CC BY
48
УДК 628.477
ОБҐРУНТУВАННЯ МОЖЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ВТОРИННОГО МО ІІКТМ ІКНТКРКФТЛ ІЛТУ ЗІ ЗВАЛИЩ МІСТА ЖИТОМИРА ЯК СИРОВИНИ ДЛЯ HPOMИCЛOВOCTI
А.В. Ільченко, доцент, к.т.н., І.Г. Коцюба, аспірант,
Житомирський державний технологічний університет
Анотація. Нaвeдeнo результати досліджень з вивчення фізико-механічних властивостей вторинного поліетилентерефталату в умовах його зберігання на звалищах м. Житомир. Вивчено динаміку основних фізичних властивостей поліетилентерефталату протягом 1,5 років залягання у ґрунті. Побудовано математичні залежності цих змін, що дозволяють у подальшому відсортовувати поліетилентерефталат, придатний для вторинного використання.
Ключові слова: тверді побутові відходи, поліетилентерефталат, фізичні властивості, переробка, звалище.
ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСТОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНОГО HOЛИЭTИЛEHTEPEФTAЛATA СО СВАЛОК ГОРОДА ЖИТОМИРА В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ HPOMЫШЛEHHOCTИ
А.В. Ильченко, доцент, к. т.н., И.Г. Коцюба, аспирант,
Житомирский государственный технологический университет
Аннотация. Приведены результаты исследований по определению физико-механических свойств полиэтилентерефталата в условиях хранения его на свалках г. Житомира. Изучена динамика основных физических свойств полиэтилентерефталата на протяжении 1,5 года залегания в почве. Построены математические зависимости этих условий, которые позволяют в дальнейшем отсортировывать полиэтилентерефталат, пригодный для вторичного использования.
Ключевые слова: твердые бытовые отходы, полиэтилентерефталат, физические свойства, переработка, свалка.
GROUND OF POSSIBILITY OF USE OF SECONDARY POLYETHYLENETEREPHTOLATE FROM DUMPS OF INDUSTRY ZHYTOMYR
AS A RAW MATERIAL FOR
A. Ilchenko, Associate Professor, Candidate of Technical Science,
I. Kotsyuba, post-graduate, Zhytomyr State Technological University
Abstract. Results physical-mechanical properties of secondary polyethylen-eterephtolates considering their deposition conditions in Zhytomyr dumps are investigated. The dynamics of main properties of polyethyleneterephtolates during 1,5 years of their deposition in the soil is investigated. A mathematical dependence of these changes is built; this helps to sort polyethylen-eterephtolate for further utilization.
Key words: hard domestic wastes, polyethyleneterephtolate, physical properties, processing, dump.
Вступ
Сучасний етап екологічного розвитку України характеризується актуалізацією впровадження переробки поліетилентерефталату (ПЕТФ) в усіх сферах народного господарства країни з огляду на можливості комплексного вирішення існуючих соціальних, екологічних, економічних проблем за допомогою ресурсозбереження.
Пріоритетними для підвищення ресурсо-ефективності вітчизняного виробництва є ви-сокотехнологічні наукомісткі галузі, до яких належить автомобілебудування. Реалізація вторинного ПЕТФ в автомобілебудівному комплексі забезпечить зростання економічної ефективності виробництва, збереження природних та інших видів ресурсів, скорочення обсягів забруднення довкілля, підвищення рівня життя населення.
Аналіз публікацій
Практичне набуття зазначених переваг в умовах ринкових відносин потребує глибокого наукового обґрунтування і впровадження організаційно-економічних механізмів управління вторинним ПЕТФ на автомобілебудівних підприємствах [1, 2]. Разом з тим критичний аналіз опублікованих праць із даної проблематики дає підстави говорити про недостатнє наукове і практичне розкриття окремих питань, а саме: економічного обґрунтування вибору пріоритетних напрямів переробки ПЕТФ, вдосконалення методичних підходів до управління інноваційною діяльністю щодо зменшення ресурсоміст-кості автомобілебудівної продукції; розроблення екологічних та економічних механізмів реалізації вторинного ПЕТФ суб’єктами господарювання в автомобілебудівному комплексі. Таким чином, актуальність проведеного дослідження полягає в об’єктивній необхідності подальшого розвитку теорети-ко-методичних підходів до переробки ПЕТФ та формуванні адекватних організаційно-економічних механізмів застосування вторинного ПЕТФ в автомобілебудуванні.
Мета та постановка задачі
Метою дослідження є визначення фізико-механічних властивостей вторинного ПЕТФ, які зберігались на звалищах міста Житомир, і оцінка можливості використання вторинного
ПЕТФ з урахуванням зміни його фізико-механічних властивостей.
Об’єкти та методика досліджень
Найбільш доцільною за даних умов є вторинна переробка поліетилентерефталатної пляшки, що не тільки екологічно безпечно, але й економічно вигідно. Адже поліетилен-терефталатний гранулят є достатньо дорогим продуктом, а той, що може бути отриманий шляхом вторинної переробки, майже не відрізняється за фізико-механічними властивостями від первинного поліетилентерефталату. За основу досліджень було взято бічну частину пляшки. Це зумовлено тим, що більша частина є аморфноорієнтованою, має високу стійкість до розтріскування, значну гнучкість і ударну в’язкість; товщина стінки коливається в межах 0,3-1,2 мм. Лабораторні дослідження включають визначення короткочасної міцності та деформаційних характеристик пластмас при випробуваннях на розтягування, стиск, згин і зріз, а також визначення теплостійкості пластмас різними методами. Результати випробувань дозволяють дати оцінку можливості використання полімеру в різних умовах експлуатації.
Результати досліджень
В ході виконання роботи визначали короткочасні характеристики матеріалу при випробуваннях на розтягування, згин, стиск і зріз в умовах нормальної і підвищеної температури. За наслідками експериментів встановлюються значення межі міцності (МПа), модуля пружності Е (МПа) і відносної деформації (%) дослідних матеріалів. Прилади: універсальна машина для випробування пластмас ІР-5057; прилад для підтримки постійної температури; термометр із межами вимірювання температури 0-200 °С; штангенциркуль. Зразки мають гладку, рівну поверхню, без здуття, тріщин, раковин та інших видимих дефектів. Брали п’ять одиниць зразків для випробувань [1]. До проведення випробувань зразки кондиціонували не менше 16 годин за ГОСТ 12423-66 за температури 296 ± 2 К і відносної вологості 50 ± 5 %. Дослідження складалися з чотирьох частин, які проводили за стандартними методиками: І -визначення міцності і модуля пружності пластмас при розтягуванні; II - визначення міцності і модуля пружності пластмас при стиску; III - визначення міцності і модуля пружності пластмас при вигині; IV -визначення міцності при зрізі.
d
У\,
У
Л
Рис. 1. Форма зразків для випробувань на розтягування
вість - ударна в язкість ПЕТФ змінюється з часом
(йп) вторинного
ап = 33,227 - 4,13151п (х).
(1)
Для даного рівняння коефіцієнт детермінації становить 0,993 - це означає, що отримане рівняння регресії на 99,3 % пояснює розкид дослідних даних відносно розрахованого за даною емпіричною формулою.
2
3
І
0
Обробка початкових даних здійснювалася для вторинного і первинного поліетилентере-фталату. Застосовуючи метод багатофак-торного експерименту, було отримано математичні моделі, які піддавалися подальшому аналізу щодо відповідності моделі первинного ПЕТФ. В роботі проведено моделювання процесів зміни фізико-механічних властивостей вторинного ПЕТФ на несанкціонованих звалищах у районі р. Кам’янка, районі Богу-нія, на вул. 1 Травня, вул. Малинській та вул. Родоновій за середніми значеннями по п ’яти джерелах (звалищах). Застосувавши апарат математичної статистики до отриманих експериментальних досліджень, було встановлено, що залежність між приведеними змінними х та у для таких показників як твердість, межа міцності при стисканні та згині, руйнівна напруга при розтягуванні та ударна в’язкість описується логарифмічною залежністю. На рис. 2 наведено графік залежності ударної в’язкості вторинного ПЕТФ від часу залягання у ґрунтах звалища м. Жи-
Таким чином, це дало змогу знайти вигляд регресії, за якою фізико-механічна власти-
На рис. 3 наведено динаміку залежності руйнівної напруги при розтягуванні вторинного ПЕТФ від часу залягання у ґрунтах звалища м. Житомир.
Рис. 3. Динаміка залежності руйнівної напруги при розтягуванні вторинного ПЕТФ від часу залягання у ґрунтах звалища м. Житомир
Для встановлення залежності руйнівної напруги при розтягуванні вторинного ПЕТФ від часу залягання у ґрунтах звалища м. Житомир обчислення проводились за аналогічною схемою. Таким чином, це дало змогу знайти вигляд регресії, за якою руйнівна напруга при розтягуванні вторинного ПЕТФ знаходиться в залежності від часу (Я2 = 96,2)
а р = 168,78 - 10,4141п(х). (2)
На рис. 4 наведено динаміку залежності межі міцності при згині вторинного ПЕТФ від часу залягання у ґрунтах звалища м. Житомир.
Вигляд регресії, за якою межа міцності при згині вторинного ПЕТФ знаходиться в залежності від часу, описується функцією (Я 2=0,97)
азг = 83,888 - 13,0611п(х). (3)
томир.
місяць
Рис. 2. Динаміка залежності ударної в’язкості вторинного ПЕТФ від часу залягання у ґрунтах звалища м. Житомир
місяць
Рис. 4. Динаміка залежності межі міцності при згині вторинного ПЕТФ від часу залягання у ґрунтах звалища м. Житомир
На рис. 5 наведено динаміку залежності межі міцності при стиску вторинного ПЕТФ від часу залягання у ґрунтах звалища м. Житомир.
місяць
Рис. 5. Динаміка залежності межі міцності при стиску вторинного ПЕТФ від часу залягання у ґрунтах звалища м. Житомир
Проаналізувавши дані дослідження та застосувавши апарат математичної статистики, було встановлено, що залежність між приведеними змінними х та у для межі міцності при стиску описується логарифмічною залежністю (Я 2=91,9)
азг = 121,39 - 27,3551п(х). (4)
На рис. 6 наведено динаміку залежності межі твердості вторинного ПЕТФ від часу залягання у ґрунтах звалища м. Житомир.
місяці
Рис. 6. Динаміка залежності межі твердості вторинного ПЕТФ від часу залягання у ґрунтах звалища м. Житомир
Застосувавши апарат математичної статистики до даних, отриманих шляхом експериментальних досліджень, було встановлено, що залежність між приведеними змінними х та у для межі твердості описується логарифмічною залежністю. Таким чином, це дало змогу знайти вигляд регресії, за якою змінюється межа твердості за Брінелем вторинного ПЕТФ від часу залягання в ґрунтах звалища м. Житомир (Я 2 = 96,61)
НВ = 139,35 - 19,5681п(х). (5)
Для підтвердження висунутої гіпотези нами було проведено дисперсійний аналіз для всіх фізичних властивостей. Було обчислено значення критичної точки розподілу Фішера і фактичне значення критерію Фішера статистики. Оскільки < Fф, то логарифмічна ре-
гресія є статистично значущою, а отже гіпотеза про незначущість моделі в даному випадку відхиляється. Таким чином, можна зробити висновок, що зміна фізичних властивостей вторинного ПЕТФ логарифмічно залежить від часу залягання у ґрунтах звалища м. Житомир. Отримані математичні залежності можна використовувати для прогнозу зміни фізичних властивостей вторинного ПЕТФ від часу залягання.
Висновки
Наведено результати досліджень з вивчення впливу на фізико-механічні властивості ПЕТФ в умовах його зберігання на звалищах м. Житомир протягом 1,5 років залягання у ґрунті. Проведений математичний аналіз залежності межі міцності при стиску, межі
твердості, межі міцності, ударної в’язкості при згині, руйнівної напруги при розтягуванні властивостей вторинного ПЕТФ підтвердив його подібність до первинного матеріалу. В композиціях даний матеріал стане альтернативою первинному матеріалу, особливо слід зазначити автомобілебудівну галузь, де така заміна є доцільною і абсолютно не відіб’ється на якості кінцевої продукції.
Література
1. Бортников В.Г. Основы технологии и переработки пластических масс: учебное пособие для вузов / В.Г. Бортников. -Д.: Химия, 1983. - 304 с.
2. Гордієнко Н.І. Мінімізація та утилізація твердих побутових відходів: досвід зарубіжних країн / Н.І. Гордієнко, О.І. Шек-шуєв // Коммунальное хозяйство городов. Сер. Экономические науки: науч.-техн. сб. - К.: Техніка. - 2002. - Вып. 37. - С. 101-104. - [Електронний ресурс]. -Режим доступу: Мір://ергіШ^.к^ате.
kharkov.ua/4260/
Рецензент: Е.Б. Хоботова, професор, д.х.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 17 травня 2011 р.
