materiale polimerice şi · materiale polimerice si compozite. © upb 5 anvelope anvelope brekerul...
TRANSCRIPT
Materiale polimerice si compozite. © UPB
1
Materiale polimerice şi
compozite
Curs 6:
Utilizari ale elastomerilor
- Anvelope
Anvelope
Rolul anvelopelor este multiplu:
- apără roata de deformări
- sustine autovehiculul si încărcătura sa
- preia eforturile de tractiune si frânare
- asigură aderenta cu drumul si stabilitatea autovehiculului.
Cea mai mare parte a anvelopelor sunt pneumatice:
- etansarea directa a anvelopei cu janta
- presiune asigurată de "camera" introdusă în interiorul anvelopei
(astăzi pentru biciclete)
Materiale polimerice si compozite. © UPB
2
Anvelope
Istoric
1839 – americanul Charles Goodyear descoperă procesul de întărire (vulcanizare) a cauciucului
cu sulf → brevetează în 1844.
1887 - scotianul John Boyd Dunlop (medic veterinar) reinventează anvelopa cu cameră de aer,
pentru biciclete → brevet în Anglia în 1888 → 2 ani mai târziu brevetul îi este retras, fiind
similar cu brevetele anterioare ale lui Thomson (din Franta si SUA)
Productia de serie începe în 1890 în Belfast.
1845 - scotianul Robert Thomson realizează anvelope pneumatice cu cameră de cauciuc natural -
anvelopa era confectionată din piele si era fixată pe exteriorul rotii cu suruburi - brevetează
în 1846 în Franta si 1847 în SUA.
Avantaje: creste comfortul de rulare si se diminuează zgomotul.
Dezavantaje: uzură rapidă a suprafetei de rulare, desumflarea camerei, pret ridicat - s-a
renuntat la utilizarea noii inventii.
Anvelope
Componentele principale ale unei anvelope sunt: banda de rulare (1)profilata,
centuri metalice/textile (2), carcasa (3), taloanele (4) si peretii laterali (5)
Profilul de rulare variază ca formă, adâncime si orientare în functie de:
- caracteristicile drumului
- viteza de rulare
- greutatea si tipul autovehiculului
- considerente estetice.
Banda de rulare - partea anvelopei care vine în contact cu soseaua - formată
dintr-un strat gros de cauciuc, având diferite profiluri.
Amestecul de cauciuc trebuie să fie rezistent la abraziune, să adere la sosea, să
aibă o bună conductivitate termică si să fie flexibil.
Materiale polimerice si compozite. © UPB
3
Anvelope
http://www.sonirodban.com/how-tires-are-made.html
Anvelope
Profilul de rulare
Materiale polimerice si compozite. © UPB
4
Anvelope
Carcasa este formată din mai multe straturi (pliuri) de retea cord-cauciucată →
constituie principalul element de rezistentă al anvelopei.
Pliurile se fixează pe talonul anvelopei → asigură rigiditatea
Reteaua (cordul) din care se confectionează pliurile poate fi textilă (poliester,
poliamidă, poliamidă aromatică) sau metalică.
Numărul de pliuri se calculează în functie de tipul anvelopei (si de sarcina pe care
anvelopele trebuie să o suporte).
După pozitia firelor din pliurile carcasei în raport cu planul ecuatorial al
anvelopei, anvelopele se împart în:
- anvelope diagonale (clasice)
- anvelope radiale (introduse în 1946 de Michelin)
- constructie mixtă diagonală-radială, mai putin utilizată
Anvelope
http://www.sonirodban.com/how-tires-are-made.html
Materiale polimerice si compozite. © UPB
5
Anvelope
http://www.michelinag.com/Innovating/Radial-vs.-Bias-technology
Anvelope
Brekerul (bandaj) → realizată din mai multe straturi din otel, fibră de sticlă si
textile, asezate în unghi fată de planul căii de rulare cu rol de:
- stabilizare a căii de rulare în timpul virajelor, mentinând o suprafată cât mai
mare în contact cu soseaua.
- parte de legătură dintre banda de rulare si carcasă
- preia si repartizeaza uniform socurile de la banda de rulare
Peretele lateral (flancul) este o bandă din cauciuc cu care se acoperă partea
laterală a anvelopei pentru
- protectie mecanice a carcasei si a talonului
- asigură rezistentă la flexiune/oboseală
- protectie la îmbătrânire (factori atmosferici)
Materiale polimerice si compozite. © UPB
6
Anvelope
Fasciculele sunt completate cu o umplutură de
cauciuc învelită cu fâsie (pânză cauciucată) de
învelitor si apoi cu alta de întăritor, peste care sunt
trecute pliurile carcasei.
Muchie protectie jantă (banda de jantă) → fâsie
de cauciuc profilat, care acoperă janta → protejează
camera de aer sau asigură etanseizarea anvelopei pe
jantă
Taloanele - părti rigide ale anvelopei → ajută la fixarea acesteia pe jantă.
Elementele de rezistentă si rigidizare ale taloanelor sunt fascicule de sârmă de otel
→ alămite sau zincate pentru a mări aderenta la cauciuc.
Anvelope
- la unele anvelope, negrul de fum este înlocuit partial cu silice
Materiale polimerice si compozite. © UPB
7
Anvelope
Etapele obtinerii anvelopelor:
Selectarea diferitelor tipuri de cauciuc, rasini, negru de fum, pigmenti,
antioxidanti, dioxid de siliciu, alti aditivi → caracteristicile dorite. Pentru
fiecare din componentele anvelopei se folosesc compusi diferiti.
Malaxare - amestecarea materiilor prime → pasta omogena de culoare neagra.
Calandrare - amestecare şi transformarea pastelor in flancuri (pereti laterali),
benzi de rulare si alte componente ale anvelopei.
Asamblarea anvelopei - pe o masina rotativa: - cauciucul interior - carcasa -
talonul - peretii laterali - pliuri de intarire (breakere) - banda de rulare
Vulcanizare - anvelopa "cruda" este plasata intr-o matrita si umflata puternic
pentru a forma profilul si marcajele de pe exterior + incalzire la peste 150 °C
Anvelope
Resaparea conduce la reducerea consumului de resurse (petrol) si la protejarea
mediului.
- se face o economie de 75% de material si energie fată de producerea uneia noi.
Producerea unei anvelope de autoturism necesită aproximativ 28 L de petrol, în timp ce
pentru resaparea unei astfel de anvelope sunt necesari doar 5,5 L de petrol.
- constituie un prim pas în scăderea cantitătii de deseuri provenind din anvelope
Resaparea anvelopelor
Păstrarea carcasei anvelopei, înlocuirea benzii de rulare
- se poate obtine o anvelopă cu caracteristici (fiabilitate, durabilitate) comparabile
cu ale unei anvelope noi, la un cost mult mai mic (aproximativ 45-60%)
- banda de rulare reprezintă doar 20% din valoarea totală a unei anvelope noi
Materiale polimerice si compozite. © UPB
8
Anvelope
Resaparea anvelopelor
Companiile serioase inspectează anvelopele (atât în faza initială cât si în cea
finală) cu raze LASER, realizându-se o radiografie a structurii interne si
identificându-se zonele în care structura anvelopei este afectată, anvelopele
problematice fiind eliminate (aparatul se numeste SHEROGRAF).
Evolutia tehnologiilor utilizate → îmbunătătirea calitătii anvelopelor resapate →
testele dovedesc că sunt comparabile cu o anvelopa nouă.
Anvelopele resapate pot prezenta riscuri în utilizare doar daca producatorul nu are
tehnologia necesară pentru a identifica si înlătura carcasele care au
desprinderi între straturile metalice
Anvelope
Etapele procesului de resapare:
1. Inspectia initială, în care se evaluează siguranta carcasei
2. Inspectia nedistructivă prin care se controlează elementele invizibile
legate de sigurantă
3. Raschetarea benzii de rulare / umerilor / flancurilor si restabilirea
echilibrului anvelopei
4. Repararea si recuperarea carcasei
5. Reconstructia: adăugarea noii benzi de rulare / flancurilor
6. Vulcanizarea, pentru fixarea benzii de rulare pe carcasă
7. Inspectia finală pentru verificarea sigurantei si aspectului impecabil
Materiale polimerice si compozite. © UPB
9
Anvelope
Gradul de utilizare a cauciucurilor resapate
Autoturisme: 1-2 % în Elvetia si în Tarile de Jos; 20 % în Tarile Scandinave, 50 %
în Germania si Marea Britanie
Camioane: peste 40 % din totalul anvelopelor comercializate în UE sunt anvelope
resapate
Marile companii au si divizii de productie de anvelope resapate, pentru acestea
acordând aceeasi garantia ca pentru o anvelopă nouă:
Michelin – numite Remix (anvelope de camion)
Goodyear – numite Bandag (anvelope de camion)
Anvelope
- cauciucul din anvelopele de iarnă este mai moale, diferenta fiind vizibilă mai ales
la temperaturi scăzute (se creste procentul de cauciuc natural)
- flexibilitate mai mare → anvelopa de iarnă aderă mai bine la suprafata de rulare
la temperaturi de utilizare sub 5-7 °C, fie că este vorba de asfalt uscat sau
umed si mai ales în conditii de zăpadă/gheată
- conceptia că anvelopele de iarnă sunt utile
doar pentru zăpadă/gheată este eronată
Anvelope de vară / iarnă - există diferente în două aspecte:
- compozitia cauciucului utilizat pentru fabricarea anvelopei
- profilul anvelopei pe zona de rulare (la contactul cu solul).
http://www.mobiletyremaintenance.co.uk/Mobile_Tyre_Maintenance/Winter_Tyres.html
Materiale polimerice si compozite. © UPB
10
Anvelope
Anvelope de vară / iarnă
Suprafata de rulare a asfaltului este una cu asperităti (zgrunturoasă) → un cauciuc
mai elastic permite anvelopei să se muleze după aceste asperităti → aderentă
îmbunătătită la suprafata de rulare
Cauciucul dintr-o anvelopă de vară se rigidizează cu scăderea temperaturii → se
comportă ca un material plastic → ruperea aderentei are loc foarte usor (la
demaraje, frânări sau viraje) → uzură prematura a anvelopei prin abraziune
cu asfaltul
http://www.mobiletyremaintenance.co.uk/Mobile_Tyre_Maintenance/Winter_Tyres.html
Anvelope
Anvelope de vară / iarnă
Anvelopele de iarnă sunt caracterizate prin prezenta "lamelelor" pe crestele
profilului.
Acestea se deformează mult mai usor decât un bloc compact, mulându-se pe
suprafata de rulare si asigurând o aderentă mult îmbunătătită atât la demaraj
cât si la frânare.
http://www.mobiletyremaintenance.co.uk/Mobile_Tyre_Maintenance/Winter_Tyres.html
Materiale polimerice si compozite. © UPB
11
Anvelope
Marcaje pe anvelopa:
https://www.anve.ro/info/ghid-marimi-anvelope http://www.pirelli.com/tyre/ro/ro/homepage.html
Nerespectarea valorilor indicilor de sarcina sau
viteza poate conduce la defectarea anvelopei
(inclusiv explozia in mers) datorita suprasolicitarii
Echivalenta dimensionala
Diametrul total al anvelopei (inaltimea) trebuie sa coincide (deci si circumferinta)
- limita acceptata este de +/- 3% (fata de dimensiunea standard)
- trebuie avut grija la limitarile constructive ale autovehiculului
Materiale polimerice si compozite. © UPB
12
Anvelope
Stickere pe anvelopa:
Reglementarea EC/1222/2009 urmareste trei obiective importante:
- imbunatatirea eficientei energetice (reducerea consumului de carburant)
- creşterea sigurantei rutiere (aderenta pe carosabil umed)
- reducerea nivelului de zgomot produs în trafic (la viteza constanta)
Anvelope
Comportamentul anvelopelor pe carosabil umed
Pe carosabil umed anvelopele prezintă fenomenul de "alunecare"
- coeficientul de frecare statică depinde de viteza autovehiculului, starea
cauciucurilor si starea drumului.
- uzura anvelopelor conduce la coeficienti de frecare mai ridicati pentru drum
uscat, dar scad puternic pe drum umed.
- in cursele auto pe asfalt, în caz de
asfalt uscat, se utilizează
anvelope fără profil al benzii de
rulare (asa numitele "slick"-uri
= sterse), care au coeficient de
frecare mai mare (peste 1,5).http://www.webtire.eu/index.php?p=leiras
Materiale polimerice si compozite. © UPB
13
Anvelope
Acvaplanarea
- este fenomenul prin care cauciucul pierde contactul cu drumul, miscându-se doar
pe suprafata apei → nu se mai păstrează control asupra directiei si vitezei
masinii
Cauzele acvaplanării:
- adâncimea băltii de apă de pe drum
- profilul anvelopei care împiedică evacuarea apei din zona de contact cu
drumul
- viteza prea mare a autovehiculului;
- presiunea exercitată de vehicul asupra drumului, direct proportională cu
greutatea si aerodinamicitatea autoturismului
În ciuda părerii generale, pneurile mai late sunt mai predispuse acvaplanării.
Anvelope
Acvaplanarea
Materiale polimerice si compozite. © UPB
14
Anvelope
Anvelopele sunt supuse unei game largi de solicitări (poate mai variate decât orice
alt produs) atât datorate functionării cât si factorilor de mediu.
Astfel, o anvelopă suportă pe durata utilizării
- milioane de flexionări
- abraziune continuă datorată rulării
- abraziune accentuată datorată accelerărilor si mai ales frânărilor
- umiditate (ploaie, zăpadă)
- temperaturi variate (de la +50÷60 °C vara, până la temperaturi negative
-20 ÷ -30 °C iarna)
- radiatie UV la expunerea directă în razele soarelui
- diverse chimicale (uleiuri, combustibili, diverse solutii degivrante)
- alti factori de mediu (ozon, ploi acide).
Anvelope
Rularea cu anvelope sub-umflate (desumflate) = una dintre cele mai întâlnite
cauze ale problemelor pneurilor (presiune sub limitele date de producător).
Presiunea din anvelope tinde să scadă in timp datorită
- deficienţelor de montare pe jantă sau a ventilului
- permeaţiei gazului din interior către exterior (fenomen normal, datorat
diferenţelor de presiune parţială dintre interior şi exterior)
- variaţiilor de temperatură (scăderea temperaturii mediului).
Se recomandă verificarea presiunii anvelopelor cel puţin o dată pe lună.
http://cartiere.ro/134510-anvelope-informatii-tehnice-generale
Materiale polimerice si compozite. © UPB
15
Anvelope
Factori care influenteaza uzura