Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. Основные характеристики производства

2. Стадии переработки полиэтилена

3. Назначение устройств для переработки полиэтиленовой пленки

4. Принцип работы агломератора

5. Экструдер

6. Биоразлагаемые полимеры

7. Метод выдувной экструзии

8. Стадии выдувного формования

9. Перспективные направления исследований

Заключение

Введение

Полимерные молекулы представляют собой обширный класс соединений, основными отличительными характеристиками которых являются большая молекулярная масса и высокая конформационная гибкость цепи. Можно с уверенностью сказать, что и все характеристические свойства таких молекул, а также связанные с этими свойствами возможности их применения обусловлены вышеуказанными особенностями.

В нашем урбанизированном быстро развивающемся мире резко возрос спрос на полимерные материалы. Трудно себе представить полноценную работу заводов, электростанций, котельных, учебных заведений, электрической бытовой техники, которая нас окружает дома и на работе, современных вычислительных машин, автомобилей и много другого без использования этих материалов. Хотим ли мы сделать игрушку или создать космический корабль - и в том, и в другом случае не обойтись без полимеров. Но каким образом можно придать полимеру требуемую форму и вид? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим иной аспект технологии полимеров, а именно их переработку, что и является предметом данной работы.

В широком смысле переработку полимеров можно рассматривать как некую инженерную специальность, занимающуюся превращением исходных полимерных материалов в требуемые конечные продукты. Большинство методов, применяемых в настоящее время в технологии переработки полимеров, являются модифицированными аналогами методов, используемых в керамической и металлообрабатывающей промышленности.

Около 50 лет назад существовало очень ограниченное количество процессов переработки полимеров в конечные изделия. В настоящее время имеется множество процессов и методов, основными из них являются каландрование, отливка, прямое прессование, литье под давлением, экструзия, пневмоформование, холодное формование, термоформование, вспенивание, армирование, формование из расплава, сухое и мокрое формование. Последние три метода используют для производства волокон из волокнообразующих материалов, а остальные - для переработки пластических и эластомерных материалов в промышленные изделия. В ходе производственной практики мы познакомились с переработкой полиэтиленовой пленки. биоразлагаемый полимерный полиэтилен экструзия

На территории Российской Федерации ежегодно увеличивается объем производства полимерных материалов (более 170 тыс. тонн в год). Популярность синтетических пластмасс объясняется их физико-химическими свойствами (плотность полиэтилена - 0,945 г/см³), экономичностью производства, удобством использования. Например, при изготовлении пластика энергии требуется на 21 % меньше, чем при изготовлении стекла.

Если стеклянная тара, как правило, находится в потребительском цикле, а бумажная подвергается разложению в естественных условиях, то упаковка из синтетических полимеров, составляющая 40 % бытового мусора, практически не подвергаются разложению. Утилизация полимерных отходов является глобальной экологической проблемой. Решением данной проблемы, по мнению некоторых специалистов, может служить создание биоразлагаемых полимеров, которые сохраняют эксплуатационные характеристики только в течение периода потребления, а затем претерпевают физико-химические и биологические превращения под действием факторов окружающей среды и легко включаются в естественный круговорот веществ. Такими проблемами и занимается Воронежская компания "Бриз".

Молодежная инновационная экологическая компания “БРИЗ” была создана в августе 2010 года.

“Бриз” предлагает широкий круг изделий на основе полимеров и композитов с регулируемым сроком службы:

· изделия пищевого назначения, изготавливаемые на основе высоконаполненных композитов при использовании вторичных ресурсов растительного происхождения, что обеспечивает биоразложение при их захоронении и утилизации;

· изделия производственного и бытового назначения: упаковка, мусорные мешки и т.п. изготавливаются на основе полимеров, содержащих окси-биоразлагаемые добавки собственного производства;

· компания “БРИЗ” производит готовую окси-биоразлагаемую гранулированную смесь на основе ПВД и ПНД для производства биоразлагаемых пакетов типа майка, а так же мешков для мусора;

· так же возможно производство окси-биоразлагаемой рукавной пленки по размерам заказчика.

Компания предлагает услуги по:

· проектированию производств пленки, пакетов, одноразовой посуды; подбору оборудования,

· пуско-наладочных работ и продажи технологии производства биоразлагаемых композиционных материалов и готовой продукции.

· оказанию консультации и выезд инженеров и технологов на производство для запуска оборудования на биоразлагаемой добавке “БРИЗ”.

1. Основные характеристики производства

2. Стадии переработки полиэтилена

Исходным сырьем является полиэтиленовая пленка. Перед запуском в переработку исходное сырье подлежит сортировке по качеству и цвету. Из переработки исключаются партии сырья, содержащие термоусадочную пленку, загрязнения в виде масел, ядохимикатов, лакокрасочных материалов и горючих веществ, а также других вязких, не растворимых в воде веществ (таких как целлюлоза).

Процесс переработки состоит из нескольких этапов:

· очистка

· дробление, предварительное измельчение;

· флотация (отделение тяжелых пластиков от полиолефинов);

· вторичное дробление во влажной среде, удаление тонких загрязнений происходит за счет взаимного трения измельчаемого материала;

· сепарация;

· агломерация.

Агломерированный продукт (до 0,5) поступает в бункер агломератора, где происходит постоянное перемешивание и усреднение материала. После этого берутся замеры для определения ПТР сырья (ПТР - предел текучести и расплава), находящегося в бункере. В дальнейшем можно либо смешать материалы, находящиеся в бункерах для получения заданного ПТР, либо с каждого бункера отправить на грануляцию.

Экструзия и получение гранул; Гранулятор SICOPLAST двухконтурный:

- В первом контуре достигается перемешивание материала и усреднение. Первая сетка может быть установлена от 200 микрон до 100 микрон.

- Во втором контуре происходит фильтрование материала для получения высококачественного гранулята, который может быть использован для вытягивания рукава для пленки, пакетов (экструзия).

Все фильтры и сетки работают в автоматическом режиме.

Выгрузка гранул в мешки.

С целью рационального использования воды линия имеет встроенную систему водоподготовки с оборотной водой и системой очистки воды.

Конечным продуктом переработки данной линии является вторичный гранулят.

Виды перерабатываемого сырья

На данном оборудовании перерабатываются сильнозагрязненные полимерные отходы группы полиофинов:

- Полиэтилен высокого давления (ПВД) в виде пленочных и твердых отходов;

- Полиэтилен низкого давления (ПНД) в виде пленочных и твердых отходов;

3. Назначение устройств для переработки полиэтиленовой пленки

Роторный измельчитель (дробилка) для пластмасс.

Одним из наиболее распространенных видов измельчителей являются дробилки. Данный вид машин используется как для переработки производственных, так и загрязненных отходов пластмасс (в том числе с полигонов). Данные дробилки состоят из быстро вращающегося ротора с ножами (400-1000 об/мин) и стационарных ножей, между которыми и происходит измельчение (рис. 2.7). Дробилки характеризуются количеством вращающихся ножей и от 2-х до 4-х стационарных ножей, в зависимости от поставленной задачи. Роторные (вращающиеся) ножи устанавливаются под небольшим углом к стационарным, чтобы уменьшить и распределить ударную нагрузку по всей длине ножа (косой срез). Крайне малые зазоры между подвижными и неподвижными ножами 0,2-0,3 мм обеспечивают высокую производительность. Чем меньше зазор между ножами -- тем лучше качество дробленого материала, меньше пыли и меньше эксплуатационные затраты. Роторные дробилки, как правило, имеют зазор между вращающимися и стационарными ножами 0,2-0,3 мм. Преимуществом малого зазора является низкое энергопотребление. Дробилки имеют произво-дительность до 9 т/ч и ширину ротора до 2500 мм. Дробилки с косым срезом ножей являются превосходным инструментом дробления пленок, независимо от их фор-мы -- лента, рукав, вырубка или пласты.

4. Принцип работы агломератора

Установка агломерирования пленки (агломератор) предназначена для вторичной переработки полимерной пленки, бывших в использовании полиэтиленовых пакетов и отходов переработки утилизированных изделий с последующим использовании в производстве ТНП. На установке получают гранулы размером от 2 до 25 мм.

На агломераторе перерабатывают различные полимерные пленки, изготовленные из различных материалов: полиэтилен высокого давления (полиэтилен низкой плотности), полиэтилен низкого давления (полиэтилен высокой плотности), а так же "стрейч"-пленка.

Агломератор состоит из корпуса, станины, на которой смонтированы все узлы аппарата, рабочей камеры для загрузки перерабатываемого материала; ножей для измельчения пленочных отходов, вращающихся от электродвигателя; крана для подачи воды в рабочую камеру в режиме отмывки отходов и крана для введения в камеру требуемого объема «шоковой» воды при использовании аппарата в режиме агломерации, а также заслонки, через которую производится выгрузка готового продукта после отработки технологического цикла. Отходы загружаются в рабочую камеру агломератора и промываются водой. Далее производится их резка вращающимися ножами. За счет механической энергии трения измельченных частиц материала о стенки рабочей камеры и между собой происходит его нагрев до 100 градусов по шкале Цельсия. После подачи «шоковой» воды в камеру происходит агломерация массы материала, т.е. превращение его в гранулы. Затем через заслонку производится выгрузка готового продукта.

5. Экструдер

Состоит из нескольких основных узлов -- корпуса, оснащенного нагревательными элементами, рабочего органа (шнека, диска, поршня), размещенного в корпусе, узла загрузки перерабатываемого продукта, привода, системы задания и поддержания температурного режима и других контрольно-измерительных и регулирующих устройств.

Наибольшее распространение в промышленности получили шнековые экструдеры. Захватывая исходный продукт, шнек перемещает его от загрузочного устройства вдоль корпуса экструдера. При этом продукт сжимается, разогревается, пластифицируется и гомогенизируется. Давление в экструдере достигает 15... 100 МПа. По частоте вращения шнека экструдеры подразделяют на нормальные и быстроходные с окружной скоростью соответственно до 0,5 и 7 м/мин, а по конструктивному исполнению -- на стационарные и с вращающимся корпусом, с горизонтальным и вертикальным расположением шнека.

Существуют экструдеры со шнеками, осуществляющими не только вращательное, но и возвратно-поступательное движение. Для эффективной гомогенизации продукта на шнеках устанавливают дополнительные устройства -- зубья, шлицы, диски, кулачки и др. В последнее время получают распространение планетарно-вальцовые экструдеры, у которых вокруг центрального рабочего органа (шпинделя) вращается несколько дополнительных шнеков (от 4 до 12). Принцип действия дискового экструдера основан на использовании возникающих в упруговязком материале напряжений, нормальных к сдвиговым. Основу конструкций такого экструдера составляют два плоскопараллельных диска, один из которых вращается, создавая сдвиговые и нормальные напряжения, а другой неподвижен. В центре неподвижного диска имеется отверстие, через которое выдавливается размеченный материал. Поршневой экструдер из-за низкой производительности используют ограниченно, в основном для изготовления труб и профилей из реактопластов.

Конструкции экструдеров могут быть классифицированы также по геометрической форме, механическим, функциональным или термодинамическим характеристикам. Кроме того, экструдеры рекомендуется классифицировать по их физическим признакам, поскольку они оказывают влияние на химические структурные характеристики экструдированных продуктов. Особое значение имеют такие параметры, как уклон режущей кромки матрицы и количество тепловой энергии, образующейся в процессе экструдирования за счет механического преобразования энергии; температура во время ведения процесса; влажность экструдируемой массы.

При переработке пищевых продуктов наибольшее распространение получили экструдеры со шнеками полного зацепления, вращающимися в одном направлении, когда вершины одного шнека взаимодействуют с впадинами другого.

В двухшнековых самоочищающихся экструдерах обеспечиваются более быстрый пуск шнека и работа на повышенной скорости. В них реже возникают подъемы давления, так как не происходит накопление продукта. В одношнековых экструдерах, вследствие того, что продукт может оставаться в витках и накапливаться, создавая разрывы потока, подъемы давления бывают чаще. В результате продукт из экструдера выпускается неравномерно.

Однако предполагается, что в одношнековом экструдере износ шнека концентрируется по наружной кромке к торцу его витков, и это обеспечивает восстановление шнека.

6. Биоразлагаемые полимеры

На сегодняшний день существует порядка ста видов саморазлагающихся полимеров и все они требуют специальных условий для утилизации. В странах Западной Европы и Северной Америки, где рынок сертифицированной саморазлагаемой упаковки насчитывает многолетнюю историю, споры об ее «экологичности» по сравнению с обычным пластиком продолжаются до сих пор. Так называемые биоразлагаемые полимеры делятся на две группы: первая (к ней относится и разработка ставропольских ученых) производится из натурального сырья, вторая - из тех же, что и привычный пластик, продуктов нефтехимии, с добавлением присадок, позволяющих ему разлагаться при наличии кислорода и солнечного светы в сотни и тысячи раз быстрее, чем это делает обычный пластик.

Хотя пластики из возобновляемого органического сырья, кажутся более «экологичными», оценка их жизненного цикла, свидетельствует, как минимум о необходимости расширения использования посевных площадей для их производства.

Если говорить о технологии - в результате образуется вода, углекислый газ и биомасса. В случае оксобиоразложения - это процесс окисления (деструкции под действием кислорода воздуха) с последующим биоразложением (с помощью бактерий).

Технология получения оксобиоразлагаемых пластиков проста и универсальна. Поскольку оксобиоразлагаемые пластики могут быть получены на основе многотоннажных полимеров таких, как полиэтилен, полипропилен и полистирол путем включения добавки - катализатора в объем полимера на стадии его переработки (экструзии, литья).

Метод выдувной экструзии.

Этим методом получают разнообразную полимерную тару (бутылки, бочки, канистры, контейнеры, игрушки и другие объемные изделия). Объем получаемых этим методом изделий составляет от нескольких миллилитров до 3000л.

В процессе экструзии сырье переходит из твердого состояния (гранулы, порошок) в расплав, а потом снова в твердое состояние после выхода из фильеры (мундштука) и охлаждения. В материальном цилиндре экструдера (как и в литьевой машине) различают три зоны: загрузки, сжатия и дозирования. В зону загрузки поставляются твердые гранулы, которые перед переработкой просушиваются (режимы сушки см. табл.) и с помощью шнека сжимаются в монолитную корку. Твердый материал прижимается спиральным каналом, который образован поверхностями цилиндра и винтовой нарезкой шнека. Трение полимера о стенки цилиндра должно быть больше, чем о шнек. Оно регулируется за счет обеспечения высокой чистоты поверхности шнека по сравнению со стенкой цилиндра, а также температурой (цилиндр нагревается, а шнек охлаждается). Плавление полимера происходит за счет теплоты, которая поступает от нагревателей, а также за счет теплоты от внутреннего трения.

В зоне сжатия гранулы полностью расплавляются и вследствие уменьшения глубины нарезки шнека расплав сжимается до образования гомогенной массы, свободной от воздушных включений.

В зоне дозирования глубина нарезки шнека не изменяется. Задание этой зоны - нагнетать в формующую головку расплав при постоянных значениях температуры и давления.

8. Стадии выдувного формования

· гомогенизация расплава и выдавливание рукавной заготовки;

· раздув заготовки в форме и формование изделия;

· охлаждения изделия и его удаление из формы;

· окончательная обработка готовых изделий.

Для изготовления полых изделий применяются, как правило, экструдеры сравнительно небольших размеров, с диаметром шнека 50-90 мм. Поскольку сопротивление головки сравнительно невелико, а основным требованием является получение расплава с высокой однородностью, длина шнека не превышает 15 - 18 D. Расплавленный и гомогенизированный в экструдере материал выдавливается из головки вниз в виде трубчатой заготовки, которая попадает в открытую к этому моменту форму. После того, как длина заготовки достигнет необходимой величины, полуформы смыкаются, зажимая нижний и верхний края заготовки своими бортами. При этом происходит сварка нижнего конца заготовки и оформление отверстия на ее верхнем конце (или наоборот). После смыкания формы в нее через дорн или ниппель подается сжатый воздух, под действием которого размягченный материал рукава принимает конфигурацию внутренней полости формы.

Формование заготовки является важнейшей операцией, которая во многом определяет свойства и качества готового изделия. Поступающий в мундштук расплав должен быть гомогенным, иметь постоянную температуру по всему периметру заготовки и выдавливаться равномерно (без пульсации). При получении изделий, имеющих в сечении форму прямоугольника, эллипса и т. п., а также изделий сложной конфигурации, сечение формующей щели делают неодинаковым: участки заготовки, которые раздуваются больше, должны иметь большую толщину. Следует иметь в виду, что выдавливаемая заготовка имеет большую толщину, чем сечение формующего зазора вследствие так называемого «разбухания» экструдата, носящего релаксационный характер. Разбухание экструдата определяется геометрией формующего канала, скоростью выдавливания заготовки и в значительной степени может быть учтено на стадии выбора технологом формующего инструмента. В целом, разбухание рукава уменьшается с увеличением длины канала в головке, ростом температуры расплава. При увеличении скорости выдавливания заготовки разбухание возрастает. Изменение толщины стенки заготовки в результате растяжения можно уменьшить за счет снижения температуры расплава.

При формовании продолговатых и длинных изделий было отмечено, что из-за вытягивания пластичной заготовки под действием собственного веса толщина стенок верхней части изделия оказывается меньшей, чем нижней части.

Разнотолщинность заготовки зависит от скорости выдавливания расплава, его вязкости и веса заготовки. Обычно формование заготовки ведут при минимально возможной температуре расплава и высокой скорости экструзии. Минимальная разнотолщинность достигается при коэффициенте раздува 3-3,5.

В зависимости от конструкции изделия и формующего инструмента подача сжатого воздуха для формования изделия может производиться через дорн (сверху), через специальный ниппель (снизу) или через полую иглу (рис. 1). Последний способ применяется главным образом при производстве замкнутых изделий (без отверстия), так как формующее отверстие в этом случае очень мало и затягивается после удаления иглы разогретым материалом.

Стадия раздува заготовки начинается после смыкания полуформ и защемления части контура будущего изделия пресс-кантами формы; одновременно трубчатая заготовка отделяется от формующей головки. Раздув заготовки первоначально носит «свободный» характер - изменение толщины происходит достаточно равномерно, и раздуваемый рукав имеет форму «пузыря». Затем расширяющая заготовка соприкасается с формой и охлаждается. На качество изделия на этой стадии процесса формования решающее влияние оказывают давление воздуха и температура заготовки. С увеличением давления улучшается качество поверхности, снижается коробление, уменьшается время охлаждения.

Стадия охлаждения начинается с момента контакта заготовки с поверхностью охлаждаемой формы и заканчивается после охлаждения наиболее толстых участков изделия, примыкающих к горловине или днищу. Преждевременное извлечение изделий сопровождается размягчением соседних с горловиной участков и их необратимым деформированием.

Основным фактором на этой стадии является температура формы. Она не только отражается на качестве готовых изделий, но и определяет производительность процесса, так как охлаждение составляет от 50 до 75 % времени цикла формования. Поэтому используют интенсивное охлаждение форм различными хладагентами, подачу в полость изделия охлажденного воздуха, водяного тумана, жидкого азота и углекислоты. Время охлаждения можно сократить понижением температуры расплава (может сопровождаться ухудшением качества поверхности готовых изделий) и повышением давления воздуха, что способствует улучшению теплоотдачи от изделия к стенке формы. После охлаждения изделия форма раскрывается, готовое изделие извлекается и направляется на окончательную обработку (удаление приливов, снятие заусенцев и т. п.).

Помимо экструдера технологическая схема включает также механизм перемещения, разъема и смыкания формы с гидравлическим или пневматическим приводом.

Так как процесс формования распадается на две неравные по продолжительности стадии: короткую стадию выдавливания заготовки и длительную - формования и охлаждения изделия, то для повышения производительности большинство установок выполняется либо многопозиционными, с несколькими формами (рис. 3), либо снабжается двух- и более канальной формующей головкой, иногда с несколькими мундштуками на каждом из каналов.

Производство изделий методом экструзии с раздувом сопровождается образованием значительного количества отходов (до 35 %). Большая их часть вполне пригодна для повторной переработки на тех же установках после перевода их в гранулы. При этом количество добавляемых к свежему сырью отходов не должно превышать 30 - 40%.

9. Перспективные направления исследований

На базе предприятия молодыми учеными ведутся разработки по получению новых видов продукции (рис. 22).

Рис. 22. Основные направления деятельности

Все полученные результаты успешно регистрируются в «Федеральном институте промышленной собственности».

Изобретения, на которые получены патенты представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Изобретения, на которые получены решения о выдаче патентов

Персонал предприятия - молодые, трудолюбивые целеустремленные специалисты, прошедшие дополнительное обучение. Завод работает круглосуточно при соблюдении всех правил и норм.

Заключение

В заключении хотелось бы отметить, что в настоящее время разработана принципиальная технологическая схема и заказано оборудование по производству биоразлагаемой посуды.

На данном виде оборудования возможно получать различные подложки, тарелки, стаканчики, в том числе и вспененные образцы продукции без применения в составе химических вспенивающих агентов.

Утилизация пластикового мусора в некоторой степени решает проблему скопления отходов на свалках, но как сжигание, так и пиролиз отходов пластмасс кардинально не улучшают экологическую обстановку. Повторная переработка -- рециклинг -- экологичнее, но здесь требуются значительные трудовые и энергетические затраты: отбор пластиков из мусора, разделение их по видам, мойка, сушка, измельчение и только затем переработка. Кроме того, остро стоит вопрос допустимой кратности рециклинга, после чего вновь придется выбирать между захоронением и сжиганием остатков.

Самым оптимальным решением проблемы «полимерного мусора», по мнению специалистов, является создание и освоение широкого круга полимеров и композитов с регулируемым сроком службы. Отличительной особенностью этих материалов является их способность сохранять потребительские свойства в течение всего необходимого периода эксплуатации, после чего быстро разрушаться в естественных условиях до низкомолекулярных соединений, способных участвовать в природном круговороте веществ. Такие полимерные материалы называют биоразлагаемыми, или биодеградабельными полимерами. «Биопластики» после окончания срока службы должны разрушаться под действием микроорганизмов, высоких температур или ультрафиолетовой, гамма- или электронной радиации. Именно создание биоразлагаемых полимерных материалов в настоящее время является приоритетным направлением научно-исследовательских и практических разработок, реализация которых позволит минимизировать загрязнение окружающей среды полимерными отходами.

Размещено на Allbest.ru