CC BY
68
В. П. Ставров, профессор; А. А. Колос, аспирант;
А. В. Спиглазов, ст. преподаватель; О. И. Карпович, ст. преподаватель;
А. Л. Наркевич, мл. науч. сотрудник; А. Н. Калинка, инженер
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА И СРЕДСТВА ПЕРЕРАБОТКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ ОТХОДОВ В ИЗДЕЛИЯ КОНСТРУКЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Possibility of processing of composite materials on the basis of a textile waste and polypropylene sackings as binding is investigated by various technological methods. The effective way of processing of a waste of textiles on a pressing method in cooled equipment in products of constructional appointment is offered, the design of basic elements of the equipment is developed. The developed technology provides full recycling of a textile waste and a waste of a sacking and does not lead to occurrence of any other waste.
Введение. Проблема утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) становится все более актуальной для развитых стран [1]. К основным методам переработки ТБО относятся захоронение, сжигание и получение удобрений (табл. 1).
Согласно мировой статистике, от 5 до 10% массы ТБО составляют текстильные изделия.
К традиционным технологиям переработки промышленных и бытовых текстильных отходов относится производство нетканых материалов. Однако низкая производительность, высокая трудоемкость и энергоемкость процесса снижают возможности получения конкурентоспособных материалов и изделий.
Среди других методов утилизации текстиля, извлекаемого из бытовых отходов, весьма привлекательна, но мало изучена технология получения изделий из композиций, содержащих волокнистую компоненту текстильных отходов в качестве наполнителя и отходы термопластичных полимеров в качестве матричного материала.
Цель данного исследования - разработка принципиальной схемы получения формованных изделий из композиций на основе бытовых текстильных отходов и конструкции необходимых для этого технических средств.
Основная часть. Для изготовления изделий предложено использовать композицию разво-локненных текстильных отходов и полипропиленовой мешковины.
Установлено, что при степенях наполнения 30-50 мас. % вязкость расплава такой композиции и сопротивление течению значительно превышают даже значения, типичные для высокона-
полненных композиций на основе древесных опилок, у которых предел текучести составляет 50-80 кПа [2], а в данном случае он достигает 1 МПа. В связи с этим ограничены возможности применения для переработки таких композиций традиционных методов - экструзии и литья под давлением. Более подходящими представляются прямое прессование в нагреваемой оснастке и прессование композиции, предварительно пласти-цированной в экструдере, - пласт-формование [2]. Как показали эксперименты, показатели эксплуатационных свойств материалов, полученных по данным методам, отличаются незначительно.
Прямое прессование композиции, загруженной в формообразующую оснастку, не требует специальных средств загрузки, но малопроизводительно и энергоемко из-за необходимости нагрева и охлаждения в каждом цикле изготовления изделия.
Более эффективным по критериям производительности и энергоемкости представляется процесс пласт-формования. В этом случае можно исключить малопроизводительные и энергоемкие операции мойки и сушки текстиля.
Предлагаемая технологическая схема переработки композиций на основе текстильных отходов включает операции подготовки сырья, совместного разволокнения текстильных отходов и полипропиленовой мешковины, пластикации композиции и ее прессования.
Сортировка и предварительная подготовка бытовых текстильных отходов и полипропиленовой мешковины аналогичны подготовке к производству нетканых материалов.
Совместное измельчение и разволокнение текстильных отходов и полипропиленовой мешковины и формирование тюков или рулонов (лент), пригодных для транспортирования и последующей переработки, также выполняются с использованием измельчителей и щипальных машин, имеющихся на комбинатах нетканых материалов. Например, трехбарабанная машина фирмы ББЬЬгОЯСО & У1ЬЬА№ имеет производительность 4,5 т волокна в смену, а пятибарабанная - до 10 т. Разволокненное сырье уплотняют на прессах, упаковывают в тюки.
Таблица 1 Технологии переработки ТБО [1]
Технология Объем использования, %
Захоронение 60-90
Сжигание 9-30
Переработка в удобрения 1-10
Прочие ~1
Для дозированной подачи волокнистой композиции, которая поступает на переработку в тюках, необходим загрузочный бункер, оснащенный средствами равномерного отделения волокнистой массы, питающий транспортер и бункер-дозатор.
По экономическим соображениям наиболее целесообразна пластикация композиции в двухчервячном экструдере. В этом случае производительность выше, а энергоемкость более чем в 2 раза меньше по сравнению с пластикацией в одночервячном экструдере. Поэтому с целью достижения более высокой производительности процесса и снижения его энергоемкости применение одночервячного экструдера требует наличия специальных средств загрузки композиции и отработки режимов пластикации.
С целью отработки технологии дозированного ввода композиции в экструдер, режимов пластикации композиции и формообразования изделий разработана экспериментальная установка на базе червячного экструдера ЧП32-25 и гиравлического пресса с номинальным усилием 500 кН (рис. 1).
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для пласт-формования:
1 - загрузочный конвейер; 2 - червячный пресс;
3 - плоскощелевая головка с накопителем;
4 - пресс-форма; 5 - пресс гидравлический;
6 - шкаф управления
гии, выделяющейся при трении композиции в канале червяка экструдера, поэтому возможно поддержание требуемой температуры переработки при отключенном нагреве цилиндра.
Рис. 2. Загрузочный конвейер:
1 - загрузочный бункер; 2 - конвейер;
3 - прижимной зубчатый вал;
4 - дозирующий бункер
Пластицированная заготовка доставляется в форму, где под действием усилия, создаваемого прессом, происходит формообразование изделия. Готовое изделие извлекается из формы после охлаждения до заданной температуры, обеспечивающей сохранение геометрии.
На силоскоростные параметры процесса прессования и качество отформованных изделий существенно влияют конфигурация исходной заготовки и ее температура. Предложена конструкция универсального накопителя (рис. 3), в котором формируется плоская заготовка из пласти-цированной композиции.
Для дозированной подачи разволокненной композиции разработано загрузочное устройство (рис. 2). В полость загрузочного бункера 1 помещают разволокненную массу, которая с помощью шипованной ленты конвейера 2 и прижимного валка 3 в виде уплотненной полосы подается в дозирующий бункер 4 с коническим шнеком для последующего уплотнения и загрузки в пластикатор.
Для обеспечения высокой производительности процесса пластикации и синхронности подачи в экструдер исходная смесь разволок-ненных компонентов с насыпной плотностью около 0,2 г/см3 уплотняется и имеет в зоне ввода в экструдере плотность не менее 0,6 г/см3.
Снижение энергоемкости процесса пластикации достигается за счет диссипативной энер-
Рис. 3. Плоскощелевая головка с накопителем: 1 - плоскощелевая головка; 2 - отрезной нож; 3 - конвейер; 4 - обогреваемый кожух
Конструкция плоскощелевой головки 1 позволяет изменять ширину и толщину заготовки. Отрезное устройство 2 обеспечивает отделение заготовки заданной длины. Конвейер 3, на который поступает заготовка, оснащен камерой 4 с ИК-нагревателями для поддержания требуемой температуры поверхности.
Режимы формообразования отрабатывали на изделии в виде короба с размерами в плане 250x250 мм, прессуемого в универсальной формообразующей оснастке (рис. 4).
Рис. 4. Пресс-форма:
1 - матрица; 2 - пуансон
Форма оснащена нагревателями для задания начальной температуры поверхности формообразующих элементов, системой воздушного и водяного охлаждения для регулирования продолжительности охлаждения изделия и температуры при его извлечении из формы, а также средствами извлечения готового изделия.
Параметры технологического процесса, реализованные на экспериментальной установке, приведены в табл. 2.
Таблица 2 Режимы процесса пласт-формования
Режимы Значения
Температуры по зонам экструдера, °С: - зона 1 170
- зона 2 190
- зона 3 200
Температура переходника, °С 200
Температура головки, °С 200
Температура заготовки, °С 185-190
Частота вращения шнека экструдера, об/мин 135
Усилие прессования, кН 450
Температура пресс-формы, °С 50
Время цикла, мин 8
Производительность, кг/ч 5,0-6,5
В результате экспериментов установлено, что при оптимальных режимах энергоемкость пластикации, оцененная по полным затратам энергии на привод шнека и нагрев цилиндра, может быть снижена до уровня 1 кВт • ч/кг. Только за счет вариации режимов ввода и пластикации ее удалось уменьшить более чем вдвое - до 1,25 кВт • ч/кг, против ~3 кВт • ч/кг и увеличить производительность до 6,5 кг/ч.
Заключение. Предложена технологическая схема и разработаны средства переработки отходов текстиля и полимеров, обеспечивающие получение изделий конструкционного назначения с достаточно высокой производительностью и при малых энергозатратах.
Работа выполнена в соответствии с заданием 4.03 ГНТП «Ресурсосбережение-2010».
Литература
1. Свириденок, А. И. Проблемы выбора технологии утилизации твердых бытовых отходов /
A. И. Свириденок // Материальный и энергетический рециклинг твердых бытовых отходов: материалы симпозиума, Гродно, 16-18 окт. 2004 г. -Гродно, 2004.- С. 4-9.
2. Спиглазов, А. В. Прессование изделий из термопластичных композиций, наполненных древесными частицами / А. В. Спиглазов,
B. П. Ставров // Материалы, технологии, инструменты. - 2004. - Т. 9, № 1. - С. 81-86.
