Tendințe de utilizare a materialelor compozite în industria constructoare de mașini

Introducere

De la inceputul erei industriale, otelul si fonta au constituit „inima” progresului din principalele sectoare industriale. In timp ce in tarile dezvoltate se inregistreaza deja o tendinta pe termen lung de reducere a cererii pentru produsele din industriile material - intensive, precum si un declin al intensitatii materiilor prime utilizate, consumul redus de materiale devine un element esential al tehnologiilor de fabricatie din aceste tari; se manifesta nevoia de materiale mai usoare, mai rezistente si mai durabile. Exista problema ridicata de consumul mare de energie inglobata in aceste materiale, dar si de pretul uneori prea ridicat al acestora.In ultimul timp s-a conturat ideea ca extinderea utilizarii a materialelor compozite in sensul aplicarii lor pentru noi subansamble in industria automobilelor nu este posibila, fara a se apela la plasticele armate de inalta calitate.

1. Materiale composite si utilizarea lor in industria autovehiculelor

Materialele compozite, in viitor vor juca din ce in ce mai mult un rol important in executia organelor importante, de greutate mica, specifica pieselor de motor, dar si de transmisie, suspensie. Pentru unele elemente de structura din constructia autovehiculelor, se vor utliza unele materiale laminate mixte din metal-materiale plastice denumite si tip

„sandwich” (simplu sau multistratificat).Aceste laminate se compun dintr-un material plastic cuprins intre doua straturi metalice (otel sau aluminiu) , laminarea realizandu-se la cald, sub presiune. Sunt destinate a inlocui otelul, fiind in competitie cu aluminiul, pentru ca acestea reprezinta o combinatie intre greutatea redusa a materialului plastic (polipropilena sau polietilena) si rezistenta, rigiditatea ale otelului respectiv a aluminiului. Se poate obtine o reducere a greutatii cu 50%, pentru o majorare a grosimii laminatului cu 10%. Poseda bune proprietati anticorozive si de izolare termica, rezistenta la caldura, la produsele chimice sau petroliere dar si o reducere a pretului de 2...3 ori fata de otel.

Analizand implicatiile inlocuirii metalelor cu astfel de materiale trebuie mentionat ca avantajul nu se rezuma numai la reducerea greutatii, ci de multe ori si la o functionare egala sau superioara.

O problema foarte importanta o constituie utilizarea rationala a materiilor prime. Si din acest punct de vedere se impune reducerea masei automobilului, pentru a reduce consumul de materiale si a creste procentul din masa reciclabila a acestuia.

In prezent circa 75 % din masa automobilului este reciclabila ( 5,4% materiale neferoase: 3% Al, 0,4% Cu, Zn, 2% echipamente electrice; 70,1% materiale feroase: 13% fonta, 13% piese forjate, 39% tabla, 5,1% echipamente mecanice). Raman nerecuperate (reziduri): 24,5% materiale: 8,5% plastice, 3,5% sticla, 1% textile, 0,5% hartie, 2,8% altele, 3% echipament electric, 4% cauciuc, 1% ulei si unsori.

Se preconizeaza ca pana in 2010 circa 85% din masa automobilelor (cele care ies din functiune la data mentionata) sa fie reciclabila iar pentru cele noi proiectate procentul sa fie 90%. Pe un termen mai lung se preconizeaza ca in procent de 95% din masa automobilului sa fie reciclabila.

Materialele compozite se dovedesc a fi competitive atat sub aspectul pretului cat si al posibilitatilor de inlocuire si/sau completare cu succes a materialelor traditionale (metal, ceramica, sticla). Cercetarile in vederea utilizarii materialelor compozite au ca scop nu numai inlocuirea acestor materiale traditionale dar si aplicatii specifice datorate proprietatilor particulare pe care le prezinta. In determinarea proprietatilor fizice ale materialelor compozite se utilizeaza legea amestecurilor, scrisa sub forma generala:

Pc =∑ Pi Wi

Pc = proprietatile materialului compozit;

Pi = proprietati ale componentelor;

Wi = fractia de volum a componentelor.

In cazul proprietatilor mecanice, in aceasta ecuatie trebuie inclusi parametrii care sa tina seama de dimensiunea particulelor agentului de umplutura, orientarea, geometria de impachetare, interactiile specifice intre matrice si agentul de umplutura si de efectele de-a lungul interfetei. Din aceste motive, proprietatile fizice si chimice ale compozitelor nu pot fi descrise printr-o ecuatie unica. In tabelul de mai jos se pot urmari caracteristicile mecanice ale unor materiale plastice compozite, precum si cauzele limitarii utilizarii lor in comparatie cu materialele clasice: otel si aluminiu.