Главная Коллекция "Revolution" Производство и технологии Розробка технології одержання композиційних матеріалів з полімерних сумішей та відходів вовни

Розробка технології одержання композиційних матеріалів з полімерних сумішей та відходів вовни

Розробка складу та технології виробництва полімерних композиційних та нетканих матеріалів методом термоскріплення на основі застосування полімерних сумішей та відходів вовни великої рогатої худоби. Поверхневі та адгезійні властивості вовни та волокон.

Рубрика Производство и технологии
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 29.09.2013
Размер файла 276,4 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

АВТОРЕФЕРАТ

Дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ОДЕРЖАННЯ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ З ПОЛІМЕРНИХ СУМІШЕЙ ТА ВІДХОДІВ ВОВНИ

Спеціальність 05.17.06 - технологія полімерних та композиційних матеріалів

Березненко Наталія Михайлівна

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано у Київському національному університеті технологій та дизайну

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Пахаренко Валерій Олександрович, Київський національний університет технологій та дизайну, завідувач кафедри технології полімерів і хімічних волокон

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор, член-кореспондент АПН України Шут Микола Іванович, Національний університет ім. М. Драгоманова, завідувач кафедри загальної фізики кандидат технічних наук, доцент Мікульонок Ігор Олегович, доцент кафедри машин і апаратів хімічних і нафтопереробних виробництв, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"

Провідна установа:

Національний університет "Львівська політехніка" Міністерства освіти та науки України, кафедра хімічної технології переробки пластмас.

Захист дисертації відбудеться 21.09.2005 р о 14 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.04 у Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01601, м. Київ, вул. Немировича-Данченко, 2 тел. 280-53-25

З дисертацією можна ознайомиться в бібліотеці Київського національного університету технологій та дизайну за адресою: м. Київ, вул. Немировича-Данченко, 2, Автореферат розіслано 18.08.2005 р.

Вчений секретар cпеціалізованої вченої ради Шостак Т.С.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Зростання рівня добробуту населення потребує застосування значної кількості сировини хімічного та природного походження для створення композиційних матеріалів, які можуть застосовуватись у різних галузях промисловості. В цьому плані актуальним є питання використання при виробництві товарів народного споживання малоцінних відходів волокон вовни та короткого луб'яного волокна, які є постійно відновлюваними вітчизняними ресурсами. Особливу увагу слід приділити застосуванню при виготовленні нетканих та полімерних композиційних матеріалів волокон вовни великої рогатої худоби, яка на сьогодні практично не використовується, а утилізується в основному хімічними методами. В той же час застосування вовни в сполученні з синтетичними волокнами дає можливість створити матеріали з унікальними санітарно-гігієнічними, в`язко-пружними та тепло-, звукоізоляційними властивостями. Враховуючи перспективи розвитку агропромислового комплексу, легкої та хімічної промисловості виникає необхідність раціонального використання відходів вовни та синтетичних складових, що дозволяє створювати композиційні матеріали для потреб будівництва, виготовлення утеплюючих елементів для взуття та одягу, а коротку фракцію волокон вовни - для наповнення в полімерні композиційні матеріали. Враховуючи існування різних методів виробництва нетканих матеріалів особливу увагу слід приділити способу термоскріплення. Виготовлення подібних матеріалів за цим способом вирішується, в основному, за рахунок застосування в структурі нетканих матеріалів синтетичних волокон. При виробництві нетканих матеріалів вищезгаданим способом доцільно застосовувати синтетичні волокна з високим показником адгезійної міцності по відношенню до волокон натуральної вовни. Крім того при отриманні суміші синтетичних і природних волокон необхідно враховувати релаксаційні процеси, які відбуваються в синтетичних волокнах при підвищених температурах. Тому більш доцільним, з позицій забезпечення підвищених адгезійних властивостей по відношенню до волокон вовни, буде використання синтетичних волокон, отриманих із суміші співполімеру етилену з вінілацетатом (СЕВА) і поліпропілену (ПП), або поліетилену (ПЕ).

При виготовленні нетканих матеріалів з використанням волокон із сумішей полімерів і відходів вовни термоскріпленням однією з умов отримання композитів є те, що усадка синтетичного волокна не повинна перевищувати 5%, оскільки при більшій усадці відбувається деформація композиту.

Зважаючи на вищезгадане, при виробництві полімерних композиційних та нетканих матеріалів має бути приділена увага не тільки підбору сировини для виробництва нетканих матеріалів, а й створенню та удосконаленню технології їх виробництва.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною науково-дослідної роботи за науковим напрямком кафедри технології полімерів і хімічних волокон Київського національного університету технологій та дизайну (держбюджетна тема 5.9/4-ДБ: "Теоретичні та практичні дослідження по використанню відходів легкої та хімічної промисловості і створення сучасних технологічних процесів виготовлення товарів народного споживання" номер державної реєстрації 01000003053).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягає в розробці складу і технології виробництва полімерних композиційних та нетканих матеріалів методом термоскріплення на основі застосування полімерних сумішей та відходів вовни великої рогатої худоби.

Для реалізації основної мети в дисертації були вирішені наступні завдання:

- аналіз літературних даних з питань застосування синтетичних складових та відходів натуральної вовни у виробах побутового призначення;

- визначити показники виходу відходів волокон натуральної вовни за довжиною та можливості її застосування при виготовленні товарів широкого вжитку;

- дослідити поверхневі та адгезійні властивості вовни і волокон із сумішей полімерів і можливості їх модифікації;

- створити волокна із сумішей полімерів з підвищеною адгезією для термоскріплення волокон вовни в нетканому матеріалі;

- встановити закономірності зміни реологічних характеристик розплаву сумішей полімерів на основі поліолефінів в залежності від складу та умов формування;

- визначити можливості формування адгезійного контакту в системі "синтетичне волокно - шерсть" та умови забезпечення необхідних фізико-механічних властивостей нетканих матеріалів;

- визначити основні стадії технологічного процесу виготовлення волокон із сумішей полімерів з підвищеним показником адгезії по відношенню до волокон вовни та розробити і удосконалити технологічні процеси одержання нетканих та полімерних композиційних матеріалів з застосуванням різних по довжині фракцій відходів вовни.

Об'єкт дослідження - композиційні матеріали з полімерних сумішей та відходів вовни з специфічними властивостями.

Предмет дослідження - розробка технологічного процесу одержання композиційного матеріалу з полімерних сумішей та відходів вовни методом термоскріплення.

Методи дослідження. При вирішенні поставлених задач керувалися комплексним підходом до підбору компонентів полімерних композиційних матеріалів та пакетів нетканих матеріалів, їх формуванню та оцінці реологічних та механічних показників в умовах термічного впливу при одержанні пакетів із застосуванням волокон вовни великої рогатої худоби та волокон із сумішей полімерів. Для вивчення цих показників застосовано теоретичні та експериментальні методи, зокрема: структурні властивoсті та якість змішування оцінювались ІЧ та оптичною спектроскопією, а реологічні властивості визначались на капілярних віскозіметрах із застосуванням приладів ІІРТ - АМ та капілярного віскозіметра постійного тиску КВПД-П з урахуванням входових ефектів. Одержання сумішей полімерів проводили на лабораторному змішувачі ємністю 1,0 л та черв'ячно-дисковому екструдері ЕКЧД-90/185, гранулювання - на черв`ячному пресі Д=25 мм, L/Д=25 із спеціальними записуючими приладами. Фізико-механічні властивості натуральних волокон вовни, синтетичних волокон із сумішей полімерів, композиційних матеріалів та пакетів нетканих матеріалів досліджувались на розривних машинах Р-5 та Р-50. Адгезійні властивості натуральноі вовни до синтетичного волокна визначали за допомогою машини S 2/LE - 15/02 (Тайвань).

Для обґрунтування отриманих результатів використали теоретичні положенні фізичної хімії, хімії високомолекулярних сполук, теорії адгезії.

Експериментальні дані оброблялись за допомогою спеціальної комп`ютерної програми "Star".

Наукова новизна одержаних результатів:

- вивчено характер взаємодії ПЕ та ПП з СЕВА з різним вмістом ВА та співполімером етилену з акриловим ефіром, що дозволило одержати вихідний матеріал з підвищеною адгезією до натуральної вовни;

- встановлено вплив складу та природи полімерних сумішей на основі ПП, ПЕ та різних добавок на їх реологічні та фізико-механічні властивості;

- показано, що підвищення вмісту вінілацетату (ВА) в співполімері етилену з вінілацетатом (СЕВА), які використовували в якості добавок, приводить до збільшення текучості та підвищенню адгезійних властивостей суміші полімерів;

- визначено умови одержання та формування композиційних матеріалів з суміші натуральної вовни та волокон, виготовлених з суміші полімерів на основі ПЕ та ПП;

- запропоновано способи регулювання фізико-механічних показників нетканого матеріалу при формуванні його на тривалковому каландрі.

Практичне значення отриманих результатів:

- обґрунтовано вибір складу композицій на основі ПП з добавками для виготовлення волокна із сумішей полімерів з регулованими адгезійними властивостями до волокон натуральної вовни;

- встановлені раціональні режими та конструктивно-технологічні параметри одержання сумішей ПП з СЕВА з різним вмістом ВА і співполімеру етилену з акриловим ефіром методом екструзії;

- визначено склад композицій на основі натуральної вовни та волокна із сумішей полімерів, придатних для виготовлення нетканих матеріалів методом термоскріплення;

- визначені раціональні параметри виготовлення пакетів нетканих матеріалів з суміші натуральної вовни та поліпропіленового модифікованого волокна, що створює передумови їх промислового виробництва;

- доведена доцільність використання коротких волокон вовни при виготовленні гумових виробів та ПВХ - композицій.

Особистий внесок здобувача. Здобувач самостійно виконала усі експериментальні та теоретичні дослідження, створила нові композиції, виготовила експериментальні зразки, здійснила вибір обладнання, приладів, методів дослідження та математичну обробку експериментальних даних, підготувала дисертацію. Аналіз і обговорення отриманих результатів, підготовка публікацій, доповідей здійснювалися у співпраці з керівником роботи та колегами.

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідались і обговорювались на:

- І-й Міжнародній науково-технічній конференції, м. Київ, 1999р.;

- ІХ Українській конференції з високомолекулярних сполук, м. Київ, 2000 р.;

- Міжнародній науково-практичній конференції "Техніка для хімічних волокон", м. Чернігів, 2001р.;

- ІІ-й Міжнародній науково-технічній конференції "Сучасні технології та обладнання для одержання і переробки полімерів, полімерних композиційних матеріалів та хімічних волокон", м. Київ, 2003р.;

- Щорічних наукових конференціях молодих вчених та студентів КНУТД 1999 - 2004 рр.;

Публікації. Основний зміст роботи викладено у 7 наукових статтях у фахових виданнях за переліком ВАК України та 5 тезах доповідей на наукових конференціях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Дисертація містить 124 сторінок машинописного тексту основної частини, 33 таблиці, 27 рисунків, 120 найменувань бібліографічних джерел.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі дослідження, показані наукова новизна і практичне значення роботи. Викладено основні положення, які виносяться на захист та наведено відомості про апробацію та публікацію результатів досліджень.

У першому розділі представлено огляд та аналіз літературних даних в сфері використання відходів вовни та їх сумішей із синтетичними волокнами при виробництві композиційних матеріалів для виготовлення виробів широкого призначення. Висвітлено вплив складу сумішей полімерів на основі поліолефінів на взаємодію з волокнами вовни, які мають різну поверхневу обробку з метою підвищення адгезійної міцності по відношенню до полімерних матеріалів. Наведено аналіз робіт з питань отримання волокон із сумішей полімерів та отримання полімерних композиційних та нетканих матеріалів із волокон із сумішей полімерів та відходів вовни та методів їх переробки. Визнано доцільним використання в якості наповнювача для полімерних сумішей коротких волокон вовни, які на даний час не знайшли свого застосування.

У другому розділі наведено основні характеристики вихідних матеріалів. Описано методи одержання та проведення досліджень зразків волокна із сумішей полімерів з наступним введенням його в різних співвідношеннях в нетканий композиційний матеріал. Визначено показники текучості розплаву (ПТР) сумішей полімерів, з яких виготовляли синтетичні композиційні волокна та їх реологічні характеристики - в`язкість та напруження зсуву залежно від градієнту швидкості при різних температурах, які визначали методом капілярної віскозиметрії на приладі КВПД - 2.

Зразки волокон із сумішей полімерів виготовляли на модернізованій екструзійній установці на основі ЧП 20х25. Формування пакету нетканого матеріалу здійснювалось на лабораторному каландрі D = 0,16 м, L = 0,32 м. Фізико-механічні властивості одержаних синтетичних і натуральних волокон та зразків нетканих композиційних матеріалів визначали на руйнівних машинах Р-5 та Р-50. Термодинамічну сумісність полімерних композицій, які використовували надалі для виготовлення нетканого композиційного матеріалу, оцінювали методом ДСК на калориметрі DSC - D та методом електронної мікроскопії за допомогою електронного мікроскопа УЕМВ-100 К.

Адгезійні властивості між волокнами натуральної вовни та волокнами із сумішей полімерів визначали методом Адама-Шютте.

У третьому розділі розглянуто відходи вовни як волокнистий органічний наповнювач для одержання як нетканого, так і наповненого композиційного полімерного матеріалу для надання їм покращених властивостей в виробах різноманітного призначення. У всіх випадках, в залежності від типу полімерної матриці, відходи вовни перед переробкою в композицію попередньо обробляли поверхнево-активними речовинами (ПАР). Проведено дослідження з модифікування поверхні волокон вовни перед застосуванням їх для виготовлення нетканої композиції. Величину поверхневого натягу натуральних волокон вовни регулювали нанесенням на їх поверхню олеїнової кислоти або олеїнату натрію. Визначено ефект підвищення поверхневого натягу в результаті обробки волокон вовни олеїновою кислотою та олеїнатом натрію. При цьому встановлено, що для створення якісного нетканого композиційного матеріалу з застосуванням волокон із сумішей полімерів та натуральних волокон необхідна обробка вовни 5% розчином Н2SО4, оскільки вирішальну роль в цьому випадку відіграють високі адгезійні властивості добавок, які застосовуються при виготовленні синтетичних волокон.

Для оцінки впливу добавок на реологічні властивості ПП і ПЕ розглянуто вплив домішок у вигляді СЕВА з різним вмістом ВА та співполімеру етилену з акриловим ефіром на ПТР полімерних композицій, які визначали згідно рівняння (1):

ПТРц = ПТРПП (ПЕ) ?екц, (1)

де ПТРПП (ПЕ) - показник текучості розплаву вихідного ПП (ПЕ), к - коефіцієнт, що враховує вплив добавки на зміну в`язкості ПП (ПЕ), ц - вміст добавки в ПП (ПЕ) (% мас.).

Одержані математичні залежності у вигляді квадратичного поліному дозволяють розрахувати значення ПТР для сумішей полімерів в залежності від вмісту добавки без додаткових експериментів.

Вивчено вплив природи та кількості добавок на градієнт швидкості при постійному навантаженні полімерної суміші на основі ПП та ПЕ. Встановлено, що при вмісті СЕВА марки 11504-375 (з 20 % вмістом ВА) в кількості більше 50 % мас. збільшується текучість полімеру, що характеризується підвищенням градієнту швидкості від 10 с-1 до 45 с-1, а при застосуванні в якості добавки СЕВА 11706-2250 (з 30 % вмістом ВА) або співполімера етилену з акриловим ефіром, спостерігається різке підвищення градієнта швидкості від 10 с-1 до 190 с-1, особливо коли кількість добавки перевищує 50% мас.

Для визначення розмірних характеристик виробів визначено залежність градієнту швидкості суміші полімерів від кількості добавок, яка описується рівнянням (2):

г = г0 (1 - к1 · ц + к2 · ц2) (2)

де ц - процентний вміст добавки в суміші полімерів, % мас; к1, к2 - емпіричні коефіцієнти.

Показано, що для ПП та ПЕ коефіцієнт розбухання з підвищенням вмісту співполімеру етилену з акриловим ефіром збільшується: у ПЕ він збільшується до 1,41ч1,48 (при 90% мас. вмісту добавок), а для ПП, який має вищий ступінь кристалічності, значення коефіцієнту розбухання змінюється від 1,09 (для вихідного ПП) до 1,38 ч1,46 (при 90% мас. вмісту добавок).

Встановлено, що введення в поліолефіни добавок приводить до зміни міцності волокон, виготовлених з різних за складом сумішей полімерів. Для досліджених сумішей полімерів встановлено, що із збільшенням кількості добавок в полімері збільшуються текучість, а механічні властивості - зменшуються (рис.1, рис.2).

В результаті порівняльної характеристики волокон з різною кількістю добавок за показниками ПТР та міцності при розриві знайдено оптимальне співвідношення ПП+добавка та ПЕ+добавка в суміші для одержання синтетичних композиційних волокон, які являють собою наступні співвідношення компонентів: ПП 21060 (ПЕ 274 - 73) - 60 %, СЕВА 11304 - 75 - 40 %; ПП 21060 (ПЕ 274 - 73) - 70 %, СЕВА 11505 - 375 - 30 %; ПП 21060 (ПЕ 274 - 73) - 80 %, СЕВА 11706 - 2250 - 20 %; ПП 21060 (ПЕ 274 - 73) - 60 %, співполімер етилену з акриловим ефіром - 40 %.

Для вибору технологічних параметрів переробки та розрахунку пластмасопереробного обладнання оцінили в`язкісні властивості сумішей на основі ПП та різних добавок. Криві течії описуються ступеневим рівнянням (3):

ф = m?гn, (3)

де ф - напруження зсуву для даної полімерної суміші, Па; г - градієнт швидкості для даної полімерної суміші, с-1; n - ступінь неньютонівської поведінки.

Рис.1. Міцність синтетичного волокна в залежності від кількості добавки в суміші ПЕ+добавка: 1 - ПЕ+СЕВА 11304-75; 2 - ПЕ+СЕВА 11505-375; 3 - ПЕ+СЕВА 117-6-2250; ПЕ+співплімер етилену з акриловим ефіром

полімерний вовна худоба адгезійний

Рис.2. Міцність синтетичного волокна в залежності від кількості добавки в суміші ПП+добавка: 1 - ПП+СЕВА 11304-75; 2 - ПП+СЕВА 11505-375; 3 - ПП+СЕВА 117-6-2250; ПП+співполімер етилену з акриловим ефіром

На основі отриманих графічних залежностей lg ф =f (lg г) визначили значення ступеня неньютонівської поведінки n для даної полімерної суміші та його зміну в залежності від складу полімерної композиції. Показано, що ступінь неньютонівської поведінки в композиції на основі 50% ПП21060 та 50% добавок має наступні значення: СЕВА 11304-75 - 0,5; СЕВА 11505-375 - 0.6; СЕВА 11706-2250 - 0,7; співполімер етилену з акриловим ефіром - 0,5.

Проведені електронномікроскопічні дослідження структури сумішей полімерів, з яких виготовляли синтетичні волокна, дали можливість оцінити розподіл мікроволокон добавки в матриці поліолефіну на прикладі СЕВА 11706-2250 в ПП 21060.

Проведені калориметричні дослідження за допомогою ДСК показали на скануючих кривих два злами, що відповідають температурам плавлення двох фаз котрі існують окремо одна від одної. Інфрачервоні спектри сумішей полімерів, які отримані на спектрофотометрі ІЧ-20 в області 700-3700 см-1, показали, що морфологія суміші полімерів являє собою волоконний тип без зміни структури кожного з компонентів.

У четвертому розділі досліджено технологічні параметри одержання якісного нетканого композиційного матеріалу із застосуванням волокон із сумішей полімерів та волокон натуральної вовни. Визначено фізико-хімічні аспекти одержання якісного композиційного синтетичного волокна на пресі ЧП 20х25 та на екструдері ЕКЧД 90/185. При переробці на ЕКЧД 90/185 полімерних сумішей на основі ПП і ПЕ з різним вмістом добавок визначено показники напруження зсуву, ефективної в`язкості та узагальнюючої деформації.

З урахуванням отриманих даних були визначені режими роботи екструдера ЕКЧД 90/185 (табл.1). Це дало змогу варіативно, при різному співвідношенні добавок (10 - 50 %), отримати волокна із сумішей полімерів на основі ПЕ та ПП та визначити показники руйнівного напруження, а також відносне видовження при розриві волокон. Залежність ступеня неньютонівської поведінки полімерної композицій від вмісту добавки в діапазоні температур Т = 473 - 503 К визначалася залежністю (4):

nц = n0 ? e1 , (4)

де n0 - ступінь неньютонівської поведінки розплаву чистого (без добавок) ПП 21060 (ПЕ 274 - 75); к1 - коефіцієнт, який враховує вплив добавок на текучість розплаву полімерної композиції; ц - вміст добавок в полімерній композиції.

Отже, для виготовлення волокон із сумішей полімерів на основі ПП та ПЕ доцільно використовувати ЕКЧД 90/185 при наступних параметрах: для градієнта швидкості від 0 до 10 с-1 значення к1 складає 1,2, від 10 с-1 до 102 с-1 відповідно к1 = 0,78, а від 102 с-1 до 103 с-1 к1 =0,48.

Запропоновано моделі контакту плівки із сумішей полімерів та волокна натуральної вовни, створеного з урахуванням навантаження, яке витримує нетканий композиційний матеріал в процесі термоскріплення.

Розглянуто теоретичні аспекти формування нетканих композиційних нетканих матеріалів на основі відходів вовни великої рогатої худоби та волокон із сумішей полімерів на основі поліолефінів. Для реалізації процесу термоскріплення застосовано термообробку пакету в термокамері та під тиском в міжвалковому зазорі каландру. Розраховано відношення товщини пакету до моменту проходження його в жалі валів h0 та після цього h1, що дало можливість оцінити деформаційні показники матеріалу з різним складом. При сталому значенні міжвалкового зазору та складу композиції та при зміні температури від 330 до 410 К одержане неткане полотно композиційного матеріалу змінює свою товщину відповідно до залежності (5):

h1 = h0 · е , (5)

де б - коефіцієнт, що враховує деформаційно-міцнісні властивості полімеру; Т - температура каландрування матеріалу, К.

Товщина відформованого нетканого матеріалу при постійній температурі, швидкості валків та величині між валкового зазору зменшується в залежності від складу композиції в наступній послідовності від більшої до меншої - ПП 21060 + співполімер етилену з акриловим ефіром > ПП 21060+ СЕВА 11706-2250 > ПП 21060+ СЕВА 11505-375 > ПП21060+ СЕВА 11304-75. Це пояснюється підвищенням показника текучості композиції в результаті введення добавки та зниження високоеластичної складової полімерного волокна.

Встановлено умови каландрування нетканого композиційного матеріалу на основі відходів вовни та волокон із сумішей полімерів на тривалковому каландрі (табл.2).

Таблиця 2

Режими каландрування нетканого настилу при зазорі між валками h0 = 0,003 м

Режими каландрування

Склад волокна із сумішей полімерів в нетканому матеріалі

СЕВА 11304-75, 70 %

СЕВА

11505-375,60%

СЕВА

11706-2250,60%

співполімер етилену з акриловим ефіром, 50%

Тиск в міжвалковому зазорі, МПа

15

15

14

13

Температура валів, К

403

373

373

360

Швидкість випуску полотна, м/хв.

40

40

40

40

Розпірне зусилля при проходженні нетканого композиційного матеріалу в міжвалковому зазорі пов`язане з тиском на матеріал і розраховується згідно з формулою (6):

Р = В1·с? v1 ? (1 + f) ? R ? L / 2 ? h0, (6)

де с - щільність матеріалу в зазорі між валками, кг/м3; В1 - коефіцієнт, який залежить від співвідношення товщини нетканого настилу, який скріплюється, та товщини міжвалкового зазору; v1 - швидкість обертання першого валка, м/хв; f - фрикція обертання валів; R - радіус валів, м; L - довжина твірної, м; h0 - величина міжвалкового зазору, м.

В роботі представлені також розрахунок дуги захвату та часу перебування нетканого пакету в міжвалковому зазорі каландра, які складають відповідно L = 0,3ч 0,4м та t = 1,5ч2,2 с.

Вищезгадані фактори впливають на поверхневу щільність одержаного нетканого композиційного матеріалу та на його фізико-механічні показники. Зміна розпірного зусилля в процесі формування нетканого композиційного матеріалу дозволяє регулювати його щільність за рахунок регулювання міжвалкового зазору каландра.

У п`ятому розділі дисертації представлені технологічні стадії одержання нетканого та полімерних композиційних матеріалів з використанням відходів вовни. Наведено математичні моделі поверхневої щільності та міцності при розриві у поздовжньому напрямку нетканого композиційного матеріалу в залежності від температури термоскріплення та тиску в жалі валів.

З метою визначення впливу технологічних режимів термоскріплення на якість нетканого композиційного матеріалу проведено факторний експеримент. В роботі застосовано метод Бокса (план В2), який дозволяє зменшити обсяг експериментів. Математична обробка результатів експерименту здійснювалась з застосуванням програми "Star". На основі отриманих двофакторних математичних моделей (7), (8), які являються адекватними досліджувальному процесу (Фекспер< Фтабл), побудовані їх графічні відображення (рис.3,рис.4).

Y1 = 674,75 + 8,944x1 + 14,111x2 +5,25 x12 + 5,75 x1 x2 - 14,25x22 (7)

Y2 = 372,5 + 12,833x1 + 20,499x2 - 21,333x12 + 10,333x1 x2 - 35x22 (8)

Рис. 3. Залежність поверхневої щільності нетканого матеріалу (Y) від температури (X1) та тиску (X2) його формування

Для оцінки впливу температури нагріву валків Тв (х1) та тиску в жалі валків Рв (х2) на показники поверхневої щільності с та міцності на розрив у поздовжньому напрямку Рр отримані однофакторні залежності та їх графічне відтворення с =f (х2), с =f (х1) та Рр =f (х2), Рр =f (х1). Встановлено, що дещо більший вплив на показники с та Рр оказує фактор температури. При цьому виникає реальна можливість керування показниками якості с та Рр за рахунок варіювання значеннями Тв та Рв, а необхідний рівень якості нетканого матеріалу можна буде досягнути при температурі та тиску в жалі валів відповідно Тв = 473 - 483К та Рв =15 - 16МПа.

Встановлено, що нетканий матеріал, що виготовлений на основі відходів вовни великої рогатої худоби і волокна із суміші полімерів, яке отримане з суміші ПП марки 21060 і СЕВА з різним вмістом ВА та співполімеру етилену і акрилового ефіру, по своїм фізико-хімічним показникам відповідає вимогам ГОСТ 26604-85 "Полотна неткані із волокон усіх видів " і може використовуватись як підоснова для теплоізоляційного лінолеуму.

Розроблені і удосконалені технологічні схеми та визначені параметри переробки полівінілхлоридних (ПВХ) та гумових сумішей на основі каучуку СКС-30 АРКМ із застосуванням відходів вовни та досліджено властивості цих композицій (табл.3, табл.4).

Як видно із наведених в табл.3 даних при виготовленні гумових сумішей необхідні фізико-механічні показники забезпечуються при включенні в склад гумових композицій до 3 % відходів вовни. Що стосується застосування відходів вовни в ПВХ композиціях (табл.4), то за рахунок введення в композицію до 15 % волокон вовни практично зберігаються розривні характеристики та підвищується теплозахисні властивості, що дуже важливо при виготовленні теплоізоляційних матеріалів для потреб будівництва, опоряджування автомобілів тощо.

Таблиця 3

Фізико-механічні властивості гумових сумішей

№

Показник

Вміст відходів вовни, % мас.

Контр. варіант

1

2

3

4

Значення показників

1

Відносне видовження при розриві, %

358

350

340

300

260

2

Відносна залишкова деформація після розриву, %

39

41

42

39

38

3

Густина, кг/м3

1500

1500

1490

1480

1480

4

Протидія роздиранню, Н/м

6,5

7,6

10,0

13,7

14,0

5

Твердість, ум. од

77

78

79

80

83

Таблиця 4

Фізико-механічні показники ПВХ-композицій, наповнених відходами вовни

Кількість добавки в ПВХ композиції, %

Руйнівне напруження

при розриві, (ур·102) Па

Теплоємність при 433 К, кДж/кг·К

Теплопровідність при 433 К, Вт/м·К

5

14

1,2

4,0

10

13,8

1,4

3,8

15

13,7

1,6

3,7

В результаті виконаних досліджень на ВО "Будіндустрія", ВО "Черкаська валяльно-повстяна фабрика", ЗАТ "Вулкан-Правекс" та в лабораторних умовах кафедри ТПХВ КНУТД розроблені технологічні параметри та запропоновані технологічні схеми виробництва ПВХ і гумових композиційних матеріалів та нетканого композиційного матеріалу із застосуванням відходів вовни великої рогатої худоби та волокон із суміші полімерів.

Висновки

1. В дисертації проведено теоретичне узагальнення та запропоноване нове рішення наукової задачі, яке полягає у створенні полімерних композиційних та нетканих матеріалів із застосуванням відходів вовни та синтетичних волокон з підвищеною адгезією, що виготовлені із суміші полімерів.

2. Вивчено вплив підготовки поверхні відходів вовни на її адгезійну взаємодію з волокнами, виготовленими з сумішей полімерів на основі поліпропілену та поліетилену, полівінилхлоридної композиції та гумової суміші.

3. Вивчено характер взаємодії між поліпропіленом та добавками на основі СЕВА та співполімера етилену з акриловим ефіром. Встановлено технологічні параметри одержання та переробки на екструзійному обладнанні волокна із суміші полімерів з різним співвідношенням інгредієнтів. Показано, що введення у поліпропілен до 50 % мас співполімеру етилену з вінилацетатом за рахунок високоеластичної складової приводить до підвищення ефективної в`язкості розплаву, зменшення показника ступеня неньютонівської поведінки від 0,7 до 0,6, а при введенні співполімеру етилену з акриловим ефіром - до 0,53 в діапазоні температур 473 - 503 К. Для одержання нетканих матеріалів найкраще співвідношення при одежанні синтетичного волокна складало 50% поліпропілену та 50% добавок, що дозволяє створити безвідходну технологію його виготовлення.

4. Розроблено склад композиційного матеріалу з відходів вовни і синтетичного композиційного волокна. В залежності від призначення нетканого матеріалу вміст синтетичного волокна в композиції коливався від 5 до 30% мас.

5. Запропоновано високоефективний спосіб термоскріплення відходів вовни та синтетичного композиційного волокна та регулювання поверхневої щільності створеного пакету, який полягає в пропусканні нетканого композиційного матеріалу через камеру нагрівання при температурах 363 - 365 К та наступному формуванні його в тривалковому каландрі з температурою валків 363 - 365 К. Одержано імперичні рівняння визначення розпірного зусилля, дуги захвату, які дають можливість регулювати поверхневу щільність нетканого композиційного матеріалу в процесі його формування.

6. Розроблені технологічні схеми одержання нетканих та полімерних композиційних матеріалів із застосуванням відходів вовни і волокон із суміші полімерів. Показано області використання нетканих матеріалів, виготовлених із запропонованих композицій, в тому числі як підоснова теплозвукоізоляційного лінолеуму.

7. Випробування, які були проведені на Черкаській валяльно-повстяній фабриці, ВО "Будіндустрія", підтвердили можливість та застосування запропонованих полімерних композиційних матеріалів з відходами вовни для створення товарів широкого споживання.

Список публікацій за темою дисертації

1. Єременко Н.М., Костінова Т.А., Соколюк Л.Г., Гуцалюк С.В., Пахаренко В.О. Відходи вовни - наповнювач гумових сумішей // Вісник ДАЛПУ. - 1999. - № 1. - С.25-27.

2. Єременко Н.М., Костінова Т.А., Шостак Т.С., Пахаренко В.О. Вивчення величини адгезії композицій полімер - відходи вовни // Хімічна промисловість України. - № 1. - 1999. - С.51-53.

3. Єременко Н.М., Костінова Т.А., Пахаренко В.О. Органічні наповнювачі у виробництві полімерних матеріалів // Хімічна промисловість України. - 1999. - № 4. (додаток). - С.57-60.

4. Єременко Н.М., Костінова Т.А., Пахаренко В.О. Відходи шкіряної промисловості у виробництві товарів широкого споживання // Вісник ДАЛПУ. - № 3. - 2000. - С.87-89.

5. Пахаренко В.О., Єременко Н.М., Костінова Т.А., Шостак Т.С. Формування композиційних матеріалів на основі полімерних сумішей та відходів натуральної вовни // Вісник КНУТД. - 2003. - № 1. - С.153-156

6. Єременко Н.М., Пахаренко В.А. Отходы легкой промышленности - сырье для производства теплозвукоизоляционного линолеума // Коммунальное хозяйство городов. - Вып.43. - Киев. - Техніка. - 2002. - С.160-162

7. Єременко Н.М., Пахаренко В.О., Шостак Т.С. Регулюваня адгезійної міцності в нетканому композиційному матеріалі // Вісник КНУТД. - № 3 (17). - 2004. - С.61 - 65.

8. Березненко Н.М., Пахаренко В.О., Дудінський В.І. Відходи натуральних волокон у виробництві нетканих та наповнених композиційних матеріалів // Вісник КНУТД. - № 3 (17). - 2005. - С.104 - 109

9. 9. Єременко Н.М., Костинова Т.А., Пахаренко В.А., Березненко Н.П., Кириенко Е.М. К вопросу использования отходов шерсти при изготовлении полимерных изделий // Труды І - й Международной конференции "СТРЕС". - Вып. № 2. - Партенид. - 1997. - С.22-25.

10. Єременко Н.М., Костінова Т.А., Пахаренко В.О. Використання відходів вовни в виробництві композиційних матеріалів // Тези доповідей Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів КНУТД. - Ч.2. - Київ. - 1998. - С.16 - 17.

11. Пахаренко В.О., Єременко Н.М., Шостак Т.С., Костінова Т.А. Дослідження адгезійної міцності між натуральними та синтетичними волокнами при виготовленні нетканих матеріалів // Тези доповідей дев`ятої української конференції з високомолекулярних сполук. - Київ. - 2000. - С.210.

12. Єременко Н.М., Пахаренко В.О. Технологічні заходи при одержанні нетканих матеріалів на основі відходів натуральної вовни та сумішей полімерів // Матеріали міжнародної науково - практичної конференції "Техніка для хімічних волокон". - Чернігів. - Хімтекстильмаш. - 2001. - С.294-297.

13. Лапеко В.І., Єременко Н.М., Пахаренко В.О. Одержання нетканих матеріалів з відходів вовни способом термоскріплення // Тези доповідей Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів КНУТД. - Т.1. - Київ. - 2001. - С.122.

14. Лапеко В.І., Єременко Н.М. Адгезійна міцність між натуральним та синтетичним волокном // Тези доповідей Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів КНУТД. - Т.1. - Київ. - 2002. - С.116.

15. Фоменко Є., Єременко Н.М. Визначення адгезійної міцності між синтетичним волокном і волокном натуральної вовни // Тези доповідей ІІІ Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів. Т.1. - Київ. - 2004. - С.133

Анотації

Особистий внесок автора у працях, які опубліковані у співавторстві: [1, 2, 3, 5, 6, 7, 10, 12, 13] - постановка, проведення експериментів, аналіз результатів; [4, 8, 9, 11] - участь у виконанні теоретичних та експериментальних досліджень.

Березненко Н.М. Розробка технології одержання композиційних матеріалів з полімерних сумішей та відходів вовни. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.06. - технологія полімерних і композиційних матеріалів. Київський національний університет технологій та дизайну, Київ 2005 р.

В дисертації виконано дослідження фізико-хімічних закономірностей, що мають місце при виробництві нетканих композиційних матеріалів способом термоскріплення з використанням відходів вовни великої рогатої худоби та при виробництві рулонних композиційних матеріалів на основі каучуку СКС - 30 АРКМ та ПВХ. Розглянуто фізико-хімічні та реологічні аспекти утворення низькоплавких синтетичних композиційних волокон, які використовуются як термоскріплюючий елемент при виробництві нетканого композиційного матеріалу різного складу та досліджено їх адгезійні властивості по відношенню до волокон вовни з можливістю регулювання.

Наведено схему процесу та технологічні режими створення нетканого композиційного матеріалу та результати дослідження його фізико-механічних властивостей.

На основі виконаних наукових та практичних досліджень оптимізовано склад та технологічні режими виготовлення синтетичних волокон із сумішей полімерів та нетканих композиційних матеріалів з їх застосуванням.

Нетканий композиційний матеріал пройшов промислові випробовування.

Ключові слова: відходи вовни, нетканий матеріал, композиційні синтетичні волокна, нетканий матеріал, наповнені полімерні композиції.

Березненко Н.М. Разработка технологии получения композиционных материалов из полимерных смесей и отходов шерсти. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.06. - технология полимерных и композиционных материалов. Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев 2005 г.

В диссертации изложен анализ литературных источников по вопросу использования отходов натуральных волокон при производстве товаров народного потребления и методов их производства, в результате чего поставлена задача рационального использования такого ценного продукта кожевенной промышленности - как отходы шерсти крупного рогатого скота.

Исследован фракционный состав и физико-механические свойства таких отходов, в результате чего предложено назначение использования каждой фракции. Определен состав нетканого пакета, который состоит из натуральной и синтетической составляющей. Доказано, что в качестве синтетической составляющей целесообразно применять смесь полимеров на основе ПЕ и ПП, а в качестве добавок СЕВА с разным содержанием ВА и сополимер этилена с акриловым эфиром. Изучены физико-механические и реологические свойства смесей полимеров, в результате чего выбраны наиболее рациональные их составы и режимы их производства на ЧП 20х25 и на ЭКЧД 190/85. Рассмотрены физико-химические и реологические аспекты создания низкоплавких волокон из смеси полимеров, которые используются как термоскрепляющий элемент при производстве нетканых и композиционных материалов различных составов также исследованы их адгезионные свойства по отношению к волокнам натуральной шерсти и рассмотрены возможности ее регулирования. На основании проведенных научных и практических исследований оптимизирован состав и технологические режимы изготовления синтетического композиционного волокна с температурой плавления до 373 К и нетканых композиционных материалов с их использованием.

Исследован механизм взаимодействия полимерной матрицы с различными добавками, а в последствии и синтетических с натуральными волоконами. Определены рациональные режимы формования нетканого пакета способом термоскрепления и физико-химические закономерности, которые существуют при производстве нетканых материалов способом термоскрепления с использованием отходов шерсти и синтетических композиционных волокон, изготавливаемых из смеси полимеров.

Предложены усовершенствованные технологические схемы и рациональные режимы получения полимерных композиционных материалов (ПВХ и каучуковой композиции на основе каучука СКС - 30 АРКМ), наполненных отходами шерсти с длинной волокна до 0,001 м.

Приведены усовершенствованные схемы, а также технологические режимы получения нетканых композиционных и рулонных композиционных материалов с использованием отходов шерсти. Для полученных лабораторных образцов проведены исследования физико-механических показателей вышеупомянутых композиций на предмет возможности их использования для производства товаров широкого потребления. Исследования проведены в лабораторных условиях КНУТД, ВАТ "Комбинат стройиндустрия", которые подтверждены соответствующими актами.

Ключевые слова: отходы шерсти, нетканый материал, композиционные синтетические волокна, нетканый материал, наполненные полимерные композиции.

Bereznenko N.M. The elaboratіon technology of composіte materіals from polymer mіxtures and wool wastes. Manuscrіpt. Thesіs for gettіng scіentіfіc degree of assocіated professor іn engіneerіng scіences. Specіalty 05.17.06. - Polymer Composіte Materіals Technology. Kіev Natіonal Unіversіty of Technologіes and Desіgn. Kіev 2005.

The research of physіc-chemіcal predіctabіlіtіes takіng place durіng non-woven composіte materіals by thermo-joіnіng method usіng cattle wool wastes and durіng productіon of roll composіte materіals on the basіs of rubber SKS-30 ARKM has been made іn thіs thesіs.

The physіc-chemіcal and reologіcal aspects of law temperature and synthetіc composіte fіber formatіon whіch are applіed as thermo-joіnіng element durіng productіon of dіfferent non-woven composіte materіals and іts adhesіve propertіes іn relatіon to wool fіbers wіth possіbіlіty of іts regulatіon have been consіdered іn thіs thesіs.

The technologіcal condіtіons and scheme of process formatіon of non-woven composіte materіals wіth consіstent іnvestіgatіon of іts physіc-mechanіcal propertіes have been gіven.

The composіte and technologіcal condіtіons of composіte fіbers and non-woven materіals manufacture wіth іts use are optіmіzed on the basіs of scіentіfіc and practіcal іnvestіgatіons.

Non-woven composіte materіal has been tested іn іndustry.

Key words: wool wastes, nonfabrіc materіals, composіte syntetіc fіbrіes, fіld polymer composіtіoіns.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены