Разработка технологии получения фрикционных материалов для реставрации тормозных колодок железнодорожных вагонов

Разработка технологии получения фрикционных материалов для реставрации тормозных колодок железнодорожных вагонов

Содержание

Введение

. Литературный обзор

.1 Термопластичные полимеры

.1.1 ПОЛИОЛЕФИНЫ

.1.2 Термоэластопласты

.2 Виды и особенности свойств термоэластопластов

.3 Получение, переработка и применение термоэластопластов

.3.1 Получение термоэластопластов

.3.2 Твердофазная полимеризация

.3.3 Переработка термоэластопластов

.3.4 Применение термоэластопластов

.4 Основы создания фрикционных изделий

1.4.1 Практические примеры решения задач триботехники

.4.2 Сроки службы трущихся деталей машин

.4.3 Рабочие поверхности деталей и их контактирование. общие сведения деталей и ее геометрия

.4.4 Шероховатость поверхности

.4.5 Показатели качества поверхности

.4.6 Механизм изнашивания полимеров и композиций на их основе

.4.7 Материалы для трущихся деталей. Разделение материалов деталей пар трения по их назначению

.4.8 Композиционные материалы (кпм) в качестве антифрикционных материалов

.4.9 Численные критерии работоспособности материалов в парах трения

.4.10 Некоторые правила сочетания материалов

2. Основы создания фрикционных изделий

.1 Объекты исследования

.2 Методы исследований

.2.1 Определение плотности

.2.2 Способ получения ТЭП

.2.3 Изготовление образцов для испытаний

.2.4 Определение показателя текучести расплава

.2.5 Методы исследования реологических свойств

.2.6 Исследования релаксации напряжений ТЭП

.2.7 Исследование деформационно-прочностных свойств ТЭП

.2.8 Исследование динамических механических свойств ТЭП

.2.9 Метод оценки долговечности ТЭП

.2.10 Структурные исследования

.2.11 Определение теплопроводности

3. Научно-исследовательская часть

3.1 Разработка твердофазного метода получения ТЭП при экструзии

3.2 Релаксационные свойства и структурные характеристики ТЭП

3.3 Реологические свойства высоконаполненных ТЭП

3.4 Технология твердофазной полимеризации СКМС-30 и ПЭНД в процессе экструзии

3.5 Эксплуатационные свойства

. Экономическая часть

.1 Расчет капитальных вложений

.2 Планирование технологического оборудования

.3 Расчет стоимости зданий и сооружений

.4 Стоимость технологического оборудования

.5 Расчет стоимости технологической (силовой) электроэнергии

4.6 Расчет численности рабочих цеха

4.6.1 Расчет численности производственных рабочих цеха по рабочим местам на основании норм обслуживания по агрегатам

5. Охрана труда

.1 Нормативно правовая база

5.2 Анализ опасных и вредных факторов

.3 Мероприятия по повышению безопасности труда

.4 Мероприятия по противопожарной безопасности

. Промышленная экология

.1 Нормативно-правовая база

.2 Анализ состояния окружающей среды

.3 Утилизация и ликвидация полимерных отходов

Заключение

Список использованных источников

Введение

Как прикладные, так и чисто научные аспекты полимерного материаловедения развиваются весьма интенсивно в течение двух последних десятилетий. Однако темпы его развития все еще значительно ниже, чем следовало ожидать, исходя из широты тех областей знания, которые оно охватывает, и потенциальной технической важности полимерных материалов. В Западной Европе, например, по некоторым (хотя и оспариваемым) оценкам использование полимерных материалов в высоконагруженных узлах трения составляет только 10-20% от общего объема использования в этих узлах металлов за научные разработки и их внедрение

Недостаточное развитие прикладного полимерного материаловедения признается рядом учреждений в разных странах, ответственных за научные разработки и их внедрение

Полимерное материаловедение, развивающееся на базе фундаментальных наук о полимерных композициях - химии, физике, физической химии и механике, выделилось в настоящее время в самостоятельный раздел общего материаловедения. Значительно увеличилась роль полимерных материалов различных типов: конструкционных пластиков, резин, защитных покрытий, волокон, пленок, клеев, компаундов, герметиков и др. в современной технике, технологии и в быту. Полимерное материаловедение вносит существенный вклад в развитие новых принципов создания материалов, в первую очередь композиционных, с направленным регулированием их структуры и свойств.

Решение указанных задач при проектировании узлов трения должно исходить из основных принципов создания машин и агрегатов. Машины и агрегаты должны иметь высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели, главными их которых являются экономичность, долговечность, объем и стоимость ремонтных работ при эксплуатации и безопасность обслуживания.

По данным Государственной Академии инженеров железнодорожного транспорта около15 млн. штук тормозных колодок требуют реставрации или полной замены. В Республике Казахстан до настоящего времени отсутствуют специализированные предприятия по реставрации или по производству тормозных колодок для железнодорожного транспорта ввиду отсутствия материалов фрикционного назначения и технологий по реставрации и производства новых тормозных систем, то негативно отражается на производственной деятельности вагоноремонтных предприятий Казахстана.

С 2000 года Научно-технический центр «Композиционные материалы» и композиционных материалов специального назначений на базе отечественного сырья и материалов с целью расширения ассортимента специальных материалов и наиболее полного удовлетворения ими потребности казахстанских предприятий. Одним из направлений работы НТЦ «КМ» является программа «Разработка и освоение производства фрикционных материалов для автомобильного и железнодорожного транспорта предприятий Казахстана на основе сырьевых ресурсов Казахстана».

Настоящая дипломная работа выполнена в рамках вышеуказанной программы в сотрудничестве со специалистами ТТЦ «КМ», РХТУ им. Д.И. Менделеева, Института машиноведения (г. Москва) и Академии транспорта (г. Алматы). Следует отметить, что данные представленные в настоящей работе являются первыми в Республике Казахстан и должны рассматриваться как результаты поисковой и проблемных НИР, проводимых без государственного или отраслевого финансирования по разряду инициативных программ. Отмечая инициативную направленность НИР программы НТЦ «КМ, нельзя не отметить заинтересованность в результатах работы в этом направлении первых руководителей вагоностроительных предприятий гг. Атырау, Караганды и Алматы. Немаловажным фактором при выборе темы настоящей дипломной работы была достигаемая экономические эффективность и безопасность государства. В связи с этим постановка обозначенной проблемы в рамках государственных задач на взгляд является первостепенной задачей Министерства транспорта и коммуникации и Министерства образования РК.

В совокупности вышеуказанные обстоятельства предопределяют актуальность и своевременность темы настоящей дипломной работы и требует должного внимания соответствующих ведомств и служб Республики Казахстан.

1. Литературный обзор

.1 Термопластичные полимеры

Термопласты <#"864088.files/image001.gif">

где n+m = 1; n=0,42-0,60; m=0,40-0,58.

КО «Силор» имеет pH неводного раствора 10,2-14,1, растворяется в органических растворителях, гидролизуется водой с выделением этилового спирта Т 20 °С; термически устойчив до 613 К; h=3,3×10^-13 Па×с при 293 К; мм=490-520.

 

.2 Методы исследований

 

.2.1 Определение плотности

Пластические массы сравнительно легкие материалы. Плотность определяют гидростатическим взвешиванием стандартных брусков размером 120±2х15±0,2х10±0,2 мм. Пресс-форма для получения таблеток и стандартных брусков прессованием изображена на рис. 1. Термостатированный брусок при комнатной температуре подвешивают на тонкую медную проволоку и взвешивают на специально приспособленных аналитических весах с точностью до 0,001 г. Затем его полностью погружают в мерный стакан с дистиллированной водой, имеющей температуру 20±5 °С и взвешивают с точностью до 0,001 г.

За результат принимают среднее арифметическое из двух определений.

Через 20-30 минут определяют плотность материала по формуле:

ρ = , (2.1)

где G - масса бруска, - объем вытесненной воды.

Плотность (относительную) ρ_отн рассчитывают по формуле:

ρ_отн = , (2.2)

где G - масса образца на воздухе, г; _в- масса образца в воде, г.

.2.2 Способ получения ТЭП

Введение добавок и наполнителей осуществляли путем их смешения с порошкообразной ПС - высокой плотности в течение 3-4 мин в вихревом смесителе под давлением 0,1-0,2 МПа с последующей грануляцией полученных смесей на лабораторном экструдере "Brabender.

Содержание СКМС-30 составляет ¸ 30- 50 масс. %.

(2.3)

где j_м - содержание СКМС-30 в масс %;

r_н - плотность наполнителя; r_ПМ - плотность ПЭВП.

Смесь полимеров получали на лабораторном двухшнековом экструдере «Коллин» с последующим введением в состав полимерной матрицы модификаторов и наполнителей по режиму, представленному в таблице 2.4. Двухшнековый экструдер был снабжен набором смесительных кулачков для обеспечения высоких напряжений сдвига расплава полимерной матрицы.

Таблица 2.4 Режимы грануляции ПКМ

Материал	Температура, К		Частота вращения шнека, с-1
	цилиндра	головки
ПЭНД	423-453	443-453	0,50
СКМС-30	433-483	473-483	0,25
ПЭНД+10 масс. % СКМС-30	433-473	463-473	0,25
ПЭНД+20 масс. % СКМС-30	433-473	463-473	0,25
ПЭНД+30 масс. % СКМС-30	423-473	463-473	0,30
ПЭНД+40 масс. % СКМС-30	423-473	463-473	0,30
ПЭНД+50 масс. % СКМС-30	423-463	453-463	0,30

2.2.3 Изготовление образцов для испытаний

Образцы готовили прямым прессованием, литьем под давлением, а также экструзией в виде лент и прутка из плоскощелевого или круглого капилляра при фиксированных скоростях сдвига. Режимы прессования образцов высоконаполненных композиций представлены в таблице 2.5.

Таблица 2.5. Режимы прессования высоконаполненных композиций

Материал	Температура прессования, К		Давление прессования, МПа
	Матрицы	Пуансона
ПЭНД	493-503	493-503	10±0,015
СКМС-30	433-453	443-453	10±0,025
ПЭНД+10 масс. % СКМС-30	463-473	463-473	10±0,025
ПЭНД+20 масс. % СКМС-30	463-473	463-473	10±0,025
ПЭНД+40 масс. % СКМС-30	483-493	483-493	10±0,025
ПЭНД+50 масс. % СКМС-30	483-493	483-493	10±0,025

.2.4 Определение показателя текучести расплава

Показатель текучести расплава (ПТР) - величина, характеризующая текучесть расплава полимера, определяемая как масса вещества в граммах, проходящего через стандартное сопло в течение 10 мин при 190°С, и выражающаяся в г/10 мин.

ПТР является понятием условным, однако эта величина точно характеризует поведение полимера при переработке его в изделия экструзией, литьем под давлением и другими методами [1].

Определение производят на пластометре, который представляет собой стальной цилиндрический корпус, имеющий два продольных канала. Один канал находится в центре корпуса и служит для загрузки испытуемого материала, а другой предназначен для помещения термопары.

В центральном канале корпуса помещается поршень из закаленной стали, по длине равный каналу; на нижнем конце поршня имеется направляющая часть.

На верхней части поршня находится втулка, на которой помещен съемный груз. В нижней части центрального канала укреплено стандартное сопло, выполненное из закаленной стали. Сопло не должно выступать за пределы корпуса.

Перед началом испытаний цилиндр и поршень прибора нагревают до 190±0,5 °С и выдерживают при этой температуре 15 мин. После этого в центральный канал прибора вводят навеску испытуемого материала и опускают поршень без груза. Через 4 мин, когда в цилиндре установится температура 190±0,5 ^оС, поршень нагружают металлическим диском массой 2160 г или 5000 г, что обеспечивает давление на расплав, равное 0,3 или 0,5 МПа соответственно.

Масса материала, загружаемого в цилиндр пластометра, и промежутки времени, через которые следует отрезать вытекающий из сопла расплав, зависят от предполагаемого значения ПТР (таблица 2.6).

За величину ПТР принимают среднее из трех определений. Разница между максимальной и минимальной массой отрезков не должна превышать 10%.

Таблица 2.6. Зависимость массы загрузки и времени течения от ПТР

ПТР, г/10 мин	0,15-1,0	1,0-3,5	3,5-10	10-25
Масса загрузки, г	3-4	4-5	6-8	6-8
Промежутки времени, с	240	60	30	20

.2.5 Методы исследования реологических свойств

Реологические исследования проводили на капиллярном вискозиметре постоянных объемных расходов «Реограф-2000» фирмы «Геттферт» (ФРГ).

Обогрев резервуара вискозиметра осуществляется двумя автономными кольцевыми электрическими обогревателями. Измерительный канал имеет самостоятельный нагрев температуры регулируется с помощью термозадатчиков, отдельных для каждой зоны. Точность задания температуры ±0,1 К. Температура расплава контролируется с помощью точечных термопар.

Продавливание расплава через канал осуществляется плунжером, скорость движения которого варьируется в пределах от 0,01 до 20 мм/с.

Для измерения напряжения сдвига расплава композиции использовали каналы круглого и плоскощелевого сечений.

Использовали плоскощелевой канал длиной (L) = 0,085м, шириной (W) = 0,01м и толщиной (Н) = 0,01м.

Температуру испытаний варьировали в пределах от 363 до 383 К. Расчет скорости сдвига в круглом капилляре производили по формуле (2.4) [11]:

, (2.4)

где Q - объемный расход; R - радиус капилляра.

Расчет напряжения сдвига на стенке канала определяется выражением (2.5):

, (2.5)

где Р - давление в капилляре; L - длина капилляра.

Скорость сдвига при течении расплава через плоскощелевой канал определяется из соотношения (2.6):

, (2.6)

где Q - объемный расход расплава в канале (2.7):

, (2.7)

где D - диаметр вискозиметрического резервуара); Н - толщина щелевого канала; W - ширина канала

Изучение реологических особенностей в закритическом режиме проводили построением зависимости (2.9):

, (2.9)

Поведение расплавов наполненных материалов в неизотермических условиях изучали на пластографе «Брабендер» с длиной червяка 0,3 м и диаметром 0,019 м, снабженном измерительным стендом.

Материал в виде гранул загружали в бункер экструдера. Затем при постоянной частоте вращения червяка от 0,3 до 2,0 с проводили измерение крутящего момента M_кр на валу и весового расхода Q.

Переход к режимам нерегулярного течения и пристенного скольжения фиксировали по появлению амплитуды колебаний M_кр, и Q, а также по внешнему виду экструдата.

.2.6 Исследования релаксации напряжений ТЭП

Релаксации напряжений и остаточные напряжения в образцах, полученных методом литья под давлением и экструзией, оценивали тензометрическим методом по замерам сопротивления тензодатчиков, наклеенных на деталь.

Тарировку датчиков осуществляли с помощью моста постоянного тока МВЛ-47 с точностью 0,01 Ом.

Тензодатчики располагались под углом 90° друг к другу и с двух противоположных сторон.

Расчет производили по формулам (2.10):

 (2.10)

где sn и sn+1- напряжения в деталях;

en и en+1 - деформации, измеренные прибором (разность деформаций разрезанного и целого образца);

m - коэффициент Пуассона; модуль упругости.

.2.7 Исследование деформационно-прочностных свойств ТЭП

Оценку деформационно-прочностных свойств исследуемых композиционных материалов проводили по стандартным методикам, приведенным в таблице 2.7.

Таблица 2.7 Методики определения физико-механических свойств наполненных материалов

Контролируемый параметр	ГОСТ
Разрушающее напряжение при растяжении Относительное удлинение при разрыве Прочность при изгибе Показатель текучести расплава Ударная вязкость по Шарпи Плотность Модуль упругости при растяжении Водопоглощение	11262 11262 11262 Н 645 4647 15139 95550 4650

Статистическую обработку полученных результатов проводили в соответствии с ГОСТ 14359-69.

.2.8 Исследование динамических механических свойств ТЭП

Динамические механические характеристики (модуль сдвига G, тангенс угла механических потерь tgd ) определяли методом свободно затухающих крутильных колебаний на обратном крутильном маятнике с электронной системой регистрации колебании.

Измерения проводили в режиме плавного подъема температуры со скоростью I град/мин в интервале 120¸400 К при частоте I Гц. Размеры образцов составляли: длина l = 6×10^-2м, ширина b = 1×10^-2 м, толщина h = 1×10^-3 м. Расчеты производили по формулам:

, (2.11)

где К - постоянная дискриминатора;

T - период колебаний маятника с образцом;

Т₀ - период колебаний маятника без образца;

N - число колебаний маятника с образцом;

N₀ - число колебаний маятника без образца;

J - момент инерции маятника.

.2.9 Метод оценки долговечности ТЭП

Прогнозирование работоспособности в течение длительного времени проводили по методике ЦНИИточмаш РТМ 5550-73, согласно которой образцы выдерживались при 343 К 56 часов, при 213 К 24 часа, затем шестикратно при 243 К и 303 К 2 часа. Указанный цикл рекомендован для прогнозирования свойств изделий, сохраняющих работоспособность в течение I года. Проведено 56 циклов испытании. Оценку свойств производили: первые 5 циклов после каждого цикла, в последующем после каждых 5 циклов.

.2.10 Структурные исследования

Структурные изменения в модифицированных полимерах исследовали методами динамического механического анализа (ДМА) на обратном крутильном маятнике МК-3; дифференциально-сканирующей калориметрией (ДСК) на термоанализаторе ТА-300»Mettler»; методом ультразвуковых испытаний (УЗИ) рентгенофазным анализом (РФА) на рентгеновском дифрактометре «ДРОН-2», термо-механический анализ на термоанализаторе ТА-3000»Mettler», по методикам.

.2.11 Определение теплопроводности

Степень теплопроводности различных материалов характеризуется коэффициентом теплопроводности - величиной, равной количеству тепла, проходящего через образец материала толщиной 1 м и площадью 1 м² в течение 1 ч при разности температур на противоположных, плоскопараллельных сторонах образца в 1º (ккал/м·ч·град).

Образцы для испытаний должны иметь в плане форму круга диаметром 250 мм или квадрата со сторонами 250 мм. Толщина образца (в пределах 10-50 мм) должна быть измерена с точностью до 0,1 мм. Поверхности образцов должны быть плоскими и параллельными. Образцы высушивают до постоянного веса при температуре, не вызывающей деформации полимерного материала, из которого изготовлен образец [11].

Прибор, применяемый для определения теплопроводности строительных материалов (рисунок 2.8), состоит из плоского электронагревателя 1 и малоинерционного тепломера 2, установленного на расстоянии 2 мм от поверхности холодильника 3, через который непрерывно протекает вода с постоянной температурой.

Рисунок 2.8 - Прибор для определения теплопроводности

На поверхностях нагревателя и тепломера заложены термопары 4-7. Прибор помещен в металлический кожух 8, заполненный теплоизоляцией. Плотное прилегание образца 9 к тепломеру и нагревателю обеспечивается приспособлением 10. Нагреватель, тепломер и холодильник имеют форму круга диаметром 250 мм [11].

Образец, подготовленный к испытанию, укладывают на тепломер и прижимают нагревателем. Затем устанавливают терморегулятор нагревателя прибора на заданную температуру опыта и включают нагреватель в сеть. После установления стационарного режима (в течение 30 мин показания тепломера постоянны) отмечают показания термопар по шкале потенциометра.

Коэффициент теплопроводности материалов вычисляют по формуле:

λ = , (2.12)

где b - толщина образца в м; ₁ - температура горячей поверхности образца в °С; ₂ -температура холодной поверхности образца в ºС; количество тепла, проходящего через образец в направлении, перпендикулярном его поверхности, в ккал/м²·ч.

Количество тепла рассчитывают по следующим формулам:

при измерении малоинерционным тепломером с воспроизводящим элементом:

Q = , (2.13)

где R - постоянное сопротивление нагревателя тепломера в Ом; I - ток в А; F - площадь тепломера в м²;

при измерении градуированным малоинерционным тепломером:

= А Е, (2.14)

где Е - электродвижущая сила (э. д. с) в мВ;

А - коэффициент, указанный в градуировочном свидетельстве на тепломер.

Температуру поверхностей образца измеряют при условии стационарного состояния с точностью до 0,1 ºС, тепловой поток - с точностью до 1 ккал/м²· ч, а коэффициент теплопроводности с точностью до 0,001 ккал/м·ч·град.

На рисунке 2.9 приведена схема прибора для определения коэффициента теплопроводности полимеров

Рисунок 2.9 - Схема прибора для определения коэффициента теплопроводности полимеров

Прибор состоит из концентрических медных шаров 1 и 2 с шейками из латунных трубок 3 и 4. На шейку 4 надето текстолитовое кольцо 5 для сохранения концентричности шаров. Кольцо плотно входит в шейку наружного шара. Предварительно измельченный пенопласт (150 г) загружают через загрузочные отверстия 6, 7 и 8 так, чтобы она была равномерно распределена между шарами. Коэффициент теплопроводности λ вычисляют в ккал/м·ч·град по формуле:

λ = , (2.15)

где С - количество испарившегося кислорода в кг/ч; - скрытая теплота парообразования в ккал/кг; ₁ - внутренний радиус наружного шара в м; ₂ - наружный радиус внутреннего шара в м; ₁ - температура наружного шара в ºС; ₂ - температура внутреннего шара в °С.

3. Научно-исследовательская часть

3.1 Разработка твердофазного метода получения ТЭП при экструзии

Реализация термомеханических процессов при совместной переработке в условиях приложения к макромолекулам полимера высоких напряжений и растяжения в расплаве является одним из способов модификации структуры прививкой фрагментов термоэластопластов к макромолекулам полимеров при разрыве С = С связей, что приводит к улучшению физико-механических свойств ПКМ, необходимых для конкретного применения изделий.

Механохимическую модификацию ПЭВП и ПЭНП осуществляли на лабораторном 2^х шнековом экструдере с пластикаторами (рисунок 3.1), позволяющим создавать интенсивные термомеханические воздействия на расплав компонентов. Для создания интенсивных сдвиговых деформаций совместно с конструкторами ТОО «Полимер Ондирис» была разработана конструкция шнека с набором специальных смесительных элементов (рисунок 3.1). Шнеки были изготовлены на машиностроительном заводе АО «АЗТМ».

Рисунок 3.1 - Рабочий профиль смесительного элемента шнека: 1 - Стенка материального цилиндра экструдера, 2 - расплав полимера смесь, 3 - профиль смесительного элемента шнеков

Эффективность поведения процесса модификации исследуемых полиолефинов, при варьировании параметров переработки температуры 140¸230 ⁰С и скорости вращения шнеков (N) 30¸60 об/мин при использовании различных конструкций смесительных кулачков экструдера оценивали по количеству связанного с полимерами фрагментов СКМС-30, которое определялось путем селективной экстракции продуктов их взаимодействия. В качестве модифицирующих добавок нами использован 10-50 масс.% метил-стирольный каучук марки СКМС-30 линейного строения при условии его введения в ПЭНД.

Температура головки экструдера: 1-200; 2-220; 3-230 ±5 ⁰С

Как видно из представленных данных, степень прививки протекает интенсивно при больших содержаниях ТЭП (5-10 масс. %) и высоких скоростях сдвига шнеков (45-60 об/мин). При постоянной скорости вращения шнеков в начальный момент процессы прививки протекают слабо, что может объясняться равенством скорости образования свободных радикалов и скоростью ингибирования процессов сополимеризации ПЭ с СКМС-30. На этот факт указывают в специальных работах по твердофазному синтезу полимеров [3]. При этих условиях крайне затруднительно образование блок-сополимеров, следовательно, протекание механохимического синтеза. В связи с этим в экспериментальных работах повышали скорость вращения шнеков до 60 об/мин. При N=45-60 об/мин наблюдается рост степени прививки СКМС-30 к полимерам, что обусловлено, по-видимому, ростом концентрации свободных радикалов, на что указывает ряд экспериментальных работ Н.К. Барамбойма, проведенных в токе инертного газа [9]. В работах ИХН НАН РК под руководством академика Е.Е. Ергожина получены полимеры на основе стирола, ММА в реальных технологических условиях, что указывает на возможность введения химических превращений в процессе сдвиговых напряжений при переработке.

Исследовали влияние температуры модификации структуры ПЭВП и ПЭНП в зависимости от температуры зоны дозирования и гранулирующей головки. Из представленных данных следует, что в исследуемом диапазоне температуры зоны дозирования и гранулирующей головки 160-240 ⁰С степень прививки непрерывно снижается, что свидетельствует о преобладании термоокислительных деструкций ПЭВП и ПЭНП при повышенных температурах (выше 170 ⁰С).

Из рисунка 3.1 следует, что степень присоединения ТЭП к ПЭНП, ПЭВП или ПС наиболее интенсивно протекает по схеме ПЭНП®ПС®ПЭВП. Интенсивность реакции присоединения указанных полимеров хорошо согласуется с литературными данными [7].

По данным инфракрасной спектрометрии (ИКС) можно судить об образовании нового блок-сополимера. В области 2000-3000 см^-1 наблюдается образование новых максимумов (рис. 3.2), что свидетельствует об образовании блок сополимера СКМС-30 с полиэтиленом.

На основе полученных результатов можно судить о возможности получения блок-сополимеров ПЭВП и СКМС-30 при температуре зоны дозирования (сжатия) и гранулирующей головки 160-170⁰С и скорости вращения шнеков 45-60 об/мин.

Рисунок 3.2 - Спектр поглощения ПЭНД и ТЭП

Полученные блок-сополимеры обладают удовлетворительными деформационно-прочностными свойствами, представленными в таблице 3.1 Установлено, что оптимальные условия реализации процесса модификации полимеров эластомерами достигаются при температуре зоны дозирования (s_сж) 150-160⁰С, N шнеков 40-45 об/мин с использованием смесительных элементов конструкция которых приведена на рисунке 3.3.

Таблица 3.1. Деформационно-прочностные свойства модифицированных термопластов.

Свойства	Ед. изм.	Показатели свойств ТЭП
		ТЭП-10	ТЭП-30	ТЭП-50
Плотность	кг/м3	963-965	967-970	965-975
ПТР	г/10мин	2,8-3,2	1,2-1,3	0,8-1,1
Разрушающее напряжение при растяжении	МПа	14,1	24,3	20,2
Теплостойкость по Мартенсу	%	125	131	130
Усадка	%	0,1	0,3	0,25
Тангенс угла диэлектрических потерь при 50Гц	-	0,004	0,004	0,004
Молекулярная масса	ед.	187000	210000	-

При этих параметрах переработки в композиции превалируют процессы рекомбинации генерируемых макрорадикалов с образованием блок - и привитых продуктов их взаимодействия. При этом наибольшую эффективность реализации процесса модификации обеспечивает использование в качестве модифицирующего агента метил-стирольного каучука СКМС-30, который обладает повышенной склонностью к механохимическим превращениям при активирующем протекании термоокислительных процессов.

3.2 Релаксационные свойства и структурные характеристики ТЭП

Релаксационные свойства полимерных, связующих во многом определяют эксплуатационные свойства ПКМ. Релаксационные свойства модифицированных полимерных связующих исследуемых систем изучали динамическим (механические потери) и квазистатическим (дифференциально-сканирующая калориметрия) методами, на основании которых оценивали значения тангенса угла механических потерь (tga) и удельной теплоемкости (С_р) представленные на рисунках 3.4, 3.5 и в таблице 3.2 соответственно.

Интерпретацию релаксационных переходов проводили в следующем порядке: начиная с высокотемпературного a-перехода, связанного с сегментальной подвижностью в кристаллических областях; a`-перехода, связанного с сегментальной подвижностью в переходных аморфно-кристаллических слоях; b - перехода, обусловленного сегментальной подвижностью в аморфных областях и возможной релаксацией в привитых к основной цепи ПЭНД боковых ответвлениях СКМС-30;  - перехода, обусловленной мелкомасштабным движением малых участков полимерной цепи в аморфной фазе. Результаты экспериментальных данных представлены в таблице 3.3

Рисунок 3.3 - Зависимость тангенса угла механических потерь ТЭП (ДМА) 1 - ПЭНД; 2 - то же + 0,5 масс. % КЖ «Силор» + 30 масс. % СКМС-30

Как видно, из представленных данных во всех спектрах низкотемпературной области проявляются максимумы механических потерь, обусловленные наличием в композиции эластомерной фазы СКМС-30. Содержание 30-50% СКМС-30 сдвигает максимумы потерь в среднем на 5^° в стороны более высоких температур, что свидетельствует о том, что степень прививки на поверхность наполнителя макромолекул ПЭНД при выбранных режимах переработки остается неизменной.

Смещение a, a` и b переходов в сторону высоких температур на 10-15° при введении наполнителей и эластомерного модификатора свидетельствует, что физическая прививка макромолекул полимерного связующего ПЭНД и химическая прививка фрагментов СКМС-30 приводят к ограничению подвижности макроцепей. Сдвиг максимумов a, a` и b переходов и снижение модуля потерь (G) обусловлены усилением взаимодействия наполнителей и полимерной матрицы, а также упорядочением расположения боковых ответвлений эластомерной фазы СКМС-30, за счет которого снижается подвижность макроцепей основной цепи. В таблице 3.4 приведены Показатели характеристик релаксационных переходов.

Рисунок 3.4 - Температурная зависимость модуля сдвига ТЭП, полученная методом ДМА: 1 - ПЭНД+ 0,5 масс. % КЖ «Силор» + 30 масс. % СКМС-30; 2 - ПЭНД+0,5масс.% КЖ «Силор»+40 масс. % СКМС-30; 3 -ПЭНД+0,5 масс. % КЖ «Силор» + 50 масс. % СКМС-30; 4 ПЭНД+5,0 масс. % КЖ «Силор» + 40 масс. % СКМС-30

Таблица 3.2. Теплофизические показатели компонентов и ТЭП

Материал	Теплоемкость, Ср, Дж/г×К
ПЭНД	2,1-2,12
СКМС-30	1,98
КЖ «Силор»	2,70
ПЭНД+30 масс. % СКМС-30+0,5 масс. % КЖ «Силор»	1,87
ПЭНД+40 масс. % СКМС-30+0,5 масс. % КЖ «Силор»	1,43
ПЭНД+50 масс. % СКМС-30+0,5 масс. % КЖ «Силор»	1,3

Наличие в составе полимерного связующего свободной эластомерной фазы (10-50 масс. % от количества вводимого СКМС-30 повышает подвижность всей системы ПЭНД в процессе структурообразования, влияя на рост плотности упаковки макромолекулярных цепей в аморфных и кристаллических зонах, а также улучшает адгезионное взаимодействие полимеров с наполнителем.

По результатам исследования процессов неизотермической кристаллизации полимерного связующего установлено, что если наличие наполнителей приводит к замедлению процессов кристаллизации расплава полимера, то содержание эластомерной фазы СКМС-30 приводит к повышению скорости кристаллизации за счет повышения концентрации новых центров кристаллизации. Структурные характеристики, полученные методами СКМС-30 и РФА представлены в таблице 3.4.

Таблица 3.3. Показатели характеристик релаксационных переходов

Материал	Показатели характеристик
	Температура переходов, 0С						Значение модуля потерь (G), МПа
	Тb			Тa		Тст	переход		Тст формы
	ДМА	ДСК	ДМА			b-	a
ПЭНД	-30	-27	35		49	-	35	3,3	-
ПЭНД+30 масс. % СКМС-30	-10	-14	43		54	-85	32	3,7	30
ПЭНД+40 масс. % СКМС-30	-21	-19	39		50	-80	30	3,5	32
ПЭНД+50 масс. % СКМС-30	-24	-22	41		52	-82	28	3,3	34
ПЭНД+40 масс. % СКМС-30+0,5 масс. % КЖ «Силор»	-25	-22	43		54	-80	25	3,0	37

Таблица 3.4 Структурные характеристики композиций на основе модифицированной полимерной матрицы

Материал	Степень кристал-личности		Дефект-ность кристаллитов, %	Т плавления, 0С		Интервал плавления, 0С
				пика	начала
	ДСК	РФА
ПЭНД	49	45	2,8	110	104	14
ПЭНД+30 масс. % СКМС-30	37	40	3,3	115	108	22
ПЭНД+40 масс. % СКМС-30	41	40	3,9	120	120	24
ПЭНД+50 масс % СКМС-30	38	41	3,8	127	110	20
ПЭНД+40 масс. % СКМС-30+0,5 масс. % КЖ «Силор»	42	43	3,3	125	110	24

Из анализа полученных результатов следует, что при содержании мела и модифицирующей добавки температурный интервал плавления значительно расширяется на 8-10⁰, что обусловлено образованием разветвленной макроцепи полимерного связующего. При введении СКМС-30 выше 40 масс. % и 0,5масс.% КЖ «Силор», как отмечалось ранее, дефектность кристаллитов повышается, что объясняется образованием стерических факторов в процессе кристаллизации - замедление процессов кристаллизации, обусловленные расширением температурного интервала кристаллизации, а также замедленными условиями протекания кристаллизации полимера.

Таким образом, методами ДМА, ДСК и РФА установлено, что в наполненных системах модификация структур полимерного связующего введениием 0,5-1,0 масс.% КЖ «Силор» и 30-50 масс.% СКМС-30 приводит к снижению ее внутренних напряжений, совершенствованию надмолекулярных образований за счет снижения дефектности в аморфных и кристаллических зонах, образованию мелкосферолитной структуры полимерного связующего и улучшению адгезионного взаимодействия полимера с наполнителями, что обеспечивает изотропность физико-механических (прочностных) свойств ТЭП в результате минимизации внутренних остаточных напряжений.

3.3 Реологические свойства высоконаполненных ТЭП

Реологические свойства изучали на капиллярном вискозиметре постоянных объемных расходов. Реограф “2001” фирмы “Геттферт” в диапазоне температур 433-573К и скоростей сдвига () от 10^-1 до 10⁴ с^-1. При неизотермических условиях течения расплава композиции градиент температуры от степени канала по его длине варьировали от 1,0 до 3,0 град/см. Измерения проводили на круглых и плоскощелевых каналах. Кривые течения (КТ) описывали уравнением: P_п=P_к+P_вх, где P_п - полное давление в капилляре, P_вх - потери давления на входе в канал, P_к - перепад давления при течении композиции в канале. Напряжение сдвига (t) определяли с применением двух капилляров длиной (L) 20 и 40 мм и диаметром 1 и 2 мм. Установлено, что характер изменения КТ зависит от типа полимерного связующего и не претерпевает изменений в исследуемом диапазоне концентрации полимерной составляющей.

При скоростях сдвига, соответствующих параметрам переработки наполненных композиций, область ньютоновского течения (=t/h) не достигалась.

Результаты эксперимента показывают, что при фиксированном содержании полимера, содержащих различное количество эластомера (от 30-50 масс.%) выполняются условия температурной и концентрационной суперпозиции, т.е. КТ могут быть совмещены друг с другом путем плоскопараллельного сдвига вдоль осей логарифмических координат.

Все существующие методы переработки полимеров и их композиций на их основе связаны с транспортированием расплава через каналы различного сечения и приданием расплаву геометрической формы конечного изделия.

Течение расплава полимера в каналах перерабатывающего оборудования и оснастки используются описываются следующими уравнениям состояния закон течения Ньютона (3.1):

=t/h, (3.1)

и степенной закон течения Оствальда-де-Вилле (3.2):

 (3.2)

где  - коэффициент консистенции;

 - скорость сдвига;

t - напряжение сдвига;

h - вязкость ньтоновской жидкости.

Для оценки формуемости ТЭП в изотермическом режиме оценивали реологические характеристики при течении расплава через круглый капилляр и плоскощелевой каналы, при заданной температуре.

Расчет скорости сдвига в цилиндрическом канале производили по формуле (3.3):

, (3.3)

Расчет напряжения сдвига на стенке канала определяли по формуле (3.4):

t = PR/2L×10⁵, (3.4)

где Q - объемный расход;

R, L - радиус и длина капилляра;

P - давление в капилляре.

Реологические поведения расплава ТЭП в неизотермических условиях изучали на пластографе «Брабендер» с L/d червяка 15 при d=19 мм.

Полученное уравнение, как показали экспериментальные данные, проведенные по контрольным рецептурам, может адекватно описывать реологические свойства ТЭП, где объемное содержание СКМС-30 не превышает 16 об.%. Для ТЭП, содержащих полимерные наполнители.

На основе экспериментальных исследований реологических свойств ТЭП расчетным путем было установлено следующее: в зависимости lgh_отн=Kj_об, величина К зависит только от природы каучука, поэтому когда полимерной матрицей служит ПЭНД для определения относительной вязкости нами предложено применять формулу (3.5):

lgh_отн=K₁К₂j_об, (3.5)

если в качестве полимерной матрицы используется смесь полиолефинов или (3.6):

lgh_отн=K₁К₂(j_g+j_в), (3.6)

где K₁ и К₂ - коэффициенты учитывающие влияние природы полимера на вязкость наполненной системы. Данное уравнение не может быть использовано для описания реологических свойств ПКМ на основе блок-сополимеров, используемых в настоящей работе в качестве полимерной матрицы, которые представляют качественно новый класс полимеров с присущими только им физико-химическими свойствами.

В связи с этим нами было предложено уравнение, учитывающее структуру блок-сополимеров, и, адекватно описывающее эксперимент (3.7):

lgh_отн=K₁К₂(j_g+j_в)+ С, (3.7)

где С=1,2j²_ТЭП - коэффициент, учитывающий разветвленность структуры СКМС-30 при получении ТЭП. В таблице 3.5 представлены значения K₁, К₂ и С.

Таблица 3.5. Значения поправочных коэффициентов

Полимер	Значение коэффициентов
	К1	К2	С
ПЭНД	0,84	0,82	0
СКМС-30	0,93	0,90	0
ПЭНД + 30 масс. % СКМС-30	0,88	0,86	0
ПЭНД + 40 масс. % СКМС-30	0,99	0,91	1,013
ПЭНД + 50 масс. % СКМС-30	0,97	0,92	1,017
ПЭНД + 30 масс. % СКМС-30 + 0,5 масс.% КЖ «Силор»	0,97	0,94	1,022

В дальнейших расчетах нами учитывалось влияние разветвленной структуры ПЭНД на вязкостные свойства ТЭП, так как существенного изменения вязкости от соотношения и содержания полимерного связующего и бинарного наполнителя не наблюдали.

В результате обработки экспериментальных работ было установлено, что коэффициент С наиболее полно учитывает влияние разветвленности макроструктуры полимерной матрицы на адгезионное взаимодействие системы полимер-наполнитель и, как следствие, на вязкостные свойства расплава ПКМ.

Так, на рисунках 3.6 и 3.7 на кривых течения показано, что закономерность изменения (t) подчиняется закону пропорциональности и зависит только от молекулярной массы (ММ).

При введении 30; 40 и 50 масс. % СКМС-30 кривые течения сдвигаются в область высоких значений скоростей сдвига, причем величина сдвига легко может быть рассчитана с учетом K₁, К₂ и С.

Изменение угла наклона кривых течения ТЭП содержащих 30 - 50 масс. % СКМС-30 на кривых течения (рисунки 3.6 и 3.7) объясняется образованием густой пространственной сетки блок-сополимеров в объёме ТЭП и нарастанием жесткости связи полимера с наполнителем и возрастанием его концентрации в ТЭП.

В соответствии с целью получения штучных конструкционных изделий из ТЭП с высокими эксплуатационными свойствами нами была поставлена задача твердофазным способом получать блок-сополимеры ПЭНД. Установлено, что полученные блок-сополимеры имеют пространственную структуру, в которой основная цепь полимера является превалирующей. Схематически пространственную сетку блок-сополимера можно изобразить следующим образом:

Рисунок 3.5 - Кривые течения ПЭНД и ТЭП в зависимости от содержания структурных модификаторов

 - атом углерода;  - полимерная группа (CH₃ - R);

 - стирольный блок

Рисунок 3.6 - Пространственная структура блок-сополимера ТЭП

При твердении расплава ТЭП (стекловании или кристаллизации), как известно линейная структура стремится к статическому кубику (глобулярная структура) в процессе которого и формируются физические зацепления макромолекул или боковых цепей полимера с частицами наполнителя. В результате твердения - формирования образуется аморфизированный межфазный слой, с плотностью большей, чем у кристаллической фазы полимерной матрицы.

Рисунок 3.7 - Схема статического клубка

Вышеописанное макрообразование обуславливает высокую адгезионную связь на границе раздела фаз, определяя характер течения расплава (рисунки 3.6 и 3.7) кривые течения расплава ТЭП имеют различный угол наклона, величину которого, по-видимому, можно определить как (3.8):

tga=f(s_ад, j_ТЭП, ММ), (3.8)

где s_ад - адгезионная прочность, j_ТЭП - объемное содержание ТЭП, ММ - молекулярная масса полимерной матрицы.

Для технологических расчетов и составление номограммы нами использовано эмпирическая зависимость (3.9):

ПТР=lg(h_отн)_ji + tga, (3.9)

где tga - угол наклона на кривых течения зависимости lg от lgt.

Следовательно, при образовании блок-сополимеров вязкости характеристики расплава ПКМ существенно изменяются, которые необходимо учитывать при прогнозировании и расчете технологических параметров.

В настоящей работе нами установлено, что на вязкостные свойства расплава ТЭП влияют только форма и размер частиц эластомера, что подтверждается различием значений h, m, t и  до 2,5-3,0% Наибольший интерес с точки зрения прогнозирования текучести представлял интерес исследование зависимости вязкости расплава ТЭП от рецептурного состава ТЭП.

Введение модификатора КЖ «Силор» в количестве 0,5-1,0 масс. % позволяет повысить значение текучести расплава ТЭП, что делает материал пригодным для формования высокопроизводительными методами, что обеспечит экономическую эффективность производства конечных изделий и деталей (рисунки 3.8 и 3.9).

Рисунок 3.8 - Зависимость вязкости расплава полимеров: Т=170⁰С; L/d=20/2; Содержание КЖ «Силор»: 1 - ПЭНД, 2 - ПЭНД+0,5масс.%, 3 - ПЭВД+1,0масс.%

Рисунок 3.9 - Зависимость вязкости расплава ТЭП от напряжения сдвига: Т=170⁰С; L/d=20/2; Содержание СКМС-30: 1 - ПЭНД + 30 масс. % ; 2 - ПЭНД + 40 масс. %; 3 - ПЭНД + 50 масс %

В результате экспериментальных исследований, которые были проведены с учетом ряда допущений: - считать поверхность наполнителей активированными и химическая природа наполнителей не оказывает существенных изменений на реологические характеристики ТЭП;

ТЭП с содержанием 30 - 50 масс. % СКМС-30 могут формоваться на стандартном технологическом оборудовании и оснастки.

.4 Технология твердофазной полимеризации СКМС-30 и ПЭНД в процессе экструзии

Механохимическую модификацию осуществляли на лабораторном двухшнековом экструдере «Брабендер» с диаметром шнека 20 мм; L/d=20 при температуре гранулирующей головки 170-210⁰С. Экструзионный шнек в зонах питания и зоне сжатия для создания высоких напряжений сдвига снабжен смесительными элементами, профили которых приведены на рисунке 3.1 Согласно теории механохимической модификации, условиями протекания твердофазной сополимеризации является разрыв двойных связей и образование свободного радикала , к который инициирует присоединяет молекулярные цепи СКМС-3 к основной цепи полимерного связующего. В зависимости от структуры вновь образованного привитого сополимера (в реакциях участвуют 2 и более линейных полимера) или блок-сополимера (1 линейный полимер и полимеры с ароматическими бензольными кольцами). В настоящей работе в качестве реагентов нами были выбраны линейные полимеры ПЭНД с молекулярной массой 150000-250000 и метил-стирольный каучук марки СКМС-30. Выбор в качестве полимеров ПЭВП марки 273 - 79 крупнотоннажностью их промышленного производства - к 2010 г согласно данным «Информационного статического центра» РК на Атырауском химическом заводе будет освоено производство с мощностью 50000 тонн в год.

Промышленный выпуск термоэластопластов ДСТ-30, ДСТ-30Р и ДСТ-30М планируется на II и III квартал 2008 г ТОО «Композиционные материалы». По данным ТОО НТЦ «Композиционные материалы» выбранные ТЭП являются аналогами ТЭП, выпускаемых методом химического синтеза на Воронежском заводе синтетического каучука им. Е.И. Лебедева.

Ведение управляемого твердофазного синтеза линейных полимеров с ТЭП в процессе формования становится возможным при определенных специфических условиях: - наличие высоких напряжениях сдвига в межвитковом зазоре материального цилиндра экструдера, достаточные для разрыва двойных связей; поддержание условий протекания сополимеризации - исключение процессов ингибирования сополимеризации при термоокислительной деструкции.

На основании литературных данных, теоретического и практического опыта ТОО НТЦ «Композиционные материалы» и научно-производственных предприятий других стран для получения ТЭП нами был выбран твердофазный способ. Механохимическая модификация позволяет получать сополимеры и блок-сополимеры с новыми физико-механическими свойствами для формования строительных изделий с высокой надежностью, долговечностью и другими эффективными эксплуатационными свойствами, которые обеспечат высокую технологичность и экономический эффект.

Одним из показателей образования блок-сополимеров является степень прививки ТЭП к основной цепи линейных полимеров. Об образовании блок-сополимеров судили по изменению ММ, вязкости, степени кристалличности (глава 3) и косвенных показателей (изменение прочности, плотности и т.д.)

Экспериментальные данные свидетельствуют об образовании блок-сополимеров во всем диапазоне скоростей вращения шнека 30-60 об/мин. и температуры гранулирующей головки 170-210 ⁰С, при которых С_р составляет 50-68%.

С материаловедческой точки зрения, представлял интерес определить зависимость С_п от концентрации ТЭП. При 170±5 ⁰С и N=40-45 об/мин при возрастании содержания ТЭП с 5,0 до 10,0 масс. %, значения С_п возрастают для композиций на основе ПЭНД, причем максимальная степень прививки достигается при модификации ПЭНД, что удовлетворительно совпадает с показателями блок-сополимеров, полученных методом химического синтеза. Установлено, что при содержании 30 - 50 масс. % ТЭП достигаются максимальные значения С_п к ПЭНД при Т_г=170±5⁰С и N=40-45 об/мин.

В качестве оптимального содержания ТЭП нами выбран j_СКМС=30-50 масс. % для минимизации себестоимости. Увеличение j_СКМС целесообразно для формования гибких изделий, шлангов, оболочек оптоволоконных и электропроводящих кабелей, электрических проводов и др.

Для повышения устойчивости конструкционных изделий к действию ультрафиолетовых лучей в композицию нами рекомендуется вводить до 0,01 масс. % Диафен НН [8]

Полное ингибирование процессов сополимеризации, по-видимому, возможно при высоких температурах гранулирующей головки (170⁰С). В связи с этим при выборе режима грануляции с целью исключения процессов превалирующего ингибирования нами предложен оптимальный режим грануляции, который представлен в таблице 3.6.

Таблица 3.6. Технологический режим грануляции ТЭП

Технологические параметры	Показатели параметров
	Т цилиндра по зонам, 0С			Тгг	N, об/мин
	I	II	III
jСКМС=30 масс. % Нп	140±5	160±5	180±10	170±5	45
jСКМС=40 масс.% Нп	130±5	160±5	180±10	170±5	40
jСКМС=50 масс. % Нп	130±5	170±5	170±10	160±5	40
jСКМС=40 масс.% Нп +0,5 масс.% КЖ «Силор»	130±5	170±5	180±10	170±5	35

С целью прогнозирования деформационно-прочностных и технологических свойств полученных ТЭП была произведена оценка модуля упругости при растяжении (Е_р) и показателя текучести расплава, как наиболее информативных показателей. Как видно из представленных данных, при выбранном технологическом режиме (температура 170-210 ⁰С и частоте вращения шнеков с 30-60 об/мин) ПТР составляет 0,5-2,0 г/10 мин, Е_р = (2¸5)10³МПа, что соответствует требованиям, предъявляемым к ТЭП.

Рисунок 3.10 - Зависимость степени прививки ТЭП от температуры гранулирующей головки

Частота вращения шнека: 1 - 30; 2 - 45; 3 - 60 об/мин

Рисунок 3.11 - Зависимость ПТР ТЭП от содержания СКМС-30: 1 - 170⁰С, 2 - 190⁰С, 3 - 210⁰С; Р=5кгс

Рисунок 3.12 - Зависимость модуля упругости при растяжении от содержания ТЭП

Со склада сырья через весовые дозаторы в приемный бункер 5 с принудительным питателем подается 5,0¸10,0 масс. % от расчетного количества полимера, подается ТЭП, одновременно через бункер 6 с принудительным питателем подается порошкообразный ПЭНД. Температура I зоны загрузки составляет 60¸80 ⁰С. Червяки в зоне загрузки снабжены специальными смесительными элементами, обеспечивающими максимальное уплотнение твердых частиц полимера. Зона сжатия червяка снабжена шестеренчатыми зубчатыми смесителями, которые обеспечивают напряжения сдвига, достаточные для разрыва макромолекул полимеров и СКМС-30.

Головка экструдера снабжена фильерой с диаметром отверстий 1¸2 мм. Продукты термоокислительной деструкции непрерывно отводятся через дегазаторы 7. Гранулирование стренгов проводится шестипозиционным ножом 8, имеющим независимый привод с редуктором. Скорость вращения ножа-гранулятора синхронизируется с производительностью двухчервячного экструдера или с числом оборотов привода шнеков 1.

В угловой головке гранулы орошаются холодной водой во избежание их агрегации. Смесь гранул с водой подается в центрифугу 3, где гранулы отсекаются от воды решетками. Отделенная от воды масса гранул подается противоточно под давлением 1,0-2,0 МПа в вертикальную сушилку 4, где в псевдоожиженном слое протекает процесс сушки горячим воздухом (90-100)^°С. Полученные гранулы подаются на фасовочную машину.

Таким образом, в результате разработки механохимической технологии модификации структуры ПЭНД: высокие напряжения сдвига, возникающие в процессе пластикации при N=30-60 об/мин, создают условия разрыва двойных связей макромолекул полимерных компонентов ТЭП, что приводит к образованию блок-сополимеров;

3.5 Эксплуатационные свойства

Высокая экономическая эффективность применения ТЭП в производстве требует надежного диапазона эксплуатационных свойств и возможность формования изделий высокопроизводительными методами.

При выборе ТЭП следует учитывать их основные эксплуатационные свойства, которые можно рассматривать на трех уровнях:

) молекулярный, характеризующийся химическим строением макромолекул полимера (в настоящей работе - структура блок- сополимеров на основе ПЭНД и СКМС-30;

) уровень - надмолекулярный, характеризующийся морфологией макроструктуры ТЭП, который определяет структурные образования в межфазном слое, физико- химию взаимодействия макромолекул ПЭНД и СКМС-30;

При использовании временной характеристики удобно пользоваться теорией Журкова, которая описывается уравнением (3.11):

,

,

где v - скорость роста магистральной трещины разрушения;

K - параметр структуры;

U - энергия активации процесса разрушения;

R - универсальная газовая постоянная;

T - абсолютная температура;

t₀ - параметр уравнения.

Для прогнозирования числа циклов механической нагрузки ( N ) до разрушения использовали уравнения (3.12), (3.13):

, (3.12)

где R - универсальная газовая постоянная, Т - температура испытаний, DU - энергия разрушения;  и  - нижний и верхний пределы напряжений растяжения.

 (3.13)

Указанный на рисунке 3.16 цикл рекомендован для прогнозирования свойств материалов и изделий за один год эксплуатации в условиях резко-

Для оценки изменения физико-механических свойств ТЭП, выбрали композицию содержащую 30-50% масс. % СКМС-30 и ПЭНД. Содержание в ТЭП в качестве связующего ПЭНД. Содержание в ТЭП СКМС-30 М1, М2 и М3 существенного влияния на изменение физико-механических свойств в результате циклических испытаний не оказывает.

Водопоглощение полимерных материалов обусловлено наличием адсорбированной влаги в гигроскопических порах, образованных дефектами макроструктуры полимеров при кристаллизации и стекловании. Кинетика сорбции влаги из атмосферы ПКМ обусловлена в большей степени поглотительной способностью полимерной матрицы, наполнителя и целевых компонентов. В этом случае, полное водопоглощение ТЭП определяется следующей формулой (3.14):

В_ПКМ=В_п+В_н+В_цк,

где В_п - поглощение полимера,

В_н - наполнителя и В_цк - целевых компонентов.

В связи с этим при проектировании и производстве ТЭП технологи практики вынуждены учитывать сорбционную способность минералов, используемых в качестве наполнителя и предусматривать эффективные методы их сушки. На рисунке 3.13 показана кинетика водопоглощения используемых наполнителей для получения ПКМ.

Из результатов исследований следует, что при использовании в качестве наполнителя за период испытаний (24ч) равновесное В_ТЭП не наступает, что, по-видимому, напрямую зависит от объема его пор. По данным ртутной порометрии [11] объем пор ПЭНД составляет 5,1-7,3 % от общего объема. Равновесное значение (В_ТЭП) достигается за 24 часа испытаний при влажности воздуха 78%..

Рисунок 3.13 - Кинетика водопоглощения ТЭП

Связующее ПЭНД; СКМС-30: 1 - 50 + М1; 2 - 40+ М1; 3 - 30 +М1 масс. % ; 4 - ПЭНД масс. %; 1`, 2`, 3`, 4` без КЖ «Силор». Влажность воздуха - 78%, температура испытаний 25±2⁰С

В таблице 3.6 представлены эксплуатационные свойства на основе исследуемых ПЭНД и СКМС-30.

При В=0,5-1,0% диэлектрические показатели снижаются, что показывает в ТЭП при воздействии электрического поля могут протекать процессы «перебоя» объема ТЭП, что приводит к разрушению сплошности материала. Особо следует отметить, что обработка поверхности наполнителей приводит к существенному повышению диэлектрических свойств ТЭП. Как показывают кривые 1 и 2 рисунка 3.14 на теплофизические свойства ТЭП в исследуемом диапазоне ВПКМ существенно не изменяются, что хорошо согласуется с литературными данными [12]. В таблице 3.7 представлены результаты испытания влияния предварительной сушки и подогрева на эксплуатационные свойства изделий и деталей на основе исследуемых ТЭП

Таблица 3.7 - Результаты предварительной тепловой обработки ПКМ

Композиционный материал	Вmax, %	Bд, % - после сушки	Параметры сушки
			T, 0С	t, час
ПЭНД	0,05	0,04	(85-90)±5	0,8-1,0
ПЭНД + 30 масс. % СКМС-30 + 0,5 масс. % КЖ «Силор»	0,06	0,04	(85-90)±5	0,8-1,0
ПЭНД + 40 масс.% СКМС-30 + 0,5 масс. % КЖ «Силор»	0,06	0,04	(90-95)±5	1,0-1,2
ПЭНД + 50 масс. % СКМС-30 + 0,5 масс. % КЖ «Силор»	0,07	0,05	(95-100)±5	1,2-1,5
ПЭНД + 40 масс. % СКМС-30 + 0,75 масс. % КЖ «Силор» или 1,0 масс. % КЖ «Силор»	0,07	0,05	(95-100)±5	1,2-1,5

Результаты исследований показывают, что падение прочностных показателей составляет до 50% при влажности В_ПКМ = 0,75 - 1,5%. Такой же характер изменения имеют и другие технические параметры ТЭП. Так, отношение начальной ПТР₀ и текущей ПТР_i (измеренной при t_i) при В>1,0% снижается до 10%, то есть переработка ТЭП при этих условиях становится невозможной.

Кривые 1 рисунка 3.20 а -г показывают, что эксплуатационные свойства (прочностные, теплофизические, диэлектрические и технологические) ТЭП удается сохранять при обработке поверхности наполнителей силоксанами (КЖ «Силор») на стадии получения ТЭП является предварительная сушка или подогрев гранул при формовании изделий.

Рисунок 3.14 - Стойкость ТЭП к циклическим испытаниям

4. Экономическая часть

.1 Расчет капитальных вложений

В экономической части отражены технико-экономические и финансовые показатели предлагаемого проекта, необходимые для производства ПВХ - труб.

В таблице 4,1 представлена программа цеха по производству фрикционных труб на основе ТЭП - композиций.

Таблица 4.1. Программа цеха.

Изделие	Материал	Способ переработки	Масса изделия, кг/м		Годовая программа по перерабатываемому материалу, т
			готового	потери, %
Труба d  Труба d  Труба d	ПВХ-С-7058-М	экструзия	1,75 2,61 5,47	1,5 2,0 2,5	1000

Объем капитальных вложений рассчитывается по видам основных фондов.

.2 Планирование технологического оборудования

Для производства БСП- накладок принимаем марку машины экструдера ЛТ 90*25-75/160 с мощностью 60 кВт/час.

Количество технологического оборудования определяется по формуле:

,

где Q_г- годовая программа по перерабатываемому материалу, т/год;

К - коэффициент, учитывающий потери времени на обслуживание. По Оленеву [ 2- ] К=0,9-0,95;

Ф_д(ч) - действительный годовой фонд времени оборудования, ч/год; Согласно Крыжановскому [ 1] при 2-х сменном режиме работы Ф_д(ч)=6100ч

где Q - производительность 1-го экструдера; Q= 180 кг/час.

Принимаем n_Σ=3 шт.

.3 Расчет стоимости зданий и сооружений

Площадь производственного здания составляет 1008 м².

Стоимость 1 м² площади цеха составляет 350$.

Стоимость цеха определяется по формуле:

К_цеха = Ц_М² · f_цеха

где Ц_М² - цена одного метра квадратного площади, Цм2=350$

Курс доллара равен 128 тенге, тогда Ц_М²=350$=350∙128=44800 тг; _цеха - площадь цеха.

К_цеха =44800∙1008=45158400 тг.

Таблица 4.2. Расчет стоимости зданий и сооружений.

Наименование	Площадь, м2	Цена за 1 м2	Стоимость rz.	Норма амортизации, %	Сумма амортизационных отчислений, kz
Здание отдельное	1008	44800	45158400	7	3 161 088

4.4 Стоимость технологического оборудования

Капитальные вложения в технологическое оборудование рассчитывается по каждому виду оборудования:

Где Ц₀- оптовая цена оборудования, включая установку,

N - количество оборудований, шт

Экструзионный трубный агрегат К_Э=30000000тенге

Таблица 4.3. Стоимость основного оборудования

Наименование оборудования	Кол-во, шт	Цена единицы оборудования, млн. kz	Общая стоимость оборудования, млн. kz	Норма амортизации	Сумма амортизационных отчислений, млн. kz
Экструзионный трубный агрегат	3	30	90	9	8,1
Итого			90		8100000

Стоимость вспомогательного оборудования:

Таблица 4.4. Механический участок.

Наименование оборудования	Кол-во, шт	Цена единицы оборудования, тг	Общая стоимость оборудования, тг	Норма амортизации, %	Сумма амортизационных отчислений
Токарный станок	1	2250000	2250000	9	202500
Заточной станок	1	750000	750000	9	67500
Сверлильный станок	1	5000000	5000000	9	450000
Шлифовальный станок	1	2750000	2750000	9	247500
Итого			10750000		967500

Таблица 4.5. Участок регенерации

Наименование оборудования	Кол-во, шт	Цена единицы оборудования, тг	Общая стоимость оборудования,тг	Норма амортизации, %	Сумма амортизационных отчислений
Гранулятор	1	2750000	2750000	9	247500
Струйно-вихревая сушилка	1	3125000	3125000	9	281250
Смеситель двухстадийный СМ	1	4375000	4375000	9	393750
Итого			10250000		922500

Таблица 4.6. Склад сырья.

Наименование оборудования	Кол-во, шт	Цена единицы оборудования, тг	Общая стоимость оборудования, тг	Норма амортизации, %	Сумма амортизационных отчислений
Силоса для ПВХ V=100м3	3	250000	750000	9	67500
Силоса для ПВХ V=50м3	2	1875000	3750000	9	337500
Силоса для ПВХ V=20м3	1	1250000	1250000	9	112500
Емкость для ДОФ (пластификатор)	2	250000	500000	9	45000
Емкость для хлорпарафина ХП-470	1	1875000	1875000	9	168750
Емкость для красителя V=10 м3	1	1875000	1875000	9	168750
Силос для ХПЭ V=20м3	1	3750000	3750000	9	337500
Итого			13750000		1237500

Таблица 4.7. Лаборатория.

Наименование оборудования	Кол-во, шт	Цена единицы оборудования, тг	Общая стоимость оборудования, тг	Норма амортизации	Сумма амортизационных отчислений Цена единицы оборудования
Лабораторный комбайн Skamia	1	3125000	3125000	9	281250
Итого			3125000		287250

Таблица 4.8. Транспорт.

Наименование транспорта	Кол-во, шт	Цена Единицы транспорта, тг	Общая стоимость транспорта, тг	Норма амортизации, %	Сумма амортизационных отчислений
Электрокара	3	875000	2625000	9	236250
Итого			2625000		236250

Затраты на сырье включает стоимость основных и вспомогательных материалов, покупных изделий и полуфабрикатов с учетом расходов за вычетом выручки от реализации отходов материалов:

Затраты на сырье представлены в таблице 4.9

Таблица 4.9. Исходное сырье.

Компоненты композиции	содержание		Расход, кг на 1т. ПВХ -композиции	Рыночная цена 1 кг, тенге	Стоимость, тенге
	масс. ч.	%
ПВХ-С-7058-М	100,0	50	500	187,5	93750
Асбест	15,0	7,5	75	43,75	7656
Каолин	30,0	15,0	150	37,5	2812,5
Технический углерод	10,0	5,0	50	125,0	6250
Хлорированный полиэтилен	5,0	2,5	25	100,0	250
Хлорпарафин ХП-70	5,0	2,5	25	80,0	250
ДОФ	35,0	17,5	175	62,5	31250
Всего	200	100	1000	142,068	1420688

Где g_i - расход сырья, g_i=1000 кг;

Ц_Мi- цена сырья, Ц_Мi=142,068 тг/кг;

К_м - коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы, К_м=1,02÷1,10;

g_oi- количество отходов; 2,5% от 1000 кг, тогда g_oi=25 кг

Ц_ОТХ- цена отходов, Ц_ОТХ=25·142,068=35571,7 тг.

 тг/кг

.5 Расчет стоимости технологической (силовой) электроэнергии

Расчет затрат на технологическую (силовую) электроэнергию определяется по формуле:

Где Е_э- общая годовая потребность в технологической электроэнергии, кВт·ч;

R_n.э- средний расход электроэнергии на 1 час работы оборудования n-го типа.

Среднечасовой расход технологической электроэнергии для оборудования можно определить по формуле:

Где N_y- установленная мощность машины, кВт;

К_N- коэффициент использования машины по мощности;

К_W-коэффициент учитывающий потери электроэнергии в сети предприятия.

Рассчитаем установленную мощность всех оборудований, согластно паспортным данным:

Среднечасовой расход технологической электроэнергии для оборудований:

Годовая потребность в электроэнергии на освещение помещений проектируемого цеха определяется по формуле:

где Е_э.о- годовая потребность в электроэнергии на всех помещений цеха, кВт/ч;

z - количество помещений цеха;

R_z - средний расход электроэнергии на освещение 1 м² площади помещения ;

К_оd - коэффициент одновременности горения ламп;

F_z - площадь помещения z-го вида;

Т_г - продолжительность горения электроламп в году, ч.

Коэффициент R_z принимается равным 0,015; коэффициент К_оd принимается равным 0,8; Т_г принимается равным 2500.

Подставляя в формулу принятые коэффициенты, находим годовую потребность в электроэнергии на освещение цеха:

Затраты на производственную воду определяются расходом на охлаждаемую ванну по формуле:

где g_вод - норма расхода воды в литрах на охлаждаемую ванну в час (30 литров в час);_вод - количество станков, работающих с охлаждением, w_вод=3;_з - коэффициент загрузки оборудования, k_з=0,7;

Ц_вод - цена 1 м³ технической воды, Ц_вод =34 тг/м³;

F_Д - действительный годовой фонд времени оборудования, ч/год.

где w_Р - расчетное количество оборудования, w_Р=2,22 шт;_ПР - принятое количество оборудования, w_ПР=3 шт.

К_З=2,22/3=0,7

Годовые затраты на сжатый воздух:

Принимаем максимальное давление магистрали сжатого воздуха равного 10 МПа с максимальным объемом равного 100 м³/час, тогда годовые затраты на сжатый воздух определяются по формуле:

где W_{эл.двиг.} - мощность электродвигателя,

W_{эл.двиг}=10 кВт/час.

Годовые затраты на отопление определяются по формуле:

где f_ЦЕХА - площадь цеха, м²; f_ЦЕХА=1008 м²;

Ц_ОТ - цена отопления за м² площади в месяц, Ц_ОТ=57,73 тг.;

- количество отапливаемых месяцев в году.

Затраты на вспомогательные материалы включают затраты на смазочные, обтирочные материалы и тому подобное. Укрупнено затраты на вспомогательные материалы составляют 3000 тенге в год на 1 рабочего.

Затраты на топливно-энергетические ресурсы сведены в таблицу 4.10.

Таблица 4.10. Сводная ведомость годовой потребности в топливно- энергетических ресурсах.

Наименование ресурсов	Единица измерения	Годовая потребность, тыс.kz	Оптовая цена единицы ресурса, тыс.kz	Сумма, тыс.kz
1.Электроэнергия
технологическая	кВт·ч	371768	3,07	1110627,5
осветительная	кВт·	30240	3,07	92836,8
2. Вода
на производственные нужды	м3	2194,8	34	11609,64
на хозяйственные нужды	м3	396,8	34	13491,2
3. Отопление	м2	6048	57,73	349151,04
4. Сжатый воздух		37939	3,07	116475

.6 Расчет численности рабочих цеха

В расчет включены несколько категорий персонала - руководители, специалисты, служащие. В таблице 3 приведено штатное расписание персоналов по категориям, учитывая характер рабочего цикла технологического оборудования и фонд времени работы машин.

.6.1 Расчет численности производственных рабочих цеха по рабочим местам на основании норм обслуживания по агрегатам

Рабочие работают на автоматической линии, тогда число производственных рабочих, занятых обслуживанием машины рассчитывается по формуле:

 

где П_аг- число обслуживающих агрегатов, равно 3;

р -число рабочих, необходимых для обслуживания одного агрегата в течении смены (норма обслуживания), равно 1;

h - число смен в сутки, равно 2;

F_H - номинальный фонд времени одного рабочего за год, равный 4068 ч. (таблица 3);

F_d - действительный фонд времени одного рабочего за год, равный 3824 ч. (таблица 3).

Таблица 4.11. Расчет действительного фонда времени рабочих.

Прод-ть рабочей недели в ч.	Прод-ть основного отпуска в днях	Номинальный фонд рабочего времени	% потерь от номинального фонда времени	Действительный фонд времени в ч.
41	24	4068	12	3824

Таблица 4.12. Руководители цеха.

Профессия	Количество рабочих в смену	Количество рабочих в 2 смены
Начальник цеха	1	1
Старший мастер	1	2
Инженер по контролю качества	1	2
Экономист	1

Расчет вспомогательных рабочих.

Таблица 4.13. Состав основных рабочих

Профессия	Количество рабочих в смену	Количество рабочих в 2 смены
Мастер	1	2
Механик цеха	1	1
Оператор экструзионного трубного агрегата	3	6

Таблица 4.14. Состав вспомогательных рабочих

Профессия	Количество рабочих в смену	Количество рабочих в 2 смены
Электрик цеха	1	2
Технолог-контролер	1	1
Токарь-фрезеровщик	1	1
Оператор регенерации	1	2
Лаборант	1	2
Кладовщик - раздатчик инструмента	1	2
Упаковщик	1	2
Разнорабочие	3	6
Уборщица	1	2

Подоходный налог и отчисления в пенсионный фонд осуществляются в соответствии с нормами действующего законодательства РК и составляют 10% соответственно от фонда основной и дополнительной заработной платы.

Калькуляция себестоимости продукции.

Себестоимость продукции представляет собой затраты предприятия в денежном выражении на ее производство и сбыт.

Предприятие согласно программе цеха работает с мощностью 1000 тонн год.

Масса 1 п/м трубы=450 г.

Тогда в год производят N_г п/м ПВХ- труб:

Стоимость С_Г=N_Г·Ц_п/м=2941176·90=200000000 тг.

Капитальные вложения в проект:

К=К_оборуд+К_здания=127875000+45158400=173033400 тг.

Найдем прибыль 200000000-41459861=158540139 тг.

Срок окупаемости:

Примем Т= 2 года.

Основные технико-экономические и финансовые показатели цеха по производству БСК - накладок отражены в таблице 4.15.

Таблица 4.15 Основные технико-экономические показатели.

Показатели	Единицы измерения	Количество
		базовая	проектная
Годовой выпуск продукции	м/п		2222222
Списочный состав рабочих:			28
-производственных рабочих			16
-вспомогательные рабочие			12
Полная себестоимость годовой годной продукции			41459861

5. Охрана труда

.1 Нормативно правовая база

Реализация государственной политики осуществляется через систему правовых и нормативных актов, соблюдение которых при организации рабочих мест и выполнении работ на предприятиях в любой сфере профессиональной деятельности является по существу основой в создании здоровых и безопасных условий труда и предупреждении производственного травматизма [14].

Значение охраны труда и её основные принципы закреплены законодательно в Конституции РК и Трудовом кодексе РК (ТК РК).

Условия безопасности труда на рабочем месте должны соответствовать требованиям государственных стандартов, правил по безопасности и охране труда [1].

В ТК РК используются следующие основные понятия:

охрана труда - система обеспечения безопасности жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия и средства;

безопасные условия труда - условия труда, созданные работодателем, при которых воздействие на работника вредных и опасных производственных факторов отсутствует либо уровень их воздействия не превышает нормы безопасности;

вредный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к заболеванию или снижению трудоспособности;

опасный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к временной или стойкой утрате трудоспособности (трудовому увечью или профессиональному заболеванию) или смерти и др.

Согласно ТК РК работник имеет право:

на безопасность и охрану труда;

на рабочее место, защищенное от воздействия вредных и (или) опасных производственных факторов, которые могут вызвать производственную травму, профессиональное заболевание или снижение работоспособности;

- на обеспечение средствами индивидуальной и коллективной защиты, специальной одеждой в соответствии с требованиями, предусмотренными законодательством Республики Казахстан о безопасности и охране труда <#"864088.files/image050.gif"> (5.2)

где q_h = 0.05 кг/м³- нормативная огнетушащая концентрация АОС, кг/м³;

V = 7257.6 м³ - объем помещения, м³;

Q = 10 кг - масса заряда ТТК одного генератора, кг;

K₁ = 1,3 - коэффициент, учитывающий неравномерность заполнения помещения;

K₂ = 1,6 - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения.

По значению показателя токсичности продуктов горения по ГОСТ 12.1.044 [16] полипропилен относится к классу высокоопасных. При тушении сырья (полипропилен низкого давления) необходимо пользоваться промышленными противогазами марки «В» с фильтром или изолирующими противогазами для защиты от фтороводорода и окиси углерода, выделяющихся при горении. Температура воспламенения полипропилена - 440ºС.

Контрольной станции, передающий сигнал и включающей световую и звуковую сигнализацию, а также автоматические установки пожаротушения и дымоудаления.

6. Промышленная экология

.1 Нормативно-правовая база

Охрана окружающей природной среды и рациональное использование ее ресурсов в условиях развития научно-технического прогресса и бурного роста промышленного производства стала одной из актуальнейших проблем современности.

В Законе Республики Казахстан от 15 июля 1997 года N 160-1 «Об охране окружающей среды» в ст. 35 излагается необходимость экологического нормирования, целью которой является установление, научно обоснованных предельно допустимых норм воздействия на окружающую среду, гарантирующих экологическую безопасность и охрану здоровья населения, и, обеспечивающих предотвращение загрязнения окружающей среды, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов.

В основные задачи экологического нормирования входят:

установление экологических норм и определение их влияния на здоровье человека, охрану, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;

установление предельно допустимых величин и уровней вредных воздействий на окружающую среду.

Не допускается завышение установленных нормативов качества окружающей среды или замена их на временные и заниженные нормы.

Допускаются изменения величин нормативов в сторону ужесточения в зависимости от конкретных экологических условий территорий.

Утвержденные экологические нормативы являются обязательными для всех юридических и физических лиц, подлежат опубликованию и свободному распространению.

В ст. 36 [21] раскрыты основные виды экологических нормативов.

К основным видам экологических нормативов относятся:

нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в окружающей среде;

нормативы предельно допустимых выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду;

нормативы предельно допустимых уровней шума, вибрации, магнитных полей и иных вредных физических воздействий;

нормативы предельно допустимого уровня радиационного воздействия;

предельно допустимые нормы применения агрохимикатов в сельском и лесном хозяйстве;

нормативы охранных, санитарно-защитных и иных защитных зон;

удельные нормативы выброса, сброса вредных (загрязняющих) веществ;

нормативы обращения с отходами.

Законодательство Республики Казахстан может предусматривать и иные виды экологических нормативов.

В целях охраны здоровья населения, растительного и животного мира, сохранения их генетических фондов устанавливаются нормативы предельно допустимых концентраций потенциально опасных химических и биологических веществ, загрязняющих атмосферный воздух, воду, почву и недра [21].

В Законе Республики Казахстан от 15 июля 1997 года N 160-1 «Об охране окружающей среды» изложены экологические требования при эксплуатации объектов промышленности, энергетики, транспорта и связи, объектов сельскохозяйственного назначения и мелиорации.

Эксплуатация объектов промышленности, энергетики, транспорта и связи, объектов сельскохозяйственного назначения и мелиорации должна осуществляться с учетом установленных экологических требований и с использованием экологически обоснованных технологий, необходимых очистных сооружений и санитарно-защитных зон, исключающих загрязнение окружающей среды.

Запрещаются проектирование, строительство атомных и гидроэлектростанций на территориях с большой концентрацией населения, в сейсмически опасных зонах, традиционных местах массового отдыха и лечения населения [21].

Экологические требования при обращении с отходами производства и потребления определены в главе 10 Закона РК 15 июля 1997 года N 160-1 «Об охране окружающей среды»:

складирование, уничтожение и захоронение отходов производятся в местах, определяемых решениями местных исполнительных органов областей (города республиканского значения, столицы) по согласованию с уполномоченным органом в области охраны окружающей среды и иными исполнительными органами Республики Казахстан, осуществляющими функции охраны окружающей среды.

ввоз для переработки, захоронения или хранения отходов в Республику Казахстан может осуществляться только по специальному разрешению Правительства Республики Казахстан.

запрещается импорт продукции, не имеющей технологии для ее обезвреживания или утилизации после использования.

экологические требования при обращении с отходами, наряду с настоящим Законом, определяются законодательством об отходах и иными нормативными правовыми актами.

образование и использование производственных и коммунально-бытовых отходов подлежат государственному учету.

В соответствии с этой главной задачей бюро экологии выполняет следующие функции:

1. Разрабатывает с участием заинтересованных подразделений, цехов, служб предприятия годовые перспективные планы мероприятий по охране природы и рациональному использованию природных ресурсов, подготавливает их к утверждению в порядке, определяемом руководством предприятия, согласовывает их с инспектирующими органами и осуществляет контроль за их выполнением.

. Организует систематический контроль за качеством сточных вод, газовых выбросов, за содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны, работой общезаводских и локальных установок очистки сточных вод и газовых выбросов, сооружений для обезвреживания и захоронения отходов производства, уровнем освещенности и шума в производственных помещениях.

. Организует и осуществляет контроль за выполнением предписаний инспектирующих организаций по вопросам охраны природы.

. Осуществляет методологическое руководство, координацию и контроль природоохранительной деятельностью отделов, служб и подразделений предприятия, принимает участие в рассмотрении и согласовании технологических регламентов производств в части промышленных выбросов в окружающую среду, а также норм расхода материальных ресурсов.

. Участвует в работе комиссий вышестоящих инспектирующих организаций, обследующих состояние охраны природы на предприятии.

. Участвует в работе комиссии по приемке в эксплуатацию промышленных объектов и производств по указаниям и в порядке, определяемом руководством предприятия.

. Осуществляет сводный учет количества отходов, выбрасываемых в окружающую среду.

. Организует расследование причин и последствий залповых выбросов вредных веществ в окружающую среду, разбор действий персонала и руководителей подразделений по предотвращению и ликвидации последствий залповых выбросов, подготавливает предложения руководству о мерах по недопущению подобных выбросов и наказанию виновных.

. Подготавливает справки, доклады, проекты приказов, ответы на письма, жалобы, а также другие документы, касающиеся вопросов охраны окружающей среды [23].

В задачи службы входит также планирование средств на охрану окружающей среды. Что касается качества работы экологической службы. То залогом его повышения является активизация научно-прикладных исследований, более активное внедрение новых информационных технологий, инженерных решений, привлечение высококвалифицированных специалистов в области охраны окружающей среды..

.2 Анализ состояния окружающей среды

В научной лаборатории НТЦ «Композиционные материалы» проводятся исследования физико-механических и технологических свойств полимерных материалов, в которых применены оборудование и процессы, исключающие образование вредных веществ или попадание их в рабочую зону.

Начато изучение особенностей термоэластопластов. Основными операциями при изучении являются:

изготовление образцов материала с требуемыми параметрами;

исследования их на прочность при сжатии, растяжении и изгибе;

определение плотности, влажности, текучести, теплостойкости и других технологических параметров материала.

Лицензирование деятельности фирмы в области охраны окружающей среды регламентируются законом Республики Казахстан «О лицензировании отдельных видов деятельности», постановленном Правительством Республики Казахстан от 26.02.96 № 168. В соответствии с этими нормативно-правовыми документами лицензированию подлежат следующие виды деятельности фирмы:

экологическая паспортизация оборудования, применяемого при исследовании;

проведение экологической сертификации оборудования, сырья и отходов;

утилизация, складирование, перемещение, размещение и уничтожение производственных и иных отходов.

Объектом исследования в данном дипломном проекте является термоэластопласт.

Также некоторые типы ТЭП - композиций производятся твердофазной полимеризацией, например, на основе дивинилстирольных каучуков и полистиролов по ТУ 2243-154-00300209-2001. Кроме полимеров композиции содержат мягчители, наполнители, парообразователи (для вспенивающихся композиций) и другие ингредиенты, изначально подобранные таким образом, чтобы обеспечить практически безвредное производство. Композиции выпускаются в гранулах с размерами от 2 до 10 мм, что в свою очередь не способствует запылению помещения и не требует установки пылеуловителей. Воздух в рабочей зоне остается чистым на протяжении всего рабочего времени.

Термоэластопласт - представитель полиолефинов - является безопасным с точки зрения экологии и токсичности полимером. Термоэластопласт может иметь слабый парафиноподобный запах или может вообще его не иметь. Вещества, которые могут мигрировать из него, являются практически безвредными. Термоэластопласт не обладает способностью образовывать токсичные соединения в воздушной среде и сточных водах в присутствии других веществ или факторов при температуре окружающей среды.

При производстве изделий в процессе переработки материалов может происходить выделение газообразных продуктов (уксусная кислота, оксид углерода, аэрозоли и эфиры). Работа с термоэластопластами в лабораторных условиях позволяет не допустить перегрева материала, тем самым избежать большого количества выбросов токсичных веществ [22].

Устройства контроля и регулирования технологических операций для локализации выделяющихся веществ предусмотрена система вытяжной вентиляции, отвечающая требованиям ГОСТ 12.4.021-75.

Источником энергии для работы машин служит электричество, таким образом исключены выбросы в атмосферу, которые образуются при использовании тепловой энергии в топливно-энергетическом комплексе при сжигании топлива. Все это, безусловно, будет являться преимуществом любого завода по производству пластмассовых изделий, так как не требует огромных затрат на выплаты за загрязнение окружающей среды, а только осуществляет плановые платежи.

Температура в рабочем помещении в холодный период поддерживается оптимальной в пределах 18-20 ºС от местного отопления. Тепловое излучение, исходящее от лабораторного оборудования, практически отсутствует. В теплый период излишний нагрев рабочей зоны устраняется с помощью стационарных или передвижных вентиляторов.

Термоэластопласт, соответствующий ТУ, запускается в производство, после выдачи лабораторией заключения о годности.

Готовая продукция из термоэластопластов не выделяет в окружающую среду токсичных веществ, не оказывают вредного воздействия на организм человека. Радиоактивные излучения исключены. Готовая продукция должна обеспечивать требования ГОСТ Р 51958 - 2002.

.3 Утилизация и ликвидация полимерных отходов

При переработке термоэластопластов образуются отходы возвратные и безвозвратные отходы сырья. Возвратные потери могут использоваться вторично для производства изделий. В случае изменения свойств полимера его вторичное использование не возможно и возникает проблема утилизации отходов.

Производственные отходы на предприятиях, производящих полимеры, не превышают 0,3-0,5% от объема выпуска и утилизируются самостоятельно предприятиями [25].

Однако уничтожение полимерных отходов является не менее сложным и дорогостоящим, чем их производство, поэтому эти отходы вместе с другим мусором складируют на свалки. Содержимое свалок, постепенно разлагаясь, отравляет окружающую среду продуктами распада, и, хотя полимеры и являются достаточно инертными компонентами мусора, они также постепенно разрушаются, выделяя опасные для живых организмов вещества, в том числе сверхтоксичные соединения диоксинового и фуранового ряда.

Для решения проблемы переработки полимерных отходов необходимо решение следующих задач:

разработка прогрессивных технологий переработки полимеров, но менее дорогостоящих, чем её зарубежные аналоги;

проектирование необходимого оборудования, и модернизация уже функционирующих мощностей;

анализ номенклатуры и источников отходов, определение возможной номенклатуры продукции из отходов и ее потребителей;

разработка технологических процессов утилизации отходов и сопутствующей нормативной документации;

создание мобильных опытных производств или модернизация уже существующих для переработки отходов.

Утилизация отходов термоэластопластов возможна всеми известными для термопластов способами [26].

переработка отходов в полимерное сырьё и повторное его использование для получения изделий;

сжигание вместе с бытовыми отходами;

пиролиз получение жидкого и газообразного топлива;

захоронение на полигонах и свалках в составе бытовых отходов.

Утилизация имеет целью использование полезных свойств отходов или их компонентов (повторно). Отходы выступают в качестве вторичного сырья.

В первом случае полезную продукцию изготавливают термомеханическими методами: экструзией, экструзионно-прессовым и вальцево-прессовым методами или методом непрерывного литья под давлением, применяемым для переработки полимерных материалов с неоднородными реологическими параметрами. Основное требование к продукции - большой срок эксплуатации, по крайней мере не менее 20 лет, чтобы ограничить ее попадание на полигоны ТБО и на следующую переработку.

Таким образом, несмотря на возможные ограничения по использованию полимерных отходов, области их применения достаточно объемные и опасности в невостребованности продукции из них нет.

Отходы полимеров могут быть использованы без предшествующей глубокой физико-химической переработки. После сортировки их можно сразу переплавлять в изделия или использовать в качестве наполнителей легких бетонов.

При глубокой переработке они могут быть полностью переработаны в товарную муравьиную или уксусную кислоту. В основе такой глубокой переработки лежит процесс:

Захоронение отходов пластмасс на полигонах и свалках, может рассматриваться лишь как временная мера их утилизации, т. к. пластмассы подвергаются разложению чрезвычайно медленно. При этом методе из сферы возможного полезного использования изымаются тысячи тонн ценного вторичного сырья.

Другими методами переработки отходов являются:

сжигание;

пиролиз;

рециклизация - переработка.

Целесообразно проводить дожигание газов с получением новых продуктов, которые можно использовать в производственном цикле в качестве сырья или промежуточных продуктов. Целесообразно так же использовать выделяющееся тепло.

Пиролиз является прогрессивным методом переработки. Он протекает при температуре 500-1000 ^оС в бескислородной (обедненной кислородом атмосфере), что препятствует возгоранию полимеров. Количество и состав продуктов пиролиза зависят от исходных веществ и технологического режима переработки. В среднем продукт разложения содержит: пиролизный газ - 20%, жидкие углеводороды - 40%, твердый остаток - 30%, смола - 10%.

Печи сжигания должны соответствовать основным требованиям:

обеспечивать хорошее перемешивание твердых отходов в процессе горения для лучшего проникновения воздуха в массу отходов и более полного процесса окисления отходов;

сохранять и поддерживать высокие температуры, надежное воспламенение и устойчивое горение, с гарантирование полного сжигания органических составляющих;

обеспечивать полное обезвреживание минеральной части промышленных отходов от органических веществ [26].

Кроме утилизации и обезвреживания пластмассовых отходов, следует отметить их использование в строительстве. В большинстве асфальтовых дорожных покрытий основными связующими являются битумы различной природы.

Все более широкое распространение для использования отходов пластмасс получает многокомпонентное литье, при котором изделие имеет наружный и внутренний слой из различных материалов. Наружный слой - это, как правило, товарные пластмассы высокого качества, стабилизированные, окрашенные, имеющие хороший внешний вид.

Таким образом, проблема утилизации полимерных отходов вполне решаема, причем их переработка имеет существенный экономический эффект. В условиях уже существующих промышленных установок и накопленного опыта отечественных специалистов, решение поставленных задач будет успешным только при должном внимании к этой не только экологической проблеме и поддержке со стороны государства.

Заключение

. Разработаны ТЭП-композиции с высокими эксплуатационными свойствами и высокой стойкостью к циклическим нагрузкам.

. Разработана технология получения ТЭП-композиций на основе термореактивных полимеров.

. Разработана технология реставрации производства тормозных накладок и тормозных колодок на основе исследуемых ТЭП - композиций., состоящих из ТЭП- 40 масс. %, 45масс. % бинарного наполнителя (75 частей каолин и 25 частей волокнистый асбест) 15 масс. % технического углерода.

. Тормозные колодки, реставрированные и вновь изготовленные, были переданы для стендовых испытаний в лабораторию Карагандинского вагоноремонтного завода Целинного отделения ОАО «Казахстан темир жолы».

. Подготовлены Нормативно-технические документации на ТЭП-композиций и переданы на сертификацию по графе «Специальные материалы».

. Экономический эффект от внедрения ТЭП-композиций на предприятии НТП «Композиционные материалы» по результатам опытно-промышленных испытаний составил от применения 1 тонны ТЭП-композиций 476360 тенге.

7. По результатам проведенных исследований в рамках дипломной работы опубликована 1 статья в журнале «Химический журнал» Вестник Института химических наук, 2009 г. №2, -С. 74-79., 1 тезисы докладов в материалах студенческой конференции «Алдамжаровские чтения»,2009г. №3, С.156-159. и подана 1 заявка на изобретение в комитет интеллектуальной собственности Республики Казахстан.

Список использованных источников

1. Шаталов В.П. Юдин В.П. Промышленность СК. - Л. «Химия», 1985. - 523с.

. Гормонов И.В. Синтетические каучуки. - Л. «Химия», 1989. - 430 с.

. Моисеев Е.А. Термоэластопласты. - М. «Химия», 1985. - 192 с.

. Володин В.П. Экструзия профильных изделий из термопластов. - СПб. «Профессия», 2005. - 430 с.

5. Макаров В.Г. Промышленные термопласты. Справочник. - Л. «Химия», 2003 - 208 с.

. Справочник по композиционным материалам. / Под ред. Дж. Любина / Пер с англ. - М.: Машиностроение, Т.1. - 1988. - С. 152-156.

. Иманов А.Н., Мусалимов И.Г. Термопластичные композиционные материалы. Ч.1. Композиционные материалы на основе полиэтилена высокой плотности / Алма-Ата: НАДП и МИ РК, 1997. - 172 с.

. Иманов А.Н., Мусалимов И.Г. Термопластичные композиционные материалы. Ч.2. Композиционные материалы на основе полипропилена / Алма-Ата: НАДП и МИ РК, 1997. - 121 с.

. Иманов А.Н. Переработка наполненных материалов на основе ПЭВП в изделия санитарно-технического назначения: Дисс.… канд. техн. наук: 05.23.05 / А.Н. Иманов. - М., 1989. - 280 с.

. Справочник по композиционным материалам. / Под ред. Дж. Любина / Пер с англ. - М.: Машиностроение, Т.2. - 1988. - С. 203-208.

. Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров / Учебник. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: КолосС, 2007. - 367 с.

12. Чалая Н.М. Производство и переаботка полиолефинов в России // Берлин А.А., Вольфсон С.А., Ошмян В.Г. Принципы создания полимерных композиционных материалов. М.: Химия, 1990. - 216с.

13. Шварц О. и др. Переработка пластмасс. СПб.: «Профессия», 2005. - 310 с.

. Крыжановский В.К. и др. Производство изделий из полимерных материалов. - М. «Профессия», 2004.- 460 с.

. Материаловедение и технология металлов: Учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова. - М.: Высш. шк., 2001. - 638 с.: ил

16. Графкина М.В. Охрана труда и производственная безопасность: учебник - М.: «Проспект», 2007. - 424 с.

17. Гормонов И.В. Синтетические каучуки. - Л. «Химия», 1989. - 430 с.

. ГОСТ 12.1.044 - 76 Содержание токсичных веществ. Общие требование безопасности.

19. Князевский Б.А. Охрана труда. - М. «Высшая школа», 1982. - 312 с.

20. Филатов В.И. Карсаков В.Д. Технологическая подготовка процессов формования изделий из пластмасс. Л.:

«Политехника», 1991. - 353 с.

. Баратов А.Н. Пожарная безопасность. - М. 1997. - 173 с.

. Закон Республики Казахстан от 15 июля 1997 года N 160-1 «Об охране окружающей среды».

. Брылов С.А., Грабчак Л.Г. Охрана окружающей среды. - М.: Высшая школа, 1985

. Хван Т.А. Промышленная экология. Ростов на Дону: Феникс, 2003.

. Бобков А.С. Охрана труда и экологическая безопасность в химической промышленности. - М.: Химия, 1998.

. Кушелев В.П. Охрана природы от загрязнений промышленными выбросами - М.: Химия, 1999.

27. Д.Н. Гракунов. Триботехника.- М.: Машиностроение. 1989. - 328 с.

. Кащеев В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов. - М.: Машиностроение, 1978. 211 с.

. Елизаветин М.А., Сатель Э.А. Технологические способы повышения долговечности машин. - М.: Машиностроение, 1979. - 438 с.