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 27-213. Umowa o dofinansowanie projektu nr UDA-POIG.1.3.1--92/8- 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
Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy WYDZIAŁ TECHNOLOGII i INŻYNIERII CHEMICZNEJ http://wtiich.utp.edu.pl/cms/ Zakład Technologii Polimerów 85-326 Bydgoszcz, ul. Seminaryjna 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
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
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
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)
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
Rozdrabnianie drewna - rozdrabniacz frezowy buk frakcja <,25 buk frakcja,6-2 topola frakcja <,5 topola frakcja 2-4
Rozdrabnianie drewna - rozdrabniacz frezowy 6 5 Udział frakcji, % mas 4 3 2 1,12,2,3,5,75 Klasa ziarnowa, mm Przykładowy rozkład granulometryczny mączki drzewnej z sosny
Rozdrabniacz tarczowy Rozdrabnianie drewna Widok rozdrabniacza uniwersalnego: a, b przetworniki obrotowo-impulsowe; c,d momentomierze, e- silnik trójfazowy 2 kw
Rozdrabnianie drewna - rozdrabniacz tarczowy c a b Zestaw tarcz rozdrabniacza: a, c tarcze nieruchome, b tarcza ruchoma, d otwór zasilający Widok komory rozdrabniacza tarczowego
Rozdrabnianie drewna - rozdrabniacz tarczowy Przykładowe wykresy zmienności zapotrzebowania energetycznego dla rozdrabniania różnych rodzajów drewna
Rozdrabnianie drewna - rozdrabniacz tarczowy Przykładowe wykresy zmienności zapotrzebowania energetycznego dla rozdrabniania różnych rodzajów drewna
Rozdrabnianie drewna - rozdrabniacz tarczowy Pobór mocy podczas rozdrabniania próbek drewna przy wykorzystaniu rozdrabniacza laboratoryjnego z trzema tarczami
Rozdrabnianie drewna - rozdrabniacz frezowy i tarczowy Przykładowy rozkład granulometryczny mączki drzewnej z topoli, buku i świerku otrzymanej różnymi metodami
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
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
Recyklat PEHD Gęstość
Recyklat PEHD Badania MFR
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 17 16 Temperatura masy [ o C] 15 5 1 15 Czas [min] Plastogramy ugniatania mieszaniny recyklatu PEHD z różną zawartością mączki z drewna topoli o wielkości cząstek <,5
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
Recyklat PEHD Badania plastografometryczne A dt=t m -T k [ o C] -2-4 -6-8 -1-12 -14-16 -18 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] 18 16 14 12 1 8 6 4 2 3% 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
Recyklat PEHD Badania mechaniczne udarność
Recyklat PEHD Badania mechaniczne wytrzymałość na rozciąganie
Recyklat PEHD Badania mechaniczne wydłużenie względne przy zerwaniu
Recyklat PEHD Badania nasiąkliwości
PEHD Nasiąkliwość nasiąkliwość [%] 5 4 3 2 PE-HD PE-HD+2% C12 PE-HD+3% C12 PE-HD+4% C12 nasiąkliwość [%] 1 8 6 4 PE-HD PE-HD+2% L9 PE-HD+3% L9 PE-HD+4% L9 1 2 5 1 15 2 25 czas [h] 5 1 15 2 25 czas [h]
PEHD Nasiąkliwość nasiąkliwość [%] 6 5 4 3 2 PE-HD PE-HD+2% T<,5 PE-HD+3% T<,5 PE-HD+4% T<,5 1 5 1 15 2 25 czas [h]
PEHD Temperatura mięknienia temperatura mięknienia [ o C] 136 135 134 133 132 131 PE-HD + L9 PE-HD + C12 PE-HD + HB12 13 1 2 3 4 zawartość napełniacza [%]
Badania mechaniczne wyprasek wtryskowych o zróżnicowanych wymiarach PEHD/3% wióry sosnowe.25-.5 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
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
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
PVC D599 Badania plastografometryczne 34 1 32 D-599 8 D-599 Mx [Nm] 3 28 26 tx [min] 6 4 24 2 22 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 zawartość napełniacza [%] zawartość napełniacza [%] Wpływ zawartości mączki drzewnej z topoli na wartość momentu obrotowego i czasu żelowania kompozytów na osnowie PVC D599
PVC D599 Udarność 28 24 D-599 udarność [kj/m 2 ] 2 16 12 8 4 1 2 3 4 5 zawartość napełniacza [%] Wpływ zawartości mączki drzewnej z topoli na udarność kompozytów na osnowie PVC D599
PVC D599 Badania wytrzymałości przy statycznym rozciąganiu wytrzymałość na rozciąganie [MPa] 5 45 4 35 3 25 2 15 1 2 3 4 5 zawartość napełniacza [%] D-599 Wpływ zawartości mączki drzewnej z topoli na wytrzymałość na rozciąganie kompozytów na osnowie PVC D599
PVC D599 Twardość 9 88 D-599 Twardość [ o ShD] 86 84 82 8 1 2 3 4 5 Zawartość napełniacza [%] Wpływ zawartości mączki drzewnej z topoli na twardość kompozytów na osnowie PVC D599
PVC D599 Temperatura mięknienia temperatura mięknienia [ o C] 125 12 115 11 15 1 95 D-599 9 1 2 3 4 5 zawartość napełniacza [%] Wpływ zawartości mączki drzewnej z topoli na temperaturę mięknienia wg Vicata kompozytów na osnowie PVC D599
PVC recyklat Badania plastografometryczne T K = 17 195 o C Mieszanka PVC Recyklat PVC Moment obrotowy [Nm] 5 4 3 2 1 Moment obrotowy Temperatura masy 21 2 19 18 17 16 Temperatura masy [ o C] Moment obrotowy [Nm] 5 4 3 2 1 Moment obrotowy Temperatura masy 21 2 19 18 17 16 Temperatura masy [ o C] 15 5 1 15 2 Czas [min] 15 5 1 15 2 Czas [min] nie występuje maksimum M X świadczące o żelowaniu PVC lub uplastycznianiu recyklatu
PVCrecyklat/3%C12 Badania plastografometryczne T K = 19 195 o C Mieszanka PVC /WF Recyklat PVC/WF 5 21 5 21 4 2 4 2 Moment obrotowy [Nm] 3 2 1 Moment obrotowy Temperatura masy 19 18 17 16 Temperatura masy [ o C] Moment obrotowy [Nm] 3 2 1 Moment obrotowy Temperatura masy 19 18 17 16 Temperatura masy [ o C] 15 5 1 15 2 Czas [min] 15 5 1 15 2 Czas [min] łagodny wzrost momentu obrotowego powstają jednolite bryły kompozytów odwzorowujące kształt komory
PVC Badania plastografometryczne 5 21 T K = 198 o C 5 21 Moment obrotowy [Nm] 4 3 2 1 Moment obrotowy Temperatura masy 5 1 15 2 Czas [min] PVC dry blend 2 19 18 17 16 15 Temperatura masy [ o C] Moment obrotowy [Nm] 4 3 2 1 Moment obrotowy Temperatura masy 5 1 15 2 Czas [min] PVC recyklat 2 19 18 17 16 15 Temperatura masy [ o C] 5 21 5 21 Moment obrotowy [Nm] 4 3 2 1 Moment obrotowy Temperatura masy 5 1 15 2 Czas [min] 2 19 18 17 16 15 Temperatura masy [ o C] Moment obrotowy [Nm] 4 3 2 1 Moment obrotowy Temperatura masy 5 1 15 2 Czas [min] 2 19 18 17 16 15 Temperatura masy [ o C] PVC dry blend/3% C12 PVC recyklat/3% C12
PVC D599 Badania mechaniczne wytłoczyn wytrzymałość na rozciąganie [MPa] udarność [kj/m 2 ] 25 2 15 1 3% 5% 5 14 15 16 17 18 4 temperatura przetwórstwa [ o C] 3 2 1 3% 5% wydłużenie wzgl. przy zerwaniu [%] 1,5 1,,5 3% 5%, 14 15 16 17 18 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 14 15 16 17 18 temperatura przetwórstwa [ o C]
PVC D599 Nasiąkliwość 7 6 nasiąkliwość [%] 6 5 4 3 2 D-599 D-599+2% C12 D-599+4% C12 nasiąkliwość [%] 5 4 3 2 D-599 D-599+2% L9 D-599+4% L9 1 1 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 czas [h] 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 czas [h]
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