Zadanie 3 Wytwarzanie kompozytów polimerowych z naturalnymi napełniaczami pod kątem ich wykorzystania w przemyśle

Transkrypt

1 Projekt: Nowe przyjazne dla środowiska kompozyty polimerowe z wykorzystaniem surowców odnawialnych współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego oraz ze środków budżetu państwa w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka Umowa o dofinansowanie projektu nr UDA-POIG /8- z dnia 26 lutego 29r. pt. Zadanie 3 Wytwarzanie kompozytów polimerowych z naturalnymi napełniaczami pod kątem ich wykorzystania w przemyśle Zadanie 3.1 Badania przetwarzalności kompozytów polimerów termoplastycznych i napełniaczy roślinnych z wykorzystaniem przemysłowych metod wytłaczania i wtryskiwania kierownik zadania dr Stanisław Zajchowski

2 Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy WYDZIAŁ TECHNOLOGII i INŻYNIERII CHEMICZNEJ Zakład Technologii Polimerów Bydgoszcz, ul. Seminaryjna 3

3 Cel badań wytypowanie odpowiednich urządzeń do rozdrabniania drewna oraz składów mieszanin wraz z ich pełną charakterystyką przetwórczą w aspekcie ich zastosowań na wyroby budowlane

4 Realizacja projektu wytypowanie składów mieszanin polimerów PE-HD, PE-LD i PVC z mączką drzewną przeznaczonych do wytłaczania i wtryskiwania badania nad rozdrabnianiem drewna liściastego oraz iglastego, otrzymano przemiały o różnym uziarnieniu analiza granulometryczna przemiałów drewna iglastego i liściastego o różnym uziarnieniu badania przetwórcze poliolefin i PVC z napełniaczem drzewnym o różnej wielkości cząstek wtryskiwanie mieszanin poliolefin i PVC z napełniaczem drzewnym badania właściwości fizykomechanicznych kształtek wtryskowych kompozytów na osnowie poliolefin i z PVC oraz ich recyklatów walcowanie mieszanin poliolefin z napełniaczem drzewnym w celu ich wstępnego ujednorodnienia wytłaczanie PVC z napełniaczem drzewnym

5 Materiały - osnowa PE polietylenowe granulaty pierwotne: PEHD Tipelin i PELD Malen E regranulaty polietylenowe z odpadów technologicznych i poużytkowych PVC nieplastyfikowana mieszanka podstawowa D333 na bazie suspensyjnego poli(chlorku winylu) zawierająca stabilizator termiczny i smar nieplastyfikowana mieszanka produkcyjna PVC D599 na bazie suspensyjnego poli(chlorku winylu) regranulaty PVC otrzymane z odpadów profili okiennych

6 Materiał - napełniacz drewno iglaste sosny i świerku drewno liściaste topoli i buku rozdrabnianie mączki drzewne prod. Rettenmaier & Söhne GmbH CoKG Niemcy pochodząca z drzew iglastych Lignocel typ C 12 ( od 7 µm do 15 µm ) Lignocel typ L9 (od.8 mm do 1.1 mm ) Lignocel typ HB 12 mieszanina drewna buku i dębu (od 4 do12 µm) Obraz napełniaczy stosowanych do wytwarzania kompozytów drzewnych: a- mączka C12, b- mączka L9 (mikroskop optyczny)

7 Rozdrabnianie drewna Rozdrabniacz frezowy 1-frez ślimakowy, 2- obudowa górna uchylna, 3- obudowa dolna uchylna, 4- sito, 5- nóż stały, 6-śruba kontrująca, 7- zasobnik tworzywa, 8- silnik elektryczny

8 Rozdrabnianie drewna - rozdrabniacz frezowy buk frakcja <,25 buk frakcja,6-2 topola frakcja <,5 topola frakcja 2-4

9 Rozdrabnianie drewna - rozdrabniacz frezowy 6 5 Udział frakcji, % mas ,12,2,3,5,75 Klasa ziarnowa, mm Przykładowy rozkład granulometryczny mączki drzewnej z sosny

10 Rozdrabniacz tarczowy Rozdrabnianie drewna Widok rozdrabniacza uniwersalnego: a, b przetworniki obrotowo-impulsowe; c,d momentomierze, e- silnik trójfazowy 2 kw

11 Rozdrabnianie drewna - rozdrabniacz tarczowy c a b Zestaw tarcz rozdrabniacza: a, c tarcze nieruchome, b tarcza ruchoma, d otwór zasilający Widok komory rozdrabniacza tarczowego

12 Rozdrabnianie drewna - rozdrabniacz tarczowy Przykładowe wykresy zmienności zapotrzebowania energetycznego dla rozdrabniania różnych rodzajów drewna

13 Rozdrabnianie drewna - rozdrabniacz tarczowy Przykładowe wykresy zmienności zapotrzebowania energetycznego dla rozdrabniania różnych rodzajów drewna

14 Rozdrabnianie drewna - rozdrabniacz tarczowy Pobór mocy podczas rozdrabniania próbek drewna przy wykorzystaniu rozdrabniacza laboratoryjnego z trzema tarczami

15 Rozdrabnianie drewna - rozdrabniacz frezowy i tarczowy Przykładowy rozkład granulometryczny mączki drzewnej z topoli, buku i świerku otrzymanej różnymi metodami

16 Metodyka badań kompozytów na osnowie PE zawartość napełniacza 2, 3, 4, 5% Walcowanie 175 C, prędkość obrotowa 27 obr min -1, frykcja 1:1,3 rozdrabnianie płata przemiał wtryskiwanie temperatura stref cylindra: 15, 175, 18 C, obroty ślimaka 1 obr min -1 badania mechaniczne kształtki wiosełkowe 15 x1x4mm badania nasiąkliwości oznaczanie temperatury Vicata pomiar gęstości

17 Metodyka badań kompozytów na osnowie PE ugniatanie w komorze plastografometru Brabendera temperatura komory 195 o C, prędkość obrotowa głównego rotora 3 obr min -1 frykcja 2:3, masa wsadu 25g i 5g analiza plastografometryczna MFR 19 C, 216 N, dysza L/D 8/2 mm

18 Recyklat PEHD Gęstość

19 Recyklat PEHD Badania MFR

20 Recyklat PEHD wsad 25 g 2 Badania plastografometryczne A - 3% 18 B - 5% Moment obrotowy [Nm] 1 Moment obrotowy A Temperatura masy A Moment obrotowy B Temperatura masy B Temperatura masy [ o C] Czas [min] Plastogramy ugniatania mieszaniny recyklatu PEHD z różną zawartością mączki z drewna topoli o wielkości cząstek <,5

21 A Recyklat PEHD 4 Badania plastografometryczne Zmiana momentu obrotowego w stanie równowagi w zależności od stężenia i rodzaju napełniacza drzewnego 25 g 5 g 3% 4% 5% B 4 3% 4% 5% 3 3 M E [Nm] 2 1 M E [Nm] 2 1 C12 L9 T<,5 T2-4 B<,25 B,6-2 PE-HD rodzaj napełniacza C12 L9 T<,5 T2-4 B<,25 B,6-2 PE-HD rodzaj napełniacza zwiększenie masy wsadu z 25g do 5g powoduje trzykrotny wzrost M E wzrost zawartości napełniacza powoduje nieznaczny spadek wartości M E

22 Recyklat PEHD Badania plastografometryczne A dt=t m -T k [ o C] Różnica temperatury dt między nastawioną a temperaturą masy w zależności od stężenia i rodzaju napełniacza drzewnego 25 g 5 g rodzaj napełniacza C12 L9 T<,5 T2-4 B<,25 B,6-2 PE-HD 3% 4% 5% B dt=t m -T k [ o C] % 4% 5% C12 L9 T<,5 T2-4 B<,25 B,6-2 PE-HD rodzaj napełniacza niecałkowite wypełnienie komory - niedogrzanie masy a jej temperatura jest tym niższa, im większe jest stężenie napełniacza całkowite wypełnienie komory - temperatura wzrasta ponad nastawioną, dt maleje nieznacznie wraz ze wzrostem stężenia mączki drzewnej

23 Recyklat PEHD Badania mechaniczne udarność

24 Recyklat PEHD Badania mechaniczne wytrzymałość na rozciąganie

25 Recyklat PEHD Badania mechaniczne wydłużenie względne przy zerwaniu

26 Recyklat PEHD Badania nasiąkliwości

27 PEHD Nasiąkliwość nasiąkliwość [%] PE-HD PE-HD+2% C12 PE-HD+3% C12 PE-HD+4% C12 nasiąkliwość [%] PE-HD PE-HD+2% L9 PE-HD+3% L9 PE-HD+4% L czas [h] czas [h]

28 PEHD Nasiąkliwość nasiąkliwość [%] PE-HD PE-HD+2% T<,5 PE-HD+3% T<,5 PE-HD+4% T<, czas [h]

29 PEHD Temperatura mięknienia temperatura mięknienia [ o C] PE-HD + L9 PE-HD + C12 PE-HD + HB zawartość napełniacza [%]

30 Badania mechaniczne wyprasek wtryskowych o zróżnicowanych wymiarach PEHD/3% wióry sosnowe mm Wymiary próbki mm E GPa δ max MPa ε max % δ MPa ε % 1x4 4,3 36,7 1,31 36,5 1,31 15x6 1,7 14,5 1,44 13, 1,5 2x8 1,1 12,5 1,38 12,3 1,42

31 Metodyka badań kompozytów na osnowie PVC zawartość napełniacza 15, 3, 5% MFR 19 C, 216 N, dysza L/D 8/2 mm ugniatanie w komorze plastografometru Brabendera temperatura komory T K od 17 do 25 C; prędkość obrotowa 3 obr min -1 prasowanie 17 o C wypraski o grubości 1 i 5 mm analiza plastografometryczna właściwości mechaniczne twardość temperatura mięknienia wtryskiwanie temperatura stref cylindra: 15, 175, 18 C, obroty ślimaka 1 obr min -1 badania mechaniczne kształtki wiosełkowe 15 x1x4mm badania nasiąkliwości

32 Metodyka badań kompozytów na osnowie PVC wytłaczarka jednoślimakowa T32 temperatura stref cylindra: 14, 15, 16, 17, 185 C, prędkość obrotowa ślimaka 2 obr/min, dysza 3/7 granulat PVC + napełniacz drzewny wytłaczarka jednoślimakowa plastografometru Brabendera temperatura przetwórstwa/ początek głowicy/ koniec głowicy: 14/13/93 C, 15/112/98 C, 16/12/14 C, 17/125/11 C, 185/129/114 C prędkość obrotowa ślimaka 2 obr/min głowica o przekroju prostokątnym 1x4mm i długości 13mm badania właściwości mechanicznych

33 PVC D599 Badania plastografometryczne D D-599 Mx [Nm] tx [min] zawartość napełniacza [%] zawartość napełniacza [%] Wpływ zawartości mączki drzewnej z topoli na wartość momentu obrotowego i czasu żelowania kompozytów na osnowie PVC D599

34 PVC D599 Udarność D-599 udarność [kj/m 2 ] zawartość napełniacza [%] Wpływ zawartości mączki drzewnej z topoli na udarność kompozytów na osnowie PVC D599

35 PVC D599 Badania wytrzymałości przy statycznym rozciąganiu wytrzymałość na rozciąganie [MPa] zawartość napełniacza [%] D-599 Wpływ zawartości mączki drzewnej z topoli na wytrzymałość na rozciąganie kompozytów na osnowie PVC D599

36 PVC D599 Twardość 9 88 D-599 Twardość [ o ShD] Zawartość napełniacza [%] Wpływ zawartości mączki drzewnej z topoli na twardość kompozytów na osnowie PVC D599

37 PVC D599 Temperatura mięknienia temperatura mięknienia [ o C] D zawartość napełniacza [%] Wpływ zawartości mączki drzewnej z topoli na temperaturę mięknienia wg Vicata kompozytów na osnowie PVC D599

38 PVC recyklat Badania plastografometryczne T K = o C Mieszanka PVC Recyklat PVC Moment obrotowy [Nm] Moment obrotowy Temperatura masy Temperatura masy [ o C] Moment obrotowy [Nm] Moment obrotowy Temperatura masy Temperatura masy [ o C] Czas [min] Czas [min] nie występuje maksimum M X świadczące o żelowaniu PVC lub uplastycznianiu recyklatu

39 PVCrecyklat/3%C12 Badania plastografometryczne T K = o C Mieszanka PVC /WF Recyklat PVC/WF Moment obrotowy [Nm] Moment obrotowy Temperatura masy Temperatura masy [ o C] Moment obrotowy [Nm] Moment obrotowy Temperatura masy Temperatura masy [ o C] Czas [min] Czas [min] łagodny wzrost momentu obrotowego powstają jednolite bryły kompozytów odwzorowujące kształt komory

40 PVC Badania plastografometryczne 5 21 T K = 198 o C 5 21 Moment obrotowy [Nm] Moment obrotowy Temperatura masy Czas [min] PVC dry blend Temperatura masy [ o C] Moment obrotowy [Nm] Moment obrotowy Temperatura masy Czas [min] PVC recyklat Temperatura masy [ o C] Moment obrotowy [Nm] Moment obrotowy Temperatura masy Czas [min] Temperatura masy [ o C] Moment obrotowy [Nm] Moment obrotowy Temperatura masy Czas [min] Temperatura masy [ o C] PVC dry blend/3% C12 PVC recyklat/3% C12

41 PVC D599 Badania mechaniczne wytłoczyn wytrzymałość na rozciąganie [MPa] udarność [kj/m 2 ] % 5% temperatura przetwórstwa [ o C] % 5% wydłużenie wzgl. przy zerwaniu [%] 1,5 1,,5 3% 5%, temperatura przetwórstwa [ o C] PVC/wióry sosnowe,25-,5mm 3% napełniacza - poprawa właściwości mechanicznych z rosnącym stopniem żelowania 5% napełniacza - właściwości mechaniczne praktycznie nie zależą od temperatury wytłaczania temperatura przetwórstwa [ o C]

42 PVC D599 Nasiąkliwość 7 6 nasiąkliwość [%] D-599 D-599+2% C12 D-599+4% C12 nasiąkliwość [%] D-599 D-599+2% L9 D-599+4% L czas [h] czas [h]

43 Plan badań badania właściwości użytkowych otrzymanych profili oraz wyprasek wtryskowych o zróżnicowanych wymiarach (określenie wpływu skali na badane właściwości) - kontynuacja badania wtryskiwania z zastosowaniem wtryskarki przemysłowej- kontynuacja badania wytłaczania kompozytów na zmodyfikowanej wytłaczarce jednoślimakowej z głowicą gorąco-zimną o konstrukcji, która posłuży do opracowania przemysłowych głowic wytłaczarskich - kontynuacja