WPŁYW DODATKU MATERIAŁU NIEPRZETWARZALNEGO NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE FOLII LDPE

Transkrypt

1 Polska Problemy Nauk Stosowanych, 2016, Tom 4, s Szczecin mgr Mateusz DRABCZYK, mgr inż. Bartosz KRUCZEK Uniwersytet Rzeszowski, Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Katedra Mechaniki i Budowy Maszyn, Centrum Innowacyjnych Technologii University of Rzeszow, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Department of Mechanics and Mechanical Engineering, Centre for Innovative Technology WPŁYW DODATKU MATERIAŁU NIEPRZETWARZALNEGO NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE FOLII LDPE Streszczenie Wstęp i cel: W pracy określono wpływ dodatku materiału nieprzetwarzalnego na wytrzymałość na rozciąganie folii LDPE (polietylen niskiej gęstości) produkowanej w formie rękawów. Materiał i metody: Przeprowadzanie próby rozciągania próbek folii LDPE z różną zawartością materiału nieprzetwarzalnego. Wyniki: Na rynku surowców wtórnych oprócz odpadów, które nadają się do recyclingu znajdują się także odpady uważane za biodegradowalne jednak nienadające się do ponownego przetworzenia. Badana folia jest tworzywem sztucznym uzyskanym w wyniku powtórnego przetworzenia odpadów folii LDPE zmieszanym z dodatkiem tworzywa sztucznego ulegającego biodegradacji. Badano próbki folii w postaci pasków z udziałem procentowym 6, 10, 12 i 15% materiału nieprzetwarzalnego. Analiza wyników pozwala stwierdzić, że folia z udziałem 12% materiału nieprzetwarzalnego ma najlepszą wytrzymałość na rozciąganie spośród badanych. Wniosek: Określono optymalny udział objętościowy materiału nieprzetwarzalnego ze względu na wytrzymałość na rozciąganie folii LDPE z dodatkiem ww. materiału. Słowa kluczowe: Wytrzymałość na rozciąganie, tworzywa sztuczne, folia LDPE, recycling. (Otrzymano: ; Zrecenzowano: ; Zaakceptowano: ) INFLUENCE OF UNRECYCLABLE MATERIAL ADDITIVE ON LDPE FOIL TENSILE STRENGTH Abstract Introduction and aim: The thesis presented, the influence of unrecyclable material as an additive to LDPE foil(low density polyethylene)produced in a sleeve form. Material and methods: Carrying out the tensile test of LDPE foil specimens with a different content of unrecyclable material. Results: In the market of recyclable material, despite waste that are eligible for recycling, there are waste.that are also considered as biodegradable, however, unsuitable for recycling. The analyzed foil is a synthetic material, obtained in the process of second waste recycling of LDPE foil, blended with an artificial additive that undergoes biodegradation. The samples of foil were tested in the form of strips with a percentage of 6, 10, 12 and 15% of the recyclable material. The analysis of results displayed, that the foil with 12% recyclable material has the best tensile strength from all others. Conclusion: The optimum volume fraction of recyclable material in view of tensile strength of LDPE foil with an above mentioned additive has been specified. Keywords: Tensile strength, synthetic material, LDPE foil, recycling. (Received: ; Revised: ; Accepted: ) M. Drabczyk, B. Kruczek 2016 Inżynieria materiałowa / Material Engineering

2 M. Drabczyk, B. Kruczek 1. Wstęp i cele Jak podaje Stowarzyszenie Producentów Tworzyw Sztucznych roczna światowa produkcja tworzyw sztucznych w 2014 r. szacowana była na 311 mln ton. 39,5% tej produkcji to produkcja opakowań. Odpad z chwilą zagospodarowania staje się surowcem nadającym się do ponownego przetworzenia. Odzysk odpadów tworzyw sztucznych w 2014 roku wyniósł 69,2% [1]. Względy ekonomiczne oraz przyjęte regulacje prawne zobowiązujące do selektywnego zbierania odpadów komunalnych zmuszają firmy do szukania nowych rozwiązań w dziedzinie zagospodarowania odpadów. W analizowanym przypadku poddano badaniu na rozciąganie folie LDPE z różnym dodatkiem materiału nieprzetwarzalnego w celu określenia czy możliwe jest wtórne wykorzystanie materiału biodegradowalnego jako dodatku do folii i jak ten dodatek wpływa na wytrzymałość folii. 2. Produkcja folii Odpady tworzyw sztucznych uzyskane w procesie sortowania odpadów jak i pozyskane w zakładach produkujących takie tworzywa, jako odpad poddawane są dalszemu sortowaniu. Poddaje się je przedmuchiwaniu - oddziela się w ten sposób LDPE od pozostałych odpadów. W kolejnych etapach procesu produkcyjnego pozyskany materiał jest cięty, mielony i roztapiany następuje proces regranulacji. Później tworzywo jest przesiewane przez sita, które oddzielają zanieczyszczenia, a następnie chłodzone. Uzyskany w ten sposób granulat nadaje się do ponownego przetworzenia. Polietylen niskiej gęstości charakteryzuje się dużą giętkością, jest miękki i zachowuje elastyczność w obniżonej temperaturze. Jest mało odporny na wyższe temperatury a tym samym podatny na zgrzewanie. Jest stosowany głównie do produkcji opakowań w postaci toreb zakupowych, worków na śmieci itp. Względy ekologiczne zmuszają producentów opakowań do poszukiwań nowych materiałów - o możliwie małym negatywnym wpływie na środowisko naturalne. Z założenia takie materiały powinny być biodegradowalne, czyli pod wpływem grzybów i bakterii, powinien następować rozpad zawartych w nich związków organicznych na związki nieorganiczne. Aby taki proces mógł mieć miejsce potrzeba odpowiednich warunków i czasu. W związku z produkcją tworzyw sztucznych biodegradowalnych na rynku odpadów pojawiły się odpady nieprzetwarzalne - w postaci ścinków czy wadliwych partii, które nie nadają się do ponownego przetworzenia. Firmy produkujące takie tworzywa oddają je, jako odpad. Badana folia jest efektem połączenia tworzywa LDPE pochodzącego z recyclingu i odpadów tworzyw biodegradowalnych. Odpad nieprzetwarzalny jest dodawany, jako udział wagowy do tworzywa LDPE w procesie roztapiania. Następnie rozdmuchiwarka formuje rękaw folii. 3. Materiał, próbki i metodyka badań Badania przeprowadzono na czterech rodzajach folii o różnej procentowej zawartości materiału nieprzetwarzalnego. Badane folie różniły się kolorem w zależności od procentowej zawartości materiału biodegradowalnego (Rys. 1). Grubość tych folii wynosiła 0,04 mm. Z dostarczonych w postaci rękawów foliowych partii materiału wycięto próbki w postaci pasków o szerokości 25 mm i długości 55 mm. Takie wymiary próbek dobrano na podstawie badań wstępnych. W badaniach zasadniczych określono wartość siły przy której próbki ulegają zerwaniu. Warunki badań i wymiary próbek dobrano adekwatnie do możliwości maszyny wytrzymałościowej INSTRON, na której przeprowadzano badania. 74

3 Wpływ dodatku materiału nieprzetwarzalnego na wytrzymałość na rozciąganie folii LDPE Rys. 1. Folie do badań i ich oznaczenia Fig. 1. Foil sample specimens, with test markers Do próby rozciągania, próbki mocowano dwustronnie w uchwytach dwuszczękowych. Aby zapobiec zrywaniu się folii w miejscach ściśnięcia folii (z metalowymi) szczękami uchwytów zastosowano wkładki z kartonu. Sposób mocowania a także kolejne fazy rozciągania próbek pokazano na rysunku 2. Rys. 2. Uchwyty i sposób mocowania próbek oraz kolejne stadia rozciągania próbek Fig. 2. Handles and method of affixing samples and subsequent stages of stretching samples Podczas prób zwiększano siłę rozciągającą z prędkością 50 N/min a przebieg każdej próby rejestrowano w postaci wykresu i danych cyfrowych. Każdą próbę prowadzono do zerwania próbki. 75

4 M. Drabczyk, B. Kruczek 4. Wyniki badań Przykładowe wyniki pomiarów zarejestrowane na stanowisku badawczym przedstawiono na rysunkach 3-6. Można z nich zauważyć, że wszystkie badane próbki foliowe wykazują zależność wydłużenia od obciążenia (działającej siły) podobną jak metale z wyraźną granicą plastyczności. To znaczy do pewnej wartości siły ( granicy płynięcia ) wydłużenie próbki jest proporcjonalne do obciążenia. Później próbka zaczyna płynąć - ulega dalszemu, dużemu wydłużeniu już przy niewielkich zmianach siły - przyroście lub zmniejszeniu. To zjawisko następuje po wydłużeniu próbki o ok. 5 mm czyli ok. 9%. Rys. 3. Przykładowy wynik próby rozciągania - folia z zawartością 6% składnika biodegradowalnego Fig. 3. Example result of tensile test - foil with a 6% of the recyclable material Rys. 4. Przykładowy wynik próby rozciągania - folia z zawartością 10% składnika biodegradowalnego Fig. 4. Example result of tensile test - foil with a 10% of the recyclable material 76

5 Wpływ dodatku materiału nieprzetwarzalnego na wytrzymałość na rozciąganie folii LDPE Rys. 5. Przykładowy wynik próby rozciągania - folia z zawartością 12% składnika biodegradowalnego Fig. 5. Example result of tensile test - foil with a 12% of the recyclable material Rys. 6. Przykładowy wynik próby rozciągania - folia z zawartością 15% składnika biodegradowalnego Fig. 6. Example result of tensile test - foil with a 15% of the recyclable material W tabeli 1 przedstawiono wartości siły maksymalnej odnotowanej w czasie trwania każdej próby, a na rysunku 7 te same wyniki przedstawiono w postaci graficznej. 77

6 M. Drabczyk, B. Kruczek Tab. 1. Wyniki pomiarów wytrzymałości próbek na rozciąganie Tab. 1. Tensile stress results of tested samples Procentowa zawartość Wartość siły zrywającej próbkę [N] % poprawy w stosunku do składnika Średnia [N] folii najsłabszej biodegradowalnego % 7,8 8,1 6,2 6,3 8,6 8,9 8,1 7, % 7,2 8,8 7,6 7,1 8,5 8,4 8,1 7, % 8,9 9,1 8,7 8,1 7,2 10,4 13,8 9, % 8,6 8,6 8,4 7,4 4,9 7,5 7,1 7,5-6% 10% 12% 15% Rys. 7. Zależność obrazująca wpływ zawartości składnika biodegradowalnego na wytrzymałość folii Fig. 7. The relationship showing the influence of the content of biodegradable component on the strength of the foil 5. Wnioski Na podstawie otrzymanych wyników badań można stwierdzić, że dodatek materiału biodegradowalnego korzystnie wpływa na wytrzymałość folii z polietylenu niskiej gęstości. Największą wytrzymałość na rozerwanie wykazuje folia o zawartości 12% składnika biodegradowalnego. Badania i analizy zostały przeprowadzone w Centrum Innowacyjnych Technologii Wydziału Matematyczno-Przyrodniczego Uniwersytetu Rzeszowskiego. Literatura [1] fakty_o_tworzywach_2015_pl.pdf (dostęp ) 78