Переработка одноразовых шприцов (стр. 12 из 18)
где G-нагрузка на поршень, Н;
d - диаметр поршня (0,00948м);
r-радиус капилляра (0,0010475м);
l-длина капилляра (0,008м).
Скорость сдвига (у) оценивается по формуле (3.3):
, (3.3)где Q-расход полимерной жидкости в м /с, который можно рассчитать по формуле (3.4);
(3.4)где ρ-плотность, г/см3.
Для построения кривых рассчитаем эффективную вязкость по формуле (3.5)
(3.5)где τ-напряжение сдвига
γ-скорость сдвига [11].
3) методика определения термостабильности
Термостабильность расплавов характеризует длительность нахождения термопласта выше температуры плавления без нарушения его химического состава и, следовательно, свойств.
Чем длительнее период термостабильности расплава, тем шире технологические возможности материала, тем кривая термостабильности будет иметь меньший разброс точек.
Для определения термостабильности композиции необходимо выдержать расплав в экструзионной камере прибора ИИРТ-5 в течение определенного времени, после чего снимается ПТР.
По полученным данным строится зависимость ПТР от времени выдержки в экструзионной камере.
В данном эксперименте композиция выдерживалась в течении 3, 5, 7, 9 и 11 минут, после чего измерялось значение ПТР
3.3 Результаты эксперимента
1) Для построения графиков зависимости ПТР от нагрузки экспериментальные данные (значения масс экструдируемых отрезков, с учетом времени истечения расплава полимера) подставили в формулу (3.1). Полученные значения ПТР, свели в таблицу 3.2
Таблица 3.2 - Экспериментальные данные для расчета ПТР вторичного полиэтилена, полипропилена и композиций на их основе
| Полимер | Температура, °С | Масса груза, Н | Время, сек | Средняя масса, г | ПТР, г/10 мин |
| ПЭ | 190 | 12,4 | 10 | 0,08054 | 4,8 |
| ПП | 230 | 12,4 | 5 | 0,17582 | 21,0 |
| Композиция 1 | 210 | 12,4 | 5 | 0,08362 | 10,0 |
| Композиция 2 | 230 | 12,4 | 5 | 0,12649 | 15,1 |
| ПЭ | 190 | 21,2 | 5 | 0,08815 | 10,5 |
| ПП | 230 | 21,2 | 5 | 0,34629 | 41,6 |
| Полимер | Температура, °С | Масса груза, Н | Время, сек | Средняя масса, г | ПТР, г/10 мин |
| Композиция 1 | 210 | 21,2 | 5 | 0,18561 | 22,2 |
| Композиция 2 | 230 | 21,2 | 5 | 0,28743 | 34,5 |
| ПЭ | 190 | 37,3 | 5 | 0, 20216 | 24,2 |
| ПП | 230 | 37,3 | 5 | 0,72280 | 86,7 |
| Композиция 1 | 210 | 37,3 | 5 | 0,34477 | 41,3 |
| Композиция 2 | 230 | 37,3 | 5 | 0,50673 | 60,8 |
| ПЭ | 190 | 49 | 5 | 0,27435 | 33,0 |
| ПП | 230 | 49 | 5 | 1,11425 | 133,7 |
| Композиция 1 | 210 | 49 | 5 | 0,59810 | 71,7 |
| Композиция 2 | 230 | 49 | 5 | 0,88448 | 106,0 |
По данным таблицы построили графики зависимости ПТР от прикладываемой нагрузки. График представлен на рисунке 3.2
Рисунок 3.2 - Зависимость ПТР от прикладываемой нагрузки
2) Для построения реологических кривых (зависимость τ от η) данные, полученные в ходе эксперимента, подставили в формулы (3.2), (3.3), (3.4) и (3.5), полученные значения, свели в таблицу 3.3
Таблица 3.3 - Эффективная вязкость вторичного полиэтилена, полипропилена, и композиций на их основе
| Полимер | Напряжение сдвига, (10-4 Па) | |||
| 1,1 | 2 | 3,5 | 4,5 | |
| ПЭ | 0,090 | 0,070 | 0,057 | 0,054 |
| ПП | 0,019 | 0,017 | 0,014 | 0,012 |
| Композиция 1 | 0,040 | 0,034 | 0,032 | 0,024 |
| Композиция 2 | 0,027 | 0,022 | 0,022 | 0,016 |
По результатам построили графики зависимости эффективной вязкости (η) от напряжения сдвига (τ) (Рисунок 3.3).
Рисунок 3.3 Графики зависимости эффективной вязкости (η) от напряжения сдвига (τ)
3) Для построения кривой термостабильности были определены значения ПТР композиций содержащих 50%ПЭ и 50% ПП, при температуре 210 и 230°С соответственно, в течении 3,5,7,9 и 11 минут (Таблица 3.4).
Таблица 3.4 - Термостабильность композиции на основе ПЭ и ПП при температурах 210 и 230 °С
| Время, мин | ПТР, г/ 10 мин (210°С) | ПТР, г/ 10 мин (230°С) |
| 3 | 20,5 | 31,5 |
| 5 | 22,6 | 31,8 |
| 7 | 24,5 | 31 |
| 9 | 19,8 | 32,2 |
| 11 | 20,1 | 30,8 |
По результатам построили графики зависимости ПТР от времени выдержки расплава композиций (рисунок 3.4).
Рисунок 3.4 - Термостабильность полимеров
3.4 Обсуждение результатов
1) Из графика зависимости ПТР от нагрузки (рисунок 3.2), видно, что с увеличением нагрузки резко увеличивается ПТР вторичного ПП. Кривая зависимости ПТР от нагрузки вторичного ПЭ меняется незначительно. Это можно объяснить тем, что во вторичном ПП деструкция идет гораздо глубже, чем во вторичном ПЭ так как, ПЭ и ПП отличаются по своему химическому строению. ПП имеет третичный атом углерода, который способен легче образовывать свободные радикалы за счет своей активности при этом молекулярная масса уменьшается, расплав начинает течь быстрее и ПТР следовательно увеличивается. В то же время ПЭ имеет линейное строение, так как отсутствует третичный атом углерода, деструкция идет незначительно и также меняется молекулярная масса и ПТР.
Аналогичные кривые зависимости ПТР от нагрузки, были построены для композиций состоящих из 50% ПП и 50% ПЭ при температурах 210 и 230 °С, в которых наблюдается резкое увеличение кривой зависимости ПТР от нагрузки и вид кривых напоминает аналогичную зависимость ПТР от нагрузки для ПП.
При стандартной нагрузке 2,16кг, ПТР композиций при температурах 210 и 230°С составил соответственно 10 и 15 г/10 мин, судя по этим данным способом переработки можно предложить литье под давлением.
2) По результатам эксперимента были построены четыре реологические кривые, для ПП, ПЭ и композиций состоящей из 50% ПЭ и 50% ПП (рисунок 3.3).
Кривые зависимости эффективной вязкости от напряжения сдвига, для композиций состоящих из 50% ПЭ и 50% ПП при температурах 210 и 230 °С, меняется по тому же закону что и кривая зависимости эффективной вязкости от напряжения сдвига для ПП, поэтому можно предположить режим переработки композиций состоящей из 50% ПЭ и 50% ПП должен быть близким к режиму переработки вторичного ПП.
Если два полимера имеют различную вязкость, а смеси должны перерабатываться при одинаковой вязкости, их совместная переработка возможна только при добавлении пластификатора. В нашем случае композицию можно перерабатывать при добавлении в качества пластификатора "Recycloblend"
3) Для выбора температурного режима переработки, была определена термостабильность композиции ПЭ-ПП.
Из зависимости представленной на рисунке 3.4 можно сделать следующие выводы:
при температуре 210°С расплав с увеличением времени выдержки имеет различные значения ПТР, связанные с термодеструкцией полимеров, в результате которой меняется молекулярная масса полимеров входящих в композицию;
при температуре 230°С с течением времени ПТР меняется незначительно, это свидетельствует о термостабильности полимера.
Поэтому целесообразно проводить переработку композиции при температуре 230°С.
4. Автоматизация производственных процессов
4.1 Основы автоматизации производства
Современные химические производства характеризуются все возрастающей сложностью и многообразием операций и оборудования. Управление такими производствами возможно лишь при широком использовании методов и средств автоматизации.
Одним из основных направлений развития всех отраслей экономики, дальнейшей интенсификации и совершенствования технологических процессов является автоматизация производств, которая обеспечивает наибольший эффект использования, контроль за эксплуатацией, надежность и безопасность работы технологического оборудования.
Под технологическим процессом понимают совокупность технологических операций, проводимых над исходным сырьем в одном или нескольких аппаратах, целью которых является получение продукта, обладающего заданными свойствами.
Технологический процесс, реализованный на соответствующем оборудовании, называют технологическим объектом управления (ТОУ). ТОУ может быть отдельным аппаратом, агрегатом, установкой, цехом или отдельным производством. Для поддержания нормального функционирования ТОУ или, при необходимости, изменения условий его работы им нужно управлять. Целью управления является обеспечение оптимального значения критерия управления (технологический или технико-экономический показатель) [26,27].
Процесс управления предусматривает: сбор информации о текущем состоянии объекта управления, определение оптимального режима его функционирования, вычисление управляющих воздействий, реализацию оптимальных управляющих воздействий.
В настоящее время для управления производством применяются автоматизированные системы управления (АСУ) - человеко-машинные системы, обеспечивающие автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления. Причем, сбор, обработка, вычисление критериев, нахождение оптимальных значений осуществляется с помощью технических средств и электронных вычислений, а управляющий персонал осмысливает сложившиеся ситуации и обеспечивает управление ими.