1

MATERIALELE CONSTITUENTE ALE UNUI AUTOMOBIL. MASELE PLASTICE

1.1. Generaliti privind utilizarea materialelor la automobile Materialele folosite la realizarea automobilelor au cunoscut mbuntiri continue i ponderea acestora s-a modificat n favoarea celor ce impun tehnologii mai performante, ce conduc la realizarea de piese mai uoare, mai durabile, mai confortabile, mai ieftine i cu posibiliti de reciclare. Ponderea maselor plastice n masa proprie a automobilelor a crescut n ultimii 30 ani de 5-6 ori, a aluminiului, care este foarte apt pentru reciclare, a crescut de mai mult de trei ori. Rezolvarea problemelor de depoluare a impus apariia n componena automobilelor a me-talelor preioase [elemente active n catalizatorii auto (piese relativ scumpe) cu pondere de circa 5 % n preul acestora] precum i a ceramicii cordieritice. Prezentarea grafic orientativ a ponderii diverselor materiale la realizarea automobi-lelor moderne poate fi urmrit n figura 1.1.

Fig. 1.1. Ponderea diverselor materiale n realizarea unui automobil modern

La producia european actual de circa 15.000.000 de automobile, la o greutate medie de o ton, cantitatea de materiale plastice utilizate n domeniul auto este de aproape 2.000.000 tone.

Materialele metalice (table, oeluri, fonte i aliaje de aluminiu) sunt ntotdeauna preponderente n construcia automobilelor de mare serie. Ele reprezint aproximativ 70-75 din greutatea unui vehicul. Acestea se repartizeaz aproximativ astfel: 40% table, 15% oel, 12% font, 6% neferoase. Materialele anorganice diverse, n mod special sticla, reprezint 4% din greutatea unui vehicul. Materialele organice n special polimerii, reprezint 20-25% din greutatea unui

vehicul. Ele se repartizeaz astfel: ~5% produse diverse (vopsele, adezivi, masticuri, bitumuri, fibre textile), aproximativ 12% materiale plastice (termoplastice i termorigide cu ncrcatura sau nu, din care aproape 1% plastice textile) i circa 5%, sau ntre 40 i 50 Kg, cauciucuri elastomeri, repartizate n piese diverse (numite i cauciucuri industriale) i pneuri. Pe scurt, dac se ia n considerare procentajul relativ al materialelor n vehiculele astzi, pentru Renault i ali constructori europeni, americani sau japonezi se constat situaia actual este relativ stabil.

Fig. 1.2. Duritatea unor materiale i poziia lor fa de principalele scri de duritate

n ceea ce privete duritatea, materialele utilizate la realizarea autoturismelor, acoper practic ntreaga gam; de la materiale cu duritatea foarte mic la cele cu duritate foarte mare. Figura 1.2. prezint o sumar ncadrare a materialelor dup duritate i principalele scri utilizate.

1.2. Mase plastice pentru automobile Utilizarea maselor plastice (MP) la automobile a nceput la sfritul deceniului IV al secolului XX, printre primele utilizri fiind realizarea de butoane colorate din bakelit pentru comenzi la plana bord. n anul 1955 s-a realizat primul automobil cu caroseria realizat n ntregime din poliester armat cu fibr de sticl (Chevrolet Corvette) iar n ultimii ani ai secolului XX au nceput s se foloseasc MP transparente la realizarea de faruri, polipropilena pigmentat n mas, s se impun MP vopsite. Ponderea lor pe autoturism a crescut continuu, de la circa 2% n 1962 la circa 6% n anul 1980, la circa 8% n anul 1985 i la 12-14% actualmente (pentru Audi A2 de exemplu, ponderea ajunge la ~20%). Utilizarea MP la automobile a impus foarte

repede i necesitatea vopsirii acestora, la nceput pentru a ascunde anumite defecte, ns foarte repede aceasta a devenit un atu important pentru calitatea prescris. Ele au contribuit, n ultimii 30 ani, la reducerea zgomotului la automobile cu 10 dB de la 80dB la ~70dB, la ameliorarea confortului, sunt reciclabile, conduc la reduceri importante de costuri i datorit greutii reduse particip la nfptuirea obiectivului CAFE (Corporate Average Fuel Economy) ce i l-au impus constructorii europeni de reducere a consumului i prin aceasta, a emisiilor de CO2 la 140 g/km. Masele plastice sunt materiale obinute pe baz de compui macromoleculari de tip plastomeri, prin adugarea de componeni de umplutur, plastifiani, colorani, lubrifiani i alte adaosuri, care favorizeaz transformarea amestecului plastic - la temperaturi i eforturi determinate - n semifabricate sau produse finite. Compuii macromoleculari (polimerii) se mpart n elastomeri i plastomeri dup cum temperatura lor de tranziie vitroas este inferioar sau superioar temperaturii ambiante. Din cauza proprietilor slabe, neconvenabile, la temperatura ambiant, cauciucurile necesit o reticulare care s le ofere caracteristici de elasticitate dup prelucrarea n forma dorit. Plastomerii nclzii peste temperatura lor de tranziie vitroas permit prelucrarea; rcirea crend interacii intermoleculare puternice, care le ofer o rigiditate ridicat. Acestea i n mod special materialele plastice armate (MPA), s-au impus n industria productoare de mijloace de transport auto datorit faptului c rspund necesitii de a se crea construcii uoare, ieftine i rezistente. Frecvent pentru automobile sunt utilizate aa-numitele aliaje, adic amestecurile nemiscibile de polimeri la care scara de dispersie este micronic, unde prin mijloace fizice i chimice se stabilete o morfologie a unor faze stabile. Spre deosebire de acestea amestecurile miscibile sunt cele la care nu exist nici o segregare ntre macromolecule la scara lor (de 0,1 m sau mai puin). 1.2.1. Compoziia maselor plastice Masele plastice destinate realizrii de piese auto sunt compuse din: polimeri sintetici (component majoritar), umplutur pn la 40% (foarte rar > 40%), lubrifiani 1...2%, colorani pn la 1,5%, plastifiani, stabilizatori i ali componeni < 2%. Polimerii sintetici, care sunt componenii de baz ai maselor platice se obin prin: poli-merizare, policondensare sau poliadiie. Polimerizarea este procesul chimic de formare a macromoleculelor, n condiii de temperatur i presiune determinat, utilizndu-se monomeri identici. Polimerii obinui conin, de regul, molecule filiforme lungi care se unesc prin mpletire lsnd interspaii mai mari dect cele cu ramificaii tridimensionale.

Schema general de desfurare a procesului chimic de polimerizare:

nA (A)n

n - numr de molecule de monomer, A monomer. Se obin prin polimerizare: polietilena, polipropilena, polisterenul, polimetacrilatul, policlorur de vinil. Policondensarea este procesul chimic de obinere a macromoleculelor prin unirea a cel puin dou tipuri diferite de molecule elementare (monomerii A, B, C.) n urma

+ iniiatori, inhibitori, stabilizatori

T(K) p(N/m2)

condensrii repetate n prezena unui catalizator, cu formarea de produse secundare ap, alcool sau acid. Macromoleculele formate se dezvolt tridimensional (ramificaie spaial); prin presarela cald unele devin rigide, infuzibile i insolubile n solveni, iar altele se nmoaie prin nclzire. Schema general a procesului:

Prin policondensare se obin: rinile fenol - formaldehidice, poliesterii, siliconii, policarbonaii etc. Poliadiia este procesul de combinare a dou substane de natur chimic diferit care formeaz macromolecule fr separarea de produse secundare. Prin poliadiie se obin: rinile epoxidice, poliuretanii etc. 1.2.2. Clasificarea maselor plastice Cel mai util criteriu de clasificare este din punct de vedere al modificrilor pe care masele plastice le sufer n timpul formrii la cald prin presare, injecie etc. Pe acest criteriu acestea, n construcia de maini, se mpart n dou mari grupe: termoreactive (termorezistente, termorigide) i termoplaste. Masele plastice termoreactive se caracterizeaz prin transformri chimice ireversibile care au loc sub influena cldurii i presiunii (n timpul prelucrrii prin presare, turnare, etc). Dup transformare masele termoreactive devin infuzibile i insolubile n solveni organici. Exemple de materiale plastice termoreactive (termorigide): poliaminele (aminoplastele), polimerii epoxi, polimerii fenolici (fenoplastele), polimerii siliconici. Masele termoplastice sunt constituite din macromolecule filiforme sau tridimensionale care se caracterizeaz prin transformri fizico-chimice reversibile. Se dizolv i solveni specifici, n special la cald. Exemple de materiale termoplastice: poliamidele, poliolefinele (polietilena, polipropilena etc), polistirenul, policlorur de vinil, etc. Alturi de polimeri, n mase plastice, se gsesc i alte componente cu diverse roluri, menionate n continuare. Materiale de umplutur i armare sunt substane chimice simple sau compuse, de natur mineral, vegetal sau animal, utilizate n scopul modificrii sau extinderii, n Iimite acceptabile, ale unor proprietii ale maselor plastice n care se ncorporeaz, contribuind totodat i la o reducere de pre a acestora. Cele mai utilizate sunt: materialele de umplutur fibroase (fibrele de sticl, naylon, bumbac macerat,

maresc in general rezistena la traciune) Al, negru de fum, grafitul - care mresc conductibilitatea termic; caolinul, carbonaii, talcul - care mbuntesc stabilitatea dimensional. Plastifianii sunt substane organice cu volatilitate sczut sau chiar nul, care mbuntesc proprietile elastice i plastice (ftalaii, adipaii). Stabilizatorii sunt substane care adugate polimerului au rolul de a atenua sau elimina reaciile de degradare termic, oxidativ, fotochimic, n timpul prelucrrii, utilizrii sau depozitrii sub aciunea cldurii, luminii solare, oxigenului sau intemperiilor.

(ap, alcool, acid)

+ catalizator acid sau bazicntA+n2B +n3C Policondensat

Coloranii i pigmenii imprim efectul cromatic dorit i aspectul corespunztor desfacerii produsului. Coloranii sunt substane solubile n proporii diferite n mase plastice. Se utilizeaz mai puin datorit rezistenei reduse la lumin, cldur i tendinei de migrare. Pigmenii sunt insolubili n masele plastice. Sunt att de natur organic ct i anorganic (mai utilizai datorit stabilitii mai bune).

1.3. Materiale plastice termoplastice Masele plastice termoplastice (Termoplasticele) sunt constituite din catene ramificate, au punct de topire i se mpart n clase: amorfe i cristaline. Cele amorfe nu au o ordine molecular aparent, (structura seamn cu a unui lichid), nu au o temperatur de topire precizat i prezint o faz de nmuiere. Se caracterizeaz printr-o uoar contracie, bun comportare la oc, stabilitate dimensional. n aceast categorie, dintre termoplasticele utilizate la automobile, intr: PC, ABS, PVC... (semnificaia prescurtrilor se va gsi n paragrafele urmtoare) Cele cristaline au o structur ordonat ntr-o matrice amorf. Au o bun comportare la oboseal, un coeficient de frecare sczut, o bun comportare la aciunea chimicalelor. Din aceast categorie menionm: PE, PA, PTFE. Masele plastice termoplastice sunt cele mai utilizate la automobile i sunt prezentate, pe scurt, n continuare, punndu-se accent pe proprietile care le favorizeaz pentru utilizarea la realizarea de piese auto. 1.3.1. Copolimeracrilonitril-butadien-stiren (ABS) ABS-ul rezult prin copolimerizarea a trei monomeri: Simplificat are formula structural:

(- CH2 -CH- CH2 -CH=CH- CH2 - CH2 -CH-)n l l CN C6N5 -metilstirenul poate nlocui parial sau total stirenul. Variaia proporiilor din fiecare monomer conduce la obinerea unor tipuri de ABS cu diferite proprieti prin creterea coninutului de butadien, care este de fapt scheletul pe care se grefeaz ceilali monomeri, se obine o rezisten mai bun la oc i mai mic la traciune; prin creterea cantitii de stiren i de acrilonitril crete rigiditatea; utilizarea -metilstirenului conduce la obinerea unor variante de ABS cu rezis-ten termic ridicat. Avantajele (proprietile convenabile) ale ABS: rigiditate i rezisten la oc, care permit realizarea de piese cu grosimi mici, rezisten la uzur, rezisten la ptare

CH2 = CH - CN (acrilonitril) CH2 = CH - CH = CH2 (butadien) copolimerizare ABS C6H5-CH = CH2 (stiren)

(-CH2-CH-)n I CH3

satisfctoare, chiar bun, fa de lacuri, de uleiuri, de detergeni, luciu bun la suprafa, rezisten la cldur i stabilitate dimensional. Are rezisten mare la oc i la temperaturi ridicate. Unele tipuri au rezisten bun la oc i la -40C. Se poate prelucra prin: injecie, extrudere, vacumare, se poate lipi cu adezivi, se poate decora, cu aplicare de lacuri, sau metaliza prin acoperire galvanic. Evoluia acestui tip de material se caracterizeaz mai ales prin apariia de aliaje pe baz de ABS care permit ameliorarea comportrii termice i / sau la oc: ABS / policarbonat, ABS / polietilentereftalat, ABS / polisulfon, ABS / poliuretan. La automobile ABS-urile sunt utilizate la realizarea de piese de interior (cutii de acte, tablouri de bord etc.) la care trebuie s se tin cont de stabilitatea dimensional, aspect suprafa, rezisten termic i la oc i la realizarea de piese de exterior (grile, cutii, stopuri etc). Aliajul ABS / PC - este utilizat pentru realizarea diferitelor repere auto ca: plan bord, cochil volan, bloc lumini, console, grile etc. Denumiri comerciale uzuale: Lustran, Novodur, Ugikral, Toyolac etc. 1.3.2. Polietilene (PE) Ca materiale termoplastice pe baz de polietilene se definesc (ISO 1872) homopolimerii sau copolimerii de etlilen care nu conin mai mult de 5% (molar) comonomeri -olefinici. Formula chimic general a polietilenei este: (- CH2 - CH2 -)n. Materialele pe baz de polietilen se pot prezenta n dou stri: lichide vscoase, cu aplicaie pentru lubrifiere; solide translucide, pentru formare. Materialul sub form de granule este o compoziie cu adaos de diveri aditivi: stabilizatori, lubrifiani, colorani etc. Produsele din polietilen prezint un tueu gras, sunt flexibile, cu suplee la grosimi mici. Polimerul are urmtoarele proprieti de care trebuie s se in seama la utilizarea pentru realizarea de piese auto: se nmoaie n jurul temperaturii de 115C, devine casant Ia temperaturi sub -25C i se descompune aproape de temperatura de 300C. Uzual polietilena se clasific dup densitate: mic (joas): 0,910-0,925 g/cm3, medie: 0,920-0,940 g/cm3 i mare: 0,941-0,970 g/cm3. Polietilena de nalt densitate (Argetena) realizat la SNP PETROM, Sucursala Arpechim Piteti, se utilizeaz la realizarea de cuzinei pentru rotule de suspensie precum i la o serie ntreg de repere fr exigene deosebite. Sortimente de polietilene se utilizeaz pe scar larg la realizarea rezervoarelor auto de combustibil. Denumiri comerciale mai uzuale ale polietilenelor i derivailor sunt: Argetena, Hostalen, Lupolen, Celene, Alkathene, Natene. 1.3.3. Polipropilena (PP) Rezult prin polimerizarea propilenei i are formula chimic: i greutatea specific 0,890-0,910 Kg/dm3.

Polipropilena se prezint structural sub 3 forme: izotactic (cnd gruprile CH3 sunt plasate de aceeai parte a lanului principal hidrocarbonat), sindotactic (cnd gruprile CH3 sunt plasate de o parte i de alta a catenei principale, alternativ i regulat) i atactic, care prezint o configuraie strict neregulat, ceea ce nseamn i unele proprieti difereniate. Polipropilena se remarc prin: caracteristici mecanice bune, rezisten la temperatur (mai bun ca a PE), rezisten la abraziune i fisurare i inerie chimic mare. Prin copolimerizare cu etilena se mbuntete rezistena la oc. n domeniul automobilelor, piesele din PP formeaz piaa cea mai important. Pentru caroserie PP a fost adoptat pentru bare paraoc i panouri laterale. Utilizat singur, n asociere cu copolimer etilen-propilen-dien (pn la 25% EPDM) sau ranforsat este pe cale de a nlocui SMC-ul pe baz de poliesterul nesaturat. Compounduri pe baz de PP se dezvolt pentru utilizri la spoirele i piese de aerisire. Sub capot se utilizeaz curent (PP cu 20% i 40% talc i negru de fum) la conducte de nclzire i climatizare (piese supuse continuu la temperatur ridicat i la ocuri termice), pentru capac rezervor lichid de frn i la realizarea de bacuri pentru baterii de acumulatori. n habitaclu principalele aplicaii sunt pentru realizarea cutiilor de acte, ce echipeaz unele tipuri de autoturisme, a unor elemente tablou de bord, pentru supori scaune etc, iar n variante cu 30% fain de lemn la realizarea de inserii pentru mbrcminte portbagaj. Ponderea gravimetric a polipropilenei pe ansamblu MP folosite la automobile a crescut substanial n ultima perioad (de la circa 29% n 1996, la circa 41% n anul 2001). Spume de polietilene i polipropilene reticulate, oferite de filiala european a firmei japoneze SEKISUI, sunt utilizate de mai bine de un deceniu la fabricarea prin termoformare a absorbanilor acustici pentru motoare i cutii viteze. Denumiri comerciale uzuale mai des ntlnite: Hostalen PP, Moplen, Noblen, Vestolen P, etc. 1.3.4. Poliacetali Din grupa poliacetalilor fac parte polimerii de tipul: poliformaldehid, poliacetaldehid etc, mpreun cu copolimerii i derivaii respectivi. Principalele tipuri de polimeri din aceast grup puse n prezent n fabricaie industrial sunt cei pe baz de formaldehid, cu denumirea i de polioximetilene (POM). Poliformaldehid (homopolimer), are formula structural:

[O-CH2-O-CH2-O-CH2-]n

Proprietile fizico-mecanice i preul de cost al poliacetalilor sunt apropiate de cele ale metalelor uoare (Zn, Al, Mg etc.) i ca atare pot s le nlocuiasc avantajos. Avantajele care le recomand pentru utilizarea la automobile sunt: coeficient de friciune mic (care nu prezint variaii ntr-un domeniu mare de temperatur), rezistena buna la abraziune (superioar majoritii polimerilor termoplastici cu excepia poliamidelor), stabilitatea dimensional bun, absorbia mic de ap (< 0,9%), comparativ cu poliamidele (pn la 10%) i nu sunt sfarmicioase la frig (ca poliamidele). Ca aspect, obiectele pe baz de polimeri acetali sunt de culoare alb lucioas, neagr (cnd conin negru de fum sau pigmeni negri), iar n seciuni

foarte subiri (0,025 mm) translucide. Se pot colora divers nuanat. Armarea lor se poate face cu PTFE, care prezint coeficient de frecare mic sau cu fibre de sticl pentru mbuntirea caracteristicilor mecanice. Se utilizeaz la realizarea de piese sub capot, buoane rezervoare benzin, component centuri de securitate, tergtoare parbriz, flotoare carburatoare, componente retrovizoare etc. Denumiri comerciale uzuale: Delrin, Hostoform, Ultraform, Alkon, Duracon etc. 1.3.5. Poliamide (PA) Aceti polimeri au n structur gruparea [ -CO NH- ] i rezult din policondensarea aminelor (de regul diamine) cu acizi (n special diacizi), sau prin policondensarea acizilor aminici. Clasificarea uzual a poliamidelor este cea numeric, bazat pe indicarea numrului de atomi de carbon din amina respectiv urmat de numrul de atomi de carbon din acid. Cele mai utilizate poliamide n construcia de autovehicule sunt: poliamida 6, poliamic 6-6, poliamida 6-10 i poliamida 11 (PA 6, PA 6-6, PA 6-10, PA 11). Poliamida 6 se obine din acidul aminocapronic sau din caprolactam:

Formula poliamidei 6 este: [ HN(CH2)5CO - ]n Poliamida 6-6 se obine prin policondensare din acid adipic i hexametilendiamin:

nHOOC(CH2)4COOH+nH2N(CH2)6NH2HO[OC(CH2)4CO-NH(CH2)6NH]nH + (2n-1)H2O

Poliamida 6-10 [-NH(CH2)6NH CO(CH2)8CO-]n este un copolimer al hexametilendiaminei cu acidul sebacic.

Poliamida 11 [HN(CH2)10CO -]n este pe baz de acid aminoundecanoic.

Proprietile ce le fac avantajoase pentru utilizare la realizarea de piese auto sunt: rezisten mare la abraziune, coeficient mic de friciune, rezisten bun la oc repetat, rezisten relativ bun la ageni chimici, uzinare bun. Preul lor relativ sczut, ca i avantajul de a putea fi vopsite au fcut din PA un nlocuitor convenabil al aliajelor uoare. Proprieti dezavantajoase: sensibilitate i absorbie mare la ap, la unele tipuri ajungnd pn la 10%, acest lucru influennd comportarea pieselor. Absorbia poliamidei pentru ap, alcool i unii dizolvani descrete n ordinea PA tip 6, 6/6, 6/10 i 11. Pentru asigurarea unor proprieti tehnice la polimeri menionai, se adaug aditivi, pluturi, ageni de ranforsare, materiale de lubrifiere (grafit, MoS2, PTFE.) etc. Poliamidele se pot prelucra prin compresie, injecie, extrudare, suflare, turnare, sinterizare, acoperiri pulberi, termoformare. Se pot lipi cu soluii apoase de fenol (12% ap). Sortimente de poliamida 6 cu fibr de sticl romneti utilizate frecvent la realizarea de piese auto sunt: PA-FS-10 -> PA 6 cu 10% fibr de sticl, PA-FS-15, PA-FS-20, PA-FS-25, PA-FS-30. Dintre sortimentele cu lubrifiani solizi sunt de menionat poliamidele cu grafit (Relamid BG4 - poliamida 6 cu 4% grafit, Relamid BG4T - poliamida 6 cu 4% grafit i termostabilizat), poliamidele cu MoS2, (Relamid BM1T poliamida 6 cu 1% MoS2 stabilizat, Relamid BMO5T - poliamida 6 cu 0,5% MoS2 stabilizat).

H2N(CH2)5COOH HN(CH2)5 - CO- H2O

Poliamidele sunt utilizate pentru realizarea de piese din compartimentul motor, cu condiii de rezisten la temperaturi relativ ridicate i fluide: bazine de radiatoare, capace culbutori, ntinztoare lan, ansamble tubulaturi de admisie (PA66 ranforsat cu fibre de sticl), pentru realizarea de piese de exterior (ornamente roi, mnere etc), pentru realizarea de piese de interior (manivele, mnere, mecanisme scaune etc). Sortimente de PA cu talc sau grafit se folosesc la realizarea de piese unde este necesar i lubrifierea (ex: piese ale mecanismului de comanda al cutiilor de viteze). Ponderea gravimetric a poliamidelor, pe ansamblu MP folosite la automobile, a crescut substanial n ultima perioad (de la circa 5% n 1996, la circa 10% n anul 2001). Denumiri comerciale uzuale: Grilon, Vestamid, Ultramid, Technil, Relon, Romamid, Rilsan, Silon, Capalon, Nylon, Trelon etc. 1.3.6. Polioxifenilene Sunt polimeri aromatici obinui prin polimerizarea oxidativ a 2,6 dimetilfenol n pre-zena unui catalizator pe baz de Cu. Polioxifenilenele formeaz cu polistirenul unul din rarele amestecuri termoplastice natural miscibile. Proprietile mecanice i termice ale polioxifenilenelor modificate depind de coninutul n polistiren i n elastomer pe de o parte i de coninutul n fibr de sticl pe de alt parte. Piesele realizate din astfel de materiale au o stabilitate dimensional foarte bun ntre -40C i 110C (adesea chiar spre 200C) i un coeficient de frecare ridicat (de ordinul a 0,4). Absorbia de ap este mic i nu modific proprietile mecanice. Pot fi sudate cu ultrasunete sau prin friciune. La automobile se folosesc pentru realizarea de recipieni pentru lichide, cutii pentru bobine de aprindere, piese de tablou de bord i de interior, elemente de ventilaie i climatizare, piese mecanice compozite cu cauciucurile. Denumiri comerciale uzuale: Noryl, Vestoran, Luranyl. 1.3.7.Policlorura de vinii (PVC) PVC-ul are formula structural [- CH2 - CHCl-]n, masa molecular medie ntre 10000 i 100000 i un coninut de clor de circa 57%. n amestecurile de formare n afar de pulberea de PVC se adaug diveri aditivi: plastifiani, lubrifiani, colorani, materiale de umplutur. Se pot obine o mare varietate de produse: rigide (neplastifiate) rezultate din compound-urile de formare fr plastifiant, semirigide (cu 5 + 10% plastifiant), flexibile (plastifiate cu 10 60% plastifiani). Se mai pot obine i alte produse ca: plastisoli (paste), spume (expandate), fibre monofilamente. Se utilizeaz n construcia de automobile la realizarea de piese de ornamentaie in-terioar i exterioar, mbrcminte cabluri, tuburi de protecie, piese ranforsate, cotiere, la esturi impregnate (piele sintetic) etc. Este un material uor reciclabil. 1.3.8.Poliuretanii Poliuretanii au formula structural [- R - NH - CO - OR1]n i sunt de dou feluri: termorigizi i termoplastici Poliuretanii termorigizi se obin din izocianat + polieter sau izocianat + poliester.

Poliuretanii termoplastici se obin din poliizocianai (uzual un diizocianat) + dialcool (sau ali compui ce conin atomi de H), avnd proprieti apropiate de cele ale poliamidelor. Produsele comerciale se prezint sub forme diverse: spume (la matlasuri scaune auto, plan bord, volane etc), polimeri termoplastici, elastomeri, adezivi, lacuri etc. 1.3.9. Policarbonai Sunt poliesteri ai acidului carbonic fabricai prin policondensarea interfacial a fosgenului (COCl2) n soluie organic i a unei soluii apoase a unui bisfenol. Au plaja de temperaturi de utilizare larg (de la -150C la +135C). Se remarc prin caliti deosebite ca: rezisten mecanic i rezilien ridicat, rezisten la deformarea la cald, stabilitate dimensional, transparen (utilizri optice), stabilitatea la ageni atmosferici. La automobile se folosesc la realizarea de elemente de decoraie tablou bord, la realizarea de faruri monobloc. Denumiri comerciale uzuale: Makrolon, Lexan, Sinvet etc. 1.3.10. Polimeri cu fluor (fluoroplaste) Dintre polimerii cu fluor politetrafluoretilena (PTFE) este cea mai cunoscut. Are rezisten chimic mare i la temperaturi ridicate i sczute (-250C+260C), coeficient de friciune mic ( = 0,05 0,3), rezisten bun la abraziune, densitatea 2,16g/cm3, punctul de topire 327C. La automobile se utilizeaz la realizarea de piese de etanare tije supape i n calitate de component n produse speciale de lubrifiere. n general se recomand la realizarea de piese cu autolubrificaie. Este cunoscut sub denumirea de Teflon. Dezavantaje: prelucrare greoaie (necesit temperaturi foarte ridicate), pre de cost ridicat, coeficient de dilatare mare.

1.4. Materiale plastice termorezistente 1.4.1. Fenoplastele (bachelitele) Sunt mase plastice ce rezult prin policondensare din fenoli (sau derivaii acestora) i aldehide sau cetone. Din grupa fenoplastelor fac parte: lacurile fenolice, rinile de turnare, materiale armate prin impregnare cu rin fenolic, prafurile de presare. Lacurile fenolice se obin prin dizolvarea Novolacului sau Rezolilor n alcooli, aceton sau esteri. Se ntrebuineaz la acoperirea suprafeelor metalice prin bachelitizare, pentru protecia mpotriva aciunii corosive (exemplu: la protecia interioar a rezervoarelor de combustibil pentru autovehicule militare). Rinile de turnare pot fi turnate n forme la 60 80C. Se pot aduga i componeni auxiliari (fin de lemn, mic). Materiale armate prin impregnare i stratificare. Dup felul materialului impregnat se pot obine sortimentele: textolit - estur de bumbac presat + rin (se utilizeaz la realizarea

pieselor izolatoare pentru echipamentul electric al autovehiculelor); stecloplexul - estur de fibre de sticl + rin; pertinaxul - hrtie impregnat cu rin fenolic i presat; praful de presare - rin Novolac solid + fin de lemn i talc > piese cu o

stabilitate termic i chimic ridicat. La fenoplaste se remarc urmtoarele proprieti: proprieti mecanice bune, care depind ns de arja utilizat (fain de lemn, fibre bumbac, mic, ...), rezisten bun la cea mai mare parte a agenilor chimici, excelent comportare termic (infuzibilitate) i o excelent stabilitate dimensional. Se utilizeaz la realizarea de piese care vin n contact cu suprafee fierbini: cale pompe benzin, cale carburator, capac delcou etc. 1.4.2. Rini poliesterice Poliesterii sunt polimeri care conin gruparea ( CO O). Se obin prin reacia de licondensare a diverilor acizi carboxilici cu polialcooli, punnd n libertate ap. Dup natura componentelor, rinile poliesterice pot fi: poliesteri saturai i poliesteri nesaturai. Proprietile mecanice ca i inflamabilitatea acestora depind substanial de natura arjei (CaCO3, silice, mic, fibre de sticl, de azbest, sintetice). Poliesterii nesaturai se utilizeaz, armai cu fibre de sticl, la realizarea de componente de caroserie, bare paraoc, cabine. PET (polietilentereftalatul) se utilizeaz la automobile pentru realizarea de ventilatoare, mnere de viraj, iar PBT (polibutilentereftalatul) la faruri, elemente de aprindere. 1.4.3. Rini epoxidice Polimerii epoxi sunt materiale termorigide care conin grupe epoxi cu reactivitate mare. Reacia lor de ntrire este o poliadiie. Sunt materiale cu excelent comportare termic. Au aplicaii la realizarea de: rini de turnare cu proprieti mecanice i electrice bune, adezivi, masticuri, lacuri, vopsele, etc. Avnd o contracie foarte mic se folosesc la realizarea de modele pentru piese auto prototip. 1.5. Cerine generale ce se impun maselor plastice pentru utilizare

la autoturisme Cerinele pot varia n funcie de locul de amplasare a piesei pe autovehicul, dac sunt vizibile sau nu i de anumite cerine specifice de utilizare. n concordan cu aceste cerine de funcionare i amplasare, piesele pot fi mprite n patru categorii: piese de exterior vizibile, piese sub vehicul, piese n habitaclu i portbagaj i piese din compartimentul motor. 1.5.1. Piese de exterior vizibile Piesele realizate din mas plastic utilizate la exteriorul automobilelor pot fi vopsite n mas, sau decorate (prin vopsire, prin acoperiri electrochimice, metalizate sau acoperite cu filme autoadezive), nu trebuie s prezinte bavuri, defecte geometrice sau de decorare. Ele trebuie s fie realizate cu configuraii i din materiale plastice care s le permit s reziste corespunztor unor solicitri mecanice i climatice complexe pentru

(- C - C -)

O

asigurarea securitfii n exploatare i fiabilitii autoturismelor. Cu caracter orientativ, cerinele generale pot fi: s aib comportare bun la cldur fr deformaii i variaii dimensionale >1%; s aib comportare bun la oc la ambiant i s reziste la un impact, difereniat n funcie de zona de amplasare (piesele mai expuse la ocuri s fie realizate din materiale mai rezistente); s aib o comportare bun la oc la temperaturi sczute, de -30C -40C, corespunztoare poziiei pe care o ocup pe automobil. Alte exigene ce se impun a fi satisfcute de ctre piesele din mas plastic utilizate la exteriorul automobilelor sunt: rezisten la cicluri climatice umiditate / frig, umiditate / cldur, rezistena culorii la lumin, intemperii i la fluide, ptarea vopselelor (materialelor) s fie nul, rezisten la produse de protecie i rezisten la frecare uscat, la frecare ap cu spun, benzin i alcool. n figura 1.3 sunt prezentate exemple de definire a zonele de oc ale pieselor de la exteriorul autoturismelor, iar n figura 1.4 pentru zonele cu exigene n ceea ce privete comportarea la cldur.

Fig. 1.3. Exemplu de definirea a zonelor de oc la piese din materiale plastice

1.5.2. Piese sub vehicul

Sunt piese cu cerine de rezisten la cldur (stabilitate dimensional) la temperaturi mai puin ridicate, dect cele de exterior vizibile. Rezistena la lovire cu pietri i nisip trebuie s fie la nivelul cerinelor specifice piesei. Aprecierea se face msurndu-se timpul de strpungere al piesei la grosimea ei nominal, sau n funcie de masa (n grame) de material pierdut prin sablare timp de 5 minute.

Fig. 1.4. Exemplu de definire a zonelor de rezisten la temperatur pentru piese din

materiale plastice 1.5.3.Piese n habitaclu i portbagaj Sunt piese supuse radiaiilor solare directe, la care exigena pentru comportare la cald este mai sever (trebuie s reziste fr variaii dimensionale deranjabile la temperaturi mai ridicate). n habitaclu sunt i piese supuse la radiaii solare cu intermitene, sau la condiii moderate pentru care se aleg materialele convenabile. Se are n vedere rezistena la frig, dar n special la cldur i ocuri n funcie de amplasarea fiecrei piese n automobil. Pentru piesele n contact cu minile se impune o rezisten la transpiraie satisfctoare. Combustibilitatea orizontal (exprimat prin viteza de ardere (cerin FMVSS 302) a pieselor trebuie s fie satisfctoare: Vardere 100 mm/min. Vopsirea maselor plastice folosite la interior permite acestora de a satisface mai bine unele din cerinele specifice ca: rezistena la UV, rezistena mecanic, rezistena la ageni chimici, diminueaz factorii sonori perturbatori i n plus d habitaclului o armonie de culori i strlucire, ameliornd astfel calitatea. Pentru piesele vopsite au aprut cerine specifice, ca de exemplu senzaia pe care o dau la pipit. Evaluarea acesteia se face cu metode bazate pe msurarea microduritii, ce d informaii asupra elasticitii i plasticitii suprafeei vopsite i a forei de frecare. Sunt cerine complementare legate de: rezistena la gravaj laser, pentru a putea obine desene privind variaii de culori i intensitate luminoas, matizare complet (fr nici o reflexie a suprafeei); flexibilitatea la frig, caliti de reducere a coeficientului de friciune i prin aceasta de reducere a nivelului sonor; reducerea efectului anti-foggindo prin reducerea vitezei de difuzie a unor substane cu mas molecular mic existente n materialele plastice(aditivi); reducerea creterii temperaturii n habitaclu printr-o absorbie mai sczut a undelor electromagnetice n domeniul IR. 1.5.4.Piese din compartimentul motor Pentru piesele din compartimentul motor este necesar s se utilizeze materiale plastice cu o rezistena deosebit la temperatur i la aciunea agenilor chimici (ulei, unsoare, H2SO4, antigel, lichid de frn). Comportarea materialelor, respectiv a pieselor, la ocuri mecanice si termice este o condiie n alegerea materialului si

configuraiei piesei. Acestea trebuie s reziste la diverse cicluri climatice si s aib o comportare bun la produsele de protecie. Utilizarea maselor plastice n compartimentul motor necesit o grij special la alegerea lor. Efectele hidrocarburilor i ale altor chimicale la temperaturi ridicate indic limitele de utilizare ale acestora. Rezistena termic a unui material plastic este important dar nu este factorul decisiv, rezistena chimic fiind cea care d indicaii clare dac acesta este apt pentru aplicaii sub capot. Unele materiale dei pot suporta temperaturile din compartimentul motor nu sunt capabile s reziste la aciunea hidrocarburilor (uleiuri, combustibili, fluide de splare), apei calde, glicolilor, detergenilor. Mai mult, unele aplicaii specifice impun materiale rezistente la acizi (de exemplu pentru bateria de acumulatori) i la lichide de frn.

1.6. Criterii de alegere a unei mase plastice n alegerea unei mase plastice trebuie s se in cont de urmtoarele considerente: pentru ce utilizare i cu ce proprieti se folosete cu ce pre maxim de realizare n ceea ce privete proprietile de utilizare ale piesei care trebuie realizat, acestea depind de numeroase proprieti fizice i chimice, iar cele mecanice depind n bun parte de configuraia piesei. Aa cum s-a menionat anterior, ambiana (temperatura, radiaiile vizibile i ultraviolete, atmosfera oxidant, umiditatea etc.) n care este utilizat piesa este un criteriu esenial de alegere a tipului de mas plastic care se va utiliza. O serie de piese de sub capota motor i de pe caroserie trebuie s reziste n contact permanent sau ocazional cu diveri ageni chimici, ceea ce impune utilizarea anumitor mase plastice. Pentru caracterizarea i alegerea materialelor plastice se au n vedere, n special, urmtoarele proprieti: caracteristicile de rezisten la traciune (modulul, rezistena i alungirea la

rupere), definite de ISO R 527; rezistena la impact (oc Izod dup ISO 180, oc Charpy); rezistena termomecanic (temperatura de nmuiere Vicat - ISO 306,

temperatura de deformare sub sarcin - ISO 75); rezistena chimic (comportarea la diveri solveni, acizi, baze, ap); comportarea la foc (aditivi ignifugani au rolul de a opri propagarea combustiei). Este necesar ca la alegerea materialului s se determine n paralel punerea acestuia lucru, cci pot aprea diferene importante de caracteristici. Pe baza caracteristicilor acestora se pot face aprecieri generale n ceea ce privete utilizarea. Orientativ se pot folosi: la structuri mecanice primare: poliamidele, poliacetalii, policarbonaii, compozite ranforsate; la structuri mecanice secundare: poliamidele, poliacetalii, policarbonaii, polietilene, polipropilene, ABS; pentru piese de mari dimensiuni: polipropilene, polietilene, poliuretani, compozite ranforsate; pentru piese cu funcii optice: policarbonai, polimetacrilatul de metil, polistirenul; pentru piese cu comportare termomecanic deosebit: polimerii fluorura

1.7. Exemple de utilizare a materialelor plastice n industria auto

Exemple de utilizare a maselor plastice la autovehicule sunt prezentate n figurile 1.5 1.7. n figura 1.6. sunt prezentate, pentru exemplificare, o serie de repere din mase plastice obinute prin injecie. Este de menionat c unele piese se pot realiza att din mase plastice ct i din diferite sortimente de elastomeri. Caroserii, cisterne i rulote auto (Trabant, Porsche, Lstun n Romnia, Alfa Romeo, Mercedes Benz-300, Alpine, Matra etc.) s-au realizat n serie sau prototipuri folosind rini fenol-crezolice Duroplast sau rini poliesterice armate cu fibr de sticl. Tablouri de bord, lmpi de semnalizare i poziii, cadre i piese decorative s-au realizat din poliuretan, polistiren, polimetacrilat, fenoplaste etc. Piese pentru sistemul de alimentare combustibil pot fi exemplificate prin: rezervor de combustibil - din polietilen de nalt densitate, conducte benzin - din sortimente de poliamide (PA11 sau PA12), site carburator i pomp benzin - din poliamid. Piese pentru sistemul de rcire al motorului i condiionarea aerului: ventilatoare i vase de expansiune - din polipropilen; bazine pentru radiatoare rcire motor - din poliamid. Volane, mnere, butoane se execut din derivai celulozici, polipropilen, poliuretan etc. Piese izolatoare ale instalaiei electrice (pentru alternator, bobin de inducie, demaror) se execut, n general, din fenoplaste. Piese pentru sporirea confortului i repere decorative: matlasur scaune, sptare, rezemtoare cap - din spum poliuretanic; mbrcminte scaune, covoare din PVC plastifiat impregnat pe estur sau poliuretan; mbrcmintea pentru cabluri - din PVC plastifiat i ignifugat.

Fig. 1.5. Utilizarea maselor plastice la cablaje

Fig. 1.6. Piese din materiale plastice prezente n compartimentul motor la unele tipuri

de automobile Dacia fabricate dup anul 2000

Fig.1.7. Piese de mas plastic din Interiorul automobilului Dacia Solenza

2

ELASTOMERII l UTILIZAREA LOR LA AUTOMOBILE

2.1. Consideraii generale

Elastomerii sunt definii ca materiale care pot fi extinse la temperatura camerei la o lungime egal cu de dou ori lungimea iniial i care meninute n aceast stare extins timp de 5 minute, dup ncetarea forei, revin ntr-o perioad de timp similar extensiei la dimensiunile iniiale, cu abatere de maxim 10%. Cu alte cuvinte, elastomerii sunt acele materiale care pot fi ntinse i care apoi i recapt forma iniial. Elastomerii sunt de trei tipuri: cauciucurile (elastomerii vulcanizai), elastomerii termorigizi i elastomerii termoplastici. Cauciucul constituie o categorie de compui macromoleculari cu catene liniare, lungi i flexibile, care prin reticulare (vulcanizare) n anumite condiii de temperatur i presiune devin practic insolubili i infuzibili (deci neprelucrabili la cald). Elastomerii termorigizi sunt produse obinute prin reacia funciunilor chimice prezente pe monomeri, ca n cazul poliuretanilor. Acetia nu au ntotdeauna stabilitatea chimic a elastomerilor vulcanizai, cu lan pur carbonic. i elastomeri siliconici aparin acestei clase dei unele produse au proprieti apropiate de ale cauciucurilor vulcanizate. Elastomerii termoplastici reprezint o clas special de materiale care combin multe din proprietile favorabile ale elastomerilor vulcanizai (cauciucurilor), cu caracteristicile de prelucrare ale termoplastelor. Acetia au la temperatura obinuit comportare similar cauciucurilor vulcanizate.

n prezent numrul pieselor care se confecioneaz din elastomeri este foarte mare (la unele autovehicule depind cifra de 350), acestea contribuind la satisfacerea cerinelor sporite de securitate, confort, izolaie fonic, electric i la vibraii, de etanare la fluide i de rezisten la agenii de mediu. Elastomerii la care s-au adugat diverse ingrediente pentru a le mbunti anumit proprieti formeaz amestecurile. Norma ISO 1629-1976 mparte elastomerii n mai multe categorii desemnate prin litere. Cele mai utilizate sunt: grupa M pentru elastomerii cu caten saturat de tip polimetilen (EPDM pentru terpolimeri de etilena, de propilen i o dien...); grupa O pentru elastomerii cu oxigen n caten; grupa Q pentru polisiloxani; grupa R pentru cauciucuri nesaturate (NR pentru cauciucul natural, BR pentru cauciucul butadienic, SBR pentru cauciucul butadienstirenic etc); grupa T pentru polisulfuri; grupa U pentru poliuretani.

n fiincie de destinaie, deci de condiiile concrete de funcionare, unii

constructori de automobile i productorii lor de piese din elastomeri vulcanizai mpart, de exemplu, amestecurile de cauciuc n 6 categorii, clasificare ce nu ine, n principiu, cont de compoziie, ci numai de proprietile fizico-chimice ale acestora. Cerinele legate de confort i sileniozitate presupune asigurarea calitii reperelor de cauciuc astfel: a) s se filtreze eficace vibraiile n toate regimurile pentru suspensiile motoarelor i

altor organe mecanice; b) rezistena la creterea temperaturii sub capot n condiiile reducerii volumului compartimentului motor s fie la nivelul noilor cerine; c) etanarea caroseriei s fie foarte bun (zgomotele aerodinamice s fie foarte slabe i dirijarea curenilor de aer la ui i pneuri s fie corespunztoare).

Cerinele de securitate i fiabilitate pentru piesele din cauciuc impun asigurarea unei etanri ct mai bune ale organelor coninnd fluide, avndu-se n vedere condiiile de permeabilitate i compatibilitate corespunztoare utilizrii acestora precum i utilizarea unor mijloace de control i simulare de comportament ct mai eficiente.

Cerinele legate de confort, sileniozitate, securitate i fiabilitate sunt strns corelate cu cele legate de protecia mediului ambiant, avnd n vedere necesitatea reducerii polurii (alta dect cea prin combustie) prin reducerea permeabilitii circuitului de carburant, a pierderilor de lubrifiani datorit neetaneitilor i a nivelului de zgomot. La utilizarea amestecurilor de cauciuc la realizarea de repere auto trebuie s se aib n vedere i posibilitatea de reciclare a materialelor, ca de exemplu: regenerarea (posibil la NR, SBR, EPDM), reutilizarea sub form de pudret i posibiliti de valorificare energetic.

2.2. Cauciucurile (elastomerii vulcanizai) n continuare, sunt prezentate pe scurt principalele tipuri de cauciucuri utilizate la realizarea de piese auto, caracteristicile acestora, avantajele i dezavantajele pe care le prezint, precum i exemple de utilizare. 2.2.1. Cauciucul natural (NR) Cauciucul natural se gsete sub forma unei dispersii coloidale (particule solide fine dispersate n ap) stabile, cu aspect lptos - denumite latex - n trunchiul i coaja unor arbori i n tulpinile unor plante (Hevea braziliensis, cocsagz, tausagz etc). Din punct de vedere chimic, cauciucul natural este un polimer al hidrocarburii diolefinice numit izopren, n care unitile monomerice sunt adiionate n poziia 1,4 i au configuraia cis sau trans: CH3 CH3 I I CH2 = CH - C = CH2 - izopren -> (- CHZ -C=CH- CH2 -)n - poliizopren

Cauciucul natural se gsete n latexul provenit din coaja crestat a Heveei, n proporia de 30-33% (polimeri) sub form de particule cu diametrul cuprins ntre 0,05 si 3m. Pentru separarea cacuciucului, latexul se coaguleaz prin adugarea unei soluii de 1% de acid acetic sau 0,5% acid formic. nainte de utilizare, cauciucul se supune operaiei de masticare; aceasta const n vluirea sau malaxarea materialului la cald n scopul transformrii lui ntr-un produs mai moale, uor de amestecat cu ingredienii de prelucrare. Prin masticare, masa molecular a polimerului se reduce simitor. n mod normal are gradul de polimerizare n = 1000 + 5000 i structur filiform. n stare brut este plastic la temperaturi obinuite, la -65C trece n faza sticloas i i modific duritatea, iar la +85C devine lipicios i i pierde treptat rezistena la deformaie. Este solubil n solveni nepolari (benzine,

ulei mineral etc). n condiii normale cauciucul este un polimer amorf, n care macromoleculele se prezint sub form de ghemuri nclcite ce pot fi ntinse mai mult sau mai puin prin traciune. La ncetarea traciunii, moleculele revin la forma iniial. n stare ntins, n masa de cauciuc se formeaz zone cristaline care dispar la revenire. Din amestecuri de cauciuc natural se realizeaz piese auto ca de exemplu: garnituri pentru pompa central, cuplaje elastice, cuzinei elastici etc. Simbolizare ASTM-D1418: NR Domeniul de temperatur pentru utilizare la amestecuri standard (n aer): -50 +105C. Duritate (Shore A): 40-90. Limitri: Rezisten slab la produse petroliere. 2.2.2.Cauciucuri sintetice Cauciucurile sintetice pot fi: cauciucuri de uz general sau cauciucuri speciale. Cauciucurile de uz general sunt acelea care, din punct de vedere al posibilitilor de exploatare, se apropie cel mai mult de cauciucul natural pe care l pot nlocui total sau n cea mai mare parte. n aceast clas se includ cauciucurile: butadien-stirenice, butadienice, izoprenice i etilen-propilenice. Cauciucurile speciale sunt produse care se deosebesc de cauciucul natural prin anumite caracteristici, ca de exemplu: rezistena fa de hidrocarburi, rezistena la acizi sau baze foarte tari, stabilitatea la temperaturi nalte etc. Dintre cauciucurile speciale se pot meniona: butadien-acrilonitrilice (rezistente la solveni), cloroprenice (rezistente la hidrocarburi aromatice i ali solveni), izobutenice (cauciuc butil cu mare impermeabilitate fa de aer i rezistent la oxidare), sulfidice (cunoscute sub denumirea de tiocoli, rezistente la solveni i temperaturi nalte), siliconice (rezistente la temperaturi nalte i foarte nalte), fluorurate (rezistente la solveni i temperaturi ridicate, foarte bune etanante). 2.2.2.1. Cauciucul butadien-stirenic (SBR) Se obine prin copolimerizarea butadienei cu stirenul sau -metilstirenul:

n(CH2 =CH-CH= CH)2 + m(C6H5 - C = CH)2 I CH3 CH3 I - [- CH2 -CH=CH- CH2]x [ C- CH2 ]y - [ CH2- CH ]Z I I C6H5 CH ll CH2 Cauciucurile sintetice romneti cunoscute sub denumirea de Carom (cauciuc romnesc) sunt copolimerii butadienei cu -metilstirenul. Cauciucurile butadien-stirenice au urmtoarele avantaje: histerezis foarte mare, rezisten la abraziune i coeficient de aderen mare la soluri moi, se fixeaz bine pe metale, rezist la cldur i nghe, au pre de cost redus i tehnologie de

fabricaie simpl. Se utilizeaz mpreun cu polibutadiena la confecionarea pneurilor pentru autoturisme, a izolatorilor de vibraii i ocuri i a garniturilor la instalaiile hidraulice, pentru barete paraoc, piese profilate etc. Sunt cunoscute sub denumiri comerciale ca: GR-S, Buna S etc. Simbolizare ASTM D1418: SBR. Duritate (Shore A): 40-90. Domeniul de temperatur pentru utilizare la amestecuri standard (n aer): -45C +100C. Limitri: Nu este recomandat pentru utilizare n medii cu produse petroliere, acizi tari sau ozon. 2.2.2.2.Cauciucul policloroprenic (CR) Se obine prin polimerizarea n emulsie a cloroprenului (CH2 = CCI - CH = CH2) i are, n principiu, urmtoarea structur:

...CH2 - CCI =CH- CH2 - CH2 - CCI = CH- CH2...

n raport cu legtura dubl unitile monomere au predominant configuraia trans, iar polimerul n ansamblu posed un grad de ordonare spaial relativ ridicat. Configuraia spaial i confer proprieti fizice i mecanice deosebite: rezistena deosebit la hidrocarburi (ulei, benzin), inclusiv la aromate; rezistena dinamic comparabil cu a cauciucului natural; rezistena sporit la mbtrnire. Se folosete la confecionarea de repere cu perei subiri (diafragme, garnituri, etc.) pentru instalaii de frnare, servodirecii, instalaii de alimentare cu combustibil, burdufuri rotule direcie i suspensie, burdufuri casete direcie etc. Simbolizare ASTM D1418: CR. n practic, cauciucurile cloroprenice sunt cunoscute sub diferite denumiri comerciale, ca de exemplu: Neopren, Noint. 2.2.2.3.Cauciucul izoprenic (IR) Prin cauciuc izoprenic se nelege compusul macromolecular sintetic stereoregular poli-1,4-cis-izopren, care reproduce din punct de vedere structural cauciucul natural. Datorit structurii sale identice cu cea a cauciucului natural, poliizoprenul sintetic trebuie s posede n principiu, proprieti fizice, mecanice i de prelucrare ale acestuia. Exist totui anumite deosebiri, deoarece produsul sintetic are dispersia (distribuia) maselor moleculare diferit de cea a cauciucului natural i spre deosebire de acesta nu conine substane naturale ca rini, acizi grai, proteine. Principalele caracteristici ale cauciucului izoprenic i ale celui natural sunt: rezistena mecanic bun; elasticitate i rezistena la flexiuni repetate; histerezis i transmisibilitate vibratorie reduse; aderena bun pe metal i textile; rezistena bun la temperaturi sczute. Simbolizare ASTM D1418: IR. Domeniul de temperatur pentru utilizare la amestecuri standard (n aer): -40 +120C. Duritatea (Shore A): 40-90.

Limitri: Este n general atacat de acizi oxigenai tari, esteri, cetone, hidrocarburi clorurate, aromate si nitrohidrocarburi. Denumiri comerciale: Natsyn, Ameripol SN, Baypren, Neopren etc. 2.2.2.4. Cauciucul butadien-acrilonitrilic (nitrilic) (NBR) Se obine prin copolimerizarea n emulsie a butadienei cu nitrilul acidului acrilic:

CH2= CH- CH= CH2 + CH3= CH-CN

... [CH2 -CH=CH- CH2]X - [CH CH2]y [CH2 CH]Z I I CN CH II CH2

unde x, y i z pot lua teoretic orice valoare cuprins ntre zero i gradul total de polimerizare. Tipurile de cauciuc din aceast grup se deosebesc ntre ele prin coninutul de nitril i prin structura macromolecular, ce depinde de reeta folosit i de condiiile de polimerizare. Principalele caracteristici, apreciate la realizarea de piese auto, sunt: proprieti mecanice bune; rezisten ridicat la aciunea produselor petroliere; stabilitate termic foarte bun pn la temperaturi de circa 125C. Variaia duritii, deformrii remanente, elasticitii, temperaturii de vitrifiere i respectiv temperaturii de fragilitate, sunt prezentate n figura 2.1.

Fig .2.1. Variatia unor proprietati fizice ale cauciucului butadien-nitrilic vulcanizat n functie de continutul de acrilonitril

Simbolizare ASTM Dl 418: NBR, XNBR. Domeniul de temperatur pentru utilizare la amestecuri standard (n aer): -40C+120C. Duritate (ShoreA): 40-90. Limitri: Solvenii puternic polari l pot deteriora (acetona, MEK, hidrocarburi

clorurate, nitrohidrocarburi). Exemple de denumiri comerciale: Hycar, Chemigum, Polysar, Krynac, Nysyn, Paracril, Perbunan etc. Exemple de utilizri: inele de etanare pentru arborele cotit i pentru arborii schimbtorului de vitez, garnituri baie ulei, garnituri capac chiulas etc. Deficienele cauciucului nitrilic referitoare, n special la comportarea la ozon i la mbtrnire au fost remediate prin hidrogenare, aprnd astfel un nou sortiment de cauciuc simbolizat HNBR. 2.2.2.5.Cauciucurile etilen - propilenice (EPR) Prin copolimerizarea etenei cu 25 + 50% molar propena se obtin produse cu desavarsire amorfe care, intr-un fel, nu sunt altceva decat polietilene necristalizate. Asemenea produse poseda proprieti elastomere excepionale i sunt cunoscute sub denumirea de cauciucuri etelen-propilenice (eten-propenice). Structura moleculara a acestor copolimeri poate fi exprimata cu aproximaie cu formula: CH3 CH3 CH3 l l l

CH2= CH2 + CH2=CH ... -CH2- CH2- CH2- CH-CH2 - CH2- CH-CH2- Dupa cum se observa usor, aceasta formula corespunde unei macromolecule de poliizopren saturata prin hidrogenare. Saturarea totala imprima acestor produse o stabilitate excepional la degradarea prin oxidare. Defectul principal al acestor cauciucuri consta n aceea ca, fiind total saturate, ele nu pot fi vulcanizate prin metode uzuale. Pentru a realiza reticularea unor asemenea elastomeri se utilizeaza peroxizi organici sau se introduce n compozijia lor, prin copolimerizare, o cantitate mica dintr-un al treilea monomer ce conine doua legaturi duble. Acest monomer poate fi ciclopentadiena {HC - CH} sau hexadiena. ll ll HC CH \ / CH2

Polimerii obinui prin copolimerizarea a trei monomeri (etena, propena i o diolefin) poart numele de terpolimeri, n practic folosindu-se adesea termenul EPT. Au o bun rezisten la ap cald, uleiuri siliconice, acizi diluai, baze diluate, alcooli, lichid de frn i ozon. Se utilizeaz la realizarea de conducte pentru climatizare (ap, aer, glicol), inele de suspensie pentru eapament, garnituri etanare ui, garnituri etanare la sistemul de frnare etc. Simbolizare ASTMD1418: EPM, EPDM. Domeniul de temperatur pentru utilizare la amestecuri standard (n aer): -50-+150C. Duritate (ShoreA): 40-90. Limitri: Are rezisten slab la uleiuri petroliere, lubrifiani pe baz de diesteri i combustibili aromatici. Denumiri comerciale: Nordel, Epcar, Vistalon, Epsyn, Royalen. 2.2.2.6.Cauciucul butii (izobutilen izopren) (IIR) Se obine prin polimerizarea izobutenei i are urmtoarea compoziie:

CH3 CH3 CH3 I I I

... -CH2-C-CH2- C-... CH2 = C (izobutilen) l l l CH3 CH3 CH3

El se remarc printr-o elasticitate deosebit, o foarte mare impermeabilitate fa de gaze i o rezisten remarcabil la aciunea agenilor oxidani (inclusiv O3). Performanele deosebite din acest punct de vedere ale cauciucului butilic sunt prezentate comparativ cu cele ale altor cauciucuri n Fig. 2.2. Cauciucul butii, avnd n vedere aceast calitate, este excelent pentru fabricarea camerelor de aer.

Fig.2. 2. Permeabilitatea la aer a unor cauciucuri vulcanizate

Ca i copolimerii eten-propenelici (etilen-propilenici), poliizobutena este un produs total saturat care nu poate fi vulcanizat. De aceea, n practic nu se fabric poliizobutena pur ci copolimeri de izobuten cu 25 % izopren, care imprima produselor un grad de nesaturare suficient pentru a le face vulcanizabile. Principalele caracteristici luate n seam la realizarea de piese auto sunt: rezisten bun la mbtrnire datorit aciunii cldurii i apei, histerezis ridicat, impermeabilitate fa de gaze i proprietatea de a-i menine elasticitatea pn la -45C. Simbolizare ASTM Dl418: UR. Domeniul de temperatur pentru utilizare la amestecuri standard (n aer): -45-+120C. Duritate (Shore A): 40-80. Limitri: Are o rezisten slab la solveni hidrocarbonati i uleiuri, precum i la lubrifiani pe baz de diesteri. Exemple de utilizri la autovehicule: conducte flexibile pentru instalaia de rcire a motorului, camere de aer pentru pneuri, strat interior de etanare pentru anvelope fr camere, flotoare pentru suspensia hidropneumatic, chedere de parbriz. Denumiri comerciale: Exxon Butyl, Polysar Butyl. 2.2.2.7.Cauciucurile siliconice Se obin prin policondensarea unor derivai silico-organici avnd, n general, urmtoarea structur molecular:

unde R este un radical organic (exemplu: CH3). Principalele caracteristici pentru care sunt apreciate: rezisten la temperaturi ridicate, deosebit flexibilitate la temperaturi foarte joase i rezisten la hidrocarburi. Simbolizri ASTM Dl418: MQ, PMQ, VMQ, PVMQ. Domeniul de temperatur pentru utilizri la amestecuri standard (n aer): -60 - +230C. Duritate (Shore A): 25-80. Limitri: Permeabilitate mare la gaze, rezisten la abraziune slab. Exemple de utilizri la autovehicule: etanare vilbrochen motoare, capace de bujii. Denumiri comerciale: Silastic, Silplus, Rhodorsil. 2.2.2.8. Polietilena clorosulfonat (CSM) Prin clorosulfonarea polietilenei cu amestec de Cl2 i SO2 se obin produse cu caracter de elastomer, care pot fi vulcanizate prin metode speciale. Compoziia acestor produse este, cu aproximaie, urmtoarea:

... CH2-CH... CH2- CH... I I Cl SO2Cl

Numrul substituenilor de CI este mult mai mare ca cel al substituenilor de grupri clorosulfonice SO2Cl. Un asemenea polimer tipic conine, de exemplu, 25 + 30% Cl2 (un atom de Cl la 7 atomi de carbon) i 1,5% sulf (o grupare SO2Cl la 90 atomi de carbon). Elastomerii sau cauciucurile de acest fel, cunoscute n tehnic sub denumirea de Hypalon, sunt foarte rezistente la ozon (superioare neoprenului i cauciucului butilic), au stabilitate termic i chimic superioare cauciucurilor uzuale. Defectele lor principale constau n slaba rezisten i valoarea relativ mare a alungirii remanente. Se utilizeaz la realizarea manoanelor pentru fie de bujii. Simbolizare ASTMD1418: CSM Domeniul de temperatur pentru utilizri la amestecuri standard (n aer): -45 +135C. Duritate (ShoreA): 50-90. n industria auto, elastomerii sunt folosii la realizarea de repere de sine stttoare sau ca pri ale unor piese, impreun cu mase plastice sau cu metale. 2.2.2.9. Elastomerii fluorurai Elastomerii fluorurai convenionali sunt bazai pe familia polimerilor fluorurai. Aceste materiale au o rezisten chimic bun pe un gradient mare de temperatur pn la 200C pentru o utilizare continu i pn la 300C pentru utilizare accidental. n funcie de aplicaie, procentul de fluor al acestor elastomeri

R R I I Si-O-Si... I I R R

poate varia pentru a modifica rezistena chimic i flexibilitatea lor la temperatur joas. Din punct de vedere chimic pot fi copolimeri pe baz de tetrafluoretilen i propilen (TFE/P, (FEPM)) i fluoruri de vinii (TFE/P/VF2) sau FKM etc. Reglementrile recente asupra mediului au fcut ca aceast categorie de materiale s se impun definitiv. Astfel, noile legislaii de tip EPA i CARB (California) necesit analiza i controlul emisiilor sub form de vapori la sistemul de alimentare cu benzine. Datorit rezistenei lor la atacuri chimice i caracteristicii de penetrabilitate foarte redus n contact cu benzinele i componentele carburante oxigenate, elastomerii fluorurai FKM previn pierderile prin evaporare din sisteme datorit garniturilor. Materialele cu un coninut ridicat de fluor sunt recomandate din ce n ce mai mult, datorit rezistenei la penetraia benzinei i la contactul cu benzina. Ele corespund cel mai bine criteriilor de etanare din ce n ce mai severe i sunt larg specificate. Simbolizare ASTMD1418: FKM ( fluorocarbonii), FMVQ (fluorosiliconii). Domeniul de temperatur pentru utilizri amestecuri standard (n aer): -30 + 205C (fluorocarbonii) i -60 + 205C (fluorosiliconii). Duritate (Shore A): 50-95 (fluorocarbonii); 50-80 (fluorosiliconii). Limitri: Fluorocarbonii nu sunt recomandai pentru situaii ce necesit o bun flexibilitate la frig. Fluorosiliconii nu sunt recomandai pentru utilizri n contact cu lichide de frn; au rezisten slab la abraziune i caracteristici de friciune ridicate. Denumiri comerciale: Fluorocarbonii (Viton, Florel, Technoflon); Flurosiliconii (Silastic LS, FSE). 2.3. Elastomeri termoplastici pentru industria de autoturisme Elastomerii termoplastici (TPE) reprezint o categorie special de materiale termoplastice, cu caracteristici elastice asemntoare elastomerilor termorigizi obinuii. Un elastomer termoplastic este un cauciuc ce conine un polimer sau un amestec de polimeri ce nu necesit vulcanizare sau reticulare la punerea n lucru dar care la temperatura normal de utilizare au proprieti similare cu cauciucurile vulcanizate. Aceste proprieti dispar la temperatura de prelucrare fcnd posibil o prelucrare ulterioar i apar la temperatura de lucru. Elastomerii termoplastici presupun existena a dou faze necompatibile. Una din ele este rigid la temperatura ambiant i asigur ranforsarea materialului, iar alta este supl (elastomer) i confer caracterul elastic. Fiecare faz are propria sa temperatur de tranziie vitroas: superioar temperaturii ambiante pentru faza rigid i inferioar pentru faza supl. TPE sunt realizai fie prin sintez de copolimeri alternnd blocurile suple i rigide n aceai molecul, fie prin amestec fizic de polimeri rspunznd condiiilor menionate anterior. Exist cinci familii de elastomeri termoplastici uzuali: pe baz de poliolefine, pe baz de stiren, pe baz de poliuretani termoplastici, pe baz de copolimeri eteri-esteri i pe baz de copolimeri esteri-amide. Partea supl, elastomeric, este diferit n funcie de familia de elastomer temoplastic i poate fi: caucicuri tip EPDM, NR, NBR, CR, polieteri, poliuretani etc. Elastomerii termoplastici poliolefenici, de exemplu, au o component rigid cristalin poliolefinic de tipul polipropilen sau polietilen i o component supl

alctuit cel mai adesea din cauciuc tip EPDM, dar mai sunt utilizai i NR, NBR sau CR. Forele de atracie dintre cauciuc i faza de rine servesc ca o reticulare a materialului. Un oarecare coninut de cauciuc vulcanizat confer produsului o mai mare elasticitate. Constructorii de automobile i furnizorii lor nu clasific cauciucurile termoplastice dup compoziia lor chimic ci dup duritatea Shore A, fora pentru o alungire de 20%, i dup temperatura la care deformaia remanent la traciune este inferioar la 75% pentru o durat de 70 ore. Aceste materiale sunt mai puin costisitoare dact cauciucurile vulcanizate, datorit faptului c procesele tehnologice de prelucrare sunt specifice termoplastelor iar deeurile pot fi reutilizate (faza de vulcanizare la 165 180C lipsete). n comparaie cu alte termoplaste flexibile, n special cu P.V.C.-ul plastifiat, aceste materiale au caracteristici mult mai apropiate de cauciuc dect materialele plastice (rezilien, elasticitatea etc.) i au o mai bun flexibilitate la frig. Proprietile acestor elastomeri care-i fac interesani n aplicaii auto sunt: elasticitatea i revenirea elastic, reziliena bun, deformarea remanent redus, proprietile mecanice general bune. Proprietile pot varia ntr-o gam foarte larg, de la proprieti net de tipul elastomerilor la proprieti de tip intermediar plastic-cauciuc. Duritatea poate varia de la 55 la 95 Shore A. Materialele prezint o rezisten moderat la traciune i alungire la rupere. Cele cu duritate mare au o rezisten la traciune de peste 45 kgf/cm2, dei cele mai obinuite valori sunt cuprinse ntre 15 i 30 kgf/cm2. Alungirea la rupere este cuprins n mod obinuit ntre 200 i 300 % pentru piesele injectate i poate ajunge la valori mai mari pentru piesele extrudate. Greutatea specific redus, de 0,9 g/cm3 (mult sub cea a cauciucurilor), duce la obinerea de piese cu greutate redus. Exist ns variante cu umplutur care pot ajunge greutate specific de pn la 2 g/cm3. Proprietile termice ale elastomerilor termoplastici sunt foarte bune ntr-un interval larg de temperatur, de la -50C pn la peste +150C. Rezistena la intemperii a elastomerilor termoplastici poliolefinici este foarte bun. Materialul rezist la ozon, radiaii ultraviolete, lumin natural, expunere ndelungat la factorii de mediu (produsele i pstreaz aspectul iniial dup expunere la mbtrnire artificial la Weatherometru sau Fadeometru). Toi elastomerii termoplastici au o bun rezisten la ap, acizi diluai, solveni organici, cetone, esteri, etc. Prelucrabilitatea elastomerilor termoplastici este foarte bun. Ei se pot prelucra fr pre-compoundare sau post-tratare pe echipamente clasice de prelucrare a termoplastelor. La temperatura de prelucrare, elastomerii termoplastici se pot injecta, extruda etc. Utilizrile elastomerilor termoplastici sunt deosebit de variate, datorit compatibilitii cu elastomerii clasici. n domeniul auto elastomerii poliolefinici termoplastici au avantajul c pot fi vopsii. Multe din aplicaiile auto se bazeaz pe stabilitatea dimensional i calitatea suprafeelor din elastomeri termoplastici, mult mai bune dect n cazul elastomerilor vulcanizai. Costul lor este rapid amortizat. Exemple de utilizri posibile ale elastomerilor termoplastici la fabricarea autoturismelor: Compartiment motor: izolatori frontali, suport spate motor, garnituri pentru circuit antigel, garnituri arbore cotit.

Sistem electric: izolatori bujii, garnituri carcas distribuie, cabluri primare, cabluri secundare, garnituri lumini, protector carcas dulie, izolatori cabluri. Habitaclu: garnituri grile radio, garnituri anten, racord aparat radio, garnituri conducte climatizare, tampoane cutie acte, suport carcas oglind. Planetare-direcie: burduf planetar, garnituri cuplaj, cuplaje, garnituri coloan direcie. Sistemul de alimentare cu carburant: supape carburant, diafragme pomp, tuburi carburant, diafragme valve control, garnituri pomp. Sistemul de frnare: frn cu disc (inele piston, garnitur piston, izolatori, garnitur piivot), master cilindru (garnituri, diafragm, garnituri, cilindru roat). Sistemul de condiionare-nclzire: tuburi freon, garnituri compresor, diafragme, furtunuri de nclzire, garnituri ui control. Transmisii automate: comutatoare, garnituri transaxiale, garnituri buz, garnituri tub filtru, garnituri vitezometru. Caroserie: suporturi pe caroserie, deflector pietri, spoilere, suport sistem exhaustare, garnituri pe caroserie, izolatori cabluri. Ui: garnituri mner, garnituri etanare, tampoane ui, ghid geam. Intrare aer-sistem admisie: garnituri intrare aer, conducte intrare aer, conducte aer proaspt, conducte aer viciat, conectori etc. Suspensie fa: garnituri de etanare, garnituri bar torsiune. Bare paraoc: garnituri absorbant oc. Sistem rcire: carcas termostat, garnituri pomp, tuburi radiator. Control direcie: garnituri tahometru, garnituri cablu pinion, nveli cablu, garnituri servo, mbrcminte pedale, izolatori direcie. Rezervor carburant: garnituri etanare, tubulatur umplere, garnitur capac, furtunuri retur. Alte aplicaii sub capot: garnitur pomp ulei, garnitur filtru ulei. Suspensii: diverse garnituri. Pomp vacum: tub vacuum, garnituri. Splare parbriz: garnituri pomp, tuburi splare, etanare motor.

2.4. Strategia de dezvoltare a elastomerilor la automobile 2.4.1. Repartiia i evoluia elastomerilor Exemplificrile referitoare la repartiia i evoluia elastomerilor n automobile se vor face cu date publicate de firma Renault. Dup circa 15 ani, de la Renault 30 n 1975 la Renault Clio n 1991, partea de elastomeri cu toate aplicaiile specifice, a evoluat puin cantitativ, de la 4,5 la 5% din masa autovehiculului (inclusiv pneurile) sau de la 2 la 2,5% (aproximativ 15 la 20 kg) fr pneuri. Evoluia pentru perioada menionat poate fi rezumat astfel: elastomeri a cror parte s-a diminuat: SBR, NBR, CR, cauciucuri regenerate; elastomeri a cror parte a evoluat puin: NR, NBR/PVC; elastomeri a cror parte a crescut: EPDM, CM, CSM, ACM/AEM, MVQ, HNBR. Este de remarcat apariia elastomerilor termoplastici, a cror parte nu a ncetat s creasc de civa ani. Repartiia cantitativ a elastomerilor pentru autoturismul Renault Clio 1,4 M este: EPDM = 67,8%; NR = 13,5%; NBR / PVC = 4,8%; CR = 4,1%; CM = 3,4%; MVQ = 3,3%; alii = 3,4%.

Repartiia pe funcii a acestor elastomeri pentru autoturismul menionat a fost urmtoarea: etanare: 57%, asiu: 19,4%, motor: 17,9%, cablaj: 3,1% i cutia de viteze: 2,6%. 2.4.2. Exigene ce se impun reperelor de cauciuc Pentru piesele din cauciuc se remarc cinci tipuri de exigene: confort i sileniozitate, securitate i fiabilitate, respect fa de mediu nconjurtor, cost redus i consum minimal. Consecinele determinate de ansamblul acestor exigene se traduc la nivelul solicitrilor prezentate pentru piese prin: creterea temperaturilor sub capot, creterea temperaturilor i presiunilor n circuitele de fluide, creterea performanelor acustice i autovibratorii, acordarea unei atenii sporite etanrii circuitelor de fluide, severitatea compatibilitii cu fluidele i mediile cu care vin n contact, o mai bun comportare la intemperii pentru piesele de aspect, o cercetare sczut la aceleai costuri i aceleai performane i prin dezvoltarea modelrii i simulrii pentru stabilirea legilor de comportament de care se ine cont pentru creterea fiabilitii i duratei de via. Pentru satisfacerea noilor exigene este necesar cutarea de materiale mai performante, care s rspund mai bine delicatului compromis ntre cost, greutate, performane i industrializare. Semnificaia principalelor tipuri de exigene poate fi definit, pe scurt, astfel: 1. confort i sileniozitate: etaneitate caroserie (zgomote aerodinamice foarte slabe, dirijare simpl a curenilor de aer la ui i geamuri), suspensii motoare i organe mecanice (filtrarea eficace a vibraiilor n toate regimurile), reducerea volumului compartimentului motor (rezistena la creterea temperaturii sub capot); 2. securitate i calitate: etanare a organelor ce conduc fluide (concepia garniturilor i racordurilor, permeabilitate i compatibilitate cu fluidele), fiabilitate i durabilitate (simulare i modelare de comportament, metode predictive a duratei de via, mijloace de control -nedistructive); 3. respectarea mediului ambiant: diminuarea polurii, alta dect prin combustie (permeabilitatea circuitului de carburant, etanarea organelor ce conin lubrifiani);diminuarea zgomotului exterior (rezisten la creterea temperaturii datorit insonorizrii compartimentului motor); reciclarea materialelor

2.5. Vulcanizarea i materialele care determin caracteristicile produsului vulcanizat

Compuii macromoleculari naturali sau sintetici prezentai anterior (cauciucul natural, cauciucul sintetic tip butadien-stirenic, policloroprenic, izoprenic, butadien-nitrilic, etilen- propilenic, butilic, siliconic etc), n momentul utilizrii pentru realizarea de articole tehnice sunt amestecai cu o serie de ingrediente i supui vulcanizrii. 2.5.1. Vulcanizarea cauciucului Procesul de vulcanizare este un proces complex care transform amestecurile de cauciuc din starea plastic n stare elastic, modificnd structura i caracteristicile sale i fcnd posibil utilizarea sa n tehnic. Din punct de vedere chimic, vulcanizarea const n introducerea de puni de

reticulare ntre macromoleculele cauciucului (figura 2.3). Aceste puni apar ntr-un numr relativ redus, ns ele sunt suficiente pentru a mpiedica deplasarea reciproc a macromoleculelor, adic pentru a conduce la pierderea proprietilor de curgere ale cauciucului. Vulcanizarea se realizeaz n general la cald (140160C), cu ajutorul agenilor de vulcanizare, din care cel mai utilizat este sulful (25% pentru produsele obinuite i 2040% pentru ebonite). n timpul reaciei sub aciunea temperaturii i a unor substane chimice (activatori, acceleratori), sulful se fixeaz la dublele legturi ale macromoleculei de cauciuc. Proprietile fizico-chimice ale produselor vulcanizate depind de gradul de vulcanizri dup cum se poate observa i din exemplul prezentat n figura 2.4. Prin vulcanizare cu o durat optim strict, cauciucul devine: elastic (alungirea specific se mrete de 69 ori), rezistent (rezistena la rupere crete de 1020 ori) i puin solubili n solveni petrolieri.

Fig. 2.3. Puni de reticulare ntre macromoleculele cauciucului

n general caracteristicile vulcanizatelor variaz n timp, atingnd n anumite momente valoare optim. Pentru reducerea timpului de vulcanizare se adaug acceleratori organici sau minerale (vulcacit, vulcorit). Acceleratorii care se folosesc n mod normal pentru amestecul latex aparin claselor ditiocarbonailor, tiizolilor i tiuranilor. Ingredientele se adaug amestecului denumit cauciuc brut, n scopul mbuntii proprieti: ingrediente active i ingrediente pasive pentru mrirea volumului i icftinirH costului per kg de produs. Ingredientele active (negru de fum, caolin, alb de zinc) mresc rezistena la rupere i uzare a pieselor. Cauciucul utilizat la confecionarea protectorului anvelopei conine 2550% NF (n greutate). Ingredientele pasive (praf de cret, talc .a.) se adaug n proporii de 20-30% sau chiar mai mult, fr s afecteze simitor calitatea vulcanizatului. Agenii contra mbtrnirii ndeplinesc funcia de ncetinire a procesului de mbtrnire, adic de frnare a nrutirii proprietilor mecanice datorit aciunii oxigenului din aer, razelor UV i multiplelor tensionri i deformaii. Prin mbtrnire la suprafaa cauciucului apar fisuri, cauciucul i modific culoarea, devine sfrmicios i i pierde rezistena (ageni de mbtrnire sunt Santoflex A i Neozon D - 0,52,5%). Plastifianii i stabilizatorii (acid stearic, rin de brad, ulei de vaselin, parafina .a.) uureaz amestecarea intim a componenilor cauciucului, dac se adaug n proporie de 36%. Coloranii. n general se utilizeaz gama de colorani i pigmeni de prelucrare MP sau MPA; dintre acetia, se utilizeaz cu precdere: albul de zinc (512,5% pentru flancurile anvelopelor), CdS (galben) i SbS (roie) etc.

2.6. Caracteristicile fizico-mecanice de baz ale cauciucului pentru componente auto

2.6.1. Duritatea Este capacitatea materialului de a rezista la ptrunderea n straturile superficiale, a unei bile sau unui trunchi de con metalice, cu dimensiuni determinate, n condiii standard de ncercare.

Fig. 2.4. Dependenta proprietilor fizice ale cauciucului butadien-stirenic

vulcanizat, de densitatea de reticulare

Aceast proprietate are mare importan practic deoarece permite determinarea cu oarecare aproximaie a modulului de elasticitate. Uzual se determin duritatea Shore A (caucicurile pentru pneuri i piese au 4080Sh A). n figura 2.5. este prezentat poziia cauciucurilor din punct de vedere al duritii, comparativ cu ali polimeri, cu exemplificri pentru acetia n cadrul scrilor de duritate Shore A i Shore D.

Fig. 2.5. Duritile unor cauciucuri i mase plastice, raportate la unele scri uzuale

2.6.2. Rezistena i alungirea la rupere Cauciucul este un material elastic care are proprietatea de a se deforma

nedistructiv realiznd alungiri mari la eforturi mici. Cauciucul poate lucra timp ndelungat i sigur n domeniul elastic, la deformaii relative ce ajung la 30% sau chiar mai mult. Alungirea specific de rupere a cauciucului elastic vulcanizat poate ajunge pn la 1000%. Pentru diferite sortimente de cauciuc rezistena la rupere variaz n limitele 335 N/mm2. Alungirea Ia rupere pentru elestomerii termoplastici este cuprins n mod obinuit ntre 200 i 300% pentru piesele injectate i poate ajunge la valori mai mari pentru piesele extrudate. 2.6.3. Modulul de elasticitate Are o valoare neliniar, ce se accentueaz atunci cnd deformaia relativ depete 1020%. Dependena dintre modulul de elasticitate i duritate este prezentat n figura 2.6. i 2.7. Prin numeroase cercetri experimentale, s-a stabilit c ntre cele dou module exist relaia: E = 3G.

Fig. 2.6. Variaia modulului de elasticitate transversal G n funcie de duritate

Fig. 2.7. Variaia modulului de elasticitate longitudinal E n funcie de duritate 2.6.4. Capacitatea de amortizare a energiei oscilaiilor

Se apreciaz, de regul, prin valorile specifice ale parametrului energie total de deformaie [daN.m / daN], care n cazul cauciucului are valoarea 4450, fa de 29,04 pentru oel de arcuri recopt, 0,93 pentru oel laminat i 0,11 pentru font cenuie. Aceast proprietate este util cnd este necesar amortizarea energiei ocurilor sau amortizarea vibraiilor cu frecvene nalte. n figura 2.8 este reprezentat curba variaiei sarcinii n funcie de alungirea la traciune a unei

epruvete de cauciuc (curba ABC) i la ndeprtarea sarcinii (CDE). La deformaii egale forele de relaxare sunt mai mici dect cele de ncercare, iar lucrul mecanic de deformare la traciune (suprafaa ABCC'A) este mai mare dect cel restituit (suprafaa CDEC).

Fig. 2.8. Evoluia sarcinii n funcie de alungire Fenomenul histerezis se manifest similar i pentru ciclul de compresiune. Suprafaa ABCDEA reprezint lucrul mecanic absorbit de amortizorul de cauciuc i transformat apoi in cldur. 2.6.5. Rezistena la sfiere Indic gradul de fragilitate a cauciucului. Prezint utilitate de exemplu la determinarea comportrii anvelopelor de aer, a burdufurilor i a altor repere la eforturi de sfiere precum i pentru caracterizarea cauciucurilor i ncadrarea lor n diverse niveluri calitative. 2.6.6. Variaia caracteristicilor cauciucului la aciunea factorilor de mediu Piesele auto realizate din cauciuc sufer, n procesul de exploatare, diverse influene fizice i chimice care provoac schimbri importante ale proprietilor cauciucului. mbtrnirea n atmosfera de lucru a pieselor din cauciuc este o form distructiv de aciune a unorj factori agresivi care acioneaz, de obicei, simultan, cum ar fi oxigenul, ozonul, lumina, cldura, diverse fluide auto i solicitri mecanice. Fenomenul de mbtrnire se constat mai nti prin modificri la suprafaa vulcanizatelor: apar crpturi, mai mari sau mai mici, n funcie de compoziia cauciucului, iar la cele n contact cu diverse fluide apar gonflri, eventual dizolvri. Pentru piesele de exterior forma cea mai important de atac o prezint oxidarea datorat ozonului. n general, creterea temperaturii peste cea normal (20C) determin scderea rezistentei cauciucului. Modulul de elasticitate scade cu creterea temperaturii peste 150C (excepie face cauciucul siliconic). Hidrocarburile afecteaz, de regul, caracteristicile cauciucurilor. n plus, n funcie de locul de utilizare este necesar satisfacerea unor cerine pentru caracteristici particulare, pentru care sunt necesare verificri cum ar fi: comportarea la cldura uscat, deformarea remanent la compresie, comportarea

la ozon, comportarea la fluide, comportarea la frig (fragilitatea), comportarea la lumin, tendina de ptare a vopselelor, tendina de ptare pe folii plastice, tendina de cristalizare, comportarea la frig (rigidizarea) i rezistena la abraziune. n tabelul 2.1. este prezentat un rezumat al principalelor proprieti ale unor elastomeri, prezentate comparativ, care poate servi ca ghid pentru alegerea unui material elastic pentru o aplicaie dat, innd cont de ansamblul condiiilor de utilizare. Deoarece anumite constrngeri sunt adesea contradictorii selectarea materialului adecvat const n a alege cele mai bune compromisuri tehnice i economice n funcie de aplicaie.

Tabelul 2.1. Rezumat al principalelor proprieti ale unor elastomen, prezentate comparativ

Cauciucuri Proprieti NR IR SBR BR NBR ACM CR CSM CFM IIR EPDM SI EU T R

Rezistenta la traciune: nearjat

arjat

1 1

2 2

5 2

6 4

5 2

6 3

3 2

5 3

5 3

4 3

5 3

6 4

2 1

3 1

Alungirea la rupere 1 1 2 3 2 3 2 3 3 2 3 4 2 1 Rezistenta la abraziune, arjat 4 4 3 1 2 4 3 3 4 4 3 5 1 5

Rezistenta Ia sfiere 2 2 3 5 3 4 2 3 4 3 3 4 1 3 Elasticitatea la oc 2 2 3 1 3 5 3 4 5 6 3 3 3 4 Flexibilitatea la temperatur sczut

2 2 3 2 3 6 3 5 5 2 2 1 4 2

Rezistenta la cldur 4 4 3 3 2 2 2 3 1 3 2 1 4 6 Rezistena la degradare termoxidativ

4 4 3 2 3 2 2 2 1 2 1 1 2 5

Rezistena la intemperii 4 4 4 3 3 2 2 2 1 2 1 1 2 5 Rezistenta la uleiuri 6 6 5 6 1 1 2 2 1 6 4 3 1 6 Rezistena la benzin 6 6 4 5 1 1 2 2 1 6 5 5 1 6 Rezistenta la acizi i baze 3 3 3 3 4 5 2 3 1 2 1 5 5 2 Rezistenta la flacr 6 6 6 6 6 6 2 4 3 6 6 6 6 6 Rezistena electric n volum 1 1 3 2 5 5 4 3 4 2 2 1 4 2 Permeabilitatea la gaze 5 5 4 4 2 3 3 3 3 1 4 6 2 4 Rezistena la lumin 4 4 3 3 3 2 2 2 1 2 1 1 2 5 Deformaia remanent la compresie pentru:

- 40C + 20C

+100C

3 2 6

3 2 6

3 3 5

3 3 4

3 2 3

5 3 5

5 3 4

6 5 6

6 4 3

5 4 2

4 3 2

3 2 1

5 3 5

4 5 6

(cel mai bun =l->2->3->4->5->6 = cel mai slab ) NR = natural; IR = izoprenic; SBR = butadien-stirenic; BR = cis-butadienic; NBR = butadien-nitrilic; ACM = acrilic; CR = cloroprenic; CSM = polietilena-clorosulfonat; CFM = florurat; IIR = butilic; EPDM = etilen-propilen-dienic.

3

MATERIALE CU FUNCII ACUSTICE

Confortul acustic n vehicule are n vedere reducerea oboselii n timpul cltoriilor lungi, ameliorarea comunicrii ntre pasageri i facilitatea de a auzi ntr-o ambian sonora de nivel sczut. Msurarea i ndeprtarea zgomotului sunt, ntr-o mare msur, probleme ale acusticienilor care dispun, ntre altele, de diverse materiale pentru eliminarea, atenuarea sau ameliorarea surselor de zgomot care intervin n confortul din interiorul unui automobil. Materialele polimerice existente n habitaclul automobilelor contribuie la mbuntirea confortului acustic.

3.1. Surse de zgomot Mecanismul generator de zgomot (figura 3.1) se compune n mod obinuit din trei faze: excitarea, transmisia i emisia.

Fig. 3.1. Surse de zgomot

Principalii excitatori la care este supus automobilul au trei origini: dou externe i una intern. 1. Aerul este o surs de zgomot aerodinamic. 2. Roata este o surs de zgomot la rulare i cu ocazia proiectrii apei i pietriului. 3. Vibraia mecanic datorat grupului motopropulsor i diverselor accesorii (compresor, pompe etc.) precum i curgerii fluidelor (admisie, eapare, ventilaie). Transmisia zgomotului se efectueaz simultan: pe cale solid - excitrile datorate vibraiilor mecanice sunt transmise la caroserie pe cale aerian (defecte de etanare, excitarea unui panou de caroserie, propagarea de unde acustice n aerul nvecinat care exist n habitaclu). Emitorul este constituit fie din pereii habitaclului pentru zgomotul interior, fie din pereii mecanici pentru zgomotul exterior. Vibraiile tuturor suprafeelor interioare ale vehiculului excit aerul nvecinat, care emite unde de presiune n aerul din habitaclu.

3.2. Materiale insonorizante Materialele insonorizante intervin asupra a dou faze de generare a zgomotului, i anume asupra transmisiei i emisiei. Acestea se pot mpri n trei categorii, i anume: amortizani, absorbani i fonoizolani.

3.2.1. Amortizanii Amortizanii sunt materiale care diminueaz amplitudinea la rezonan a panourilor supuse la excitri libere. Ei sunt dispui n interiorul vehiculului pe amplasamentele urmtoare: planeu, tunel, chesoane, ui i pavilion. Compoziia. Aceste materiale se compun din amestecuri bituminoase, eventual aliate cu rini termoplastice, iar arje de tip CaCO3, BaSO4 sunt introduse pentru a mbunti performanele mecanice. arjele de tip lamelar, ca de exemplu mica, mresc eficacitatea de amortizare a materialului, iar n situaii speciale se folosete pilitura de fier care se ncorporeaz pentru a obine materiale magnetizate, ce pot fi plasate pe zone verticale. Diferitele materiale convenionale aplicate n automobile sunt: materiale de acoperire libere, tipic reprezentate prin IFF (Insonorizani Fuzibili n Foc); materiale de acoperire lipite, aplicate n automobile pe table, pe sandwich-uri sau cu configuraie sandwich (este cazul insonorizanilor fuzibili ranforsai cu foi me-talice suficient de rigide, sau straturi lipite n plastice). Principiul de funcionare. Materialele amortizante sunt aplicate pe suprafee n general metalice, pe care se caut s le amortizeze. Amortizanii transform energia vibratorie n cldur, aceast proprietate fiind reprezentat prin coeficientul de amortizare sau factorul de pierdere. Toate materialele supuse solicitrilor mecanice nu se comport perfect elastic; materialele vscoelastice permit disiparea energiei mecanice n cldur n funcie de caracteristicile lor fizico-chimice. Coeficientul de amortizare depinde de numeroi parametri ca de exemplu: raportul dintre grosimea materialului suport i a celui de amortizare; raportul modulelor de elasticitate (Young) ale materialului suport i ale celui de amortizare; amortizarea intern datorat materialului i cea datorat suportului; temperatura; domeniul frecvenei de solicitare. Metode de caracterizare. Amortizanii sunt caracterizai prin coeficientul lor de amortizare, adic raportul dintre energia disipat i energia de excitare. Pentru selectarea materialelor cu veritabile caliti de amortizare se folosesc urmtoarele metode: metoda SAE, care msoar descreterea vibraiei libere a unei table de oel amortizate i se nregistreaz nivelul vibrator n funcie de timp, rezultatul n dB/s, exprimnd diminuarea amplitudinii pe secund; metoda Oberst, care supune unei excitri forate un suport metalic pe care este aplicat materialul de amortizare; metoda RTC III (propagarea tablelor de caroserie), care face apel la excitarea periferica a unor table incastrate intr-un cadru rigid; viscoelasticinemetria constituie un alt mijloc pentru analizarea materialelor si cunoaterea capacitii lor de amortizare. Evoluii. Dezvoltarea materialelor de amortizare trebuie s in cont de necesitatea mbuntirii capacitii de amortizare la diverse temperaturi i de reducere a greutii.

3.2.2. Fonoizolanii Fonoizolanii sunt materiale care atenueaz energia acustic transmis prin perei pe cale aerian. Sunt dispui n habitaclul vehiculului pe urmtoarele amplasamente: tablier, planeu, tunel. Compoziia. Materialele fonoizolante sunt constituite din dou straturi: 1. Un septum sau mas grea, n a crui compoziie se gsesc: PVC: policlorura de vinii; EVA: copolimer etilen-acetat de vinii; EPDM: copolimer etilen-propilen. Aceti polimeri sunt, n general, arjai cu BaSO4 i CaCO3. 2. Un material poros (partea resort), n contact cu panoul ce se izoleaz. Spumele de poliuretani se gsesc prezente, n diferite forme, n cazul materialelor celulare: spum injectat (tipul spumat la rece), spum tiat (decupat n blocuri) sau spum aglomerat (deeuri de spum). Fibrele textile aglomerate reprezint un alt tip de material poros. n funcie de tipul vehiculului se utilizeaz la mase specifice de la 3kg/m2 (la cele mici) la 10/12 kg la BMW seria 7 i VW Passat. Principiul de funcionare. n sistemul sandwich tabl-spum-septum, septumul este excitat prin dou ci diferite care asigur simultan: excitarea pe cale solid prin traversarea scheletului de material poros; excitarea pe cale aerian prin trecerea aerului coninut n stratul poros. Sistemul sandwich este asimilat cu un sistem de tip mas-resort cu amortizare pentru excitare pe cale solid. Izolarea aerian ine cont de presiunea undelor reflectate i a celor parial transmise pe faa cealalt. Eficacitatea fonoizolanilor este obinut innd cont de caracteristicile urmtoare pentru excitare pe cale aerian: modele dinamice n comprimarea spumei, factorul de pierdere al materialului poros, rezistena la trecerea aerului prin materialul poros, masa specific septumului i grosimea materialului poros. Metode de caracterizare. Performanele acustice ale materialelor fonoizolante sunt msurate cu ajutorul metodelor de ncercare, ce iau n lucru fie o excitare prin solid fie o excitare prin aer. Metoda Bazooka" permite caracterizarea comportamentului acustic al materialelor fonoizolante dup un mod de excitare prin solid. Metoda Micii cabine" permite determinarea izolrii acustice dup metoda excitrii aeriene. Curba de izolare acustic este obinut prin diferena dintre spectrul tablei goale i al celui realizat n prezena fonoizolantului pus pe tabl. Evoluii. Utilizarea fonoizolanilor a urmat o curb ascendent, sistemele performante propuse astzi innd cont de: reducerea masiv a nivelului acustic echivalent; mbuntirea caracteristicilor materialelor poroase prin intervenii asupra: compoziiei rinii de baz sau asupra procedeului de punere n lucru a spumelor poliuretanice; naturii materialului fibros i modului su de fabricare.

3.2.3. Absorbanii Absorbanii sunt materialele care atenueaz undele sonore reflectate pe suprafee. Energia reflectat este n acest caz inferioar celei incidente. Ei sunt prezeni peste tot n vehicul, n particular, acele piese ca garniturile de pavilion, scaunele, tabletele spate, mochetele, panourile ui au i funcii de absorbie n habitaclu. Absorbanii reprezint materialele vizibile n habitaclu i au n plus fa de funcia acustic cerine impuse de funcia estetic. Compoziia. Se poate rezuma la: un acopermnt de garnisaj participant la armonia habitaclului; o structur mai mult sau mai puin complex situat dedesubt, unde sunt utilizate: materiale compozite multistrat, materiale fibroase sau materiale pe baz de poliuretani, armate cu fibre de sticl. Principiul de funcionare. Absorbia acustic transmis pe cale aerian const n a transforma energia acustic n cldur. Coeficientul de absorbie reprezint raportul dintre energia absorbit i / sau transmis i energia inciden. Absorbia acustic este influenat de urmtoarele caracteristici fizice particulare: modulul de forfecare, porozitatea, grosimea i rezistena la trecerea aerului. Metode de caracterizare. Caracteristicile de absorbie pot fi determinate prin dou metode, fcnd apel la emisii acustice difereniate: energia sonor emis n cmp difuz; unde staionare emise ntr-un tub. Diversele tipuri de materiale insonorizante prezentate au pricipii de funcionare foarte diferite ca i plaje de eficacitate bine definite. n figura 3.2. sunt prezentate o serie de materiale care au i rol de izolare fonic.

Fig. 3.2. Materiale care ndeplinesc si funcii de izolare fonic: 1 izolator fonic capot, 2-izolator fonic compartiment motor, 3-izolator fonic sub

plana bord, 4-dublur panou interor, S-izolator planeu, plat sau preformat. 6-covor preformat planeu, 7-covoare planeu, 8-imitaie piele, 9-tablet fix sau mobil,

10-podea portbagaj 11-dublur lateral portbagaj.

4

ADEZIVI n zilele noastre tehnologiile de asamblare ocup un loc din ce n ce mai important n toate domeniile industriale. Graie evoluiilor n chimie, tehnologia de lipire aduce o soluie modern i adesea economic pentru asamblarea materialelor, fie tradiionale, fie noi. Adezivii sunt substane de natur organic sau anorganic, care pot lega corpuri solide prin fenomenul de adeziune, fr s schimbe structura materialelor mbinate. Sub denumirea