c13 - reciclarea materialelor compozite

Download C13 - Reciclarea Materialelor Compozite

Post on 09-Dec-2015

254 views

Category:

Documents

4 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

compozite

TRANSCRIPT

Deseuri si Tehnologii de Valorificare

Deeuri i Tehnologii de Valorificare

Ovidiu NEME ( Tiberiu RUSU ( Vasile-Filip SOPORAN

VALORIFICAREA DEEURILOR DIN MATERIALE COMPOZITE POLIMERICE

IntroducereCa o definiie general a materialelor compozite ar putea fi dat urmtoarea formulare. Un material compozit (Fig. 7.1.) este constituit de ansamblul a cel puin dou materiale de natur diferit, care se completeaz astfel nct se obine un material ale crui performane sunt superioare elementelor componente luate separat. n tabelul 1 sunt date mai multe exemple de materiale compozite.

Un material compozit const, n cazul cel mai general, din una sau mai multe faze discontinue repartizate ntr-o faz continu. n cazul n care exist mai multe faze discontinue, diferite, compozitul este numit hibrid. De obicei, faza discontinu este mult mai dur i are proprieti mecanice superioare fazei continue. Faza discontinu se numete material de armare, n timp ce faza continu se numete matrice. O excepie important este cazul polimerilor modificai de elastomeri, unde matricea polimeric, rigid, este ncrcat cu particule elastomerice.

n general proprietile materialelor compozite rezult din:

proprietile materialelor constituente,

distribuia geometric a materialelor constituente,

interaciunea materialelor constituente.

Astfel, pentru a caracteriza un material compozit este necesar s specificm:

natura constituenilor i proprietile lor,

geometria i distribuia materialului de armare,

natura interfeei matrice-material de armare.

Tabelul 1. Exemple de materiale compozite

ConstitueniDomenii de aplicaie

1. Compozite cu matrice organic

Hrtie, cartonRin/fibre celuloziceTiprire, ambalaje etc.

Panouri din particuleRin/achii de lemnTmplrie

Panouri din fibreRin/fibre de lemnConstrucii

esturi mbibateRini suple/esturiSport, construcii

Materiale de etanareElastomeri/bitum/textileAcoperiuri, terase

TuburiCauciuc/pnz/oelAutomobile

StratificateRin/fibre de sticl i carbonDomenii diverse

Termoplastice armateRin/microsfere

2. Compozite cu matrice mineral

BetonCiment/nisip/pietriContrucii

Compozite carbon-carbonCarbon/fibre de carbonAerospaiale, sport etc.

Compozite ceramiceCeramic/fibre ceramicePiese termomecanice

3. Compozite cu matrice metalic

Aluminiu/fibre de borAerospaiale

Aluminiu/fibre de carbon

4. Sandwich

nveliuriMetale, stratificate, etc.Domenii diverse

MiezuriSpum, fagure, balsa, materiale plastice armate

Fig. 7.1. Material compozit.

Clasificarea materialelor compozite

O clasificare general a materialelor compozite cuprinde urmtoarele grupe principale:

materiale compozite macromoleculare modificate prin copolimerizarea n bloc, care reprezint un amestec de polimeri,

materiale compozite armate cu whiskers-uri sau cu fibre,

materiale compozite metalice armate cu fibre.

Materialele care intr n structura compozitelor sunt:

materiale plastice,

fibre de sticl, de carbon, de bor, metalice, lemnoase, celulozice,

metale ca: nichel (Ni), cobalt (Co), aluminiu (Al), crom (Cr), titan (Ti), wolfram (W), tantal (Ta), zirconiu (Zr), molibden (Mo) etc.,

fibre sau materiale celulozice (hrtie),

lemn sub form de placaje, plci aglomerate etc.

n funcie de materialele de armare care intr n componena lor putem avea urmtoarele tipuri de materiale compozite:

stratificate, plastice, placate,

cu particule dure, nemetalice sau metalice,

cu fibre, materiale armate,

tip fagure, din material metalic, nemetalic sau mas plastic expandat, cu goluri sub form de celule hexagonale nscrise ntr-un cerc cu ( = 1,5 3,5 mm; au rezistena la compresiune Rc = 350 400 MPa, densitatea ( = 0,02 0,13 g/cm3 i rigiditate de 10 ori mai mare ca a oelului,

sisteme de oxid de metal-metal,

obinute prin solidificare dirijat,

stratificate (bimetale, materiale metalice tip sandwich),

tip spum.

Clasificarea detaliat a materialelor compozite se face dup o serie de criterii: starea de agregare a matricei i a materialului de armare, natura matricei, configuraia geometric a materialului de armare, modul de distribuie al materialului de armare, modul de realizare a suprafeei de contact, dimensiunile materialului de armare, tipul materialului de armare i modul de distribuie al acestuia, structur i mod de fabricaie, structur reelelor de armare.

Dup starea de agregare a matricei i a materialului de armare

Dup modul de agregare a matricei i a materialului de arnare avem: compozite de tip lichid - solid (suspensii, barbotine),

compozite de tip lichid - lichid (emulsii),

compozite de tip gaz - solid (structuri fagure, aerodispersii),

compozite de tip solid-solid (metal - carbon, metal - particule ceramice, metal - fibre metalice, metal - fibre ceramice, polimeri - fibre, carbon - carbon).

Dup natura matricei

Dup natura matricei, materialele compozite pot fi clasificate n materiale compozite cu matrice organic, cu matrice metalic sau cu matrice mineral.

1. Materiale compozite cu matrice organic armate cu fibre i cu un domeniu de utilizare care nu depete 300 C:

minerale: sticl, carbon (C), etc.,

organice: kevlar, poliamide, etc.,

metalice: bor (B), aluminiu (Al), etc.

2. Materiale compozite cu matrice metalic (Al, Cu, Ni, Mg, superaliaje, aliaje de Al, Cu Ti), avnd un domeniu de utilizare ce nu depete 600 C, armate cu:

fibre minerale: carbon (C), carbur de siliciu (SiC),

fibre metalice: bor (B),

fibre metalo-minerale: fibre de bor acoperite cu carbur de siliciu (BorSic);

3. Materiale compozite cu matrice mineral (ceramic), avnd domeniul de utilizare de pn la 1000 C, armate cu:

fibre metalice (fibre de bor),

particule metalice (metaloceramici),

particule minerale (carburi, nitruri).

Dup configuraia geometric a materialului de armare

n funcie de forma materialelor de armare, materialele compozite sunt clasificate n dou mari clase, materiale compozite armate cu:

1. Particule:

compozite cu particule mari (grafit, oxizi, nitruri, carburi, aliaje), cu dimensiuni mai mari de 1(m i diferite forme: sferic, plat, elipsoidal, neregulat,

compozite cu microparticule (materialul de armare reprezint 115(, iar diametrul mediu al particulelor nu depete 0,1(m),

2. Fibre:

compozite cu fibre discontinue (fibre scurte, mono sau multifilamente),

compozite cu fibre continue.

Dup modul de distribuie a materialului de armare

compozite izotrope,

compozite anizotrope, cu o distribuie dirijat a materialului de armare,

compozite stratificate.

Dup modul de realizare a suprafeei de contact

compozite integrate chimic - interaciunile din suprafaa de contact sunt de natur chimic,

compozite obinute prin agregare - predomin forele de legtur de adeziune i coeziune ntre componeni,

compozite cu armare dispers - constau dintr-o matrice rigid sau deformabil n care se nglobeaz materialul de armare, forele de legtur fiind de natur fizic i/sau chimic.

Dup tipul materialului de armare i modul de distribuie al acestuia

Dup structura reelei de armare

Dup dimensiunile materialului de armare

microcompozite - materialul de armare este la scar microscopic,

macrocompozite - materialul de armare este la scar macroscopic,

Dup modul de fabricaie

Proiectarea structurilor din materiale compozite este foarte diferit fa de aceea a produselor din materiale de sintez clasice. Deoarece materialele compozite sunt eterogene trebuie s construim structura la cerere, rezultatul constituind un sistem care include:

natura i forma materialului de armare,

natura rinilor,

geometria piesei de realizat,

procedeul de fabricaie folosit.

Reciclarea deeurilor din materiale compozite

Producia de materiale compozite a cunoscut o dezvoltare major n ultimii 5 ani. Aceste materiale combin de cele mai multe ori materiale polimerice i fibre de armare de kevlar, carbon sau sticl. Costul materialelor compozite este mai mare dect a materialelor clasice datorit preurilor ridicate a materialelor de pornire (o ton de fibr de sticl cost 1000 n timp ce o ton de fibre de carbon cost 10000 ), a tehnologiilor utilizate i a proprietilor diferite pe care le au aceste materiale. n general aceste materiale se utilizeaz n industria aeronautic i aerospaial, n construcia de automobile, n fabricarea obiectelor sanitare etc. Proprietile speciale ale acestor materiale sunt rezisten mecanic i chimic, manipulare uoar, procesare uoar, ciclu de via lung, structuri uoare etc.

Pentru reducerea cantitii de deeuri provenite din materiale compozite s-au pus la punct tehnologii care s respecte urmtoarele principii:

Impact sczut asupra mediului pe toat durata ciclului de via a produsului;

Clasificarea materialelor/componentelor n termeni de reciclare, reutilizare i recuperarea de energie;

Proiectare pentru dezasamblare;

Reconcilierea termenilor de mediu, tehnologie i comer.

n ultimii ani s-au pus la punct programe pentru recuperarea i reciclarea pieselor din materiale compozite sau a resturilor de materiale compozite rezultate n urma obinerii pieselor sau structurilor din materiale compozite. O mare parte din piesele din materiale compozite sunt n prezent recuperate i reciclate. De exemplu, n prezent se recicleaz 9 milioane de tone de autovehicule/an care sunt compuse 75 % din material feros i neferos i 25 % din material compozit.