Återvinning av polymerer. "Polymeråtervinning i Europa: Nya och beprövade lösningar". Standardlista över utrustning för en avfallshanteringsanläggning
Utbildningsministeriet i Republiken Vitryssland
läroanstalt
"Grodno State University uppkallad efter Yanka Kupala"
Fakulteten för konstruktion och transport
Testa
inom disciplinen "Materialteknik"
Bearbetning av polymerer och polymera material
En polymer är ett organiskt ämne vars långa molekyler är byggda av samma upprepade upprepade enheter - monomerer.
Ris. 1. Schema över polymermakromolekylens struktur:
a) - kedjeliknande molekyler; b) - laterala anslutningar
Med förmågan att under vissa förhållanden konsekvent ansluta med varandra, bildar monomererna långa kedjor (Fig. 1) med linjära, grenade och nätverksbindningsstrukturer, vilket resulterar i polymera makromolekyler.
Efter ursprung delas polymerer in i tre grupper:
Naturliga bildas som ett resultat av den vitala aktiviteten hos växter och djur och finns i trä, ull och läder. Dessa är protein, cellulosa, stärkelse, schellack, lignin, latex. Normalt utsätts naturliga polymerer för isolering, rening, modifiering, där strukturen hos huvudkedjorna förblir oförändrad. Produkten av sådan bearbetning är konstgjorda polymerer. Exempel är naturgummi, tillverkat av latex, celluloid, som är nitrocellulosa mjukat med kamfer för att öka elasticiteten.
Naturliga och konstgjorda polymerer har spelat en stor roll i modern teknik, och på vissa områden är de fortfarande oumbärliga än i dag, till exempel inom massa- och pappersindustrin. En kraftig ökning av produktionen och konsumtionen av organiska material inträffade dock på grund av syntetiska polymerer - material som erhålls genom syntes från ämnen med låg molekylvikt och som inte har några analoger i naturen. Syntetiska polymerer erhålls vid bearbetning av kol, natur- och industrigas, olja och andra råvaror. Enligt den kemiska strukturen delas polymerer in i linjära, grenade, nätverk och rumsliga.
Beroende på förändringar i egenskaper under uppvärmning delas polymerer in i två huvudgrupper: termoplast och värmehärdande. Den första av dem bildas på basis av novolackhartser, och den andra - på basis av resolhartser.
1. Termoplastiska polymerer (termoplaster) mjuknar när de värms upp och förvandlas först till ett mycket elastiskt och sedan till ett viskös-flytande tillstånd; när de svalnat stelnar de. Denna process är reversibel, det vill säga den kan upprepas många gånger. Termoplaster inkluderar polymerer med en linjär och grenad bindningsstruktur; deras monomerer är kopplade till varandra i endast en riktning. Vid återupphettning förstörs inte sådana kemiska bindningar; monomermolekyler får flexibilitet och rörlighet. Produkter tillverkas av termoplast genom pressning, formsprutning, kontinuerlig extrudering (extrudering) och andra metoder. De vanligaste termoplasterna är polymerisationsmaterial (polyeten, polypropen, polyvinylklorid, polystyren, fluorplaster och andra) och polykondensation (polyamid, polyuretan, anilino-formaldehyd, fenol-formaldehydharts, etc.), som produceras i form av pulver, smulor , plåtar, stavar, rör etc.
2. Termohärdande polymerer (härdplaster) när de värms upp, mjukna först om de var fasta och förvandlas sedan till ett fast tillstånd. Denna process är irreversibel, dvs när de återupphettas mjuknar inte sådana polymerer. Termoplaster inkluderar polymerer med ett nätverk eller tvärbunden bindningsstruktur. Sådana polymerer bildar två- eller tredimensionella bindningar i jättelika makromolekyler; deras monomerer eller linjära molekyler är styvt kopplade till varandra och kan inte röra sig inbördes. De vanligaste termoplasterna är polykondensationsmaterial - fenolplaster erhållna på basis av fenol-formaldehyd, polyester, epoxi och ureaharts. Delar och produkter tillverkade av termoplast erhålls genom varmpressning, formsprutning och bearbetning.
För närvarande tillverkas plastprodukter med en mängd olika metoder. Samtidigt bestäms valet av en metod för att tillverka produkter av typen av polymer, dess initiala tillstånd samt produktens konfiguration och dimensioner.
Huvuduppgiften vid bearbetning av polymermaterial är att bromsa negativa processer och skapa den nödvändiga strukturen av materialet. De enklaste metoderna för att uppnå detta mål är reglering av materialets temperatur, tryck, uppvärmnings- och kylhastigheter. Dessutom används stabilisatorer som ökar materialets motståndskraft mot åldring, mjukgörare som minskar materialets viskositet och ökar flexibiliteten hos molekylkedjor samt olika fyllmedel.
Innan jag går vidare till en diskussion om olika metoder för att bearbeta polymerer, låt mig påminna dig om att polymermaterial kan vara termoplastiska eller härdplast (termohärdande). När termoplastiska material har formgjutits under värme och tryck måste de kylas under polymerens mjukningstemperatur innan de släpps ur formen, annars kommer de att förlora sin form. När det gäller värmehärdande material är detta inte nödvändigt, eftersom produkten efter en enda kombinerad exponering för temperatur och tryck behåller sin förvärvade form även när den frigörs från formen vid hög temperatur.
När de bearbetas till produkter utsätts termoplaster för värme, mekaniskt tryck, atmosfäriskt syre och ljus. Ju högre temperatur, desto mer plastigt är materialet och desto lättare är det att bearbeta. Men under inverkan av höga temperaturer och faktorerna som nämnts ovan bryts kemiska bindningar i polymerer, oxidation, bildandet av nya oönskade strukturer, rörelsen av enskilda sektioner av makromolekyler och makromolekyler i förhållande till varandra, orienteringen av makromolekyler i olika riktningar , och hållfastheten hos materialet i orienteringsriktningen ökar och i tvärriktningen minskar. När man skaffar filmer och tunnväggiga produkter spelar detta fenomen en positiv roll, i alla andra fall orsakar det strukturell inhomogenitet och orsakar kvarvarande spänningar.
Det speciella med bearbetningen av härdplast till produkter är kombinationen av formningsprocesser med härdning, det vill säga med kemiska reaktioner för bildandet av en tvärbunden struktur av makromolekyler. Ofullständig härdning försämrar materialegenskaperna. Att uppnå den erforderliga fullständigheten av härdning även i närvaro av katalysatorer och vid förhöjda temperaturer kräver en betydande mängd tid, vilket ökar komplexiteten i tillverkningen av delen. Den slutliga härdningen av materialet kan ske utanför formningsverktyget, eftersom produkten får en stabil form innan denna process är avslutad.
Vid bearbetning av kompositmaterial är bindemedlets vidhäftning (vidhäftning) med fyllmedlet av stor betydelse. Vidhäftningsvärdet kan ökas genom att rengöra ytan på fyllmedlet och göra det reaktivt. Vid dålig vidhäftning av bindemedlet till fyllmedlet uppstår mikroporer i materialet, vilket avsevärt minskar materialets hållfasthet.
Skillnaden i produktens tvärsnitt i kylningshastigheter, i graden av kristallisation, fullständigheten av relaxationsprocesserna för termoplaster och graden av härdning för termoplaster leder också till strukturell heterogenitet och uppkomsten av ytterligare restspänningar i produkter. För att minska kvarvarande spänningar används värmebehandling av produkter, strukturbildning under bearbetning och andra tekniska metoder.
Den ständigt ökande volymen av produktion av plast kräver ytterligare förbättring av befintliga och utveckling av nya högpresterande tekniska processer för bearbetning av polymerer. Ytterligare framsteg inom plastbearbetning är förknippade med en kraftig ökning av produktiviteten hos bearbetningsutrustning, en minskning av arbetsintensiteten i produktionen av produkter och en ökning av deras kvalitet. Lösningen av de uppsatta uppgifterna är omöjlig utan användning av nya progressiva bearbetningsmetoder, som inkluderar olika typer av bearbetning av polymerer genom tryck i ett fast aggregationstillstånd.
Alla processer för bearbetning av polymerer i fast tillstånd är baserade på plastisk (tvingad elastisk) deformation, som är reversibel. Forcerade elastiska deformationer i polymerer utvecklas under inverkan av höga mekaniska påfrestningar. Efter upphörandet av deformeringskraften, vid temperaturer under mjukningstemperaturen, fixeras den forcerade elastiska deformationen som ett resultat av glasövergång eller kristallisation av materialet, och den deformerade polymerkroppen återställer inte sin ursprungliga form.
INTRODUKTION
Polymermolekyler är en omfattande klass av föreningar, vars huvudsakliga utmärkande egenskaper är hög molekylvikt och hög konformationsflexibilitet hos kedjan. Det kan sägas med tillförsikt att alla de karakteristiska egenskaperna hos sådana molekyler, såväl som möjligheterna för deras tillämpning i samband med dessa egenskaper, beror på ovanstående egenskaper.
I vår urbaniserade värld i snabb utveckling har efterfrågan på polymera material ökat dramatiskt. Det är svårt att föreställa sig den fullfjädrade driften av fabriker, kraftverk, pannhus, utbildningsinstitutioner, elektriska hushållsapparater som omger oss hemma och på jobbet, moderna datorer, bilar och mycket mer utan användning av dessa material. Oavsett om vi vill göra en leksak eller skapa ett rymdskepp - i båda fallen är polymerer oumbärliga. Men hur kan polymeren ges önskad form och utseende? För att svara på denna fråga, låt oss överväga en annan aspekt av polymerteknologi, nämligen deras bearbetning, som är föremål för detta arbete.
I bred bemärkelse kan polymerbearbetning ses som en sorts ingenjörsspecialitet involverad i omvandlingen av råpolymermaterial till de slutprodukter som krävs. De flesta av de metoder som för närvarande används inom polymerbearbetningsteknologi är modifierade analoger av metoder som används inom keramik- och metallbearbetningsindustrin. Faktum är att vi måste förstå ins och outs av polymerbearbetning för att ersätta vanliga traditionella material med andra material med förbättrade egenskaper och utseende.
För cirka 50 år sedan fanns det ett mycket begränsat antal processer för att bearbeta polymerer till slutprodukter. För närvarande finns det många processer och metoder, de viktigaste är kalandrering, gjutning, direkt kompression, formsprutning, extrudering, formblåsning, kallformning, termoformning, skumning, förstärkning, smältformning, torr- och våtformning. De tre sista metoderna används för att framställa fibrer av fiberbildande material och resten används för att bearbeta plast- och elastomermaterial till industriprodukter. I de följande avsnitten har jag försökt ge en allmän översikt över dessa viktiga processer. För en mer detaljerad introduktion till dessa och andra processer såsom doppbeläggning, virvelbäddsbeläggning, elektronisk och termisk tätning och svetsning, se specifika läroböcker om polymerbearbetning. Också utanför ramen för detta sammandrag ligger frågor relaterade till beläggningar och lim.
Innan man går direkt vidare till övervägandet av metoder och metoder för att bearbeta polymerer till slutprodukter är det nödvändigt att ta reda på: vad är polymerer, vad är de och var kan de användas, d.v.s. vilka slutprodukter kan erhållas från polymerer? Polymerernas roll är mycket stor och vi måste förstå behovet av deras bearbetning.
1. POLYMERER OCH POLYMERMATERIAL
1.1 ALLMÄNNA EGENSKAPER OCH KLASSIFICERING
En polymer är ett organiskt ämne, vars långa molekyler är byggda av samma upprepade upprepade enheter - monomerer. Efter ursprung delas polymerer in i tre grupper.
Naturlig bildas som ett resultat av den vitala aktiviteten hos växter och djur och finns i trä, ull och läder. Dessa är protein, cellulosa, stärkelse, schellack, lignin, latex.
Normalt utsätts naturliga polymerer för isolering, rening, modifiering, där strukturen hos huvudkedjorna förblir oförändrad. Produkterna från denna bearbetning är artificiell polymerer. Exempel är naturgummi, tillverkat av latex, celluloid, som är nitrocellulosa mjukat med kamfer för att öka elasticiteten.
Naturliga och konstgjorda polymerer har spelat en stor roll i modern teknik, och på vissa områden är de fortfarande oumbärliga än i dag, till exempel inom massa- och pappersindustrin. En kraftig ökning av produktion och konsumtion av organiskt material skedde dock pga syntetisk polymerer - material erhållna genom syntes från ämnen med låg molekylvikt och har inga analoger i naturen. Utvecklingen av kemisk teknik för makromolekylära ämnen är en integrerad och väsentlig del av den moderna vetenskapliga och tekniska revolutionen . Inte en enda gren av teknik, särskilt ny, klarar sig utan polymerer. Enligt den kemiska strukturen delas polymerer in i linjära, grenade, nätverk och rumsliga.
molekyler linjär polymerer är kemiskt inerta med avseende på varandra och är sammankopplade endast av van der Waals-krafter. Vid upphettning minskar viskositeten hos sådana polymerer och de kan reversibelt omvandlas först till ett mycket elastiskt och sedan till ett visköst flödestillstånd (Fig. 1).
Figur 1. Schematiskt diagram över viskositeten hos termoplastiska polymerer beroende på temperatur: T 1 - övergångstemperaturen från det glasartade till det högelastiska tillståndet, T 2 - övergångstemperaturen från det mycket elastiska till det viskösa tillståndet.
Eftersom den enda effekten av uppvärmning är en förändring i plasticitet, kallas linjära polymerer termoplast. Man bör inte tro att termen "linjär" betyder rak, tvärtom, de är mer karakteristiska för en tandad eller spiralformad konfiguration, vilket ger sådana polymerer mekanisk styrka.
Termoplastiska polymerer kan inte bara smältas utan också lösas, eftersom van der Waals-bindningar lätt slits av under inverkan av reagens.
grenad(ympade) polymerer är starkare än linjära. Kontrollerad kedjeförgrening är en av de viktigaste industriella metoderna för att modifiera egenskaperna hos termoplastiska polymerer.
nätstruktur kännetecknas av att kedjorna är förbundna med varandra, och detta begränsar rörelsen kraftigt och leder till en förändring av både mekaniska och kemiska egenskaper. Vanligt gummi är mjukt, men vid vulkanisering med svavel bildas kovalenta bindningar av S-0-typ och hållfastheten ökar. Polymeren kan få en nätverksstruktur och spontant, till exempel, under inverkan av ljus och syre, inträffar åldrande med förlust av elasticitet och prestanda. Slutligen, om polymermolekylerna innehåller reaktiva grupper, är de vid upphettning förbundna med många starka tvärbindningar, polymeren visar sig vara tvärbunden, d.v.s. rumslig struktur. Således orsakar uppvärmning reaktioner som dramatiskt och irreversibelt förändrar egenskaperna hos materialet, som får styrka och hög viskositet, blir olösligt och osmältbart. På grund av den höga reaktiviteten hos molekyler, som manifesterar sig med ökande temperatur, kallas sådana polymerer värmehärdande.
Termoplastiska polymerer erhålls genom reaktionen polymerisation, flyter enligt schemat pmm sid(Fig. 2), där M - monomer molekyl, M sid- en makromolekyl som består av monomerenheter, P - grad av polymerisation.
Under kedjepolymerisation ökar molekylvikten nästan omedelbart, mellanprodukterna är instabila, reaktionen är känslig för närvaron av föroreningar och kräver som regel höga tryck. Det är inte förvånande att en sådan process är omöjlig under naturliga förhållanden, och alla naturliga polymerer bildades på ett annat sätt. Modern kemi har skapat ett nytt verktyg - polymerisationsreaktionen, och tack vare honom en stor klass av termoplastiska polymerer. Polymerisationsreaktionen realiseras endast i komplex utrustning från specialiserade industrier, och konsumenten får termoplastiska polymerer i färdig form.
Reaktiva molekyler av värmehärdande polymerer kan bildas på ett enklare och mer naturligt sätt - gradvis från monomer till dimer, sedan till trimer, tetramer, etc. En sådan kombination av monomerer, deras "kondensering", kallas reaktionen polykondensation; det kräver inte hög renhet eller högt tryck, utan åtföljs av en förändring i den kemiska sammansättningen, och ofta av frigörande av biprodukter (vanligtvis vattenånga) (Fig. 2). Det är denna reaktion som sker i naturen; det kan enkelt utföras med bara lite uppvärmning under de enklaste förhållanden, även hemma. En sådan hög tillverkningsbarhet av värmehärdande polymerer ger stora möjligheter att tillverka olika produkter på icke-kemiska företag, inklusive radioanläggningar.
Oavsett typ och sammansättning av utgångsmaterial och tillverkningsmetoder kan material baserade på polymerer klassificeras enligt följande: plast, fiberarmerad plast, laminat, filmer, beläggningar, lim. Jag kommer inte särskilt fokusera på alla dessa produkter, jag kommer bara att prata om de mest använda. Det är nödvändigt att visa hur stort behovet av polymera material är i vår tid, och följaktligen vikten av deras bearbetning. Annars skulle problemet helt enkelt vara ogrundat.
1.2 PLAST
Ordet "plast" kommer från det grekiska språket och syftar på ett material som kan pressas eller gjutas till vilken form du väljer. Enligt denna etymologi skulle till och med lera kunna kallas plast, men i verkligheten kallas bara produkter gjorda av syntetiska material för plast. American Society for Testing and Materials definierar vad plast är enligt följande: "är vilken som helst medlem av en mängd olika material, helt eller delvis organiska till sin sammansättning, som kan formas till önskad form genom applicering av temperatur och/eller tryck."
Hundratals plaster är kända. I tabell. 1 visar deras huvudtyper och visar individuella representanter för var och en av arterna. Det bör noteras att det för närvarande inte finns något enskilt sätt att beskriva hela mängden plaster på grund av deras stora antal.
Bord 1. Huvudtyper av plast
| Typ | Typiska representanter | Typ | Typiska representanter |
| Akrylplaster Aminoplaster | Polymetylmetakrylat (PMMA) Polyakrylnitril (PAN) Urea-formaldehydharts Melamin-formaldehydharts | Polyestrar | Omättade polyesterhartser Polyetyltereftalat (PET) Polyetylsnadipat |
| Cellulosa | Etylcellulosa Cellulosaacetat Cellulosanitrat |
Polyolefiner Styrenplaster | Polyeten (PE) Polypropen (PP) Polystyren (PS) |
| Epoxihartser | Epoxihartser | Sampolymer av styren med akrylnitril | |
| Fluoroplaster | Polytetrafluoreten (PTFE) Polyvinylidenfluorid | Sampolymer av akrylnitril med styren och butadien (ABS) | |
| Fenoplaster | Fenol-formaldehydharts Fenol-furfuralharts | Vinylplast | Polyvinylklorid (PVC) Polyvinylbutyral |
| Polyamidplast (nylon) | Polykaprolaktam (PA-6) Polyhexam etylenadipamid (PA-6,6) | Vinylklorid-vinylacetatsampolymer |
Den första termoplasten som fick bred användning var celluloid, en konstgjord polymer som erhålls genom att bearbeta naturlig cellulosa. Han spelade en stor roll inom tekniken, framförallt på film, men på grund av den exceptionella brandfaran (sammansättningsmässigt är cellulosa mycket nära rökfritt pulver) redan i mitten av 1900-talet. dess produktion har sjunkit till nästan noll.
Utvecklingen av elektronik, telefonkommunikation, radio krävde brådskande skapandet av nya elektriska isoleringsmaterial med goda strukturella och tekniska egenskaper. Så här uppträdde konstgjorda polymerer, tillverkade på basis av samma cellulosa, uppkallade efter de första bokstäverna i användningsområdena, etroler. För närvarande är endast 2 ... 3 % av världsproduktionen av polymerer cellulosaplaster, medan cirka 75 % är syntetiska termoplaster, med 90 % av dem som endast utgörs av tre: polystyren, polyeten, polyvinylklorid.
Expanderbar polystyren är till exempel mycket använd som värme- och ljudisolerande byggmaterial. Inom radioelektronik används den för att täta produkter när det är nödvändigt att säkerställa minimal mekanisk påfrestning, skapa tillfällig isolering från effekterna av värme som avges av andra element eller låga temperaturer och eliminera deras effekt på elektriska egenskaper, därför i ombord och mikrovågsugn - Utrustning.
1.3 ELASTOMER
Elastomerer kallas vanligtvis gummin. Ballonger, skosulor, däck, operationshandskar, trädgårdsslangar är typiska exempel på elastomerprodukter. Det klassiska exemplet på elastomerer är naturgummi.
Gummimakromolekylen har en spiralformad struktur med en identitetsperiod på 0,913 nm och innehåller mer än 1000 isoprenrester. Strukturen hos gummimakromolekylen ger dess höga elasticitet - den viktigaste tekniska egenskapen. Gummi har den fantastiska förmågan att sträcka sig reversibelt till 900 % av sin ursprungliga längd.
En mängd gummi är mindre elastisk guttaperka, eller balata, saften från vissa gummiväxter som växer i Indien och den malaysiska halvön. Till skillnad från gummi är guttaperka-molekylen kortare och har en trans-1,4-struktur med en identitetsperiod på 0,504 nm.
Den enastående tekniska betydelsen av naturgummi, dess frånvaro i ett antal länder, inklusive Sovjetunionen, av ekonomiskt lönsamma källor, önskan att ha material som är överlägsna i ett antal egenskaper (oljebeständighet, frostbeständighet, nötningsbeständighet) till naturgummi, stimulerade forskning om produktion av syntetiskt gummi. .
Flera syntetiska elastomerer används för närvarande. Dessa inkluderar polybutadiener, styren-butadien, akrylnitril-butadien (nitrilgummi), polyisopren, polykloropren (neopren), eten-propen, isopren-isobutylen (butylgummi), polyfluorkolväte, polyuretan och silikongummin. Råvaran för att tillverka syntetiskt gummi enligt Lebedev-metoden är etylalkohol. Nu har produktionen av butadien från butan genom katalytisk dehydrering av den senare utvecklats.
Forskare har varit framgångsrika och idag är mer än en tredjedel av det gummi som produceras i världen tillverkat av syntetiskt gummi. Gummi och gummi ger ett enormt bidrag till förra seklets tekniska framsteg. Låt oss komma ihåg till exempel gummistövlar och olika isoleringsmaterial, och gummits roll i de viktigaste grenarna av ekonomin kommer att bli tydlig för oss. Mer än hälften av världens produktion av elastomer går till däckproduktion. Tillverkningen av däck till en liten bil kräver cirka 20 kg gummi, av olika kvaliteter och märken, och för en dumper nästan 1900 kg. En mindre del går till andra typer av gummiprodukter. Gummi gör vårt liv bekvämare.
1,4 FIBER
Vi är alla bekanta med naturliga fibrer som bomull, ull, linne och siden. Vi känner också syntetfibrer från nylon, polyestrar, polypropen och akryl. Den huvudsakliga utmärkande egenskapen hos fibrer är att deras längd är hundratals gånger större än deras diameter. Om naturliga fibrer (förutom siden) är stapelfibrer, kan syntetiska erhållas både i form av kontinuerliga trådar och i form av stapelfibrer.
Ur konsumentens synvinkel kan fibrer vara av tre typer; vardagsefterfrågan, säker och industriell.
Vardagsfibrer kallas fibrer som används för tillverkning av underkläder och ytterkläder. Denna grupp inkluderar fibrer för tillverkning av underkläder, strumpor, skjortor, kostymer etc. Dessa fibrer måste ha lämplig styrka och töjbarhet, mjukhet, icke brännbarhet, absorbera fukt och vara välfärgade. Typiska representanter för denna klass av fibrer är bomull, siden, ull, nylon, polyestrar och akrylater.
Säkra fibrer är fibrer som används för tillverkning av mattor, gardiner, stolsöverdrag, draperier etc. Sådana fibrer måste vara sega, starka, hållbara och slitstarka. Ur säkerhetssynpunkt ställs följande krav på dessa fibrer: de måste antändas dåligt, inte sprida låga och avge en minimal mängd värme, rök och giftiga gaser under förbränning. Genom att tillsätta små mängder ämnen som innehåller atomer som B, N, Si, P, C1, Br eller Sb till vardagsfibrer är det möjligt att göra dem brandsäkra och på så sätt omvandla dem till säkra fibrer. Införandet av modifierande tillsatser i fibrerna minskar deras brännbarhet, minskar spridningen av lågor, men leder inte till en minskning av utsläppet av giftiga gaser och rök under förbränning. Studier har visat att aromatiska polyamider, polyimider, polybensimidazoler och polyoxidiazoler kan användas som säkra fibrer, men vid förbränning av dessa fibrer frigörs giftiga gaser, eftersom deras molekyler innehåller kväveatomer. Aromatiska polyestrar har inte denna nackdel.
Industrifibrer används som förstärkningsmaterial i kompositer. Dessa fibrer kallas även strukturella fibrer eftersom de har hög modul, styrka, värmebeständighet, styvhet, hållbarhet. Strukturella fibrer används för att stärka produkter som stela och flexibla rör, rör och slangar, samt i kompositstrukturer som kallas fibermaterial och används vid konstruktion av fartyg, bilar, flygplan och till och med byggnader. Denna klass av fibrer inkluderar uniaxiellt orienterade fibrer av aromatiska polyamider och polyestrar, kol- och kiselfibrer.
2. POLYMERÅTERVINNING
2.1 SAMMANSÄTTNING
Polymerer i sin rena form, erhållna från industrianläggningar efter deras isolering och rening, kallas "primära" polymerer eller "primära" hartser. Med undantag för vissa polymerer såsom polystyren, polyeten, polypropen, är jungfruliga polymerer i allmänhet inte lämpliga för direkt bearbetning. Virgin PVC, till exempel, är ett hornliknande material och kan inte formas utan att först mjukas upp genom tillsats av ett mjukgörare. På liknande sätt kräver naturgummi tillsats av ett vulkaniseringsmedel för att bilda naturgummi. De flesta polymerer skyddas från termisk, oxidativ och fotonedbrytning genom att inkorporera lämpliga stabilisatorer i dem. Tillsatsen av färgämnen och pigment till polymeren före formning gör det möjligt att erhålla produkter i en mängd olika färger. För att minska friktionen och förbättra polymerflödet i processutrustning tillsätts smörjmedel och processhjälpmedel till de flesta polymerer. Fyllmedel tillsätts vanligtvis polymeren för att ge dem speciella egenskaper och minska kostnaden för slutprodukten.
Processen som involverar inkorporering av ingredienser såsom mjukgörare, härdare, härdare, stabiliseringsmedel, fyllmedel, färgämnen, flamskyddsmedel och smörjmedel i en primär polymer kallas "kompoundering", och blandningar av polymerer med dessa tillsatser kallas "föreningar".
Primära plastpolymerer som polystyren, polyeten, polymetylmetakrylat och polyvinylklorid är vanligtvis i form av friflytande fina pulver. Fina pulver- eller flytande ingredienser blandas med den pulveriserade primära polymeren med hjälp av planetblandare, V-blandare, spiralformade bandblandare, Z-blandare eller tippar. Förskjutningen kan utföras antingen vid rumstemperatur eller vid förhöjd temperatur, som dock bör ligga långt under polymerens mjukningstemperatur. Flytande prepolymerer blandas med enkla höghastighetsomrörare.
Primära elastomera polymerer, såsom naturgummi, styren-butadiengummi eller nitrilgummi, produceras i form av smulor som pressas till tjocka plattor som kallas "balar". De blandas vanligtvis med vulkaniseringsmedel, katalysatorer, fyllmedel, antioxidanter och smörjmedel. Eftersom elastomerer inte är fritt flytande pulver som jungfrulig plast, kan de inte blandas med ingredienserna som anges ovan med metoder som används för jungfrulig plast. Blandning av primära plastpolymerer med andra komponenter i föreningen uppnås genom blandning, medan erhållande av en förening av primära elastomerer innebär att smulor rullas till plastark och sedan införa de nödvändiga ingredienserna i polymeren. Sammansättning av elastomerer utförs antingen i en tvåvals gummikvarn eller i en Banbury-blandare med intern blandning. Elastomerer i form av latex eller flytande hartser med låg molekylvikt kan blandas genom enkel blandning med användning av höghastighetsomrörare. När det gäller fiberbildande polymerer utförs inte kompoundering. Komponenter som smörjmedel, stabilisatorer och fyllmedel tillsätts vanligtvis direkt till polymersmältan eller lösningen precis innan garnet spinnes.
2.2 BEHANDLINGSTEKNIK
Det faktum att polymera material används i en mängd olika former, såsom stavar, rör, ark, skum, beläggningar eller lim, såväl som formade artiklar, innebär en mängd olika sätt att bearbeta polymerföreningar till slutprodukter. De flesta polymerprodukter erhålls antingen genom formning eller bearbetning, eller genom att gjuta flytande polymerer i en form, följt av härdning eller tvärbindning. Fibrerna erhålls under spinningsprocessen.
Formningsprocessen kan till exempel jämföras med att skulptera en figur av lera, och bearbetningsprocessen med att rista samma figur från en tvål. I formningsprocessen placeras en förening i form av pulver, flingor eller granulat i en form och utsätts för temperatur och tryck, vilket resulterar i bildandet av slutprodukten. Bearbetningsprocessen producerar produkter i enkla former som plåt, stänger eller rör med häftning, stansning, limning och svetsning.
Innan vi går vidare till en diskussion om olika metoder för att bearbeta polymerer, minns vi att polymermaterial kan vara termoplastiska eller härdplast (termohärdande). När termoplastiska material har formgjutits under värme och tryck måste de kylas under polymerens mjukningstemperatur innan de släpps ur formen, annars kommer de att förlora sin form. När det gäller värmehärdande material är detta inte nödvändigt, eftersom produkten efter en enda kombinerad exponering för temperatur och tryck behåller sin förvärvade form även när den frigörs från formen vid hög temperatur.
2.3 KALANDERING
Kalandreringsprocessen används vanligtvis för att producera kontinuerliga filmer och ark. Huvuddelen av apparaten (fig. 1) för kalandrering är en uppsättning smidigt polerade metallrullar som roterar i motsatta riktningar och en anordning för finjustering av gapet mellan dem. Gapet mellan rullarna bestämmer tjockleken på det kalandrerade arket. Polymerföreningen matas till de varma valsarna och plåten som kommer från dessa valsar kyls när den passerar genom de kalla valsarna. I det sista steget lindas arken till rullar, som visas i fig. 1. Men om det istället för ark krävs att erhålla tunna polymerfilmer, används en serie rullar med ett gradvis minskande gap mellan dem. Typiskt kalandreras polymerer såsom polyvinylklorid, polyeten, gummi och butadien-styren-akrylnitril till ark.
Ris. ett. Schema för apparaten för kalandrering
/ - polymerförening; 2 - kalanderrullar: varma (3) och kall (4); 5 - kalandrerat ark; b - styrrullar; 7 - upprullare
Vid användning av profilerade rullar i kalandreringsmaskinen kan präglade ark med olika mönster erhållas. Olika dekorativa effekter, såsom imiterad marmorering, kan uppnås genom att införa blandningar av föreningar av olika färger i kalendern. Marmoreringsteknik används ofta vid tillverkning av PVC-golvplattor.
2.4 GJUTNING
GJUTNING AV FORM. Detta är en relativt billig process som består av att omvandla en flytande prepolymer till fasta produkter med önskad form. Plåtar, rör, stavar etc. kan erhållas med denna metod. produkter av begränsad längd. Schematiskt visas formgjutningsprocessen i fig. 2. I detta fall hälls prepolymeren, blandad i lämpliga proportioner med härdaren och andra ingredienser, i en petriskål, som fungerar som en form. Därefter placeras petriskålen i flera timmar i en ugn som är uppvärmd till önskad temperatur tills härdningsreaktionen är avslutad. Efter kylning till rumstemperatur avlägsnas den fasta produkten från formen. En solid kropp gjuten på detta sätt kommer att ha formen av den inre reliefen av en petriskål.
Ris. 2. Den enklaste bilden av formgjutningsprocessen
b - fylla petriskålen med prepolymer och härdare; b - uppvärmning i ugnen; b - extraktion från formen av den kylda produkten
Om man istället för en petriskål använder ett cylindriskt glasrör stängt i ena änden kan en produkt i form av en cylindrisk stav erhållas. Dessutom, istället för prepolymeren och härdaren, kan en blandning av monomer, katalysator och andra ingredienser uppvärmda till polymerisationstemperaturen hällas i formen. Polymerisationen i detta fall kommer att fortsätta inuti formen tills en fast produkt bildas. Akryl, epoxi, polyestrar, fenoler och uretaner är lämpliga för formsprutning.
Gjutformar är gjorda av alabaster, bly eller glas. Under härdningen krymper polymerblocket, vilket gör det lättare att släppa från formen.
ROTATIONELL GJUTNING. Ihåliga produkter som bollar och dockor tillverkas i en process som kallas "rotationsgjutning". Apparaten som används i denna process visas i figur 3.
En blandning av termoplastiskt material i form av ett fint pulver placeras i en ihålig form. Den använda apparaten har en speciell anordning för samtidig rotation av formen runt primär- och sekundäraxlarna. Formen stängs, värms och roteras. Detta resulterar i en jämn fördelning av den smälta plasten över hela insidan av den ihåliga formen. Den roterande formen kyls sedan med kallt vatten. Vid kylning stelnar det smälta plastmaterialet, jämnt fördelat över formens inre yta. Nu kan formen öppnas och slutprodukten tas bort.
En flytande blandning av en värmehärdande prepolymer med en härdare kan också laddas i formen. Härdning i detta fall kommer att ske under rotation under påverkan av förhöjd temperatur.
Rotationsgjutning producerar produkter av PVC, såsom galoscher, ihåliga kulor eller huvuden för dockor. Härdning av PVC utförs genom fysisk gelning mellan PVC och flytande mjukgörare vid temperaturer på 150-200°C. Fina PVC-partiklar är likformigt dispergerade i det flytande mjukningsmedlet tillsammans med stabilisatorer och färgämnen och bildar sålunda en substans med relativt låg viskositet. Detta degiga material, som kallas "plastisol", laddas i en form och luften evakueras från den. Formen roteras sedan och värms till önskad temperatur, vilket får polyvinylkloriden att gela. Väggtjockleken hos den resulterande produkten bestäms av gelningstiden.
Fig.3. I rotationsgjutningsprocessen roteras ihåliga formar fyllda med polymermaterial samtidigt runt den primära och sekundära axeln.
1 - primär axel; 2 - sekundär axel; 3 - löstagbar formdetalj; 4 - formhåligheter; 5 - växelhus; b-till motorn
Efter att ha uppnått den erforderliga väggtjockleken avlägsnas överskottet av plastisol för en andra cykel. För den slutliga homogeniseringen av blandningen av PVC-partiklar med ett mjukgörare värms den gelliknande produkten inuti formen. Slutprodukten tas ut ur formen efter att den har kylts med en vattenstråle. Den rotationsgjutningsmetoden som använder ett flytande material är känd som metoden "ihålig formning genom att hälla och rotera en form".
FORMSPRUTNING. Den mest bekväma processen för produktion av produkter från termoplastiska polymerer är formsprutningsprocessen. Trots det faktum att kostnaden för utrustning i denna process är ganska hög, är dess otvivelaktiga fördel hög produktivitet. I denna process injiceras en uppmätt mängd smält termoplastisk polymer under tryck i en relativt kall form, där den stelnar till slutprodukten.
Formsprutningsapparaten visas i fig. 6. Processen består i att tillföra ett sammansatt plastmaterial i form av granulat, tabletter eller pulver från en behållare med vissa intervall till en uppvärmd horisontell cylinder, där det mjuknar. En hydraulisk kolv ger det tryck som behövs för att trycka det smälta materialet genom cylindern in i formen vid cylinderns ände. När polymermassan rör sig längs cylinderns heta zon, främjar en anordning som kallas "torped" en enhetlig fördelning av plastmaterialet över den varma cylinderns innerväggar, vilket säkerställer enhetlig värmefördelning i hela volymen. Det smälta plastmaterialet injiceras sedan genom injektionshålet in i formhåligheten.
I sin enklaste form är formen ett system av två delar: en av delarna rör sig, den andra är stationär (se fig. 6). Den stationära delen av formen är fixerad i änden av cylindern, och den rörliga delen tas bort och sätts på den.
Med hjälp av en speciell mekanisk anordning stängs formen tätt, och vid denna tidpunkt injiceras det smälta plastmaterialet under ett tryck på 1500 kg/cm. Den mekaniska stängningsanordningen måste vara konstruerad för att klara höga driftstryck. Det likformiga flödet av det smälta materialet i formens inre områden säkerställs genom att förvärma det till en viss temperatur. Typiskt är denna temperatur något lägre än mjukningstemperaturen för det formade plastmaterialet. Efter fyllning av formen med smält polymer kyls den genom att cirkulera kallt vatten och öppnas sedan för att avlägsna den färdiga produkten. Hela denna cykel kan upprepas många gånger både manuellt och automatiskt.
CASTING FILM. Gjutmetoden används även för framställning av polymerfilmer. I detta fall hälls polymerlösningen med lämplig koncentration gradvis på ett metallband som rör sig med konstant hastighet (fig. 4), på vars yta ett kontinuerligt skikt av polymerlösningen bildas.
Fig.4. Schema för filmgjutningsprocessen
/ - polymerlösning; 2 - fördelningsventil; 3 - polymerlösningen sprider sig för att bilda en film; 4 - lösningsmedlet avdunstar; 5 - ändlöst metallbälte; 6 - kontinuerlig polymerfilm; 7 - rulle
När lösningsmedlet avdunstar i ett kontrollerat läge, bildas en tunn polymerfilm på ytan av metallbandet. Därefter tas filmen bort genom enkel peeling. De flesta industriella cellofanark och fotografiska filmer produceras på detta sätt.
2.5 DIREKTPRESSNING
Direktpressningsmetoden används i stor utsträckning för produktion av produkter från värmehärdande material. Figur 5 visar en typisk form som används för direkt komprimering. Formen består av två delar - övre och nedre eller från en stans (positiv form) och en matris (negativ form). Det finns en skåra i botten av formen och en avsats upptill. Gapet mellan den övre delens utsprång och den nedre delens urtag i en sluten form bestämmer det slutliga utseendet på den pressade produkten.
I den direkta kompressionsprocessen utsätts det härdbara materialet för en enda temperatur- och tryckapplicering. Användningen av en hydraulisk press med uppvärmda plattor gör att du kan få önskat resultat.
Fig. 5. Schematisk representation av en form som används i direktformningsprocessen
1 - en formhålighet fylld med ett värmehärdande material; 2 - styrspikar; 3 - skorra; 4 - gjuten produkt
Temperaturen och trycket under pressningen kan nå 200 °C respektive 70 kg/cm2. Driftstemperaturen och trycket bestäms av de reologiska, termiska och andra egenskaperna hos det pressade plastmaterialet. Formurtaget är helt fyllt med polymerblandning. När formen stängs under tryck, komprimeras materialet inuti den och pressas till önskad form. Överskottsmaterial tvingas ut ur formen i form av en tunn film som kallas "burr". Under påverkan av temperaturen härdar den pressade massan. Kylning krävs inte för att frigöra slutprodukten från formen.
Fig..6. Schematisk representation av formsprutningsprocessen
1 - sammansatt plastmaterial; 2 - laddningstratt; 3 - kolv; 4 - elektriskt värmeelement; 5 - stationär del av formen;
6 - rörlig del av formuläret; 7 - huvudcylinder; 8 - torped; 9 - mjukgjort plastmaterial; 10 - mögel; 11 - produkt gjuten genom formsprutning
2.6 FORMNING
PNEUMOFORMNING. Ett stort antal ihåliga plastprodukter tillverkas genom formblåsning: burkar, läskflaskor etc. Följande termoplastmaterial kan formblåsas: polyeten, polykarbonat, polyvinylklorid, polystyren, nylon, polypropen, akryl, akrylnitril, akrylnitrilbutadienstyren polymer, men när det gäller den årliga förbrukningen intar högdensitetspolyeten första platsen.
Formblåsning har sitt ursprung i glasindustrin. Schemat för denna process ges i fig. 7.
Ett varmt uppmjukat termoplaströr, kallat "blank", placeras inuti en tvådelad ihålig form. När formen är stängd, klämmer båda halvorna av den ena änden av arbetsstycket och lufttillförselnålen placerad i den andra änden av röret.
Fig. 7. Schematiskt diagram som förklarar stadierna i formblåsningsprocessen
en - ett arbetsstycke placerat i en öppen form; b - stängd form;
c - blåsa luft in i formen; d - öppna formen. 1 - blank;
2 - nål för lufttillförsel; 3 - Pressformulär; 4 - luft; 5 - luftgjuten produkt
Under verkan av tryck som tillförs från kompressorn genom nålen, blåses den heta ämnet upp som en kula tills den kommer i tät kontakt med den relativt kalla inre ytan av formen. Därefter kyls formen, öppnas och den färdiga fasta termoplastprodukten tas bort.
Förformen för formblåsning kan erhållas genom formsprutning eller extrudering och beroende på detta kallas metoden formblåsning respektive extruderingsblåsning.
FORMA PLATS TERMOPLAST. Formning av termoplastskivor är en extremt viktig process för framställning av tredimensionella plastprodukter. Med denna metod erhålls även så stora produkter som ubåtsskrov från ark av akrylnitrilbutadienstyren.
Schemat för denna process är som följer. Termoplastskivan värms till sin mjukningstemperatur. Sedan pressar stansen en varm flexibel plåt in i en metallformmatris (fig. 9), medan plåten tar en viss form. När den svalnat stelnar den formade produkten och avlägsnas från formen.
I den modifierade metoden, under inverkan av vakuum, sugs det heta arket in i formens hålrum och tar den erforderliga formen (fig. 10). Denna metod kallas vakuumformningsmetoden.
2.7 EXTRUSION
Extrudering är en av de billigaste metoderna för att tillverka allmänt använda plastprodukter såsom filmer, fibrer, rör, ark, stänger, slangar och remmar, vars profil bestäms av formen på extruderhuvudets utlopp. Smält plast, under vissa förhållanden, extruderas genom extruderhuvudets utlopp, vilket ger den önskade profilen till extrudatet. Diagrammet för den enklaste extruderingsmaskinen visas i fig. 8.
Fig 8. Schematisk representation av den enklaste extruderingsmaskinen
1 - laddningstratt; 2 - skruv; 3 - huvudcylinder; 4 - värmeelement; 5 - utlopp från extruderhuvudet, en - Lastningszon; b - kompressionszon; i ~ homogeniseringszon
I denna maskin laddas pulvret eller granulerna av det sammansatta plastmaterialet från en tratt i en elektriskt uppvärmd cylinder för att mjuka upp polymeren. En spiralformad roterande skruv säkerställer rörelsen av het plastmassa längs cylindern. Eftersom friktion uppstår mellan den roterande skruven och cylindern under polymermassans rörelse leder detta till frigöring av värme och följaktligen till en ökning av temperaturen hos den bearbetade polymeren. I processen för denna rörelse från magasinet till utloppet av extruderhuvudet, passerar plastmassan genom tre klart åtskilda zoner: laddningszonen (a), kompressionszonen (b) och homogeniseringszonen (i)(Se figur 9).
Var och en av dessa zoner bidrar till extruderingsprocessen. Laddningszonen, till exempel, tar polymermassan från tratten och skickar den till kompressionszonen, denna operation sker utan uppvärmning.
Ris. nio. Schema för formningsprocessen för arktermoplaster
1 - ark av termoplastmaterial; 2 - klämma; 3 - stansa; 4 - värmemjukat ark; 5 - matris; 6 - produkt erhållen genom formning av termoplaster
Fig. 10. Diagram över vakuumformningsprocessen för termoplaster
1 - klämma; 2 - termoplastisk skiva; 3 - Pressformulär; 4 - produkt erhållen genom vakuumformning av termoplaster
I kompressionszonen säkerställer värmeelementen smältningen av den pulveriserade laddningen, och den roterande skruven komprimerar den. Sedan går det pastaformiga smälta plastmaterialet in i homogeniseringszonen, där det får en konstant flödeshastighet på grund av skruvens gänga.
Under verkan av trycket som skapas i denna del av extrudern matas polymersmältan till utloppet av extruderhuvudet och går ut med den önskade profilen. På grund av den höga viskositeten hos vissa polymerer är det ibland nödvändigt att ha en annan zon, kallad en arbetszon, där polymeren utsätts för höga skjuvbelastningar för att förbättra blandningseffektiviteten. Det extruderade materialet med den önskade profilen lämnar extrudern i ett mycket varmt tillstånd (dess temperatur är från 125 till 350°C), och snabb kylning krävs för att bibehålla dess form. Extrudatet kommer in i ett transportband som passerar genom ett kärl med kallt vatten och stelnar. Kallluftsblåsning och kallvattensprutning används också för att kyla extrudatet. Den formade produkten skärs eller lindas vidare till spolar.
Extruderingsprocessen används också för att täcka trådar och kablar med polyvinylklorid eller gummi, och stavliknande metallstänger med lämpliga termoplastiska material.
2.8 SKUMNING
Skumning är en enkel metod för att få fram skum och svampliknande material. De speciella egenskaperna hos denna klass av material - stötdämpande förmåga, låg vikt, låg värmeledningsförmåga - gör dem mycket attraktiva för användning i olika ändamål. Vanliga skummande polymerer är polyuretaner, polystyren, polyeten, polypropen, silikoner, epoxi, PVC, etc. Skumstrukturen består av isolerade (stängda) eller interpenetrerande (öppna) hålrum. I det första fallet, när hålrummen är stängda, kan de innehålla gaser. Båda typerna av strukturer visas schematiskt i fig. 11.
Fig. 11. Schematisk representation av öppna och slutna cellstrukturer som bildas under skumningsprocessen
1- diskreta (slutna) celler; 2 - interpenetrerande (öppna) celler;
3 - cellväggar
Det finns flera metoder för att tillverka skumplast eller cellplast. En av dem är att luft eller kväve blåses genom den smälta föreningen tills den är helt skummad. Skumningsprocessen underlättas genom tillsats av ytaktiva ämnen. När den önskade graden av skumning har uppnåtts, kyls matrisen till rumstemperatur. I detta fall stelnar det termoplastiska materialet i skummat tillstånd. Termohärdande flytande prepolymerer kan kallskummas och sedan värmas tills de är helt härdade. Skumning uppnås vanligtvis genom att tillsätta skum eller jäsmedel till polymermassan. Sådana medel är lågmolekylära lösningsmedel eller vissa kemiska föreningar. Kokningsprocessen för lösningsmedel som n-pentan och n-hexan vid härdningstemperaturer av polymera material åtföljs av en intensiv förångningsprocess. Å andra sidan kan vissa kemiska föreningar vid dessa temperaturer sönderdelas med frigörande av inerta gaser. Så azo-bis-isobutyronitril sönderdelas termiskt, samtidigt som en stor mängd kväve frigörs i polymermatrisen som ett resultat av reaktionen mellan isocyanat och vatten, och används också för att producera skummade material, såsom polyuretanskum:
Eftersom polyuretaner erhålls genom reaktion av en polyol med ett diisocyanat, måste ytterligare små mängder diisocyanat och vatten tillsättas för att skumma reaktionsprodukten.
Så en stor mängd ångor eller gaser som avges av skum och gasbildare leder till skumning av polymermatrisen. Polymermatrisen i det skummade tillståndet kyls till temperaturer under polymerens mjukningstemperatur (i fallet med termoplastiska material) eller utsätts för en härdnings- eller tvärbindningsreaktion (i fallet med härdade material), som ett resultat av att matrisen förvärvar den styvhet som krävs för att bibehålla skumstrukturen. Denna process kallas "skumstabiliseringsprocessen". Om matrisen inte kyls under mjukningstemperaturen eller tvärbinds lämnar gaserna som fyller den porsystemet och skummet kollapsar.
Skum kan erhållas i flexibla, styva och halvstyva former. För att få skumprodukter direkt bör skumning utföras direkt inuti formen. Frigolitskivor och stavar kan också användas för att tillverka olika produkter. Beroende på beskaffenheten av polymeren och graden av skumning, kan skumdensiteten variera från 20 till 1000 kg/cm3. Användningen av skum är mycket varierande. Till exempel använder bilindustrin stora mängder PVC och polyuretanskum för klädsel. Dessa material spelar en viktig roll vid tillverkning av möbler. Styva polystyrenskum används ofta för förpackning och värmeisolering av byggnader. Skumgummi och polyuretanskum används för att fylla madrasser etc. Styva polyuretanskum används även för värmeisolering av byggnader och för tillverkning av proteser.
2.9 FÖRSTÄRKNING
Genom att förstärka plastmatrisen med höghållfast fiber erhålls system som kallas "fiberförstärkta plaster" (FRP). WUA har mycket värdefulla egenskaper: de kännetecknas av ett högt förhållande mellan styrka och vikt, betydande korrosionsbeständighet och enkel tillverkning. Metoden för fiberförstärkning gör det möjligt att få ett brett utbud av produkter. Till exempel, när man skapar konstgjorda satelliter i AUA, lockas designers och skapare av rymdfarkoster i första hand av det otroligt höga förhållandet mellan styrka och vikt. Vackert utseende, låg vikt och korrosionsbeständighet gör det möjligt att använda WUA för fartygsplätering. Dessutom används WUA till och med som material för tankar där syror lagras.
Låt oss nu uppehålla oss mer i detalj vid den kemiska sammansättningen och den fysiska naturen hos dessa ovanliga material. Som nämnts ovan är de ett polymermaterial, vars speciella egenskaper beror på införandet av förstärkningsfibrer i det. De huvudsakliga materialen som förstärkningsfibrer tillverkas av (både finhackade och långa) är glas, grafit, aluminium, kol, bor och beryllium. Den senaste utvecklingen inom detta område är användningen av helt aromatisk polyamid som förstärkningsfibrer, vilket ger mer än 50 % viktminskning jämfört med traditionell fiberarmerad plast. Naturfibrer används också för armering, såsom sisal, asbest etc. Valet av armeringsfiber bestäms i första hand av kraven på slutprodukten. Men glasfibrer används fortfarande i stor utsträckning än i dag och utgör fortfarande det huvudsakliga bidraget till den industriella produktionen av WUA. De mest attraktiva egenskaperna hos glasfibrer är låg värmeutvidgningskoefficient, hög dimensionsstabilitet, låg produktionskostnad, hög draghållfasthet, låg dielektricitetskonstant, obrännbarhet och kemisk beständighet. Andra förstärkningsfibrer används främst i de fall där vissa ytterligare egenskaper krävs för driften av ARP under specifika förhållanden, trots deras högre kostnad jämfört med glasfibrer.
HDPE framställs genom att binda fibrer till en polymermatris och sedan härda under tryck och temperatur. Förstärkande tillsatser kan vara i form av finhackade fibrer, långa trådar och tyger. De huvudsakliga polymermatriserna som används i ARP är polyestrar, epoxider, fenoler, silikoner, melamin, vinylderivat och polyamider. De flesta WUA tillverkas på basis av polyesterpolymerer, vars främsta fördel är deras låga kostnad. Fenolpolymerer används i de fall där hög temperaturbeständighet krävs. Extremt höga mekaniska egenskaper hos AVP uppnås när epoxihartser används som polymermatris. Användningen av silikonpolymerer ger WUAs utmärkta elektriska och termiska egenskaper.
För närvarande finns det flera metoder för plastförstärkning. De vanligaste av dessa är: 1) handlamineringsmetod, 2) fiberlindningsmetod och 3) sprayimpregneringsmetod.
METOD ATT LAGA ARKEN MANUELLT. Det är troligt att detta är den enklaste metoden för att förstärka plast. I det här fallet bestäms kvaliteten på slutprodukten till stor del av operatörens skicklighet och skicklighet. Hela processen består av följande steg. Först täcks formen med ett tunt lager av vidhäftande smörjmedel baserat på polyvinylalkohol, silikonolja eller paraffin. Detta görs för att förhindra att slutprodukten fastnar i formen. Sedan täcks formen med ett lager av polymer, ovanpå vilket en glasfiber eller matta placeras. Denna glasfiber är i sin tur belagd med ytterligare ett lager polymer.
Fig. 12. Schematisk representation av den manuella skiktningsmetoden
1 - alternerande lager av polymer och glasfiber; 2 - Pressformulär; 3 - rullande rulle
Allt detta rullas tätt med rullar för att likformigt pressa glasfibern mot polymeren och avlägsna luftbubblor. Antalet alternerande lager av polymer och glasfiber bestämmer tjockleken på provet (fig. 12).
Sedan, vid rumstemperatur eller förhöjd temperatur, härdar systemet. Efter härdning tas den förstärkta plasten bort från formen och skalas och färdigställs. Denna metod producerar plåtar, karossdelar, fartygsskrov, rör och till och med byggnadsfragment.
VINDNINGSMETOD AV FIBER. Denna metod är mycket använd för tillverkning av armerade plastprodukter såsom högtryckscylindrar, kemiska lagringstankar och raketmotorhöljen. Den består i det faktum att ett kontinuerligt monofilament, fiber, fiberknippe eller vävd tejp förs genom ett bad av harts och härdare. När fibern lämnar badet, pressas överskottet av hartset ut. De hartsimpregnerade fibrerna eller tejpen lindas sedan på en kärna av önskad form och härdas under inverkan av temperaturen.
Fig. 13. Schematisk representation av fiberlindningsmetoden
1- matningsspole; 2 - kontinuerlig tråd; 3 - enhet för fiberimpregnering och hartspressning; 4 - kärna; 5 - hartsimpregnerade fibrer lindade på en kärna
Lindningsmaskinen (fig. 13) är utformad så att fibrerna kan lindas runt kärnan på ett visst sätt. Fiberns spänning och metoden för att linda den är mycket viktiga ur synvinkeln av den färdiga produktens slutliga deformationsegenskaper.
SPRUTNINGSMETOD. I denna metod används en sprutpistol med ett flersträngat huvud. Strålar av harts, härdare och hackad fiber matas samtidigt från sprutpistolen till ytan av formen (fig. 14), där de bildar ett lager av en viss tjocklek. Hackad fiber av en viss längd erhålls genom kontinuerlig tillförsel av fibrer till apparatens sliphuvud. Efter att ha uppnått den erforderliga tjockleken härdas polymermassan genom upphettning. Sprayning är en expressmetod för att täcka stora ytor. Många moderna plastprodukter, såsom lastplattformar, lagringstankar, lastbilskarosser och fartygsskrov, tillverkas med denna metod.
Fig. 14. Schematisk representation av sprutmetoden
1 - form; 2 - sprutad blandning av hackad fiber och harts; 3 - en stråle av hackad fiber; 4 - kontinuerlig fiber; 5- harts; 6- härdare; 7 - nod för skärning av fiber och sprutning; 8 - hartsstråle
ANDRA METODER. Utöver de ovan beskrivna metoderna är andra kända vid tillverkning av armerad plast, som var och en har sitt eget specifika syfte. Metoden för tillverkning av kontinuerliga laminat används således för framställning av kontinuerliga ark av förstärkta laminat av olika tjocklekar. I denna process impregneras varje enskilt lager av vävd tejp som kommer från rullar med harts och härdare och pressas sedan samman genom ett varmvalssystem. Efter härdning under inverkan av temperatur erhålls ett laminat I med den erforderliga tjockleken (fig. 15). Materialets tjocklek kan varieras genom att ändra antalet lager.
Fig. 15. Schematisk representation av tillverkningsmetoden för kontinuerliga laminerade material
1- matarspolar; 2 - kontinuerliga ark av glasfiber; 3 - bad för impregnering i en blandning av harts och härdare; 4 - kontinuerligt laminat; 5 - laminerad plast, skär i bitar av önskad storlek
En annan metod, känd som plywoodmetoden, gör det möjligt att tillverka produkter som ihåliga spön eller fiskespön av kontinuerliga buntar av fibrer. Denna process är relativt enkel. En kontinuerlig bunt av fibrer, som tidigare behandlats med harts och härdare, dras genom en form av motsvarande profil (fig. 16), uppvärmd till en viss temperatur. Vid utgången från formen fortsätter den profilerade produkten att värmas upp. Den härdade profilen dras ut ur formen av ett system av roterande rullar. Denna process liknar i viss mån extrudering, med den enda skillnaden att vid extrudering trycks polymermaterialet genom formen från insidan med hjälp av en roterande skruv, medan i den beskrivna metoden materialet dras genom formens utlopp från utsidan .
Fig. 16. Schematisk representation av metoden för att erhålla pultruderad fiberplast
1 - ett kontinuerligt knippe av fibrer impregnerade med harts och härdare; 2 - värmeelement; 3 - dö; 4 - roterande dragrullar; 5 - färdig produkt, skuren i bitar; 6 - färdig produktprofil
Dessutom kan blandningen innehållande skurna fibrer, harts och härdare bildas genom vilken annan lämplig metod som helst, såsom direkt kompression. Termoplastmaterial fyllda med skurna fibrer kan formas genom direkt komprimering, formsprutning eller extrudering för att producera slutprodukter med förbättrade mekaniska egenskaper.
2.10 SPINNANDE FIBROR
Polymerfibrer erhålls i en process som kallas spinning. Det finns tre principiellt olika spinningsmetoder: smältspinning, torrspinning och våtspinning. I smältspinningsprocessen är polymeren i smält tillstånd och i andra fall i form av lösningar. Men i alla dessa fall strömmar polymeren, i smält eller löst tillstånd, genom ett flerkanaligt munstycke, vilket är en platta med mycket små hål för utsläpp av fibrer.
SPINTAR FRÅN SMELTAN. I sin enklaste form kan spunsmältprocessen representeras enligt följande. Till en början smälts polymerflingorna på ett uppvärmt galler, vilket gör polymeren till en trögflytande rörlig vätska. Ibland, under uppvärmningsprocessen, bildas klumpar på grund av processerna för tvärbindning eller termisk förstörelse. Dessa klumpar kan lätt avlägsnas från den heta polymersmältan genom att passera genom ett blockfiltersystem. Dessutom, för att förhindra oxidativ nedbrytning, bör smältan skyddas från atmosfäriskt syre. Detta uppnås främst genom att skapa en inert atmosfär av kväve, CO2 och vattenånga runt polymersmältan. Doseringspumpen levererar polymersmältan med konstant hastighet till flerkanalsmunstycket. Polymersmältan passerar genom ett system av fina hål i munstycket och utgår därifrån i form av kontinuerliga och mycket tunna monofilament. Vid kontakt med kall luft stelnar fibrerna som kommer ut från spinndysorna omedelbart. Kylnings- och härdningsprocesser kan påskyndas kraftigt genom att blåsa kall luft. De fasta monofilamenten som kommer ut från spinndysorna lindas på spolar.
En viktig egenskap att beakta i smältspinningsprocessen är att monofilamentets diameter är starkt beroende av hastigheten med vilken den smälta polymeren passerar genom spinndysan och hastigheten med vilken monofilamentet dras från spinndysan och lindas upp på spolar.
Fig. 17. Schematisk representation av torrspinningsprocesser (a) och smältspinning (b)
1 - ficka; 2 - polymerflingor; 3 - uppvärmt galler; 4 - varm polymer; 5 - doseringspump; b - smälta; 7-flerkanaligt munstycke, 8 - nyspunnen fiber; 9 - spole; 10 - polymerlösning; 11 - filtrera;
12 - doseringspump; 13 - flerkanaligt munstycke; 14 - nyspunnen fiber; 15 - på spolen
TORRSPINNING. Ett stort antal traditionella polymerer som PVC eller polyakrylnitril bearbetas till fibrer i stor skala i torrspinningsprocessen. Kärnan i denna process visas i Fig. 17. Polymeren löses i ett lämpligt lösningsmedel för att bilda en högkoncentrerad lösning. Lösningens viskositet justeras genom att öka temperaturen. Den varma, trögflytande polymerlösningen tvingas genom spinndysorna, vilket ger tunna kontinuerliga strömmar. Fibern från dessa strömmar bildas genom enkel avdunstning av lösningsmedlet. Avdunstning av lösningsmedlet kan påskyndas genom att blåsa med ett motflöde av torrt kväve. Fibrerna som bildas av polymerlösningen lindas slutligen på spolar. Fiberspinningshastigheten kan nå 1000m/min. Industriella cellulosaacetatfibrer erhållna från en 35 % polymerlösning i aceton vid 40°C är ett typiskt exempel på fiberframställning genom torrspinning.
VÅT SPINNING. Vid våtspinning, som vid torrspinning, används högkoncentrerade polymerlösningar, vars höga viskositet kan reduceras genom att höja spinningstemperaturen. Detaljer om våtspinningsprocessen visas i figur 18. I våtspinningsprocessen bearbetas en viskös polymerlösning till tunna strängar när den passeras genom spinndysor. Sedan kommer dessa polymerstrålar in i koaguleringsbadet med ett utfällningsmedel, där polymeren fälls ut från lösningen i form av tunna filament, som efter tvättning, torkning etc. samlas på rullar. Ibland, under våtspinningsprocessen, bildas klumpar istället för kontinuerliga filament, vilket uppstår som ett resultat av brottet i strömmen som strömmar från spinndysan under inverkan av ytspänningskrafter.
Fig. 18. Schematisk representation av våtspinningsprocessen
1 - polymerlösning; 2 - filtrera; 3 - doseringspump; 4 - flerkanaligt munstycke; 5 - utfällningsmedel; 6 - nyspunnen fiber; 7 - bad för koagulering och sedimentering; 8 - tvättbad; 9 - torkning; 10 - på spolen
Detta kan undvikas genom att öka polymerlösningens viskositet. Koagulering, som är det begränsande steget för våtspinning, är en ganska långsam process, vilket förklarar den låga lösningsspinningshastigheten på 50 m/min jämfört med andra. Inom industrin används våtspinningsprocessen för att framställa fibrer av polyakrylnitril, cellulosa, viskosfiber etc.
ENAXEL ORIENTERING. I processen att spinna fibrer från en polymersmälta eller -lösning är makromolekylerna i fibern inte orienterade och därför är deras kristallinitetsgrad relativt låg, vilket oönskat påverkar fiberns fysikaliska egenskaper. För att förbättra de fysikaliska egenskaperna hos fibrerna utsätts de för en operation som kallas enaxlig dragning med någon typ av sträckningsapparat.
Huvudfunktionen hos enheten är närvaron av ett system med två rullar MEN och PÅ(Fig. 19), roterande med olika hastigheter. Videoklipp PÅ roterar 4-5 gånger snabbare än rullen MEN. Det spunna garnet förs successivt genom en vals MEN, drag hårnål 3 och rulle PÅ. Sedan rullen PÅ roterar med en hastighet som är högre än rullen MEN, fibern dras ut under den belastning som stiftet ger 3. Fibern dras i zonen 2. Efter att ha gått igenom rullen PÅ långsträckt polymertråd lindas på en metallrulle. Trots det faktum att trådens diameter minskar under dragningen, förbättras dess hållfasthetsegenskaper avsevärt på grund av orienteringen av makromolekylerna parallellt med fiberaxeln.
Fig. 19. Schematisk representation av enheten för enaxlig orientering
1 - osträckt tråd; 2 - avgaszon; 3 - sträckstift; 4- dragen fiber
EFTERFÖLJANDE BEHANDLING AV FIBER. För att förbättra fibrernas användbara egenskaper utsätts de ofta för ytterligare specialbearbetning: rengöring, smörjning, limning, färgning etc.
Tvål och andra syntetiska rengöringsmedel används för rengöring. Rengöring är inget annat än att ta bort smuts och andra föroreningar från fiberns yta. Smörjning består i att bearbeta fibrerna för att skydda
dem från friktion med närliggande fibrer och grova metallytor under bearbetning. Naturliga oljor används främst som smörjmedel. Smörjning minskar också mängden statisk elektricitet som byggs upp på fibrerna.
Dimensionering hänvisar till processen för skyddande beläggning av fibrer. Polyvinylalkohol eller gelatin används som limningsmaterial för de flesta fibrer. Dimensioneringen håller fibrerna i en kompakt bunt och säkerställer därmed enhetlig vävning. Innan du färgar tyget ska limningen avlägsnas genom att skölja i vatten.
För färgning placeras fibrerna i en färglösning, vars molekyler vanligtvis bara tränger in i fiberns amorfa områden.
Fibrer baserade på cellulosa eller proteiner adsorberar snabbt sura färgämnen, som lätt binder till amino- eller hydroxylgrupperna i polymererna. Färgningsprocessen för syntetiska fibrer som polyestrar, polyamider eller akryl är mycket långsammare. I detta fall kan färgningshastigheten ökas genom att öka temperaturen. Färgning av fibrer baserade på polyvinylklorid, polyeten, etc. är praktiskt taget omöjligt utan införandet av aktiva absorptionscentra i dem under sampolymerisation och kemisk oxidation.
SLUTSATS
Som tidigare noterats inkluderar polymerer ett flertal naturliga föreningar: proteiner, nukleinsyror, cellulosa, stärkelse, gummi och andra organiska ämnen. Ett stort antal polymerer erhålls syntetiskt baserade på de enklaste föreningarna av element av naturligt ursprung genom polymerisation, polykondensation och kemiska omvandlingar.
I början av 1960-talet ansågs polymerer endast vara billiga substitut för knappa naturliga råvaror - bomull, siden och ull. Men snart kom förståelsen att polymerer, fibrer och andra material baserade på dem ibland är bättre än traditionellt använda naturmaterial - de är lättare, starkare, mer värmebeständiga, kan arbeta i aggressiva miljöer. Därför riktade kemister och teknologer alla sina ansträngningar på att skapa nya polymerer med högpresterande egenskaper och metoder för deras bearbetning. Och de uppnådde resultat i denna verksamhet, ibland överträffade resultaten av liknande aktiviteter av välkända utländska företag.
Polymerer används i stor utsträckning inom många områden av mänsklig aktivitet och tillfredsställer behoven hos olika industrier, jordbruk, medicin, kultur och vardagsliv. Samtidigt är det lämpligt att notera att under de senaste åren har funktionen hos polymera material i alla branscher och metoderna för deras produktion förändrats något. Fler och fler ansvarsfulla uppgifter började anförtros till polymerer. Fler och fler relativt små, men strukturellt komplexa och kritiska delar av maskiner och mekanismer började tillverkas av polymerer, och samtidigt började polymerer användas allt oftare vid tillverkning av stora kroppsdelar av maskiner och mekanismer som bära betydande belastningar.
Gränsen för hållfasthetsegenskaperna hos polymera material övervanns genom övergången till kompositmaterial, främst glas och kolfiber. Så nu låter uttrycket "plast är starkare än stål" ganska rimligt. Samtidigt behöll polymerer sina positioner i massproduktionen av ett stort antal av de delar som inte kräver särskilt hög hållfasthet: pluggar, beslag, mössor, handtag, skalor och mätinstrumentfodral. Ett annat område som är specifikt för polymerer, där deras fördelar gentemot andra material tydligast manifesteras, är området för interiör och exteriör dekoration.
Förresten, samma fördelar stimulerar den utbredda användningen av polymera material inom flygindustrin. Till exempel, genom att ersätta en aluminiumlegering med grafitplast vid tillverkningen av en flygplansvinglist gör det möjligt att minska antalet delar från 47 till 14, fästelement från 1464 till 8 bultar, minska vikten med 22 % och kostnaden med 25 % . Samtidigt är produktens säkerhetsmarginal 178%. Helikopterblad, jetmotorfläktblad rekommenderas att vara gjorda av polykondensationshartser fyllda med aluminiumsilikatfibrer, vilket gör det möjligt att minska flygplanets vikt samtidigt som styrkan och tillförlitligheten bibehålls.
Alla dessa exempel visar polymerernas enorma roll i vårt liv. Det är svårt att föreställa sig vilka material baserade på dem som fortfarande kommer att erhållas. Men det är säkert att säga att polymerer kommer att ta, om inte den första, så åtminstone en av de första platserna i produktionen. Det är ganska uppenbart att kvaliteten, egenskaperna och egenskaperna hos slutprodukterna direkt beror på polymerbearbetningstekniken. Vikten av denna aspekt tvingar oss att leta efter fler och fler nya sätt att bearbeta för att erhålla material med förbättrad prestanda. I denna uppsats övervägdes endast de viktigaste metoderna. Deras totala antal är inte begränsat till detta.
BIBLIOGRAFI
1. Pasynkov V.V., Sorokin V.S., Materials of electronic technology, - M .: Higher School, 1986.
2.A. A. Tager, Physicochemistry of polymers, M., kemi, 1978.
3. Tretyakov Yu.D., Kemi: Referensmaterial. – M.: Upplysningen, 1984.
4. Materialvetenskap / Ed. B.N. Arzamasov. - M .: Mashinostroenie, 1986.
5. Dontsov A. A., Dogadkin B. A., Shershnev V. A., Chemistry of elastomers, - M .: Chemistry, 1981.
Termoplaster är plaster som, när de väl är gjutna, är återvinningsbara. De kan upprepade gånger mjukna när de värms upp och hårdna när de kyls utan att förlora sina egenskaper. Detta är anledningen till det enorma intresset för återvinning av termoplastavfall – både hushålls- och industri.
Sammansättningen av kommunalt fast avfall (MSW) i huvudstaden skiljer sig markant från genomsnittet för Ryssland. Cirka 110 000 ton kommunalt fast avfall genereras årligen i Moskva. Av dessa utgör polymerer 8-10%, och i kommersiellt avfall från stora företag når denna siffra 25%.
Separat bör plastflaskor särskiljas i strukturen för MSW. Omkring 50 000 ton av dem slängs varje år bara i Moskva. Enligt resultaten från den internationella vetenskapliga och praktiska konferensen "Packaging and the Environment" är 30 % av allt polymeravfall flaskor gjorda av polyeten och polyvinylklorid. Men för närvarande, enligt State Unitary Enterprise "Promothody", bearbetas inte mer än 9 tusen ton polymeravfall isolerat från fast avfall årligen i Moskva och regionen. Och hälften av dem - på Moskva-regionens territorium. Vilka är orsakerna till så obetydlig återvinning av termoplastavfall?
Organisation av samlingen
Hittills finns det flera kanaler för insamling av plastavfall.
Den första och viktigaste är insamling och bortskaffande av avfall från stora köpcentra. Denna råvara är övervägande använda förpackningar och anses vara den mest "rena" och bäst lämpad för vidare användning.
Det andra sättet är selektiv sophämtning. I sydvästra Moskva genomför stadsförvaltningen tillsammans med State Unitary Enterprise Promothody ett sådant experiment. Särskilda tyska eurocontainrar har installerats på gårdarna till flera bostadshus. Lock för behållare med hål: runda - för PET-flaskor, en stor skåra - för papper. Containers är låsta och ständigt övervakade. På två år samlades 12 ton plastflaskor in. Idag omfattar projektet endast 19 bostadshus. Enligt experter, när man täcker ett territorium med en befolkning på mer än 1 miljon invånare, blir fördelarna med ett sådant system uppenbara.
Det tredje alternativet är sortering av fast avfall vid specialiserade företag (pilotcentret för industriavfallssortering Kotlyakovo, det privata företaget MSK-1 och andra avfallssorteringskomplex). Det är fortfarande ganska svårt att exakt bestämma volymen sorterat avfall, men andelen av denna källa av sekundära råvaror är redan märkbar. Vissa kommersiella organisationer, under kontroll av kommunala myndigheter, organiserar sina egna insamlingsställen för sekundära råvaror (inklusive polymeravfall) från befolkningen. Där sker vanligtvis primärsortering och pressning. Det finns dock väldigt få sådana platser i staden.
En betydande del av det återvunna materialet som går till bearbetning samlas olagligt in på deponier. Detta görs av privata företag, och ibland av förvaltningen av deponierna själva. Det insamlade och sorterade materialet säljs till återförsäljare eller direkt till tillverkare.
Vid bearbetning av termoplaster är likformigheten hos de använda polymererna, graden av kontaminering, färg och typ (film, flaskor, skrot), formen på det tillförda avfallet (komprimering, förpackning etc.) mycket viktiga. Beroende på dessa och ett antal andra parametrar kan en viss sats lämplighet för vidare bearbetning (och därmed dess marknadsvärde) fluktuera markant. Avfallspapper kostar mest.
Sortering, krossning och pressning kan utföras av många mellanhänder, avfallssorteringskomplex, processorer själva, strukturer för State Unitary Enterprise "Promotkhody".
I de flesta fall används manuell sortering, eftersom lämplig utrustning är dyr och inte alltid effektiv.
Polymeråtervinning
Det insamlade och sorterade avfallet kan återvinnas till sekundärt granulat eller omedelbart gå till produktion av nya produkter (shoppingkassar och påsar, engångsservis, videokassettfodral, lantmöbler, polymerrör, trä-polymerskivor, etc.).
Behandlingen av polymert hushållsavfall i industriell skala i Moskva utförs endast av OAO NII PM (produktion av produkter för den kommunala ekonomins behov som en del av programmet för separat avfallsinsamling i den sydvästra autonoma regionen och efter beställning av huvudstadens borgmästarkontor). State Unitary Enterprise "Promotkhody" utför krossning, tvättning och torkning, sedan transporteras flingorna till ett pris av $ 400 per ton för vidare bearbetning till PM:s forskningsinstitut.
Andra förädlare av sekundära råvaror är antingen för små (kapacitet upp till 20 ton per månad), eller under täckmantel av bearbetning är de engagerade i krossning och vidareförsäljning, i bästa fall lägger de till krossade råvaror till sina produkter. Nästan ingen är engagerad i storskalig produktion av sekundärt granulat och agglomerat i Moskva.
Enligt andra källor (N.M. Chalaya, NPO Plastic) är många små företag engagerade i bearbetning av polymerer som finns i Moskvas avfall, för vilka denna verksamhet inte är den huvudsakliga. De försöker att inte marknadsföra det, eftersom det allmänt anses att användningen av återvunnet material i produktionen av produkter försämrar dess kvalitet.
Ett typiskt företag för denna marknad är produktionskooperativet Vtorpolimer, som arbetar direkt med stadens deponi. Hemlösa som bor på soptippen samlar in allt plast där: flaskor, leksaker, trasiga hinkar, film etc. Mot en avgift överlämnas "varorna" till mellanhänder och de levererar till Vtorpolymer. Här tvättas saker som tjänat sin tid och skickas till återvinning. De sorteras efter färg, krossas och läggs till plast, som används för att tillverka installationsrör (de används i byggandet av nya hus för att isolera elektriska ledningar). Inköpspriset för smutsigt plastskrot är 1 tusen rubel. per ton, ren - 1,5 tusen. Mindre partier accepteras till ett pris av 1 och 1,5 rubel. per kg respektive.
Sortering av polymeravfall sker manuellt. Det huvudsakliga urvalskriteriet är produktens utseende eller motsvarande märkning. Utan märkning kan förpackningar gjorda av polystyren, polyvinylklorid eller polypropen inte visuellt urskiljas. Flaskor anses oftast vara PET, film - polyeten (den specifika typen av PE bestäms vanligtvis inte), även om det mycket väl kan vara PP eller PVC. Linoleum - främst PVC, expanderad polystyren (polystyren) är lätt att identifiera visuellt, nylonfibrer och tekniska produkter (spolar, bussningar) är vanligtvis gjorda av polyamid. Sannolikheten för sammanträffanden med denna sortering är cirka 80 %.
En analys av verksamheten hos företag som verkar på den sekundära materialmarknaden gör att vi kan dra följande slutsatser:
1) Priserna på sekundära material på marknaden bestäms av graden av deras förberedelse för bearbetning. Om vi tar kostnaden för jungfruligt lågdensitetspolyetengranulat som 100%, är priset på ren strimlad polyetenfilm förberedd för bearbetning från 8 till 13% av kostnaden för jungfrulig polymer. Priset på polyetenagglomerat är från 20 till 30% av kostnaden för den primära polymeren;
2) priset på de flesta granulära sekundära polymerer, i genomsnitt efter sammansättning, varierar från 45 till 70 % av priset på primära polymerer;
3) Priset på sekundära polymerer beror starkt på deras färg, det vill säga på kvaliteten på den preliminära sorteringen av polymeravfall efter färg. Skillnaden i priset på återvunna polymerer av rena och blandade färger kan nå 10-20%;
4) Priserna för produkter erhållna från primära och sekundära polymerer är som regel nästan desamma, vilket gör användningen av sekundära polymerer i produktionen extremt lönsam.
I genomsnitt varierar priset på polymeravfall isolerat från MSW, beroende på graden av beredning, sats och typ, från 1 till 8 rubel / kg. Inköpspriser från processorer, beroende på batch och nivån av kontaminering, visas i tabell 1.
| Typ av polymer | Pris för smutsigt avfall, gnugga. /kg | Pris för rent avfall, gnugga. /kg | Priser för rent avfall, $/t (per april 2002) |
| Polystyren | |||
| Polyamid | |||
| bord 1 |
Priset på rent maskinavfall är vanligtvis lika med priset på industri- och handelsavfall.
Marknadspriset för inköp av polymeravfall från MSW av processorn består av priset för inköp av mellanhanden från befolkningen (cirka 25% av kostnaden), avgiften för bildandet av stora mängder avfall, sortering, pressning och jämn tvättning för de dyraste (rena) råvarorna.
Priserna för produkter som agglomerat och granulat är i genomsnitt 12-24 rubel/kg (polyamid är dyrare än de andra - 35-50 rubel/kg, PET - från 20 rubel/kg). Vidareförädling ökar mervärdet beroende på produkttyp med 30-200 %.
Attraktionskraft för investeringar
Enligt de flesta experter är det lönsamt att investera i bearbetning av polymeravfall, men bara när man förlitar sig på statligt stöd och en rättslig ram inriktad på processorer av sekundära råvaror.
Idag består Moskva-marknaden av 20-30 små företag som är involverade i bearbetning av polymeravfall, främst av industriellt ursprung. Marknaden som helhet kännetecknas av informella relationer mellan processorer och leverantörer, en stor andel företag för vilka denna verksamhet är en sidoverksamhet, samt låga bearbetningsvolymer (12-17 tusen ton per år). Det kan antas att om det finns en stabil efterfrågan från förädlare på sådant avfall kommer volymen erbjudanden att växa.
Det bör noteras att mängden polymeravfall som faktiskt återvinns idag är en mycket liten del av stadsavfall. Och detta trots att efterfrågan på polymerer och produkter från dem ständigt ökar, och problemet med avfallshantering oroar stadens myndigheter alltmer.
Den begränsande faktorn vid byggandet av nya bearbetningsanläggningar är underutvecklingen av avfallsinsamlingssystemet och bristen på seriösa leverantörer. Sammanträffandet av intressen hos privata företag och staten på detta område bör oundvikligen leda till att lagar antas som tillgodoser återvinningsföretagens intressen.
Nutid och framtid
1. Den årliga volymen av PET-bearbetning i huvudstaden är 4-5 tusen ton per år. Moskvamyndigheternas planer inkluderar att senast 2003 organisera ett system för selektiv insamling av PET-behållare och att skapa två produktionskomplex för dess bearbetning med en kapacitet på 3 000 ton per år. För närvarande slutförs bygget av två privata PET-bearbetningsanläggningar med en total kapacitet på 6 000 ton årligen.
Under de kommande månaderna bör Moskva-regeringen anta bestämmelser som reglerar verksamheten hos polymerbearbetare (deras exakta innehåll är ännu inte känt). De befintliga och under uppförande anläggningarna är tillräckliga för att möta marknadens behov. Möjligheten till statligt stöd för projekten för det statliga enhetsföretaget "Promotkhody" och företaget "Inteko" (potentiell bearbetningskapacitet - 7-8 tusen ton per år) övervägs.
2. Volymen av PP-bearbetning i Moskva är 4-5 tusen ton per år, även om cirka 50-60 tusen ton slängs årligen i staden - främst film och storsäckar. Efter bearbetning tillsätts PP i form av granulat till de primära råvarorna eller används helt för tillverkning av plastredskap, shoppingkassar etc.).
Bristen på storskaliga återvinningsprojekt för denna polymer (som är fallet med PET) öppnar upp för stora investeringsmöjligheter. Det mest lönsamma i detta skede är bearbetningen av återvinningsbart material till granulat, eftersom konkurrensen är mycket hårdare inom konsumtionsvaruproduktion.
3. Volymen av PE-bearbetning är också 4-5 tusen ton per år. Den huvudsakliga typen av råmaterial är film, inklusive jordbruksfilm. Totalt slängs cirka 60-70 tusen ton polyetenavfall i staden varje år. I regel hanterar företag som är involverade i bearbetningen av PE också PP. Ett av de stora företagen som cirka 2,5 tusen ton per år passerar är Plastpoliten.
PE är mycket resistent mot föroreningar. Det befintliga förbudet mot användning av återvunna polymerråvaror vid tillverkning av livsmedelsförpackningar begränsar dock möjligheten till marknadsföring.
Det mest rationella för idag verkar alltså vara konstruktionen av ett industrikomplex för bearbetning av polyeten-, polypropen- och PET-avfall till granulat.
Denna produktion måste innehålla:
a) sortering (kräver särskild utbildning av personal för att minska andelen av en annan typ av polymer, vilket är mycket viktigt för produktkvaliteten);
b) tvättning (de största potentiella volymerna av råvaror sorteras vanligtvis inte och tvättas inte);
c) torkning, krossning, agglomerering.
Det är ekonomiskt mest lönsamt att placera detta komplex i närheten av Moskva-regionen, eftersom priserna på el, vatten, hyra av mark och industriutrymme är betydligt lägre där än i huvudstaden (se tabell 2).
| Typ av polymer | Pris för rent avfall, $/t | Pris för sekundärt granulat, $/t | Volym i MSW tusen ton per år |
| Tabell 2 |
För en effektiv drift av sådan produktion är statligt stöd nödvändigt. Kanske är det vettigt att delvis revidera de befintliga sanitära standarderna för bearbetning av fast avfall, samt att tvinga tillverkare av polymerprodukter att göra avdrag för bearbetning av polymeravfall. Dessutom bör omfattande åtgärder vidtas på nivån av Moskvas regering och individuella bostäder och kommunala tjänster, som syftar till att utveckla ett system för selektiv insamling och skapa ett nätverk av återvinningspunkter.
Statens ökade intresse för avfallshantering återspeglas redan i budgeten: från 2002 till 2010. det är planerat att spendera 519,2 miljoner rubel för dessa ändamål. från den federala budgeten. Budgetarna för förbundets ämnen förväntas fördelas fram till 2010. 11,4 miljarder rubel för genomförandet av uttagsprogrammet.
2001 spenderade Moskva 3,1 miljarder rubel på miljöskydd. Hittills är kostnaden för redan genomförda projekt för bearbetning av hushållsavfall 115,5 miljoner rubel.
Andrey Goliney,
1900-talet anses vara stålets och icke-järnmetallernas århundrade. Aluminium, koppar, järnlegeringar kan hittas överallt - i sänggavlar, broar, mekanismer av alla slag, beklädnadspaneler. Men som ett resultat av mekanisk bearbetning gick 50–80 % av det smälta materialet till flis. Experter fäste stora förhoppningar på den kemiska industrin i samband med en minskning av materialförbrukningen. Och ändå, trots ökningen av användningen av polymerer, var industrins resultat på 80-talet ungefär desamma: hälften av resurserna gick till spillo.
Uppenbarligen är den uppenbara tillgängligheten av polymerer en illusion. Råmaterialet som används för deras tillverkning är en naturlig sällsynthet. Tillgång till dess källor är en daglig och oföränderlig orsak och orsak till handel, diplomatiska och andra krig. Geografin för utvinning av naturresurser flyttas alltmer till platser som inte är så avlägsna. Därför talar man idag allt mer om behovet av att införa resursbesparande affärsmodeller.
Det unika med de tekniska metoderna för modern kemisk produktion ligger inte bara i förmågan att syntetisera material som framgångsrikt ersätter metall, papper eller trä.
De flesta av dagens industriella komplex i utvecklade ekonomier kan återvinna föråldrade polymerprodukter till nya som efterfrågas av användaren.
Återvunnen plast
Huvudklasserna av polymerer inkluderar:
- polyetener,
- polypropener,
- PVC,
- polystyrener (inklusive sampolymerer - ABS-plaster),
- polyamider,
- polyetentereftalat.
Produkter som har en komplex sammansättning separeras först och främst. För fysisk rengöring används olika mekanismer - vakuum, termisk, kryogen.
De vanligaste och mest ekonomiskt motiverade teknikerna är flotation och upplösning.
I det första fallet krossas plasten, nedsänkt i vatten. Det tillsätts även föreningar som påverkar olika plasters förmåga att absorbera fukt. Efter separation erhålls separerade polymerer.
I den andra metoden krossas komplexa komprimerade delar och utsätts successivt för olika lösningsmedel. För att återställa material i sin rena form utsätts de resulterande föreningarna för vattenånga. Som ett resultat av en exakt utförd process erhålls färdiga produkter med hög renhetsgrad. Ytterligare bearbetning av olika plaster kan ha sina egna egenskaper förknippade med polymerernas individuella egenskaper.
Polyeten av högt och lågt tryck (LDPE och HDPE).
Gruppen av dessa föreningar kallas även polyolefiner. De har funnit bred tillämpning inom alla typer av industri, medicin och jordbrukssektorn. PE är termoplaster - material lämpliga för omsmältning. Denna funktion används framgångsrikt av industrin, bearbetar sitt eget tekniska avfall för att minska driftskostnaderna.
Komplexiteten i återvinningen av använd plast beror på den partiella förstörelsen av dess ytor orsakad av solljus. Produkter som erhålls genom den vanliga bearbetningen av produkter: slipning, mekanisk rengöring, omsmältning, är inte av hög kvalitet. Oftast används sådan polyeten för tillverkning av extra hushållsutrustning.
Sekundär polyeten, som har genomgått kemisk modifiering, visar sig vara mer perfekt. Olika tillsatser som placeras i polymersmältan binder de förändrade molekylenheterna och jämnar ut ämnets struktur. Dicumylperoxid, vax, ligniner, skiffer används som modifierare. Tillsatser av vissa typer leder till att vissa egenskaper hos återvunnen PE förändras. Genom att kombinera dem kan du få ett material med nödvändiga parametrar.
Polypropen (PP)
Detta material återvinns sällan. Oftast har plast ett liv, trots sin utmärkta konsument 
egenskaper som tillåter användning av polymeren i livsmedelsindustrin. Trots god omsmältbarhet avskräcker den höga kostnaden för att upprätthålla hygien processorer. Ändå återanvänds i USA vart femte ton PP.
Enligt kemister tål PP inte mer än fyra omsmältningar. Vid varje uppvärmning ackumuleras en viss mängd deformerade molekylenheter, vilket påverkar materialets fysiska egenskaper. Sekundära granulat bearbetas lätt i extruder och formsprutningsmaskiner.
Återvunnen plast kräver ingen speciell modifiering. Dess parametrar är jämförbara med originalmaterialet, endast något reducerad frostbeständighet. Återigen finner polymeren användning i batterifodral, trädgårdsredskap, behållare och filmer.
Polyvinylklorid PVC
Materialet används för tillverkning av linoleum, efterbehandlingsfilmer. Plast är föremål för termisk nedbrytning. Vid temperaturer över 100° börjar oxidationen av makromolekyler ta fart, vilket leder till en försämring av materialets termoplastiska egenskaper.
Tekniken för extrudering med återvunnen PVC kräver speciell förberedelse: den ursprungliga råvarublandningen i smältan kan vara inhomogen. Fasta modifieringar av PVC som innehåller återvunnen plast kommer att ha ojämn inre belastning. För att minimera negativ påverkan utförs torrbearbetning av granulat i komprimatorer före extrudering. Som ett resultat av denna operation bildas fibrer som förstärker väggarna i nya produkter.
Oftare används återvunnen polyvinylklorid för att få plastisoler, vinylplaster. Pastor, lösningar, formsprutade produkter erhålls från dessa material. Bland de nya teknologierna vinner flerskiktsgjutning i popularitet. En egenskap hos metoden är tillverkningen av ett flerkomponentsark, vars varje lager har olika egenskaper.
Den yttre ytan av kompositen är bildad av en högkvalitativ polymer, de inre skikten är återvunnen plast.
Polystyren (UPS, PSM) ABS-plast
Olika typer av polystyren återvinns i en massa - slagtåliga modifieringar, sampolymerer, 
akrylnitrilbutadienstyren. Mångsidigheten hos produkter tillverkade av PS är ofta anledningen till att industrimän vägrar att bearbeta det. Priset för rengöring, sortering, modifiering är för högt.
Utsikter för plaståtervinning.
I utvecklade ekonomier når andelen plastbearbetning 26% av den genererade mängden - upp till 90 miljoner ton. Samtidigt volymen 
världsmarknaden är 600 miljarder dollar. Det inhemska segmentet av polymeråtervinning ser något mer blygsamt ut: 5,5 miljoner ton. Enligt experter överstiger den ryska industrins efterfrågan på monomerer och fullfjädrade modifierade termoplaster avsevärt deras utbud. Närvaron av dessa två faktorer leder till en ökning av den nationella kapaciteten för polymerbearbetning. Dessutom är tillväxttakten för industriella volymer inom detta område högre än de europeiska. Befintliga marknadstrender beaktas i regeringens prognoser. Prioriteringen av återutrustning av processindustrin är fastställd i den tjugoåriga sektorsplanen för utveckling av gas och petrokemi.
Under driften av produkter gjorda av polymerer uppstår avfall.
Använda polymerer under påverkan av temperatur, miljö, luftsyre, olika strålning, fukt, beroende på varaktigheten av dessa influenser, ändrar deras egenskaper. Betydande volymer av polymermaterial som har använts under lång tid och som slängs på deponier förorenar miljön, så problemet med återvinning av polymeravfall är extremt relevant. Samtidigt är dessa avfall bra råvaror med lämplig anpassning av sammansättningarna för tillverkning av produkter för olika ändamål.
Använda polymera byggmaterial inkluderar polymerfilmer som används för att täcka växthus, för förpackning av byggmaterial och produkter; ladugårdsgolv: valsade och kaklade polymermaterial för golv, ytbehandlingsmaterial för väggar och tak; värme- och ljudisolerande polymermaterial; behållare, rör, kablar, gjutna och profilprodukter m.m.
I processen för insamling och bortskaffande av sekundära polymera råmaterial används olika metoder för att identifiera polymerer. Bland de många metoderna är följande de vanligaste:
· IR-spektroskopi (jämförelse av spektra av kända polymerer med återvinningsbara);
Ultraljud (US). Det är baserat på dämpningen av USA. Index bestäms HL förhållandet mellan ljudvågens dämpning och frekvensen. Ultraljudsenheten är ansluten till en dator och installerad på den tekniska linjen för avfallshantering. Till exempel index HL LDPE 2.003 10 6 sek med en avvikelse på 1,0 %, och HL PA-66 - 0,465 106 sek med en avvikelse på ± 1,5%;
· Röntgenstrålar;
laser pyrolysspektroskopi.
Separeringen av blandat (hushålls-) avfallstermoplast per typ utförs med följande huvudmetoder: flotation, separering i flytande media, flygseparering, elektroseparering, kemiska metoder och djupkylningsmetoder. Den mest använda metoden är flotationsmetoden, som möjliggör separering av blandningar av industriella termoplaster som PE, PP, PS och PVC. Separering av plaster utförs genom att tillsätta ytaktiva ämnen till vatten, som selektivt ändrar sina hydrofila egenskaper. I vissa fall kan ett effektivt sätt att separera polymerer vara att lösa dem i ett vanligt lösningsmedel eller i en blandning av lösningsmedel. Genom att behandla lösningen med ånga, isoleras PVC, PS och en blandning av polyolefiner; produkters renhet - inte mindre än 96%. Flotation och separationsmetoder i tunga medier är de mest effektiva och kostnadseffektiva av alla de som listas ovan.
Återvinning av använda polyolefiner
Avfall från jordbruks-PE-film, gödselpåsar, rör för olika ändamål, ur drift, avfall från andra källor, samt blandat avfall ska kasseras med efterföljande användning. För detta används speciella extruderingsanläggningar för deras bearbetning. Vid mottagande av polymeravfall för bearbetning måste smältflödet vara minst 0,1 g/10 min.
Innan behandlingen påbörjas utförs en grov separering av avfall, med hänsyn till deras särdrag. Därefter utsätts materialet för mekanisk slipning, som kan vara antingen vid normal (rums)temperatur eller i en kryogen metod (i en miljö med köldmedier, till exempel flytande kväve). Strimlat avfall matas in i tvättmaskinen för tvätt, som utförs i flera steg med speciella tvättblandningar. Massan urvriden i en centrifug med en fukthalt på 10–15 % matas för slutlig uttorkning till en tork, till en restfukthalt på 0,2 % och sedan till en extruder. Polymersmältan matas av extruderskruven genom filtret in i stränghuvudet. Kassetten eller upprullningsfiltret används för att rengöra polymersmältan från olika föroreningar. Den renade smältan pressas genom stränghålen på huvudet, vid vars utgång strängarna skärs med knivar till granuler av en viss storlek, som sedan faller in i kylkammaren. Genom att passera en speciell installation torkas granulatet, torkas och packas i påsar. Om det är nödvändigt att bearbeta tunna PO-filmer, används en agglomerator istället för en extruder.
Torkning av avfall utförs med olika metoder, med användning av hylla, bälte, hink, fluidiserad bädd, virvel och andra torkar, vars produktivitet når 500 kg/h. På grund av den låga densiteten flyter filmen och smutsen lägger sig på botten.
Dehydrering och torkning av filmen utförs på en vibrerande skärm och i en virvelseparator, dess återstående fukthalt är inte mer än 0,1%. För att underlätta transport och efterföljande bearbetning till produkter granuleras filmen. Under granuleringsprocessen komprimeras materialet, dess vidare bearbetning underlättas, egenskaperna hos sekundära råvaror medelvärdes, vilket resulterar i ett material som kan bearbetas på standardutrustning.
För plasticering av krossat och renat polyolefinavfall används enskruvsextruder med skruvlängd (25–33). D, utrustad med ett kontinuerligt filter för smältrening och har en avgasningszon, vilket gör det möjligt att erhålla granuler utan porer och inneslutningar. Vid bearbetning av förorenat och blandat avfall används skivextrudrar av speciell design, med korta flertrådiga maskar (3,5–5) långa D med ett cylindriskt munstycke i extruderingszonen. Materialet smälter på kort tid och snabb homogenisering av smältan säkerställs. Genom att ändra gapet mellan konmunstycket och skalet kan du justera skjuvkraften och friktionskraften, samtidigt som du ändrar smältningssättet och homogeniseringen av bearbetningen. Extrudern är utrustad med en avgasningsenhet.
Granulat produceras huvudsakligen på två sätt: huvudgranulering och undervattensgranulering. Valet av granuleringsmetod beror på egenskaperna hos den termoplast som bearbetas och i synnerhet på viskositeten hos dess smälta och vidhäftning till metallen. Vid granulering på huvudet pressas polymersmältan ut genom ett hål i form av trådar, som skärs av av knivar som glider längs spinndysplattan. De resulterande granulerna med en storlek på 4–5 mm (i längd och diameter) kasseras med en kniv från huvudet in i kylkammaren och matas sedan in i fuktutsugningsanordningen.
Vid användning av utrustning med stor enhetskapacitet används undervattensgranulering. Med denna metod extruderas polymersmältan i form av strängar genom hålen i formplattan på formen. Efter att ha passerat genom ett kylbad med vatten kommer strängarna in i skäranordningen, där de skärs till pellets av roterande skärare.
Temperaturen på kylvattnet som kommer in i badet längs strängarnas motström hålls inom 40–60 °C, och vattenmängden är 20–40 m 3 per 1 ton granulat.
Beroende på storleken på extrudern (storleken på skruvdiametern och dess längd), varierar produktiviteten beroende på polymerens reologiska egenskaper. Antalet utloppshål i huvudet kan vara i intervallet 20–300.
Ur granulatet erhålls förpackningar för hushållskemikalier, hängare, konstruktionsdelar, lastpallar för godstransport, avgasrör, foder av dräneringskanaler, tryckfria rör för melioration och andra produkter, som kännetecknas av minskad hållbarhet jämfört med produkter erhållna från jungfrulig polymer. Studier av mekanismen för nedbrytningsprocesser som inträffar under drift och bearbetning av polyolefiner, deras kvantitativa beskrivning tillåter oss att dra slutsatsen att produkterna som erhålls från återvunnet material måste ha reproducerbara fysiska, mekaniska och tekniska indikatorer.
Mer acceptabelt är tillsatsen av sekundära råvaror till det primära i en mängd av 20–30%, såväl som införandet av mjukgörare, stabilisatorer, fyllmedel upp till 40–50% i polymerkompositionen. Kemisk modifiering av återvunna polymerer, såväl som skapandet av högfyllda återvunna polymermaterial, möjliggör en ännu bredare användning av använda polyolefiner.
Modifiering av återvunna polyolefiner
Metoder för att modifiera återvunna polyolefinråvaror kan delas in i kemiska (tvärbindning, införande av olika tillsatser, främst av organiskt ursprung, behandling med kiselorganiska vätskor etc.) och fysikaliska och mekaniska (fyllning med mineraliska och organiska fyllmedel).
Till exempel uppnås det maximala innehållet i gelfraktionen (upp till 80 %) och de högsta fysikaliska och mekaniska egenskaperna hos tvärbunden HLDPE med införandet av 2–2,5 % dikumylperoxid på rullar vid 130°C under 10 min. Den relativa brottöjningen för ett sådant material är 210 %, smältflödet är 0,1–0,3 g/10 min. Graden av tvärbindning minskar med en ökning av temperaturen och en ökning av valsningens varaktighet som ett resultat av en konkurrerande nedbrytningsprocess. Detta gör att du kan justera graden av tvärbindning, fysiska, mekaniska och tekniska egenskaper hos det modifierade materialet. En metod har utvecklats för att gjuta produkter från HLDPE genom att introducera dikumylperoxid direkt i processen, och prototyper av rör och gjutna produkter som innehåller 70–80 % av gelfraktionen har tagits fram.
Införandet av vax och elastomer (upp till 5 delar i vikt) förbättrar avsevärt bearbetbarheten av VPE, ökar de fysiska och mekaniska egenskaperna (särskilt brottförlängning och sprickbeständighet - med 10% respektive från 1 till 320 timmar) och minskar deras spridning, vilket indikerar en ökning av materialets homogenitet.
Modifiering av HLDPE med maleinsyraanhydrid i en skivextruder leder också till en ökning av dess styrka, värmebeständighet, vidhäftningsförmåga och motståndskraft mot fotoåldring. I detta fall uppnås den modifierande effekten vid en lägre koncentration av modifieringsmedlet och en kortare varaktighet av processen än med införandet av elastomer. Ett lovande sätt att förbättra kvaliteten på polymermaterial från återvunna polyolefiner är termomekanisk behandling med kiselorganiska föreningar. Denna metod gör det möjligt att erhålla produkter från återvunnet material med ökad styrka, elasticitet och motståndskraft mot åldrande.
Modifieringsmekanismen består i bildandet av kemiska bindningar mellan siloxangrupperna i den organiska kiselvätskan och omättade bindningar och syrehaltiga grupper av sekundära polyolefiner.
Den tekniska processen för att erhålla ett modifierat material inkluderar följande steg: sortering, krossning och tvätt av avfall; avfallsbehandling med organisk kiselvätska vid 90±10 °C i 4–6 timmar; torkning av modifierat avfall genom centrifugering; omgranulering av modifierat avfall.
Utöver fastfasmodifieringsmetoden föreslås en metod för att modifiera VPE i lösning, som gör det möjligt att erhålla ett VLDPE-pulver med en partikelstorlek på högst 20 μm. Detta pulver kan användas för bearbetning till produkter genom rotationsgjutning och för beläggning genom elektrostatisk sprutning.
Fyllda polymermaterial baserade på återvunna polyetenråvaror
Av stort vetenskapligt och praktiskt intresse är skapandet av fyllda polymera material baserade på återvunna polyetenråvaror. Användningen av polymera material från återvunnet material som innehåller upp till 30% fyllmedel kommer att göra det möjligt att frigöra upp till 40% av primära råvaror och skicka det till produktion av produkter som inte kan erhållas från sekundära råvaror (tryckrör, förpackningsfilmer) , återanvändbara transportbehållare etc.).
För att erhålla fyllda polymera material från återvunnet material är det möjligt att använda dispergerade och förstärkande fyllmedel av mineraliskt och organiskt ursprung, samt fyllmedel som kan erhållas från polymeravfall (krossat härdplastavfall och gummismulor). Nästan allt termoplastavfall kan fyllas, liksom blandavfall, vilket även för detta ändamål är att föredra ur ekonomisk synpunkt.
Till exempel är ändamålsenligheten med att använda lignin associerad med närvaron av fenoliska föreningar i det, vilket bidrar till stabiliseringen av WPE under drift; glimmer - med produktion av produkter med låg krypning, ökad värme- och väderbeständighet, och kännetecknas också av lågt slitage på bearbetningsutrustning och låg kostnad. Kaolin, kalksten, oljeskifferaska, kolsfärer och järn används som billiga inerta fyllmedel.
Med införandet av fint dispergerat fosfogips granulerat i polyetenvax i WPE erhölls kompositioner med ökad brottöjning. Denna effekt kan förklaras av den mjukgörande effekten av polyetenvax. Sålunda är draghållfastheten för VPE fylld med fosfogips 25 % högre än för VPE, och dragmodulen är 250 % högre. Den förstärkande effekten när glimmer införs i HPE är förknippad med egenskaperna hos fyllmedlets kristallina struktur, ett högt karakteristiskt förhållande (förhållandet mellan flingdiametern och tjockleken) och användningen av krossad, pulverformig WPE gör att du kan bevara flingornas struktur med minimal förstörelse.
Bland polyolefiner, tillsammans med polyeten, faller betydande volymer på produktionen av produkter från polypropen (PP). De ökade hållfasthetsegenskaperna hos PP i jämförelse med polyeten och dess motståndskraft mot miljön indikerar relevansen av dess återvinning. Den sekundära PP innehåller ett antal föroreningar, såsom Ca, Fe, Ti, Zn, som bidrar till kristallbildningskärnorna och skapandet av en kristallin struktur, vilket leder till en ökning av polymerens styvhet och höga värden av både den initiala elasticitetsmodulen och kvasi-jämviktsmodulen. För att bedöma polymerernas mekaniska prestanda används metoden för relaxationsspänningar vid olika temperaturer. Sekundär PP under samma förhållanden (i temperaturområdet 293–393 K) tål mycket högre mekaniska påkänningar utan förstörelse än den primära, vilket gör det möjligt att använda den för tillverkning av stela strukturer.
Återvinning av använd polystyren
Använd polystyrenplast kan användas inom följande områden: återvinning av tekniskt avfall av högslagspolystyren (HIPS) och akrylnitrilbutadienstyren (ABS) - plast genom formsprutning, extrudering och pressning; omhändertagande av använda produkter, EPS-avfall, blandat avfall, omhändertagande av starkt förorenat industriavfall.
Betydande volymer polystyren (PS) faller på skummade material och produkter gjorda av dem, vars densitet är i intervallet 15–50 kg/m 3 . Dessa material används för att tillverka formmatriser för förpackningar, kabelisolering, lådor för packning av grönsaker, frukt och fisk, isolering för kylskåp, kylskåp, pallar för snabbmatsrestauranger, formsättningar, värme- och ljudisoleringsskivor för isolering av byggnader och strukturer, etc. Dessutom, vid transport av använda sådana produkter, reduceras transportkostnaderna kraftigt på grund av den låga bulkdensiteten hos skummat PS-avfall.
En av huvudmetoderna för återvinning av skumplastavfall är en mekanisk återvinningsmetod. För agglomerering används specialdesignade maskiner och för extrudering används dubbelskruvextrudrar med avgasningszoner.
Konsumentpunkten är den huvudsakliga platsen för mekanisk återvinning av använda EPS-produkter. Förorenat skummat PS-avfall är föremål för kontroll och sortering. Samtidigt avlägsnas föroreningar i form av papper, metall, andra polymerer och olika inneslutningar. Polymeren krossas, tvättas och torkas. Polymeren dehydratiseras genom centrifugering. Den slutliga malningen utförs i en trumma, och från den kommer avfallet in i en speciell extruder, i vilken polymeren som förbereds för bearbetning komprimeras och smälts vid en temperatur på cirka 205–210 °C. För ytterligare rening av polymersmältan installeras ett filter, som fungerar på principen att återlinda filtermaterialet eller en kassetttyp. Den filtrerade polymersmältan går in i avgasningszonen, där skruven har en djupare gänga jämfört med kompressionszonen. Därefter kommer polymersmältan in i stränghuvudet, strängarna kyls, torkas och granuleras. I processen för mekanisk regenerering av PS-avfall sker processer för destruktion och strukturering, så det är viktigt att materialet utsätts för minimal skjuvspänning (en funktion av skruvgeometri, hastighet och smältviskositet) och en kort uppehållstid under termomekanisk belastning . Reduktionen av destruktiva processer utförs på grund av halogeneringen av materialet, såväl som införandet av olika tillsatser i polymeren.
Den mekaniska återvinningen av expanderad polystyren regleras utifrån användningsområdet för den återvunna polymeren, till exempel för tillverkning av isolering, kartong, beklädnad etc.
Det finns en metod för depolymerisation av polystyrenavfall. För att göra detta krossas PS eller skummat PS-avfall, laddas i ett förseglat kärl, värms upp till sönderdelningstemperaturen, och den frigjorda sekundära styrenen kyls i ett kylskåp och den sålunda erhållna monomeren samlas upp i ett förseglat kärl. Metoden kräver fullständig tätning av processen och betydande energiförbrukning.
Återvinning av använd polyvinylklorid (PVC)
Återvinning av återvunnen PVC innebär bearbetning av använda filmer, rördelar, rör, profiler (inklusive fönsterramar), behållare, flaskor, tallrikar, rullmaterial, kabelisolering m.m.
Beroende på sammansättningen av sammansättningen, som kan bestå av vinylplast eller plastblandning och syftet med återvunnen PVC, kan återvinningsmetoderna vara olika.
För återvinning tvättas PVC-produktavfall, torkas, krossas och separeras från olika inneslutningar, inkl. metaller. Om produkter är gjorda av kompositioner baserade på mjukgjord PVC, används oftast kryogen malning. Om produkterna är gjorda av styv PVC, används mekanisk krossning.
Den pneumatiska metoden används för att separera polymeren från metallen (ledningar, kablar). Den separerade mjukgjorda PVC-en kan bearbetas genom extrudering eller formsprutning. Den magnetiska separationsmetoden kan användas för att avlägsna metall- och mineralinneslutningar. För att separera aluminiumfolien från termoplasten används uppvärmning i vatten vid 95–100 °C.
Separering av etiketter från oanvändbara behållare görs genom nedsänkning i flytande kväve eller syre vid en temperatur på cirka -50 °C, vilket gör etiketterna eller klistermedlet spröda och gör att de enkelt kan strimlas och separeras från ett homogent material, som t.ex. papper. För bearbetning av konstläder (IR) avfall, PVC-baserade linoleumer, föreslås en metod för torr beredning av plastavfall med hjälp av en komprimator. Det omfattar ett antal tekniska operationer: malning, separation av textilfibrer, plasticering, homogenisering, kompaktering och granulering, där även tillsatser kan införas.
Kabelavfall med PVC-isolering kommer in i krossen och matas av en transportör till den kryogena gruvans lastbehållare, som är en förseglad behållare med en speciell transportskruv. Flytande kväve tillförs gruvan. Det kylda krossade avfallet lastas av till slipmaskinen och därifrån går det in i metallsepareringsanordningen, där den spröda polymeren avsätts och passerar genom separatortrummans elektrostatiska korona och kopparn återvinns där.
Betydande volymer av använda PVC-flaskor kräver olika metoder för bortskaffande. Anmärkningsvärt är metoden för att separera PVC från olika föroreningar beroende på densiteten av kalciumnitratlösningen i badet.
Den mekaniska processen för återvinning av PVC-flaskor tillhandahåller huvudstadierna i processen för bearbetning av avfall av sekundära termoplaster, men i vissa fall har den sina egna särdrag.
Under driften av olika byggnader och strukturer bildas betydande volymer av metall-plastfönsterramar baserade på PVC-kompositioner som var i bruk. Återvunna PVC-bågar med ramar, som var i bruk, innehåller cirka 30 viktprocent. PVC och 70 viktprocent. glas, metall, trä och gummi. I genomsnitt innehåller en fönsterram cirka 18 kg PVC. De inkommande ramarna lastas av i en container 2,5 m bred och 6,0 m lång. Därefter pressas de på en horisontell press och förvandlas till sektioner upp till i genomsnitt 1,3–1,5 m långa, varefter materialet ytterligare pressas med hjälp av en rulle och matas till chopper där rotorn roterar med en justerbar hastighet. En stor blandning av PVC, metall, glas, gummi och trä matas till transportören och sedan till den magnetiska separatorn, där metallen separeras, och sedan kommer materialet in i den roterande metallsepareringstrumman. Denna blandning klassificeras i partikelstorlekar<4 мм, 4–15 мм, 15–45 мм, >45 mm.
Fraktioner (>45 mm) större än vanligt returneras för återkrossning. En bråkdel av 15–45 mm i storlek skickas till en metallavskiljare och sedan till en gummiavskiljare, som är en roterande trumma med gummiisolering.
Efter att metallen och gummit avlägsnats skickas denna grova fraktion tillbaka för slipning för ytterligare storleksminskning.
Den resulterande blandningen med en partikelstorlek på 4-15 mm, bestående av PVC, glas, finrester och träavfall från silon matas genom en separator till en trumsil. Här delas materialet återigen upp i två fraktioner med partikelstorlekar: 4–8 och 8–15 mm.
Två separata processlinjer används för varje partikelstorleksintervall, för totalt fyra processlinjer. Separationen av trä och glas sker i var och en av dessa bearbetningslinjer. Träet separeras med hjälp av lutande vibrerande luftsilar. Trä, som är lättare än andra material, transporteras nedåt av luftflödet, medan tyngre partiklar (PVC, glas) transporteras uppåt. Glasseparering utförs på liknande sätt på efterföljande silar där de lättare partiklarna (dvs PVC) transporteras nedåt medan de tunga partiklarna (dvs glas) transporteras uppåt. Efter borttagning av trä och glas kombineras PVC-fraktioner från alla fyra bearbetningslinjerna. Metallpartiklar detekteras och avlägsnas elektroniskt.
Renad polyvinylklorid kommer in i verkstaden där den fuktas och granuleras till en storlek av 3–6 mm, varefter granulatet torkas med varmluft till en viss fukthalt. Polyvinylklorid delas upp i fyra fraktioner med en partikelstorlek på 3, 4, 5 och 6 mm. Eventuella överdimensionerade granuler (dvs > 6 mm) återförs till området för omslipning. Gummipartiklar separeras från PVC på vibrerande siktar.
Det sista steget är en optoelektronisk färgsorteringsprocess som separerar de vita PVC-partiklarna från de färgade. Detta görs för bråkdelar av varje storlek. Eftersom mängden färgad PVC är liten jämfört med vit PVC, dimensioneras vita PVC-fraktioner och lagras i separata behållare medan de färgade PVC-strömmarna blandas och lagras i en behållare.
Processen har några speciella egenskaper som gör verksamheten miljövänlig. Luftföroreningar uppstår inte då malningen och luftseparationen är utrustad med ett dammutsugssystem som samlar upp damm, papper och folie i luftströmmen och matar dem till mikrofilterfällan. Kvarnen och trumsilen är isolerade för att minska förekomsten av buller.
Vid våtslipning och tvätt av PVC från föroreningar tillförs vatten för återrengöring.
Återvunnen PVC används vid tillverkning av nya samextruderade fönsterprofiler. För att erhålla den höga ytkvalitet som krävs för co-extruderade profilerade fönsterbågar, är insidan av ramarna gjorda av återvunnen PVC och utsidan av ny PVC. De nya ramarna innehåller 80 viktprocent återvunnen PVC och är jämförbara i mekaniska och prestandaegenskaper med ramar gjorda av 100 % ny PVC.
De viktigaste metoderna för återvinning av PVC-plastavfall inkluderar formsprutning, extrudering, kalandrering och pressning.
Annonser för köp och försäljning av utrustning finns att se på
Du kan diskutera fördelarna med polymerkvaliteter och deras egenskaper på
Registrera ditt företag i Företagskatalogen