Исследование влияния технологических параметров процесса каширования на физико-механические свойства многослойных полимерных материалов
Испытания на одноосное растяжение проводились на разрывной машине с постоянной скоростью перемещения нижнего зажима. При испытании на диаграмме записывается кривая растяжения в координатах «нагрузка-удлинение». Кривые, как правило, имеют одинаковую форму, но отличаются масштабным фактором. Чтобы избежать случайностей из-за отклонения образцов по толщине, а также возможной микроскопической дефектности образцов, строится усредненная кривая, которая является характеристикой материала при данных условиях испытаний [20].
Аппаратура:для проведения испытаний использовалась разрывная машина РМ-50 (рис. 2.3), которая предназначена для определения качества пленочных и рулонных материалов методом измерения прочности при растяжении и удлинении при разрыве в лаборатории кафедры «Управления качества» МГУП.
Технические характеристики РМ - 50:
прибор работает от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50±0,5 Гц;
режим работы прибора повторно-кратковременный;
потребляемая мощность - не более 100 ВА;
габариты прибора 400х400х700 мм, масса прибора не более 8 кг.
В комплект прибора РМ - 50 входят: ложемент для зажимов (обеспечивает процесс закрепления образца в зажимах), предохранитель, кабель для подключения компьютера, паспорт, руководство по эксплуатации, программа управления машиной РМ - 50, руководство к программе управления.
Прибор отвечает требованиям, сформулированным в ГОСТ 28840-90 «Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб». Прибор отвечает общим требованиям безопасности по ГОСТ 12.2003 и общим требованиям к безопасности к электрооборудованию по ГОСТ 12. 2. 0070 и ГОСТ 12. 2. 0077.
Принцип работы прибора состоит в растяжении образца 3 (рис. 2.4.), верхний конец которого через зажим 2 связан с силоизмерителем. Нижний конец образца, закрепленный в зажиме 5, смещается вниз с постоянной скоростью, определенной стандартом испытаний. Образец деформируется, и усилие, развиваемое при деформации, измеряется силоизмерителем. Смещение нижнего зажима измеряется энкодером.
Изменение напряжение в образце по мере нарастания относительной деформации выражается графически в виде кривой растяжения. По кривой растяжения определяют прочность при растяжении, относительную деформацию при разрыве, предел текучести, модуль упругости при растяжении и другие характеристики материала, оговоренные в ГОСТ 14236 - 81 или заданные стандартом испытаний.
Шкала усилий, скорость растяжения, пуск и остановка машины при испытании производится посредством компьютера. В случае отказа («зависания») компьютера машина автоматически прекращает измерение.
Конструктивно прибор состоит из двух основных частей - ходовой и измерительной. Ходовая часть включает стойки 2 (рис. 2.3), несущие измерительный блок и ходовой винт 5 (с приводом), который обеспечивает крепление и перемещение нижнего зажима 3.
Нижний зажим размещен на ползуне 4, скользящем по стойкам. Ползун опирается на гайку, которая перемещается вверх-вниз при вращении ходового винта. Ходовой винт приводится во вращение от асинхронного двигателя 8 мощностью 30 Вт. Частота вращения двигателя задается частотным регулятором и может варьироваться в пределах 5:1. Скорость перемещения зажима при этом варьируется от 500 мм/мин до 100 мм/мин.
На правой стойке прибора размещены ограничители хода 6, связанные с концевыми выключателями. Ограничители устанавливают пределы перемещения штанги вверх (т.е. устанавливают базовую длину образца) и вниз (т.е. устанавливают максимум растяжения образца).
Измерительный блок 1 обеспечивает крепление верхнего зажима и измерение усилия, возникающего на нем при растяжении образца. Для измерения используется тензометрический датчик усилия. Максимальное усилие, измеряемое этим датчиком - 500 Н (50 кг). Рабочий интервал измеряемых усилий - от 100 Н/шкалу до 500 Н/шкалу.
В измерительном блоке расположены датчик усилий, усилитель сигнала. Прибор связан кабелем с персональным компьютером. Сигнал обрабатывается в компьютере и представляется в виде кривой растяжения [20].
Проведение испытаний:собрать зажимы 2 и 5 (рис. 2.4) на ложементе и заправить в них образец 3. Выбрать нужный интервал нагрузок и скорость испытаний, задать толщину образца. Поместить зажимы с образцом на штангах 1 и 6. Запустить на компьютере программу измерения, задать предел измерения в меню «Настройки», включить режим регистрации, затем кнопку «Старт» и движение штанги вниз. Когда образец разорвется, остановить движение зажима с помощью кнопки «Стоп». Записанную кривую растяжения следует сохранить в файл в программе Microsoft Word.
Обработка результатов:после проведения испытаний все данные переносятся в Microsoft Word и обрабатываются.
Для каждого испытанного образца строятся зависимости напряжения от деформации ? = f(?).
Рис. 2.4. Крепление образца: 1 - верхняя штанга; 2 - верхний зажим; 3 - образец; 4 - стойка; 5 - нижний зажим; 6 - нижняя штанга; 7 - ползун
При расчете напряжения и деформации используются следующие формулы:
?1 = ; ?ист. = ?1 (1+?), (2.3.1)
где: ?1 и ?ист. - соответственно разрушающее напряжение на первоначальное и истинное сечение в Па; S0 - первоначальная площадь поперечного сечения в м2, Р - нагрузка, ? - деформация, определяемая по уравнению:
? = , (2.3.2)
где: l - длина растянутого образца (мм); l0 - исходная длина образца (мм) [20].
В отчете представлены таблицы с данными испытаний и графики кривых растяжений.
2.4 Испытание на разрыв образцов с надрезом
Разрушение материала при растяжении, например, одноосном, может быть хрупким, квазихрупким или пластическим (вязким) в зависимости от величины и вида деформации предшествующей разделению образца материала или изделия на части (как правило, на две части).
Хрупкое разрушение характеризуется разделением материала две части при локализации пластической деформации у вершины трещины или без пластической деформации вообще, что определяет малые затраты энергии на продвижение трещины. Скорость роста трещины высока и соизмерима со скорость звука в данном материале.
Пластическое - (вязкое) разрушение характеризуется наиболее медленным распространением трещины с интенсивным течением всего объема материала в том числе части материала расположенной вне зоны роста трещины. Затраты энергии на продвижение трещины относительно велики.
Квазихрупкое разрушение является промежуточным вариантом и характеризуется локализацией пластической деформации у вершины трещины и на пути ее вероятного роста.
Для испытания на разрыв материала с надрезом используется универсальная машина для испытания на растяжение, описанная выше.
Подготовка материалов:Испытания на растяжение с надрезом проводились в продольном и поперечном направлениях. Использовались те же образцы, что и для предыдущего исследования, но с нанесением надрезов (искусственной трещины).
Надрезы на образцы наносились согласно ГОСТ 262-53.
Проведение испытаний:собрать зажимы 2 и 5 (рис. 2.4.) на ложементе и заправить в них образец 3. Выбрать нужный интервал нагрузок и скорость испытаний, задать толщину образца. Поместить зажимы с образцом на штангах 1 и 6 с запасом, как показано на рис. 2.5. Запустить на компьютере программу измерения, задать предел измерения в меню «Настройки», включить режим регистрации, затем кнопку «Старт» и движение штанги вниз. Когда образец разорвется, остановить движение зажима с помощью кнопки «Стоп». Записанную кривую растяжения следует сохранить в файл в программе Microsoft Word.
2.5 Методика статистической обработки результатов экспериментов по ГОСТ 11.004-74
Настоящий стандарт устанавливает правила определения оценок и доверительных границ для параметров нормального распределения по совокупности опытных независимых наблюдений, полученных в результате испытаний, если исследуемые закону нормального распределения.
1) Оценка параметров нормального распределения.
а) Несмещенной оценкой для генерального среднего и нормального распределения является выборочное среднее x:
= х i - х) 2 (2.5.1)
где х i, х 2… х n - совокупность наблюдаемых значений случайной величины х.
б) Несмещенная оценка для среднеквадратичного отклонения при неизвестной точности измерений:
S = (2.5.2)
2) Определение доверительных границ для генеральной средней при неизвестной генеральной дисперсии.
а) Определение нижней доверительной границы dH для генеральной средней по выборке объема n осуществляется следующим образом: задают значение односторонней доверительной вероятности ? 1 по заданным значениям ? 1 и k=n-1 по таблице находят значение t ?1. Вычисляют (нижнюю) доверительную границу dH для генеральной средней по формуле:
dH = (2.5.3)
б) Определение верхней доверительной границы для генеральной средней по выборке объема n осуществляется следующим образом: задают значение односторонней доверительной вероятности ? 2; по заданным значениям ? 2 и k=n-1 по таблице находят значение t ?2. Вычисляют верхнюю доверительную границу по формуле:
dB = (2.5.4)
в) Нижняя и верхняя границы dH и dB образуют доверительный интервал для генеральной средней при двусторонней доверительной вероятности ?*, где ?* определяется по формуле:
?* = ?i + ?2 - 1 (2.5.5)
г) Если принята двусторонняя доверительная вероятность ?1 = ?2 = ?, то доверительный интервал для генерального среднего находится по формулам:
(2.5.6)
где ? = ty S / n
Значение находится по формуле: y = (1+y*) / 2
из таблицы по заданным значениям y и k = n - 1.
3. Экспериментальная часть
Ассортимент упаковываемых товаров в многослойные пленки постоянно растет. И теперь невозможно создать монопленочный материал, который удовлетворял бы необходимым требованиям. Т.к. даже сочетание двух пленок обеспечивает следующие преимущества: а) увеличение прочностных характеристик, которое происходит за счет блокировки слабых мест (опасных дефектов) одного слоя прилегающими к ним бездефектными участками второго слоя. При наличие адгезионного взаимодействия между слоями происходит перераспределение напряжений и синхронизация работы отдельных слоев, из которых состоит многослойный материал; б) увеличиваются барьерные характеристики (уменьшается влаго-, паро- и жиропроницаемость; увеличивается жиростойкость); в) за счет чего увеличивается срок годности упакованного продукта.
Для производства многослойных пленочных материалов часто используют метод каширования.
На предприятии по производству многослойных и комбинированных пленочных материалов для гибкой упаковки ООО «Пакетти-групп» была установлена линяя итальянской фирмы «Nord meccanica group» (Super Simplex) по производству материалов способом бессольвентного каширования.
Поэтому целью моей дипломной работы является изучение влияния технологических параметров каширования на многослойные плёночные материалы.
На данной установке были получены следующие многослойные пленочные материалы (МПМ): прозрачный ориентированный полипропилен (ОПП) толщиной 20 мкм в комбинации с полиэтиленом высокого давления толщиной 25 мкм. В качестве адгезива использовали бессольвентный полиуретановый клей.
3.1 Результаты испытаний на разрыв
На первом этапе работы были проведены испытания на разрыв. Испытания проводились согласно методике, описанной в пункте 2.3. данной работы. Результаты представлены в приложении 2 и в сводных таблицах 3.1. и 3.2.
Таблица 3.1. Результаты испытаний на разрыв образцов с различной толщиной адгезива
№ образца
толщина клеевого слоя, мкм
долевое направл-е
Поперечное направл-е
? при разрыве, МПа
? при разрыве, %
? при разрыве, МПа
? при разрыве, %
1
1,4
108,79
47,12
56,91
157,87
2
1,7
95,37
48,37
56,86
151,09
3
2,0
84,5
46,17
53,77
142,87
4
2,3
84,47
43,58
52,92
144,54
5
2,6
103,24
50,25
56,59
157,34
Таблица 3.2. Результаты испытаний на разрыв образцов, полученных на различных скоростях каширования
№ образца
скорость каширования, м/мин
долевое направл-е
Поперечное направл-е
? при разрыве, МПа
? при разрыве, %
? при разрыве, МПа
? при разрыве, %
6
100
63,22
44,37
55,22
145,77
7
150
58,77
50,12
50,06
150,35
8
200
58,32
48,38
52,65
149,17
9
250
56,1
46,41
53,66
146,96
10
350
63,12
47,94
54,02
142,23
3.2 Результаты испытаний на разрыв с надрезом
Затем были проведены испытания на разрыв образцов с искусственным дефектом - надрезом, равным 3 мм, согласно методике, представленной в пункте 2.4. данной работы. Результаты представлены в приложении 3, а также в табл. 3.3, 3.4, 3.5
Таблица 3.3. Испытания на разрыв плёнок, полученных с различной толщиной адгезива, с поперечным надрезом длиной 3 мм
№ образца
толщина клеевого слоя, мкм
долевое направл-е
Поперечное направл-е
? при разрыве, МПа
? при разрыве, %
? при разрыве, МПа
? при разрыве, %
1
1,4
17,53
34,96
13,97
35,48
2
1,7
18,23
20,18
13,98
21,51
3
2,0
18,06
16,91
14,59
18,75
4
2,3
17,84
24,91
14,91
27,88
5
2,6
18,51
23,77
14,94
29,75
Таблица 3.4. Испытания на разрыв плёнок, полученных при различных скоростях каширования, с поперечным надрезом длиной 3 мм
№ образца
скорость каширования, м/мин
долевое направл-е
Поперечное направл-е
? при разрыве, МПа
? при разрыве, %
? при разрыве, МПа
? при разрыве, %
6
100
18,89
17,12
13,94
19,22
7
150
19,25
15,93
14,15
21,37
8
200
19,13
17,52
13,93
18,02
9
250
19,14
22,17
13,09
21,69
10
350
19,21
24,58
13,98
19,48
Таблица 3.5. Прочность на разрыв плёнки с толщиной клея 2 мкм с поперечным надрезом различной глубины.
глубина надреза С, мм
толщина плёнки, мм
vС, мм0.5
1/vС, мм-0.5
Предел нагрузки, Мпа
0,3
0,047
0,548
1,826
23,78
0,5
0,047
0,707
1,414
21,52
1
0,047
1,000
1,000
18,83
3
0,047
1,732
0,577
13,97
5
0,047
2,236
0,447
11,98
8
0,047
2,828
0,353
5,34
3.3 Получение и результаты испытаний клеевых плёнок
Затем, согласно методике, представленной в пункте 2.2 данной работы, в лаборатории трафаретной печати МГУП были получены клеевые плёнки. Дальнейшее исследование на прочность при разрыве проводилось по стандартной методике.
Таблица 3.6. Результаты испытаний клеевых плёнок различной толщины на прочность при разрыве
Толщина плёнки
? при разрыве, МПа
? при разрыве, %
Е плёнки
0.283
10.023
157.32
1,80
0.291
8.253
141.15
1,76
0.597
4.917
210.56
1,05
0.595
4.170
167.35
0,96
0.273
9.325
130.97
1,39
0.249
9.186
122.59
1,14
0.279
8.375
112.52
2,23
0.1
3.152
217.37
-
0.117
2.682
217.78
-
4. Обработка и обсуждение результатов исследований
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 ?р вначале уменьшается и достигает наименьшего значения при толщине клея 2,3 мкм, при дальнейшем увеличении толщины клея предел прочности ?р 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 ?р вначале увеличивался и достигал максимума при толщине клея 2 мкм, при дальнейшем увеличении толщины клея ?р несколько уменьшалась. Вероятно это связано с тем, что при толщине клея 2 мкм наблюдался процесс максимального взаимодействия адгезива с материалом, что обеспечивает некоторое увеличение ?р 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 ?р 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 ?р и относительного удлинения ?р 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
? при разрыве, МПа
? 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.
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
? при разрыве ОПП, Мпа
? при разрыве ПЭВД, Мпа
? при разрыве клеевой плёнки, Мпа
??, МПа
Фактическая ? при разрыве, Мпа
? ? 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
? при разрыве ОПП, %
? при разрыве ПЭВД, %
? при разрыве клеевой плёнки, %
??, %
Фактическая ? при разрыве, %
? ? 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
? при разрыве ОПП, Мпа
? при разрыве ПЭВД, Мпа
? при разрыве клеевой плёнки, Мпа
??, МПа
Фактическая ? при разрыве, Мпа
? ? 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
? при разрыве ОПП, %
? при разрыве ПЭВД, %
? при разрыве клеевой плёнки, %
? ?, %
Фактическая ? при разрыве, %
? ? 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.
5. 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=30-35?С 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=35-40?, 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.