Разработка композита на основе более дешевых компонентов и технологической схемы его производства (стр. 6 из 9)
Зубчатое колесо реечного механизма, жестко закрепленное на своем валу, находится в зацеплении с рейкой, жестко прикрепленной к мундштуку. Углы конусности внутренней части мундштука и конического дорна подобраны так, чтобы зазор между ними имел форму конического кольцевого канала.
Внешняя поверхность последней части дорна и внутренняя поверхность конусной части мундштука имеют накатку для получения продукта требуемой формы. Изобретение позволяет получать экструдированный продукт, не требующий дальнейшего измельчения, повысить качество готового продукта.
Патентные исследования по фонду изобретений показали, что тема разработана достаточно хорошо. Однако, внимание разработчиков к исследуемой теме неравномерно по годам. Пик изобретательской деятельности приходится на 2004 год.
Изобретения, представленные в табл. 2 (10 шт.), касаются «способа вещества» (состав) и «устройства», как объект изобретений.
Для детального анализа отобрано три изобретения, имеющих непосредственное отношение к исследуемой теме. В них разработаны различные способы изготовления композиционных материалов, при этом решаются задачи усовершенствования этого способа путем модернизации оборудования, технологии получения материалов.
Из рассмотренных устройств интересен патент №2299124. Изобретение позволяет получать экструдированный продукт, не требующий дальнейшего измельчения, повышается качество готового продукта за счет усовершенствования установки.
Из рассмотренных способов интересен экологтчески безопасный метод (21) 2003118707 «Композиция на древесной основе», в котором применяют экологически безопасные вещества.
Наиболее усовершенствованным способом получения композиционных материалов, по сравнению с (21) 2003118707, является (11) 2240334 «Композиция на древесной основе», в котором применяют и экологически безопасные вещества, и одновременно снижается токсичность при изготовлении и эксплуатации.
4. Обоснование инженерных решений
4.1 Инженерные решения, положенные в основу проекта
В существующую технологическую схему производства композитов на основе полипропилена, внесены следующие изменения:
1. использован, взамен добавок модификатора метод механохимической активации композитов исходного сырья, обеспечивающий наноразмерность наполнителя, полярность фрагментов полимерной цепи и упрочнение нанокомпозита за счет возросшей адгезии полимерной матрицы к наполнителю и образование химической связи между ними.
2. использовано современное перерабатывающее оборудование:
3. предложен новый состав композита на основе ПМ и древесной муки, взамен талька (тип композита, органическое вещество – органическое вещество,), что помимо существенного удешевления обеспечивает более высокое качество продукта и декоративность будущих изделий, поскольку материал приобретает текстуру ценных древесных пород.
4. возможность использования в рецептуре композита вторичных сырьевых материалов (отходов потребления полимерной химии и деревопереработки) без ухудшения качества композита.
5. разработка двух технологических схем производства микрокомпозита (экструдер-режущее устройство-сушка-упаковка) и нанокомпозита (виброакустическая мельница – экструдер-режущее устройство).
5. Расчетно-технологическая часть
5.1 Техническая характеристика сырья и продукта
Готовой продукцией являются материалы на основе полипропилена.
Характеристика исходного сырья и вспомогательных материалов
| Наименование сырья, материалов | ГОСТ или ТУ | Наименование показателей, обязательных для проверки | Значение показателей с допустимыми отклонениями |
| 1 Полипропилен | импорт ф-ма Borealisф-ма DOW | Показатель текучестирасплава, г/10 мин при 230С и 5 кг нагрузки:– для внешних деталей– для внутренних деталей(консоли, ящики)– для внутренней обшивкибагажника, корпусов вентиляторов, внутренних деталей | 1,2–5 |
| 0,5–5 | |||
| 1,2–5 | |||
| Плотность, г/см3 | 0,900–0,910 | ||
| Насыпной вес, г/см3 | 0,370–0,520 | ||
| 2 Ирганокс 1010 (термостабилизатор) | Импортфирма CibaGeigi | Внешний видМассовая доля летучих, % | Белый |
| кристаллический | |||
| порошок | |||
| 0,2 | |||
| 4 Тальк MagilDiamond 350 | Импортфирма Omja | Насыпной вес, г/см3Размер частиц, мкм | 0,4–0,8 |
| 30–40 | |||
| 5. Древесная мука | ГОСТ 16631-87, марка 180 | Насыпной вес, кг/м3Влажность, %Массовая доля кислот, % | От 100–140 140140140 |
| Не б. 8% | |||
| Не б. 0,01% |
Полипропилен.[СН2 Ї СН]n
СН3
Мировое потребление полипропилена в 1997–2003 г. увеличилось почти на 11 млн. т. в результате его широкого применения взамен конструкционных пластмасс. Макомолекула полипропилена состоит из элементарных звеньев чередующихся вторичных и третичных атомов углерода, при этом каждый третичный атом углерода – асимметрический и может иметь D и L конфигурации. Атактический полипропилен, у которого асимметрический атомы углерода D и L конфигурации располагаются беспорядочно, характеризуется аморфной структурой и представляет собой каучукоподобный материал, растворимый во многих органических растворителях. Изотактический полипропилен, наоборот, – жесткий высококристалличный материал, растворяющийся только в расплавленном состоянии. Такой полимер сходен с ПЭВД.
Полипропилен отличается высокой теплостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами, он устойчив к действию кислот и оснований. Полипропилен используется для изготовления прочных пленок и волокон. Полипропиленовые пленки прозрачны и отличаются низкими газо- и влагопроницаемостью. Полипропилен применяется также при изготовлении посуды, теплоизоляционных покрытий, труб, емкостей, различных деталей.
Древесина-биополимер сложного состава. Древесная мука получается путем истирания древесных отходов. Составляющие древесной муки:
Основу древесины составляет целлюлоза до 50%, лигнин до 30%. далее в его состав входят пентазаны и гексозоны до 20%, содержание смол до 3%, остальное зола. В основном используются лиственные породы деревьев, т. к. хвойных породы имеют ограничение в использовании, они содержат большое количество очень смол, это снижает прочность полученного материала.
Ирганокс. Представляет собой белый или кремовый кристаллический порошок. Нерастворим в воде. Раздражающим действием не обладает. Используется в качестве термостабилизатора.
Тальк. Представляет собой порошок белого цвета. Используется для исключения слипания крошек каучука
Таблица 3.2-Характеристика готовой продукции
 Наименование показателя | Композиционные материалы | |
| Полипропилен, модифицированный древесной мукой (ТУ на стадии разработки) | Полипропилен, наполненный тальком ТУ 6–05–19–87 | |
| 1. Внешний вид | Гранулы однородного цвета | |
| 2. Гранулометричес ий состав | Гранулы размером от 2 до 5 мм | |
| 3. Показатель текучести расплава, г/10 мин | - | 0,40–0,650,950–0,98522,6 29,4 |
| 4. Плотность, г/см3 | 0,900–0,930 | |
| 5. Показатель текучести при растяжении (МПа) | 29,8 | |
| 6. Прочность при разрыве МПа. | 32,0 | |
Таблица 3.3 – Отходы производства
| Наименование отхода | Количество, | Направление | |
| т/год | использования | ||
| 1 Твердые отходы: | |||
| – просыпи полимера, добавок и | |||
| наполнителей, спекшийся агломерат | 15,7 | в дорожном | |
| полимера, собранная пыль от системы | строительстве | ||
| аспирации | |||
| 2 Выбросы в атмосферу: | |||
| – пыль полипропилена | 0,744 | после очистки в фильтре рассеиваются в атмосфере | |
| – пыль талька | 0,094 | ||
| – пыль ирганокса | 0,007 | ||
| – формальдгид – уксусная кислота | 0,002 -0,184 | рассеваются в атмосфере | |
| 3 Стоки: – крошка полиэтилена – формальдегид- | 0,002 0,068 | канализацию химзагрязненных стоков | |
Таблица 3.4 – Отходы производства при применении подводного гранулятора
| Наименование отхода | Количество, | Направление | |
| т/год | использования | ||
| 1 Твердые отходы: | |||
| – просыпи полимера, добавок и | |||
| наполнителей, спекшийся агломерат | 11,3 | в дорожном | |
| полимера, собранная пыль от системы | строительстве | ||
| аспирации | |||
| 2 Выбросы в атмосферу: | |||
| – пыль полипропилена | 0,344 | после очистки в фильтрерассеиваются в атмосфере | |
| – пыль ирганокса | 0,0073 | ||
| – формальдегид | 0,002 | рассеваются в атмосфере | |
| 3 Стоки: – крошка полиэтилена – формальдегид- | 0,002 0,068 | канализацию химзагрязненных стоков | |
5.2 Материальный баланс производства
Материальный баланс: проект
Материальный баланс
| Приход | Расход | ||||
| Наименование | т/г | %, мас | Наименование | т/г | %, мас |
| 1 Полипропилен | 2758 | 0.788 | 1 Готовый продукт | 3479,0 | 0,994 |
| 2 древесная мука | 703.5 | 0.201 | 2 Отходы, в т.ч.: | 21,0 | 0,006 |
| 3 добавока: | а) твердые, в т. ч.: | 18,91 | |||
| – полимер (пережженные жгуты, слитки, | |||||
| -ирганокс 1010 | 38 | 0,011 | просыпи, собранная пыль от фильтра) | 7,408 | |
| – смесь добавок (просыпи, | |||||
| собранная пыль от | |||||
| фильтра) | 4,698 | ||||
| б) выбросы в атмосферу, в т. ч.: | 5,73 | ||||
| – формальдегид | 0,00027 | ||||
| – органические кислоты | 0,213 | ||||
| – окись углерода | 2,0948 | ||||
| – взвешенные вещества | 3,3340 | ||||
| Итого: | 3500 | 1 | Итого: | 3500 | 1 |
5.3 Описание технологической схемы производства