| CATEGORII DOCUMENTE |
| Agricultura | Asigurari | Comert | Confectii | Contabilitate | Contracte | Economie |
| Transporturi | Turism | Zootehnie |
UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI
DEZVOLTAREA DURABILA PRIN DEMATERIALIZARE
ASPECTE PRIVIND DEZVOLTAREA DURABILA PRIN
DEMATERIALIZARE
1 DEZVOLTRAEA DURABILA
Termenul de dezvoltare durabila a fost creat de fondatorul Institutului International pentru mediu si
dezvoltare (IIED), Barbara Word, la jum_tatea anilor 1970. A fost, de asemenea, promovat in World
Conservation Strategy, in 1980, unde a accentuat interdependen_a intre conservare si dezvoltare. Totusi,
dezvoltarea durabila nu a castigat suport mondial decat dupa aparitia Raportului Bruntland.[6]
Comisia Bruntland in 1987, dezvoltand urmatoarele teme:
_ interdependenta omului cu mediul inconjurator;
_ legaturile dintre dezvoltarea economica, sociala si protectia mediului;
_ nevoia pentru o viziune globala si pentru principii comune,
a definit dezvoltarea durabila ca fiind: "acea dezvoltare, care se bazeaza pe satisfacerea nevoilor actuale,
fara a compromite posibilitatea generatiilor viitoare de a-si implini propriile nevoi" insa, mai detaliat comisia a
zis: "dezvoltarea durabila este un proces al schimbarii, in care se exploateaza resursele, se alege directia de
investitie, se orienteaza tehnologiile de dezvoltare si in care institutiile au actiuni convergente, sporind un
viitor potential pentru nevoile si dorintele umane".
Conceptul de dezvoltare durabila este implicat in doua probleme mari ale omenirii si anume
capacitatea de a crea si cea de a distruge. Pe de-o parte, dezvoltarea economica mareste capacitatea
omului de a folosi natura pentru nevoile materiale ale vietii. Pe de alta parte, se stie ca conflictul relational
dintre nevoile umane si natura cauzeaza consecinte considerabile asupra mediului, desi, numai cateva dintre
acestea pun serioase probleme in ceea ce priveste sanatatea umana.
Dezvoltarea durabila pune in balanta trei domenii principale:
a) domeniul economic - management-ul eficient al resurselor;
b) domeniul natural - nevoile de reducere a incarcarilor cu deseuri a eco-sistemului pentru a
mentine o baza naturala a vietii;
c) domeniul social - nevoile societatii.
2 DEMATERIAIZAREA
Multe dintre problemele de mediu, cu care ne confrunt_m, sunt legate de baza materiala a societatii.
Emisiile si deseurile materialelor care se afla in diferite strategii de prelucrare si consum stau la baza
incalzirii globale, ploilor acide, efectelor toxice etc. De aceea, dematerializarea este foarte des mentionata ca
o strategie sau ca un indicator in cadrul dezvoltarii durabile.
Discutiile despre dezvoltarea durabila au atras atentia asupra faptului ca, consumul mare de
materiale si de energie este prima cauza a problemelor mediului. Sistemul de realizare a bunurilor si
serviciilor determina in mod clar intensitatea problemelor ecologice. Aproape fiecare material actioneaza
asupra mediului producand schimbari ecologice, transformandu-se in toxine, deseuri sau emisii.
Ideea de dematerializare opereaza atat in etapa de pregatire a unor procese tehnologice, cat si in
cea de functionare si de utilizare a diferitelor instalatii si produse. In acest sens, cantitatea de materiale
(materii prime) care vor intra intr-o faza de procesare trebuie sa fie, pe baza unor consideratii de
optimizare, cat mai redusa. De asemenea, instalatiile si produsele rezultate in cadrul unor proiecte, se
impune sa consume o cantitate cat mai mica de materiale necesara functionarii si sa aiba randamente
ridicate.
In literatura de specialitate se pot intalni variate prezentari ale notiunii de dematerializare care, in
esenta, exprima aceeasi idee:
_ " dematerializarea se refera la reducerea absoluta sau relativa in ceea ce priveste
cantitatea de materiale ceruta pentru a servi functionarii economiei".
_ " dematerializarea se refera la scaderea in timp a greutatii materialelor folosite
pentru produsele industriale".
_ " minimizarea de deseuri generate pe unitate de produs industrial".
_ " reducerea materiilor prime (energie sau material) se calculeaza ca fiind raportul
dintre consumul de material (sau energie) si PIB".
Se pot distinge doua tipuri ale dematerializarii:
a) Dematerializarea absoluta: se refera la scaderea cantitatii totale de materii prime si
materiale care urmeaza sa fie procesate, la nivelul unei anumite arii social-economice.
b) Dematerializarea relativa: se refera la micsorarea raportului dintre cantitatea de materii
prime utilizate si PIB-ul comunitatii respective.
In practica dematerializarea poate fi realizat_ prin diferite metode:
_ cre_terea eficien_ei materialului utilizat adic_: num_rul de tipuri de materiale s_ fie
cat mai redus;
_ substituirea materialelor adic_: inlocuirea materialelor grele cu cele u_oare;
_ refolosirea/reciclarea materialelor;
Un mod de realizare a dematerializ_rii este de a modifica balan_a produse - servicii in favoarea
acestora din urm_.
Dematerializarea a devenit o _int_ important_ pentru o dezvoltare ecologic_. O mare varietate de
argumente _i sugestii au contribuit la reducerea cantit__ii de material. Unele dintre acestea sunt:
_ Dificultatea evalu_rii prejudiciului adus asupra mediului, de c_tre diferite substan_e sau
materiale. Ar trebui limitate substan_ele care produc emisii in compara_ie cu substan_ele care se
recicleaz_ natural.
_ Echitatea global_. In prezent, o cincime din popula_ia _arilor bogate consum_ patru cincimi din
resursele globale. Dac_ prin dezvoltarea _arilor se ajunge la acest stil de via__, atunci resursele
naturale ar trebui s_ se regenereze de cinci ori mai repede. Avand in vedere _i cre_terea
popula_iei, acestea ar trebui s_ se regenereze de opt ori mai mult, fa__ de prezent, pan_ in anul
2040. O astfel de cre_tere, totodat_ _i o risip_ a acestora, ar duce la un efort insuportabil al
mediului inconjur_tor.
Alte idei privind dematerializarea sunt prezentate mai jos:
_ Dematerializarea a suscitat, pe drept cuvant, un mare interes, iin leg_tura cu ecoeficien_a.
Leg_tura eficient_ intre economie _i ecologie atrage aten_ia atat a persoanelor care au afaceri
cat _i a celor care au numai o preocupare economic_. Din conceptul ecoeficien_ei reiese ideea
unei produc_ii cat mai curate.
_ Sus_inerea dematerializ_rii conduce la efecte benefice simultane la realizarea mai multor lucruri
bune in acela_i timp: conservarea mediului, echitate global_ _i afaceri competitive.
_ Desigur, este important ca, intr-un proces, cantitatea de materii prime (materiale) s_ fie cat mai
mic_. Este ins_, la fel de important sau chiar mai important ca, in faza de concep_ie, s_ se evite
acele materii prime care pot fi mai poluante, in favoarea altora mai ecologice.
_ Dematerializarea poate s_ determine cre_terea eficien_ei folosii materialelor, ins_ trebuie avut in
vedere faptul c_ o cre_tere economic_ poate totu_i, duce la o cre_tere a consumului total de
materiale.
Evaluarea cantit__ii de material necesare, pentru a produce bunuri _i servicii, se realizeaz_ cel mai
frecvent prin intensitatea utiliz_rii materialului (IU - Intensity of Use). Schimbarea acesteia este determinat_
de un num_r de atribute sociale, economice, tehnologice, institu_ionale _i cele legate de mediu. Unele dintre
aceste atribute pot fi:
_ Imbun_t__irile tehnice mic_oreaz_ cantitatea de material folosit_ pentru a produce un bun sau un
serviciu. Aceste schimb_ri cu ajutorul c_rora se realizeaz_ o utilizare eficienta a materialului nu
includ numai dezvoltarea ingineriei _i _tiin_ei materialelor ci _i a conducerii produc_iei _i
organiza_iei. Un exemplu relevant ar fi: cu ajutorul calculatorului un proces de produc_ie este
mult mai evoluat.
_ Inlocuirea materialelor mai vechi cu cele mai noi care indeplinesc mai multe din propriet__ile
cerute de c_tre utilizatori. Un astfel de exemplu ar fi inlocuirea lemnului, folosit ca surs_ de
combustibil, cu c_rbunele, benzina sau gazul metan _i totodat_ inlocuirea lemnului, folosit ca
material de construc_ie, cu fierul, o_elul, aluminiul _i materialele plastice.
_ Saturarea pie_elor cu materiale de baz_. Dac_ exist_ mai pu_ine cereri pentru o nou_
infrastructur_, adic_, drumuri, poduri, c_i ferate, fabrici de o_el etc. atunci se reduce _i nevoia
utiliz_rii o_elului, cimentului _i a altor materiale de baz_.
Deoarece informa_iile despre de_euri _i emisii sunt in strans_ leg_tur_ cu informa_iile despre energie
_i materiale, cel mai adesea se folosesc m_sur_torile intensit__ii de utilizare (IU) pentru a observa care sunt
influen_ele produselor asupra mediului. Orice inlocuire sau schimbare tehnic_ are o influen__ asupra mediului
inconjur_tor. Cu ajutorul unor exemple sau sugestii se poate observa aceasta influenta, care ar trebui s_ fie
cat mai mic_, ins_ nu intotdeauna este a_a:
_ Inlocuirea o_elului cu aluminiul _i totodat_ a lemnului pentru construc_ii (cheresteaua) cu
materialele plastice ar putea fi o pierdere net_ pentru mediul inconjur_tor. Extragerea bauxiteiare efecte foarte d_un_toare asupra mediului ins_ _i producerea aluminiului consum_ o cantitate
enorm_ de energie. Materialele plastice sunt produse sintetice de natur_ organic_, anorganic_
sau mixt_ _i care ridic_ probleme semnificative la reciclare.
_ Inlocuirea pielii net_b_cite cu cea t_b_cit_ a dus la realizarea articolelor de imbr_c_minte _i
inc_l__minte care sunt mai confortabile _i mai durabile dar, de asemenea, a dus _i la poluare cat
_i la r_spandirea unor boli.
_ Autovehiculele mai u_oare consum_ mai pu_in combustibil. Acestea sunt mai u_oare datorit_
faptului c_, pentru un num_r important de repere, otelul a fost inlocuit cu materialele compozite.
Otelul este un material u_or de reciclat, pe cand despre materialele compozite nu se poate
afirma acela_i lucru. Astfel, scade consumul de benzin_ sau de motorin_ dar cre_te semnificativ
cantitatea de de_euri _i cea de resurse consumate.
_ Daca sc_derea in greutate a fiec_rui produs este inso_it_ _i de sc_derea acestuia din punct de
vedere calitativ _i/sau cantitativ, atunci rezult_ o cre_tere foarte mare a num_rului de astfel de
produse, ceea ce cauzeaz_ o cre_tere a polu_rii.
Considerentele de pan_ aici ne permit s_ observ_m c_, produc_torii sunt interesa_i ca, prin cercet_ri
de pia__ precum _i prin prelucr_ri statistice, s_ stabileasc_ mai exact nevoile comunit__ii. Acestea
cunoscandu-se, pot elabora strategii care s_ includ_ dematerializarea, ca factor al dezvolt_rii durabile.,
Pentru ca fabricarea unui produs nou din metal reciclat economiseste intre 74% si 95% din energia necesara realizarii aceluiasi produs din resurse primare. Daca reciclam o doza de aluminiu vom economisi energie suficienta pentru producerea altor 20 de doze reciclate.
Reducerea consumului de combustibil prin
reducerea masei automobilului
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.
Notiuni teoretice
Posibilitatea deplasarii automobilelor apare ce efect al utilizarii energiei dezvoltate de motor care
este transmisa la rotile motoare. Caracterul miscarii automobilului e dat de marimea si sensul fortelor
care actioneaza asupra lui cum ar fi: forta de tractiune, rezistentele la inaintare, reactiunea drumului,
fortele de inertie.
La deplasarea uniforma a automobilului fortele de tractiune echilibreaza suma fortelor de
rezistenta la inaintare iar forta de inertie este 0.
In cazul miscarii accelerate care caracterizeaza demarajul, forta de tractiune echilibreaza atat
rezistentele la inaintare, cat si forta de inertie iar surplusul de energie dezvoltata de motor va fi utilizata
la accelerarea miscarii, acumulandu-se ca energie cinetica a automobilului. In timpul functionarii,
aceasta energie cinetica foloseste le invingerea rezistentelor la inaintare, intrucat in acest regim de
deplasare forta de tractiune este 0, iar forta de inertie devine forta activa.
In timpul deplasarii automobilului, asupra acestuia actioneaza o serie de rezistente care se opun
inaintarii lui si a caror marime influenteaza atat caracteristima miscarii si marimea vitezei de deplasare a
automobilului cat si consumul de combustibil.
FR = Fr ? Fp + Fa ? Fd
"+" - la demarare;
"-" - la franare.
In timpul deplasarii automobilului, forta la roata FR trebuie sa invinga, echilibreze suma tuturor
rezistentelor la inaintare, si anume: rezistenta la rulare Fr, rezistenta la urcarea pantei Fp, forta de
rezistenta a aerului Fa si forta de demarare Fd.
Rezistenta la rulare. Aceasta forta apare din acuza faptului ca rotile automobilului sunt echipate
cu pneuri, adica pneurile automobilului sunt elemente elastice.
Fr = f?Ga?cos a
f-coeficient de rezistenta la rulare
Ga-greutatea automobilului
a-unghiul de inclinare al pantei (in cazul in care exista panta/rampa).
Rezistenta la urcarea pantei. Aceasta rezistenta este data de componenta paralela cu drumul a
greutatii totale a automobilului.
Fp = Ga?sin a
Rezistenta la demarare. Aceasta rezistenta actioneaza asupra automobilului la deplasarea acestuia
la regimuri tranzitorii si anume : in regim de demarare - ca forta de rezistenta ; in regim de franare - ca
forta activa.
Rezistenta la demarare se datoreaza inertiei totale a automobilului ca masa totala in miscare de
translatie sau ca inertie a pieselor aflate in miscare de rotatie.
Fd = (??Ga/g)?(d va/d t)
?-reprezinta coeficientul maselor in miscare de rotatie
d va/d t-derivata vitezei automobilului in raport cu timpul
g-acceleratia gravitationala(g=9,81 m/s2).
Se observa ca toate cele trei forte de rezistenta depind de masa automobilului. Cu cat aceasta
masa scade vor scadea si energiile suplimentare folosite pentru invingerea acestor forte. Scazand fortele
de rezistenta, va scadea si consumul de combustibil al automobilului.
Un alt parametru important in cadrul rularii automobilelor este coeficientul de aderenta ? ce
caracterizeaza taria contactului dintre roata si drum si e dat de raportul dintre reactiunea tangentiala
maxima sau forta de tractiune maxima si greutatea automobilului.
? = Xmax/Ga = Ft max/Ga
Aderenta dintre roata si drum depinde de urmatorii factori :
- frecare dintre pneu si suprafata drumului ;
- rezistenta materialului drumului la deformare ;
- adancimea de patrundere a rotii in drumul deformabil.
Coeficientul de aderenta va creste odata cu scaderea masie automobilului.
Constructii usoare de automobile ; prezent si viitor
Preocuparea pentru constructii de masini usoare prezinta un potential deosebit, peste tot, unde se
impune reducerea fortelor de greutate si ale celor de inertie. Aceasta tendinta este, deja de demult, in
atentia constructorilor de vapoare si de vehicole aerospatiale, pentru ca primele sa fie mai plutitoare iar
celelalte sa poata depasi atractia gravitationala.
Necesitatea micsorarii masei se impune - in special - in domeniul vehicolelor pe roti, a caror
deplasare necesita energie, si, in consecinta, genereaza emisii daunatoare mediului. Dupa cum se
cunoaste asupra oricarui corp actioneaza odata forta gravitationala (a carei marime este definita ca
produsul dintre masa si acceleratia gravitationala) si a doua oara, daca el se afla in miscare, in perioadele
de accelerare actioneza forta inertiala definita de produsul dintre masa si acceleratie. Aceasta acceleratie
se deosebeste de cea gravitationala prin faptul ca are marime si directie variabile. De aici rezulta ca
fortele gravitationale se pot reduce numai prin micsorarea masei pe cand cele de inertie si prin
micsorarea acceleratiei, ceea ce nu constituie o solutie deoarece lungeste timpul pentru obtinerea vitezei programate. Ramane deci, si aici, numai solutia reducerii masei, in conditiile respectarii celorlalte proprietati impuse de functionarea unei masini. Reducerea masei inseamna implicit o reducere de energie si de emisii daunatoare mediului.
Pe de alta parte masinilor li se cere astazi un raspuns rapid la comenzi (o dinamica inalta) al carui
timp depinde de asa numita frecventa proprie a structurii: cu cat aceasta este mai inalta raspunsul amintit
este mai prompt. Aceasta frecventa depinde, la randul ei, invers exponential de masa. Iata de ce si din
acest punct de vedere reducerea masei este la fel de importanta. Realizarea de "constructii usoare" nu se
refera, azi, doar la inlocuirea materialelor de pana acum cu unele avand densitate mai mica (aluminiu,
magneziu, titan, sintetice armate cu fibre, etc.) ci si la o "alcatuire geometrica" mai rationala a
produsului, mai bine adaptata la cerintele functionale, la alegerea si combinarea materialelor raportata atat
la tipul de solicitare cat si la tehnologia optima de executie. Alegerea se cere facuta si in vederea unei
sortari facile, dupa expirarea produsului, in vederea recliclarii. Ele trebuie alese si dupa criteriul
comportarii optime la tipurile dominante de solicitare. Este cunoscut, de la constructia cadrului
bicicletelor, ca grosimea peretilor tevii cadrului, la aceeasi solicitare, poate varia cu pana la 500 % in
functie de materialul ales (aluminiu, titan, magneziu etc). Reducerea greutatii bicicletei, remarcata
semnificativ in ultimul deceniu, inseamna reducerea energiei ei de actionare. Este de asemenea gresit a
se considera ca exista un anume material pentru "constructii usoare", un material universal. El se cere
ales in functie de felul solicitarii la care este supus. Astfel materialele sintetice armate cu fibre se
aracterizeaza printr-o rigiditate de exceptie, superioara metalelor, cu preferinta la solicitari de tractiune
si comprimare.
"Constructiile usoare" constituie azi un scop distinct pentru realizarea produselor inovative in
toate ramurile industriale si - in special - pentru vehicole. Comisia si parlamentul european limiteaza
consumul de combustibil pentru anul 2005 la maximum 5 l/100 km ceea ce corespunde unei emisii de
CO2 de 120 g / km (25 % reducere fata de anul 1995).
Alegerea materialelor trebuie, insa, sa aiba la baza considerente economice. In functie de felul
vehicolului, 1 kg de masa economisita nu e voie sa scumpeasca un vehicol spatial cu mai mult de 8800
$, un avion cu 1000 $ iar un automobil cu 7 $. Dezvoltarea si disponibilitatea de noi materiale presupune
si implicarea de tehnologii noi utilizabile intr-o productie de serie. Preocuparea pentru "constructii
usoare" nu impune aprioric eliminarea otelului. Nu numai densitatea unui material il face, sau nu,
utilizabil in asemenea constructii. Uneori este mai importanta alegerea configuratiei geometrice astfel
incat proprietatile materialului sa fie optim folosite.
Recent au fost dezvoltate sortimente de otel avand combinatii de aliere si tratamente termice
concepute sa corespunda unor cerinte de solicitare deosebita (otelurile TRIP* si TWIP**). Acestea
asigura o rezistenta mai mare (in domeniul plastic) efect care se obtine prin formarea unei faze
austenitice metastabile, care la deformare se converteste in martensita (TRIP) sau intr- o stare bifazica
(TWIP). Dirijarea localizata a combinatiilor amintite conduce la cresteri locale de ductibilitate si de
rezistenta prin intarire la deformare plastica ceea ce face posibila utilizarea otelului in constructii usoare. Prin configurarea adaptata la solicitare, a diferitelor grosimi de tabla intr-o singura placa se poate obtine de asemenea o scadere a greutatii. Datorita flexibilitatii si performantelor sudurii cu laser este posibil a se imbina table de grosimi si/sau calitati diferite.
Tehnologia imbinarii este mai scumpa dar, per produs, acest dezavantaj este compensat. Spre
exemplu o usa a unui vehicol cere grosimi mari de material in dreptul zavorului si a balamalelor. O
sudare laser rezolva cerinta facand inutile ranforsarile in aceste locuri de la grosimi de 0.65 mm la 1.75
mm. Azi este posibila si o laminare flexibila (grosime variabila ceea ce permite o trecere progresiva de
la o grosime la alta asigurand-se astfel omogenitatea proprietatilor). O tehnologie, nu prea recenta, dar
aflata in plina relansare, se refera la deformarea interioara, hidraulica, la presiuni mari. In ciuda
costurilor mai ridicate ea aduce avantajul realizarii procesului intr-o singura faza chiar pentru piese cu
un grad mare de integrare functionala. In principiu operatia se realizeaza intr-o incinta inchisa unde
piesa supusa unei presiuni mari ia forma locasului unde este presata. Rezultatul depinde de fortele de
frecare piesalocas si de proprietatile de "curgere" ale materialului. Un suport de motor, astfel realizat a
condus la o reducere a greutatii cu 30 % si-a costului global cu 20 %. Procedeul permite, pentru piesele
de forme complexe, ca numarul "amanuntelor" de forma sa fie substantial redus, sa se faca o optimizare pe criteriul solicitarii precum si sa se realizeze "bombari" pentru cresterea momentului de
inertie polar (in loc de ranforsari cu piese suplimentare). Pentru proiectare in aceast sens metoda elementului finit este de neinlocuit !
Un material "usor" folosit de mult timp si cu tehnologie pusa la punct, este aluminiul.
Turnat sub presiune, el este folosit pentru blocuri de motoare si carcase, in care sunt incorporate
(prin turnare directa sau prin presare), bucse de ghidare din fonta sau aluminiu (rezistent la frecare, cu
continut mare de siliciu). Folosirea, mai recent, a turnarii sub presiune in vacuum permite, odata,
realizarea de pereti subtiri si, a doua oara, o mare integrare functionala. Se pot fabrica cu precizie, de
asemenea, structuri mari, inchise (rame, caroserii), ceea ce permite eliminarea operatiilor de sudura si de alte prelucrari finale. Asa numita turnare fina*** este o metoda recent raspandita. Un succes mai mare este si acela al solidificarii controlate (prin racire comandata local) ceea ce permite influentarea
proprietatilor in asa fel incat distribuirea diferita a masei, si vitezele de racire diferite, sa nu conduca la
inomogenitati de structura si rezistenta. O caroserie auto astfel executata are o greutate cu circa 20 %
mai mica. Energia consumata in proces este mai mare, dar costurile suplimentare sunt compensate prin
ieftinirea reciclarii materialului.
Aluminiul, cel mai raspandit element metalic din scoarta pamantului, a capatat, in secolul
nostru, o importanta deosebita. Dupa fier, a devenit metalul cu cea mai larga intrebuintare. Datorita
proprietatilor sale s-ar putea spune ca fara aluminiu progresul civilizatiei umane si chiar nasterea unor
noi domenii de activitate tehnico - industriala, inclusiv zborurile cosmice, ar fi de neconceput.
Denumirea aluminiului deriva de la sulfatul dublu de aluminiu si potasiu (alaun), substanta
cunoscuta la romani sub denumirea de 'alumen' si folosita ca mordant in vopsitorie.
In natura nu se afla in stare libera, ci numai sub forma de combinatii chimice ca oxizi sau silico -
aluminati. Cel mai utilizat minereu pentru fabricarea aluminiului este bauxita, in care aluminiul se
gaseste, in special, sub forma de hidroxid. Aceasta a fost descoperita pentru prima data in localitatea Les Baux (Franta), de unde I se trage si numele si unde se gaseste in cantitate foarte mare. De asemenea rezerve importante de bauxita se afla in U.S.A., Rusia, Australia, Brazilia, India, etc.
Aluminiul a fost obtinut pentru prima data de H.C. Oersted in 1925 si in anul 1927 de F.Wohler.
In descrierea proprietatilor aluminiului, Wohler sustinea ca este unul din metalele cele mai usor
corodabile. Saint - Claire Deville, la Ecole Normale din Paris, prepara si el aluminiul pentru a-i studia
proprietatile, cu care ocazie gaseste, dimpotriva, ca este unul dintre metalele care se oxideaza cel mai
greu. El constata ca in aer liber aluminiul se conserva excelent, datorita formarii unei pojghite subtiri de oxid care apara restul metalului de coroziune. Este vorba deci de un fenomen cunoscut sub denumirea de pasivizare. Proprietatile interesante pe care le - a remarcat la aluminiu il determina pe Saint - Claire Deville sa se preocupe intens pentru fabricarea acestui metal. Cu sprijinul financiar al guvernului francez al lui Napoleon al III-lea el reuseste sa prezinte, in 1855 la Expozitia universala din Paris, o bara de aluminiu, in greutate de cateva zeci de kilograme, obtinuta din bauxita. Deville numeste acest metal foarte usor si stralucitor (ca argintul) 'argint de lut', insa metoda sa pentru obtinerea aluminiului nu a putut fi extinsa deoarece era prea scumpa.
Aluminiul este un metal alb-argintiu si care poseda o mare plasticitate. Cristalizeaza in sistemul
cubic cu fete centrate fara a mai avea si alte forme alotropice. Din punct de vedere al proprietatilor fizice se remarca in primul rand faptul ca este un metal usor, avand o greutate specifica, la 200 C, de 2,7 kg/dm3. Datorita acestei proprietati este intrebuintat, cantitati mari, ca metal sau sub forma de aliaj in industria aeronautica si navala.
Dintre proprietatile fizice deosebite pe care le mai are aluminiul trebuie mentionate buna
conductibilitate termica si electrica. La temperatura de 200 C, rezistivitatea electrica are o valoare de
0,027 mm2/m, iar conductibilitatea termica de 2,176 J/cm.s.0 C. datorita acestor calitati aluminiul este
folosit in industria electrotehnica sub forma de sarma, inlocuind conductorii electrici din cupru care sunt mai scumpi. Este un metal maleabil si ductil, ale carui proprietati mecanice sunt influentate de impuritatile pe care le contine, precum si de procedeul de prelucrare la care a fost supus. Ca urmare, poate fi tras sub forma de sarma sau laminat in foite subtiri (0,005 mm grosime), utilizate la ambalarea produselor alimentare, farmaceutice si in alte scopuri. Fiind un metal cu proprietati diferite are numeroase utilizari in foarte multe domenii. Ca urmare, productia mondiala de aluminiu, in anul 1970, a atins 10.000.000 tone pe an. Printre tarile producatoare de aluminiu se numara si Romania a carei productie de aluminiu depaseste in prezent 200.000 tone pe an. Productia de aluminiu la noi in tara a inceput in anul 1965 la Intreprinderea de aluminiu Slatina. Cea mai mare parte din productia de aluminiu se obtine prin electroliza aluminei topite. Deoarece bauxita, pe langa Al2O3; contine numeroase impuritati (SiO2; Fe2O3; TiO2; CaO; etc.) in prima faza sunt necesare o serie de operatii pentru obtinerea aluminei pure. Daca bauxita are un continut mai mic de 8% SiO2 obtinerea aluminei pure se face dupa procedeul Bayer, aplicat si in tara noastra.
Procedeul poarta numele chimistului K.I.Bayer, care l-a conceput si experimentat la Petrograd, la
sfarsitul secolului trecut. Potrivit acestui procedeu bauxita macinata este descompusa cu ajotorul unei
solutii concentrate de hidroxid de sodiu, la o temperatura de 180-2000 C si la o presiune de 18-30 at.,
dupa reactia:
Al2O3 *H2O+2 NaOH=2 NaAlO2 + 2H2O
In continuare, produsul rezultat din reactie este trecut intr-un bazin cu apa unde aluminatul de
sodiu se dilueaza si trece in solutie, iar rezidurile raman pe fundul bazinului sub forma unui mal, numit
namol rosu. Dupa decantare si filtrare, solutia de aluminat de sodiu se dilueaza cu apa, operatie care se
face intr-un recipient, obtinandu-se descompunerea aluminatului de sodiu, potrivit reactiei:
2AlO2Na + 4H2O= 2 NaOH + 2Al(OH)3.
Alumina hidratata rezultata din reactie precipita, iar hidroxidul de sodiu ramane in solutie. Dupa
filtrare, alumina hidratata se calcineaza urmand a fi dizolvata in criolit topit si supusa electrolizei, care
reprezinta o alta etapa importanta din metalurgia aluminului.
Aluminiul are multe intrebuintari de aceea astazi industria aerospatiala este de neconceput fara
aluminiu si aliajele sale. Si in mijloacele de transport terestre (automobile, vagoane de cale ferata, etc.)
aluminiul isi aduce o importanta contributie. De asemenea, vastele retele elctrice cu ajutorul carora
energia electrica este transportata la mari distante nu s-ar fi putut realiza numai pe baza de cupru, fara
aportul aluminiului.
Un alt material usor, in renastere utilizatorica, este magneziul (in special in industria auto:
carcasa cutiei de viteze si a blocului de aspiratie, componente de directie, suporti, genti de roti, etc.). El
este folosit si pentru masini si aparate manuale, produse ale industriei electro, aparate portative pentru
comunicatii (Laptop) capete port-scule, etc.. Aliajele de magneziu au o capacitate de turnare
exceptionala. In comparatie cu aluminiul unde grosimile minime de pereti sunt de 2.5 ??3 mm in cazul
magneziului ele sunt de 1?2 mm, Cu el se pot realiza piese cu suprafete mari si de forme complexe.
Piesa turnata, datorita constructiei monocorp, inlocuieste un ansamblu echivalent de 40 ??60 de
componente eliminand nevoia de sudare la montaj si conducand la o reducere de masa cu 2/3. Prin
deformare plastica, la impact, aliajul preia mult mai multa energie. Desi el se poate turna aproape la
forma finita, datorita preciziilor impuse azi sunt necesare uneori si prelucrari prin aschiere. Din nou,
desi, el este bine si productiv prelucrabil (viteze de aschiere la frezare frontala de pana la 4000 m/min si de avans de 25 m/min) permitand obtinerea de rugozitati sub 10 μm si forte mici de aschiere el prezinta riscul aprinderii aschiilor (in special in cazul racirii/ungerii cu ulei a carui ceata poate declansa explozii care sa aprinda magneziul). Realizarea filetelor cu acest material este foarte dificila.
Relativ recent s-a introdus si utilizarea in constructii usoare a "spumelor metalice". Acestea pe
langa avantajul densitatii reduse il au si pe acela ca o mare parte a volumului produsului nu este umplut cu material metalic ci cu gaz. De regula "spuma" se placheaza cu tabla subtire din otel, aluminiu, sau alte metale ceea ce ii asigura o buna rigiditate si o mare capacitate de amortizare. Prepararea spumei se bazeaza pe tehnologia pulberilor: intr-o pulbere metalica se adauga 0.15 % substanta solida de activare (de exemplu o legatura metal-azot) dupa care urmeaza o deformare la rece, prin presare de extrudare, prin care se obtine o forma solida, prelucrabila pe mai departe. In incheiere semifabricatul se incalzesten la o temperatura prin care materialul de baza al spumei trece intr-o stare fluida iar materialul activ se separa in metal si gaz. Un asemenea semifabricat devine de opt ori mai rigid decat o structura bordurata din otel. Materialul este sudabil deoarece capacitatea de conducere a caldurii a spumei este foarte mica. Materialele sintetice prezinta, de asemenea, un potential mare pentru constructii usoare.
Densitatea lor (0.9 g/cm3 >1.9 g/cm3) se situeaza sub aceea a materialelor metalice. Ele au proprietati
care ofera posibilitati multiple de obtinere a formei fara aschiere. Proprietatile lor mecanice se pot
modifica prin adaosuri de umplere si de intarire. Ele se pot colora divers, sunt rezistente la diferite
chimicale si la coroziune dar prezinta o rezistenta scazuta a formei la caldura, o tenacitate scazuta la
lovire (la temperaturi reduse) si o rezistenta scazuta la ultraviolete. Pe de alta parte ele permit o integrare
functionala inalta si o acoperire (prin stropire) cu intaritori metalici.
Termoplastele constituie azi cea mai mare parte a materialelor sintetice utilizate in industria auto.
Intarite cu fibre de sticla ele permit inlocuirea de metale si in locuri puternic solicitate. Ele sunt folosite
si la confectionarea de caroserii auto (unde exista suprafete mari) putandu-le asigura o perfectiune
geometrica, omogenizate, rigiditate mare, dilatare termica scazuta si colorare diversa. Economia de
greutate poate atinge 60 % iar reducerea de pret 30 %. Esential in alegerea materialului este perfecta
cunoastere a solicitarilor (ca marime si directie), calitatea si pozitia fibrelor distribuite anizotropic,
ordonate pe directiile solicitate. Ramforsarile cu fibra de carbon sunt deja utilizate in aviatie, marina,
recipiente, articole de sport, etc.. Aceste materiale au insa timpi mari de procesare ceea ce nu le face
rentabile pentru serii mari de fabricatie. Dezavantajos este aici si dificultatea recunoasterii defectelor, a
reparatiilor, mai ales ca dupa acestea nu mai este asigurata structura initiala datorita intreruperii fibrelor. Orientarea descrisa se aplica si la piesele metalice la care se induc modificari de proprietati (prin tratament de suprafata, aliere partiala, ecruisari cu jet de bile, laminare cu grosime variabila).
Imprimarea si structurarea (prin deformare) de "solzi" pe suprafetele tablelor duc la cresterea rigiditatii, a rezistentei la vibratii si chiar a rezistentei propriu-zise.
Materialele ceramice cunosc de asemenea o mare raspandire. Ele exista intr-o mare diversitate.
Le vom aminti doar in masura posibilitatii folosirii lor ca materiale usoare. Aceste materiale pot fi
oxidice, carbidice sau nitridice. Ele au densitatea cuprinsa intre 2.5 si 6 g/cm3 (mai mica decat a
otelului). Modulul lor de elasticitate este cuprins intre 170000 si 410000 N/mm2 (dependent de
tehnologia de producere dar necorelat cu densitatea). Caracteristica lor esentiala este rezistenta la
temperaturi inalte (~1100 oC). Ele se preteaza la utilizari tribologice in care domina uzura de abraziune. Au insa o ductilitate foarte scazuta. La deformari elastice de (0.080.48) % in ele apar rupturi neprecedate de deformari plastice (pe cand in cazul otelurilor imbunatatite acestea sunt capabile ca prin mici deformari plastice sa preia varfuri de tensiune).
Materialele ceramice nu se pot folosi in piese in care apar varfuri de tensiuni la intindere. Ele se
folosesc azi la supapele de evacuare ale motoarelor termice care sunt supuse la solicitari complexe,
mecanice, termice, abrazive si corozive, sau in constructii mixte (discuri de frana din carbura de siliciu
cu butuc de otel, carora le asigura o usurare cu 20%, stabilitate termica si rezistenta la uzura. Un
asemenea disc rezista la temperaturi de pana la 800 o C si poate prelua energii de pana la 30MJ.
Inca odata, la alegerea materialelor in vederea "constructiilor usoare" eficienta maxima se obtine
daca piesa este conceputa cu geometrie optima in raport cu solicitarile la care este supusa. Ramane inca dificila problema imbinarilor, in special pentru materiale diferite. Pe langa procedeele clasice (sudura, nituire) azi se realizeaza deja procedee prin deformare (care nu produc modificari termice) imbinari prin intrepatrundere (cu sau fara elemente suplimentare). Este vorba despre o "imbucare" mecanica, la care proprietatile mecanice, termice si chimice (care au influenta in cazul sudurilor si lipirilor) nu joaca nici un rol. Acest procedeu permite, la expirarea produsului si o plenara, rapida si ieftina recuperare a materialelor in vederea recilarii. Pentru configurarea geometriei piesei, vor exista mai multe solutii, din care trebuie aleasa aceea care asigura tehnologia cea mai ieftina. Cu ajutorul metodei elementului finit (pentru care exista astazi pachete de programe) se asigura ca in zonele mai putin solicitate ale piesei acestea sa fie mai "svelte", criteriul fiind acela al unei repartitii egale a tensiunilor.Un aspect important azi, in special pentru vehicole, este si acela al capacitatii de absorbtie a
energiilor de impact, a vibratiilor, a reducerii zgomotului. In acest sens s-au dezvoltat structuri celulate
(fagure), table cu "solzi" imprimati, etc..
O preocupare sustinuta in acest sens a facut posibila realizarea unor trenuri ultrarapide (350
km/ora), la care inovatiile aduse (transformatoare cu greutate redusa, electronici noi de putere,
ansambluri noi de redresare, renuntarea la variatoare) au facut posibil ca si "locomotiva" sa poata fi
utilizata ca vagon, sa se reduca greutatea actionarii de la 7 kg/kw la 2.5 kg/kw, iar masa per scaun
persoana la 50% (caroserii de vagoane din materiale usoare), masuri care duc la cresterea capacitatii de
accelerare a trenului, la scaderea costurilor pe ciclu de viata al lui cu 65% si a consumului de energie la
2.5 litri combustibil/km/persoana.
Pentru realizarea de "masini usoare" problema se reduce deci la 4 criterii: materiale, conceptii
constructive si tehnologice stiintifice, interdisciplinalitate in proiectare, executie si refolosire, precum si o analiza economica temeinica in care factorul ecologic sa fie pe prim plan.
Materiale compozite 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 23 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.
Se preconizeaza astfel ca pana in anii 2005-2010 circa 10% din masa automobilului vor fi mase plastice armate. Se estimeaza o reducere a greutatii cu circa 10% pana in anul 2005.
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 (reziduuri): 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 2005 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=SPi*wi , unde : 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.
Tabel nr 1.
Aluminiu, datorita densitatii sale reduse si a rezistentei mari la oxidare progresiva, este
materialul care a capatat cea mai mare extindere ca matrice a materialelor compozitelor utilizate in
realizarea de repere ce intra in constructia unui autovehicul (tabelul nr.2).
Tabel nr.2
Materialele Al/Al2O3 si Mg/ Al2O3 au o rigiditate si rezistenta la uzare mari, cuplate cu o
rezistenta mare la temperaturi inalte, fiind aplicabile in realizarea unor componente pentru
automobile.De altfel, in industria de autovehicule s-au impus materialele compozite metalice pentru
fabricarea diverselor repere din cadrul motorului, suspensiilor, sistemelor de directie si franare. (tabelul
3.). Aplicatiile se refera in special la echipamentul mobil (biele, pistoane, axul pistonului) si la piesele
solicitate la oboseala termodinamica.
Tabel nr. 3.
Inginerii din domeniul automobilelor se preocupa de alegerea optima a combinarii materialelor si
a tehnologiei specifice care se impune, in conditiile unor cheltuieli minime, a imbunatatirii constante a
calitatii, prin procedee nepoluante pentru mediul inconjuraor.
Firma Du Pont din Nemours a realizat un material plastic, original, celular, NOMEX, care are un
raport optim intre rezistenta si greutate, si cu o rezistenta la comprimare cu 50% mai mare decat otelul.
Materialul este folosit in industria aerospatiala, datorita calittiilor sale deosebite, dar se prevede ca, in
viitorul apropiat domeniul de aplicabilitate al acestuia se va deplasa spre constructia mijloacelor de
transport terestre.
In ultimul timp, s-a ajuns la concluzia ca fibrele sintetice sunt o sperantaentru domeniile de varf
ale tehnicii, dintre care Kevlarul devine din ce i ce mai omniprezent, ca fiind exponentul "generatiei a
doua" de materiale compozite. Inventat in 1965 de firma Du Pont, Kevlarul este o fibra care poate
ajunge la o finite de cateva sutimi de milimetru, care apoi sunt filate si tesute pe masini textile
conventionale, usor modificate, conform particularitatilor Kevlarului.
Folosirea materialelor compozite in compartimentul motor al autovehiculelor se face in mod
precaut, intr-un ritm se pare mai lent decat pentru elementele exterioare. Acesta, in are masura, pentru ca elementele componente respective sunt supuse simultan unor solicitari importante de tip mecanic, termic si chimic. Firma "Tokyo Yokyo Co. Ltd.", a realizat un material compozit din carbura de siliciu si aluminiu. Materialul consta din 20% carbura de siliciu si din 80% alumina si este armat cu pulbere de carbura de siliciu. Poate fi comparat cu materialul compozit conventional armat cu ceramica. Legatura SiC-Al este foarte asemanatoare cu legatura metal-metal, aceasta facand materialul compozit mai rezistent. Materialul este usor, rezistent la uzura si la oboseala, si arerezistenta la tractiune de 45
kg/mm2. Termorezistenta este cu 30% mai mare decat a aluminiului. Poate fi fabricat prin diferite
metode ca: extrudare, forjare, laminare si turnare sub presiune, sub forma a diferitelor piese de masini
(pistoane, axe cu came si invelisuri pentru transmisii).
Pe baza polipropilenei realizate de firma Exxon Cehmical, Farmington Hill,s-a obtinut un nou
material compozit termoplastic, care se poate stanta, isi gaseste largi domenii de utilizare inlocuind
metalul la realizarea podelelor pentru compartimentul bagajelor , ecrane antizgomot pentru motoare,
bare de directie fata si spate de la automobile, piese interioare ale usilor de automobile, structuri de
rezistenta pentru banchete, tavi pentru baterii si suporti de pedala de frana. Procedeul umed folosit
pentru producerea materialului compozit este similar cu procedeul prin care este fabricata hartia: sunt
amestecate fibre cu lungime de 30 mm cu apa, pentru a se produce o dispersie uniforma, dupa care este
uscata pe un fetru care nu are puncte slabe. Produsele sub forma de foi sunt realizate prin comprimarea
fibrelor uscate cu materialul plastic folosit ca retea, ceea ce conduce la cresterea sansei de a obtine
materiale neuniforme de la un lot la altul. Un alt avantaj al omogenitatii ridicate a produsului realizat de Exxon il constituie reciclabilitatea completa.
O familie de materiale compozite de tip polipropilena termoplastica armate cu fibre lungi din
sticla si de material plastic cu dimensiuni mari din constructia de automobile. Sunt utilizate de catre
Peugeot, Renault si alti fabricanti europeni de automobile, Taffen STC (materiale compozite
termoplastice structurale) realizat de Exxon Chemical Co., este remarcabila in ceea ce priveste reducerea greutatii, consolidarea pieselor, rezistenta la coroziune, economia de costuri si eficienta procesului de productie.
O familie de materiale compozite de tip polipropilena termoplastica armate cu fibre lungi din
sticla si de material plastic cu dimensiuni mari din constructia de automobile. Sunt utilizate de catre
Peugeot, Renault si alti fabricanti europeni de automobile, Taffen STC (materiale compozite
termoplastice structurale) realizat de Exxon Chemical Co., este remarcabila in ceea ce priveste reducerea greutatii, consolidarea pieselor, rezistenta la coroziune, economia de costuri si eficienta procesului de productie.
STC este utilizat in diverse aplicatii: la suporturi pentru panouri de instrumente, perne pentru
genunchiere, rafturi pentru portpachete in spate, suporturi pentru coloane de ghidare, structuri frontale
complete. La obtinerea materialelor cu matrice organica pentru sistemele de frictiune cum sunt discurile,
s abotii, garniturile, ambreialjele au fost folosite fibre de azbest. Din cauza actiunii toxice asupra
sanatatii producatorilor s-a propus inlocuirea fibrelor de azbest cu cele de sticla.
Din experimentari s-a constatat ca astfel de compozitii de frana ar fi acceptabile, insa adaosurile de fibre de sticla au tendinta de a se aglomera, si dea reduce uniformitatea materialului de frictiune. S-a incercat posibilitatea in care fibrele de sticla functioneaza in pereche cu contracorpuri de otel, dar s-au constatat uzuri inacceptabile. In domeniul motoarelor cu ardere interna la institutul de incercari al firmei FORD, POLIMOTOR RESEARCH INC. din New Jersey s-au realizat mai multe motoare din materiale compozite, folosind pentru armare fibre de grafit (care se recomanda pentru piese de performante deosebite, la temperaturi ridicate). S-a urmarit, in mod special, reducerea apreciabila a greutatii motorului de baza, din metal, reusindu-se aplicarea materialelor compozite in constructia a circa 90% din elemente, sa se reduca la jumatate, 77 kg.. Materialul de baza al chiulasei este un material compozit armat cu fibre de grafit.
Biela, pistonul, axul pistonului, talerele arcurilor, camele, pompa de apa se executa din material
compozit armat cu fibre. De aici s-a dedus ca reducerea greutatii sistemului de distributie favorizeaza
functionarea motorului cu o turatie mai ridicata:
- adoptarea unor materiale compozite pentru piesele mecanismului motor contribuie reducerea cu 60% a greutatii acestora;
- datorita constructiei din material compozit al pistonului, conductivitatea termica se reduce,
determinand o eficienta majorata a arderii;
- segmentii din material compozit favorizeaza autolubrifierea, iar greutatea lor redusa impiedica vibratia lor la turatii ridicate.
Materialele compozite folosite au rezistenta la rupere cu 40% mai mare ca a celor monolitice, iar
frecarile cu 40% mai mici sI greutatea cu 60% mai redusa. Turbosuflantele ce echipeaza motoarele
autoturismelor au un timp de raspuns nesatisfacator la schimbarile bruste ale turatiei si sarcinii.
Inlocuirea rotorului metalic al turbinei cu unul ceramic din carburi sau nitruri de siliciu sinterizate sub
presiune, care are o densitate de trei ori mai redusa comparativ cu cel clasic, asigura o micsorare a
inertiei lui si o diminuare a timpului de reactie cu 0,81,4 secunde.
In Angia, firma RUBERY OWEN (care asigura 80% din piata engleza a suspensiilor grele si
30% din piata europeana ) impreuna cu BRISTOL Composite Materials Engineering and Mathweb
fabrica arcuri din mase plastice epoxidice 25%, armate cu fibre de sticla 65%, si cu fibre de carbon 10% pentru suspensiile autovehiculelor. Un astfel de arc cantareste 22,5kg. fata de cel obisnuit care atinge 90 kg.
Fima FORD - Anglia a echipat tipul CORTINA de 1,3l cu colectorul din materiale plastice
armate, care inlocuiesc aluminiul traditional. Cu toate ca lucreaza intr-un mediu agresiv, aceasta a fost
posibil atat prin folosirea unor materiale plastice armate noi, adecvate, cat mai ales prin elaborarea unei
tehnologii de formare ingenioase (metoda formarii pe un miez fuzibil din aliaj Sn-Bismut). Materialul
utilizat este un compozit pe baza de poliester armat, care face fata conditiilor si mediilor diferite cu care vine in contact (apa calda, hidrocarburi, antigel), prezentand stabilitate dimensionala la regimuri termice variabile.
Firma MAHLE din Germania studiaza asa-zisele "pistoane flotante": corpul pistonului este
despartit de cap, fiind legate intre ele doar prin intermediul axului pistonului. Aceasta solutie
constructiva permite un joc redus intre corpul pistonului sI peretele camasii cilindrului si, mai ales, ofera posibilitatea utilizarii unei combinatii mai variate de materiale, decat in alte constructii. Firma MAHLE poseda o versiune experimentala la care corpul este din material plastic armat cu fibre, iar capul este din aliaj de aluminiu de rezistenta mare. Printre produsele la care s-ar putea folosi noile materiale compozite sunt: capote pentru automobile, capace pentru automobile, etc. Capotele sau capacele de automobile reprezinta asemenea aplicatii, deoarece produsul final poate fi format prin suflare inainte de racirea materialului, accelerand procesul de productie. Este de subliniata si posibilitatea de vopsire a compozitelor pentru aplicatii la automobile. Ca dezavantaj il reprezinta pretul de cost mai ridicat.
Rulmentii de debreiere ai ambreiajelor in cazul autoturismului Opel Omega trebuie sa
functioneze fiabil la temperaturi de durata de pana la 120ºC, iar valorile de varf sunt mai mari. Sarcinile axiale intermitente intre 50 si 2700 N, la deplasari axiale de 15 mm trebuie preluate fara frecare si cu uzura redusa.
Abaterile de coaxialitate ale mansonului de ghidare, pe care alunca rulmentul de debreiere
trebuie compensate.
Unitatile trebuie atat de etanse, incat lubrifiantul sa nu poata ajunge in spatiul
ambreiajului. Rulmentul de debreiere din material compozit otel si mase plastice are o greutate redusa,
proprietati de alunecare superioare, amortizarea mai buna a zgomotului si costuri reduse de fabricatie.
Intreaga unitate este montata pe un inel de ghidare din poliamida armata cu fibre de sticla. La partea din spate, inelul de ghidare este astfel format, incat sa se poata monta parghia de debreiere. Un inel de
acoperire peste inelul exterior al rulmentului mentine axial unitatea. Noul rulment de debreiere a
ambreiajului este etans, nu necesita intresinere si emite un zgomot foarte redus. Aceleasi materiale
compozite din otel si material plastic au dat bune rezultate de asemenea si la rolele de intindere a
curelelor, rotilor de intindere si de deviere ale mecanismului motor.
. Avantajele si dezavantajele utilizarii materialelor compozite comparativ cu
materialele clasice in industria autovehiculelor
Avantaje:
- densitate mica in raport cu metalele. Compozitele din rasini epoxidice armate cu fibra de Si, B si C au densitate sub 2kg/dm3. Rasinile epoxidice armate cu fibre de sticla sunt cu 83% mai usoare decat otelul. Materialul plastic armat cu fibre de sticla hyfil are densitatea de 1,8 kg/dm3.
- rezistenta la tractiune Rm sporita. Rezistenta materialelor compozite cu whiskersuri este de 5 30 ori
mai mare decat a matricei, pe o directie paralela cu directia de orientare a whiskers-urilor. Rezistenta la
tractiune a fibrelor de sticla este 1900039000 daN/cm2.
Materialul compozit Kevlar are Rm de doua ori mai mare decat cea a sticlei.
- consum energetic scazut, si instalatii mai putin costisitoare in procesul de obtinere, in raport cu
metalele. Materialele plastice armate cu fibre de sticla pot fi usor realizabile, procedeele aplicate uzual
putand fi: laminarea, pulverizarea, extrudarea si injectarea. Materialele compozite pe baza de materiale
plastice sunt mai putin energointensive decat otelul, aluminiu si cuprul.
- rezistenta practic nelimitata la actiunea proceselor determinate de agentii atmosferici si de mediu
(oxidare, coroziune, microorganisme);
- capacitate ridicata de amortizare a vibratiilor, de trei ori mai mare decat cea a aluminiului;
- coeficient de dilatare foarte mic in raport cu metalele;
- durabilitate mare in functionare. In aceleasi conditii de functionare 1 kg. de kevlar inlocuieste 5 kg. De otel, la o durata egala de functionare.
- stabilitate chimica si rezistenta mare la temperaturi redicate. Fibrele de Kevlar, teflon si hyfil isi
pastreaza proprietatile pana la o temperatura de 500 ºC, iar fibrele ceramice de tip SiC, Si3N4 si Al2O3 pana la temperaturi cuprinse intre 1400 ºC si 2000 ºC
Dezavantaje:
- uzarea prin frecare reprezinta un proces distructiv al materialelor compozite echivalent cu cel a ruperii
sau al deformarii.
- oxidarea si/sau coroziunea sunt procese care duc la degradarea progresiva si rapida a suprafetei
produselor si deci la uzarea lor avansata. Oxidarea devine mai periculoasa la temperaturi inalte, insa
depinde in mare masura de natura matricei si a materialului complementar. Coroziunea se produce la
temperaturi joase si inalte, in zona de contact dintre componente (coroziunea galvanica, din cauza
diferentei de potential electrochimic dintre matrice si faza complementara).
- cedarea materialului sub actiunea solicitarilor mecanice ciclice se datoreaza aparitiei, cresterii si
propagarii fisurilor sau dezlipirilor. Starea de tensiune insa zone de desprindere (goluri) la capetele
fibrelor de ramforsare, si care se propaga sub forma unor striuri in regiunea neramforsata.
|
Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare |
Vizualizari: 1994
Importanta: 
Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved
