4.1 Формулирование результатов исследований
На первом этапе были проведены исследования физико-механических характеристик многослойных пленочных материалов, полученных при постоянной скорости каширования, равной 100 м/мин, но с различной толщиной клеевого слоя.
Рис. 4.1. Зависимость прочности при разрыве многослойного материала от толщины адгезива. Долевое направление
Рис. 4.2. Зависимость прочности при разрыве многослойного материала от толщины адгезива. Поперечное направление
Рис. 4.3. Зависимость относительного удлинения многослойного материала от толщины адгезива. Долевое направление
Рис. 4.4. Зависимость относительного удлинения многослойного материала от толщины адгезива. Поперечное направление
В исследовании было обнаружено, что толщина клеевого слоя незначительно влияет на прочность многослойного плёночного материала. Предел прочности σр вначале уменьшается и достигает наименьшего значения при толщине клея 2,3 мкм, при дальнейшем увеличении толщины клея предел прочности σр несколько увеличивается и достигает значения, примерно равного тому, что получено для толщины клея 1,7 мкм. Между тем, что данные, полученные производителем для этих же образцов около года назад показывали сильную зависимость с выраженным максимумом при толщине клеевого слоя 2 мкм. Предел прочности σр вначале увеличивался и достигал максимума при толщине клея 2 мкм, при дальнейшем увеличении толщины клея σр несколько уменьшалась. Вероятно это связано с тем, что при толщине клея 2 мкм наблюдался процесс максимального взаимодействия адгезива с материалом, что обеспечивает некоторое увеличение σр при разрыве. Поэтому для композиций была выбрана толщина клея 2 мкм.
Значительное расхождение между результатами, полученными для старой и новой пленок может быть обусловлено процессами старения плёнок и клеевого слоя, входящих в состав многослойного материала.
Было также отмечено, что с увеличением толщины клея относительное удлинение εр при разрыве изменяется незначительно и остаётся для исследованных плёнок примерно равным 150% в продольном направлении и 47% в поперечном направлении. Затем исследовалась зависимость прочности при разрыве и относительного удлинения при разрыве от скорости процесса каширования. Материалы были изготовлены с толщиной адгезива 2 мкм.
Рис. 4.5. Зависимость прочности при разрыве многослойного материала от скорости процесса каширования. Долевое направление
Рис. 4.6. Зависимость прочности при разрыве многослойного материала от скорости процесса каширования. Поперечное направление
Рис. 4.7. Зависимость относительного удлинения при разрыве многослойного материала от скорости процесса каширования. Долевое направление
Рис. 4.8. Зависимость относительного удлинения при разрыве многослойного материала от скорости процесса каширования. Поперечное направление
С увеличением скорости процесса каширования наблюдается минимальное отклонение прочности на разрыв и относительного удлинения исследуемых плёнок, практически линейная зависимость. Прочность при разрыве в долевом направлении остаётся примерно равной 53 МПа, а в поперечном направлении 60 МПа. Относительное удлинение при разрыве остаётся примерно равным 147% в продольном направлении и 47% в поперечном. Поэтому можно сделать вывод о том, что скорость каширования не влияет на прочностные характеристики полученных материалов.
Также исследовалась зависимость прочности при разрыве и относительного удлинения при разрыве образцов с искусственным дефектом – надрезом, равным 3 мм.
Рис. 4.9. Зависимость прочности плёнки с надрезом = 3 мм от толщины клеевого слоя. Долевое направление
Рис. 4.10. Зависимость относительного удлинения плёнки с надрезом = 3 мм от толщины клеевого слоя. Долевое направление
Рис. 4.11 Зависимость прочности плёнки с надрезом = 3 мм. от толщины клеевого слоя. Поперечное направление
Рис. 4.12 Зависимость относительного удлинения плёнки с надрезом = 3 мм от толщины клеевого слоя. Поперечное направление
Исследование показало, что прочность образцов с надрезом незначительно выше при большей толщине адгезива, а относительное удлинение наоборот, снижается. Однако данные отклонения показателей проходят в очень малых диапазонах значений, что свидетельствует о низком влиянии толщины адгезива на прочность и относительное удлинение при разрыве образцов многослойного плёночного материала с надрезом.
Для проверки полученных результатов были исследованы плёнки с толщиной адгезива 2 мкм с различной глубиной поперечного надреза. По результатам исследования было установлено, что закон Гриффитса для данных плёнок выполняется с вероятностью 96,9%, что говорит о высокой точности проведённых исследований.
Рис. 4.13. Влияние глубины надреза на прочность
Рис. 4.14. Влияние глубины надреза на прочность
На рисунках 4.15 и 4.16 представлены зависимости предела прочности σр и относительного удлинения εр при разрыве от толщины плёнки.
На рис. 4.17 представлена зависимость модуля упругости клеевой плёнки от её толщины.
Рис. 4.15. Зависимость прочности от толщины клеевой плёнки
Рис. 4.16. Зависимость относительного удлинения от толщины клеевой плёнки
Рис. 4.17. Зависимость модуля упругости клеевой плёнки от её толщины
После определения данных зависимостей по графикам были теоретически рассчитаны значения прочности и относительного удлинения клеевой плёнки, а также модуль упругости для рабочих толщин. Данные приведены в таблице 4.1
Таблица 4.1. Физико-механические характеристики клеевых плёнок малой толщины
| Толщина клеевого слоя | σ при разрыве, МПа | ε при разрыве, % | Е плёнки |
| 1,4 | 0,072 | 1,045 | 0,097 |
| 1,7 | 0,087 | 1,268 | 0,128 |
| 2 | 0,102 | 1,51 | 0,149 |
| 2,3 | 0,117 | 1,73 | 0,172 |
| 2,6 | 0,132 | 1,952 | 0,194 |
Затем были рассчитаны характеристики многослойного полимерного материала по правилу аддитивности свойств входящих в него компонентов.
σобщ= σ1•(h1⁄ hобщ)+ σ2•(h2⁄ hобщ)+ σ3•(h3⁄ hобщ) (4.1)
где: σобщ – прочность кашированой плёнки при разрыве; σ1 – прочность ОПП; σ2 – прочность ПЭВД; σ3 – прочность клеевого слоя; h1 – толщина ОПП; h2 – толщина ПЭВД; h3 – толщина клеевого слоя; hобщ – толщина кашированой плёнки.
εобщ= ε1•(h1⁄ hобщ)+ ε2•(h2⁄ hобщ)+ ε3•(h3⁄ hобщ) (4.2)
где: ε общ – относительное удлинение кашированой плёнки; ε 1 – относительное удлинение ОПП; ε 2 – относительное удлинение ПЭВД; ε 3 – относительное удлинение клеевого слоя; h1 – толщина ОПП; h2 – толщина ПЭВД; h3 – толщина клеевого слоя; hобщ – толщина кашированой плёнки.
Расчетные значения были сопоставлены с экспериментальными, полученными на производстве. Результаты приведены в сводных таблицах 4.2, 4.3, 4.4, 4.5.
Таблица 4.2
| Толщина клеевого слоя, мкм | σ при разрыве ОПП, Мпа | σ при разрыве ПЭВД, Мпа | σ при разрыве клеевой плёнки, Мпа | Σσ, МПа | Фактическая σ при разрыве, Мпа | ∆ σ при разрыве, МПа |
| 1,4 | 267 | 192 | 0,072 | 218,5 | 85 | 133,5 |
| 1,7 | 267 | 192 | 0,087 | 217,1 | 106 | 111,1 |
| 2,0 | 267 | 192 | 0,102 | 215,7 | 131 | 84,7 |
| 2,3 | 267 | 192 | 0,117 | 214,4 | 92 | 122,4 |
| 2,6 | 267 | 192 | 0,132 | 213,0 | 62 | 151,0 |
Результаты сравнения расчетной и экспериментальной прочности на разрыв многослойного плёночного материала, скашированного непосредственно перед испытанием (продольное направление).
Таблица 4.3. Результаты сравнения расчетного и экспериментального удлинения при разрыве многослойного плёночного материала, скашированного непосредственно перед испытанием (продольное направление)
| Толщина клеевого слоя, мкм | ε при разрыве ОПП, % | ε при разрыве ПЭВД, % | ε при разрыве клеевой плёнки, % | Σε, % | Фактическая ε при разрыве, % | ∆ ε при разрыве, % |
| 1,4 | 60 | 328 | 1,045 | 202,6 | 80 | 122,6 |
| 1,7 | 60 | 328 | 1,268 | 201,3 | 79 | 122,331 |
| 2,0 | 60 | 328 | 1,51 | 200,1 | 83 | 117,1 |
| 2,3 | 60 | 328 | 1,73 | 198,8 | 83 | 115,8 |
| 2,6 | 60 | 328 | 1,952 | 197,6 | 79 | 118,6 |
Таблица 4.4. Результаты сравнения расчетной и экспериментальной прочности на разрыв многослойного плёночного материала, скашированного непосредственно перед испытанием (продольное направление)
| Толщина клеевого слоя, мкм | σ при разрыве ОПП, Мпа | σ при разрыве ПЭВД, Мпа | σ при разрыве клеевой плёнки, Мпа | Σσ, МПа | Фактическая σ при разрыве, Мпа | ∆ σ при разрыве, МПа |
| 1,4 | 123 | 190 | 0,072 | 155,4 | 85 | 70,4 |
| 1,7 | 123 | 190 | 0,087 | 154,4 | 106 | 48,4 |
| 2,0 | 123 | 190 | 0,102 | 153,4 | 131 | 22,4 |
| 2,3 | 123 | 190 | 0,117 | 152,4 | 92 | 60,4 |
| 2,6 | 123 | 190 | 0,132 | 151,5 | 62 | 89,5 |
Таблица 4.5. Результаты сравнения расчетного и экспериментального удлинения при разрыве многослойного плёночного материала, скашированного непосредственно перед испытанием (продольное направление)
| Толщина клеевого слоя, мкм | ε при разрыве ОПП, % | ε при разрыве ПЭВД, % | ε при разрыве клеевой плёнки, % | Σ ε, % | Фактическая ε при разрыве, % | ∆ ε при разрыве, % |
| 1,4 | 252 | 323 | 1,045 | 282,7 | 356 | 73,3 |
| 1,7 | 252 | 323 | 1,268 | 280,9 | 366 | 85,1 |
| 2,0 | 252 | 323 | 1,51 | 279,1 | 382 | 102,9 |
| 2,3 | 252 | 323 | 1,73 | 277,4 | 348 | 70,6 |
| 2,6 | 252 | 323 | 1,952 | 275,6 | 327 | 51,4 |
При работе с материалом, состоящим из нескольких слоев, логично было ожидать прочностных свойств, превосходящих свойства каждого из слоев в отдельности, или, как минимум, не ниже самого прочного из них.
Однако, эксперимент показал, что прочность двухслойного скашированного материала получается ниже, чем прочность любого из составляющих его материалов. В нашем случае предел прочности пленки, состоящей из скашированных ОПП и ПЭВД во всех экспериментах оказался ниже предела прочности ПЭВД.
Имея совершенно незначительную прочность при разрыве, клеевой слой, однако, оказывает решающее воздействие на предел прочности всей многослойной композиции.
Сравнительный анализ показал, что для исследованных материалов правило аддитивности не действительно.
1. Толщина клеевого слоя для материалов на основе ОПП и ПЭВД оказывает влияние на величину прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве.
2. Максимальные значения прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве наблюдается у материалов на основе ОПП и ПЭВД при толщине клея, равной 2 мкм.
3. Скорость каширования в исследованном диапазоне от 100 до 350 м/мин существенного влияния на прочностные и деформационные свойства многослойного кашированого плёночного материала на основе ОПП и ПЭВД не оказывает.
4. В процессе старения в течение одного года прочность при растяжении кашированых плёнок на основе ОПП и ПЭВД снизилась в продольном направлении на 54%, а в поперечном на 64%. Относительное удлинение при разрыве снизились в продольном направлении на 47%, а в поперечном на 41%.
5. Исследования прочности многослойного кашированого полимерного плёночного материала с надрезом на растяжение показали, что его прочностные и деформационные свойства зависят от величины трещины. Эта зависимость описывается уравнением Гриффитса, что свидетельствует о хрупком характере разрушения. Можно предположить, что решающий вклад в этот механизм разрушения вносит процесс охрупчивания клея в процессе старения.
6. Исследования влияния состава слоёв многослойного кашированого материала на основе ОПП и ПЭВД на прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве показало, что для исследованных материалов правило аддитивности вклада слоёв в суммирующие свойства материала не работает.
Охрана окружающей среды
Охрана окружающей среды от загрязнения промышленными выбросами и бытовыми отходами является частью социальной и государственной задачи охраны природы, включающей комплекс взаимосвязанных мероприятий.
Интенсивное развитие науки и техники, рост промышленного производства, количества автотранспорта, химизация сельского хозяйства – все эти факторы обуславливают усиление эксплуатации ресурсов, оказывает большое воздействие на окружающую среду. Ухудшается экономическая обстановка, что не может не сказаться на здоровье человека. Необходимо принимать меры по рациональному использованию земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира для сохранения чистоты воздуха, обеспечению воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей среды человеком.
Сейчас очень остро встает проблема защиты окружающей среды от загрязнения промышленными выбросами, отходами и продуктами жизнедеятельности человека, в частности отходами использованной упаковки. Особое место среди природоохранных мероприятий занимает внедрение безотходных технологий, эффективная эксплуатация очистных сооружений и организация сбора, сортировки и вторичной переработки отходов.
В настоящее время внедряют малоотходные и безотходные технологические процессы, развивают специализированные производства по выпуску оборудования и машин, необходимых для создания высокоэффективных очистных сооружений, разрабатываются новые методы и средства борьбы с вредными выбросами веществ в атмосферу.
Исследовательская работа проводилась в лаборатории предприятия ООО «Пакетти-групп».
Для исследования были изготовлен многослойный пленочный материал методом сухого бессольвентного каширования. В качестве адгезива использовали двухкомпонентный полиуретановый клей. После каширования материал поступает в сушильную камеру, где выдерживается при t=30–35ºС не менее 24 ч для окончательной полимеризации клея.
Т.к. клей смешивают из смолы и отвердителя при комнатной температуре, то возможность испарения компонентов и деструкции сведены к минимуму. При нормальной циркуляции воздуха концентрации мономера не превышает предельно допустимые значения. При смешивании клея выделяется небольшое количество Пропан-2-ол. Готовый материал совершенно не содержит остатков растворителя, в результате чего работу можно считать экологически безопасной. Клей наносят при комнатной температуре, деструкции нет и выделения вредных веществ не происходит.
Смывка клеевых ванн осуществляется этилацетатом в среднем 2–3 раза за смену (12 ч). От секции с клеем при работе машины автоматически включается вытяжка.
На кашировальной машине имеется коронатор, который при работе выделяет озон, требующий отсасывания вентилятором и удаления из помещения через вытяжку.
Анализ состава воздуха при производстве многослойного пленочного материала, ПДК в воздухе рабочей зоны производственных помещений и класс опасности основных продуктов приведены в таблице:
Таблица 5.1. Допустимые концентрации вредных веществ
| Вредное вещество | Код | Класс опасности | ПДК с.с. мг/м3 | ПДК в атмосферном воздухе населенных мест, мг/м3 | |
| ПДКм.р. | ПДКр.з. | ||||
| Этилацетат (газ) | 1240 | 4 | 0,1 | 0,1 | 200 |
| Озон (газ) | 0326 | 1 | 0,30 | 0,16 | 0,1 |
| Пропан-2-ол | 1034 | 3 | - | 0,6 | 10 |
Производственные помещения оборудованы общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией, а рабочие места – местной вентиляцией, которые обеспечивают концентрацию вредных веществ в воздухе рабочей зоны, не превышающую предельно допустимую [24].
При работе на кашировальной машине кроющий узел нагревают до t=35–40º, а некоторые валы охлаждают.
Для оборудования принята локальная система нагрева-охлаждения с замкнутым контуром.
Подача свежей воды и выброс в канализацию от этих систем не предусматриваются.
Других потребителей воды для оборудования, устанавливаемого внутри цеха, не имеется, поэтому никаких сбросов в канализацию также не предусматривается.
Жидкие отходы отсутствуют. Производственных загрязнений сточных вод нет.
Таблица 5.2. Классификация отходов
| Отходы потребления | Код | Класс опасности |
| 1. Отработанные люминесцентные лампы | 353 301 001 3011 | 1 |
| 2. Отходы полиэтилена в виде пленки | 571 029 020 1995 | 5 |
| 3. Отходы полипропилена в виде пленки | 571 030 020 1995 | 5 |
| 4. Обрезки и обрывки тканей смешанных. | 581 011 080 1995 | 5 |
| 5. Мусор от бытовых помещений организаций несортированный (исключая крупногабаритный) | 912 004 000 1004 | 4 |
Отходы 4 класса – малоопасные, 5 класса – нетоксичные их можно собирать с общий мусор (на полигон).
Характеристика мест временного накопления отходов на территории предприятия [24].
1. Отработанные люминесцентные лампы хранятся в изолированном складском помещении электроцеха. Лампы собираются в картонных коробках, а затем сдаются в специальных контейнерах. Общее предельное количество не должно превышать 370 штук. Вывоз производится не реже 4 раз в год.
2. Полиэтиленовые и полипропиленовые отходы пленки в количестве 0,5% (10 650 кг в год) относятся к не токсичным веществам. Они прессуются и отправляются на специальные предприятия по переработке втор. сырья. Бытовые отходы собираются в металлические контейнеры – мусоросборники объемом 1,2 м3. На предприятии имеется несколько десятков таких контейнеров. Вывоз в среднем производится 1 раз в месяц.
Проведенный анализ предприятия показал, что при проведении исследований по изучению прочностных свойств многослойных пленочных материалов, полученных методом бессольвентного каширования влияет незначительно на окружающую среду.
Список используемой литературы
1. Бристон Дж.Х. Полимерные пленки/ Дж.Х. Бристон, Л.Л. Катан: 3-е изд.; Пер. с англ.; Под ред. Э.П. Донцовой. – М.: Химия, 1993. – 384 с.
2. Ефремов, Н.Ф. Тара и ее производство: учебник для вузов/ Ефремов, Н.Ф.; М-во образования и науки РФ; Федеральное агентство по образованию, МГУП. – М.: МГУП, 2001. – 312 с.
3. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения. Учебник для вузов – 3-е издание, перераб. и дополн / Шур А.М. – М.: Высшая школа, 1981.-656 с.
4. Кинлок Э. Адгезия и адгезивы / Кинлок Э. – М.: Мир, 1991. – 625 с., ил.
5. Гуль В.Е. Основы переработки пластмасс/ В.Е. Гуль, М.С. Акутин. - М.: Химия, 1985. – 400 с.
6. Химическая энциклопедия в пяти томах, том 4. Под редакцией Кнунянца И.Л., – М.: Советская энциклопедия, 1990. – 641 с.
7. Гуль В.Е. Пленочные полимерные материалы для упаковки пищевых продуктов/ Гуль В.Е., Беляцкая О.Н. – М.: Пищевая промышленность, 1968. – 280 с.
8. Гуль В.Е. Исследование прочности двухслойных разнородных пленочных материалов/ Гуль В.Е., Дворецкая Н.М., Шапкина Л.Н. – М.: Механика полимеров, 1967. – 242 с.
9. Гуль В.Е. Структура и механические свойства полимеров: Учеб. пособие для студентов хим.-технол. специальностей вузов. – 3-е изд., перераб. и доп./ Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. – М.: Высш. школа, 1979. – 352 с., ил.
10. Каган Д.Ф. Многослойные рулонные пленочные материалы, получаемые экструзионным способом и кашированием/ Каган Д.Ф. – М.: НИИТЭХИМ, 1976. – 312 с.
11. Гуль В.Е. Прочность полимеров/ Гуль В.Е. – М.: Химия, 1964. – 228 с.
12. Каган Д.Ф. Многослойные и комбинированные пленочные материалы/ Каган Д.Ф., Гуль В.Е., Самарина Л.Д. – М.: Химия, 1989. – 288 с.
13. Охрименко И.С. Химия и технология пленкообразующих веществ: Учебное пособие для вузов/ Охрименко И.С., Верхоланцев В.В. – Л.: Химия, 1978 – 392 с., ил.
14. Технологическая инструкция по кашированию пленочных материалов на кашировальной машине Super Simplex SL Nordmeccanica Group.
15. Каган Д.Ф. Комбинированные пленочные материалы, получаемые с помощью клеев и адгезивов / Каган Д.Ф., Кнебельман А.М. – М.: НИИТЭХИМ, 1976.
16. Аксенова Т.И. Тара и упаковка/ Т.И. Аксенова, В.В. Ананьев, Н.М. Дворецкая и др.; Под ред. Э.Г. Розанцева. – М.: МГУПБ, 1999. 180 с.
17. Кондратов А.П. Физика и химия материалов и покрытий. Лабораторные работы Ч2. Электронная версия/ Кондратов А.П., Божко Н.Н. МГУП, 2008. – 29 с.
18. Ефремов, Н.Ф. Конструирование и дизайн тары и упаковки: учебник для вузов /Н.Ф. Ефремов, Т.В. Лемешко, А.В. Чуркин; под ред. Н.Ф. Ефремова; М-во образования и науки РФ; Федеральное агентство по образованию, МГУП. – М.: МГУП, 2004. – 424 с.: ил.
19. Легонькова О.А. Методические указания по «Химии и физике полимеров»/Составитель: ст. преп. Легонькова О.А. под редакцией заслуженного деятеля науки и техники РФ, проф. В.Е. Гуля. МГУПБ – М.: МГУПБ, 2002. – 46 с.
20. Анцыпович И.С. Охрана природы на предприятиях / Анцыпович И.С. – М.: Агропромиздат, 1985, 112 с.
Дата: 2019-12-22, просмотров: 286.
