FACULTATEA DE MECANICA SI TEHNOLOGIE

TEMĂ DE CASĂTEHNOLOGII ŞI MATERIALE NECONVENŢIONALE

Student: Popescu Cosmin Ionuţ Indrumator: Prof. univ. dr. Crivac Gheorghe Specializarea: Autovehicule Rutiere Grupa: AR 4.2.2.

ADEZIVI

In zilele noastre tehnologiile de ansamblare ocupa un loc din ce in ce mai important in toate domeniile industriale. Gratie evolutiilor in chimie, tehnologia de lipire aduce o solutie moderna si adesea economica pentru ansamblarea materialelor, fie traditionale, fie noi.

Adezivii sunt substante de natura organica sau anorganica, care pot lega corpuri solide prin fenomenul de adeziune, fara sa schimbe structura materialelor imbinate. Sub denumirea de adezivi se regasesc, in general, produse precum : cleiuri, dispersiile adezive, chiturile adezive, adezivii de topire. Prioritatea de baza a acestora, adeziunea, este rezultatul fortelor de atractie intermoleculara ce se manifesta la nivelul suprafetelor de contact ale diferitelor substante solide si a fortelor de coeziune (forte care se manifesta intre moleculele constituente ale aceleiasi substante).

Clasificarea adezivilor folositi in diverse aplicatii pentru automobile se poate face dupa mai multe criterii, dintre care cuprinzatoare sunt : natura chimica, modul de intarire si numarul componentilor (tabel 1.1).

Tabelul 1.1. Clasificarea adezivilor folositi in diverse aplicatii .Criterii de clasificare Clasificare Exemple de utilizari

Observatii

CompozitiaTermorigiziTermoplasticiElastomeri

Modul de intarire

Prin evaporarea umiditatii sau solventului

PVA ( alcooli polivinilici in faza apoasa )

Prin reactia a doua componente Adezivi poliuretanici bicomponentiAdezivii epoxidici

Prin reactia chimica a adezivului cu umiditatea din aerul ambiant

Adezivii poliuretanici monocomponent tip Sikaflex

Prin reactii chimice in absenta oxigenului

Adezivii anaerobi

Prin expunerea

Numarul de componenti

BicomponentiNecesita un control permanent al dozajului si al amestecului.Sunt foarte sensibile la variatii de temperatura.

Monocomponenti Garanteaza rezultate mai uniforme.

In general, adezivii au in compozitie urmatoarele : unul sau mai multi polimeri, unul sau mai multi solventi, materiale de umplutura, intaritori, acceleratori, agenti reticulanti, stabilizatori, plastifianti si eventual coloranti.

Adezivii sunt folositi in industria de automobile din motive economice si pentru performantele si avantajele in fabricatie pe care le prezinta. Ei poseda performante adezive si structurale deosebite, putand fi folositi pe metal, material plastic, sticla, cauciuc si pe substantele vopsite. Adezivii pentru automobile trebuie sa indeplineasca o serie de cerinte care sunt mai mult sau mai putin independente de performantele de imbinare.

In constructia de automobile pot fi folositi in conditii care includ :- viteze mari de productie ( unele linii fiind concempute 100 de masini pe ora ), cu timpi scurti

si invariabili pentru fiecare operatie ;

- curatire minima a suprafetelor, care sunt supuse contaminarilor neasteptate si gradate;- realizarea de imbinari rezistente la uleiuri, combustibili, incalzire, detergenti, praf umiditate,

vibratii si soc.

In momentul in care cerintele au fost indeplinite si imbinarea s-a realizat, legaturile adezive trebuie sa reziste pe toata durata de utilizare a automobilului, in conditii foarte severe. Rezistenta imbinarii variaza cu grosimea stratului adeziv si depinde de felul lipirii ( Fig. 1.1. si 1.2.)

Fig. 1.1. Variatia rezistentei lipirii rigide cu grosimea adezivului

Fig. 1.2. Variatia rezistentei lipirii suple cu grosimea adezivului

Caracteristicile imbinarilor pot fi grupate in : mecanice, termice, chimice si electrice. Aprecierea din punct de vedere mechanic a unei imbinari cu adeziv se face pe baza unor norme stabilite de ASTM, care precizeaza rezistenta unei imbinari la tractiune, forfecare, exfoliere, soc, incovoiere, indoiri repetate, clivaj si rezistenta la oboseala.

La realizarea asamblarilor prin lipire in conditii de banda de montaj auto dezvoltarea rezistentei imbinarii trebuie sa se faca tinand cont de : rezistenta necesara la manipulare, rezistenta necesara trecerii la etapa urmatoare si de rezistenta in serviciu, tinandu-se cont ca trebuie sa existe si o marja de siguranta (fig. 1.3.)

Fig. 1.3. Etape importante in dezvoltarea rezistentei unei imbinari prin lipire

In ceea ce priveste stabilitatea termica a imbinarii adezive, automobilul modern se asteapta sa functioneze intr-un domeniu larg de temperaturi ( de la -40°C la +90°C ) si este obligatoriu ca imbinarea adeziva sa-si pastreze proprietatile in domeniul de lucru. Pentru aceasta, se fac incercari pentru a masura si limita unele efecte distructive ca : oxidarea, contactul cu apa, cu uleiul si cu alte substante chimice, expunerea la soare, variatii de temperatura . Aceste teste dau indicatii asupra perioadei de timp in care imbinarea se va comporta corespunzator.

Inovatiile tehnologice in folosirea adezivilor pentru lipire la automobile implica o adaptare constanta a chimiei pe baza a noi materii prime si a noi polimeri, pentru a raspunde unor cerinte de baza ale automobilelor.

In constructia de autovehicule produsele de lipire se utilizeaza la montajul mecanic, la ansamblarea caroseriilor, in vopsitorie si la fabricarea tapiteriilor.

1.1 Utilizarea adezivilor la montajul mecanic

La montajul mecanic, produsele de lipire se utilizeaza la asigurarea impotriva desfacerii unor ansamble (asigurarea filetelor, prinderea de piese si etansari de suprafete) .

Pentru a fi folosite, acestea trebuie sa raspunda unei serii de cerinte, si anume : rezistenta la forfecare finala buna, viteza de intarire adecvata (dupa 30÷40 minute), rezistenta la torsiune, rezistenta la caldura si rezistenta la imbatrinire.

Exigentele impuse pentru utilizarea la montajul mecanic sunt indeplinite, in general, de adezivii anaerobi, care sunt compusi a caror polimerizare este inhibata de prezenta aerului. Rasinile adezive anaerobe sun amestecuri complexe ce contin unu sau mai multi monomeri acrilici sau metacrilici, acceleratori, agenti de ingrosare, inhibitori si initiatori. Din aceasta categorie de produse fac parte cele cunoscute sub denumirile comerciale de LOCTITE, OMNIFIT, MONOMET, PENLOC etc.

Rezistenta imbinarilor realizate cu acestia depinde de distanta dintre piesele de imbinat.Adezivii anaerobi tip PENLOC, de exemplu, sunt adezivi de reactie, monocomponenti, fara

solventi, care in absenta aerului si sub actiunea catalitica a metalelor se intaresc devenind un material foarte rezistent la solventi si temperatura. Viteza de intarire a acestora este determinata, in general, de temperatura mediului si de activitatea de suprafata a materialelor. O serie de materiale (Fe, Ni, Cu, alama, otel) sunt mai active si determina o intarire rapida, iar altele sunt inactive (Al, Cd, Ti, Zn, suprafetele anodizate, suprafetele cromate, otelul inoxidabil).

In general, astfel de produse se aplica intre suprafete metalice cu jocuri cuprinse intre 0.2 si 0.6 mm .

1.2 Utilizarea adezivilor la ansamblarea caroseriilor .

La ansamblarea caroseriilor produsele pentru lipire sunt folosite pentru a asigura : imbinari subtiri metal / metal , imbinari groase metal / metal, lipire + sudabilitate + etanseitate, lipire + sudabilitate + etanseitate + rigiditate.

Pentru astfel de lipiri se folosesc o serie de adezivi care sa permita nu numai imbinarea a doua suporturi de aceeasi natura (tabla groasa / tabla groasa, compozit / compozit etc.) , dar si ansamble hibride realizate cu materiale noi. Adezivii care satisfac aceste cerinte sunt clasificate in tabelul 1.2.

Tabel 1.2. Clasificarea adezivilor folositi la asamblarea caroseriilor.Lipire Performante

mecaniceAplicatii Componenta esentiala

Structurala> 13 MPa

Lipire piese de securitate, de structura (compozite, table groase)

Epoxi, nitril-fenolice, vinil-fenolice, epoxi modificate

Semistructurala 7 ÷ 13 MPa Compozite, table groase, aluminiu Poliuretani, epoxi, acriliciCu inalta rezistenta

4 ÷ 7 MPa Geamuri, compozite Poliuretani, acrilici, epoxi

Adezivi structurali care se utilizeaza in industria automobilelor pot fi definiti ca transmitatori de sarcini mecanice semnificative. Ei sunt materiale care se intaresc la temperatura, ca de exemplu : epoxi, fenolici, poliesteri si unii plastisoli. Adezivii structurali au devenit necesari pentru a evita concentrarea tensiunilor si pentru a imbunatati durata de viata a imbinarii, cu mentinerea unui pret convenabil. Prin utilizarea adezivilor structurali (cu epoxi de exemplu) la montajul mecanic si la asamblarea caroseriilor, se pot realiza doua feluri de imbinari : prin sudura si lipire si respectiv, prin sertizare si lipire.

Principalele avantaje ce decurg din aceasta sunt :- protejarea tablei (fara deformatii datorate punctelor de sudura, fara incalzire la 1000°C, fara

gauri, fara degradarea stratului de protectie) ;- imbinarea continua (o rigidizare mai buna a piesei si vibratii reduse) ;- bariera impotriva umiditatii (creste rezistenta la coroziune) ;- se diminueaza coroziunea electrochimica ;- se simplifica nivelul de conceptie.

Principalele dezavantaje sunt :- se impun exigente speciale la depozitare ;- pot aparea interactiuni cu produsele din baile pentru tratarea suprafetelor ;- se ridica probleme speciale de control, igena si securitate.

O aplicatie in industria de automobile a adezivilor structurali o constitue asamblarea sticla – metal. Geamurile din fata si din spate ( parbrizul si luneta) sunt mari si curbate, de aceea trebuie sa fie foarte bine fixate pe caroserie pentru a impiedica patrunderea aerului, prafului si a apei. Dupa renuntarea la utilizarea chederelor, pentru etansare si lipire au fost folosite mai intai materiale polisulfidice, iar din anii `70 se utilizeaza adezivi poliuretanici.

Materialele poliurertanice confera rigiditate ansamblului, care va fi in continuare capabil sa absoarba adecvat vibratiile.

O aplicatie interesanta a adezivilor structurali consta in lipirea materialelor de frictiune pe suportii lor.

1.3 Utilizarea adezivilor in vopsitorie

In vopsitorie adezivii se utilizeaza in special pentru a asigura imbinarea si etansare pentru metal / metal (>2 mm) si pentru imbinari groase metal / metal, deci in primul rand adezivi de etansare.

Acestia sunt adezivi a caror functie principala consta in etansarea impotriva aerului, prafului si apei, pentru a impiedica coroziunea si in vederea imbunatatirii confortului. Cauciucurile de etansare cu vascozitate mica sunt folosite in aproape toate imbinarile metal / metal ale caroseriei,

precedand punctele de sudura. Multe din aceste materiale expandeaza prin incalzire, realizand astfel o buna etansare impotriva umezelii, aerului, prafului si reducand totodata coroziunea electrochimica. Materialele de etansare de tip polietilena cu topire prin incalzire se folosesc in zone care devin inaccesibile dupa asamblare. Un numar de astfel de adezivi de etansare su extrudati peste punctele de sudura, pentru a le proteja impotriva umezelii si a reduce coroziunea.

Astfel de materiale sunt folosite in zonele care nu pot fi vopsite.

Adezivi de etansare de tip polivinilic pot fi utilizati in zonele supuse vopsirii, dar care nu sunt supuse contractiilor si indoirilor repetate. La etansarea caroseriei se mai pot folosi si rasinile epoxidice. Cum materialele plastice inlocuiesc din ce in ce mai mult metalul in constructia automobilului, se pune problema imbinarii lor si acest lucru este posibil cu ajutorul rasinilor de etansare de diverse compozitii dupa cum rezulta din tabelul 1.3. .

Tabelul 1.3. Tipuri de rasini de etansare.Categoria Adezivii Domeniul de utilizare

Inlocuitori ai suduriiVascozitate redusa, expandabili la incalzire, termoplastici

Intre metalele care se sudeaza. Etanseaza impotriva apei si reduce coroziunea.

Cu topire prin incalzire PoliolefineIn sectoare inchise in care se ajunge foarte greu dupa asamblare.

Etansorii caroseriei

BituminosiProtejeaza impotriva focului jonctiunile interioare. Etanseaza impotriva patrunderii apei si aerului.

PVCSe folosesc sub vopseaua exterioara in locurile in care puterea coeziva nu este mare.

EpoxiSe utilizeara pentru corpurile din materiale plastice; au putere coeziva mare

Garnituri SiliconiPreiau locul garniturilor ; pot sa reziste la caldura, frig si la fluidele utilizate la autovehicule.

Un exemplu interesant de utilizare a adezivilor de etansare il constituiei formarea garniturii direct in spatiul destinat. Aceste materiale sunt, in general, siliconii care vulcanizeaza la temperatura camerei si care inlocuiesc o gama larga de garnituri.

Cercetarile intense in domeniul adezivilor in industria automobilelor urmaresc realizarea de produse noi care sa satisfaca cerinte speciale, ca de exemplu :

- adezivi care sa fie mai putin dependenti de gradul de curatire al suprefetei ;- produsi cu o intarire mult mai rapida ;- temperaturi mai scazute de intarire, ceea ce va conduce la economisirea energiei ;- mai larga utilizare a tehnicii care combina utilizarea sudurii si a adezivilor in vederea

realizarii unor imbinari rezistente si estetice.

1.4 Alti adezivi

Adezivii permanent lipiciosi sunt, in general, acrilici sau pe baza de cauciuc natural, si se folosesc depusi pe folii de poliester sau hartie, cu care formeaza benzile autoadezive. Cei acrilici se folosesc la lipirea ornamentelor laterale.

Adezivii si masele turnate care se intaresc in prezenta radiatiilor ultraviolete sunt produse care au inceput sa-si gaseasca utilizari si la autovehicule ( de exemplu, pentru lipirea suportului oglinzii interioare) .

1.6 Masticuri

Prin mastic se intelege un amestec de materiale minerale si organice, ce se prezinta sub forma de pasta sau de fluid si se intareste in aer dupa ce a fost aplicat. In general, masticurile sunt pentru constructorii de automobile produse de calare si de etansare utilizate la caroseriile autovehiculelor. In aceasta categorie de materiale se disting doua feluri de produse, si anume :

- produse aplicabile manual sub forma de cordoane preformate sau piese predecupate ;- produse aplicabile la pompa sau robot, la rece sau la cald.Produsele aplicabile manual sub forma de cordoane preformate sau ca piese predecupate,

utilizate in banda de caroserii, necesita o foarte buna localizare pentru punerea in lucru, o usurinta deosebita la manipulare, o buna putere adeziva la suprafetele uleioase, o rezistenta convenabila la pasta de ambutisare precum si proprietati de conservare a dimensiunilor la temperaturi relativ ridicate (155 ÷ 190°C pentru noua generatie si, respectiv , 175÷ 205°C pentru vechea generatie) .

Compozitia masticurilor auto este in general urmatoarea : matrice elastomerica (butil, poliizobutilen, SRB etc.) plastifianti (uleiuri, poliizobutilene etc.), materiale de sarjare ( negru de fum, creta, talc, etc.) rasini intaritoare si eventuale sisteme reticulante si / sau gonflante. Reducerea continutului de clor din masticuri si din materialele cu utilizari la automobile, in general, este un obiectiv pe care si l-au impus principalii constructori de automobile.

Masticurile predecupate sau preformate sunt utilizate intre table, si de aceea trebuie sa se pastreze un echilibru in formularea acestora impus de anumite necesitati : lipire imediata, coeziune finala si structurala, aptitudini in a lasa sa treaca sudura, elasticitate si rezistenta chimica.

Produsele de calare si etasare aplicabile cupompa sau robotul sunt de trei feluri :- monocomponente nereticulabile, rezultate de fapt prin modificarea produselor performante

pentru a deveni pompabile ;- monocomponenti reticulabili ( produsele cele mai utilizate ) ;- bicomponente, putin utilizate la caroserii.Aceste produse trebuie sa aiba o serie de calitati, pentru a fi puse rapid in lucru sub geometrii

complexe ca paste reticulabile cu vascozitati cat mai scazute posibil la aplicare, dar in final sa aiba rezistente mecanice bune prin reticulare, sa fie insensibile la conditii variate de pH ( 3 la 12 ) generate de detergenti, fosfati si alte produse chimice, atat inainte cat si dupa reticulare.

Produsele de calare si etansare monocomponente dezvolta in timpul intalnirii un mecanism de coeziune interna si un mecanism de adeziune la tabla.

Din punct de vedere chimi, cele mai multe sunt : plastisoli PVC, plastisoli acrilici si lichide elastomerice functionale. In toate cazurile, sistemul polimeric este asociat cu materiale de umplutura, agenti tixotropici, sisteme aderente si reticulante, stabilizatori. Se intalnesc adesea si

sisteme hibride sau combinatii ( PVC / rasini epoxi, elastomeri / rasini epoxi). Aceasta categorie de plastisoli PVC se folosesc in vopsitorie. Produsele sunt aplicate pe stratul cataforetic intarit la cuptor, pe care trebuie sa adere si sa asigure trei functii principale si anume : antigravionaj, etansare si calare. In anumite cazuri, aceste produse pot sa asigure si functii de amortizare. Aceste functii depind, in mare masura, de grosimea aplicata pe vehicul care, in general, este urmatoarea :

- circa 0.5 mm pentru antigravionaj ( rezistenta la abraziune ) ;- circa 2 mm pentru etansare ( in urma deformatiilor ) ;- circa 4 mm pentru calare ( pentru forta de lipire ) ;- circa 3 mm pentru amortizare vibratorie ( absortia vibratiilor ) ;- circa 2.5 mm pentru amortizarea zgomotelor de impact ( absorbtia energiei corpurilor

proiectate ) .Tot in aceasta categorie a adezivilor structurali intra si unii plastisoli moderni, la care se

remarca buna capacitate de a absorbi filmele subtiri de ulei, lucru foarte important in industria automobilelor, unde o curatire riguroasa constituie o problema.

BIBLIOGRAFIE

1. Gheorghisor Marian - Carburanti, lubrifianti si materiale auto speciale .2. Gheorghisor M. , Crivac Gh. - Carburanti, lubrifianti si materiale speciale pentru

automobile .3. Gheorghisor M. , Crivac Gh., Nicolae V. - Carburanti, lubrifianti si materiale speciale

pentru automobile .4. Grigoras P. - Lubrifianti plastici .