CC BY
42Q = П Q"Ql
i=1 m
E = П Е?Б
При использовании данных зависимостей для расчёта показателя I для возможности получения арматуры категории пластичности «С» в соответствии с Eurocode 2 были получены следующие результаты, представленные в табл. 8. При этом были использованные данные из таблиц 1 -6, с тем лишь отличием, что для способов 1 -3 кодированное значение Agt было принято равным 0.
Таблица 8 Итоговое значение показателя I
Технология I Технология I
Способ 1 0,00 Способ 3 0,00
Способ 2 0,00 Способ 4 0,95
Как видно из таблицы 8, из рассматриваемых способов обеспечить пластичность, соответствующую категории «С» по Eurocode 2 способен только способ, совмещающий горячую прокатку и «Stretching». Следует отметить, что остальные рассматриваемые способы способны устойчиво обеспечить пластические свойства, соответствующие категории «А» по
Eurocode 2, а для достижения пластичности, соответствующей категории «В» необходимо улучшить технологии, используя другие способы ОМД, например, теплую прокатку.
Список литературы
1. Бондаренко В.И. Проблемы производства и применения холоднодеформированной арматуры // Метизы. 2009. №1. С. 10-12.
2. Дорохин П.С., Харитонов В.А. Прогресс в структуре потребления арматурного проката диаметром до 18 мм неизбежен // Стройметалл. 2012. №3. С. 14-23.
3. Михайлов К.В. Задачи отечественной строительной науки в области арматуры и предварительно напряженных железобетонных конструкций // Бетон и железобетон. 2001. №3. С. 2-3.
4. Взгляд в будущее / Снимщиков С.В., Харитонов В.А., Суриков И.Н., Аникеев В.В. // Стройметалл. 2013. №5. С. 7-13.
5. Харитонов В.А., Петров И.М. Оценка и направления повышения конкурентоспособности бунтовой арматурной стали // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2013. №4. С. 65-69.
6. Харитонов В.А., Петров И.М. Современное состояние и направления развития технологических процессов производства бунтовой арматурной стали повышенной пластичности // Производство проката. 2014. №1. С. 28-32.
7. Харитонов В.А., Петров И.М. Методика выбора конкурентоспособных технологических процессов // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением. - Магнитогорск: Изд. Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И.Носова, 2013. С. 183-190.
i=1
УДК 620.22-419.8-036.6/.8:[658.567.1:628.4-405] Кр емнева А.В., Коляда Л.Г.
ПОЛУЧЕНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ ПОЛИМЕРНО-БУМАЖНЫХ КОМПОЗИТОВ ИЗ ОТХОДОВ УПАКОВКИ НА РАССЛАИВАНИЕ И РАСТЯЖЕНИЕ
Аннотация. В работе получены различные поЛимерно-бумажные композиты из отходов упаковки, а также проведен анализ зависимости варьируемых технологических факторов на прочностные свойства компо-зито в. Анализ полученных результатов показал, что с увеличением содержания полимерной фракции масса 1 м2 композита растет; введение в полимерно-бумажную суспензию поливинилацетатного клея (ПВА) приводит к увеличению массы 1 м2 и предела прочности при расслаивании. По данным реализованного полного факторно-
го эксперимента (ПФЭ), в котором варьируемыми факторами являлись содержание ПЭ и время горячего прессования, было получено адекватное уравнение регрессии. Оно показывает, что прочность полимерно -бумажных композитов в большей степени зависит от содержания ПЭ-фракции. Полимерно-бумажные композиты с оптимальными физико-механическими свойствами могут быть получены при содержании полимерной ПЭ-фракции - 20 %, времени горячего прессования - 30 с.
Ключевые слова: полимерно-бумажные композиты, вторичные целлюлозные волокна, полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ММ), время горячего прессования, предел прочности при расслаивании, предел прочности при растяжении, полный факторный эксперимент (ПФЭ).
Проблема твердых бытовых отходов (ТБО) является актуальной, поскольку ее решение связано с необходимостью охраны окружающей среды и ресурсосбережения. Кардинальный путь решения проблемы утилизации ТБО, учитывающий требования экологии, ресурсосбережения и экономики - это промышленная переработка отдельных фракций ТБО с получением различного вторичного сырья [8]. Основными компонентами ТБО являются отходы упаковки, которые представлены преимущественно бумагой и полимерными пленками, в основном полиолефинами - полиэтиленом низкой плотности (ПЭ) и полипропиленом (1111). Одной из основных операций при сортировке ТБО на тяжелую и легкую фракции является аэросепарация. При этом легкая бумажно-полимерная фракция содержит 75 - 80 % бумаги и 20 -25 % полиолефинов [4].
В связи с этим цель работы заключалась в исследовании возможности совместной переработки бумажной и полимерной фракций отходов упаковки в полимерно-бумажные композиты, а также в определении влияния некоторых технологических факторов на прочностные характеристики полученных композитов.
При реализации поставленной цели решались следующие задачи:
- получить полимерно-бумажные композиты;
- изучить физико-механические свойства композитов;
- реализовать полный факторный эксперимент по выявлению влияния некоторых технологических факторов на физи-
ко-механические свойства композитов.
Получение полимерно-бумажных композитов включало следующие стадии: измельчение, приготовление полимерно-бумажной суспензии, формование отливки, горячее прессование и сушку [3].
Подготовка массы заключалась в получении водной суспензии из вторичных целлюлозных волокон и полиолефинов (полиэтилена низкой плотности ПЭ и полипропилена 1111) в дезинтеграторе при температуре 40 оС. Содержание полиоле-финов в полимерно-бумажных композитах варьировалось от 10 до 30 %. Приготовленные суспензии отфильтровывали под вакуумом. Избыток влаги из полученных композитов удалялся на прижимных валках. Прессование полимерно-бумажных композитов проводили при температуре 150 оС и усилии 29,7 Н. Время горячего прессования варьировали от 10 до 50 секунд. Сушку полимерно-бумажных композитов проводили при комнатной температуре на воздухе в течение 24 часов [7].
Для проклейки массы использовали два вида клея - силикатный клей и поли-винилацетатную (ПВА) суспензию (1 % масс) [2,5].
Физико-механические свойства полимерно-бумажных композитов (толщина, масса 1 м2, плотность, предел прочности при расслаивании, предел прочности при растяжении) были определены по существующим стандартным методикам. На рис. 1 представлены зависимости массы 1 м2 полученных композитов от содержания полимерных фракций [7].
а) б)
2
Рис. 1. Зависимость массы 1 м композитов от содержания полимерной фракции: а) ПЭ; б) ПП
Из анализа полученных результатов следует:
- с увеличением содержания полимерной фракции масса 1 м2 композита растет;
- введение в полимерно-бумажную суспензию клея ПВА приводит к увеличению массы 1 м2 от 5 до 18 %, что обусловлено прочным сцеплением целлюлозных волокон и частиц полимерных фракций
[7].
Предел прочности при расслаивании композитов определяли по ГОСТ 13648.6-
86 «Бумага и картон. Методы определения сопротивления расслаиванию». Сопротивление расслаиванию связано с действием расслаивающих сил, которые зависят от величины силы связи между целлюлозными волокнами. Если связи между частицами полимера и целлюлозными волокнами малы, то нарушается композиционная устойчивость материала и происходит внутреннее расслаивание [6].
Полученные результаты предела прочности при расслаивании композитов представлены на рис. 2.
а) б)
Рис. 2. Зависимость предела прочности при расслаивании композитов от содержания полимерной фракции: а) ПЭ; б) ПП
Установлено, что при введении клея ПВА предел прочности при расслаивании увеличивается на 56-121 %, при введении силикатного клея - на 16-58 %. Композиты с ПЭ в целом имеют более высокие значения предела прочности при расслаивании, чем образцы с ПП. Температура прессования - 150 °С достаточна для расплавления частиц ПЭ (tn„ = 100 - 108 оС), которые связывают целлюлозные волокна, и при
последующей естественной сушке образуют жесткий полимерно-бумажный композит. При растягивающих усилиях такой композит не разрушается, а происходит отрыв образца от клеящей ленты [7]. Поэтому показатель - предел прочности при расслаивании не является информативным и по нему нельзя судить о прочности композита. Температура плавления ПП составляет 160 - 168 оС, поэтому температу-
ра прессования недостаточна для плавления ПП-фракции. В результате его частицы слабо сцеплены с целлюлозными волокнами, образуется рыхлая структура композита, которая легко расслаивается при растягивающих усилиях. Поэтому, в дальнейших исследованиях изучались композиты на основе ПЭ-фракции с ПВА проклейкой.
Предел прочности при растяжении композитов определяли по ГОСТ 13525.179 «Бумага и картон. Метод определения прочности на разрыв и удлинение при растяжении». Предел прочности при растяжении композита является количественной характеристикой силы его межволоконных связей и определяется под действием усилия, направленного параллельно плоскости образца. Полученные результаты представлены в табл. 1.
Из предварительного анализа полученных результатов следует, что максимум предела прочности при растяжении полимерно-бумажных композитов достигается у всех образцов, подвергавшихся горячему прессованию в течение 30 с. Это время достаточно для наиболее полного расплавления ПЭ и сцепления целлюлозных волокон без их разрушения. При более длительном времени горячего прессования происходит частичное разрушение целлюлозных волокон с появлением подпалин.
Таблица 1 Результаты определения предела прочности при растяжении композитов (МПа)
В соответствии с данными источников [2] получаемый композит возможно использовать для получения бумажно-литьевых изделий для упаковки и транспортировки хрупких предметов, а также как заменитель тарного картона. О качестве данной продукции судят по прочност-
ным характеристикам материала, из которого она изготовлена. Так как предел прочности при расслаивании композитов является недостаточно информативной характеристикой, что доказано выше, за показатель качества полимерно-бумажных композитов был принят предел прочности при растяжении. Следовательно, целесообразно установить степень влияния технологических факторов (содержание полимерной фракции и время горячего прессования) на предел прочности при растяжении получаемых композитов с целью управления их качеством и установления оптимальных значений технологических параметров.
С этой целью был спланирован и реализован полный факторный эксперимент (ПФЭ).
В качестве базовых значений принимаются: содержание ПЭ 20 % с интервалом варьирования 10 %; время выдержки под горячим прессом 30 с с интервалом варьирования 20 с. Такой базовый уровень принят из учета того, что примерно 20 - 25 % ПЭ включает в себя ламинированная бумага - один из источников сырья для получения полимерно-бумажных композитов в промышленных условиях; а при 30 с происходит наиболее полное расплавление ПЭ и сцепление целлюлозных волокон без их разрушения [7].
В соответствии с методикой проведения ПФЭ была построена матрица планирования (табл. 2), согласно которой было проведено 4 опыта с различными содержаниями ПЭ и разным временем выдержки под прессом.
По результатам проведения ПФЭ было получено адекватное результатам исследований следующее уравнение регрессии:
у = 2,39 - 0,67х1 - 0,72х1х2.
Проверка коэффициентов полученного уравнения на значимость по критерию Стьюдента [1] показала, что коэффициент при х2 является незначимым и поэтому он должен быть исключён.
Время горячего прессования, с Содержание П [Э, %
10 20 30
10 3 4 2
30 7 6 6
50 4 5 1
Таблица 2
Матрица планирования
№ опыта Значения факторов в натуральной форме Значения факторов в безразмерной форме у
Содержание ПЭ, % Время выдержки под прессом, с х0 х1 х2
1 10 10 1 -1 -1 2,36
2 30 10 1 1 -1 2,46
3 10 50 1 -1 1 3,76
4 30 50 1 1 1 0,98
Полученное уравнение регрессии адекватно и позволяет судить о том, что на предел прочности при растяжении полимерно-бумажных композитов наибольшее влияние оказывает такой фактор, как содержание ПЭ (xi). Совместное воздействие двух факторов - содержание ПЭ в полимерно-бумажных композитах и время горячего прессования оказывается более существенным по сравнению с влиянием только содержания полимера в композите.
Проведенный ПФЭ и анализ полученного уравнения регрессии показал, что полимерно-бумажные композиты с оптимальными прочностными характеристиками могут быть получены при следующих условиях: содержание полимерной ПЭ фракции - 20 %, время горячего прессования - 30 с, использование ПВА-суспензии для проклейки массы.
Список литературы
1. Блохин А.В. Теория эксперимента: курс лекций в двух частях. Мн.: Научно-методический центр БГУ, 2003. ч.2, с. 41-43.
2. Вторичное волокно [Электронный ресурс].
- Режим доступа: http ://www. arzpuck. ru
3. Вураско А.В. Лабораторный практикум по технологии и оборудованию получения и переработки волокнистых полуфабрикатов: учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. лесотехн. ун-та, 2010. 155 с.
4. Деркач, Я.В. Переработка тары и упаковки из комбинированных материалов // Тара и упаковка. 2004. № 1. С. 26-27.
5. Кондаков А.В. Ферментные технологии для подготовки макулатуры к изготовлению бумаги и картона: дис. канд. тех. наук. Архангельск. 2009. С. 14-15.
6. Кремнева А.В., Коляда Л.Г., Пономарев А.П. Исследование возможности получения полимерно-бумажных композитов из отходов упаковки // Актуальные проблемы современной науки: сб.ст. Международной научно-практической конференции (Уфа, 13 - 14 дек. 2013 г.). Уфа, 2013. С. 176 - 179.
7. Кремнева А.В. Получение полимерно-бумажных композитов из отходов упаковки [Электронный ресурс]: Современные проблемы науки и образования №2 за 2014г. / А.В. Кремнева, Л.Г. Коляда, А.П. Пономарев, Издательский Дом «АКАДЕМИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ», 2014г. Режим доступа: http://www.science-education.ru/116-12900
8. Шубов, Л.Я., Ройзман, В.Я., Дуденков С.В. Обогащение твердых бытовых отходов. М.: Недра, 1987. 238 с.
