Размещено на http://www.allbest.ru/

3

ВВЕДЕНИЕ

К числу многотоннажных отходов относятся отработанные резиновые изделия, такие как конвейерные ленты, шланги и изношенные автомобильные, тракторные, авиационные шины.

При комплексном использовании резиново-каучуковых материалов и металла, содержащихся в изношенных шинах, из 1 т этих отходов можно выделить для повторного использования около 700-750 кг резины, 130-150 кг химических волокон и 30-40 кг стали.

Изношенные шины частично применяют для ограждений на дорогах, защиты побережья рек и морей от разрушения, предохранения от ударов судов.

Основным способом переработки амортизированных шин и других отходов резины является регенерация. Применение 1 т регенерата экономит около 500 кг синтетического каучука. Регенерат получают очисткой износившихся резиновых изделий с помощью кислот и щелочей, нагрева и введения добавок смягчителей. Старую резину обычно измельчают в крошку с частицами до 1,5 мм или мельче.

ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛЫ ИЗ КАУЧУКОВЫХ И РЕЗИНОВЫХ

ОТХОДОВ

К числу многотоннажных отходов относятся отработанные резиновые изделия, такие как конвейерные ленты, шланги и изношенные автомобильные, тракторные, авиационные шины.

При комплексном использовании резиново-каучуковых материалов и металла, содержащихся в изношенных шинах, из 1 т этих отходов можно выделить для повторного использования около 700-750 кг резины, 130-150 кг химических волокон и 30-40 кг стали.

Изношенные шины частично применяют для ограждений на дорогах, защиты побережья рек и морей от разрушения, предохранения от ударов судов.

Основным способом переработки амортизированных шин и других отходов резины является регенерация. Применение 1 т регенерата экономит около 500 кг синтетического каучука. Регенерат получают очисткой износившихся резиновых изделий с помощью кислот и щелочей, нагрева и введения добавок смягчителей. Старую резину обычно измельчают в крошку с частицами до 1,5 мм или мельче.

Резиновую крошку и тонкоизмельченные резиновые порошки можно применять в качестве ингредиентов резиновых смесей. При этом получают резины, по ряду технических свойств превосходящие материалы, не содержащие регенераты.

На основе резинокордных отходов разработаны технологии рулонных и плиточных материалов.

Материалы выпускаются в виде полотен толщиной до 10 мм, шириной до 1,2 м и длиной более 10 м и плиток размером 600x600 мм и толщиной около 8 мм и используются в качестве теплоизоляционных, вибро-, шумопоглощающих, декоративных и напольных покрытий.

В зависимости от требований потребителя они могут иметь следующие физико-механические показатели: плотность - 500-1000 кг/м3; твердость - 30-90 усл. ед. по ТМ-2; прочность - 2-6 МПа; водопоглощение - 3-7%; коэффициент виброизоляции - 0,1-0,12; звукопоглощение - до 30 дБ и температуру вспышки - 250-300 °С.

Сущность процесса производства рулонных материалов на основе резинокордных отходов состоит в классификации резинокордных отходов для отделения резиновой крошки; обработке отходов на роторном измельчителе с одновременной модификацией и введением связующего для гомогенизации и распушки; формировании на вулканизаторе ленты с возможным нанесением на нее декоративного резинового покрытия.

ГЛАВА 2. Изготовление и применение резиновой муки

Применение измельченной резины в виде крошки и тонкодисперсной резиновой муки в качестве эластичных наполнителей - наиболее перспективный метод утилизации резиновых отходов и изношенных шин, поскольку позволяет в максимальной степени сохранить и использовать эластические и прочностные свойства вулканизованной резины. Композиции, содержащие измельченные вулканизаты, представляют собой дисперсию типа "полимер в полимере" с четко выраженной границей раздела.

Наибольшее распространение получила технология измельчения шин в высокоэластическом состоянии при умеренных скоростях, несмотря на значительно более высокий расход энергии по сравнению с криогенной технологией.

По этой технологии переработка покрышек ведется в следующей последовательности: мойка, вырезка бортов, предварительное дробление, грубое дробление, мелкое дробление, сепарация и помол.

На стадии предварительного дробления используются борторезка, механические ножницы и шинорез, на последующих стадиях - дробильные и помолочные вальцы, сепаратор для извлечения металлических частиц и вибросито.

В настоящее время разработано много различных видов оборудования для измельчения резиновых покрышек, которые различаются по характеру и скорости нагружения, конструкции рабочих органов и т. п. Для этих целей применяют абразивные ленты и круги, гильотины, борторезки, дисковые ножи, прессы, вальцы, роторно-ножевые дробилки и другое оборудование.

Традиционно применяемое у нас в стране оборудование для дробления резиновых отходов - вальцы. За рубежом чаще применяют дисковые и роторные измельчители. Однако схема, основанная на применении вальцов, является более производительной и менее энергоемкой.

Наиболее простая технология измельчения отходов резины представлена на рис. Крупные отходы резины поступают на дробильные вальцы /, затем на мельницу грубого помола 2. Мелкие отходы (различные резинотехнические изделия) сразу поступают на мельницу грубого помола 2. Измельченные в мельнице отходы транспортером подаются на магнитный сепаратор 3, а затем двумя потоками - на мельницы тонкого помола 4 и 5, где измельчаются до размера 0,3-5 мм. Необходимость разделения потока после мельницы грубого помола вызвана более длительным процессом измельчения резиновых частиц до мелкодисперсного состояния и возвратом отсева после прохождения измельченных отходов через вибросита 6 и 7. Размер ячеек вибросит составляет 1 мм, и все, что не проходит через них, возвращается на доизмельчение в мельницы тонкого помола.

Производительность такой линии 300-350 кг/ч резиновой муки с размером частиц до 1 мм. Более половины частиц имеют размер менее 0,5 мм.

Покрышки с металлокордом по описанной технологии измельчить нельзя. Для этого используется другое, более мощное оборудование, предусматривающее предварительное вырезание из покрышки бортовых колец и нарезку покрышек на куски.

В последнее время за рубежом получило широкое распространение криогенное измельчение резиносодержащих отходов, и прежде всего изношенных шин, основанное на новейших представлениях о прочности полимерных материалов. В частности, используется тот факт, что разрушение полимеров в стеклообразном или в высокоэластическом состоянии (но с высокой скоростью) происходит с минимальными затратами энергии.

Криогенное измельчение имеет следующие преимущества по сравнению с измельчением при комнатной температуре, т. е. когда резина находится в эластичном состоянии: меньшие энергозатраты; исключение пожаро- и взрывоопасное; возможность получения мелкодисперсного порошка резины с размером частиц до 0,15 мм; исключение загрязнения окружающей среды.

Эффективность криогенного измельчения покрышек является следствием:

* ослабления связи между металлокордом и резиной при низкой температуре, что приводит к частичному отделению резины от металла;

* резкого снижения эластичности резины и ее хрупкого разрушения уже при незначительных деформациях.

При криогенном измельчении покрышки охлаждаются в течение 25 мин в устройствах барабанного типа, расход жидкого азота составляет 0,25-1,2 кг на 1 кг измельчаемого материала. Охлажденная покрышка измельчается в различного типа дробилках. Наиболее эффективно применение оборудования, изображенного на рис. Первичное криогенное дробление осуществляется с помощью молота, а затем, после отделения корда, производится доизмельчение резиновой крошки до необходимой дисперсности на валковой дробилке. Полученная в результате дробления крошка имеет размеры от 0,15 до 20 мм.

Стоимость жидкого азота составляет 2/3 от всех затрат на эксплуатацию установки.

При получении плитки производят раскрой рулонного материала с последующей довулканизацией в гидравлических прессах для получения плиток.

Полы, отделанные рулонными и плиточными материалами на основе резинокордных отходов, по сравнению с другими покрытиями обладают пониженной гигроскопичностью и повышенными тепло-, вибро-, звукоизоляционными свойствами. Они характеризуются улучшенными санитарно-гигиеническими показателями, легко моются и очищаются, достаточно эластичны, а в их составе при температурах эксплуатации от -50 до 40 °С не содержатся и не образуются токсичные и опасные для здоровья компоненты.

Отработанную резину применяют также в производстве гидроизоляционных строительных материалов, материалов для полов, клеев, мастик и герметиков.

Эффективным направлением является перевод резины в растворимое состояние и применение в качестве вяжущего для производства уплотняющих, гидроизоляционных и кровельных мастик, дорожных смесей.

Посредством термомеханической обработки в присутствии пластифицирующих материалов изношенная резина может быть девулканизирована. В качестве пластифицирующих материалов используются нефтяные гудроны или маловязкие битумы, тяжелые экстракты селективной очистки масляных фракций, каменноугольные тяжелые масла, смолы, дорожные дегти. При оптимальных технологических параметрах на основе изношенной резины получают резинобитумные и резинодегтевые вяжущие высокого качества.

Технологические параметры получения вяжущих зависят от типа каучука, входящего в состав резин, и вида пластификатора.

При совместной обработке измельченная резина набухает в масляных фракциях битума (гудрона или дегтя), что ослабляет характерные для нее межмолекулярные связи; в условиях продолжающихся подвода тепла и механических воздействий происходит разрыв по этим ослабленным связям, т. е. осуществляется девулканизация резины с образованием каучукового вещества, которое структурирует органические вяжущие.

Процесс пластификации резиновой крошки ведут пропусканием набухшей в нефтяном битуме (гудроне или дегте) резины через аппарат-пластификатор, объединенный с шестеренчатым насосом, при температуре 225-235 °С. Набухшая резина постепенно пластифицируется, и органические компоненты переходят в раствор. Продолжительность термомеханической обработки составляет от 30 мин до нескольких часов в зависимости от вида каучука и растворителя. Снижение температуры и сокращение времени пластификации ухудшает свойства готового продукта. Термопластификация резины может быть проведена в лопастном или роторно-эксцентриковом смесителе.

При термомеханической пластификации резины рекомендуется использовать поверхностно-активные вещества, например, технические лигносульфонаты.

От исходных битумов резинобитумные (битумно-резиновые) вяжущие отличаются повышенной эластичностью, температурой размягчения, прочностью и долговечностью. При соотношении резины и битума 1:1 относительное удлинение увеличивается более чем на 200%, эластичность - почти в 3 раза, сопротивление разрыву возрастает до 0,8 МПа, температура размягчения - до 120 °С, а температура хрупкости снижается до -20 °С. Эффект от введения резины в битум объясняется, в первую очередь, связыванием частиц масел в битумах резиной, что предотвращает испарение их и быстрое старение.

По мере увеличения содержания резиновой крошки резинобитумные смеси все больше приближаются по физико-механическим свойствам к каучуковым материалам.

На основе резинобитумных вяжущих при введении наполнителей получают мастики для заполнения швов бетонных покрытий. При использовании пластификаторов (нефтяных масел, полиолефинов, бутилкаучука) изготавливают мастичные материалы с температурой хрупкости до -35 °С, которые можно применять в суровых климатических условиях. Эти мастики успешно применяют в аэродромном строительстве.

Для заполнения швов при устройстве и ремонте цементобетонных покрытий автомобильных дорог рекомендованы мастики из резинобитумных вяжущих, при производстве которых резиновую крошку подвергают сначала термопластификации тяжелым (антраценовым) каменноугольным маслом при 160 °С в течение 4 ч в герметически закрытом смесителе, а затем вводят битум и минеральные наполнители. Резиновую крошку вводят порциями в предварительно нагретое до 60-70 °С каменноугольное масло. Состав мастики для заполнения швов следующий: битум БН-70/30 - 60-70%, каменноугольное масло - 8-10, резиновая крошка - 8-10, асбестовый порошок - 5-10, известняковый порошок - 5-10%.

Мастики для заполнения швов получают также путем энергичного перемешивания битума с резиновой крошкой при температуре 200 °С в присутствии агентов вулканизации образующегося каучука, вводимых в количестве 0,1-5,0% от массы резины. В качестве наполнителя применяют асбестовое волокно.

Резинобитумные вяжущие используют для ремонта покрытий, имеющих густую сетку трещин. Расплавленное резинобитумное вяжущее разливают на поврежденное покрытие с расходом 1,6-3,2 л/м3. После остывания образуется слой толщиной 5-6,5 мм, на который рекомендуется рассыпать мелкий щебень или песок. Открывать движение можно через 45 мин.

Резинобитумные составы рекомендуют также для заделки крупных трещин на асфальтобетонном покрытии. Расход материала 2,25- 2,5 л/м2 или 0,25 л на 1 м трещин. После разлива вяжущего производят россыпь и укатку мелкой каменной крошки на толщину 0,95-1,25 см.

Резинобитумные вяжущие позволяют получать асфальтобетоны с высокими эксплуатационными свойствами, повышенной износо- и теплостойкостью, устойчивостью к старению. Асфальтобетон, приготовленный на резинобитумном вяжущем, отличается также меньшим водонасыщением и набуханием. Для него характерна меньшая прочность при 0 °С и меньшая жесткость.

В состав асфальтобетонных смесей эффективно введение резиновой крошки в количестве 1,5-3% от массы минеральной части. Крошка должна иметь не менее 80% зерен размером мельче 0,63 мм. Уплотнение асфальтобетонных смесей, содержащих резиновую крошку, рекомендуется проводить при более низкой температуре. Асфальтобетон с резиновой крошкой имеет повышенную морозостойкость и деформативность при низких температурах, а также повышенный коэффициент сцепления колес автомобиля с дорожным покрытием.

Эффективными рулонными гидроизоляционными материалами на основе резинобитумных вяжущих являются изол и бризол.

Производственный процесс получения изола заключается в дроблении изношенной резины на шинорезках и молотковых дробилках до частиц размером не более 1 мм, регенерации (девулканизации) резины в смесителе, сплавлении ее с битумом при температуре 170-180 °С и обработке резинобитумной смеси на вальцах до получения однородной и пластичной массы. Оптимальная концентрация резины возрастает по мере снижения вязкости битума.

Изменяя состав резинобитумного вяжущего, вид наполнителей и способ обработки, изол можно изготавливать в виде рулонного материала или гидроизоляционной мастики.

Рулонный изол - безосновный материал, обладающий высокой водо- и гнилостойкостью, а также деформативной способностью. Из листа изола вырубают кровельные плитки. Более высокое содержание наполнителей придает плиткам высокую плотность и твердость.

Близким к изолу по рецептуре и свойствам является бризол. Его изготавливают вальцеванием и последующим каландрированием смеси нефтяного битума, дробленой резиновой крошки, асбестового волокна и пластификатора (7.1). Бризол подразделяют на две марки: средней (Бр-С) и повышенной прочности (Бр-П). Первый применяют при рабочей температуре 5-30 °С, а второй - при 20-25 °С.

Изол и бризол применяют для гидроизоляции подвальных этажей зданий, подземных трубопроводов и других сооружений, бассейнов, антикоррозионной защиты и устройства кровли. Наряду с достоинствами эти материалы обладают и некоторыми недостатками: значительными усадочными деформациями, ползучестью, снижением их прочности при контакте с горячими мастиками.

Резинобитумные материалы выпускают также в виде пористых жгутов и полос (пороизол) для герметизации стыков конструкций, а также как приклеивающие и изоляционные мастики.

Резинобитумная масса служит для изготовления нижнего слоя резинового линолеума - релина (7.2). Верхний и нижний слой релина выполняют отдельно, а затем соединяют (дублируют) одновременно с вулканизацией. Материалом верхнего слоя линолеума служит цветная резина на синтетических каучуках с наполнителями.

Разработана технология волокнистых резинобитумных плит (рекобит), применяемых в качестве оснований паркетных полов. Сырьем для изготовления плит служат некондиционное замасленное тряпье, регенерированный шинный корд, отходы резиновые изделий и битум.

Из регенерированного шинного корда можно также производить прессованный кордный брус, используемый для паркетных полов взамен лаг и древесноволокнистых плит.

На основе резиновой муки, получаемой из отработанных автомобильных шин, получены новые кровельные материалы, высокие эксплуатационные свойства которых обеспечиваются специальными добавками.

Кровельные материалы на основе шинной резиновой муки относительно дешевы, технология их производства может быть высокопроизводительной. Они не подвержены обрастанию окрашивающими грибками и мхом, не экранируют электромагнитных излучений Земли и космоса, не шумят при действии дождя и ветровых нагрузок, технологичны в работе и имеют малую плотность, что позволяет резко снизить нагрузку на стропильные системы.

Производство кровельных материалов включает смешивание компонентов в обогреваемом смесителе, подачу смеси на систему вальцов и каландр. После выхода из каландра материал сматывается в рулоны и режется на листы.

Близкими по свойствам к резинобитумным являются каучукобитумные вяжущие. Имеется значительное количество работ, посвященных улучшению свойств битумов добавками каучука. Синтетические каучуки увеличивают растяжимость битумов, их ударную прочность, снижают температуру хрупкости, повышая теплостойкость. Разработаны три способа введения каучука в битум: 1) смешение битума с небольшими (2-5%) добавками каучука при температуре 130-200 °С и энергичном перемешивании; 2) предварительное растворение каучука и объединение этого раствора с битумом; 3) введение каучука в битум.

При введении каучука в битум необходимо строго соблюдать температурный режим. Излишне высокая температура перемешивания влияет на свойства как битума, так и каучука. При интенсивном перемешивании битума с каучуком под действием повышенных температур происходит разрыв молекул каучука, причем снижается эффективность воздействия каучука на свойства битума. Чтобы избежать этого, длительность и температура перемешивания битума с каучуком должны быть ограничены. При температуре 130 °С каучукобитумные смеси можно выдерживать не более 72 ч, при 160 °С - не более 12 ч, а при 200 °С - не более 1 ч.

Добавки каучука в количестве 2-3% рекомендуются для устройства покрытий дорог с умеренным движением, 5-7% - для дорог с тяжелым интенсивным движением. Срок службы покрытий с использованием каучукобитумных вяжущих возрастает примерно на 50%.

Ряд композиционных материалов может быть получен с применением отходов производства латексов и каучуков. Эти отходы выделяются из латексных сточных вод после усреднения их состава в накопительных емкостях с последующей переработкой на шнековых машинах. Латексные и каучуковые отходы имеют достаточно высокие показатели прочности (до 4,6 МПа) и эластичности (относительное удлинение до 700%). Их можно вводить в составы, предназначенные для получения кровельно-гидроизоляционных и герметизирующих материалов, а также материалов, предназначенных для покрытия полов промышленных и сельскохозяйственных помещений.

Для получения гидроизоляционных пленочных материалов используют валыдево-каландровый способ с предварительной пластификацией полимерных отходов на вальцах при температуре 120-130 °С в течение 10 мин. Пленки содержат до 45% отходов латексов; 15% - полипропилена; 10% - полиизобутилена и до 30% битума, который одновременно служит стабилизатором латексов. Прочность пленок при продольном растяжении 3-7 МПа, поперечном 0,6-1,5 МПа, относительное удлинение соответственно 27-45 и 300-700%, морозостойкость 45...-60 °С.

При приготовлении герметиков типа «герлен» дефицитное и дорогостоящее сырье - бутадиеновый термоэластопласт - можно полностью заменить отходами латекса. Полная замена кондиционных каучуков отходами возможна и при изготовлении материалов для покрытия полов методом вулканизации. Получаемые полимерные композиции хорошо перерабатываются при обычной технологии на существующем оборудовании.

На основе битумов, модифицированных полимерной крошкой латексов, разработана технология покровного слоя эластичного рубероида. Она включает получение гранулята перемешиванием при 120- 130 °С пластифицированной крошки и битума с последующим его растворением совместно с наполнителем в битуме и приготовление однородной массы с температурой 200 °С, направляемой в ванну для нанесения на рубероид. При введении полимеров в битум происходит его структурирование с образованием трехмерных структур и увеличением содержания твердых, не растворимых в бензоле, продуктов.

Технологическая схема криогенного измельчения покрышек представлена на рис. При подготовке покрышек к криогенному измельчению их моют, сортируют и отправляют на борторезку 1 для удаления бортовых колец. Далее покрышка поступает в охлаждающую камеру 2, куда подается жидкий азот. В качестве оборудования для охлаждения может быть использована после некоторой модификации сушильная печь барабанного типа. Покрышки охлаждаются до -120 °С (температура стеклования практически любых резин не ниже -70 °С).

Имеющийся запас охлаждения покрышки необходим для компенсации теплопритоков к ней во время перемещения из охлаждающей камеры к молоту 3, а также для компенсации тепловыделений при ударе молота, происходящих вследствие превращения кинетической энергии молота в тепловую. Молот имеет спрофилированные пуансон и матрицу, на которых происходит разбивание стеклообразной покрышки. Энергия удара (оставляет 38 кДж, ход пуансона 700 мм, масса пуансона 800 кг.



Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Измельченная покрышка после молота транспортером подается на шкивной железоотделитель 4, где происходит разделение резины, текстиля и металла. Резиновая крошка поступает на сепарацию, фракционирование и доизмельчение на стандартных дробильных и размольных вальцах.

Металлокорд поступает в обжиговую печь 5 для выжигания остатков резины на проволоке и далее - на пакетировочный пресс 6, текстильный корд - на доизмельчение в роторный измельчитель 7 (типа ИПР) и затем - на пакетировочный пресс 8.

В результате криогенного разрушения за один удар в крошку переходит до 75% резины, содержащейся в покрышке, причем 57% крошки имеет размеры от 1,25 до 20 мм и 24% - от 0,14 до 1,25 мм. Это позволяет существенно сократить затраты па доизмельчение резиновой крошки обычными методами.

Удельные затраты энергии на разрушение покрышки и охрупченном виде в 1,8 раза меньше, чем в эластичном.

Для резки и измельчения амортизованных шин с металлокордом целесообразно применение двухроторных машин с дисковыми ножами, имеющих большую мощность. Однако сегодня, несмотря на многочисленные работы, надежного промышленного оборудования для измельчения шин с металлокордом не создано. Рабочие органы машин при измельчении таких покрышек интенсивно изнашиваются.

Интересный способ отделения резины от металлокорда после измельчения покрышек предложили японские инженеры. Они предлагают продукты измельчения подвергнуть высокочастотному нагреву, в результате которого происходит нагрев металла и обугливание пограничного с ним слоя резины. Вследствие этого происходит ее отслоение от металлических частиц.

Измельченная резина в виде муки и крошки широко применяется в различных областях, и прежде всего в качестве полноценной добавки к свежим резиновым смесям.

Установлено, что дисперсность резиновой муки оказывает большое влияние на свойства резиновых изделий, а также на возможное количество ее применения в составе смеси. С увеличением дисперсности возможно увеличение содержания муки до 300-400 массовых частей на 100 массовых частей каучука. При >том прочностные свойства резины не только не снижаются, но возрастают по сравнению с резиной, содержащей в таком же количестве активные минеральные наполнители. Это становится возможным при использовании резиновой муки с размером частиц, составляющих несколько микрон, что достигается при новейших способах измельчения, например, с помощью абразивно-дискового измельчителя, в котором резиновая крошка измельчается в зазоре между двумя вращающимися в разные стороны абразивными кругами.

При использовании резиновой муки в составе резин необходимо учитывать, что ее свойства в процессе хранения ухудшаются, так как происходит старение резиновой муки вследствие ос интенсивного окисления по всей образованной в процессе измельчения высокоразвитой поверхности.

Целесообразно использование резиновой крошки в составе асфальтобетонных дорожных покрытий. Благодаря повышенным фрикционным свойствам и лучшему сопротивлению износу такие покрытия могут быть эффективными на горных дорогах, на площадях и улицах с интенсивными транспортными потоками, па взлетно-посадочных полосах аэродромов, на мостах и в тоннелях.

Высокие эластические свойства, обеспечиваемые дорожному покрытию резиновой фракцией, делают этот материал весьма полезным для создания дорог в регионах с большими температурными перепадами, при строительстве трамвайных путей (виброзащитные свойства), беговых дорожек стадионов.

При изготовлении асфальтобетонных покрытий используется резиновая крошка размером до 25 мм без удаления частиц металлокорда и волокна. Композиция изготавливается в обычных бетономешалках (бетонные смеси) или обогреваемых смесителях (асфальтовые смеси). Для укладки покрытия используются обычные дорожно-строительные машины.

ГЛАВА 3. РЕГЕНЕРАЦИЯ РЕЗИНЫ

Металлокорд поступает в обжиговую печь 5 для выжигания остатков резины на проволоке и далее - на пакетировочный пресс 6, текстильный корд - на доизмельчение в роторный измельчитель 7 (типа ИПР) и затем - на пакетировочный пресс 8.

В результате криогенного разрушения за один удар в крошку переходит до 75% резины, содержащейся в покрышке, причем 57% крошки имеет размеры от 1,25 до 20 мм и 24% - от 0,14 до 1,25 мм. Это позволяет существенно сократить затраты па доизмельчение резиновой крошки обычными методами.

Удельные затраты энергии на разрушение покрышки и охрупченном виде в 1,8 раза меньше, чем в эластичном.

Для резки и измельчения амортизованных шин с металлокордом целесообразно применение двухроторных машин с дисковыми ножами, имеющих большую мощность. Однако сегодня, несмотря на многочисленные работы, надежного промышленного оборудования для измельчения шин с металлокордом не создано. Рабочие органы машин при измельчении таких покрышек интенсивно изнашиваются.

Интересный способ отделения резины от металлокорда после измельчения покрышек предложили японские инженеры. Они предлагают продукты измельчения подвергнуть высокочастотному нагреву, в результате которого происходит нагрев металла и обугливание пограничного с ним слоя резины. Вследствие этого происходит ее отслоение от металлических частиц.

Измельченная резина в виде муки и крошки широко применяется в различных областях, и прежде всего в качестве полноценной добавки к свежим резиновым смесям.

Установлено, что дисперсность резиновой муки оказывает большое влияние на свойства резиновых изделий, а также на возможное количество ее применения в составе смеси. С увеличением дисперсности возможно увеличение содержания муки до 300-400 массовых частей на 100 массовых частей каучука. При этом прочностные свойства резины не только не снижаются, но возрастают по сравнению с резиной, содержащей в таком же количестве активные минеральные наполнители. Это становится возможным при использовании резиновой муки с размером частиц, составляющих несколько микрон, что достигается при новейших способах измельчения, например, с помощью абразивно-дискового измельчителя, в котором резиновая крошка измельчается в зазоре между двумя вращающимися в разные стороны абразивными кругами.

При использовании резиновой муки в составе резин необходимо учитывать, что ее свойства в процессе хранения ухудшаются, так как происходит старение резиновой муки вследствие ос интенсивного окисления по всей образованной в процессе измельчения высокоразвитой поверхности.

Целесообразно использование резиновой крошки в составе асфальтобетонных дорожных покрытий. Благодаря повышенным фрикционным свойствам и лучшему сопротивлению износу такие покрытия могут быть эффективными на горных дорогах, на площадях и улицах с интенсивными транспортными потоками, па взлетно-посадочных полосах аэродромов, на мостах и в тоннелях.

Высокие эластические свойства, обеспечиваемые дорожному покрытию резиновой фракцией, делают этот материал весьма полезным для создания дорог в регионах с большими температурными перепадами, при строительстве трамвайных путей (виброзащитные свойства), беговых дорожек стадионов.

При изготовлении асфальтобетонных покрытий используется резиновая крошка размером до 25 мм без удаления частиц металлокорда и волокна. Композиция изготавливается в обычных бетономешалках (бетонные смеси) или обогреваемых смесителях (асфальтовые смеси). Для укладки покрытия используются обычные дорожно-строительные машины.

Наиболее распространенным методом, позволяющим частично перерабатывать и использовать старую резину, является регенерация. Общим принципом большинства существующих методов регенерации является термоокислительная или термомеханическая деструкция набухших вулканизатов.

Процесс регенерации включает следующие технологические операции: сортировку и измельчение резины, освобождение ее от текстильного волокна и металла, девулканизацию и механическую обработку девулканизата. Разные способы регенерации отличаются главным образом техническим оформлением процесса девулканизации. К устаревшим методам регенерации относятся щелочной, кислотный, термический, паровой, а также метод растворения. В России в настоящее время применяются три метода регенерации: водонейтральный, термомеханический и метод диспергирования. К недостаткам водонейтрального метода относятся периодичность процесса и низкое качество регенерата вследствие больших дозировок смягчителя. Наиболее широкое распространение получил непрерывный термомеханический метод. Процесс девулканизации в данном случае осуществляется в непрерывном шнековом девулканизаторе в присутствии смягчителя и активатора деструкции. Методом диспергирования получается регенерат наиболее высокого качества, однако данный процесс не получил пока широкого распространения вследствие сложностей, связанных с распылительной сушкой водной дисперсии резины.

Каучуковое вещество регенерата состоит из гель-фракции, сохраняющей разреженную сетчатую структуру вулканизата, и золь-фракции, содержащей достаточно короткие отрезки разветвленных цепей с молекулярной массой около 10000. Поскольку в регенерате сохраняется сетчатая структура вулканизата, при введении регенерата в резиновую смесь возникает микронеоднородность, которая отрицательно сказывается на прочностных свойствах резин. Наличие низкомолекулярных фракций в регенерате вызывает снижение износостойкости резин. В этой связи регенерат практически не применяется в протекторных резинах. В настоящее время применение регенерата в резиновой промышленности ограничивается главным образом использованием его как технологической добавки, улучшающей обрабатываемость резиновых смесей, и как сырья для неответственных изделий.

Существует несколько способов регенерации резины: водонейтральный, термомеханический, диспергированный.

Водонейтральный метод регенерации

Метод включает следующие основные операции: подготовку резины; подготовку смягчителей и активаторов; девулканизацию; влагоотделение и сушку; механическую обработку.

Подробную информацию об подготовки сырья для регенерации - этапе измельчения резины можно получить здесь: Базовая модель Линии по переработке старой резины в крошку и пудру L:U-YH7.

Измельчение отходов. Изношенные покрышки, ездовые, авиационные и варочные камеры сортируют на группы по типу содержащихся в них каучуков. Рецептуру и режим девулканизации выбирают в зависимости от типа и содержания каучука в резине. После этого покрышки поступают на моечную машину и борторезательные станки. Вырезанные бортовые кольца, содержащие толстый металлокорд и металлическую проволоку удаляют, а покрышку разделяют на две части по короне и затем рубят на куски на механических ножницах. Полученные сектора подают на шинорез, где они измельчаются на куски размером 30-70 мм. Дальнейшее измельчение резины и отделение кордного волокна осуществляется на дробильных вальцах с рифленой поверхностью валков и на размольных вальцах, агрегированных с вибрационными сеялками. Технологическая цепочка может включать одни или несколько последовательно расположенных вальцев.

Вибрационное сито устанавливают на специальной монтажной площадке над вальцами или на втором этаже. Исходные куски подаются по направляющему желобу 1. Прошедшая через дробильные вальцы 2 резина ленточным транспортером 3 подается на элеватор 4 и далее на вибрационное сито 5, где производится рассев на мелкую фракцию, отбираемую по транспортеру 6, крупную фракцию, направляемую на доизмельчение и текстильные отходы, снимаемые с верхней сетки и направляемые потребителю или на дальнейшую переработку.

В основном регенерат получают из резин на основе каучуков общего назначения (натурального, изопренового, бутадиен-стирольного) и их комбинаций. В небольших количествах выпускают также регенерат из резин на основе бутилкаучука, полихлоропрена и нитрильного каучука. Резины на основе бутилкаучука могут быть подвергнуты регенерации воздействием излучений, причем в этом случае для регенерации необязательно проводить предварительное тщательное измельчение резины.

Оценка качества регенерата

Для оценки качества регенерат подвергают химическому анализу. Кроме того, проводят испытания вулканизатов на его основе по технологическим и механическим свойствам. При проведении химического анализа определяют в составе регенерата содержание в нем летучих веществ (при 110°С), золы, текстиля и смягчителей, а также степень его девулканизации, кислотность и щелочность. Качество регенерата по внешнему виду и технологическим свойствам оценивают визуально путем сравнения полотна регенерата, снимаемого с рафинировочных вальцов, со стандартным эталоном. При этом учитывают плотность, степень шероховатости и глянцевитость поверхности полотна, а также число включений жестких частиц девулканизованной резины (крупы). Однородность регенерата определяют по микрофотографиям срезов. По пластоэластическим свойствам характеризуют технологические свойства регенерата. Пластичность, мягкость и эластическое восстановление в основном определяют на сжимающих пластометрах, а вязкость по Муни - на ротационных вискозиметрах. При определении вязкости по Муни получаются более воспроизводимые результаты. Вязкость по Муни стандартных марок регенерата, полученного водонейтральным методом, при 100 °С составляет 17-60 усл. ед. Для оценки механических свойств вулканнзатов на основе регенерата, содержащего каучуки общего назначения, готовят стандартную смесь следующего состава (масс. ч. на 100 масс. ч. регенерата):

Регенерат...... 100,0

Оксид цинка....2,5

Дибензтиазолилдисульфид 0,9

Сера........ 1,5

Вулканизацию стандартной смеси проводят при 143±1 °С в течение 15 мин. Полученные вулканизаты должны иметь прочность при растяжении не менее 5,0-7,0 МПа и относительное удлинение не менее 350% в зависимости от марки регенерата.

Однако следует иметь в виду, что для оценки качества регенерата недостаточно знать механические свойства стандартных смесей, так как связь между механическими показателями вулканизатов регенерата и резиновых смесей, содержащих регенерат, не установлена.

Применение регенерата в резиновых смесях

При введении регенерата в резиновые смеси увеличивается скорость их смешения. Продолжительность приготовления смесей на вальцах или в закрытом смесителе сокращается на несколько минут, а в некоторых случаях - вдвое. Кроме того, уменьшается расход энергии при обработке регенерата, так как он содержит диспергированные ингредиенты и обладает достаточной пластичностью. Регенерат в резиновых смесях можно рассматривать как сшитый полимер, что обусловливает постоянство свойств регенератных смесей при их переработке. Регенератные смеси имеют меньшую усадку и обладают хорошей каркасностью. При вулканизации изделий, содержащих регенерат, без применения форм деформация заготовки незначительна. При повторном вальцевании регенератные смеси пластицируются в меньшей степени, чем смеси, приготовленные на основе каучука, т. е. они менее чувствительны к перепластикации. Вследствие небольшого теплообразования смесей, содержащих регенерат, опасность подвулканизации при обработке их на вальцах, каландрах, в смесителях и шприц-машинах снижается. При введении в резиновые смеси регенерата можно применять повышенные скорости шприцевания и каландрования при хорошем сохранении профиля формуемой заготовки. Применение регенерата очень эффективно в резиновых смесях, используемых для промазки ткани на каландрах. Регенератные смеси желательно применять в производстве формовых изделий, особенно больших размеров, так как они медленно растекаются и лучше вытесняют воздух из форм, что предотвращает образование пузырей и недопрессовки. При использовании регенерата может быть сокращен расход ускорителей и оксида цинка. Регенерат препятствует также реверсии вулканизации. К числу недостатков регенерата, ограничивающих его применение в резиновых смесях, относится уменьшение эластичности резин, модуля, прочности при разрыве, сопротивления раздиру, истиранию и усталостной прочности. При изготовлении резиновых смесей, содержащих регенерат, сначала раздельно пластицируют каучук и регенерат, а затем их смешивают. Серу и ускоритель вводят в смесь из расчета на общее содержание полимера (каучука и каучукового вещества регенерата). Если получаемая резина должна обладать повышенным сопротивлением старению, содержание серы снижают на 20-30% по сравнению с обычно принятым для смесей на основе каучука. Антиоксиданты и наполнители вводят только из расчета на содержание каучука. Это объясняется тем, что они практически распределяются в каучуке; в частицах регенерата содержатся только те наполнители, которые были в исходной регенерируемой резине. Свойства резин, содержащих регенерат, могут быть значительно улучшены введением в смеси активных усиливающих наполнителей (тонкодисперсного технического углерода, высокомолекулярных смол). Регенерат применяют в производстве шин, резиновых технических изделий (транспортерных лент, рукавов, прокладок, аккумуляторных баков), в производстве резиновой обуви. При использовании регенерата в губчатых резинах снижается эластическое восстановление смесей и уменьшаются колебания в.размерах пор при вулканизации. С растворителями (обычно в присутствии смол) регенерат дает ценные клеи с высоким содержанием каучукового вещества. Он довольно легко диспергируется в воде и в смеси с натуральным или синтетическим латексом обеспечивает получение высококачественных адгезивов. Из одного регенерата в основном готовят только неответственные изделия: ковры, бытовые дорожки, полутвердые трубки для изоляции, садовые рукава и др.

Физические методы переработки резиновых отходов

В настоящее время все большее значение приобретает направление использования отходов в виде дисперсных материалов. Наиболее полно первоначальная структура и свойства каучука и других полимеров, содержащихся в отходах, сохраняются при механическом измельчении.

Измельчение (или дробление) - это процесс разделения твердого тела на куски все уменьшающихся размеров под действием внешних сил. Эффективность измельчения определяется степенью измельчения, то есть отношением размера кусков до и после измельчения.

Установление взаимосвязи между размерами частиц материала, их физико-химическими и механическими характеристиками и затратами энергии на измельчение и параметрами измельчающего оборудования необходимо для расчета измельчителей и определения оптимальных условий их эксплуатации.

Химические вещества, применяемые при регенерации резины

1) Цинк хлористый технический ГОСТ 7345-78 применяется: при изготовлении электролита для сухих элементов и гальванических ванн в гальванотехнике; при приготовления флюсов для горячего цинкования, лужения, свинцевания; флюсов для ручной и машинной пайки; при производстве фибры; для получения пестицидов, пигментов (хромат цинка, литопон); для изготовления активированных углей; для антисептирования древесины; в качестве добавки при вулканизации каучука; в качестве растворителя целлюлозного корда при регенерации резины; в химическом синтезе как обезвоживающий агент и катализатор.

2) Di-xylene Di-sulphide используется в качестве катализатора при производстве регенерированной резины. Использование этого химикаты позволяет регенерировать (девулканизировать) любой вид резины любой вид резины - как натуральной, так и синтетической. Любой вид резины (вулканизированные отходы резины. Преимущества - ускоряет процесс девулканизации при низких температурах, тем самым уменьшая расход энергии резиногенерирующей установки, экономит время переработки, позволяет регенерировать или девулканизировать резину при более низкой температуре, улучшить эффективность установки, сэкономить топливо, улучшить качество конечной регенерации и уменьшить риск затвердевания, (Индия).

Среди применяемых для регенерации резины многих способов наиболее перспективным следует считать термомеханический метод.

Основными преимуществами этого метода являются: непрерывность процесса девулканизации, полная механизация и автоматизация производства и резкое сокращение производственного цикла.

Термомеханический метод универсальный и пригоден для переработки резины, изготовленной из натурального или синтетического каучука.

При этом способе регенерат получается путем пропускания приготовленной смеси через червячную машину на протяжении 3-6 мин.

В зависимости от типа перерабатываемой резины и необходимых свойств регенерата устанавливается необходимый температурный режим и число оборотов червяка.

Производство регенерата термомеханическим способом осуществляется по такой схеме:

Старые автопокрышки после сортировки подаются на резку, мойку и па дробильные вальцы, после которых в результате помола и просева на ситах отделяется мелкая дробленая резина и кордное волокно. Размолотая резина подается пневматическим транспортом на смешение с раствором активатора и смягчителя.

Процесс смешения проходит непрерывно и сопровождается увлажнением смеси.

В девулканизаторе резина обрабатывается при определенной температуре в пределах 150-260° С.

Скорость вращения червяка девулканизатора устанавливается экспериментально.

Продукт, выходящий из девулканизатора, охлаждается в герметизированной приемной камере, связанной с вентиляционной установкой, которая отсасывает газы и пары.

Для облегчения охлаждения гранулированного генератора и предотвращения слипания гранул применяется охлаждение при помощи распыляемой эмульсии.

В отличие от обычных червячных машин для переработки резиновых смесей отношение длины к диаметру червяка у девулканизаторов принимается порядка 10 : 1.

Червяки выполняются с переменным шагом с постепенным уменьшением объема между витками и по конфигурации витков разделяются на питающую, пластицирующую и проталкивающую зоны.

На конце червяка имеется коническая насадка, которая вращается вместе с червяком в обратном конусе головки машины.

Червяк и коническая насадка изготовляются из специальных твердых сплавов для обеспечения длительной работы их в условиях интенсивного истирания. Зазоры между витками червяка и поверхностью цилиндра, а также специальные лопатки и профиль витков червяка обеспечивают интенсивное перетирание, перемешивание и пластикацию материала в машине.

Конические насадки выполняются с гладкими и рифлеными поверхностями.

Рекомендуется зазор между поверхностями конусов (насадки и головки) делать регулируемыми в пределах от 0,05 до 5 мм в зависимости от размеров машины. Скорость вращения червяка необходимо плавно регулировать в пределах от 10 до 120 об/мин.

Внутренняя полость червяка выполняется с отверстием для охлаждения. Корпус машины обычно имеет три зоны и все они охлаждаются потому, что в процессе работы развивается высокая температура. Машина должна иметь автоматическое устройство для точного поддержания и регулирования температуры.

Червячные девулканизаторы изготовляются с диаметром червяков: 90, 120 и 320 мм и производительностью 50, 200 и 500 кг/ч.

ГЛАВА 4. Современные технологические линии

переработки изношенных автопокрышек

регенерация шина отход резина покрышка

Основные направления использования активного порошка дискретно девулканизированной шинной резины.

В статье [1] были рассмотрены вопросы, связанные с переработкой отходов шинной резины, с использованием в этой связи метода высокотемпературного сдвигового измельчения и с получением из отходов резины активного дискретно девулканизованного порошка. Данная статья посвящена, главным образом, рассмотрению существующих в настоящее время технологических линий по переработке изношенных авиа- и автопокрышек, а также применению резинового порошка и активного порошка дискретно-девулканизованной шинной резины в дорожном строительстве, в резинотехнической промышленности и т.д.

Специфика переработки изношенных покрышек определяется тем, что они содержат элементы, выполненные из разных типов резины, и, наряду с этим, значительное количество металлической проволоки (до 15 вес. %) и синтетического корда (до 15 вес. %). Поэтому в целях эффективной утилизации покрышек приходится, прежде всего, тщательно отделять резину от синтетического корда и металлокорда. Например, при получении вторичных резин с использованием отходов шинной резины содержание металлических частиц не должно превышать во вторичном продукте 0,01-0,03 вес. %. Возможно, что в будущем будут разработаны также методы разделения шинных отходов по сортам резин с целью их индивидуального вторичного использования. Однако, сейчас в этом направлении проводятся только поисковые исследования.

В настоящее время в мире используется значительное количество различных технологических линий по переработке изношенных покрышек. Рассмотрим эти линии в следующей последовательности: а) линии переработки при низкой температуре, б) линии переработки при нормальной и повышенной температуре и в) линии переработки при высокой температуре. Такое разделение линий, конечно, весьма условно, поскольку любая переработка автопокрышек состоит из нескольких операций, выполняемых при разных значениях температуры. И все же разделение линий по температуре переработки автопокрышек и, прежде всего, по температуре переработки на этапе тонкого измельчения резины имеет определенные преимущества и вполне оправдано.

Линии переработки изношенных покрышек при низкой (криогенной) температуре

Основное преимущество таких линий состоит в том, что при низких температурах можно легко отделить резину от корда. Часто упоминают, что другим преимуществом этих линий является снижение энергозатрат, поскольку с понижением температуры снижается работа на разрушение и измельчение резины. Однако, этот вывод не совсем точен. Работа на разрушение резины, действительно, снижается в 2-2,5 раза при понижении температуры до -(100ё 120)^оС. Но, для этого требуется значительное количество хладоагента, а энергазатраты на производство хладоагента, (0,4ё 3,0 кг жидкого азота на один кг полученной резиновой крошки), как правило, перекрывают и иногда очень значительно ту экономию, которую дает снижение энергозатрат на разрушение резины.

С учетом последнего обстоятельства использование криогенных технологий при переработке изношенных автопокрышек можно признать целесообразным только в тех странах (США, Германия и некоторые другие), где:

· есть большие мощности по получению жидкого азота;

· продажу жидкого азота фирмам, занимающимся переработкой изношенных покрышек и других резино-полимерных отходов, осуществляют по сниженным ценам;

· есть оборудование, обеспечивающее измельчение резины при низком расходе жидкого азота (например, установки фирмы “INTEC”, Германия; фирмы “WIRTECH” Швейцария и другие, у которых расход жидкого азота составляет 0,5-0,8 кг на кг получаемого порошка).

Необходимо учитывать также, что при криогенном измельчении получают порошок с гладкой поверхностью частиц и что, в силу этого, требуется дополнительная химическая или физическая модификация порошка, которая приведет к увеличению удельных энергозатрат еще на 100-400 кВт.ч./т. Пожалуй, наиболее эффективной является модификация криогенной резиновой крошки путем переработки ее в роторном диспергаторе. Как было показано в совместной работе ЗАО “РОДАН” (Москва) с фирмой “Gaja Internatinal” (Иллинойс, США) переработка в диспергаторе криогенной крошки с размером 0,4 мм позволяет снизить размер крошки в 1,5 раза и увеличить ее удельную поверхность почти в 5-10 раз при удельных энергозатратах всего 50 кВт.ч/т.

В России, где производится сравнительно небольшое количество жидкого азота, предпринимаемые время от времени попытки организовать промышленное производство криогенного резинового порошка вряд ли можно признать оправданными и, тем более, на некачественном оборудовании с расходом жидкого азота 1,5-4 кг на кг резинового порошка. Более оправданным является использование турбодетандеров, с помощью которых изношенные покрышки или шинную резину охлаждают в процессе переработки холодным воздушным потоком до температуры минус (100ё 130)^оС.

Одной из линий, на которых использованы турбодетандеры, является линия переработки автопокрышек взрывоциркуляционным методом, разработанная отечественными фирмами УНЦ “Криоконсул” и ООО “Эксплотех”. Схема данной линии, изготовление которой завершается в настоящее время в Москве, приведена на рис.

На первом этапе переработки на этой линии из покрышек вырезают бортовые кольца, делают поперечные разрезы и сворачивают каждую покрышку в спираль, образуя из нее небольшую катушку диаметром 20-25 см. Для этого используется специальный станок компактирования (на схеме не показан), который изготавливают либо стационарным, либо смонтированным на автомобильном шасси. Такие компактированные покрышки удобны для перевозки с мест сбора, со свалок и т.д. Из нескольких компактированных покрышек изготавливают цилиндрический пакет длиной около одного метра с центральным каналом, в котором размещают заряд взрывчатого вещества из аммиачной селитры и дизельного топлива.