul de mai multe ori până la golire. Înainte de folosirea PPO se curăţă cilindrul cu PS sau PMMA. Dacă apare material carbonizat, cilindrul se curăţă cu materiale speciale (Kapronet). Temperaturile cilindrului şi matriţei pentru polifenilenoxid sunt prezentate în figura 4.25. Piese injectate. Temperatura maximă de utilizare a pieselor injectate este de (100÷105)°C, iar pentru piesele armate cu fibră de sticlă, 110°C. Piesele din PPO prezintă o bună stabilitate dimensională având contracţiile pentru polimerul amorf nearmat şi armat: - (0,5÷0,7)% pentru materialul nearmat; - (0,1÷0,4)% pentru materialul armat cu 30% fibră de sticlă. Prelucrarea macanică a pieselor injectate din PPO se poate realiza fără probleme.


123

Piesele injectate se pot asambla: - prin elemente elastice; - sudură cu ajutorul ultrasunetelor; - prin nituire; - prin şuruburi autofiletante; - sudare la cald (element cald, rotire); - prin lipire. Se pot folosi solvenţi cu conţinut de (1÷7)% PPO (tricloretilenă, clorură de metilen, amestecuri de tricloretilenă şi clorură de metilen). Pentru lipire se pot folosi şi adezivi (pe bază de cianoacrilaţi, adezivi pentru cauciuc, adezivi siliconici, adezivi pe bază de poliuretan). Piesele injectate se pot decora prin serigrafie, galvanoplastie şi metalizare în vid, se pot marca la cald şi se pot inscripţiona cu laser.

Reciclare. Piesele injectate rebutate şi reţelele se reciclează. Proporţia materialul plastic reciclat în materialul virgin poate fi de până la 25%. Utilizare. Piesele injectate din PPO pot fi folosite în diferite domenii de activitate: - industria de automobile (tablouri de bord, elemente pentru aerisire şi încălzire, cutii pentru centurile de securitate etc.); - industria electrotehnică (carcase bobine, cutii condensatoare, telecomenzi); - aparatură birotică (carcase maşini de scris, calculatoare, copiatoare, imprimante); - aparatură electronică (carcase televizoare, radiouri); - produse diverse (corpuri de pompe, contoare de apă). Produsele sunt limitate de: - calităţi slabe de alunecare; - lipsa de transparenţă; - rezistenţă slabă la radiaţii ultraviolete. Denumiri comerciale: NORYL (GE PLASTICS), LURANYL (BASF), VESTORAN (HULS), CARIL (SHELL CHEMICAL), XYRON (ASAHI CHEMICAL) ARTLEY (SUMITOMO), JUPIACE (MITSUBISHI GAS CHEMICAL) [5, 15, 29]. 4.12. Polisulfone Polisulfonele formează o familie de polimeri care conţin gruparea [-C6H5 -SO2] care se remarcă prin caracteristici mecanice şi termice superioare. Principalele tipuri de polisulfone sunt: polietersulfone şi poliarilsulfone.

290-300 310-330 300-320 290-310 280-300 60-80

240-260 260-280 250-270 240-260 230-250 60-80

D 4 3 2 1 P

D 4 3 2 1 P

B (FS) 70-130

A 60-120

Mo[ C]

Fig. 4.25. Temperaturile cilindrului de injectare şi ale matriţei pentru polifenilenoxid (PPO):

A - material nearmat; B - material armat cu fibră de sticlă (FS).


124

4.12.1. Polisulfonă (PSU) Istoric. Este un material care a fost introdus în fabricaţie în anul 1965. Obţinere. Se obţine din condensarea bisfenolului A cu 4,4 % dihidroxidifenilsulfonă

bisfenol A+dihidroxifenilsulfonă ⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯ erizarelimpo polisulfonă. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule cilindrice transparente sau opace, divers colorate. Proprietăţi fizice. Polisulfona este un material termoplastic amorf. Este un material cu proprietăţi mecanice deosebite: rezistenţă mecanică ridicată, rigiditate şi ductibilitate, rezistenţă la oboseală. Absorţia de umiditate din aer este mică (0,3%). Tranziţia vitroasă pentru polisulfonă este la 187°C. Polisulfona este foarte stabilă în condiţii de temperatură ridicată. Imersate în apă fierbinte, reperele din polisulfonă au o remarcabilă rezistenţă la hidroliză. Calităţile dielectrice ale materialului sunt foarte bune, nefiind influenţate de umiditatea atmosferică şi temperatură. Între (–100°C) şi (150°C) caracteristicile mecanice şi electrice se menţin o perioadă îndelungată. Materialul este foarte rezistent la radiaţii cu energie mare. Comportare la ardere. Prezintă următoarele caracteristici: -s e aprinde deosebit de greu; temperatura de aprindere de la o sursă externă este de 475°C; - degradarea termică se produce după 400°C; - se degajă puţin fum şi gaze după aprindere (bioxid de sulf şi bioxid de carbon). Proprietăţi chimice. Polisulfona este: - în condiţii de temperatură ridicată rezistentă la: apă şi soluţii apoase, acizi organici şi anorganici, baze, hidrocarburi alifatice (benzină, cherosen), alcooli, amine, agenţi de sterilizare, uleiuri si grăsimi; - rezistentă la scurte expuneri la solvenţi aromatici (benzen, xilen, toluen). Materiale auxiliare. Pentru îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice şi pentru creşterea rezistenţei la factorii de mediu, materialul se armează cu fibră de sticlă şi fibre de carbon.

Injectare. Înainte de injectare polisulfona se usucă patru ore la 130°C, în uscătoare cu aer regenerat.

D 4 3 2 1 P

D 4 3 2 1 PMo[ C]120-180

120-180B

A 360-380 350-370 340-360 330-350 320-340 70-80

370-380 370-380 370-380 370-380 370-380 70-80

Fig. 4.26. Temperaturile cilindrului de injectare şi matriţei pentru polisulfonă (PSU):

A - încălzire ascendentă; B - încălzire constantă.


125

Temperatura maximă de uscare pentru polisulfonă este de 160°C. Injectarea se poate face pe maşini de injectat tradiţionale. Presiunea de injectare se recomandă între (100÷120) MPa, presiunea ulterioară între (40÷45) MPa, iar contrapresiunea, 5 MPa. Viteza periferică recomandată pentru melc este (0,1÷0,3) m/s. La oprirea maşinii se goleşte cilindrul, se coboară temperatura la (330÷340)°C şi se purjează cu poliolefine. Se coboară în continuare temperatura şi se purjează de mai multe ori până la curăţirea completă. Temperaturile cilindrului şi matriţei pentru PSU se recomandă în figura 4.26. Piese injectate. Contracţia pieselor injectate din polisulfonă este de (0,4÷0,9)%. Temperatura maximă de utilizare pentru piese este 180°C. Piesele injectate se asamblează demontabil prin diferite tehnici: asamblări elastice, asamblări cu şuruburi. Inserţiile metalice se pot introduce în piesa injectată folosind ultrasunete. Piesele se pot prelucra mecanic prin găurire, strunjire, frezare. Asamblări nedemontabile se pot realiza prin: - sudare la cald; - asamblări cu ajutorul ultrasunetelor; - lipire cu adezivi, cu răşini epoxidice, răşini fenolice, poliuretani şi adezivi siliconici; - lipire cu solvenţi: N-metil-2-pirolidonă sau diclormetan. Piesele se pot metaliza în vid şi se pot imprima folosind echipamente cu laser. Reciclare. Piesele rebutate şi reţelele se pot recupera prin măcinare. Materialul măcinat se amestecă în proporţie de până la 20% cu material virgin. Se acordă atenţie uscării materialului recuperat datorită sensibilităţii acestuia la umiditate. Utilizare. Datorită proprietăţilor sale materialul se foloseşte în diferite domenii: - în industria electrotehnică şi electronică (întrerupătoare, contactoare etc.); - industria de automobile (piese diverse); - industria aeronautică (fitinguri, piese din cabină, tahometre etc.); - industria medicală. Denumiri comerciale: ULTRASON S (BASF), UDEL (AMOCO CHEMICAL), PSU'1000 (DSM) [15, 49, 54]. 4.13. Polieterimid (PEI) Istoric. Acest material a fost produs prima dată de dr. Joseph L. Wirth şi echipa sa, în anul 1970, la centrul de cercetări a lui GENERAL ELECTRIC din SUA. A fost comercializat după 1982. Obţinere. Se fabrică prin procedeul de policondensare. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule natur sau colorate. Proprietăţi fizice. PEI este un material termoplastic cu structură amorfă şi prezintă următoarele proprietăţi: - o mare rezistenţă mecanică şi modul de elasticitate excepţional; - o mare rigiditate dielectrică; - o mare stabilitate la căldură; - o constantă dielectrică şi un factor de disipare stabil pe o plajă largă de temperatură şi frecvenţă a curentului electric; - rezistenţă ridicată la radiaţii gama; - are o transparenţă bună. Comportare la ardere. Este rezistent la flacără şi degajă puţin fum. Proprietăţi chimice. Prezintă rezistenţă chimică bună la numeroase substanţe dar este: - instabil la tricloretilenă, cetone, aldehide, şi la temperaturi ridicate (85°C) la baze tari, lichid de frână, toluen, metiletilcetonă; - rezistent la alcooli, detergenţi, apă, motorină, uleiuri minerale, acid sulfuric, acizi anorganici şi organici, baze tari la temperatura camerei (20÷23°C).


126

Materiale auxiliare. Pentru a îmbunătăţi proprietăţile PEI se folosesc diferite materiale auxiliare. Pentru creşterea rezistenţei PEI la radiaţii ultraviolete se adaugă stabilizatori. Se compoundează cu adaosuri minerale 20% şi se armează cu fibră de sticlă. Injectare. Materialul este sensibil la umiditate şi de aceea se usucă în uscătoare cu aer deumidificat timp de (4÷6) ore, la 150°C. Temperatura recomandată pentru prelucrare este cuprinsă între (370÷400)°C. Presiunea de injectare se recomandată între (130÷160) MPa, presiunea ulterioară 45 MPa, iar contrapresiunea, 5 MPa. Viteza periferică de rotire a melcului se recomandă să nu depăşească 0,2 m/s. La schimbarea materialului se recomandă curăţirea cilindrului. Cel mai bun material pentru curăţirea PEI este policarbonatul. Se poate folosi de asemenea polietilenă de înaltă densitate. Se recomandă următoarele: - operaţia de curăţire se începe la temperatura de prelucrare a PEI; - operaţia de curăţire începe cu (10÷15) minute înainte de a ajunge la temperatura reglată. Trebuie să se ţină seama că PEI are tendinţa să adere la pereţii metalici şi de aceea operaţia de curăţire trebuie să decurgă cu atenţie. Temperaturile recomandate pentru cilindrul maşinii de injectat şi pentru matriţă sunt prezentate în figura 4.27.

Piese injectate. Contracţia pieselor injectate este de (0,2÷0,6)%. La asamblare se pot folosi inserţii metalice montate folosind ultrasunete care însă creează tensiuni radiale. Se pot realiza asamblări elastice. Piesele se pot decora prin vopsire, metalizare în vid. Reciclare. Materialul poate fi reciclat în proporţie de până la 20% în amestec cu material virgin. Utilizare. Se poate folosi în diferite domenii: - aparatură medicală; - articole de uz casnic transparente folosite pentru cuptoarele cu microunde; - piese de mare precizie şi rezistenţă în industria electronică; - în industria de automobile (lămpi halogene, flotoare în rezervoarele de combustibili etc.). Denumiri comerciale: ULTEM (GE PLASTICS), PE 1000 (DSM).

D 4 3 2 1 P

D 4 3 2 1 P

B (FS)

A

Mo[ C]140-180

140-190

360-400 370-410 360-400 350-390 340-380 100-120

370-410 380-420 370-410 360-400 350-390 100-120

Fig. 4.27. Temperaturile cilindrului de injectare şi matriţei pentru polieterimid (PEI):

A - material nearmat; B - material armat cu fibră de sticlă (FS).


127

4.14. Polimeri cu cristale lichide (LCP) Istoric. Polimerii cu cristale lichide (Liquid-Crystal-Polymer, LCP) au apărut după 1970 şi au fost comercializaţi începând cu anul 1980. Aceştia formează o nouă clasă de materiale cu proprietăţi neobişnuite, de exemplu, o slabă viscozitate în stare topită. Obţinere. Poliesterii aromatici sunt cei mai frecvent utilizaţi în fabricarea polimerilor cu cristale lichide. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule natur sau divers colorate. Proprietăţi fizice. Trăsăturile specifice ale acestor polimeri rezultă din structura moleculară extrem de ordonată în materialul aflat în stare topită [2, 3, 54]. În figura 4.28 se poate observa structura polimerilor cu cristale lichide. Moleculele rigide în formă de bastonaşe pot fi înserate în două moduri în polimer: sub formă de lanţuri laterale pe un lanţ principal flexibil sau ca elemente ale lanţului principal de polimer.

Lanţurile polimerilor cu cristale lichide aflate în stare dezordonată în timpul procesului de injectare se orientează pe direcţia de curgere (fig. 4.29), [12].

LCP este un material semicristalin. Numărul mare de substanţe utilizate şi variaţia lor în compoziţia unui polimer cu cristale lichide arată că sub această denumire se găsesc materiale termoplastice cu proprietăţi foarte diferite, însă toţi polimerii cu cristale lichide au următoarele caracteristici de bază: - înaltă orientare în materialul rigidizat; - proprietăţi anizotropice accentuate; - structuri ordonate deja in topitură (cristal lichid); - prelucrabilitate în topitură. Caracteristicile mecanice ale LCP depăşesc caracteristicile asemănătoare ale altor polimeri tehnici, în special rezistenţa la tracţiune, modulul de elasticitate la încovoiere (fig. 4.30) şi rezistenţa la şoc.

Element liniar rigid

Lanţ liniar

Lanţ cu ramificaţiilaterale

Element flexibil

Fig. 4.28. Structura polimerilor cu cristale lichide

Element rigid

Piesa injectatăTopitură

Element flexibil

Fig. 4.29. Polimer LCP înainte şi după injectare


128

LCP prezintă calităţi de curgere deosebite care sunt evidenţiate în figura 4.31 în comparaţie cu un policarbonat standard.

LCP prezintă un coeficient de dilatare termică mic comparabil cu al ceramicii, ceea ce îi conferă o bună rezistenţă la şoc termic. Absorţia de apă este foarte redusă. Proprietăţile electrice ale LCP sunt foarte bune, mai ales rezistivitatea electrică de suprafaţă şi de volum. Comportare la ardere. Are o comportare bună la ardere: - arde deosebit de greu şi se autostinge; - la ardere se degajă apă, bioxid de carbon şi monoxid de carbon.

PES

5000 10000 15000 20000

100

50

200

150

PEI

Vectra BVectra A

LCP

PEKPPS

PAI

Modulul de elasticitate, [Pa]

Rez

iste

nta

la tr

actiu

ne, [

Pa ]

Fig. 4.30. Rezistenţa la tracţiune şi modulul de elasticitate la încovoierea câtorva

materiale armate cu fibră de sticlă: PPS este armat cu 40% fibră de sticlă; celelalte materiale sunt armate cu 30% fibră de sticlă; LCP (Vectra A, Vectra B) [15].

1 2 3

Dru

m d

e cu

rger

e, [m

m]

200

400

1200

600

800

1000

Grosime de perete, [mm]

ba

Fig. 4.31. Diagrama drum curgere - grosime de perete pentru diferite materiale: a - LCP (KU1-9321); b - policarbonat [15].


129

Proprietăţi chimice. La acţiunea unor agenţi chimici se comportă astfel: - instabil la acid clorhidric; - nu rezistă la acid sulfuric; - rezistent la acetonă, metanol, benzină, acid formic, acid acetic, acetat de etil, clormetilen. LCP are o comportare foarte bună în mediul înconjurător. Materiale auxiliare. Pentru a îmbunătăţi proprietăţile, LCP se compoundează cu umpluturi minerale, fibră de sticlă, fibră de carbon şi se poate colora în bune condiţii cu diferite concentrate de culoare. Injectare. Deşi absorţia de apă este redusă, se recomandă o uscare a materialului înainte de prelucrare. Materialul virgin sau reciclat se usucă în buncăre cu aer deumidificat la temperatura de (150÷170)°C timp de patru ore. LCP poate fi bine prelucrat pe maşinile de injectat convenţionale. Temperatura recomandată pentru prelucrare este cuprinsă între (290÷350) °C. Presiunea de injectare recomandată este de 100 MPa, presiunea ulterioară 45MPa şi contrapresiunea, 5 MPa. Viteza periferică de rotaţie a melcului se recomandă să fie 0,l m/s. La întreruperea lucrului până la o oră, nu se recomandă măsuri deosebite. Pentru întreruperi mai lungi, se goleşte cilindrul de material prin injectări repetate şi se coboară temperatura până la 250°C. La schimbarea de material se foloseşte pentru curăţirea cilindrului PEID sau PP armată cu fibre de sticlă. Temperaturile recomandate pentru cilindrul maşinii de injectat şi pentru matriţă sunt prezentate în figura 4.32 [15].

Piese injectate. Materialul LCP are un comportament deviant, la diferite influenţe, în comparaţie cu alte termoplaste: - proprietăţile produsului sunt influenţate în mare măsură de construcţia, atât a piesei injectate cât şi a matriţei; - calităţile liniilor de sudură sunt de calitate mai joasă decât la celelalte termoplaste; - proprietăţile pot fi puternic anizotrope; - poziţia locului de injectare este de maximă importanţă; - timpii ciclului de injectare sunt mai scurţi decât la celelalte termoplaste; - matriţele pentru termoplastele convenţionale se pot folosi la injectarea LCP însă fără să se pună în valoare proprietăţile deosebite ale acestora; - este neapărată nevoie de o simulare a curgerii în matriţă. Piesele injectate se pot utiliza până la o temperatură maximă de 200°C. Contracţia piesei injectate este cuprinsă între (0,1÷0,5)% şi este puternic influenţată de sensul curgerii.

D 4 3 2 1 P

D 4 3 2 1 PMo[ C]80-120

50-180

270-290 280-300 280-300 280-300 270-280 80-120

330-350 330-350 330-350 310-330 290-310 80-120

Fig. 4.32. Temperaturile cilindrului de injectare şi a matriţei pentru LCP;

A - polimer obişnuit; B - polimer de înaltă temperatură.


130

Există post contracţie care este puternic anizotropă. Piesele injectate se pot asambla folosind ultrasunete sau vibraţie electromagnetică. Se pot folosi asamblările elastice. Asamblări nedemontabile se pot realiza prin lipire cu diferiţi adezivi bicomponenţi (răşini epoxidice, metacrilaţi sau poliuretani) şi monocomponenţi (cianoacrilaţi). Piesele injectate se pot prelucra mecanic însă cu anumite precauţii. Se pot metaliza în vid şi se pot marca folosind echipamente cu raze laser. Reciclare. Reţelele de injectare şi rebuturile pot fi măcinate şi introduse împreună cu materialul virgin în procesul de injectare. Se recomandă ca materialul reciclat să nu depăşească 25% în amestecul cu materialul virgin. Cele mai bune rezultate la măcinare se obţin folosind mori lente. Înainte de folosire în procesul de injectare materialul măcinat trebuie să fie uscat. Utilizare. Piesele injectate din LCP se pot folosi în diferite domenii care ridică pretenţii deosebite de rezistenţă mecanică, termică, electrică, de stabilitate chimică şi inflamabilitate dificilă: - în domeniul calculatoarelor (suporţi de circuite, conectori, diode); - în industria electrotehnică (corpuri de bobină, conectori etc.); - în industria aeronautică; - în industria chimică (componente care lucrează în prezenţa agenţilor chimici); - în telecomunicaţii (centrale telefonice, conectori, carduri etc.); - în industria de automobile. Denumiri comerciale: VECTRA (TICONA), ZENITE (DuPONT), XYDAR (AMOCO), SUMIKA SUPER (SUMITOMO), SIVERAS (TORAY), UENO-LCP (UENO), RODRUN (UNITICA), NOVACCURATE (MITSUBISHI) [15, 26].

4.15. Elastomeri termoplastici (TPE) Sunt materiale polimerice cu mai multe faze, cu comportament elastic (suplu) la temperatura de utilizare, asemănător elastomerilor. Opus elastomerilor, elastomerii termoplastici se plastifiază peste temperatura de utilizare. Faza numită suplă prezintă aceleaşi proprietăţi ca şi cauciucul. Aceşti polimeri sunt numiţi termoplastici sau termoelastici şi se simbolizează TPE. Contrar elastomerilor care după reticulare (vulcanizare) nu mai pot fi deformaţi la căldură, elastomerii termoplastici se transformă ca materialele termoplastice. Ei pot fi deformaţi şi transformaţi repetat. Sunt materiale reciclabile. Temperatura de tranziţie vitroasă Tv este totdeauna inferioară temperaturii de 0°C. Deformarea remanentă este inferioară nivelului de 50%. Cea mai mare parte a pieselor din elastomeri termoplastici pot fi sudate sau lipite. Elastomerii termoplastici pot să fie orientaţi în acelaşi mod ca şi materialele termoplastice: monoaxial sau biaxial. 4.15. l. Poliuretan termoplastic (TPU), (TPE-U) Poliuretanul termoplastic este o combinaţie dintre poliuretan şi elastomer. Prezentare generală. Se prezintă în formă de granule cilindrice, natur sau divers colorate. Se livrează cu conţinut de umiditate 0,02%. Proprietăţi fizice. Materialul prezintă câteva proprietăţi importante: - elasticitate înaltă în stare solidă; - rezistenţă la tăiere; - rezistenţă ridicată la uzură; - flexibilitate într-un domeniu larg de temperatură; - rezistenţă ridicată la radiaţii ultraviolete de intensitate mare. Proprietăţi chimice. Materialul prezintă următoarele caracteristici: - are o bună rezistenţă la intemperii; - rezistă bine la uleiuri şi grăsimi.


131

Materiale auxiliare. Materialul se poate colora cu concentrate de culoare în culori variate. Pentru îmbunătăţirea unor proprietăţi se pot adăuga diferiţi aditivi (stabilizatori UV, agenţi antiblocare etc.).

Injectare. Înainte de injectare se recomandă uscarea (2÷3) ore la temperatura de (100÷110)°C în uscătoare cu aer regenerat. Presiunea de injectare recomandată este între (30÷100) MPa, presiunea ulterioară se alege între (10÷50) MPa, iar contrapresiunea între (0,5÷4) MPa. Turaţia melcului se alege în funcţie de diametrul melcului n = 120 rot/min (D=30 mm), n = 80 rot/min(D = 50 mm), n = 65 rot/min (D = 70 mm), n =30 rot/min (D=120mm). Temperaturile recomandate pentru cilindrul şi pentru matriţa de injectare sunt prezentate în figura 4.33.

D 4 3 2 1 P

D 4 3 2 1 P

190-200 200-220 190-210 170-200 160-180 70-80

C

B 15-70

A

M

15-70 o[ C]

15-70

190-220 200-220 200-220 180-210 170-200 70-80

220-240 230-250 220-240 210-230 210-230 70-80

Fig. 4.33. Temperaturile cilindrului de injectare şi a matriţei pentru poliuretan termoplastic (TPU):

A - TPU de (78÷87)Shore A; B - TPU de (87÷95)Shore A; C - TPU de (95÷98)Shore A.

1

Con

tract

ie, [

%]

3

2

Grosime de perete, [mm]

2

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Fig. 4.34. Variaţia contracţiei în funcţie de grosimea de perete pentru diferite tipuri de

poliuretan termoplastic: l - Elastollan cu duritate 78 Shore A; 2 - Elastollan cu duritate 90 Shore A.


132

Piese injectate. Contracţia pieselor este în funcţie de duritatea şi grosimea pereţilor (fig. 4.34). La injectare pot fi folosite şi inserţii, dar cu dificultate. Inserţiile trebuie încălzite. Reciclare. Piesele injectate rebutate şi reţelele de injectare se pot măcina. În funcţie de calitatea dorită pentru produsul finit, se poate folosi material măcinat în proporţie de 30% raportat la materialul virgin. Utilizare. Datorită calităţilor sale se poate folosi în diferite domenii: - în confecţionarea articolelor sportive (bocanci de schi, bocanci pentru patine cu rotile); - în construcţia de automobile (manşoane de protecţie, garnituri, bucşe, bare de protecţie etc.); - în industria electrotehnică (cuple, ştechere); - în fabricarea aparatelor electrocasnice etc. Denumiri comerciale: DESMOPAN (BAYER), ELASTOLLAN (BASF), PELL-ETHAN (DOW CHEMICAL) [15, 23].

4.16. Alte materiale termoplastice 4.16.1. Acrilonitril-stiren-acrilat (ASA) Acrilonitril-stiren-acrilat este un copolimer acrilonitril-stiren rezistent la şoc şi ester acrilic [4, 15, 54]. Obţinere. Materialul ASA rezultă din copolimerizarea stirenului şi acrilonitrilului cu adăugarea unui elastomer acrilic grefat. A fost obţinut de firma BASF. Prezentare generală. Se livrează în diverse sorturi de culoare albă-gălbuie, opacă sau în diferite culori. Granulele au formă cilindrică. Proprietăţi fizice. Această familie de materiale termoplastice tehnice se caracterizează prin calităţi mecanice foarte bune: - foarte bună rezistenţă la şoc; - un înalt nivel al rigidităţii; - o strălucire ridicată. Materialul prezintă o foarte bună rezistenţă la temperaturi ridicate. Comportarea antistatică a materialului este excelentă. Proprietăţi chimice. ASA este un material cu următoarele proprietăţi chimice: - la temperatura camerei (20ºC) este rezistent la hidrocarburi, combustibili carburanţi, uleiuri minerale, grăsimi, leşii, acizi, soluţii de săruri; - este atacat de acizii concentraţi, hidrocarburile aromatice, acidul clorhidric, esteri, eteri şi cetone. Materialul rezistă bine la intemperii şi la îmbătrânire. Materiale auxiliare. Materialul se poate colora uşor în diferite nuanţe cu ajutorul concentratelor de culoare. Prin adăugarea unor aditivi se pot îmbunătăţii diferite calităţi. Injectare. Materialul este livrat uscat în saci fără, să fie nevoie de uscare. În cazul în care se lasă timp îndelungat în contact cu aerul şi atunci când se foloseşte material reciclat, este nevoie de o uscare la temperatura de 80°C timp de (2÷4) ore în uscătoare cu aer. Condiţiile generale de injectare impun o plajă de temperaturi la cilindrul maşinii între (240÷280)°C şi o temperatură a matriţei între (40÷80)°C. Piese injectate. Contracţia pieselor injectate este cuprinsă între (0,4÷0,7)%. Piesele injectate se pot prelucra bine mecanic prin găurire, frezare, strunjire, ştanţare. Piesele pot fi obţinute cu inserţii din alamă sau bronz. Piesele se pot asambla prin: sudare la cald, sudare cu curenţi de înaltă frecvenţă, sudare cu ajutorul ultrasunetelor, lipire cu soluţii de metiletilcetonă, dicloretilenă sau ciclohexan. Lipirea se poate face şi cu adezivi speciali. Reciclare. Piesele rebutate şi reţelele de injectare se pot măcina fară probleme. Pentru


133

păstrarea calităţilor de rezistenţă a pieselor injectate materialul recuperat se foloseşte până la 30% în raport cu materialul virgin. Utilizare. Piesele injectate se folosesc în diferite domenii de activitate: - în industria electrotehnică: contactoare, conectoare, fişe etc.; - în industria de automobile: măşti, bare paraşoc de spate şi faţă; - elemente de semnalizare rutieră, panouri indicatoare reflectorizante etc; - în telefonie: carcase de telefoane fixe şi mobile, componente diverse etc.; - utilaje şi articole de grădină: aparate de tăiat iarbă, mese, scaune. Denumiri comerciale: LURAN S (BASF), CENTREX 800 (MONSANTO) [28].

4.16.2. Polimetilenpentenă (PMP) Istoric. Este un tehnopolimer obţinut pentru prima dată în Japonia, în 1986, la Societatea MITSUI PETROCHEMICAL. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule cilindrice transparente. Proprietăţi fizice. Materialul prezintă calităţi deosebite: - o transparenţă ridicată cu o transmisie a luminii de (90÷92)%; - cea mai joasă densitate dintre materialele termoplastice (0,83 g/cm3); - o ţinută termică bună, cu punct de topire ridicat (240°C); - proprietăţi dielectrice superioare. Proprietăţi chimice. Materialul prezintă o rezistenţă deosebită la diferiţi agenţi chimici: - rezistenţă foarte bună la acid sulfuric 98%, acid nitric 70%, acid clorhidric concentrat, soluţii de hidroxid de sodiu, metiletilcetonă; - rezistenţă bună la benzen, tricloretilenă, heptan. Utilizare. Se foloseşte în aplicaţii speciale: - aparatură medicală (corp seringi, eprubete); - în industria electrotehnică (piese de izolare electrică). 4.16.3. Poliarilamidă (PAA) Istoric. Este un material termoplastic pus la punct de către firma SOLVAY. Prezentare generală. Se prezintă sub formă de granule cilindrice. Proprietăţi fizice. Este un material semicristalin. Densitatea este în jur de 1,17 g/cm3. Este un material care prezintă rezistenţă ridicată la tracţiune, compresie, încovoiere şi răsucire. Rezistenţa la tracţiune este apropiată de cea a metalelor. Proprietăţile de fluaj sunt excelente. Materialul de bază este casant şi de aceea se supune modificării cu aditivi care îi îmbunătăţesc rezistenţa la şoc. Temperatura de topire a materialului este ridicată (235÷240)°C. Temperatura de tranziţie vitroasă se situează între (80÷100)°C care este o valoare ridicată în raport cu celelalte poliamide. Coeficientul de dilatare este mic în raport cu alte materiale termoplastice. Fluajul este redus: deformarea este inferioară valorii de l% după 1000 ore sub sarcina de 50 MPa la temperatura de 50°C. Materiale auxiliare. Se armează cu fibră de sticlă până la 30%. Piese injectate. Piesele din PAA se pot folosi până la 120°C. Utilizare. Se foloseşte în diferite domenii: - în medicină (aspiratoare medicale, pense chirurgicale etc.); - în industria electronică (conectoare, şasiuri, cutii etc.); - în industria de automobile (pompe de benzină, cutii pentru filtre de ulei); - în industria electrotehnică (suporţi, inductoare de motoare, disjunctoare de securitate etc.); - în mecanică (roţi dinţate, axe, cartere etc.).


134

Denumiri comerciale: IXEF (SOLVAY), NYREF (SOLVAY-MITSUBISHI) [42].

4.16.4. Poliamidimidă (PAI)

Istoric. Este un material termoplastic tehnic cu calităţi superioare. A fost abţinut la Societatea AMOCO CHEMICAL. Proprietăţi fizice. Materialul posedă calităţi superioare: - rezistenţă la uzură; - inflamabilitate şi emisiune de fum reduse; - robusteţe şi rigiditate până la 260°C; - rezistenţă la şoc; - rezistenţă la agenţi chimici agresivi; - piesele injectate prezintă stabilitate termică şi dimensională. Utilizare. Datorită calităţilor deosebite, materialul se utilizează în diferite domenii: - în industria aeronautică; - în construcţia de maşini (piese de uzură, colivii pentru rulmenţi). Denumiri comerciale: TORLON (DSM).

4.l7. Materiale termoplastice armate

Materialele termoplastice pot fi ranforsate cu fibre, microsfere, fulgi, în vederea îmbunătăţirii unor proprietăţi fizice, fără a altera proprietăţile chimice şi capacitatea de prelucrare prin injectare.

4.17.1. Materiale termoplastice armate cu fibră de sticlă

Armarea cu fibră de sticlă este cea mai răspândită printre materialele termoplastice. Armarea se realizează în diferite proporţii, în funcţie de material, fiind utilizate procente de până la 50% fibră de sticlă. Se armează aproape toate materialele termoplastice cunoscute: materiale celulozice, polistirenul şi compuşi ai polistirenului, poliamidele, polipropilenele, poliacetalii, policarbonaţii, polifenilenii, polisulfonele etc. Prin armare cu fibră de sticlă se modifică diferitele proprietăţi ale materialelor termoplastice, astfel: - proprietăţi mecanice: - creşte rezistenţa la tracţiune şi la încovoiere; - creşte modulul de elasticitate; - creşte duritatea; - creşte rezistenţa la torsiune; - rigidizarea creşte odată cu lungimea fibrelor; - rezistenţa la fluaj se diminuează. - proprietăţi termice: - coeficientul de dilatare termică se reduce depinzând în mare măsură de proporţia materialului de armare; - căldura specifică se reduce. - proprietăţi chimice: - rezistenţă sporită faţă de o mulţime de agenţi chimici; - absorţie redusă de apă; - rezistenţă sporită la factorii de mediu climatic. Din figura 4.35 unde se prezintă rezistenţa la temperatură pentru diferite materiale termoplastice se poate observa o creştere substanţială a rezistenţei la temperatură a materialelor armate cu fibră de sticlă în raport cu cele nearmate. Materialele armate cu fibră de sticlă ridică probleme suplimentare la injectare: - uzează duza, canalele, digurile şi cuibul matriţei de injectat;


135

- uzează puternic melcul, cilindrul şi duza maşinii de injectat şi din acest motiv, la injectarea acestor materiale se folosesc unităţi de injectare speciale, confecţionate din materiale rezistente la uzură.

La injectarea materialelor armate, matriţele se confecţionează din materiale rezistente la uzură, digurile se proiectează special pentru materiale armate, se evită pe cât posibil injectările punctiforme. La proiectarea pieselor injectate trebuie să se ţină seama de puternica anizotropie care se realizează la curgerea materialelor în cuib. Astfel, contracţia pieselor injectate pe direcţia curgerii este mult micşorată, iar pe direcţia transversală nu este afectată în mare măsură astfel încât pot apărea deformări mult mai pregnante decât la materialele termoplastice nearmate. Apar şi alte fenomene specifice la curgerea prin matriţă a materialelor termoplastice armate cu fibră de sticlă [1, 15, 24, 54]. Materialele termoplastice armate cu fibră de sticlă se simbolizează cu simbolul obişnuit pentru materialul termoplastic nearmat, urmat de simbolul fibrei de sticlă şi o cifră care reprezintă sutimile de procente ale fibrei de sticlă. Exemple: POM-FS30, PA6-FS35, PPS-FS40 etc. Denumirile comerciale pot fi aceleaşi cu ale celor nearmate sau diferite, urmate însă de simbolul specific pentru fibră de sticlă şi sutimile de procente ale fibrei de sticlă [20].

4.17.2. Materiale termoplastice armate cu fibre de carbon Fibrele de carbon se utilizează în proporţie de până la 40% la armarea diferitelor materiale termoplastice. Cu fibre de carbon se armează diferite materiale termoplastice, mai ales tehnopolimerii: PES, PEI, PPS, PEEK etc [37]. Materialele termoplastice armate cu fibre de carbon prezintă următoarele avantaje: - creşterea rigidităţii; - creşterea modulului de elasticitate de două ori mai mult decât la armarea cu fibră de sticlă; - creşterea rezistenţei la tracţiune; - creşterea densităţii într-o măsură mai mică decât în cazul armării cu fibră de sticlă;

POM

-GF2

5PA

-46

PC-G

F30

PPO

-GF3

0200

Rez

iste

nta

la te

mpe

ratu

ra (9

,8 M

Pa)

PEEK

PET

100

50

150

PA-6

PBT

PPS

PPO

PC

PA-6

6PP

A

POM

250

300

T [ C]350

o

PAI

PA-6

6-G

F33

LCP-

C-G

F50

PAEK

-GF3

0LC

P-A

-GF5

0PE

T-G

F45

PPS-

GF3

0PP

S-G

F40

PES-

GH

F30

PEI-

GH

30PA

-6-G

F35

PES-

GF3

0

PBT-

GF3

0

PSU

PET-

GF3

0PSU

-GF3

0

PAEK

PES PE

S

PPA

-GF4

5

PAI-

GF3

0

PPA

-GF3

3PA

-46-

GF5

0PA

-46-

GF3

0

PEEK

-GF3

0

Fig. 4.35. Variaţia rezistenţei la temperatură pentru diferite materiale termoplastice

(GF-fibră de sticlă)


136

- îmbunătăţirea conductibilităţii termice; - îmbunătăţirea calităţilor de alunecare; - îmbunătăţirea conductibilităţii electrice. La prelucrarea prin injectare uzura unităţii de injectare a maşinii este mult redusă comparativ cu fibra de sticlă. Prin folosirea fibrelor de carbon se obţin piese injectate rezistente la şoc. Bibliografie [1] Agassant, J., F. La mise en forme de matieres plastiques. Technique et documentation, Paris, 1989. [2] Alfredo, E., C. The complete part design handbook. For injection molding of thermoplastics. Hanser Publishers, Munich, 2006. [3] Altmann, O. Kunststoffteile mit simultaneous Engineering Kostern bewusst entwickeln. Kunststoffe, nr. 12, 1994. [4] Bagfy, E. Elasticity Effects in Polymer Extrusion. Theory and Application, vol. V. New York, Academy Press, 1969. [5] Beaumont, J., Ralston, J., Shittleworth, J. and Carnovale, M. Troubleshooting cavity to cavity variations in multi-cavity injection molds. Journal of Injection Molding Technology, 3(2): 1-11 (1999). [6] Behle, U., Mermans, B. Polyphenylensulfid (PPS). Kunststoffe, Nr. 10, 1996. [7] Cochran, W. G. Sampling Techniques. John Wiley & Sons, Inc., New York, 1983. [8] Duncan, A. J. Quality Control and Industrial Statistics. Richard D. Irwin, Inc. Homewood, Vol. III, 1965. [9] Herbert, R. Mold engineering 2nd edition. Hanser Publishers, Munich, 2002. [10] Keuerleber, R., H., Klein, H., G., Wimmer, H., W. Temperatur verhalten verstärkter Hochleistungs Kunststoffe. Kunststoffe, Nr. 12, 1989. [11] Kozulin, N., A., Sapiro, A., Gavurina, R., K. Oborudovanie dlia prozvioodstva i perirabokit plasticeskih mass. Izdanie 2, Leningrad, Isdatefistvo Himiia, 1967. [12] Mallory, R., A. Plastic part design for injection molding. Hanser, 1994, pag. 152. [13] Peter, U. Gastrow injection molds 4th edition. Hanser publishers, Munich, 2006. [14] Robert, A., M., Plastic part design for injection molding. Hanser publisher, Munich, 1994. [15] Şereş, I., Materiale termoplaste pentru injectare. Tehnologie. Încercări. Editura Imprimeriei de Vest, Oradea, 2001. [16] Volintiru, T. Bazele tehnologice ale prelucrării elastomerilor. Editura Tehnică, Bucureşti, 1974. [17] *** Acetal copolimer (POM) Hostaform. Broşura firmei Hoechst, ianuarie, 1996. [18] *** Cellidor. Organische Thermoplastische celluloseester. Prospectul firmei Bayer, 07, 1982. [19] *** Cycoloy profile. Prospectul firmei GE Plastics, 08, 1998. [20] *** Desmopan, The link between rubber and engineering thermoplastics. Broşura firmei Bayer, 08, 1998. [21] *** Engineering Plastics for new concepts. Prospectul firmei Hüls, 10, 1990. [22] *** Hostalen. Broşura firmei Hoechst, ianuarie, 1991. [23] *** Injection Molding Industries. Orion, MI, USA. [24] *** Lexan profile. Broşura firmei GE Plastics, 09, 1998. [25] *** Luran. Sortimentsbeschreibung, Eigenschaften, Verarbeitung. Broşura firmei BASF, 10, 1993. [26] ***. Luranyl. Product line, properties, processing. Broşura firmei BASF, august, 1995. [27] *** Makrolon (PC). Anwendungstechnische Information. Broşura firmei Bayer, 01, 1999. [28] *** Matiéres plastiques Hoechst. Polyolefines renforcées. Broşura firmei Hoechst, iunie, 1978. [29] *** Novolen. Spritzziess-Marken konzentrate. Broşura firmei BASF, 08, 1995. [30] *** PET/PBT, Thermoplastic polyester grades for injection moulding. Broşura firmei DSM, septembrie, 1992. [31] *** Pocan (PBT, Anwendungstechnische Information. Broşura firmei Bayer, noiembrie, 1997. [32] *** Product profile. Broşura firmei GE Plastics, 03, 1997. [33] *** Polybutylenterephtalat (PBT), Celanex. Broşura firmei Hoechst, decembrie, 1991. [34] *** Polyphenylensulfid (PPS) Fortron. Broşura firmei Hoechst, octombrie, 1990. [35] *** Polymers. A survey of materials and grades. Broşura firmei DSM, 08, 1998. [36] *** Polystyrol. Broşura firmei BASF, 04, 1987. [37] *** Rassegna delle principali famiglie die materie plastiche. Edizione CESAP rev. o del 27 settembre, 2000. [38] *** Rynite PET. Termoplastic Polyester resins. Product quide and properties. Broşura firmei DuPont, decembrie, 1995. [39] *** Solvay polypropylene. Injection moulding. Broşura firmei Solvay, 07, 1998. [40] *** Stamilan HD. Vestalen A. Polyetylene for injection moulding. Broşura firmei DSM, 03, 1999.


137

[41] *** Strack-Normalien für Spritzgiess, und Druckgiess. Werkzeuge, 1998. [42] *** Stronger Together. Prospectul firmei Philips Petroleum, 1996. [43] *** Technical data Sheets. Prospectul firmei Polimeri Europe, march, 2000. [44] *** Technische Thermoplaste von Bayer. Produkte und Anwendungen. Broşura firmei Bayer, 11, 1997. [45] *** Terluran. Aplications. Product range, properties, processing. Broşura firmei BASF, 12, 1997. [46] *** Ticona. Produkt-Palette. Broşura firmei Ticona, 02, 2000. [47] *** Ultrason E., Ultrason S., Product line, properties, processing. Prospectul firmei BASF, 10, 1992. [48] *** Ultamid. Aplications, product range, properties, processing. Broşura firmei BASF, 09, 1998. [49] *** Ultramid T., Sortimentbeschreibung, Eigenschaften, Verarbeitung. Broşura firmei BASF, 10, 1992. [50] *** Valox profile. Broşura firmei G.E. Plastics, 1994. [51] *** Vestyron. Broşura firmei Hüls, 08, 1993. [52] *** Vinoflex. Vinidur. Vinuran. Description de l’assortiment, propriétés, transformation. Broşura firmei BASF, 1997. [53] *** Zenite LCP. Product quide and properties. Prospectul firmei DuPont, 09, 1998. [54] *** Injection Molding Handbook. Hanser Publisher, Munich, 2002.

cap. 4. materiale. caracteristici de utilizare.ff

Documents