THE USE OF THERMOPLASTIC WASTES FOR THE PRODUCTION OF OPEN-POROUS COMPOSITE MATERIALS

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ТЕРМОПЛАСТОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИТНЫХ ОТКРЫТОПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Файтельсон В. А., Спирт И. Г., Агентство ЛСУ «Научный институт водного хозяйства и земли», Елгава, Латвия

Технически совершенные водохозяйственные, гидромелиоративные системы сооружений коммунального, дорожного, гидротехнического и ряда других областей строительства не обходятся без широкого применения фильтров различного назначения.
Для устройства фильтров используются главным образом сыпучие фильтрующие материалы: гравий, щебень, керамзит. Нередко в дело идет несортированная непромытая песчано-гравийная смесь. Как правило, используемый в строительстве материал не соответствует запроектированным параметрам фильтра ни по гранулометрии, ни по чистоте. Не соблюдается соотношение крупностей в многослойных прямых и обратных фильтрах.
Для существенного улучшения качества фильтров их целесообразно выполнять из блочных материалов с открытой пористостью, в частности, из композитных материалов на основе фракционированного зернистого наполнителя и отходов термопластов.
В качестве наполнителей могут использоваться фракционированные песок, гравий, щебень, керамзит, ряд измельченных промышленных и строительных отходов (бой кирпича, стекла, бетона) и другие зернистые материалы; в качестве связующего — измельченные отходы термопластов (полиэтилен, полипропилен и др.), вторичные термопласты и, при необходимости, первичные термопласты.
Варьируя вид связующего, гранулометрию наполнителей, соотношение компонентов композиции, технологические параметры изготовления изделий, можно получить материалы с требуемыми свойствами (структурными, функциональными, прочностными). Необходимые характеристики материала (проницаемость, общая контактная поверхность и др.) в основном обеспечиваются подбором гранулометрического состава наполнителя, а тонкая пленка связующего, обволакивающая каждое отдельное зерно наполнителя, гарантирует необходимые функциональные характеристики (они иллюстрируются композициями на гравии и керамзите и на отходах полиэтилена в качестве связующего).
Формирование композитного материала происходит при взаимодействии компонентов композиционной системы, возникающем в результате смачивания расплавом полимеров предварительно нагретой поверхности наполнителя.
При контактах частиц полимера с поверхностью наполнителя, нагретой выше температуры их плавления, частицы прилипают, прогреваются и расплавляются. В ходе перемешивания компонентов происходит растекание частиц полимера и пленкообразование на поверхности зерен наполнителя.
Механические характеристики композитного материала определялись с использованием как многофракционных (табл. 1), так и узкофракционных наполнителей (табл. 2).

Таблица 1

Композиции на многофракционном наполнителе

Давление формования, МПа	Содержание связующего в композиции, мас. %	Средняя крупность наполнителя, мм	Гравий			Керамзит
			Средняя прочность композиции, МПа			Средняя прочность композиции, МПа
			Сжатие	Растяжение	Изгиб	Сжатие	Растяжение
10	5	3,2	2,5	0,55	-	-	-
50	10	2,6	7,0	1,35	-	-	-
5	10	2,6	-	-	1,55	-	-
50	10	2,6	-	-	2,55	-	1,35
5	10	5,5	-	-	-	1,10	0,20
30	10	3,9	-	-	-	3,20	-

Таблица 2

Композиции на узкофракционном наполнителе*

Фракция, мм	Средняя крупность наполнитель, мм	Гравий			Керамзит
		Средняя прочность композиции, МПа			Средняя прочность композиции, МПа
		Сжатие	Растяжение	Изгиб	Сжатие	Растяжение
1-3	2	7,5	1,45	2,60	-	-
3-5	4	7,0	1,35	2,55	3,2	0,55
5-7	6	6,5	1,25	2,40	2,7	0,50
7-10	8	5,5	1,10	2,20	2,2	0,40
10-12	11	4,0	0,8	1,80	1,8	0,30
12-16	14	3,5	0,8	1,50	1,5	0,25
16-20	18	3,5	0,7	1,0	1,0	0,20

* Содержание связующего — 4—8% в зависимости от крупности и вида зерен наполнителя, давление формования — 10 МПа.

Пропускная способность (расход) зависит от ряда факторов, главными из которых являются средняя крупность зерен наполнителя, действующий напор, толщина элемента, пористость материала.
Получена формула для определения с достаточной для практики точностью расхода с 1м² материала

(1)

где Q — расход, м³/с; d_ср — средняя крупность наполнителя, м; Н — действующий напор, м; b — толщина фильтрующего элемента, м; 0,0668 — числовой коэффициент, учитывающий влияние пористости.
Пропускная способность 1 м²пороэласта в зависимости от крупности наполнителя дана в табл. 3.

Таблица 3

Пропускная способность пороэласта*

Напор, м	Фракция, мм
	1-3	3-5	5-7	7-10	10-12	12-16	14-16	16-20
	Средняя крупность наполнителя, м
	0,002	0,004	0,006	0,0085	0,011	0,014	0,015	0,018
0,1	0,019	0,027	0,033	0,039	0,044	0,050	0,052	0,057
0,2	0,027	0,038	0,046	0,055	0,063	0,071	0,073	0,080
0,3	0,033	0,046	0,057	0,067	0,077	0,087	0,090	0,093
0,4	0,038	0,053	0,065	0,078	0,089	0,100	0,103	0,113
0,5	0,042	0,060	0,073	0,087	0,099	0,112	0,116	0,127
0,6	0,046	0,065	0,080	0,095	0,109	0,122	0,127	0,139
0,7	0,050	0,071	0,087	0,103	0,117	0,132	0,137	0,150
0,8	0,053	0,076	0,093	0,110	0,125	0,141	0,146	0,160
0,9	0,057	0,080	0,098	0,117	0,133	0,150	0,155	0,170
1,0	0,060	0,084	0,103	0,123	0,140	0,158	0,164	0,180
1,1	0,063	0,089	0,109	0,129	0,147	0,166	0,172	0,188
1,2	0,065	0,093	0,113	0,135	0,153	0,173	0,179	0,196
1,3	0,068	0,096	0,118	0,140	0,160	0,180	0,186	0,204
1,4	0,071	0,100	0,122	0,146	0,166	0,187	0,194	0,212
1,5	0,073	0,103	0,127	0,151	0,172	0,194	0,200	0,219

* Содержание связующего — 4-8% в зависимости от крупности зерен наполнителя; давление формования — 1,0 МПа; толщина фильтра — 0,05 м.

В результате комплексных исследований для данного материала установлена устойчивая связь между прочностными R, фильтрационными Q и упругими E характеристиками (рисунок).

Влияние технологии на параметры совмещенных корреляционных зависимостей:
1 -3 < К< 20; 2-20< К< 50;
— R; ---Q

В широких пределах изменения технологических факторов получена тесная корреляция водопроницаемости и прочности с упругими характеристиками материала, определяемыми резонансным методом (коэффициент парной корреляции 0,86—0,98). Установлен ключевой комплекс факторов K, включающий содержание связующего W, крупность наполнителя d и давление прессования B в соотношении

K=W²B/d. (2)

Его стабилизация определяет параметры макроструктуры и тесноту линейных корреляционных взаимосвязей характеристик материала (см. рис.).
Использование отходов термопластов в качестве связующего при производстве открытопо-ристых композитных материалов способствует утилизации трудноразлагаемых отходов, уменьшению стоимости материала, резкому сокращению объема полимерных отходов.
Экологический и экономический эффект неоспорим.

THE USE OF THERMOPLASTIC WASTES FOR THE PRODUCTION OF OPEN-POROUS COMPOSITE MATERIALS

Faitelson V. A., Spirt I. G., LUA Agency «Research Institute of Water and Land Management», Yelgava, Latvia

The paper considers the problems associated with the use of thermoplastic waste products for the production of composite materials of open porous structure (the basic physical and mechanical parameters of the examined structures).

Главная страница

Сведения об авторах

Файтельсон Виктор Аронович, канд. техн. наук, зав. отделом, Агентство ЛСУ «Научный институт водного хозяйства и земли», ул. Добелес, 43, Елгава, LV-3001, Латвия. Тел. (30) 2-79-07, факс (30) 2-71-80. E-mail
Спирт Иосиф Григорьевич, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Агентство Л СУ «Научный институт водного хозяйства и земли», ул. Добелес, 43, Елгава, LV-3001, Латвия. Тел. (30) 2-79-07, факс (30) 2-71-80

Последние изменения внесены 11.07.07