Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса 7
1.1 Использование термопластов в производстве композиционных материалов 7
1.2 Полимерные отходы в качестве вторичного сырья для получения композиционных материалов
1.2.1 Классификация вторичных полимерных ресурсов 13
1.2.2 Существующие способы переработки полимеров и применяемое оборудование 14
1.3 Наполнители композиционных материалов 16
1.3.1 Классификация наполнителей 17
1.4 Модификаторы композиционных материалов 23
1.4.2 Совместимость полимерных материалов 24
ГЛАВА 2 Объекты и методы исследований 35
2.1 Характеристика объектов исследования 35
2.1.1 Анализ физико-химических характеристик вторичного сырья , 35
2.1.2 Характеристика связующего композиционных материалов 38
2.1.3 Анализ физико-химических характеристик используемых модификаторов 40
2.2 Характеристика методов экспериментальных исследований 44
2.2.1 Определение фракционного состава наполнителей 44
2.2.2 Определение насыпной плотности наполнителей 44
2.2.3 Определение влажности наполнителей 45
2.2.4 Определение физико-химических характеристик применяемых материалов .47
2.2.5 Метод количественной оценки кривой ДТА для определения величины изменения энтальпии 53
2.2.6 Методика определения физико-механических и эксплуатационных свойств древеснополимерных материалов 5 5
ГЛАВА 3 Экспериментальная часть и обсуждение результатов 60
3.1 Определение физико-механических характеристик исходного сырья 60
3.2 Модификация древесного наполнителя этилен-пропиленовым каучуком (СКЭПТ) 64
3.3 Модификация древесного наполнителя клеевыми латексньши композициями (КЛК) 70
3.3.1 Термоаналитический анализ древеснополимерных материалов и их исходных компонентов 84
ГЛАВА 4 Оптимизация технологических параметров, состава и расчет экономической эффективности производства древеснополимерных материалов 91
4.1 Оптимизация состава и технологических параметров получения древеснополимерных материалов и построение расчетно--статистических моделей 91
4.2 Расчет экономической эффективности производства древеснополимерных материалов 99
Выводы по библиографический список использованой
Литературы
- Существующие способы переработки полимеров и применяемое оборудование
- Характеристика связующего композиционных материалов
- Модификация древесного наполнителя этилен-пропиленовым каучуком (СКЭПТ)
- Расчет экономической эффективности производства древеснополимерных материалов
Введение к работе
Актуальность работы. В условиях возрастающего дефицита сырьевых ресурсов и ухудшения экологической обстановки встает вопрос о широком использовании промышленных и бытовых отходов. Ежегодно только в России образуется 60 млн.т отходов, для их захоронения используется 90 тыс. га земель. Около 8 % от общего количества отходов составляют пластмассы, большая часть которых приходится на долю полиэтилена (ПЭ). В настоящее время многие предприятия, в том числе деревообрабатывающего профиля, где образуется от 20 до 50 % отходов от общего объема перерабатываемых материалов (тонкомеры, древесная стружка, опилки, кусковые отходы и т.д.) нуждаются в совершенствовании технологии и повышении уровня использования сырьевых и энергетических ресурсов. Использование вторичных полимеров в составе композиционных материалов частично решает не только экологическую проблему, но и является экономически целесообразным, т.к. при переработке отходов затрачивается только 10 % энергии, необходимой для выпуска такого же количества исходных материалов. Поэтому развитие физико-химических основ адгезионного взаимодействия синтетических полимерных и растительных материалов отвечает возникшим приоритетам в данной области.
Цель работы. Разработка научных основ технологии получения древес-нополимерных материалов (ДПМ) на основе вторичного полиэтилена (ВПЭ) и растительньж наполнителей с использованием физико-химического подхода к исследованию и обоснованию степени адгезионного взаимодействия синтетических полимерных и растительных компонентов.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
анализ свойств синтетического полимерного и растительного сырья и выбор наиболее эффективных методов получения композиционных материалов;
теоретическое обоснование предпосылок адгезионного взаимодействия древесного наполнителя и термопластичных полимеров в составе древеснополимерных материалов;
изучение влияния основных свойств модифицирующих агентов и древесного наполнителя на физико-механические показатели композиционных материалов;
разработка технологии получения древеснополимерных материалов с оптимальным составом на базе лабораторного оборудования и исследование свойств опытных образцов в зависимости от ингредиентного состава и параметров технологического режима;
оптимизация процесса получения древеснополимерных материалов с использованием критериальной базы и компьютерной обработки экспериментально-статистических данных;
подготовка практических рекомендаций по рецептурному составу и технологии изготовления древеснополимерных материалов. Научная новизна. Определена степень адгезионного взаимодействия
древесного наполнителя с вторичным псушэтиляпом путем 'расчета физико-
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ t БИБЛИОТЕКА
9 *»/)mw/
^ИМЩ
химических показателей (угол смачивания, поверхностное натяжение, поверхностная энергия, энтальпия разложения композита и его компонентов) с последующим расчетом адгезионного взаимодействия. Результаты математического анализа физико-химических показателей подтверждены дериватографическими исследованиями и физико-механическими испытаниями.
Определено влияние технологических параметров и состава на свойства древеснополимерных материалов.
Определены составы модифицирующих агентов на основе клеевых ла-тексных композиций (КЛК) и этилен - пропиленового каучука для получения композиционных материалов с улучшенными прочностными показателями.
Получена расчетно-статистическая модель на основе системы регрессионных уравнений, адекватно описывающих влияние состава и технологических параметров на свойства древеснополимерных материалов.
Практическая ценность. Установлена возможность использования клеевых латексных композиций и этилен - пропиленового каучука в качестве модифицирующих добавок при производстве древеснополимерных КОМПОЗИЦИЙ. Разработаны и внедрены рецептуры композиций, позволяющие комплексно использовать вторичные полиэтиленовые и растительные отходы.
Обоснована возможность подбора модифицирующего агента, обеспечивающего полученным композиционным материалам необходимый уровень физико-механических показателей путем теоретического расчета степени адгезионного взаимодействия компонентов.
Определены технологические и технические характеристики разработанных композиций и возможные области их применения.
Апробация работы. По результатам научной работы подготовлены и предложены оптимальные режимы производства древеснополимерных материалов на основе полимерного связующего и древесного наполнителя с использованием в качестве модифицирующих агентов клеевых латексных композиций. Ряд технологических рекомендаций получили производственное испытание и внедрение в условиях участка ООО «Поливтор» по производству плитных материалов с использованием вторичного полиэтилена.
Основные материалы диссертационной работы изложены и обсуждены на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием (Воронеж, 17-19 сентября 2001 года), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии, Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. На защиту выносятся:
1. Рецептурно-технологическое оформление производства древеснопо
лимерных материалов на основе вторичного полиэтилена и сырья растительно
го происхождения.
2. Эффективные модифицирующие агенты, которые обеспечивают необ
ходимый уровень физико-механических показателей композиций.
Систему расчетно-статистических уравнений и оптимизацию на их основе технологического режима производства древеснополимерных материалов.
4. Результаты теоретических расчетов адгезионного взаимодействия компонентов, подтвержденные дериватографическими исследованиями и физико-механическими испытаниями.
Достоверность полученных результатов обеспечена применением современных методов исследования (физико-химический, термодинамический, термический) с использованием методов планирования экспериментов и оптимизации полученных данных.
Полученные данные не противоречат общенаучным и общетеоретическим положениям.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 8 публикациях, три из которых в центральной печати.
Структура и объем диссертадии. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложений. Материалы работы изложены на 150 страницах машинописного текста, содержат 11 рисунков, 23 таблицы и 4 приложения. Список использованных источников включает 120 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Существующие способы переработки полимеров и применяемое оборудование
В настоящее время производство прессованных изделий с использованием термореактивных смол нашло широкое применение в различных отраслях народного хозяйства [4, 5, 6]. Получаемые материалы на основе данных смол стали полноценными заменителями цветных и черных металлов. Также они применяются для изготовления мебельных, строительных изделий и другой продукции [7, 8]. Однако, их использование приводит к длительной миграции формальдегида в окружающую среду, оказывающего негативное влияние на объекты животного и растительного мира [9, 10, 11].
Из литературы известно, что формальдегид является токсичным, канцерогенным и мутагенным веществом [12]. Поэтому в настоящее время большое значение приобретает проблема снижения содержания токсичных компонентов, в частности формальдегида, в окружающей природной среде. Одним из решений данной проблемы является создание экологически чистого производства, способного снизить содержание формальдегида в промышленных отходах до минимума [13, 14]. Достижение поставленной задачи в отраслях деревообрабатывающей промышленности, направленной на производство мебели, возможно по средствам создания композиционных материалов на основе экологически чистых продуктов. При этом в качестве связующих в таких композициях могут выступать термопласты (полиэтилен, полистирол, полипропилен, поливинил-хлорид и их сополимеры) [15, 16].
Использование в производстве композиционных материалов термопластов позволяет решить экологические и некоторые физико-механические проблемы. Эти материалы, не имеют ограничений по санитарно-техническим нор мам в строительстве [17], обладают комплексом ценных свойств: высокими диэлектрическими характеристиками, сохраняющимися в широком интервале температур, химической стойкостью, значительной теплостойкостью и в большинстве случаев морозостойкостью, прочностью, небольшим удельным весом и т.д. [18, 19]. Однако, нередко те особенности структуры, которые обуславливают эти свойства, оказываются одновременно причиной, препятствующей тому или иному специфичному применению материала. Так незначительная полярность полиолефинов (большая разница в плотностях энергии когезии) с одной стороны, сообщает им прекрасные диэлектрические свойства и химическую стойкость, с другой - приводит к ограниченной адгезии к различным наполнителям в связи с чем получаемые композиции характеризуются невысоким уровнем свойств - низкая водостойкость, механическая прочность и др. [2].
При увеличении размера древесных частиц отмечается монотонное снижение ударной вязкости наполненных материалов из поливинилхлорида (ПВХ) - и повышение показателя текучести расплава [20]. Особенно значительно снижение физико-механических свойств, для случая использования частиц крупного размера (5 мм и выше), когда при течении проявляются признаки нестабильности - нарушение сплошности потока расплава [21,22,].
Так благодаря своим хорошим физико-механическим свойствам полипропилен [ПП] стал одним из наиболее широко используемых полимеров [23]. Однако при переработке полипропилена в изделия и при их эксплуатации возникает ряд проблем, связанных со склонностью к термоокислительному старению (деструкции) под действием тепла и кислорода. Это, обусловлено строением молекул полипропилена, содержащих атомы третичного углерода. Введение наполнителя приводит к изменению свойств полипропилена. В ряде случаев повышаются физико-механические показатели материала, улучшается его перера-батываемость в изделие и т.д. [24]. В настоящее время применение термопластичных полимеров в чистом виде в качестве связующих композиционных ма териалов имеет ограниченное применение. Основной причиной является то, что композиционные материалы на их основе уступают по прочности аналогичным материалам на основе термореактопластов. Так же использование исходных полимеров очень дорого, их стоимость составляет большую часть стоимости готового изделия. Поэтому их применение ограничивается областями декоративных, тепло-, звукоизоляционных материалов, применение же их в качестве конструкционного материала проблематично.
Наиболее перспективным направлением создания древеснополимерных материалов является использование в качестве связующего при их производстве вторичного полимерного сырья [25, 26].
В данное время имеется много местного материала, который можно успешно использовать в качестве связующего для производства различных строительных изделий в частности плинтусов, плитки пола и большого количества отделочных материалов. Причем это бытовые и промышленные отходы полимерных материалов до недавнего времени просто вывозимые на свалки [27,28].
Ежегодно только в России образуется 60 млн.т отходов, для захоронения которых используется 90 тыс. га земель. Около 8 % в общем, числе отходов составляют пластмассы. Объем синтетических полимерных отходов, поступающих только от Москвы, составляет 320 тыс. т. в год. Доля синтетических полимерных материалов в общем количестве образующихся бытовых отходов достигает 18 об. %.
Характеристика связующего композиционных материалов
Сама по себе древесина не вступает в химическое взаимодействие с термопластичными полимерами. Это можно объяснить инертностью низко функционального вторичного полиэтилена (ВПЭ), который способен лишь физически обволакивать частицы древесины, не образуя с ней химической связи. Древесина при этом является инертным наполнителем.
Химическое взаимодействие древесины и термопластичных полимеров может быть достигнуто путем активации полимера или модификации древесного наполнителя би- или полифункциональными соединениями, способными взаимодействовать одновременно с компонентами древесины и полимера [67, 42, 100].
Имеющиеся литературные данные [42, 72] по такому наполнителю как подсолнечная лузга показали, что лузга представляет собой одресневевшую растительную ткань, однородную по физической структуре, с большим постоянством химического состава и физико-химических свойств, В лузге содержит ся: до 65 % мас. клетчатки; 3,6 -5,0 % мас. протейна; 2,5 - 5,0 % мас. сырого жира, 28 - 35 % мас. биологически активных веществ, 3,8 % мас. - золы.
Полиэтилен (-СН2-СН2-) - твердый, термопластичный материал, который при нагревании размягчается и в этом состоянии легко изменяет форму. Растворы кислот, щелочей, окислителей, к примеру, перманганата калия (КМ11О4) на него не действуют. Однако, концентрированная азотная кислота (HN03) разрушает полиэтилен.
В промышленности данный термопластичный полимер получают двумя способами: 1) при низком давлении (0,2-0,5 МПа, 353-373 К) - полиэтилен высокой плотности (МРТУ-6-05-890-65). Он является продуктом полимеризации этилена в присутствии металлоорганических катализаторов в результате действия, которых приобретает строгую линейную структуру, поэтому молекулы его могут плотнее примыкать друг к другу, что существенно сказывается на свойствах материала; 2) при высоком давлении (150-300 МПа, 473-553К) - полиэтилен низкой плотности (МРТУ 6-05-889-65). Он не имеет строго линейной структуры, в его цепных макромолекулах образуются ответвления.
Вторичный полиэтилен является отходом и накапливается на различных предприятиях, использующих в частности сырье, упакованное в полиэтиленовую тару.
Уровень показателей вторичного полиэтилена значительно ниже ПЭНД (полиэтилен низкого давления) и ПЭВД (полиэтилен высокого давления) по прочностным показателям. Однако, остальные свойства, (таблица 2.2) изменяются не столь существенно. Определенный вклад вносит также процесс измель чения. Таким образом, измельченный вторичный полиэтилен представляет собой полимер, макромолекула которого в отличие от ПЭНД и ПЭВД имеет более разветвленную структуру не упорядоченного характера. К основным особенностям вторичного полиэтилена низкой плотности (ВПЭНП), которые определшот специфику его переработки, следует отнести: низкую насыпную плотность; особенности реологического поведения расплава, обусловленные высоким содержанием геля; повышенную химическую активность вследствие изменений структуры, происходящих при переработке первичного полимера и эксплуатации полученных из него изделий. Показатели физико-механических свойств ВПЭНП, полученного из отходов сельскохозяйственной пленки с различным содержанием геля, представлены в таблице 2.2.
Изменение химической структуры начинается уже в процессе первичной переработки полиолефинов в частности при экструзии, когда полимер подвергается значительным термоокислительным и механическим воздействиям.
Наибольший вклад в изменения, протекающие при эксплуатации, вносят фотохимические процессы, поэтому вторичное полиэтиленовое сырье, полученное из регенерированной полиэтиленовой пленки, характеризуется наиболее измененной химической структурой. Изменения химической структуры ВПЭ в основном сводятся к тому, что часть групп С-Н превращается в карбонильные. Наличие карбонильных групп не оказывает существенного влияния ни на механические свойства, ни на пропускание солнечного света [101].
В процессе фотостарения при эксплуатации в ПО кроме карбонильных групп образуются винильные и винилиденовые, значительно снижающие термоокислительную стойкость, эфирные и лактоновые, которые способны к дальнейшим химическим реакциям и превращениям.
Накопление карбонильных групп при фотоокислении происходит гораздо быстрее в ПЭНД, чем в ПЭВД, т.е. чем выше разветвленность ПЭ, тем быстрее протекает его окисление. Кроме того, скорость изменения физико-механических характеристик ВПЭ практически не зависит от содержания в нем гель - фракции. Но содержание геля является важным структурным фактором при выборе способа повторной переработки, модификации и при определении областей использования полимера.
Этилен-пропиленовые каучуки В промышленных условиях выпускаются двойные предельные сополимеры этилена и пропилена (СКЭП) и тройные - этилена, пропилена и диенового углеводорода (СКЭПТ), содержащие небольшое количество непредельных звеньев в боковой цепи. Сополимеры на основе этилена и пропилена обладают исключительной стойкостью к окислению, высокой озоно - и теплостойкостью, а также устойчивостью к ряду агрессивных сред, Плотность их ниже плотности других каучуков (0,850 - 0,870 кг/м ).
Тройные сополимеры (СКЭПТ) в отличие от двойных, будучи разветвленными лучше обрабатываются на вальцах при 50-60 С.
Хотя этилен-пропиленовые каучуки получают с применением стереоспе-цифических катализаторов, по существу эти каучуки не являются стереорегу-лярными полимерами. Предполагают, что этилен-пропиленовый каучук является стереоблочным полимером, в котором молекулярные цепи состоят из чередующихся коротких отрезков (по 8-12) мономерных звеньев этилена и пропилена. Молекулярный вес блоков этилен-пропиленового каучука оказывает влияние на его кристалличность таблица 2.3.
Латексы Свойства латексов как коллоидных систем определяются составом сополимера, способами его получения, применением тех или иных эмульгаторов или стабилизаторов, а также размером частиц, их формой и полидисперсностью. Латекс имеет развитую поверхность раздела полимер-вода, которая определяется степенью дисперсности полимера:
Основное свойство коллоидной системы - размер частиц дисперсной фазы и в этом аспекте это один из главных характерных признаков латексов, определяющий их реологические, оптические и многие другие свойства.
Диаметр большинства синтетических латексов зависит от технологии получения и лежит в диапазоне от 30-40 до 200-300 нм. Для искусственных латексов минимальный размер частиц достигает 500 нм, а в натуральном латексе встречаются частицы диаметром 10 нм и более.
Сравнительно небольшой диаметр частиц и не высокое межфазное, поверхностное натяжение (5-15 мН/м) на поверхности раздела полимер-вода способствует увеличению внутреннего давления в полимерных частицах. Поэтому при диаметре частиц до 300-500 нм они принимают сферическую форму. Характеристики основных физико-химических показателей латексов используемых в качестве модифицирующих агентов представлены в таблице 2.4 [104].
Модификация древесного наполнителя этилен-пропиленовым каучуком (СКЭПТ)
Воспользовавшись данными, представленными в таблицах 3.6, 3.7 и используя уравнение (3.2) предложенное Оуэнсом и Вендтом, и соотношение Дюпре (3.3) были расчитанны значения свободной поверхностной энергии для всех компонентов входящих в систему, а также определены показатели межфазного натяжения на границе раздела фаз. Рассчитанные значения свободной поверхностной энергии (ys) твердого тела их дисперсионная составляющая (ysd) и составляющая обусловленная образованием водородных связей (ysh ) приведены в таблице 3.9.
Анализ значений, приводимых в таблице 3.9, показал, что наибольшей величиной водородной составляющей обладает наполнитель на основе древесины сосны. Остальные компоненты ДПМ характеризуются значительно меньшей величиной данного показателя. Для свободной поверхностной энер гии (ys) и дисперсионной составляющей (ysd) отмечены незначительные изменения этих свойств в ряду: вторичный полиэтилен, КЛК, а для СКЭПТ прослеживается максимальная величина дисперсионной составляющей и свободной поверхностной энергии.
Решение уравнений (3.2, 3.3) позволило определить расчетно-теоретические величины работы адгезии отдельных пар компонентов древес-нополимерного материала, которые представлены в таблице 3.9.
Статистическая обработка полученных величин позволила дать предварительную оценку термодинамической совместимости, как отдельных пар ингредиентов, так и совместимости модифицированного наполнителя к связующему на основе ВГТЭ. Показано (таблица 3.9), что минимальной величиной адгезии обладают чистая древесина и вторичный полиэтилен. Последнее удовлетворительно согласуется с особенностями их структурно-функционального состава.
Наиболее существенный модифицирующий эффект (таблица 3,9) наблюдается у этилен-пропиленового каучука. Отмеченный эффект основан на наиболее близких характеристиках макромолекул этилен-пропиленового каучука и вторичного полиэтилена. Так же, существенный вклад на наш взгляд вносит характер технологической обработки древесины органическим раствором СКЭПТ, где макромолекулы последнего находятся в наиболее устойчивом термодинамическом состоянии и лучше способны в сравнении с клеевыми латексными композициями к адгезионному взаимодействию с ка-пилярно-пористой матрицей древесного наполнителя на уровне отдельных макромолекул. Это обеспечивает лучшую равнораспределенность модифицирующего агента СКЭПТ и соответственно [5] большее химическое сродство модифицированной древесины к полимерному связующему (ВПЭ). Данные соображения находят свое подтверждение в результатах таблицы 3.9, где Таблица 3.8 - Характеристика составляющих поверхностной энергии материалов, мДжЛм
Наиболее существенный модифицирующий эффект к древесному наполнителю наблюдается у этилен-пропиленового каучука, что связано со способностью макромолекул СКЭПТ по сравнению с клеевой латексной композицией к совмещению с капиллярно-пористой матрицей древесного наполнителя на уровне отдельных макромолекул. Это обеспечивает лучшую равнораспределенность модифицирующего агента (этилен-пропиленовый каучук) и соответственно большее химическое сродство модифицированной древесины к полимерному связующему (вторичный полиэтилен). Из данных таблицы следует, что наиболее устойчивым композиционным материалом является система из модифицированного наполнителя -этилен-пропиленового каучука и вторичного полиэтилена. Для этой композиционной системы отмечен также и максимальный уровень физико-механических показателей, который на 30 % выше, чем для систем наполнитель - КЛК - ВПЭ.
Изменения физических свойств под действием температур являются весьма важной характеристикой полимерных материалов. Для многокомпонентных материалов термические показатели в основном определяются свойствами как связующего, так и взаимодействием последнего с наполнителем.
В процессе прессования композиционных материалов возможно образование различных продуктов реакции. О всевозможных превращениях происходящих в материале можно судить как по фазовым изменениям в композиции, так, и по потери веса. Химические процессы, протекающие при высоких температурах, сопровождаются термической деструкцией компонентов, а в присутствии кислорода, воздуха их окислительными превращениями.
Для подтверждения теоретических расчетов устойчивости связей между компонентами, образующими композиционную систему и определения их индивидуальных характеристик а так же термической стойкости полученных на их основе материалов, были проведены термографические исследования полученных материалов и их исходных компонентов. Исследования проводили на дериватографе Q-1500 D с использованием методов дифференциального термического анализа (ДТА) и динамической термогравиметрии (TG). [108, 109, 122].
Термический анализ исследуемых материалов, проведенный на дериватографе и отраженный в виде термограмм (см. рисунок 3.8, 3.9) и экспери ментальных данных (см. таблицу 3.11), позволил последовательно изучить происходящие в них структурные изменения
Изучение термограммы свойств, вторичного полиэтилена свидетельствует о сложных химических превращениях происходящих в полимере. Отходы полиэтилена в виде пленки состоят из ПЭВД и ПЭНД. При эксплуатации они подвергались окислению, в структуре появились перекисные, альдегидные, кетонные, карбонильные группы, что особенно характерно для полео-лефинов.
Интенсивные эндотермические эффекты присутствуют в области 388-408 К и 433 - 443 К. Первый эффект связан с плавлением смеси полиэтиле-нов, второй эффект следует отнести к плавлению структурированной смеси полимеров полиэтилена.
Медленная потеря веса наблюдается с 463 К, интенсивное разложение происходит с 583 К и завершается при 619 К, что также подтверждается интенсивным окислением и карбонизацией полимерной матрицы. Значительный эндотермический эффект в области 677 - 701 К завершает процесс деструкции для древесного наполнителя,
Медленное падение веса для материала наблюдается в области температур 433 - 457 К, с последующим интенсивным удалением из зоны деструкции продуктов разложением которое завершается при 497 К после чего происходит дальнейшее медленное падение веса. Значительные фазовые переходы в области эндотермического эффекта 457 - 663 К свидетельствуют о глубоких превращениях происходящих в древесной массе.
Для образцов этилен-пропиленового каучука наблюдается эндотермический эффект, в области 381 - 402 К подтверждающий процесс плавления, имеются также экзотермические эффекты в интервалах температур 509-517 К и 601 - 637 К и эндоэффект в интервале 637-669 К переходящий в экзоэффект с максимумом при 703 К. Начиная, с 381 К наблюдается медленное падение веса.
Расчет экономической эффективности производства древеснополимерных материалов
С увеличением содержания наполнителя в композиции, толщина полимерного слоя между частицами не велика. Синтетический полимер смачивает поверхность древесных частиц, которые образуют устойчивый каркас, придающий готовым изделиям высокие физико-механические показатели. Так при увеличении содержания древесного наполнителя на уровне 65 % повышаются такие показатели как прочность при изгибе, прочность при сжатии. Однако на ряду, с возрастающими прочностными показателями при введении в состав композиции 65 % наполнителя отмечается резкое увеличение показателя водопоглощения.
Расчеты оптимальных параметров прессования для двух различных наполнителей показали, что древесные опилки показывают более высокие физико-механические показатели, чем подсолнечная лузга. Оценено влияние модифицирующего агента на физико-механические свойства получаемых материалов. Определено, что водопоглощение образцов древеснополимерных материалов при введении в их состав клеевой латексной композиции уменьшается практически в двое по сравнению с контрольными образцами без модификатора. Также выявлено влияние наличия в композиции КЛК на такие показатели как прочность при изгибе и прочность при сжатии. Существенного влияния на такой показатель как ударная вязкость наличие КЛК в составе композиции не оказывает.
Определено, что оптимальные параметры прессования ДПМ: масса наполнителя к массе вторичного полимера равна 61:35, содержание КЛК 4 % мае, температура прессования 150 С, время прессования 14 минут. При использовании технологических параметров, найденных в результате математического моделирования, были изготовлены экспериментальные образцы, соответствующие ГОСТ 10 632.
Из сводки (приложение А) определена регрессионная модель со средний коэффициент детерминации R-квадрат, который показывает, что уравнение регрессии описывает 75,2 % разброса данных относительно среднего значения. Используя полученные в результате математического моделирования оптимальные параметры прессования композиционных материалов, были получены и испытаны экспериментальные образцы ДПМ удовлетворяющие требованиям ГОСТа 10632-89.
Опилки самосвалом доставляются в приемник (1) из которого механическим транспортером направляются в накопительный бункер (2). Далее древесные частицы поступают на вибросито (3), где производится их сортировка по отдельным фракциям. Отсортированная промышленная фракция подается в бункер влажных опилок (5), а не промышленная фракция направляется на измельчение в шаровую мельницу (4) с последующим прохождением через вибросито (3). Из бункера (5) отсортированные опилки подаются с помощью дозатора (6) в смеситель непрерывного действия (8) куда также из бункера (7) через дозатор (9) подается модифицирующий раствор. Модифицированный наполнитель направляется в барабанную, сушильную камеру (10), где подсушивается до влажности 3-4 % после чего путем дозирования загружается в лопастной смеситель (16).
Вторичные полиэтилен из накопительного приемника (11) направляется в гранулятор (12) после чего подается в стандартизатор (13). Полимерные гранулы с фракционными размерами (2-3 мм) поступают в накопительный бункер (14), а гранулы с не соответствующими размерами отгружаются для повторной грануляции в гранулятор (12) . Полимерный материал из бункера (14) через дозатор (15) подается в смеситель (16).
Древеснололимерная масса в составе 61 % мае. опилок; 35 % мае. вторичного полиэтилена; 4 % мае. модифицирующего агента загружается в пресс-форму на загрузочно-разгрузочном столе (17), с которого затем направляется в многоэтажный пресс (18), работающий при температуре 150 град, и давлении прессования 5 МПа с продолжительностью каждой операции 14 минут.
Для определения себестоимости древеснополимерных материалов, полученных на основе отходов деревообрабатывающей и сельскохозяйственной промышленностей, где в качестве связующего использован вторичный полиэтилен рассчитаны затраты на изготовление 20000 кг древеснополимерных плит,
Для расчета были определены затраты по следующим статьям [128]: сырье и материалы, вода и электроэнергия на технологические нужды, заработная плата основных производственных рабочих, отчисления на социаль ные нужды, расходы на освоение производства, на содержание и эксплуатацию производственного оборудования, внепроизводственные расходы.
В статью «Сырье и материалы» включаются затраты на основные и вспомогательные материалы, необходимые для выполнения данного технологического процесса производства ДПМ. Расчет производится по формуле:
Похожие диссертации на Технология композитов на основе вторичного полиэтилена и растительного сырья
