апрель 2019

Рециклінг конструкційних пластиків з додаванням відпрацьованого поліетилену


Деркач П. О. , Деркач Олексій Дмитрович Деркач О. Д. , Коваленко Вадим Леонидович Коваленко В. Л.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Рециклінг конструкційних пластиків з додаванням відпрацьованого поліетилену / Химия и современные технологии : Метериалы ІХ Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Химия и современные технологии», 2019. – C. 53-55


Полімерні композитні матеріали сьогодні відіграють ключову роль у машинобудуванні, забезпечуючи високі характеристики механізмів і машин. Щорічний попит на ці матеріали постійно зростає і в минулому році їх світове виробництво за обсягами зрівнялося з виробництвом чавуну. У той же час відпрацьовані полімерні матеріали та виготовлені з них деталі, що відпрацювали свій ресурс є небезпечним джерелом техногенного забруднення. Пропонується розробити технологію модифікації ПКМ відходами поліетиленів, що дозволить ефективно вирішувати питання удосконалення конструкції механізмів і машин, одночасно сприяти утилізації відпрацьованих полімерів, зменшити екологічну напруженість у регіонах впровадження такої технології, а також внести додаткові освітні теми у навчальний процес коледжів та університетів.

Мета роботи – встановити вплив відпрацьованого поліетилену, марок РЕ-500 і РЕ-1000, при додаванні в якості наповнювача, на фізико-механічні характеристики конструкційних пластиків на основі поліамідів. Для досягнення мети необхідно вирішити такі завдання: 1) визначити характе-ристики полімерно-композитного матеріалу при додаванні відпрацьованого поліетилену; 2) рекомендувати сфери застосування та виготовити експериментальні деталі.

Зношені деталі та вибракувані елементи, відходи з відпрацьованих поліетиленів РЕ-500 і РЕ-1000 подрібнювали до розмірів частинок 3-5 мм та додавали у кількості 10 масових % до матеріалів УПА-6-30 та Nylon 66. Рівномірно розмішували їх в електромагнітному полі. Рівномірність розподілу матеріалів у деталях контролювали за допомогою мікрознімків на мікроскопі Neofot-30 (Germany).

Methods of samples studying.

− вивчення ударної вязкості матеріалів здійснювали за допомогою копра КМ-0,4 за методом Шарпі згідно ГОСТ 4647-80;

− дослідження міцнісних властивостей здійснювали на випробову-вальній машині FP-100 (Fig.2), згідно ГОСТ 4651-82;

− щільність зразків визначали методом гідростатичного зважування у водному середовищі згідно ГОСТ 15139-69;

− температуру розм’якшення за Віка визначали на приладі ПТБ-І-ІІ Ж;

Вивчено вплив відпрацьованого поліетилену на зміну властивостей нових матеріалів: 1) визначена зміна ударної в’язкості, міцності, тепло-стійкості; 2) оптичними дослідженнями визначена рівномірність розподі-лення відпрацьованого поліетилену в структурі матриці отриманих матеріалів.

Результати. Додавання відпрацьованого поліетилену марки РЕ в цілому знижує фізико-механічні характеристики отриманих ПКМ, за винятком ударної в’язкості. Показано, що такий показник, як напруження границі текучості при стисканні, знаходиться на високому рівні (близько 100 МПа), що свідчить про можливість застосування даних ПКМ, наприклад для підшипників паралелограмних механізмів посівних машин, де величина тисків знаходиться в межах 23-30 МПа. Крім того, додавання РЕ зменшить вологопоглинання деталями, так як волога поліетиленами не всотується.

Отримані полімерні матеріали з додаванням відпрацьованих поліетиленів марок РЕ-500 і РЕ-1000 можуть бути використані, як конструкційні матеріали за режимів, що відповідають характеристикам нових ПКМ. Наявність вуглецевих волокон в композитах УПА-6-30+РЕ-500 (10%) та УПА-6-30+РЕ-1000 (10%) дозволить застосовувати деталі, виготовлених з цих матеріалів без обов’язкового змащення оливами. 

Встановлено, що властивості РЕ-500 і РЕ-1000 близькі один до одного, до матеріалу Nylon 66 додано РЕ-500. Крім того, з мікрофотографії (рис. 1) можна бачити, що рівномірність розподілення є задовільною: не виявлено локул (кластерів, концентрацій) наповнювальної маси, дефектів тощо.

Рисунок 1 − Мікрометричні знімки поверхні зразків: a) Nylon 66  і  б) Nylon 66+відпрацьований поліетилен РЕ-500 (10%).

Таким чином, вважали, що ізотропність отриманих матеріалів забезпечена і в подальшому зразки були піддані наступним випробуванням.

Встановлено, що додавання відпрацьованого поліетилену, в якості наповнювачу, до Nylon 66 в кількості 10% мас. призводить до зменшення границі текучості матеріалу на 17% (з 60 МПа до 49,7 МПа).

Рисунок 2 − Залежність напруження деформації від відносної деформації при трикратній повторюваності зразків, виготовлених з Nylon 66+РЕ-500 (10%).

Аналіз динаміки кривих на Fig. 13 вказує на високу імовірність відтворюваності результатів, що свідчить про стабільність даної характеристики у отриманих матеріалів.

Висновки.

1. Наведено, що відпрацьовані полімерні матеріали, зокрема, поліетилени складають масштабну екологічну загрозу і це притаманно всім регіонам світу.

2. Розроблено нові полімерно-композитні матеріали з додаванням відпрацьованих поліетиленів марок РЕ-500 та РЕ-1000 до полімерного композита УПА-6-30 та Nylon 66, в яких рівномірно розподілені складові, що забезпечило ізотропність властивостей та високі (близько 100 МПа) міцнісні характеристики.

3. Додавання відпрацьованих поліетиленів до вказаних матеріалів дозволить значно зменшити екологічне навантаження на довкілля.