Recykling polimerów. „Recykling polimerów w Europie: nowe i sprawdzone rozwiązania”. Standardowy wykaz wyposażenia zakładu przetwarzania odpadów

Ministerstwo Edukacji Republiki Białoruś

instytucja edukacyjna

„Grodnieński Państwowy Uniwersytet im. Janki Kupały”

Wydział Budownictwa i Transportu

Test

w dyscyplinie „Technologia materiałów”

Przetwórstwo polimerów i materiałów polimerowych

Polimer to substancja organiczna, której długie cząsteczki zbudowane są z tych samych, wielokrotnie powtarzających się jednostek – monomerów.

Ryż. 1. Schemat budowy makrocząsteczki polimeru:

a) - cząsteczki podobne do łańcuchów; b) - połączenia boczne

Posiadając zdolność w określonych warunkach do sekwencyjnego łączenia się ze sobą, monomery tworzą długie łańcuchy (rys. 1) o liniowych, rozgałęzionych i sieciowych strukturach wiązań, w wyniku czego powstają makrocząsteczki polimeru.

Ze względu na pochodzenie polimery dzielą się na trzy grupy:

Naturalne powstają w wyniku żywotnej aktywności roślin i zwierząt i są zawarte w drewnie, wełnie i skórze. Są to białko, celuloza, skrobia, szelak, lignina, lateks. Zazwyczaj polimery naturalne poddawane są izolacji, oczyszczaniu, modyfikacji, w której struktura głównych łańcuchów pozostaje niezmieniona. Produktem takiego przetwarzania są sztuczne polimery. Przykładem jest kauczuk naturalny, wykonany z lateksu, celuloidu, który jest plastyfikowany nitrocelulozą kamforą w celu zwiększenia elastyczności.

Polimery naturalne i sztuczne odgrywają ważną rolę w nowoczesnych technologiach, aw niektórych dziedzinach pozostają niezbędne do dziś, np. w przemyśle celulozowo-papierniczym. Jednak gwałtowny wzrost produkcji i zużycia materiałów organicznych nastąpił dzięki polimerom syntetycznym - materiałom otrzymywanym w drodze syntezy z substancji o niskiej masie cząsteczkowej i niemających analogów w przyrodzie. Polimery syntetyczne otrzymuje się podczas przetwarzania węgla, gazu ziemnego i przemysłowego, ropy naftowej i innych surowców. Ze względu na budowę chemiczną polimery dzielą się na liniowe, rozgałęzione, sieciowe i przestrzenne.

W zależności od zmiany właściwości podczas ogrzewania polimery dzielą się na dwie główne grupy: termoplastyczne i termoutwardzalne. Pierwsze z nich powstają na bazie żywic nowolakowych, a drugie - na bazie żywic rezolowych.

1. Polimery termoplastyczne (termoplasty) miękną po podgrzaniu, zamieniając się najpierw w wysoce elastyczny, a następnie w stan lepki; po schłodzeniu twardnieją. Proces ten jest odwracalny, to znaczy może być wielokrotnie powtarzany. Tworzywa termoplastyczne obejmują polimery o liniowej i rozgałęzionej strukturze wiązania; ich monomery są połączone ze sobą tylko w jednym kierunku. Po ponownym podgrzaniu takie wiązania chemiczne nie ulegają zniszczeniu; cząsteczki monomeru uzyskują elastyczność i mobilność. Produkty wytwarzane są z tworzyw termoplastycznych metodą prasowania, formowania wtryskowego, ciągłego wytłaczania (ekstruzji) i innymi metodami. Najczęściej stosowanymi tworzywami termoplastycznymi są materiały polimeryzacyjne (polietylen, polipropylen, polichlorek winylu, polistyren, fluoroplasty i inne) oraz polikondensacja (poliamid, poliuretan, żywice anilino-formaldehydowe, fenolowo-formaldehydowe itp.), produkowane w postaci proszków, okruchów , blachy, pręty, rury itp.

2. Polimery termoutwardzalne (utwardzalne) po podgrzaniu najpierw miękną, jeśli były stałe, a następnie zamieniają się w stan stały. Proces ten jest nieodwracalny, tj. po ponownym podgrzaniu takie polimery nie miękną. Tworzywa termoplastyczne obejmują polimery o strukturze sieciowej lub usieciowanej. Takie polimery tworzą dwu- lub trójwymiarowe wiązania w gigantycznych makrocząsteczkach; ich monomery lub cząsteczki liniowe są ze sobą sztywno połączone i nie są w stanie się wzajemnie poruszać. Najczęściej stosowanymi tworzywami termoplastycznymi są materiały polikondensacyjne – tworzywa fenolowe otrzymywane na bazie żywic fenolowo-formaldehydowych, poliestrowych, epoksydowych i mocznikowych. Części i wyroby z tworzyw termoplastycznych uzyskuje się poprzez prasowanie na gorąco, formowanie wtryskowe i obróbkę skrawaniem.

Obecnie wyroby z tworzyw sztucznych są wytwarzane różnymi metodami. Jednocześnie o wyborze metody wytwarzania produktów decyduje rodzaj polimeru, jego stan początkowy oraz konfiguracja i wymiary produktu.

Głównym zadaniem w przetwórstwie materiałów polimerowych jest spowolnienie negatywnych procesów i stworzenie niezbędnej struktury materiału. Najprostszymi metodami osiągnięcia tego celu są regulacja temperatury, ciśnienia, szybkości nagrzewania i chłodzenia materiału. Ponadto stosowane są stabilizatory zwiększające odporność materiału na starzenie, plastyfikatory zmniejszające lepkość materiału i zwiększające elastyczność łańcuchów molekularnych, a także różnego rodzaju wypełniacze.

Zanim przejdę do omówienia różnych metod przetwarzania polimerów, przypomnę, że materiały polimerowe mogą być termoplastyczne lub termoutwardzalne (termoutwardzalne). Gdy materiały termoplastyczne zostały uformowane pod wpływem ciepła i ciśnienia, muszą być schłodzone poniżej temperatury mięknienia polimeru przed wyjęciem z formy, w przeciwnym razie stracą swój kształt. W przypadku materiałów termoutwardzalnych nie jest to konieczne, gdyż po jednokrotnym łącznym działaniu temperatury i ciśnienia wyrób zachowuje swój kształt nawet po wyjęciu z formy w wysokiej temperaturze.

Podczas przetwarzania na produkty, tworzywa termoplastyczne są narażone na działanie ciepła, ciśnienia mechanicznego, tlenu atmosferycznego i światła. Im wyższa temperatura, tym bardziej plastyczny materiał i łatwiejszy w obróbce. Jednak pod wpływem wysokich temperatur i wyżej wymienionych czynników pękają wiązania chemiczne w polimerach, utlenianie, powstawanie nowych niepożądanych struktur, przemieszczanie się poszczególnych odcinków makrocząsteczek i makrocząsteczek względem siebie, orientacja makrocząsteczek w różnych kierunkach , a wytrzymałość materiału w kierunku orientacji wzrasta, a w kierunku poprzecznym maleje. Przy otrzymywaniu folii i wyrobów cienkościennych zjawisko to odgrywa pozytywną rolę, we wszystkich innych przypadkach powoduje niejednorodność strukturalną i naprężenia szczątkowe.

Osobliwością przetwarzania materiałów termoutwardzalnych na produkty jest połączenie procesów formowania z utwardzaniem, tj. Z reakcjami chemicznymi w celu utworzenia usieciowanej struktury makrocząsteczek. Niepełne utwardzenie pogarsza właściwości materiału. Osiągnięcie wymaganej kompletności utwardzenia nawet w obecności katalizatorów i w podwyższonych temperaturach wymaga znacznej ilości czasu, co zwiększa złożoność produkcji części. Ostateczne utwardzenie materiału może nastąpić poza oprzyrządowaniem formującym, ponieważ produkt nabiera stabilnego kształtu przed zakończeniem tego procesu.

Przy obróbce materiałów kompozytowych duże znaczenie ma adhezja (adhezja) spoiwa z wypełniaczem. Wartość przyczepności można zwiększyć poprzez oczyszczenie powierzchni wypełniacza i nadanie mu reaktywności. Przy słabej przyczepności spoiwa do wypełniacza w materiale pojawiają się mikropory, które znacznie obniżają wytrzymałość materiału.

Różnica w przekroju produktu w szybkościach chłodzenia, stopniu krystalizacji, kompletności procesów relaksacji termoplastów i stopniu utwardzenia termoplastów prowadzi również do niejednorodności strukturalnej i pojawienia się dodatkowych naprężeń szczątkowych w produktach. W celu zmniejszenia naprężeń szczątkowych stosuje się obróbkę cieplną produktów, tworzenie struktury podczas przetwarzania i inne metody technologiczne.

Stale rosnący wolumen produkcji tworzyw sztucznych wymaga dalszego doskonalenia istniejących i opracowywania nowych wysokowydajnych procesów technologicznych przetwarzania polimerów. Dalszy postęp w przetwórstwie tworzyw sztucznych wiąże się z gwałtownym wzrostem wydajności urządzeń przetwórczych, zmniejszeniem pracochłonności wytwarzania produktów oraz wzrostem ich jakości. Rozwiązanie postawionych zadań jest niemożliwe bez zastosowania nowych progresywnych metod przetwarzania, które obejmują różnego rodzaju przetwarzanie polimerów pod ciśnieniem w stanie stałym skupienia.

Wszystkie procesy przetwarzania polimerów w stanie stałym opierają się na odkształceniu plastycznym (wymuszono sprężystym), które jest odwracalne. Wymuszone odkształcenia sprężyste w polimerach rozwijają się pod wpływem dużych naprężeń mechanicznych. Po ustaniu siły odkształcającej, w temperaturach poniżej temperatury mięknienia, wymuszone odkształcenie sprężyste zostaje utrwalone w wyniku zeszklenia lub krystalizacji materiału, a odkształcony korpus polimerowy nie przywraca swojego pierwotnego kształtu.

WPROWADZENIE

Cząsteczki polimerowe to szeroka klasa związków, których głównymi cechami wyróżniającymi są wysoka masa cząsteczkowa i duża elastyczność konformacyjna łańcucha. Można śmiało powiedzieć, że wszystkie charakterystyczne właściwości takich cząsteczek, a także związane z tymi właściwościami możliwości ich zastosowania wynikają z powyższych cech.

W naszym zurbanizowanym, szybko rozwijającym się świecie zapotrzebowanie na materiały polimerowe dramatycznie wzrosło. Trudno wyobrazić sobie pełnoprawne działanie fabryk, elektrowni, kotłowni, placówek oświatowych, elektrycznego sprzętu gospodarstwa domowego, które otaczają nas w domu i w pracy, nowoczesnych komputerów, samochodów i wielu innych bez użycia tych materiałów. Niezależnie od tego, czy chcemy zrobić zabawkę, czy stworzyć statek kosmiczny - w obu przypadkach polimery są niezbędne. Ale jak nadać polimerowi pożądany kształt i wygląd? Aby odpowiedzieć na to pytanie, rozważmy inny aspekt technologii polimerów, a mianowicie ich przetwarzanie, które jest przedmiotem niniejszej pracy.

W szerokim sensie przetwarzanie polimerów może być postrzegane jako rodzaj specjalizacji inżynierskiej zaangażowanej w przekształcanie surowych materiałów polimerowych w wymagane produkty końcowe. Większość metod stosowanych obecnie w technologii przetwórstwa polimerów to zmodyfikowane analogi metod stosowanych w przemyśle ceramicznym i metalowym. Rzeczywiście, musimy zrozumieć wszystkie tajniki przetwarzania polimerów, aby zastąpić zwykłe tradycyjne materiały innymi materiałami o ulepszonych właściwościach i wyglądzie.

Około 50 lat temu istniała bardzo ograniczona liczba procesów przetwarzania polimerów na produkty końcowe. Obecnie istnieje wiele procesów i metod, z których główne to kalandrowanie, odlewanie, prasowanie bezpośrednie, formowanie wtryskowe, wytłaczanie, rozdmuchiwanie, formowanie na zimno, termoformowanie, spienianie, zbrojenie, formowanie w stopie, formowanie na sucho i na mokro. Ostatnie trzy metody są wykorzystywane do produkcji włókien z materiałów włóknotwórczych, a pozostałe do przetwarzania tworzyw sztucznych i elastomerów na produkty przemysłowe. W następnych rozdziałach próbowałem przedstawić ogólny przegląd tych ważnych procesów. Bardziej szczegółowe wprowadzenie do tych i innych procesów, takich jak powlekanie zanurzeniowe, powlekanie w złożu fluidalnym wirowym, uszczelnianie elektroniczne i termiczne oraz spawanie, można znaleźć w odpowiednich podręcznikach dotyczących przetwarzania polimerów. Również poza zakresem tego abstraktu są kwestie związane z powłokami i klejami.

Przed przystąpieniem bezpośrednio do rozważań nad metodami i metodami przetwarzania polimerów na produkty końcowe należy dowiedzieć się: czym są polimery, czym są i gdzie można je stosować, tj. jakie produkty końcowe można uzyskać z polimerów? Rola polimerów jest bardzo duża i musimy zrozumieć potrzebę ich przetwarzania.

1. POLIMERY I MATERIAŁY POLIMEROWE

1.1 OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA I KLASYFIKACJA

Polimer to substancja organiczna, której długie cząsteczki zbudowane są z tych samych powtarzających się jednostek - monomerów. Ze względu na pochodzenie polimery dzielą się na trzy grupy.

Naturalny powstają w wyniku żywotnej aktywności roślin i zwierząt i znajdują się w drewnie, wełnie i skórze. Są to białko, celuloza, skrobia, szelak, lignina, lateks.

Zazwyczaj polimery naturalne poddawane są izolacji, oczyszczaniu, modyfikacji, w której struktura głównych łańcuchów pozostaje niezmieniona. Produkty tego przetwarzania są sztuczny polimery. Przykładem jest kauczuk naturalny, wykonany z lateksu, celuloidu, który jest plastyfikowany nitrocelulozą kamforą w celu zwiększenia elastyczności.

Polimery naturalne i sztuczne odgrywają ważną rolę w nowoczesnych technologiach, aw niektórych dziedzinach pozostają niezbędne do dziś, np. w przemyśle celulozowo-papierniczym. Jednak gwałtowny wzrost produkcji i zużycia materiałów organicznych nastąpił z powodu syntetyczny polimery - materiały otrzymywane na drodze syntezy z substancji o małej masie cząsteczkowej i nie mające analogów. Rozwój technologii chemicznej substancji wielkocząsteczkowych jest integralną i istotną częścią współczesnej rewolucji naukowej i technologicznej . Żadna gałąź technologii, zwłaszcza nowa, nie może obejść się bez polimerów. Ze względu na budowę chemiczną polimery dzielą się na liniowe, rozgałęzione, sieciowe i przestrzenne.

Cząsteczki liniowy polimery są chemicznie obojętne w stosunku do siebie i są połączone tylko siłami van der Waalsa. Po podgrzaniu lepkość takich polimerów spada i są one w stanie odwracalnie przejść najpierw w stan wysoce elastyczny, a następnie w stan lepkiego płynięcia (rys. 1).

Rys.1. Schemat ideowy lepkości polimerów termoplastycznych w zależności od temperatury: T 1 – temperatura przejścia ze stanu szklistego do wysoce elastycznego, T 2 – temperatura przejścia ze stanu wysokoelastycznego do lepkiego.

Ponieważ jedynym efektem ogrzewania jest zmiana plastyczności, nazywane są polimery liniowe termoplastyczny. Nie należy sądzić, że określenie „liniowe” oznacza proste, przeciwnie, są one bardziej charakterystyczne dla konfiguracji ząbkowanej lub śrubowej, co daje takim polimerom wytrzymałość mechaniczną.

Polimery termoplastyczne można nie tylko topić, ale także rozpuszczać, ponieważ wiązania van der Waalsa łatwo rozrywają się pod wpływem odczynników.

rozgałęziony(szczepione) polimery są silniejsze niż liniowe. Kontrolowane rozgałęzianie łańcuchów jest jedną z głównych przemysłowych metod modyfikacji właściwości polimerów termoplastycznych.

struktura siatki charakteryzuje się tym, że łańcuchy są ze sobą połączone, co znacznie ogranicza ruch i prowadzi do zmiany zarówno właściwości mechanicznych, jak i chemicznych. Zwykła guma jest miękka, ale po zwulkanizowaniu siarką powstają wiązania kowalencyjne typu S-0 i wzrasta wytrzymałość. Polimer może nabrać struktury sieciowej i spontanicznie, na przykład pod wpływem światła i tlenu, następuje starzenie z utratą elastyczności i wydajności. Wreszcie, jeśli cząsteczki polimeru zawierają grupy reaktywne, to po podgrzaniu są połączone wieloma silnymi wiązaniami poprzecznymi, polimer okazuje się usieciowany, tj. nabywa struktura przestrzenna. Tak więc ogrzewanie powoduje reakcje, które dramatycznie i nieodwracalnie zmieniają właściwości materiału, który nabiera wytrzymałości i wysokiej lepkości, staje się nierozpuszczalny i nietopliwy. Ze względu na wysoką reaktywność cząsteczek, która objawia się wzrostem temperatury, takie polimery nazywane są termoutwardzalny.

Polimery termoplastyczne otrzymuje się w wyniku reakcji polimeryzacja, płynie zgodnie ze schematem po południu(rys. 2), gdzie M - cząsteczka monomeru, Poseł- makrocząsteczka składająca się z jednostek monomerowych, P - stopień polimeryzacji.

W polimeryzacji łańcuchowej masa cząsteczkowa wzrasta niemal natychmiast, produkty pośrednie są niestabilne, reakcja jest wrażliwa na obecność zanieczyszczeń i z reguły wymaga wysokich ciśnień. Nic dziwnego, że taki proces jest niemożliwy w warunkach naturalnych, a wszystkie naturalne polimery powstały w inny sposób. Współczesna chemia stworzyła nowe narzędzie - reakcję polimeryzacji, a dzięki niemu dużą klasę polimerów termoplastycznych. Reakcja polimeryzacji jest realizowana tylko w skomplikowanym sprzęcie wyspecjalizowanych gałęzi przemysłu, a konsument otrzymuje polimery termoplastyczne w postaci gotowej.

Reaktywne cząsteczki polimerów termoutwardzalnych można formować w prostszy i bardziej naturalny sposób - stopniowo od monomeru do dimeru, potem do trimeru, tetrameru itd. Takie połączenie monomerów, ich „kondensacja”, nazywamy reakcją polikondensacja; nie wymaga wysokiej czystości ani ciśnień, ale towarzyszy jej zmiana składu chemicznego, a często uwalnianie produktów ubocznych (najczęściej pary wodnej) (ryc. 2). To ta reakcja zachodzi w przyrodzie; można to łatwo przeprowadzić przy niewielkim ogrzewaniu w najprostszych warunkach, nawet w domu. Tak wysoka zdolność produkcyjna polimerów termoutwardzalnych daje szerokie możliwości wytwarzania różnych produktów w przedsiębiorstwach niechemicznych, w tym w zakładach radiowych.

Niezależnie od rodzaju i składu materiałów wyjściowych oraz metod produkcji, materiały na bazie polimerów można podzielić na: tworzywa sztuczne, tworzywa wzmocnione włóknami, laminaty, folie, powłoki, kleje. Nie będę się specjalnie skupiał na wszystkich tych produktach, opowiem tylko o tych najczęściej używanych. Trzeba pokazać, jak duże jest w naszych czasach zapotrzebowanie na materiały polimerowe, a co za tym idzie, jak ważne jest ich przetwarzanie. W przeciwnym razie problem byłby po prostu bezpodstawny.

1.2 TWORZYWA

Słowo „plastik” pochodzi z języka greckiego i odnosi się do materiału, który można prasować lub formować w dowolny kształt. Zgodnie z tą etymologią nawet glinę można nazwać plastikiem, ale w rzeczywistości tylko produkty wykonane z materiałów syntetycznych nazywane są tworzywami sztucznymi. American Society for Testing and Materials definiuje, czym jest plastik w następujący sposób: „jest dowolnym składnikiem szerokiej gamy materiałów o składzie całkowicie lub częściowo organicznym, który można ukształtować w pożądany kształt przez zastosowanie temperatury i/lub ciśnienia”.

Znane są setki tworzyw sztucznych. W tabeli. 1 przedstawia ich główne typy i pokazuje poszczególnych przedstawicieli każdego z gatunków. Należy zauważyć, że obecnie nie ma jednego sposobu opisania całej różnorodności tworzyw sztucznych ze względu na ich dużą liczbę.

Tabela 1. Główne rodzaje tworzyw sztucznych

Rodzaj	Typowi przedstawiciele	Rodzaj	Typowi przedstawiciele
Tworzywa akrylowe Aminoplasty	Polimetakrylan metylu (PMMA) Poliakrylonitryl (PAN) Żywica mocznikowo-formaldehydowa Żywica melaminowo-formaldehydowa	Poliestry	Nienasycone żywice poliestrowe Politereftalan etylu (PET) Snadipinian polietylu
Celuloza	Etyloceluloza Octan celulozy azotan celulozy	Poliolefiny Tworzywa styrenowe	Polietylen (PE) Polipropylen (PP) Polistyren (PS)
Epoksydowa żywica	Epoksydowa żywica	Kopolimer styrenu z akrylonitrylem
Fluoroplastiki	Politetrafluoroetylen (PTFE) Polifluorek winylidenu	Kopolimer akrylonitrylu ze styrenem i butadienem (ABS)
Fenoplasty	Żywica fenolowo-formaldehydowa Żywica fenolowo-furfuralowa	Tworzywa winylowe	Polichlorek winylu (PVC) Poliwinylobutyral
Tworzywa poliamidowe (nylony)	Polikaprolaktam (PA-6) Poliheksam etylenadypamid (PA-6,6)	Kopolimer chlorku winylu-octanu winylu

Pierwszym termoplastem, który znalazł szerokie zastosowanie, był celuloid, sztuczny polimer otrzymywany w wyniku przetwarzania naturalnej celulozy. Odegrał dużą rolę w technologii, zwłaszcza w kinie, ale ze względu na wyjątkowe zagrożenie pożarowe (pod względem składu celuloza jest bardzo zbliżona do prochu bezdymnego) już w połowie XX wieku. jego produkcja spadła prawie do zera.

Rozwój elektroniki, łączności telefonicznej, radiowej wymagał pilnie stworzenia nowych materiałów elektroizolacyjnych o dobrych właściwościach konstrukcyjnych i technologicznych. W ten sposób pojawiły się sztuczne polimery, wykonane na bazie tej samej celulozy, nazwane tak od pierwszych liter pól zastosowań, etrolami. Obecnie tylko 2…3% światowej produkcji polimerów to tworzywa celulozowe, natomiast około 75% to syntetyczne tworzywa termoplastyczne, z czego 90% stanowią tylko trzy: polistyren, polietylen, polichlorek winylu.

Na przykład polistyren do spieniania jest szeroko stosowany jako materiał budowlany do izolacji cieplnej i akustycznej. W radioelektronice stosuje się go do uszczelniania produktów, gdy konieczne jest zapewnienie minimalnych naprężeń mechanicznych, stworzenie tymczasowej izolacji od wpływu ciepła emitowanego przez inne elementy lub niskich temperatur oraz wyeliminowanie ich wpływu na właściwości elektryczne, a więc w pokładowych i kuchenka mikrofalowa - ekwipunek.

1.3 ELASTOMY

Elastomery są powszechnie określane jako kauczuki. Balony, podeszwy do butów, opony, rękawice chirurgiczne, węże ogrodowe to typowe przykłady wyrobów elastomerowych. Klasycznym przykładem elastomerów jest kauczuk naturalny.

Makrocząsteczka kauczuku ma strukturę spiralną z okresem identyczności 0,913 nm i zawiera ponad 1000 reszt izoprenowych. Struktura makrocząsteczki gumy zapewnia jej wysoką elastyczność - najważniejszą właściwość techniczną. Guma ma niesamowitą zdolność odwracalnego rozciągania się do 900% swojej pierwotnej długości.

Odmiana gumy to mniej elastyczna gutaperka, czyli balata, sok niektórych gumowych roślin rosnących w Indiach i na Półwyspie Malajskim. W przeciwieństwie do gumy cząsteczka gutaperki jest krótsza i ma strukturę trans-1,4 z okresem identyczności 0,504 nm.

Wyjątkowe znaczenie techniczne kauczuku naturalnego, jego brak w wielu krajach, w tym w Związku Radzieckim, ekonomicznie opłacalnych źródeł, chęć posiadania materiałów przewyższających szereg właściwości (olejoodporność, mrozoodporność, odporność na ścieranie) do kauczuk naturalny, stymulowane badania nad produkcją kauczuku syntetycznego.

Obecnie w użyciu jest kilka syntetycznych elastomerów. Należą do nich polibutadieny, styren-butadien, akrylonitryl-butadien (kauczuk nitrylowy), poliizopren, polichloropren (neopren), etyleno-propylen, izopren-izobutylen (kauczuk butylowy), polifluorowęglowodór, poliuretan i kauczuki silikonowe. Surowcem do produkcji kauczuku syntetycznego metodą Lebiediewa jest alkohol etylowy. Obecnie opracowano produkcję butadienu z butanu poprzez katalityczne odwodornienie tego ostatniego.

Naukowcy odnieśli sukces i dziś ponad jedna trzecia kauczuku produkowanego na świecie jest wytwarzana z kauczuku syntetycznego. Guma i guma wnoszą ogromny wkład w postęp technologiczny ostatniego stulecia. Przypomnijmy przynajmniej kalosze i różne materiały izolacyjne, a rola gumy w najważniejszych gałęziach gospodarki stanie się dla nas jasna. Ponad połowa światowej produkcji elastomerów przeznaczana jest na produkcję opon. Do produkcji opon do małego samochodu potrzeba około 20 kg gumy różnych gatunków i marek, a do wywrotki prawie 1900 kg. Mniejsza część trafia do innych rodzajów wyrobów gumowych. Guma czyni nasze życie wygodniejszym.

1.4 WŁÓKNO

Wszyscy znamy naturalne włókna, takie jak bawełna, wełna, len i jedwab. Znamy również włókna syntetyczne z nylonu, poliestru, polipropylenu i akrylu. Główną cechą wyróżniającą włókna jest to, że ich długość jest setki razy większa niż ich średnica. Jeśli włókna naturalne (z wyjątkiem jedwabiu) są włóknami staplowymi, to syntetyczne można uzyskać zarówno w postaci ciągłych nitek, jak i w postaci włókien staplowych.

Z punktu widzenia konsumenta włókna mogą być trzech rodzajów; codzienne zapotrzebowanie, bezpieczne i przemysłowe.

Włókna codziennego użytku nazywane są włóknami używanymi do produkcji odzieży wierzchniej i odzieży wierzchniej. Do tej grupy należą włókna do produkcji bielizny, skarpet, koszul, garniturów itp. Włókna te muszą mieć odpowiednią wytrzymałość i rozciągliwość, miękkość, niepalność, wchłaniać wilgoć i być dobrze wybarwione. Typowymi przedstawicielami tej klasy włókien są bawełna, jedwab, wełna, nylon, poliestry i akrylany.

Włókna bezpieczne to włókna używane do produkcji dywanów, zasłon, pokrowców na krzesła, draperii itp. Włókna te muszą być twarde, mocne, trwałe i odporne na zużycie. Z punktu widzenia bezpieczeństwa włóknom tym stawiane są następujące wymagania: muszą się słabo zapalać, nie rozprzestrzeniać płomieni, a podczas spalania wydzielać minimalną ilość ciepła, dymu i toksycznych gazów. Dodając niewielkie ilości substancji zawierających atomy B, N, Si, P, C1, Br czy Sb do zwykłych włókien można nadać im ognioodporność i tym samym zamienić je w włókna bezpieczne. Wprowadzenie dodatków modyfikujących do włókien zmniejsza ich palność, ogranicza rozprzestrzenianie się płomieni, ale nie prowadzi do zmniejszenia uwalniania toksycznych gazów i dymu podczas spalania. Badania wykazały, że jako włókna bezpieczne można stosować aromatyczne poliamidy, poliimidy, polibenzimidazole i polioksydiazole.Jednak podczas spalania tych włókien uwalniane są toksyczne gazy, ponieważ ich cząsteczki zawierają atomy azotu.Aromatyczne poliestry nie mają tej wady.

Włókna przemysłowe są stosowane jako materiały wzmacniające w kompozytach. Włókna te nazywane są również włóknami konstrukcyjnymi, ponieważ mają wysoki moduł, wytrzymałość, odporność na ciepło, sztywność, trwałość. Włókna strukturalne służą do wzmacniania produktów, takich jak sztywne i elastyczne rury, rurki i węże, a także w konstrukcjach kompozytowych zwanych materiałami włóknistymi i są wykorzystywane w budowie statków, samochodów, samolotów, a nawet budynków. Ta klasa włókien obejmuje włókna zorientowane jednoosiowo z aromatycznych poliamidów i poliestrów, włókna węglowe i krzemowe.

2. RECYKLING POLIMERÓW

2.1 SKŁADANIE

Polimery w czystej postaci, otrzymywane z zakładów przemysłowych po ich wyizolowaniu i oczyszczeniu, nazywane są polimerami „pierwotnymi” lub żywicami „pierwotnymi”. Z wyjątkiem niektórych polimerów, takich jak polistyren, polietylen, polipropylen, polimery pierwotne generalnie nie nadają się do bezpośredniego przetwarzania. Na przykład pierwotny PVC jest materiałem podobnym do rogu i nie można go formować bez uprzedniego zmiękczenia przez dodanie plastyfikatora. Podobnie kauczuk naturalny wymaga dodania środka wulkanizującego w celu wytworzenia kauczuku naturalnego. Większość polimerów jest chroniona przed termiczną, utlenianiem i fotodegradacją poprzez włączenie do nich odpowiednich stabilizatorów. Dodatek barwników i pigmentów do polimeru przed formowaniem umożliwia uzyskanie produktów o szerokiej gamie kolorystycznej. Aby zmniejszyć tarcie i poprawić przepływ polimerów w urządzeniach przetwórczych, do większości polimerów dodawane są smary i substancje pomocnicze. Do polimeru zazwyczaj dodaje się wypełniacze, aby nadać im specjalne właściwości i obniżyć koszt produktu końcowego.

Proces obejmujący wprowadzanie składników, takich jak plastyfikatory, środki utwardzające, utwardzacze, stabilizatory, wypełniacze, barwniki, środki zmniejszające palność i smary do polimeru pierwotnego, jest określany jako „mieszanie”, a mieszaniny polimerów z tymi dodatkami są określane jako „związki”.

Pierwotne polimery plastyczne, takie jak polistyren, polietylen, polimetakrylan metylu i polichlorek winylu mają zwykle postać sypkich, drobnych proszków. Drobne składniki w postaci proszku lub cieczy są mieszane ze sproszkowanym polimerem pierwotnym za pomocą mieszalników planetarnych, mieszarek V, mieszalników wstęgowych, mieszalników Z lub wywrotnicy. Wypieranie można przeprowadzić albo w temperaturze pokojowej, albo w temperaturze podwyższonej, która jednak powinna być znacznie niższa od temperatury mięknienia polimeru. Prepolimery ciekłe miesza się za pomocą prostych mieszadeł o dużej prędkości.

Pierwotne polimery elastomerowe, takie jak kauczuk naturalny, kauczuk butadienowo-styrenowy lub kauczuk nitrylowy, otrzymuje się w postaci okruchów sprasowanych w grube płyty zwane „belami”. Zazwyczaj miesza się je ze środkami wulkanizującymi, katalizatorami, wypełniaczami, przeciwutleniaczami i smarami. Ponieważ elastomery nie są sypkimi proszkami, jak dziewicze tworzywa sztuczne, nie można ich mieszać ze składnikami wymienionymi powyżej przy użyciu metod stosowanych dla dziewiczych tworzyw sztucznych. Mieszanie pierwotnych polimerów plastycznych z innymi składnikami mieszanki osiąga się przez mieszanie, natomiast otrzymanie mieszanki pierwotnych elastomerów polega na zwijaniu okruchów w arkusze z tworzywa sztucznego, a następnie wprowadzaniu wymaganych składników do polimeru. Mieszanie elastomerów przeprowadza się w dwuwalcowym młynku do gumy lub w mieszalniku Banbury z mieszaniem wewnętrznym. Elastomery w postaci lateksu lub ciekłych żywic o niskiej masie cząsteczkowej można mieszać przez proste mieszanie przy użyciu mieszadeł o dużej prędkości. W przypadku polimerów włóknotwórczych mieszanie nie jest przeprowadzane. Składniki, takie jak smary, stabilizatory i wypełniacze są zwykle dodawane bezpośrednio do stopionego polimeru lub roztworu tuż przed przędzeniem przędzy.

2.2 TECHNOLOGIA PRZETWARZANIA

Fakt, że materiały polimerowe są stosowane w wielu różnych postaciach, takich jak pręty, rury, arkusze, pianki, powłoki lub kleje, a także wyroby formowane, oznacza, że ​​istnieje wiele sposobów przetwarzania związków polimerowych na produkty końcowe. Większość produktów polimerowych otrzymuje się albo przez formowanie, przetwarzanie, albo przez odlewanie ciekłych prepolimerów do formy, a następnie utwardzanie lub sieciowanie. Włókna pozyskiwane są w procesie przędzenia.

Proces kształtowania można porównać np. do wyrzeźbienia postaci z gliny, a proces obróbki do wyrzeźbienia tej samej postaci z kostki mydła. W procesie formowania mieszanka w postaci proszku, płatków lub granulek jest umieszczana w formie i poddawana działaniu temperatury i ciśnienia, w wyniku czego powstaje produkt końcowy. W procesie przetwarzania powstają produkty o prostych kształtach, takich jak arkusze, pręty lub rury, za pomocą zszywania, tłoczenia, klejenia i spawania.

Zanim przejdziemy do dyskusji na temat różnych metod przetwarzania polimerów, przypominamy, że materiały polimerowe mogą być termoplastyczne lub termoutwardzalne (termoutwardzalne). Gdy materiały termoplastyczne zostały uformowane pod wpływem ciepła i ciśnienia, muszą być schłodzone poniżej temperatury mięknienia polimeru przed wyjęciem z formy, w przeciwnym razie stracą swój kształt. W przypadku materiałów termoutwardzalnych nie jest to konieczne, gdyż po jednokrotnym łącznym działaniu temperatury i ciśnienia wyrób zachowuje swój kształt nawet po wyjęciu z formy w wysokiej temperaturze.

2.3 KALENDOWANIE

Proces kalandrowania jest powszechnie stosowany do wytwarzania ciągłych folii i arkuszy. Główną częścią aparatu (rys. 1) do kalandrowania jest zestaw gładko polerowanych metalowych rolek obracających się w przeciwnych kierunkach oraz urządzenie do precyzyjnej regulacji szczeliny między nimi. Odstęp między rolkami określa grubość kalandrowanego arkusza. Mieszanka polimerowa jest podawana na gorące rolki, a arkusz wychodzący z tych rolek jest chłodzony podczas przechodzenia przez zimne rolki. W ostatnim etapie arkusze są zwijane w rolki, jak pokazano na ryc. 1. Jeśli jednak zamiast arkuszy wymagane jest uzyskanie cienkich folii polimerowych, stosuje się szereg rolek ze stopniowo zmniejszającą się szczeliną między nimi. Zazwyczaj w arkusze kalandruje się polimery, takie jak polichlorek winylu, polietylen, guma i butadien-styren-akrylonitryl.

Ryż. jeden. Schemat aparatu do kalandrowania

/ - związek polimerowy; 2 - rolki kalandra: gorące (3) i zimno (4); 5 - arkusz kalandrowany; b - rolki prowadzące; 7 - nawijarka

Stosując w kalandrce walce profilowane, można uzyskać wytłoczone arkusze o różnych wzorach. Różne efekty dekoracyjne, takie jak imitacja marmurkowania, można uzyskać, wprowadzając do kalandra mieszaniny mieszanek o różnych kolorach. Technologia marmurkowania jest powszechnie stosowana w produkcji płytek podłogowych z PVC.

2.4 ODLEWANIE

ODLEWANIE FORM. Jest to stosunkowo niedrogi proces, który polega na przekształceniu ciekłego prepolimeru w produkty stałe o pożądanym kształcie. Tą metodą można otrzymać arkusze, rury, pręty itp. produkty o ograniczonej długości. Schematycznie proces odlewania formy przedstawiono na rys.2. W tym przypadku prepolimer, zmieszany w odpowiednich proporcjach z utwardzaczem i innymi składnikami, wlewa się do szalki Petriego, która pełni rolę formy. Następnie szalkę Petriego umieszcza się na kilka godzin w piecu nagrzanym do wymaganej temperatury, aż do zakończenia reakcji utwardzania. Po schłodzeniu do temperatury pokojowej stały produkt usuwa się z formy. Odlane w ten sposób ciało stałe będzie miało kształt wewnętrznego reliefu szalki Petriego.

Ryż. 2. Najprostszy obraz procesu odlewania formy

b - wypełnienie szalki Petriego prepolimerem i utwardzaczem; b - ogrzewanie w piecu; b - ekstrakcja z formy schłodzonego produktu

Jeżeli zamiast szalki Petriego stosuje się cylindryczną szklaną rurkę zamkniętą z jednej strony, można otrzymać produkt w postaci cylindrycznego pręta. Ponadto zamiast prepolimeru i utwardzacza można wlać do formy mieszaninę monomeru, katalizatora i innych składników podgrzanych do temperatury polimeryzacji. W tym przypadku polimeryzacja będzie przebiegać wewnątrz formy, aż do uformowania stałego produktu. Do formowania wtryskowego nadają się akryle, epoksydy, poliestry, fenole i uretany.

Formy odlewnicze wykonujemy z alabastru, ołowiu lub szkła. Podczas utwardzania blok polimeru kurczy się, co ułatwia wyjęcie z formy.

ODLEWANIE ROTACYJNE. Wyroby puste w środku, takie jak piłki i lalki, są wytwarzane w procesie zwanym „odlewaniem rotacyjnym”. Aparatura zastosowana w tym procesie została pokazana na rysunku 3.

Mieszankę materiału termoplastycznego w postaci drobnego proszku umieszcza się w wydrążonej formie. Zastosowane urządzenie posiada specjalne urządzenie do jednoczesnego obracania formy wokół osi pierwotnej i wtórnej. Forma jest zamykana, podgrzewana i obracana. Powoduje to równomierne rozprowadzenie stopionego tworzywa sztucznego na całej wewnętrznej powierzchni wydrążonej formy. Forma obrotowa jest następnie chłodzona zimną wodą. Po ochłodzeniu stopione tworzywo sztuczne, równomiernie rozłożone na wewnętrznej powierzchni formy, zestala się. Teraz można otworzyć formę i usunąć produkt końcowy.

Do formy można również załadować ciekłą mieszaninę termoutwardzalnego prepolimeru z utwardzaczem. Utwardzanie w tym przypadku nastąpi podczas rotacji pod wpływem podwyższonej temperatury.

Odlew rotacyjny wytwarza produkty z PVC, takie jak kalosze, puste kule czy główki dla lalek. Utwardzanie PCW odbywa się poprzez fizyczne żelowanie pomiędzy PCW a ciekłym plastyfikatorem w temperaturze 150-200°C. Drobne cząstki PVC są równomiernie rozproszone w ciekłym plastyfikatorze wraz ze stabilizatorami i barwnikami, tworząc w ten sposób substancję o stosunkowo niskiej lepkości. Ten pastowaty materiał, zwany „plastizolem”, jest ładowany do formy, z której usuwane jest powietrze. Forma jest następnie obracana i podgrzewana do wymaganej temperatury, co powoduje żelowanie polichlorku winylu. Grubość ścianki powstałego produktu zależy od czasu żelowania.

Rys.3. W procesie odlewania rotacyjnego wydrążone formy wypełnione materiałem polimerowym są jednocześnie obracane wokół osi głównej i dodatkowej.

1 - oś główna; 2 - oś drugorzędna; 3 - odpinany szczegół formularza; 4 - wnęki formy; 5 - obudowa przekładni; b-do silnika

Po osiągnięciu wymaganej grubości ścianek nadmiar plastizolu jest usuwany na drugi cykl. W celu ostatecznej homogenizacji mieszaniny cząstek PVC z plastyfikatorem, żelowaty produkt wewnątrz formy jest podgrzewany. Gotowy produkt wyjmuje się z formy po schłodzeniu strumieniem wody. Metoda odlewania rotacyjnego z wykorzystaniem płynnego materiału jest znana jako metoda „formowania pustego przez wylewanie i obracanie formy”.

FORMOWANIE WTRYSKOWE. Najwygodniejszym procesem wytwarzania wyrobów z polimerów termoplastycznych jest proces formowania wtryskowego. Pomimo tego, że koszt sprzętu w tym procesie jest dość wysoki, jego niewątpliwą zaletą jest wysoka wydajność. W tym procesie odmierzona ilość stopionego polimeru termoplastycznego jest wtryskiwana pod ciśnieniem do stosunkowo zimnej formy, gdzie zestala się w produkt końcowy.

Aparat do formowania wtryskowego pokazano na rys.6. Proces polega na dostarczaniu złożonego tworzywa sztucznego w postaci granulek, tabletek lub proszku z leja w określonych odstępach czasu do ogrzewanego poziomego cylindra, gdzie mięknie. Tłok hydrauliczny zapewnia ciśnienie potrzebne do wypchnięcia stopionego materiału przez cylinder do formy na końcu cylindra. Gdy masa polimerowa porusza się wzdłuż gorącej strefy cylindra, urządzenie zwane „torpedą” wspomaga równomierne rozprowadzanie tworzywa sztucznego po wewnętrznych ściankach gorącego cylindra, zapewniając w ten sposób równomierne rozprowadzanie ciepła w całej objętości. Stopione tworzywo sztuczne jest następnie wtryskiwane przez otwór wtryskowy do gniazda formy.

W najprostszej postaci forma jest układem dwóch części: jedna część jest w ruchu, druga jest nieruchoma (patrz rys. 6). Część nieruchomą formy mocuje się na końcu cylindra, a część ruchomą wyjmuje się i nakłada na nią.

Za pomocą specjalnego urządzenia mechanicznego forma jest szczelnie zamykana iw tym czasie roztopione tworzywo jest wtryskiwane pod ciśnieniem 1500 kg/cm. Mechaniczne urządzenie zamykające musi być zaprojektowane tak, aby wytrzymać wysokie ciśnienia robocze. Równomierny przepływ stopionego materiału w wewnętrznych obszarach formy jest zapewniony przez podgrzanie go do określonej temperatury. Zazwyczaj ta temperatura jest nieco niższa niż temperatura mięknienia formowanego tworzywa sztucznego. Po napełnieniu formy stopionym polimerem jest ona schładzana przez cyrkulację zimnej wody, a następnie otwierana w celu usunięcia gotowego produktu. Cały ten cykl można wielokrotnie powtarzać zarówno ręcznie, jak i automatycznie.

FILMY ODLEWNICZE. Metoda odlewania stosowana jest również do produkcji folii polimerowych. W tym przypadku roztwór polimeru o odpowiednim stężeniu wylewa się stopniowo na poruszającą się ze stałą prędkością taśmę metalową (rys. 4), na której powierzchni tworzy się ciągła warstwa roztworu polimeru.

Rys.4. Schemat procesu odlewania folii

/ - roztwór polimeru; 2 - zawór rozdzielczy; 3 - roztwór polimeru rozprowadza się tworząc błonę; 4 - rozpuszczalnik odparowuje; 5 - niekończący się metalowy pasek; 6 - ciągła folia polimerowa; 7 - kołowrotek

Gdy rozpuszczalnik odparowuje w sposób kontrolowany, na powierzchni metalowej taśmy tworzy się cienka warstwa polimeru. Następnie folię usuwa się przez proste obieranie. W ten sposób wytwarzana jest większość przemysłowych arkuszy celofanowych i filmów fotograficznych.

2.5 WCISKANIE BEZPOŚREDNIE

Metoda bezpośredniego prasowania jest szeroko stosowana do produkcji wyrobów z materiałów termoutwardzalnych. Rysunek 5 przedstawia typową formę używaną do bezpośredniego prasowania. Forma składa się z dwóch części - górnej i dolnej lub z wykrojnika (forma pozytywowa) oraz matrycy (forma negatywowa). Na dole formy znajduje się wycięcie, a u góry półka. Szczelina pomiędzy występem górnej części a wgłębieniem dolnej części w zamkniętej formie decyduje o ostatecznym wyglądzie prasowanego produktu.

W procesie bezpośredniego prasowania materiał termoutwardzalny poddawany jest jednorazowemu działaniu temperatury i ciśnienia. Zastosowanie prasy hydraulicznej z podgrzewanymi płytami pozwala uzyskać pożądany efekt.

Rys.5. Schematyczne przedstawienie formy stosowanej w procesie formowania bezpośredniego

1 - wnęka formy wypełniona materiałem termoutwardzalnym; 2 - kolce prowadzące; 3 - bełkotać; 4 - formowany produkt

Temperatura i ciśnienie podczas prasowania mogą osiągnąć odpowiednio 200 °C i 70 kg/cm2. Temperatura pracy i ciśnienie są określane przez właściwości reologiczne, termiczne i inne sprasowanego tworzywa sztucznego. Wnęka formy jest całkowicie wypełniona mieszanką polimerową. Gdy forma jest zamykana pod ciśnieniem, materiał znajdujący się w jej wnętrzu jest ściskany i dociskany do pożądanego kształtu. Nadmiar materiału jest wypychany z formy w postaci cienkiej warstwy zwanej „zadziorem”. Sprasowana masa twardnieje pod wpływem temperatury. Chłodzenie nie jest wymagane do uwolnienia produktu końcowego z formy.

Rys.6. Schematyczne przedstawienie procesu formowania wtryskowego

1 - złożony materiał z tworzywa sztucznego; 2 - lejek załadowczy; 3 - tłok; 4 - elektryczny element grzejny; 5 - stacjonarna część formularza;

6 - ruchoma część formy; 7 - główny cylinder; 8 - torpeda; 9 - zmiękczony materiał z tworzywa sztucznego; 10 - pleśń; 11 - produkt formowany metodą wtrysku

2.6 FORMOWANIE

PNEUMOFORMOWANIE. Przez rozdmuchiwanie wytwarzana jest duża liczba pustych w środku wyrobów z tworzyw sztucznych: kanistry, butelki po napojach bezalkoholowych itp. Rozdmuchiwane są następujące materiały termoplastyczne: polietylen, poliwęglan, polichlorek winylu, polistyren, nylon, polipropylen, akryl, akrylonitryl, akrylonitryl butadien styren polimer, jednak pod względem rocznego zużycia polietylen o dużej gęstości zajmuje pierwsze miejsce.

Formowanie z rozdmuchem ma swoje początki w przemyśle szklarskim. Schemat tego procesu przedstawiono na rys.7.

Zmiękczona na gorąco rurka termoplastyczna, zwana „półfabrykatem”, jest umieszczana w dwuczęściowej wydrążonej formie. Gdy forma jest zamknięta, obie jej połówki zaciskają jeden koniec obrabianego przedmiotu oraz igłę doprowadzającą powietrze znajdującą się na drugim końcu rurki.

Rys.7. Schemat ideowy wyjaśniający etapy procesu rozdmuchu

a - przedmiot obrabiany umieszczony w otwartej formie; b - zamknięta pleśń;

c - wdmuchiwanie powietrza do formy; d - otwarcie formy. 1 - puste;

2 - igła do dostarczania powietrza; 3 - Formularz prasowy; 4 - powietrze; 5 - produkt formowany powietrzem;

Pod działaniem ciśnienia dostarczanego ze sprężarki przez igłę, gorący kęs jest nadmuchiwany jak kula aż do ścisłego kontaktu ze stosunkowo zimną wewnętrzną powierzchnią formy. Następnie formę schładza się, otwiera i wyjmuje gotowy stały wyrób termoplastyczny.

Preforma do formowania z rozdmuchem może być otrzymana przez formowanie wtryskowe lub wytłaczanie iw zależności od tego, sposób ten nazywa się odpowiednio formowaniem wtryskowym z rozdmuchem lub wytłaczaniem z rozdmuchem.

FORMOWANIE PŁYT TERMOPLASTYCZNYCH. Formowanie arkuszy termoplastycznych jest niezwykle ważnym procesem przy produkcji trójwymiarowych wyrobów z tworzyw sztucznych. Dzięki tej metodzie z arkuszy akrylonitrylo-butadienowo-styrenowych uzyskuje się nawet tak duże produkty, jak kadłuby łodzi podwodnych.

Schemat tego procesu jest następujący. Arkusz termoplastyczny jest podgrzewany do jego temperatury mięknienia. Następnie stempel wciska gorącą elastyczną blachę w metalową matrycę formy (rys. 9), przy czym blacha przybiera określony kształt. Po schłodzeniu uformowany produkt zestala się i jest usuwany z formy.

W zmodyfikowanej metodzie, pod działaniem próżni, gorąca blacha jest zasysana do wnęki matrycy i przybiera żądany kształt (rys. 10). Ta metoda nazywana jest metodą formowania próżniowego.

2.7 WYTŁACZANIE

Wytłaczanie jest jedną z najtańszych metod wytwarzania szeroko stosowanych wyrobów z tworzyw sztucznych, takich jak folie, włókna, rury, arkusze, pręty, węże i taśmy, których profil określa kształt wylotu głowicy wytłaczarki. Stopione tworzywo sztuczne w określonych warunkach jest wytłaczane przez wylot głowicy wytłaczarki, co nadaje ekstrudatowi pożądany profil. Schemat najprostszej maszyny do wytłaczania pokazano na rys. 8.

Ryc. 8. Schematyczne przedstawienie najprostszej maszyny do wytłaczania

1 - lejek załadowczy; 2 - ślimak; 3 - główny cylinder; 4 - elementy grzejne; 5 - wylot głowicy wytłaczarki, a - Strefa załadunku; b - strefa kompresji; w ~ strefa homogenizacji

W tej maszynie proszek lub granulki złożonego tworzywa sztucznego są ładowane z leja do podgrzewanego elektrycznie cylindra w celu zmiękczenia polimeru. Śruba obrotowa w kształcie spirali zapewnia ruch gorącej masy plastycznej wzdłuż cylindra. Ponieważ podczas ruchu masy polimerowej występuje tarcie pomiędzy obracającym się ślimakiem a cylindrem, prowadzi to do uwolnienia ciepła, a w konsekwencji do wzrostu temperatury przetwarzanego polimeru. Podczas tego ruchu z leja zasypowego do wylotu głowicy wytłaczarki masa plastyczna przechodzi przez trzy wyraźnie oddzielone strefy: strefę załadunku (a), strefę prasowania (b) i strefę homogenizacji (w)(Patrz Rysunek 9).

Każda z tych stref przyczynia się do procesu ekstruzji. Strefa załadunku np. pobiera masę polimerową z leja zasypowego i przesyła ją do strefy prasowania, operacja ta odbywa się bez ogrzewania.

Ryż. dziewięć. Schemat procesu formowania termoplastów arkuszowych

1 - arkusz materiału termoplastycznego; 2 - zacisk; 3 - dziurkacz; 4 - arkusz zmiękczany termicznie; 5 - matryca; 6 - produkt otrzymany przez formowanie termoplastów arkuszowych

Rys.10. Schemat procesu formowania próżniowego tworzyw termoplastycznych

1 - zacisk; 2 - arkusz termoplastyczny; 3 - Formularz prasowy; 4 - produkt otrzymywany przez formowanie próżniowe tworzyw termoplastycznych

W strefie prasowania elementy grzejne zapewniają stopienie sproszkowanego wsadu, a obracający się ślimak ściska go. Następnie podobne do pasty roztopione tworzywo sztuczne wchodzi do strefy homogenizacji, gdzie dzięki gwintowi ślimaka uzyskuje stałą prędkość przepływu.

Pod działaniem ciśnienia wytworzonego w tej części wytłaczarki, stopiony polimer podawany jest do wylotu głowicy wytłaczarki i wychodzi z pożądanym profilem. Ze względu na wysoką lepkość niektórych polimerów czasami konieczne jest posiadanie innej strefy, zwanej strefą roboczą, w której polimer poddawany jest dużym obciążeniom ścinającym w celu poprawy wydajności mieszania. Wytłaczany materiał o pożądanym profilu opuszcza wytłaczarkę w stanie bardzo gorącym (jego temperatura wynosi od 125 do 350°C), a dla zachowania kształtu wymagane jest szybkie schłodzenie. Ekstrudat wchodzi na taśmę przenośnika przechodzącą przez kadź z zimną wodą i zestala się. Do chłodzenia ekstrudatu stosuje się również nadmuch zimnego powietrza i natrysk zimnej wody. Ukształtowany produkt jest dalej cięty lub zwijany w zwoje.

Proces wytłaczania jest również stosowany do pokrywania przewodów i kabli polichlorkiem winylu lub gumą, a prętów metalowych w formie prętów odpowiednimi materiałami termoplastycznymi.

2.8 PIANKA

Spienianie to prosta metoda otrzymywania materiałów piankowych i gąbczastych. Szczególne właściwości tej klasy materiałów – amortyzacja, niewielka waga, niska przewodność cieplna – czynią je bardzo atrakcyjnymi do wykorzystania w różnych celach. Powszechnie stosowanymi polimerami spieniającymi są poliuretany, polistyren, polietylen, polipropylen, silikony, epoksydy, PCV itp. Struktura pianki składa się z izolowanych (zamkniętych) lub przenikających się (otwartych) pustych przestrzeni. W pierwszym przypadku, gdy puste przestrzenie są zamknięte, mogą zawierać gazy. Oba typy konstrukcji pokazano schematycznie na rys. 11.

Rys.11. Schematyczne przedstawienie otwartych i zamkniętych struktur komórkowych powstałych w procesie spieniania

1- dyskretne (zamknięte) komórki; 2 - przenikające się (otwarte) komórki;

3 - ściany komórkowe

Istnieje kilka metod wytwarzania spienionych lub komórkowych tworzyw sztucznych. Jednym z nich jest przedmuchiwanie stopionego związku powietrzem lub azotem, aż do całkowitego spieniania. Proces spieniania ułatwia dodatek środków powierzchniowo czynnych. Po osiągnięciu pożądanego stopnia spienienia matryca jest schładzana do temperatury pokojowej. W tym przypadku materiał termoplastyczny zestala się w stanie spienionym. Ciekłe prepolimery termoutwardzalne można spieniać na zimno, a następnie podgrzewać do pełnego utwardzenia. Spienianie uzyskuje się zwykle przez dodanie pianki lub poroforów do masy polimerowej. Takimi środkami są rozpuszczalniki o małej masie cząsteczkowej lub pewne związki chemiczne. Procesowi wrzenia takich rozpuszczalników jak n-pentan i n-heksan w temperaturach utwardzania materiałów polimerowych towarzyszy intensywny proces parowania. Z drugiej strony niektóre związki chemiczne w tych temperaturach mogą rozkładać się z uwolnieniem gazów obojętnych. Tak więc azo-bis-izobutyronitryl rozkłada się termicznie, uwalniając dużą ilość azotu uwalnianego do matrycy polimerowej w wyniku reakcji izocyjanianu z wodą, a także jest wykorzystywany do produkcji materiałów spienionych, takich jak pianka poliuretanowa:

Ponieważ poliuretany otrzymuje się w reakcji poliolu z diizocyjanianem, należy dodać dodatkowe niewielkie ilości diizocyjanianu i wody w celu spieniania produktu reakcji.

Tak więc duża ilość oparów lub gazów emitowanych przez środki pianotwórcze i gazotwórcze prowadzi do spieniania matrycy polimerowej. Matryca polimerowa w stanie spienionym jest schładzana do temperatur poniżej temperatury mięknienia polimeru (w przypadku materiałów termoplastycznych) lub poddawana reakcji utwardzania lub sieciowania (w przypadku materiałów termoutwardzalnych), w wyniku czego osnowa uzyskuje sztywność niezbędną do utrzymania struktury pianki. Proces ten nazywany jest procesem „stabilizacji piany”. Jeśli matryca nie zostanie schłodzona poniżej temperatury mięknienia lub usieciowana, wypełniające ją gazy opuszczają układ porów i pianka zapada się.

Pianki można otrzymać w formach elastycznych, sztywnych i półsztywnych. Aby bezpośrednio uzyskać produkty piankowe, spienianie należy przeprowadzić bezpośrednio w formie. Arkusze i pręty styropianowe mogą być również wykorzystywane do produkcji różnych produktów. W zależności od natury polimeru i stopnia spieniania gęstość pianek może wynosić od 20 do 1000 kg/cm3. Zastosowanie pianek jest bardzo różnorodne. Na przykład przemysł motoryzacyjny wykorzystuje duże ilości pianek PCV i poliuretanowych do tapicerki. Materiały te odgrywają ważną rolę w produkcji mebli. Sztywne pianki polistyrenowe znajdują szerokie zastosowanie do pakowania i ocieplania budynków. Gumy piankowe i pianki poliuretanowe stosuje się do wypełniania materacy itp. Sztywne pianki poliuretanowe stosuje się również do ocieplania budynków oraz do produkcji protez.

2.9 WZMOCNIENIE

Wzmacniając matrycę z tworzywa sztucznego włóknem o wysokiej wytrzymałości, uzyskuje się systemy zwane „plastikami wzmocnionymi włóknami” (FRP). WUA mają bardzo cenne właściwości: wyróżnia je wysoki stosunek wytrzymałości do masy, znaczna odporność na korozję oraz łatwość wykonania. Metoda wzmacniania włóknami umożliwia uzyskanie szerokiej gamy produktów. Na przykład, tworząc sztuczne satelity w AUA, projektantów i twórców statków kosmicznych przyciąga przede wszystkim zdumiewająco wysoki stosunek wytrzymałości do masy. Piękny wygląd, niewielka waga i odporność na korozję umożliwiają zastosowanie WUA do poszycia statków. Ponadto WUA jest nawet stosowany jako materiał do zbiorników, w których przechowywane są kwasy.

Przyjrzyjmy się teraz bardziej szczegółowo składowi chemicznemu i fizycznej naturze tych niezwykłych materiałów. Jak wspomniano powyżej, są to materiał polimerowy, którego specjalne właściwości wynikają z wprowadzenia do niego włókien wzmacniających. Głównymi materiałami, z których wykonane są włókna wzmacniające (zarówno drobno posiekane, jak i długie) są szkło, grafit, aluminium, węgiel, bor i beryl. Najnowsze osiągnięcia w tej dziedzinie to zastosowanie w pełni aromatycznego poliamidu jako włókien wzmacniających, co zapewnia ponad 50% redukcję masy w porównaniu z tradycyjnymi tworzywami sztucznymi wzmacnianymi włóknami. Do zbrojenia wykorzystywane są również włókna naturalne, takie jak sizal, azbest itp. Wybór włókna wzmacniającego jest determinowany przede wszystkim wymaganiami dotyczącymi produktu końcowego. Jednak włókna szklane pozostają powszechnie stosowane do dnia dzisiejszego i nadal stanowią główny wkład w przemysłową produkcję WUA. Najbardziej atrakcyjne właściwości włókien szklanych to niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, wysoka stabilność wymiarowa, niski koszt produkcji, wysoka wytrzymałość na rozciąganie, niska stała dielektryczna, niepalność i odporność chemiczna. Inne włókna wzmacniające stosuje się głównie w przypadkach, gdy do pracy ARP w określonych warunkach wymagane są pewne dodatkowe właściwości, pomimo ich wyższych kosztów w porównaniu z włóknami szklanymi.

HDPE jest wytwarzany przez spajanie włókien z matrycą polimerową, a następnie utwardzanie pod ciśnieniem i temperaturą. Dodatki wzmacniające mogą mieć postać drobno posiekanych włókien, długich nici i tkanin. Głównymi matrycami polimerowymi stosowanymi w ARP są poliestry, epoksydy, fenole, silikony, melamina, pochodne winylowe i poliamidy. Większość WUA produkowana jest na bazie polimerów poliestrowych, których główną zaletą jest ich niski koszt. Polimery fenolowe są stosowane w przypadkach, w których wymagana jest odporność na wysoką temperaturę. Niezwykle wysokie właściwości mechaniczne AVP uzyskuje się, gdy żywice epoksydowe są stosowane jako matryca polimerowa. Zastosowanie polimerów silikonowych zapewnia WUA doskonałe właściwości elektryczne i termiczne.

Obecnie istnieje kilka metod zbrojenia tworzyw sztucznych. Najczęściej stosowane z nich to: 1) metoda ręcznego laminowania, 2) metoda nawijania włókien, 3) metoda impregnacji natryskowej.

SPOSÓB UKŁADANIA BLACH RĘCZNIE. Prawdopodobnie jest to najprostsza metoda wzmacniania tworzyw sztucznych. W tym przypadku jakość produktu końcowego w dużej mierze zależy od umiejętności i umiejętności operatora. Cały proces składa się z następujących kroków. Najpierw forma pokrywana jest cienką warstwą kleju adhezyjnego na bazie polialkoholu winylowego, oleju silikonowego lub parafiny. Ma to na celu zapobieganie przywieraniu produktu końcowego do formy. Następnie formę pokrywa się warstwą polimeru, na którą nakłada się włókno szklane lub matę. To włókno szklane jest z kolei pokryte kolejną warstwą polimeru.

Rys.12. Schematyczne przedstawienie ręcznej metody nakładania warstw

1 - naprzemienne warstwy polimeru i włókna szklanego; 2 - Formularz prasowy; 3 - wałek do toczenia

Wszystko to jest ciasno zwijane za pomocą rolek, aby równomiernie docisnąć włókno szklane do polimeru i usunąć pęcherzyki powietrza. Liczba naprzemiennych warstw polimeru i włókna szklanego decyduje o grubości próbki (rys. 12).

Następnie w temperaturze pokojowej lub podwyższonej system utwardza ​​się. Po utwardzeniu wzmocniony plastik jest usuwany z formy, ściągany i wykańczany. W ten sposób powstają blachy, części karoserii, kadłuby statków, rury, a nawet fragmenty budynków.

METODA NAWIJANIA WŁÓKNA. Metoda ta jest bardzo szeroko stosowana do produkcji wyrobów ze wzmocnionych tworzyw sztucznych, takich jak butle wysokociśnieniowe, zbiorniki na chemikalia, obudowy silników rakietowych. Polega na tym, że przez kąpiel z żywicy i utwardzacza przepuszczana jest ciągła monofilament, włókno, wiązka włókien lub taśma tkana. Gdy włókno wychodzi z kąpieli, nadmiar żywicy jest wyciskany. Zaimpregnowane żywicą włókna lub taśmę są następnie nawijane na rdzeń o pożądanym kształcie i utwardzane pod wpływem temperatury.

Rys.13. Schematyczne przedstawienie metody nawijania włókien

1- cewka zasilająca; 2 - ciągły wątek; 3 - urządzenie do impregnacji włókien i prasowania żywicy; 4 - rdzeń; 5 - włókna impregnowane żywicą nawinięte na rdzeń

Nawijarka (rys. 13) jest zaprojektowana tak, aby włókna można było nawijać wokół rdzenia w określony sposób. Naprężenie włókna i sposób jego nawijania są bardzo ważne z punktu widzenia końcowych właściwości odkształceniowych gotowego produktu.

METODA NATRYSKOWA. W tej metodzie stosuje się pistolet natryskowy z głowicą wielostrumieniową. Strumienie żywicy, utwardzacza i posiekanego włókna są jednocześnie podawane z pistoletu natryskowego na powierzchnię formy (rys. 14), gdzie tworzą warstwę o określonej grubości. Włókno cięte o określonej długości uzyskuje się przez ciągłe dostarczanie włókien do głowicy mielącej aparatu. Po osiągnięciu wymaganej grubości masa polimerowa jest utwardzana przez ogrzewanie. Spryskiwanie to ekspresowa metoda pokrywania dużych powierzchni. Tą metodą wytwarzanych jest wiele nowoczesnych wyrobów z tworzyw sztucznych, takich jak platformy ładunkowe, zbiorniki magazynowe, nadwozia samochodów ciężarowych i kadłuby statków.

Rys.14. Schematyczne przedstawienie metody natryskiwania

1 - formularz; 2 - rozpylona mieszanina posiekanego włókna i żywicy; 3 - strumień posiekanego włókna; 4 - włókno ciągłe; 5- żywica; 6-utwardzacz; 7 - węzeł do cięcia włókna i natryskiwania; 8 - strumień żywicy

INNE METODY. Oprócz opisanych powyżej metod, znane są inne w produkcji wzmocnionych tworzyw sztucznych, z których każdy ma swój specyficzny cel. Tak więc sposób wytwarzania laminatów ciągłych stosuje się do produkcji ciągłych arkuszy laminatów zbrojonych o różnej grubości. W tym procesie każda pojedyncza warstwa tkanej taśmy pochodzącej z rolek jest impregnowana żywicą i utwardzaczem, a następnie sprasowana razem przez system gorących rolek. Po utwardzeniu pod wpływem temperatury uzyskuje się laminat I o wymaganej grubości (rys. 15). Grubość materiału można zmieniać, zmieniając liczbę warstw.

Rys.15. Schematyczne przedstawienie metody produkcji ciągłych materiałów laminowanych

1- cewki zasilające; 2 - ciągłe arkusze włókna szklanego; 3 - kąpiel do impregnacji w mieszaninie żywicy i utwardzacza; 4 - ciągły laminat; 5 - laminowany plastik, pocięty na kawałki o wymaganym rozmiarze

Inna metoda, znana jako metoda sklejkowa, umożliwia wytwarzanie produktów takich jak drążone pręty lub wędki z ciągłych wiązek włókien. Ten proces jest stosunkowo prosty. Ciągła wiązka włókien, uprzednio potraktowana żywicą i utwardzaczem, jest przeciągana przez matrycę o odpowiednim profilu (rys. 16), podgrzaną do określonej temperatury. Na wyjściu z matrycy wyprofilowany produkt jest dalej nagrzewany. Utwardzony profil wyciągany jest z matrycy przez system obracających się rolek. Proces ten jest nieco podobny do wytłaczania, z tą różnicą, że w wytłaczaniu materiał polimerowy jest przepychany przez matrycę od wewnątrz za pomocą obracającego się ślimaka, podczas gdy w opisanym sposobie materiał jest przeciągany przez wylot matrycy od zewnątrz .

Rys.16. Schematyczne przedstawienie metody otrzymywania pultrudowanego tworzywa włóknistego

1 - ciągła wiązka włókien impregnowanych żywicą i utwardzaczem; 2 - element grzewczy; 3 - umierać; 4 - obrotowe rolki do rysowania; 5 - produkt gotowy, pokrojony na kawałki; 6 - profil gotowego produktu

Ponadto mieszaninę zawierającą cięte włókna, żywicę i utwardzacz można formować dowolną inną odpowiednią metodą, taką jak bezpośrednie prasowanie. Materiały termoplastyczne wypełnione ciętymi włóknami mogą być formowane przez bezpośrednie prasowanie, formowanie wtryskowe lub wytłaczanie w celu uzyskania produktów końcowych o ulepszonych właściwościach mechanicznych.

2.10 WŁÓKNA Przędzące

Włókna polimerowe uzyskuje się w procesie zwanym przędzeniem. Istnieją trzy zasadniczo różne metody przędzenia: przędzenie ze stopu, przędzenie na sucho i przędzenie na mokro. W procesie przędzenia ze stopu polimer jest w stanie stopionym, aw innych przypadkach w postaci roztworów. Jednak we wszystkich tych przypadkach polimer w stanie stopionym lub rozpuszczonym przepływa przez ustnik wielokanałowy, który jest płytką z bardzo małymi otworami na wyjście włókien.

SPINTING Z METALU. W najprostszej postaci proces spunmelt można przedstawić w następujący sposób. Początkowo płatki polimeru topi się na rozgrzanej siatce, zamieniając polimer w lepką ruchliwą ciecz. Czasami podczas procesu ogrzewania tworzą się grudki w wyniku procesów sieciowania lub niszczenia termicznego. Te grudki można łatwo usunąć z gorącego stopionego polimeru, przepuszczając je przez system filtrów blokowych. Ponadto, aby zapobiec degradacji oksydacyjnej, stop powinien być chroniony przed tlenem atmosferycznym. Osiąga się to głównie poprzez tworzenie obojętnej atmosfery azotu, CO2 i pary wodnej wokół stopionego polimeru. Pompa dozująca dostarcza stopiony polimer ze stałą szybkością do wielokanałowej matrycy. Stopiony polimer przechodzi przez system drobnych otworów w ustniku i wychodzi stamtąd w postaci ciągłych i bardzo cienkich monofilamentów. W kontakcie z zimnym powietrzem włókna wychodzące z dysz przędzalniczych natychmiast twardnieją. Procesy chłodzenia i twardnienia można znacznie przyspieszyć, dmuchając zimnym powietrzem. Stałe monofilamenty wychodzące z dysz przędzalniczych są nawijane na szpule.

Ważną cechą do rozważenia w procesie przędzenia ze stopu jest to, że średnica monofilamentu w dużym stopniu zależy od szybkości, z jaką stopiony polimer przechodzi przez dyszę przędzalniczą oraz szybkości, z jaką monofilament jest wyciągany z dyszy przędzalniczej i nawijany na szpule.

Rys.17. Schematyczne przedstawienie procesów przędzenia na sucho (a) i przędzenie ze stopu (b)

1 - zbiornik; 2 - płatki polimerowe; 3 - podgrzewany ruszt; 4 - gorący polimer; 5 - pompa dozująca; b - stopić; 7- wielokanałowy ustnik, 8 - świeżo utkane włókno; 9 - cewka; 10 - roztwór polimeru; 11 - filtr;

12 - pompa dozująca; 13 - ustnik wielokanałowy; 14 - świeżo utkany błonnik; 15 - na cewce

WIROWANIE NA SUCHO. Wiele tradycyjnych polimerów, takich jak PVC lub poliakrylonitryl, jest przetwarzanych na włókna na dużą skalę w procesie przędzenia na sucho. Istotę tego procesu pokazano na rys.17. Polimer rozpuszcza się w odpowiednim rozpuszczalniku, tworząc wysoce stężony roztwór. Lepkość roztworu reguluje się przez podwyższenie temperatury. Gorący, lepki roztwór polimeru jest przepychany przez dysze przędzalnicze, wytwarzając w ten sposób cienkie ciągłe strumienie. Włókno z tych strumieni powstaje w wyniku prostego odparowania rozpuszczalnika. Odparowanie rozpuszczalnika można przyspieszyć przedmuchując przeciwprądem suchego azotu. Włókna powstałe z roztworu polimeru są ostatecznie nawijane na szpule. Prędkość przędzenia włókien może osiągnąć 1000 m/min. Przemysłowe włókna z octanu celulozy otrzymane z 35% roztworu polimeru w acetonie w temperaturze 40°C są typowym przykładem produkcji włókien metodą przędzenia na sucho.

WIROWANIE NA MOKRO. W przędzeniu na mokro, podobnie jak w przędzeniu na sucho, stosuje się silnie stężone roztwory polimerów, których wysoką lepkość można zmniejszyć przez podwyższenie temperatury przędzenia. Szczegóły procesu przędzenia na mokro pokazano na rysunku 18. W procesie przędzenia na mokro lepki roztwór polimeru jest przetwarzany na cienkie struny po przejściu przez dysze przędzalnicze. Następnie te strumienie polimeru wchodzą do kąpieli koagulacyjnej z osadem, gdzie polimer wytrąca się z roztworu w postaci cienkich włókien, które po umyciu, wysuszeniu itp. zbierane są na cewkach. Czasami podczas przędzenia na mokro zamiast ciągłych włókien powstają grudki, co powstaje w wyniku przerwania strużki wypływającej z dyszy przędzalniczej pod działaniem sił napięcia powierzchniowego.

Rys.18. Schematyczne przedstawienie procesu przędzenia na mokro

1 - roztwór polimeru; 2 - filtr; 3 - pompa dozująca; 4 - ustnik wielokanałowy; 5 - odczynnik strącający; 6 - świeżo utkane włókno; 7 - kąpiel do koagulacji i sedymentacji; 8 - kąpiel myjąca; 9 - wysuszenie; 10 - na cewce

Można tego uniknąć, zwiększając lepkość roztworu polimeru. Koagulacja, która jest etapem ograniczającym przędzenia na mokro, jest raczej powolnym procesem, co tłumaczy niską prędkość wirowania roztworu wynoszącą 50 m/min w porównaniu z innymi. W przemyśle proces przędzenia na mokro jest wykorzystywany do produkcji włókien z poliakrylonitrylu, celulozy, włókna wiskozowego itp.

JEDNOOSIOWA ORIENTACJA. W procesie przędzenia włókien ze stopu lub roztworu polimeru makrocząsteczki we włóknie nie są zorientowane, a zatem ich stopień krystaliczności jest stosunkowo niski, co w sposób niepożądany wpływa na właściwości fizyczne włókna. Aby poprawić właściwości fizyczne włókien, poddaje się je operacji zwanej rozciąganiem jednoosiowym za pomocą pewnego rodzaju urządzenia rozciągającego.

Główną cechą urządzenia jest obecność systemu dwóch rolek ALE oraz W(rys. 19), obracając się z różnymi prędkościami. Klip wideo W obraca się 4-5 razy szybciej niż walec ALE. Przędza przechodzi kolejno przez wałek ALE, spinka do włosów na rozciąganie 3 i wałek W. Od rolki W obraca się z prędkością większą niż walec ALE, włókno jest wyciągane pod obciążeniem dawanym przez szpilkę 3. Włókno jest wciągane w strefę 2. Po przejściu przez wałek W wydłużona nić polimerowa nawinięta jest na metalową szpulę. Pomimo tego, że średnica nitki zmniejsza się podczas ciągnienia, jej właściwości wytrzymałościowe ulegają znacznej poprawie dzięki orientacji makrocząsteczek równolegle do osi włókna.

Ryc.19. Schematyczne przedstawienie urządzenia dla orientacji jednoosiowej

1 - nierozciągnięta nić; 2 - strefa wydechowa; 3 - szpilka do rozciągania; 4- ciągnione włókno

KOLEJNE PRZETWARZANIE WŁÓKIEN. Aby poprawić właściwości użytkowe włókien, często poddaje się je dodatkowej specjalnej obróbce: czyszczeniu, smarowaniu, klejeniu, barwieniu itp.

Do czyszczenia używane są mydła i inne syntetyczne detergenty. Czyszczenie to nic innego jak usuwanie brudu i innych zanieczyszczeń z powierzchni włókna. Smarowanie polega na obróbce włókien w celu ochrony

je przed tarciem z sąsiednimi włóknami i szorstkimi powierzchniami metalowymi podczas obróbki. Jako środki smarne stosuje się głównie oleje naturalne. Smarowanie zmniejsza również ilość elektryczności statycznej, która gromadzi się na włóknach.

Klejenie odnosi się do procesu ochronnego powlekania włókien. Alkohol poliwinylowy lub żelatyna są używane jako materiały zaklejające dla większości włókien. Klejenie utrzymuje włókna w zwartej wiązce, a tym samym zapewnia równomierne tkanie. Przed farbowaniem tkaniny sklejenie należy usunąć przez spłukanie w wodzie.

Do barwienia włókna umieszcza się w roztworze barwnika, którego cząsteczki zwykle wnikają tylko w amorficzne obszary włókna.

Włókna na bazie celulozy lub białek szybko adsorbują kwaśne barwniki, które łatwo wiążą się z grupami aminowymi lub hydroksylowymi polimerów. Proces barwienia włókien syntetycznych, takich jak poliestry, poliamidy czy akryle, przebiega znacznie wolniej. W takim przypadku szybkość barwienia można zwiększyć, zwiększając temperaturę. Barwienie włókien na bazie polichlorku winylu, polietylenu itp. jest praktycznie niemożliwe bez wprowadzenia do nich aktywnych centrów absorpcji podczas kopolimeryzacji i utleniania chemicznego.

WNIOSEK

Jak wspomniano wcześniej, polimery zawierają liczne związki naturalne: białka, kwasy nukleinowe, celulozę, skrobię, gumę i inne substancje organiczne. Dużą liczbę polimerów otrzymuje się syntetycznie w oparciu o najprostsze związki pierwiastków pochodzenia naturalnego poprzez polimeryzację, polikondensację i przemiany chemiczne.

Na początku lat 60. polimery uważano za tanie substytuty rzadkich surowców naturalnych – bawełny, jedwabiu i wełny. Wkrótce jednak zrozumieno, że polimery, włókna i inne materiały na nich oparte są czasami lepsze niż tradycyjnie stosowane materiały naturalne - są lżejsze, mocniejsze, bardziej odporne na ciepło, zdolne do pracy w agresywnym środowisku. Dlatego chemicy i technolodzy skierowali wszystkie swoje wysiłki na stworzenie nowych polimerów o wysokich parametrach użytkowych i metodach ich przetwarzania. I osiągali w tym biznesie wyniki, czasem przewyższające wyniki podobnych działań znanych firm zagranicznych.

Polimery znajdują szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach działalności człowieka, zaspokajając potrzeby różnych gałęzi przemysłu, rolnictwa, medycyny, kultury i życia codziennego. Jednocześnie należy zauważyć, że w ostatnich latach funkcja materiałów polimerowych w każdej branży i metody ich produkcji nieco się zmieniły. Coraz bardziej odpowiedzialne zadania zaczęto powierzać polimerom. Coraz częściej z polimerów zaczęto wytwarzać stosunkowo małe, ale konstrukcyjnie skomplikowane i krytyczne części maszyn i mechanizmów, a jednocześnie coraz częściej polimery te zaczęto wykorzystywać w produkcji dużych części korpusów maszyn i mechanizmów, które przewozić znaczne ładunki.

Granica właściwości wytrzymałościowych materiałów polimerowych została pokonana przez przejście na materiały kompozytowe, głównie szkło i włókno węglowe. Więc teraz wyrażenie „plastik jest silniejszy niż stal” brzmi całkiem rozsądnie. Jednocześnie polimery zachowały swoją pozycję w masowej produkcji ogromnej liczby tych części, które nie wymagają szczególnie dużej wytrzymałości: korki, złączki, nasadki, uchwyty, wagi i futerały na przyrządy pomiarowe. Innym obszarem specyficznym dla polimerów, gdzie ich przewaga nad jakimikolwiek innymi materiałami jest najbardziej wyrazista, jest obszar dekoracji wnętrz i na zewnątrz.

Nawiasem mówiąc, te same zalety stymulują szerokie zastosowanie materiałów polimerowych w przemyśle lotniczym. Na przykład zastąpienie stopu aluminium tworzywem grafitowym w produkcji listwy skrzydła samolotu umożliwia zmniejszenie liczby części z 47 do 14, elementów złącznych z 1464 do 8 śrub, zmniejszenie masy o 22%, a kosztów o 25% . Jednocześnie margines bezpieczeństwa produktu wynosi 178%. Łopaty helikoptera, łopatki wentylatora silnika odrzutowego zaleca się wykonać z żywic polikondensacyjnych wypełnionych włóknami glinokrzemianowymi, co pozwala na zmniejszenie masy samolotu przy zachowaniu wytrzymałości i niezawodności.

Wszystkie te przykłady pokazują ogromną rolę polimerów w naszym życiu. Trudno sobie wyobrazić, jakie materiały na ich podstawie zostaną jeszcze pozyskane. Można jednak śmiało powiedzieć, że polimery zajmą, jeśli nie pierwsze, to przynajmniej jedno z pierwszych miejsc w produkcji. Jest oczywiste, że jakość, właściwości i właściwości produktów końcowych zależą bezpośrednio od technologii przetwarzania polimerów. Waga tego aspektu zmusza nas do poszukiwania coraz to nowych sposobów obróbki w celu uzyskania materiałów o lepszych parametrach. W tym eseju uwzględniono tylko główne metody. Ich łączna liczba nie ogranicza się do tego.

BIBLIOGRAFIA

1. Pasynkov V.V., Sorokin V.S., Materiały technologii elektronicznej, - M .: Wyższa Szkoła, 1986.

2.A. A. Tager, Fizykochemia polimerów, M., chemia, 1978.

3. Tretyakov Yu.D., Chemia: Materiały referencyjne. – M.: Oświecenie, 1984.

4. Materiałoznawstwo / Wyd. B.N. Arzamasow. - M .: Mashinostroenie, 1986.

5. Dontsov A. A., Dogadkin B. A., Shershnev V. A., Chemia elastomerów, - M .: Chemia, 1981.

Tworzywa termoplastyczne to tworzywa sztuczne, które po uformowaniu nadają się do recyklingu. Mogą wielokrotnie mięknąć po podgrzaniu i twardnieć po schłodzeniu, nie tracąc przy tym swoich właściwości. Stąd ogromne zainteresowanie recyklingiem odpadów termoplastycznych – zarówno domowych, jak i przemysłowych.

Skład stałych odpadów komunalnych (MSW) w stolicy znacznie odbiega od średniej dla Rosji. Rocznie w Moskwie wytwarza się około 110 000 ton stałych odpadów komunalnych. Spośród nich polimery stanowią 8-10%, aw odpadach handlowych dużych przedsiębiorstw liczba ta sięga 25%.

Oddzielnie w strukturze MSW należy wyodrębnić plastikowe butelki. W samej Moskwie wyrzuca się ich co roku około 50 000 ton. Zgodnie z wynikami Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Praktycznej „Opakowania a środowisko” 30% wszystkich odpadów polimerowych to butelki wykonane z polietylenu i polichlorku winylu. Jednak obecnie, według Państwowego Przedsiębiorstwa Unitarnego „Promotody”, w Moskwie i regionie przetwarza się rocznie nie więcej niż 9 tysięcy ton odpadów polimerowych wyizolowanych z odpadów stałych. A połowa z nich - na terytorium regionu moskiewskiego. Jakie są przyczyny tak niewielkiego recyklingu odpadów termoplastycznych?

Organizacja kolekcji

Do chwili obecnej istnieje kilka kanałów zbierania odpadów z tworzyw sztucznych.

Pierwszym i głównym z nich jest odbiór i utylizacja odpadów z dużych galerii handlowych. Ten surowiec jest głównie używany do pakowania i jest uważany za najbardziej „czysty” i najlepiej nadający się do dalszego wykorzystania.

Drugi sposób to selektywne zbieranie śmieci. W południowo-zachodniej części Moskwy administracja miasta wraz z State Unitary Enterprise Promothody przeprowadza taki eksperyment. Na dziedzińcach kilku budynków mieszkalnych zainstalowano specjalne niemieckie eurokontenery. Pokrywki do pojemników z otworami: okrągłe - na butelki PET, duży otwór - na papier. Kontenery są zamknięte i stale monitorowane. W ciągu dwóch lat zebrano 12 ton plastikowych butelek. Dziś projekt obejmuje tylko 19 budynków mieszkalnych. Zdaniem ekspertów, przy objęciu terytorium liczącego ponad milion mieszkańców korzyści z takiego systemu stają się oczywiste.

Trzecią opcją jest sortowanie odpadów stałych w wyspecjalizowanych przedsiębiorstwach (pilotażowe centrum sortowania odpadów Kotlyakovo, prywatne przedsiębiorstwo MSK-1 i inne kompleksy sortowania odpadów). Dokładne określenie ilości sortowanych odpadów wciąż jest dość trudne, ale udział tego źródła surowców wtórnych jest już zauważalny. Niektóre organizacje komercyjne, pod kontrolą władz miejskich, organizują własne punkty odbioru surowców wtórnych (w tym odpadów polimerowych) z ludności. Tam zwykle odbywa się wstępne sortowanie i prasowanie. Jednak takich miejsc w mieście jest bardzo niewiele.

Znaczna część materiałów pochodzących z recyklingu przeznaczonych do przetwarzania jest nielegalnie zbierana na składowiskach odpadów. Zajmują się tym firmy prywatne, a czasem samo zarządzanie składowiskami. Zebrane i wyselekcjonowane materiały sprzedajemy odsprzedawcom lub bezpośrednio producentom.

Przy przetwarzaniu termoplastów bardzo ważna jest jednorodność użytych polimerów, stopień zanieczyszczenia, kolor i rodzaj (folia, butelki, złom), forma dostarczanych odpadów (sprasowanie, opakowanie itp.). W zależności od tych i szeregu innych parametrów przydatność danej partii do dalszego przetwarzania (a tym samym jej wartość rynkowa) może ulegać znacznym wahaniom. Najwięcej kosztuje makulatura.

Sortowanie, kruszenie i prasowanie może być wykonywane przez licznych pośredników, kompleksy sortowania odpadów, samych przetwórców, struktury Jednolitego Przedsiębiorstwa Państwowego „Promothodody”.

W większości przypadków stosuje się sortowanie ręczne, ponieważ odpowiedni sprzęt jest drogi i nie zawsze wydajny.

Recykling polimerów

Zebrane i posegregowane odpady można poddać recyklingowi na granulat wtórny lub od razu przekazać do produkcji nowych produktów (torby i torby na zakupy, naczynia jednorazowe, kasety wideo, meble wiejskie, rury polimerowe, płyty drewniano-polimerowe itp.).

Przetwarzanie polimerowych odpadów z gospodarstw domowych na skalę przemysłową w Moskwie prowadzi wyłącznie OAO NII PM (produkcja wyrobów na potrzeby gospodarki komunalnej w ramach programu selektywnej zbiórki odpadów w Południowo-Zachodnim Okręgu Autonomicznym oraz na zlecenie urzędu burmistrza stolicy). Państwowe Przedsiębiorstwo Unitarne „Promotkhody” wykonuje kruszenie, mycie i suszenie, następnie płatki w cenie 400 USD za tonę są transportowane do dalszego przerobu do Instytutu Badawczego PM.

Inni przetwórcy surowców wtórnych albo są zbyt mali (moce do 20 ton miesięcznie), albo pod pozorem przetwórstwa zajmują się kruszeniem i dalszą odsprzedażą, w najlepszym razie dodają do swoich produktów pokruszone surowce. Prawie nikt w Moskwie nie zajmuje się wielkoskalową produkcją wtórnego granulatu i aglomeratu.

Według innych źródeł (N.M. Chalaya, NPO Plastic) wiele małych firm zajmuje się przetwarzaniem polimerów zawartych w moskiewskich odpadach, dla których ta działalność nie jest najważniejsza. Starają się tego nie reklamować, ponieważ powszechnie uważa się, że wykorzystanie materiałów pochodzących z recyklingu do produkcji wyrobów pogarsza ich jakość.

Typową firmą na tym rynku jest spółdzielnia produkcyjna Vtorpolimer, która współpracuje bezpośrednio z miejskim składowiskiem odpadów. Bezdomni mieszkający na wysypisku zbierają tam wszystko, co plastikowe: butelki, zabawki, potłuczone wiadra, folię itp. Za opłatą „towary” są przekazywane pośrednikom, a oni dostarczają je do firmy Vtorpolymer. Tutaj rzeczy, które zasłużyły na swój czas, są myte i wysyłane do recyklingu. Są sortowane według koloru, kruszone i dodawane do plastiku, z którego wykonuje się rury instalacyjne (są wykorzystywane przy budowie nowych domów do izolacji przewodów elektrycznych). Cena skupu brudnego złomu plastikowego wynosi 1 tys. rubli. za tonę, czysty - 1,5 tysiąca Mniejsze partie są akceptowane w cenie 1 i 1,5 rubla. na kg odpowiednio.

Sortowanie odpadów polimerowych odbywa się ręcznie. Głównym kryterium wyboru jest wygląd produktu lub odpowiednie oznakowanie. Bez oznaczenia opakowania wykonane z polistyrenu, polichlorku winylu lub polipropylenu nie da się odróżnić wizualnie. Butelki są najczęściej uważane za PET, folię - polietylen (konkretny rodzaj PE zwykle nie jest określony), chociaż równie dobrze może to być PP lub PVC. Linoleum - głównie PVC, polistyren ekspandowany (polistyren) jest łatwo rozpoznawalny wizualnie, włókna nylonowe oraz wyroby techniczne (szpule, tuleje) są zwykle wykonane z poliamidu. Prawdopodobieństwo zbiegów okoliczności z takim sortowaniem wynosi około 80%.

Analiza działalności firm działających na rynku surowców wtórnych pozwala na wyciągnięcie następujących wniosków:

1) ceny surowców wtórnych na rynku określa stopień ich przygotowania do przetworzenia. Jeśli przyjmiemy koszt pierwotnego granulatu polietylenu o niskiej gęstości jako 100%, to cena czystej rozdrobnionej folii polietylenowej przygotowanej do przetworzenia wynosi od 8 do 13% kosztu pierwotnego polimeru. Cena aglomeratu polietylenowego wynosi od 20 do 30% kosztu polimeru pierwotnego;

2) cena większości granulowanych polimerów wtórnych, uśredniona według składu, waha się od 45 do 70% ceny polimerów pierwotnych;

3) cena polimerów wtórnych silnie zależy od ich koloru, czyli od jakości wstępnego sortowania odpadów polimerowych według koloru. Różnica w cenie polimerów z recyklingu o czystych i mieszanych kolorach może sięgać 10-20%;

4) ceny produktów otrzymywanych z polimerów pierwotnych i wtórnych są z reguły prawie takie same, co sprawia, że ​​stosowanie polimerów wtórnych w produkcji jest niezwykle opłacalne.

Średnio cena odpadów polimerowych izolowanych z MSW, w zależności od stopnia przygotowania, partii i rodzaju, waha się od 1 do 8 rubli / kg. Ceny skupu od przetwórców w zależności od partii i stopnia zanieczyszczenia przedstawia tabela 1.

Rodzaj polimeru	Cena za brudny odpad, pocierać. /kg	Cena za czysty odpad, pocierać. /kg	Ceny czystych odpadów, $/t (stan na kwiecień 2002)
Polistyren
Poliamid
			Tabela 1

Cena czystych odpadów MSW jest zwykle równa cenie odpadów przemysłowych i handlowych.

Na cenę rynkową zakupu odpadów polimerowych z MSW przez przetwórcę składa się cena zakupu przez pośrednika od ludności (około 25% kosztu), opłata za tworzenie wielkotonażowych partii odpadów, sortowanie, prasowanie, a nawet mycie najdroższych (czystych) surowców.

Ceny produktów takich jak aglomerat i granulat średnio 12-24 rubli/kg (poliamid jest droższy od innych - 35-50 rubli/kg, PET - od 20 rubli/kg). Dalsze przetwarzanie zwiększa wartość nadwyżki w zależności od rodzaju produktu o 30-200 %.

Atrakcyjność inwestycyjna

Zdaniem większości ekspertów opłaca się inwestować w przetwarzanie odpadów polimerowych, ale tylko w oparciu o wsparcie państwa i ramy prawne ukierunkowane na interesy przetwórców surowców wtórnych.

Dziś rynek moskiewski to 20-30 małych firm zajmujących się przetwarzaniem odpadów polimerowych, głównie pochodzenia przemysłowego. Rynek jako całość charakteryzuje się nieformalnymi relacjami między przetwórcami a dostawcami, dużym udziałem firm, dla których ta działalność jest działalnością uboczną, a także niskimi wielkościami przerobu (12-17 tys. ton rocznie). Można przypuszczać, że przy stabilnym zapotrzebowaniu ze strony przetwórców na takie odpady, to ilość ofert będzie rosła.

Należy zauważyć, że ilość odpadów polimerowych, które są obecnie poddawane recyklingowi, stanowi bardzo małą część miejskich odpadów komunalnych. I to pomimo tego, że zapotrzebowanie na polimery i produkty z nich powstające stale rośnie, a problem utylizacji odpadów coraz bardziej niepokoi władze miasta.

Czynnikiem ograniczającym budowę nowych zakładów przetwórczych jest niedorozwój systemu odbioru odpadów oraz brak poważnych dostawców. Zbieżność interesów prywatnego biznesu i państwa w tym zakresie powinna nieuchronnie prowadzić do przyjęcia przepisów odpowiadających interesom recyklerów.

Teraźniejszość i przyszłość

1. Roczny wolumen przerobu PET w stolicy wynosi 4-5 tys. ton rocznie. W planach władz Moskwy jest zorganizowanie do 2003 roku systemu selektywnej zbiórki pojemników PET oraz utworzenie dwóch kompleksów produkcyjnych do jego przetwarzania o wydajności 3000 ton rocznie. Obecnie kończy się budowa dwóch prywatnych zakładów przetwórstwa PET o łącznej wydajności 6 tys. ton rocznie.

W najbliższych miesiącach rząd moskiewski powinien przyjąć przepisy regulujące działalność przetwórców polimerów (ich dokładna treść nie jest jeszcze znana). Istniejące i budowane obiekty są wystarczające do zaspokojenia potrzeb rynku. Rozważana jest możliwość wsparcia państwa dla projektów Państwowego Przedsiębiorstwa Unitarnego „Promotkhody” i firmy „Inteko” (potencjalna moc przerobowa - 7-8 tys. ton rocznie).

2. Wielkość przerobu PP w Moskwie wynosi 4-5 tys. ton rocznie, choć w mieście wyrzuca się rocznie około 50-60 tys. Po przetworzeniu PP w postaci granulatu jest dodawany do surowców pierwotnych lub w całości wykorzystywany do produkcji przyborów plastikowych, toreb na zakupy itp.).

Brak projektów recyklingu tego polimeru na dużą skalę (jak w przypadku PET) otwiera ogromne możliwości inwestycyjne. Najbardziej opłacalne na tym etapie jest przetwarzanie surowców wtórnych na granulki, ponieważ konkurencja w dziedzinie produkcji dóbr konsumpcyjnych jest znacznie silniejsza.

3. Wielkość przerobu PE również wynosi 4-5 tys. ton rocznie. Głównym rodzajem surowca jest folia, w tym rolnicza. Łącznie co roku do miasta wyrzuca się około 60-70 tys. ton odpadów polietylenowych. Co do zasady przedsiębiorstwa zajmujące się przetwórstwem PE również zajmują się PP. Jedną z dużych firm, przez którą przepływa ok. 2,5 tys. ton rocznie jest Plastpoliten.

PE jest wysoce odporny na zanieczyszczenia. Jednak istniejący zakaz stosowania surowców polimerowych pochodzących z recyklingu w produkcji opakowań do żywności ogranicza możliwość wprowadzenia do obrotu.

Tym samym najbardziej racjonalna na dzień dzisiejszy wydaje się budowa kompleksu przemysłowego do przetwarzania odpadów polietylenowych, polipropylenowych i PET na granulat.

Ta produkcja musi zawierać:

a) sortowanie (wymaga specjalnego przeszkolenia personelu w celu zmniejszenia udziału innego rodzaju polimeru, co jest bardzo ważne dla jakości produktu);

b) mycie (największe potencjalne ilości surowców zwykle nie są sortowane i nie są myte);

c) suszenie, kruszenie, aglomeracja.

Najbardziej opłacalne ekonomicznie jest zlokalizowanie tego kompleksu w okolicach Moskwy, ponieważ ceny energii elektrycznej, wody, dzierżawy gruntów i powierzchni przemysłowej są tam znacznie niższe niż w stolicy (patrz Tabela 2).

Rodzaj polimeru	Cena za czyste odpady, $/t	Cena za granulat wtórny, $/t	Objętość w MSW tysiąc ton rocznie
			Tabela 2

Dla efektywnego funkcjonowania takiej produkcji niezbędne jest wsparcie państwa. Być może sensowne jest częściowe zrewidowanie istniejących norm sanitarnych dotyczących przetwarzania odpadów stałych, a także zobowiązanie producentów produktów polimerowych do dokonywania odliczeń za przetwarzanie odpadów polimerowych. Ponadto należy podjąć kompleksowe działania na poziomie rządu moskiewskiego oraz indywidualnych usług mieszkaniowych i komunalnych w celu opracowania systemu selektywnej zbiórki i stworzenia sieci punktów recyklingu.

Zwiększone zainteresowanie państwa utylizacją odpadów ma już odzwierciedlenie w budżecie: od 2002 do 2010 roku. na te cele planuje się wydać 519,2 mln rubli. z budżetu federalnego. Oczekuje się, że budżety podmiotów federacji zostaną przeznaczone do 2010 roku. 11,4 miliarda rubli realizacji programu wycofywania.

W 2001 roku Moskwa wydała na ochronę środowiska 3,1 mld rubli. Do tej pory koszt już zrealizowanych projektów przetwarzania odpadów z gospodarstw domowych wynosi 115,5 miliona rubli.

Andriej Golinej,

Wiek XX uważany jest za wiek stali i metali nieżelaznych. Stopy aluminium, miedzi, żelaza można było znaleźć wszędzie – w zagłówkach łóżek, mostach, wszelkiego rodzaju mechanizmach, panelach elewacyjnych. Jednak w wyniku obróbki mechanicznej 50–80% stopionego materiału przeszło w wióry. Eksperci pokładali duże nadzieje w branży chemicznej związane ze spadkiem zużycia materiałów. A jednak, pomimo wzrostu wykorzystania polimerów, wyniki przemysłu w latach 80. były mniej więcej takie same: połowa zasobów została zmarnowana.

Oczywiście pozorna dostępność polimerów jest iluzją. Surowiec użyty do ich produkcji to naturalny rarytas. Dostęp do jej źródeł jest codzienną i niezmienną przyczyną i przyczyną wojen handlowych, dyplomatycznych i innych. Geografia wydobycia surowców naturalnych coraz bardziej przesuwa się w miejsca nie tak odległe. Dlatego dziś coraz częściej mówią o konieczności wprowadzenia modeli biznesowych oszczędzających zasoby.

Wyjątkowość metod technologicznych nowoczesnej produkcji chemicznej polega nie tylko na możliwości syntezy materiałów, które z powodzeniem zastępują metal, papier czy drewno.

Większość dzisiejszych kompleksów przemysłowych rozwiniętych gospodarek jest w stanie przetworzyć przestarzałe produkty polimerowe na nowe, na które jest zapotrzebowanie ze strony użytkowników.

Tworzywa sztuczne z recyklingu

Główne klasy polimerów to:

• polietyleny,
• polipropyleny,
• PCV,
• polistyreny (w tym kopolimery – tworzywa ABS),
• poliamidy,
• politereftalan etylenu.

W pierwszej kolejności oddzielane są produkty o złożonym składzie. Do fizycznego czyszczenia stosuje się różne mechanizmy - próżniowe, termiczne, kriogeniczne.

Najbardziej rozpowszechnionymi i uzasadnionymi ekonomicznie technologiami są flotacja i rozpuszczanie.

W pierwszym przypadku plastik jest kruszony, zanurzany w wodzie. Dodawane są również związki, które wpływają na zdolność różnych tworzyw sztucznych do wchłaniania wilgoci. Po rozdzieleniu otrzymuje się oddzielone polimery.

W drugiej metodzie złożone sprasowane części są kruszone i kolejno wystawiane na działanie różnych rozpuszczalników. Aby przywrócić materiały w ich czystej postaci, powstałe związki są wystawiane na działanie pary wodnej. W wyniku precyzyjnie wykonanego procesu uzyskuje się gotowe produkty o wysokim stopniu czystości. Dalsze przetwarzanie różnych tworzyw sztucznych może mieć swoje własne cechy związane z indywidualnymi właściwościami polimerów.

Polietylen wysokiego i niskiego ciśnienia (LDPE i HDPE).

Grupa tych związków nazywana jest również poliolefinami. Znalazły szerokie zastosowanie we wszystkich gałęziach przemysłu, medycynie i sektorze rolniczym. PE to tworzywa termoplastyczne - materiały nadające się do przetapiania. Cecha ta jest z powodzeniem wykorzystywana przez przemysł przetwarzający własne odpady technologiczne w celu obniżenia kosztów eksploatacji.

Złożoność recyklingu zużytego plastiku wynika z częściowego zniszczenia jego powierzchni pod wpływem światła słonecznego. Produkty otrzymywane w wyniku zwykłej obróbki produktów: mielenia, czyszczenia mechanicznego, przetapiania, nie są wysokiej jakości. Najczęściej taki polietylen jest używany do produkcji pomocniczego sprzętu gospodarstwa domowego.

Wtórny polietylen, który przeszedł modyfikację chemiczną, okazuje się doskonalszy. Różne dodatki umieszczone w stopionym polimerze wiążą zmienione jednostki molekularne i wyrównują strukturę substancji. Jako modyfikatory stosuje się nadtlenek dikumylu, wosk, ligniny, łupki. Dodatki niektórych typów prowadzą do zmiany pewnych właściwości recyklingowanego PE. Połączenie ich pozwala uzyskać materiał o niezbędnych parametrach.

Polipropylen (PP)

Ten materiał jest rzadko poddawany recyklingowi. Najczęściej plastik ma jedno życie, mimo doskonałego konsumenta cechy pozwalające na zastosowanie polimeru w przemyśle spożywczym. Pomimo dobrej topliwości, wysokie koszty utrzymania higieny odstraszają przetwórców. Niemniej jednak w Stanach Zjednoczonych co piąta tona PP jest ponownie wykorzystywana.

Według chemików PP może wytrzymać nie więcej niż cztery przetopy. Z każdym ogrzewaniem gromadzi się pewna ilość zdeformowanych jednostek molekularnych, wpływając na fizyczne właściwości materiału. Granulat wtórny jest łatwo przetwarzany w wytłaczarkach i wtryskarkach.

Plastik z recyklingu nie wymaga specjalnych modyfikacji. Jego parametry są porównywalne z oryginalnym materiałem, tylko nieznacznie obniżona mrozoodporność. Ponownie polimer znajduje zastosowanie w obudowach akumulatorów, narzędziach ogrodniczych, pojemnikach i foliach.

Polichlorek winylu PVC

Materiał służy do produkcji linoleum, folii wykończeniowych. Plastik podlega degradacji termicznej. W temperaturach powyżej 100° utlenianie makrocząsteczek zaczyna przyspieszać, co prowadzi do pogorszenia właściwości termoplastycznych materiału.

Technologia ekstruzji z recyklingu PVC wymaga specjalnego przygotowania: początkowa mieszanka surowcowa w stopie może być niejednorodna. Solidne modyfikacje PCW zawierające plastik z recyklingu będą miały nierównomierne naprężenia wewnętrzne. W celu zminimalizowania negatywnych skutków, przed ekstruzją przeprowadza się suchą obróbkę granulatu w zagęszczarkach. W wyniku tej operacji powstają włókna wzmacniające ścianki nowych produktów.

Coraz częściej do otrzymywania plastizoli, tworzyw winylowych stosuje się recyklingowany polichlorek winylu. Z tych materiałów otrzymuje się pasty, roztwory, produkty formowane wtryskowo. Wśród nowych technologii na popularności zyskuje odlewanie wielowarstwowe. Cechą tej metody jest wytwarzanie wieloskładnikowego arkusza, którego każda warstwa ma inne właściwości.

Zewnętrzna powierzchnia kompozytu jest utworzona z wysokiej jakości polimeru, warstwy wewnętrzne z tworzywa sztucznego pochodzącego z recyklingu.

Polistyren (UPS, PSM) Tworzywo ABS

W jednej masie poddawane są recyklingowi różne rodzaje polistyrenu – modyfikacje odporne na uderzenia, kopolimery, akrylonitryl-butadien-styren. Wszechstronność produktów wykonanych z PS jest często powodem, dla którego przemysłowcy odmawiają jego przetwarzania. Cena czyszczenia, sortowania, modyfikacji jest zbyt wysoka.

Perspektywy recyklingu tworzyw sztucznych.

W rozwiniętych gospodarkach udział przetwórstwa tworzyw sztucznych sięga 26% wytworzonej ilości - do 90 mln ton. W tym samym czasie głośność światowy rynek to 600 miliardów dolarów. Nieco skromniej wygląda krajowy segment recyklingu polimerów: 5,5 mln ton. Według ekspertów zapotrzebowanie rosyjskiego przemysłu na monomery i pełnowartościowe modyfikowane tworzywa termoplastyczne znacznie przewyższa ich podaż. Obecność tych dwóch czynników prowadzi do wzrostu krajowych zdolności przetwórczych polimerów. Co więcej, tempo wzrostu wolumenów przemysłowych w tym obszarze wyprzedza europejskie. Istniejące trendy rynkowe są uwzględniane w prognozach rządowych. Priorytet doposażenia przemysłu przetwórczego określa dwudziestoletni sektorowy plan rozwoju gazownictwa i petrochemii.

Podczas pracy produktów wykonanych z polimerów pojawiają się odpady.

Stosowane polimery pod wpływem temperatury, środowiska, tlenu z powietrza, różnych napromieniowań, wilgoci w zależności od czasu trwania tych oddziaływań zmieniają swoje właściwości. Znaczne ilości materiałów polimerowych, które były używane przez długi czas i trafiały na wysypiska śmieci, zanieczyszczają środowisko, dlatego problem recyklingu odpadów polimerowych jest niezwykle istotny. Jednocześnie odpady te są dobrymi surowcami o odpowiednim dostosowaniu składu do wytwarzania produktów o różnym przeznaczeniu.

Zużyte polimerowe materiały budowlane obejmują folie polimerowe stosowane do przykrywania szklarni, do pakowania materiałów budowlanych i produktów; podłogi do stodoły: materiały polimerowe walcowane i kafelkowane na podłogi, materiały wykończeniowe do ścian i sufitów; Materiały polimerowe izolujące ciepło i dźwięk; pojemniki, rury, kable, wyroby formowane i profilowane itp.

W procesie gromadzenia i unieszkodliwiania wtórnych surowców polimerowych stosuje się różne metody identyfikacji polimerów. Wśród wielu metod najczęstsze są:

· Spektroskopia IR (porównanie widm znanych polimerów z recyklowanymi);

USG (USA). Opiera się na tłumieniu US. Indeks jest określony HL stosunek tłumienia fali dźwiękowej do częstotliwości. Urządzenie ultradźwiękowe jest podłączone do komputera i zainstalowane na linii technologicznej unieszkodliwiania odpadów. Na przykład indeks HL LDPE 2,003 10 6 s z odchyleniem 1,0%, oraz HL PA-66 - 0,465 10 6 s z odchyleniem ± 1,5%;

· zdjęcia rentgenowskie;

spektroskopia pirolizy laserowej.

Separację zmieszanych (krajowych) odpadów termoplastycznych według rodzaju przeprowadza się następującymi głównymi metodami: flotacja, separacja w mediach ciekłych, separacja aero, elektroseparacja, metody chemiczne i metody głębokiego chłodzenia. Najszerzej stosowaną metodą jest metoda flotacji, która pozwala na rozdzielenie mieszanin przemysłowych termoplastów takich jak PE, PP, PS i PVC. Separacji tworzyw sztucznych dokonuje się poprzez dodanie do wody środków powierzchniowo czynnych, które selektywnie zmieniają ich właściwości hydrofilowe. W niektórych przypadkach skutecznym sposobem oddzielenia polimerów może być rozpuszczenie ich w zwykłym rozpuszczalniku lub w mieszaninie rozpuszczalników. Przez traktowanie roztworu parą izoluje się PVC, PS i mieszaninę poliolefin; czystość produktów - nie mniej niż 96%. Metody flotacji i separacji w ciężkich mediach są najbardziej wydajne i opłacalne ze wszystkich wymienionych powyżej.

Recykling zużytych poliolefin

Odpady folii rolniczej PE, worki na nawozy, rury do różnych celów, nieczynne, odpady z innych źródeł, a także odpady zmieszane podlegają utylizacji wraz z ich późniejszym wykorzystaniem. W tym celu do ich przetwarzania wykorzystywane są specjalne instalacje do wytłaczania. Gdy odpady polimerowe są odbierane do przetwarzania, wskaźnik szybkości płynięcia musi wynosić co najmniej 0,1 g/10 min.

Przed rozpoczęciem przetwarzania przeprowadza się zgrubną separację odpadów, biorąc pod uwagę ich charakterystyczne cechy. Następnie materiał poddawany jest mieleniu mechanicznemu, które może odbywać się zarówno w temperaturze normalnej (pokojowej) jak i metodą kriogeniczną (w środowisku czynników chłodniczych, np. ciekłego azotu). Rozdrobnione odpady trafiają do pralki w celu prania, które odbywa się w kilku etapach za pomocą specjalnych mieszanek myjących. Masa wyciśnięta w wirówce o wilgotności 10–15% jest podawana w celu końcowego odwodnienia do suszarki do wilgotności resztkowej 0,2%, a następnie do wytłaczarki. Stopiony polimer podawany jest ślimakiem wytłaczarki przez filtr do głowicy pasma. Filtr kasetowy lub przewijany służy do czyszczenia stopionego polimeru z różnych zanieczyszczeń. Oczyszczony stop przeciskany jest przez otwory na pasma głowicy, na wyjściu których pasma są cięte nożami na granulki o określonej wielkości, które następnie wpadają do komory chłodniczej. Po przejściu przez specjalną instalację granulki są odwadniane, suszone i pakowane w worki. W przypadku konieczności przetwarzania cienkich folii PO, zamiast ekstrudera stosuje się aglomerator.

Suszenie odpadów odbywa się różnymi metodami, z wykorzystaniem suszarek półkowych, taśmowych, kubełkowych, fluidalnych, wirowych i innych, których wydajność sięga 500 kg/h. Dzięki niskiej gęstości folia unosi się, a brud osadza się na dnie.

Odwadnianie i suszenie folii odbywa się na sicie wibracyjnym oraz w separatorze wirowym, jego wilgotność resztkowa nie przekracza 0,1%. W celu ułatwienia transportu i późniejszego przetwarzania na produkty folia jest granulowana. Podczas procesu granulacji materiał jest zagęszczany, ułatwia się jego dalszą obróbkę, uśrednia się charakterystykę surowców wtórnych, co daje materiał, który można przerabiać na standardowym sprzęcie.

Do uplastyczniania rozdrobnionych i oczyszczonych odpadów poliolefinowych stosuje się wytłaczarki jednoślimakowe o długości ślimaka (25–33). D, wyposażony w ciągły filtr do oczyszczania stopu oraz posiadający strefę odgazowania, pozwalającą na otrzymanie granulek bez porów i wtrąceń. Przy przetwarzaniu odpadów zanieczyszczonych i zmieszanych stosuje się wytłaczarki dyskowe o specjalnej konstrukcji, z krótkimi ślimakami wielowątkowymi (3,5–5) długimi D posiadające cylindryczną dyszę w strefie wytłaczania. Materiał topi się w krótkim czasie i zapewniona jest szybka homogenizacja stopu. Zmieniając szczelinę między dyszą stożkową a powłoką, można regulować siłę ścinania i siłę tarcia, jednocześnie zmieniając tryb topienia i homogenizacji przetwarzania. Wytłaczarka wyposażona jest w jednostkę odgazowującą.

Granulaty produkowane są głównie na dwa sposoby: granulacja czołowa i granulacja podwodna. Wybór metody granulacji zależy od właściwości przetwarzanego tworzywa termoplastycznego, aw szczególności od lepkości jego stopu i przyczepności do metalu. Podczas granulacji na głowicy stopiony polimer wyciskany jest przez otwór w postaci pasm, które są odcinane przez noże przesuwające się po płycie dyszy przędzalniczej. Powstałe granulki o wielkości 4-5 mm (długość i średnica) są odrzucane nożem z głowicy do komory chłodzącej, a następnie podawane do urządzenia do ekstrakcji wilgoci.

Przy stosowaniu urządzeń o dużej pojemności jednostkowej stosuje się granulację podwodną. W tej metodzie stopiony polimer jest wytłaczany w postaci pasm przez otwory płyty matrycy na matrycy. Po przejściu przez kąpiel chłodzącą z wodą, pasma trafiają do urządzenia tnącego, gdzie są cięte na granulki za pomocą obrotowych nożyc.

Temperatura wody chłodzącej wpływającej do wanny w przeciwprądzie splotów utrzymywana jest w granicach 40–60°C, a ilość wody wynosi 20–40 m 3 na 1 tonę granulatu.

W zależności od wielkości wytłaczarki (wielkości średnicy ślimaka i jego długości) wydajność zmienia się w zależności od właściwości reologicznych polimeru. Ilość otworów wylotowych w głowicy może zawierać się w przedziale 20-300.

Z granulatu uzyskuje się opakowania do chemii gospodarczej, wieszaki, elementy budowlane, palety do transportu towarów, rury wydechowe, wykładziny kanałów odwadniających, rury bezciśnieniowe do melioracji oraz inne produkty, które charakteryzują się zmniejszoną trwałością w porównaniu do produktów otrzymywanych z dziewiczy polimer. Badania mechanizmu procesów degradacji zachodzących podczas eksploatacji i przetwarzania poliolefin, ich ilościowy opis pozwalają wnioskować, że produkty otrzymane z surowców wtórnych muszą posiadać powtarzalne wskaźniki fizyczne, mechaniczne i technologiczne.

Bardziej akceptowalne jest dodanie surowców wtórnych do pierwotnych w ilości 20-30%, a także wprowadzenie do kompozycji polimerowej plastyfikatorów, stabilizatorów, wypełniaczy do 40-50%. Modyfikacja chemiczna polimerów pochodzących z recyklingu, a także tworzenie wysoko wypełnionych materiałów polimerowych pochodzących z recyklingu, pozwala na jeszcze szersze wykorzystanie stosowanych poliolefin.

Modyfikacja poliolefin pochodzących z recyklingu

Metody modyfikacji wtórnych surowców poliolefinowych można podzielić na chemiczne (sieciowanie, wprowadzanie różnych dodatków, głównie pochodzenia organicznego, obróbka płynami krzemoorganicznymi itp.) oraz fizyczne i mechaniczne (wypełnianie wypełniaczami mineralnymi i organicznymi).

Np. maksymalną zawartość frakcji żelowej (do 80%) oraz najwyższe właściwości fizyczne i mechaniczne usieciowanego HLDPE uzyskuje się wprowadzając 2–2,5% nadtlenek dikumylu na walcach w temperaturze 130°C przez 10 min. Wydłużenie względne przy zerwaniu takiego materiału wynosi 210%, wskaźnik szybkości płynięcia 0,1-0,3 g/10 min. Stopień usieciowania zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury i wzrostem czasu walcowania w wyniku współzawodniczącego procesu degradacji. Pozwala to na dostosowanie stopnia usieciowania, właściwości fizycznych, mechanicznych i technologicznych modyfikowanego materiału. Opracowano metodę formowania wyrobów z HLDPE poprzez wprowadzenie nadtlenku dikumylu bezpośrednio w procesie przetwarzania i uzyskano prototypy rur i wyrobów formowanych zawierających 70–80% frakcji żelowej.

Wprowadzenie wosku i elastomeru (do 5 części masowych) znacznie poprawia przetwarzalność VPE, zwiększa właściwości fizyko-mechaniczne (szczególnie wydłużenie przy zerwaniu i pękanie - odpowiednio o 10% i od 1 do 320 godzin) oraz zmniejsza ich rozprzestrzenianie się, co wskazuje na wzrost jednorodności materiału.

Modyfikacja HLDPE bezwodnikiem maleinowym w ekstruderze dyskowym prowadzi również do wzrostu jego wytrzymałości, odporności na ciepło, adhezji i odporności na fotostarzenie. W tym przypadku efekt modyfikujący uzyskuje się przy niższym stężeniu modyfikatora i krótszym czasie trwania procesu niż przy wprowadzeniu elastomeru. Obiecującym sposobem na poprawę jakości materiałów polimerowych z poliolefin pochodzących z recyklingu jest obróbka termomechaniczna związkami krzemoorganicznymi. Metoda ta pozwala na uzyskanie produktów z materiałów pochodzących z recyklingu o podwyższonej wytrzymałości, elastyczności i odporności na starzenie.

Mechanizm modyfikacji polega na tworzeniu wiązań chemicznych pomiędzy grupami siloksanowymi cieczy krzemoorganicznej a wiązaniami nienasyconymi i grupami tlenowymi poliolefin drugorzędowych.

Proces technologiczny otrzymywania zmodyfikowanego materiału obejmuje następujące etapy: sortowanie, kruszenie i mycie odpadów; obróbka odpadów ciekłym krzemoorganicznym w temperaturze 90±10 °C przez 4–6 godzin; suszenie zmodyfikowanych odpadów przez odwirowanie; regranulacji odpadów modyfikowanych.

Oprócz metody modyfikacji w fazie stałej proponuje się metodę modyfikacji VPE w roztworze, która umożliwia otrzymanie proszku VLDPE o wielkości cząstek nie większej niż 20 μm. Proszek ten można stosować do przetwarzania na produkty metodą formowania rotacyjnego oraz do powlekania metodą natryskiwania elektrostatycznego.

Wypełnione materiały polimerowe na bazie surowców pochodzących z recyklingu polietylenu

Ogromnym zainteresowaniem naukowym i praktycznym jest tworzenie wypełnionych materiałów polimerowych na bazie przetworzonych surowców polietylenowych. Zastosowanie materiałów polimerowych z materiałów pochodzących z recyklingu zawierających do 30% wypełniacza pozwoli na uwolnienie do 40% surowców pierwotnych i skierowanie ich do produkcji wyrobów niemożliwych do uzyskania z surowców wtórnych (rury ciśnieniowe, folie opakowaniowe , pojemniki transportowe wielokrotnego użytku itp.).

Do uzyskania wypełnionych materiałów polimerowych z materiałów pochodzących z recyklingu można stosować wypełniacze dyspersyjne i wzmacniające pochodzenia mineralnego i organicznego, a także wypełniacze, które można otrzymać z odpadów polimerowych (rozdrobnione odpady termoutwardzalne i okruchy gumy). Można zasypywać prawie wszystkie odpady termoplastyczne, jak również odpady mieszane, co jest również preferowane w tym celu z ekonomicznego punktu widzenia.

Na przykład celowość stosowania ligniny wiąże się z obecnością w niej związków fenolowych, które przyczyniają się do stabilizacji WPE podczas pracy; mika - przy produkcji wyrobów o niskim pełzaniu, podwyższonej odporności na temperaturę i warunki atmosferyczne, a także charakteryzująca się niskim zużyciem urządzeń przetwórczych i niskim kosztem. Kaolin, wapień, popiół z łupków bitumicznych, kulki węglowe i żelazo są stosowane jako tanie obojętne wypełniacze.

Dzięki wprowadzeniu do WPE drobno zdyspergowanego fosfogipsu granulowanego w wosku polietylenowym uzyskano kompozycje o zwiększonym wydłużeniu przy zerwaniu. Efekt ten można wytłumaczyć plastyfikującym działaniem wosku polietylenowego. Zatem wytrzymałość na rozciąganie VPE wypełnionego fosfogipsem jest o 25% wyższa niż VPE, a moduł sprężystości przy rozciąganiu jest o 250% wyższy. Efekt wzmocnienia przy wprowadzaniu miki do HPE związany jest z cechami struktury krystalicznej wypełniacza, wysokim współczynnikiem charakterystycznym (stosunek średnicy płatka do grubości), a zastosowanie pokruszonego, sproszkowanego WPE pozwala na zachować strukturę płatków przy minimalnym zniszczeniu.

Wśród poliolefin, obok polietylenu, znaczne wolumeny przypada na produkcję wyrobów z polipropylenu (PP). Podwyższone właściwości wytrzymałościowe PP w porównaniu z polietylenem oraz jego odporność na środowisko wskazują na zasadność jego recyklingu. PP wtórny zawiera szereg zanieczyszczeń, takich jak Ca, Fe, Ti, Zn, które przyczyniają się do powstawania zarodków krystalicznych i tworzenia struktury krystalicznej, co prowadzi do wzrostu sztywności polimeru i wysokich wartości zarówno początkowego modułu sprężystości, jak i modułu quasi-równowagi. Do oceny właściwości mechanicznych polimerów stosuje się metodę naprężeń relaksacyjnych w różnych temperaturach. PP wtórny w tych samych warunkach (w zakresie temperatur 293–393 K) wytrzymuje znacznie większe naprężenia mechaniczne bez zniszczenia niż pierwotny, co umożliwia wykorzystanie go do produkcji sztywnych konstrukcji.

Recykling zużytego polistyrenu

Zużyte tworzywa polistyrenowe mogą być wykorzystywane w następujących obszarach: recykling odpadów technologicznych polistyrenu wysokoudarowego (HIPS) i akrylonitrylo-butadieno-styrenu (ABS) - tworzywo sztuczne metodą wtrysku, wytłaczania i prasowania; utylizacja zużytych produktów, odpady EPS, odpady zmieszane, utylizacja silnie zanieczyszczonych odpadów przemysłowych.

Znaczące ilości polistyrenu (PS) spadają na materiały spienione i wykonane z nich wyroby, których gęstość mieści się w przedziale 15–50 kg/m 3 . Materiały te służą do wykonywania matryc form do pakowania, izolacji kabli, pudełek do pakowania warzyw, owoców i ryb, izolacji do lodówek, lodówek, palet do barów szybkiej obsługi, szalunków, płyt izolacji cieplnej i akustycznej do izolacji budynków i konstrukcji itp. Ponadto podczas transportu zużytych takich produktów koszty transportu są znacznie zmniejszone ze względu na niską gęstość nasypową spienionych odpadów PS.

Jedną z głównych metod recyklingu odpadów styropianowych jest metoda recyklingu mechanicznego. Do aglomeracji stosuje się specjalnie zaprojektowane maszyny, a do ekstruzji stosuje się wytłaczarki dwuślimakowe ze strefami odgazowania.

Punkt konsumencki jest głównym miejscem mechanicznego recyklingu zużytych odpadów produktów EPS. Zanieczyszczone spienione odpady PS podlegają kontroli i są sortowane. Jednocześnie usuwane są zanieczyszczenia w postaci papieru, metalu, innych polimerów oraz różnych wtrąceń. Polimer jest kruszony, myty i suszony. Polimer odwadnia się przez odwirowanie. Końcowe rozdrabnianie odbywa się w bębnie, z którego odpady trafiają do specjalnej wytłaczarki, w której przygotowany do przerobu polimer jest prasowany i topiony w temperaturze ok. 205–210 °C. W celu dodatkowego oczyszczenia stopionego polimeru instalowany jest filtr, który działa na zasadzie przewijania materiału filtracyjnego lub typu kasetowego. Przefiltrowany stopiony polimer wchodzi do strefy odgazowania, gdzie ślimak ma głębszy gwint w porównaniu ze strefą sprężania. Następnie stopiony polimer wchodzi do głowicy pasma, pasma są chłodzone, suszone i granulowane. W procesie regeneracji mechanicznej odpadów PS zachodzą procesy niszczenia i strukturyzacji, dlatego ważne jest, aby materiał był poddawany minimalnym naprężeniom ścinającym (funkcja geometrii ślimaka, prędkości i lepkości stopu) oraz krótkiemu czasowi przebywania pod obciążeniem termomechanicznym . Redukcja procesów destrukcyjnych odbywa się dzięki halogenowaniu materiału, a także wprowadzeniu do polimeru różnych dodatków.

Recykling mechaniczny styropianu jest regulowany w oparciu o obszar zastosowania polimeru pochodzącego z recyklingu, na przykład do izolacji, tektury, okładzin itp.

Istnieje metoda depolimeryzacji odpadów polistyrenowych. W tym celu PS lub spienione odpady PS są rozdrabniane, ładowane do szczelnego naczynia, podgrzewane do temperatury rozkładu, a uwolniony styren wtórny jest schładzany w lodówce, a otrzymany w ten sposób monomer jest zbierany w szczelnym naczyniu. Metoda wymaga całkowitego uszczelnienia procesu i znacznego zużycia energii.

Recykling zużytego polichlorku winylu (PVC)

Recykling PVC z recyklingu obejmuje przetwarzanie zużytych folii, kształtek, rur, profili (w tym ram okiennych), pojemników, butelek, płyt, materiałów w rolkach, izolacji kabli itp.

W zależności od składu kompozycji, która może składać się z plastiku winylowego lub mieszanki tworzyw sztucznych, oraz celu recyklingu PCW, metody recyklingu mogą być różne.

W celu recyklingu odpady produktów PVC są myte, suszone, kruszone i oddzielane od różnych wtrąceń, m.in. metale. Jeżeli produkty są wykonane z kompozycji na bazie uplastycznionego PVC, najczęściej stosuje się mielenie kriogeniczne. W przypadku wyrobów wykonanych ze sztywnego PCV stosuje się kruszenie mechaniczne.

Metoda pneumatyczna służy do oddzielania polimeru od metalu (druty, kable). Odseparowany uplastyczniony PVC może być przetwarzany przez wytłaczanie lub formowanie wtryskowe. Metodę separacji magnetycznej można stosować do usuwania wtrąceń metalicznych i mineralnych. Aby oddzielić folię aluminiową od termoplastu, stosuje się ogrzewanie w wodzie o temperaturze 95–100 °C.

Oddzielenie etykiet od pojemników nienadających się do użytku odbywa się poprzez zanurzenie w ciekłym azocie lub tlenie o temperaturze około -50 °C, co powoduje, że etykiety lub klej są kruche, a następnie pozwalają na ich łatwe rozdrabnianie i oddzielenie od jednorodnego materiału, takiego jak np. papier. Do przetwarzania odpadów sztucznej skóry (IR), linoleum na bazie PVC, proponuje się metodę suchego przygotowania odpadów tworzyw sztucznych za pomocą kompaktora. Obejmuje szereg operacji technologicznych: rozdrabnianie, oddzielanie włókien tekstylnych, plastyfikację, homogenizację, zagęszczanie i granulację, gdzie można również wprowadzić dodatki.

Odpady kablowe z izolacją PVC wchodzą do kruszarki i są podawane przenośnikiem do leja zasypowego kopalni kriogenicznej, którym jest szczelny pojemnik ze specjalnym ślimakiem transportowym. Do kopalni dostarczany jest ciekły azot. Schłodzone pokruszone odpady są rozładowywane do szlifierki, a stamtąd trafiają do urządzenia do oddzielania metali, gdzie osadzany jest kruchy polimer i przepuszczany przez elektrostatyczną koronę bębna separatora i tam odzyskiwana jest miedź.

Znaczne ilości zużytych butelek PVC wymagają różnych sposobów ich utylizacji. Na uwagę zasługuje sposób oddzielania PVC od różnych zanieczyszczeń w zależności od gęstości roztworu saletry wapniowej w kąpieli.

Mechaniczny proces recyklingu butelek z PVC przewiduje główne etapy procesu przetwarzania odpadów wtórnych tworzyw termoplastycznych, ale w niektórych przypadkach ma swoje własne charakterystyczne cechy.

Podczas eksploatacji różnych budynków i konstrukcji powstają znaczne ilości metalowo-plastikowych ram okiennych na bazie używanych kompozycji PVC. Ramki z PVC z recyklingu wraz z ramkami, które były w użyciu, zawierają około 30% wag. PVC i 70% wag. szkło, metal, drewno i guma. Rama okienna zawiera średnio około 18 kg PVC. Przychodzące ramy są rozładowywane do kontenera o szerokości 2,5 m i długości 6,0 m. Następnie są prasowane na prasie poziomej i obracane w odcinki o długości średnio 1,3-1,5 m, po czym materiał jest dodatkowo dociskany za pomocą wałka i podawany do siekacza, w którym rotor obraca się z regulowaną prędkością. Duża mieszanka PVC, metalu, szkła, gumy i drewna jest podawana na przenośnik, a następnie na separator magnetyczny, gdzie metal jest oddzielany, a następnie materiał trafia do obracającego się bębna oddzielania metali. Ta mieszanina jest klasyfikowana według wielkości cząstek<4 мм, 4–15 мм, 15–45 мм, >45 mm.

Frakcje (>45 mm) większe niż zwykle są zwracane do ponownego kruszenia. Frakcja o wielkości 15–45 mm jest przesyłana do separatora metali, a następnie do separatora gumowego, którym jest obracający się bęben z izolacją gumową.

Po usunięciu metalu i gumy ta gruba frakcja jest wysyłana z powrotem do mielenia w celu dalszego rozdrobnienia.

Powstała mieszanina o wielkości cząstek 4-15 mm, składająca się z PVC, szkła, drobnych pozostałości i odpadów drzewnych z silosu jest podawana przez separator na sito bębnowe. Tutaj materiał ponownie dzieli się na dwie frakcje o wielkości cząstek: 4–8 i 8–15 mm.

Dla każdego zakresu wielkości cząstek stosowane są dwie oddzielne linie technologiczne, co daje łącznie cztery linie technologiczne. Na każdej z tych linii technologicznych następuje separacja drewna i szkła. Drewno jest oddzielane za pomocą nachylonych wibrujących sit powietrznych. Drewno, które jest lżejsze od innych materiałów, jest transportowane w dół przez strumień powietrza, podczas gdy cięższe cząstki (PVC, szkło) są transportowane w górę. Separacja szkła odbywa się w podobny sposób na kolejnych ekranach, gdzie lżejsze cząstki (np. PVC) są transportowane w dół, a ciężkie (np. szkło) w górę. Po usunięciu drewna i szkła łączy się frakcje PVC ze wszystkich czterech linii technologicznych. Cząsteczki metalu są wykrywane i usuwane elektronicznie.

Oczyszczony polichlorek winylu trafia do warsztatu, gdzie jest nawilżany i granulowany do wielkości 3–6 mm, po czym granulki suszy się gorącym powietrzem do określonej wilgotności. Polichlorek winylu dzieli się na cztery frakcje o wielkości cząstek 3, 4, 5 i 6 mm. Wszelkie nadwymiarowe granulki (tj. > 6 mm) są zwracane do obszaru przemiału. Cząsteczki gumy oddzielane są od PVC na sitach wibracyjnych.

Ostatnim krokiem jest optoelektroniczny proces sortowania kolorów, który oddziela białe cząstki PVC od kolorowych. Odbywa się to dla ułamków każdego rozmiaru. Ponieważ ilość kolorowego PVC jest niewielka w porównaniu z białym PVC, frakcje białego PVC są sortowane i przechowywane w oddzielnych pojemnikach, podczas gdy strumienie kolorowego PVC są mieszane i przechowywane w jednym pojemniku.

Proces ma pewne szczególne cechy, które sprawiają, że operacje są przyjazne dla środowiska. Zanieczyszczenie powietrza nie występuje, ponieważ rozdrabniacz i separacja powietrza wyposażona jest w system odpylania, który zbiera pył, papier i folię w strumieniu powietrza i podaje je do syfonu mikrofiltra. Młynek i sito bębnowe są izolowane, aby ograniczyć występowanie hałasu.

Podczas mielenia na mokro i mycia PCV z zanieczyszczeń dostarczana jest woda do ponownego czyszczenia.

Do produkcji nowych profili okiennych współwytłaczanych wykorzystuje się PCW z recyklingu. W celu uzyskania wysokiej jakości powierzchni wymaganej przy profilowanych ramach współwytłaczanych, wewnętrzna powierzchnia ram jest wykonana z PVC pochodzącego z recyklingu, a powierzchnia zewnętrzna z PVC pierwotnego. Nowe ramy zawierają wagowo 80% PVC z recyklingu i są porównywalne pod względem właściwości mechanicznych i wydajności z ramami wykonanymi w 100% z pierwotnego PVC.

Główne metody recyklingu odpadów z tworzyw sztucznych PCW obejmują formowanie wtryskowe, wytłaczanie, kalandrowanie i prasowanie.

Ogłoszenia dotyczące zakupu i sprzedaży sprzętu można obejrzeć na

Możesz omówić zalety gatunków polimerów i ich właściwości na

Zarejestruj swoją firmę w Katalogu Firm