sarcina triboelectrica

  • View
    159

  • Download
    2

Embed Size (px)

Transcript

CAPITOLUL 1 SARCINA TRIBOELECTRIC I SEPARAREA ELECTROSTATIC A

MATERIALELOR GRANULARE

1.1. Tipuri de materiale plastice utilizate n echipamentele electrice i electronice. Materialele plastice (polimerii) sunt materiale solide formate din lan uri

macromoleculare [33],[103],[118]. Macromoleculele sau lan urile polimerice reprezint o asocia ie de unit i structurale identice numite monomeri, legate ntre ele prin leg turi chimice. Monomerul este alc tuit, la rndul s u din una sau mai multe molecule diferite care dau i denumirea polimerului. n interiorul unui lan polimeric, interac iunile atomice sunt puternice, fiind vorba de leg turi covalente. Dou lan uri macromoleculare diferite pot fi cuplate ntre ele prin leg turi covalente sau prin for e electrice mai slabe, de tip Van der Waals (Fig. 1.4).Leg tur prin for e Van der Waals ntre lan uri Monomeri Lan uri polimerice Leg tur covalent ntre lan uri

Leg turi covalente ntre monomeri

a. termoplaste

b. termorigide

Fig. 1.1. Structuri chimice ale polimerilor: termoplaste (a.); termorigide (b.). Din punct de vedere al comport rii termomecanice, materialele plastice pot fi mp r ite n dou mari grupe : materiale plastice termoplaste i termorigide (Fig. 1.1.). Termoplastele sunt acele materiale care pot fi supuse la temperaturi nalte n mod repetat f r a suferi transform ri chimice. Acest fapt se datoreaz leg turilor slabe, de tip Van der Waals dintre lan urile macromoleculare constituiente. Datorit reversibilit ii procesului de nt rire, de eurile termoplaste pot fi valorificate prin retopire. Unele

performan e mecanice i electrice sunt diminuate, motiv pentru care de eurile provenite din aceste materiale sunt combinate pe timpul retopirii cu materiale de acela i tip, virgine. Termorigidele (duromeri, duroplaste sau termoreactive) se nmoaie prin nc lzire, permi nd prelucrarea, ns dup r cire se solidific ireversibil. Cauza acestei transform ri o constituie desfacerea leg turilor duble r mase neafectate n procesul de o inere a b polimerului i formarea unor pun i de leg tur ntre lan uri, de tip covalent, care duc la ob inerea unei structuri tridimensionale. La o nou fi reciclate. ABS - acrilonitril butadien stirenul reprezint o clas de materiale ob inut prin combinarea a trei monomeri: acrilonitril, butadien i stiren. Propor iile celor trei monomeri pot fi manipulate pentru optimizarea caracteristicilor polimerului rezultant. Materialul are suprafa a neted , prezint stabilitate termic bun i este rezistent la impact, dar nu este rezistent la ac iunea razelor ultraviolete. Prezen a stirenului n compozi ia sa l face inflamabil. ABS-ul reprezint principalul material din care se fabric carcasele monitoarelor i a laptopurilor. PC - policarbonatul se ob ine prin legarea grup rilor de carbonat cu grup ri de fenoli polihidrici. Materialul este rezistent la impact i la temperaturi mari, avnd imflamabilitate mic . Are claritate mare n transparen inginere ti. Se utilizeaz i poate nlocui cu succes sticla n unele aplica ii i DVD-urilor i a capacelor i la confec ionarea CD-urilor nc lzire leg turile covalente dintre lan urile polimerice ale materialelor termorigide se distrug, motiv pentru care acestea nu pot

panourilor transparente de la imprimante i copiatoare. Este atacat de radia iile ultraviolete. ABS-PC - acrilonitril butadien stirenul/policarbonatul reprezint un copolimer compus din monomeri de ABS i monomeri PC, mbinnd avantajele celor doi polimeri. Este rezistent la temparaturi nalte i are inflamabilitatea medie. Se folose te la construc ia carcaselor ca nlocuitor al ABS, avnd caracteristici mai performante. PA poliamida, termoplast cu bune propriet i mecanice. Reziste a la abraziune este bun , mai ales in ceea ce prive te alunecarea in contact cu materiale cu suprafa a mai aspr , de remarcat este faptul c in timpul manufactur rii pieselor finite, pot ap rea mici modific ri dimensionale datorit absorb iei de umezeal , care trebuie luate prin urmare in calcul. Poate fi modelat sub form de produs semi-finit prin turnarea in matri e. POM poliacetat, material ce se caracterizeaz prin duritate ridicat , stabilitate dimensional deosebit de bun , rezisten la ocuri i temperaturi sc zute avnd o absorp ie de ap foarte mic . Prezint o rezisten foarte bun la chimicale. Tipul f r adaos nu prezint nici un fel de pericol pentru s n tate i mediul inconjur tor, iar varianta cu adaus de carbon

are o rezisten

mai bun la intemperii. Se utilizeaz in industria alimentar . Temperatura de

func ionare : -40 +100 o C. Domeniul de utilizare: ro i din ate cu modul mic i alte elemente care lucreaz in contact permanent cu apa, elemente de izolare electric . n forma pur , rezultat n urma reac iilor de ob inere, materialele plastice nu pot fi prelucrate sau nu ndeplinesc n totalitate cerin ele aplica iei n care urmeaz a fi utilizate. Spre exemplu ABS-ul este u or inflamabil i nu poate fi folosit n zone cu temperaturi mari cum ar fi carcasele de monitoare, etc. n acest scop tehnologiile de prelucrare a polimerilor folosesc aditivi(materiale de adaus), care fac ca respectivii polimeri s corespund scopului urm rit. Materialele plastice pe care le ntlnim n majoritatea echipamentelor electrice i electronice sunt o combina ie ntre polimeri i aditivi (Fig. 1.2.).

Material plastic

Polimer

Aditivi

Fig. 1.2.Ce este materialul plastic ?

Tipul aditivului Plastifiant Colorant Stabilizator Antistatic Retardan i de flac r Antioxidant

Ponderea masic [%] pn la 20% pn la 3% pn la 5% pn la 10% ntre3 i16% pn la 0,2 %

Func ia Faciliteaz modelarea prin mic orarea for elor de atrac ie dintre lan urile polimerice. Confer polimerului culorea dorit . Se comport n general, n mod similar cu antioxidan ii. Asigura p strarea propriet ilor pe timpul exploat rii (evit schimbarea culorii, mb trnirea etc.). Substan e care diminueaz rezisten a electric superficial i faciliteaz disiparea sarcinilor electrostatice. Opresc arderea cu flac r a materialelor cnd aceste sunt supuse la temperaturi mari. Combate tendin ele de degradare cauzate de ac iunea direct a oxigenului.

Tab. 1.1 Func iile aditivilor in materialele termoplaste utilizate in echipamente electrice i electronice.

Aditivii cei mai utiliza i pentru termoplastele din care sunt fabricate echipamentele electrice i electronice sunt: plastifian ii, stabilizatorii, antioxidan ii, coloran ii, antistatici i retardan ii de flac r (Tab. 1.1.). Caracterizarea complet a materialelor plastice presupune identificarea tipurilor i cantit ilor de aditivi con inu i de acel material cu ajutorul unor echipamente de laborator specializate. Din acest motiv n experien ele plastice supuse triboelectriz rii i electrosepar rii . 1.1.3 Dificult i n separarea triboelectrostatic a materialelor plastice Separarea triboelectrostatic a materialelor plastice granulare este o tehnologie in plin evolu ie(Tab. 1.2.). prezentate n lucrarea de licent , sunt men ionate numai informa iile legate de forma, dimensiunile i provenien a materialelor

Nr. crt. 1 2 3 4 5 6 7

Situa ie Separarea a dou componente aflate n propor ii mult diferite (1%, 99%)

Dificultate nc rcarea granulelor din componenta majoritar cu sarcini de ambele semne

Separarea materialelor din amestecuri de Necesitatea mai multor trepte de separare 3 sau 4 componente de propor ii egale Separarea materialelor din amestecuri de Necesitatea unui num r mai mare de 3 sau 4 componente de propor ii diferite separ ri dect n cazul 2 Separarea unor amestecuri de granule cu Granulele de mas mai mic lovesc unul dimensiuni sau mase mult diferite dintre electrozi Praful fin de material plastic rezultat din m cinarea amestecurilor Electrizarea amestecurilor n dispozitive cu per i din material plastic Umiditatea relativ RH i temperatura T ale mediului n care are loc triboelectrizarea Triboelectrizarea este slab , instabil ca semn i valoare Lipirea granulelor pe pere ii dispozitivului de tribolectrizare i diminuarea sarcinii electrice Sarcina electric a granulelor la ie irea din dispozitivul de triboelectrizare este dependent de RH i T

Tab. 1.2. De ce separarea triboelectrostatic a materialelor plastice este o problem actual de cercetare ?

Echipe de cercetare apar innd unor firme de profil sau universit i din SUA, Japonia, Canada i Uniunea European lucreaz pentru cercetarea-dezvoltarea a noi echipamente i tehnologii de separare triboelectrostatic a materialelor plastice granulare provenite din de euri electrice i electronice. Benzi de energie in polimeri Descrierea cantitativ a electrizarii prin contact, bazat pe transferul de electroni, presupune cunoasterea structurii polimerilor la nivel microscopic. Conform principiului de excluziune a lui Paului, fiecare electron din corpul solid ocup un nivel energetic distinct. Aceste nivele se grupeaz in benzi permise i interzise pentru electroni (Fig. 1.3.). Fiecare banda permis de energie este alcatuit dintr-un numar mare de st ri cuantice (nivele energetice) discrete ale electronilor .W.R. HARPER arat c N atomi independen i, fiecare cu n nivele de energie se despic prin interac iune in corpul solid , in N x n nivele [56]. Spre exemplu, un strat monoatomic la suprafa a unei granule de polimer cu raza de 2 mm con ine N=3 x 1014 atomi i 3 x 1015 nivele energetice, daca se consider o re ea cu celul cubic de 0,2 nm i num rul de nivele din atom n=10. Banda de valen BV corespunde celor mai mari energii ale electronilor la temperatura de zero absolut. In polimeri (izolatori) exist o band interzis BI de (5...10)eV deasupra benzii de valent , urmat de banda de conduc ie BC.

Fig.1.3. Benzi de energie in polimeri ; BC - banda de conduc ie; BV - banda de valen . ,care Materialele solide prezint o din multitudine de benzi permise alterneaz . Numai i interzise

electronii

ultimele dou benzi permise BV i BC au energii suf