Полимерные композиционные материалы (ПКМ) обладают высокими функциональными возможностями и обеспечивают снижение массы изделий одновременно с повышением надежности, увеличением ресурса работы и возможностью эксплуатации в экстремальных условиях.
Изношенная тара и упаковка – сырье, которое необходимо использовать для вторичной переработки. Проблема. Пути решения.
Актуальность.
Проблемам отходообращения и в значительной степени вторичной пере-работке полимерных отходов, применению их в коммунальном хозяйстве горо-дов Украины способствуют причины экологического и экономического харак-тера. Вторичная переработка полимерных отходов, входящих в состав ТБО, в какой-то мере является отраслью индустрии экономического кругооборота.
Годовой объем хозяйственного мусора на одного жителя г. Харькова в среднем составляет 250 кг, в том числе 30 % (75 кг) тара и упаковка, до 12 % (30 кг) полимерные отходы; отходы полиэтилентерефталата (ПЭТ-бутылка) 0,8-1 % (2-2,5 кг). Использованная тара и упаковка на сегодня становится ценнейшим вторичным сырьем, которое чаще всего и используется для производства той же упаковки и тары, хотя диапазон применения вторичного полимерного сырья весьма широк, особенно в коммунальном хозяйстве и инфраструктуре города.
Применение полимерных композиционных материалов (ПКМ) и, в первую очередь, углепластиков по сравнению с традиционными сплавами обеспечивает уменьшение массы металлической конструкции на 20-40 %, увеличение их ресурса в 1,5-3 раза, снижение трудо- и энергоемкости изготовления деталей до 50 %, повышение прочностных качеств конструкции в 1,5-2 раза, сокращение трудозатрат при подготовке производства до 40 %. Дополнительно с учетом разницы плотностей и уменьшением потерь от коррозии использование в конструкции 1 т углепластиков обеспечивает экономию до 5 т алюминиевых сплавов и до 12 т сталей.
В настоящее время имеются технико-экономические предпосылки для широкого применения ПКМ в отраслях машиностроения и строительства.
2. Перспективы использования вторичных полимерных композиционных материалов.
Проблема переработки вторичных полимерных материалов с каждым годом становится острее в связи с увеличением производства полимерных материалов. Наибольшую долю составляют бытовые отходы, количество которых непрерывно растет, и переработка представляет наибольшие трудности вследствие отсутствия эффективных способов сортировки и разделения. Поиск новых способов переработки и возвращения в технологические циклы отходов термопластичных материалов, в частности, самых крупнотоннажных: полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола, полипропилена и их механических смесей различного состава, – является актуальной задачей.
Одним из перспективных направлений, возникших в последнее время и позволяющих использовать полимерные отходы, является создание композиционных материалов на основе матрицы наполнителей с модифицирующими добавками термопластичных полимеров.
В мировой практике существуют разработанные композиции, представляющие собой растворы отходов полимеров в мономерах, используемые для ремонта и усиления поврежденных железобетонных конструкций, а также в качестве связующего для полимербетона.
Композиции готовят полурастворением в метилметакрилате (ММА) или стироле отходов производства или потребления полистирола (вспененного, порошкообразного, измельченного), полиметилметакрилата (стружка, обломки), сополимера АБС (порошок, обломки).
Растворы полимеров в мономерах легко полимеризуются при положительных температурах инициаторами радикальной полимеризации. Максимальное содержание полистирола и полиметилметакрилата в растворах 40-60 %, АБС – 7-15 %. Вязкости растворов легко регулируются введением мономера или минерального порошкообразного наполнителя.
Указанные композиции по прочностным показателям, адгезии к бетону и химической стойкости практически не отличаются от эпоксидных мастик, используемых для ремонта бетона, однако дешевле их в 4-5 раз, более доступны и технологичны.
Эффективным направлением переработки смешанных отходов потребления пластмасс является создание композиционных материалов из выделенных групп термопластов в составе муниципальных отходов.
ГКП «Харьковкоммуночиствод» совместно с кафедрой технологии пластмасс НТУ «Харьковский политехнический институт» исследуются композиционные материалы с расширением качества композиций на их основе как термодинамически несовместимых полимеров ведением процесса смешения в присутствии модифицирующих добавок, которые улучшают адгезию на поверхностях раздела смешиваемых компонентов, уменьшают поверхностное напряжение, выравнивают вязкость смешиваемых компонентов.
Наилучшие результаты достигаются при сочетании добавок с различным функциональным назначением.
Более эффективному протеканию процессов химического взаимодействия способствует и то, что используется частично окисленное в условиях эксплуатации вторичное сырье, имеющее кислородсодержащие группировки. При этом в 1,5-2 раза возрастает разрушающее напряжение при растяжении, относительное удлинение при разрыве, ударная вязкость.
В перспективе рассмотренный технологический процесс позволяет изготавливать крупногабаритные профильные детали из наполненных стекловолокном термопластов, армированных закладными металлическими деталями. При этом усиливаются наиболее нагруженные элементы панелей, упрощается процесс сборки и создаются оптимизированные интегральные конструкции.
Для снижения уровня шума и улучшения теплоизоляционных свойств в настоящее время проходят экспериментальную отработку слоистые конструкции (комбинация обшивок из армированных стекловолокном, термопластов и пенопластом).
3. Сравнительный анализ расчетов реологии и прочности с определением оптимального варианта геометрических размеров крышки и корпуса люка из ВПКМ.
На основе полученных экспериментальных данных и рекомендованных составов смесевых композиций полимерных материалов с модифицирующими наполнителями изготовлена опытно-промышленная партия крышек и корпусов люка смотровых колодцев. Проведенные прочностные испытания продукции из ВПКМ независимой лабораторией «Испытатель» аккредитованной в системе УкрСЕПРО показали преимущество по сравнению с используемыми в настоящее время ПКМ для изготовления аналогичной продукции.