Текстът завършен

УНИВЕРСИТЕТ ВАЛАДОЛИД

ШКОЛА ЗА ИНДУСТРИАЛНИ ИНЖЕНЕРИ

Диплом по инженерство в индустриални технологии

Механичен анализ на PET полимерен материал

от пластмасови бутилки

Автор:

Вилафанье Калво, Ирен

Преподавател:

Франсиско Хавиер Сантос Мартин

CMeIM - инженерна област на

Производствени процеси

Обобщение

Тази работа изучава механичната устойчивост на полимерен материал от PET чрез изпитвания на опън. Разгледани са шест различни сценария: неразграден материал, водна деградация (в сладка вода и солена вода), термична деградация (при високи и ниски температури) и деградация с UV светлина. Променливите в процеса на създаване на пробата са: ориентацията на среза, процеса на рязане (с лазер и гилотина) и прилагането или не на термична обработка. Резултатите ясно демонстрират добрите механични свойства на този материал, дори след като е влошен, така че той представлява голям потенциал за нова система за рециклиране, базирана на запазване на физическата цялост на пластмасовите материали. За да се постигне тази нова система за рециклиране, са необходими промени в производството на материала, както и в моделите и законодателството за рециклиране.

полимерен

Индекси

Индекс на съдържанието

Индекс на съдържанието. 4

Индекс на цифрите. 6

Индекс на таблицата. 8

1. Въведение . 9

2. Библиографска памет. единадесет

2.1. Пластмаси единадесет

2.1.1. Производство, използване и обезвреждане. единадесет

2.1.2. Пластмасите в околната среда. 14.

2.2. PET бутилки. 22.

2.2.1. Полиетилен терефталат (PET). 22.

2.2.2. Производство на PET бутилки. 2. 3

2.2.3. Рециклиране на PET бутилки. 27

3. Методи и материали. 3. 4

3.1. ISO стандарт. 3. 4

3.2. Примерен дизайн. 35

3.3. Влошаване на пробите. 39

3.3.1. Разграждане на водата. 39

3.3.2. Разграждане на UV светлината. 40

3.3.3. Термично разграждане. 41

3.4. Процедура за изпитване. 42

4. Резултати. 43

4.1. Обработка на резултатите. 43

4.1.1. Преобразуване на мерни единици. 43

4.1.2. Номенклатура на резултатите. 44

4.2. Референтни проби. Четири пет

4.2.1. Референтни проби 1 - Лазер. 47

4.2.2. Референтни проби 2 - Гилотина. 48

4.3. Влошени проби. петдесет

4.3.1. Модул на Йънг. петдесет

4.3.2. Удължение на границата на провлачване. 53

4.3.3. Напрежение на границата на добив. 56

4.3.4. Удължаване на точката на скъсване. 59

4.3.5. Стрес в точка на пречупване. 62

4.3.6. Обобщение на резултатите. 65

5. Дискусия. 67

6. Икономически анализ. 71

6.1. Преки разходи. 71

6.2. Косвени разходи. 72

6.3. Общо разходи. 72

7. Заключения. 73

Индекс на цифрите

Фигура 1. Разпределение на живота на продукта от осем индустриални сектора. Графиката следва логарифмно нормално разпределение. Оси: вероятностна функция на разпределението (PDF) и години (години). Легенда: опаковка; потребителски и промишлени продукти; други и текстил;

електричество и електронни; транспорт; машиностроене; строителство и строителство. (Geyer et

Фигура 2. Производство на пластмаси в Европа (EU28 + NO/CH) и света (PlasticsEurope 2016) 12 Фигура 3. Търсене на пластмасови материали в основните пазарни сектори. Легенда: селско стопанство, електричество и електроника: автомобилостроене: строителство и строителство; опаковка; други. (PlasticsEurope 2016). 13

Фигура 4. Производство, употреба и глобална дестинация на полимерни смоли, синтетични влакна и добавки (1950-2015; MMT). Легенди: Първично производство; запас в употреба; изхвърлено; кремирани; рециклирани; втори. (Geyer et al. 2017). 14.

Фигура 5. Глобална карта с всяка страна засенчена според оценката на масата на неконтролирани пластмасови отпадъци (в MMT), генерирани през 2010 г. на население на 50 км от брега (Jambeck et al. 2015). петнадесет

Фигура 6. Резултати от глобалното моделиране на плътността на населението на пластмасите в океаните. дадени са моделни прогнози за четирите класа (0,33-1,00 mm, 1,01-4,75 mm, 4,76-200 mm и> 200 mm) (Eriksen et al. 2014). 17

Фигура 7. Определения на микропластмасите според размера, предложени от различни автори (da Costa et al. 2016). 18.

Фигура 8. Концептуален модел, илюстриращ потенциалните вредни ефекти от различни размери на пластмасите. (da Costa и др. 2016). 19.

Фигура 9. Промени в процента на еластичност на полипропиленовите ленти, изложени на въздух и плаващи в морска вода в залива Бискайн, Флорида (Andrady 2011). . двайсет

Фигура 10. PET мономер (Awaja и Павел 2005). 22.

Фигура 11. PET полимеризация (Welle 2011). 22.

Фигура 12. Общ жизнен цикъл на PET бутилки. 2. 3

Фигура 13. Издуване на PET бутилки (Yang et al. 2004). 24

Фигура 14. Ориентация на PET веригите в бутилките. Фигура, модифицирана от (Billon et al. 2014). 25

Фигура 15. PET бутилки, събрани в Бразилия, Европа, Япония и САЩ (през 1000 т) (Welle 2011). 28

Фигура 16. Замърсители и техните ефекти върху счупването на PET веригата по време на преработката (Парк и Ким 2014). 29

Фигура 18. Рециклирани PET пелети в различни цветове. . 31

Фигура 19. Приложения на рециклирани PET пелети въз основа на данни от (Noone 2008). 31

Фигура 20. Двуетажна къща, създадена с цели PET бутилки (Plastic Bottle Village 2017). 32 Фигура 21. Лодка „Plastiki“, създадена с цели PET бутилки (The Plastiki 2017). 33

Фигура 22. Пластмасова кутия, създадена от корпуса на бутилка. . 33

Фигура 23. А. Пълна бутилка. Б. Разделяне на части. В. Извит пластмасов лист. . 35

Фигура 24. Сравнение на методите за рязане. А. Гилотина (вляво) Б. Лазер (вдясно). 36

Фигура 25. Образец тип 2 (527-3 1995). 37

Фигура 26. Образец тип 5 (527-3 1995). 37

Фигура 27. Поставяне на пробите във резервоарите за вода. . 39

Фигура 28. Резервоари за вода: солена вода (вляво) и прясна вода (вдясно). . 40

Фигура 29. UV лампа, използвана за разграждане на пробата. . 40

Фигура 30. Фурна, използвана за разграждане на пробите. . 41

Фигура 31. Машина за изпитване на опън и проба след изпитване. . 42

Фигура 32. Стълбовидна диаграма на средните стойности на модула на Йънг за всеки референтен набор. Четири пет

Фигура 33. Средни точки на добив от референтните тестове. 46

Фигура 34. Средни точки на прекъсване на референтните тестове. 46

Фигура 35. Референтни набори за удължаване на опън. Да бъде . 48

Фигура 36. Референтни набори за удължаване на опън. Гилотина. 49

Фигура 37. Сравнение на модула на Йънг. 51

Фигура 38. Сравнение на удължението на границата на провлачване. 54

Фигура 39. Сравнение на напрежението на границата на провлачване. 57

Фигура 40. Сравнение на удължението в точката на скъсване. 60

Индекс на таблицата

Таблица 1. Класове пластмаси, често срещани в морската среда. (Andrady 2011). 14 Таблица 2. Оценки на неконтролираните отпадъци през 2010 г. от 20-те най-големи държави

замърсители (в MMT единици годишно) (Jambeck et al. 2015). 16.

Таблица 3. Резултати от моделирането на общите частици и тяхното тегло, плаващи в океаните. (Eriksen et al. 2014). 17

Таблица 4. Въздействие върху околната среда на 1 кг PET бутилки, третирани по различни методи за обезвреждане. (Ncube and Borodin 2012). 26

Таблица 5. Търсенето на първична енергия и глобалното затопляне на различните сценарии за елиминиране. Данни за 1000 бутилки. (Gironi and Piemonte 2011). 27

Таблица 6. Стойности на категориите с най-голямо въздействие за производството и транспорта на PET гранули и производството на бутилки. (Gironi and Piemonte 2011). 27

Таблица 7. Количества от 1000 т PET бутилки, събрани през 2009 г. в Европа, САЩ, Бразилия и Япония. (Welle 2011). 28

Таблица 8. Пазари за PET пелети в Европа и САЩ (Napcor 2011; Pentcore 2011) 31 Таблица 9. Условия на теста. 36

Таблица 10. Методи за разграждане. 39

Таблица 11. Използвани съкращения. 44

Таблица 12. Резултати от референтните тестове. Четири пет

Таблица 13. Сравнение на резултатите. Модул на Йънг. 52

Таблица 14. Сравнение на удължението на границата на провлачване. 55

Таблица 15. Сравнение на напрежението на границата на провлачване. 58

Таблица 16. Сравнение на удължението на точката на скъсване. 61

Таблица 17. Сравнение на напрежението в точката на скъсване. 64

Таблица 18. Среден процент на разлика за всяка разглеждана променлива. Данни в%. 65

Таблица 19. Процент на средна разлика за всеки разгледан метод на разграждане. Данни в%. 66

Таблица 20. Амортизируеми и неамортизируеми разходи по проекта. 71

Въведение

Настоящият човешки период е наречен ерата на пластиката (Cózar и др. 2014). Пластмасовите материали са част от нашето ежедневие и много висок процент от предметите, които ни заобикалят, са направени от този материал. Лекотата на производство и производство, заедно с отличните им механични свойства, като здравина, тегло и издръжливост, правят пластмасите материалите с най-висока производителност и с преобладаващо използване в сектори като опаковане или строителство (Geyer и др. 2017). Но тези много благоприятни свойства имат и много негативни последици. Именно тези добри физически свойства и тази устойчивост правят пластмасите много устойчиви на разграждане и това, което затруднява тяхното елиминиране, когато използването им приключи и те попаднат в околната среда.

Трайността на пластмасите и произтичащата от това устойчивост на тяхното разграждане в околната среда водят до това пластмасовите отпадъци да останат в нашата среда в продължение на десетилетия или векове (Григорий и Андради 2003; Йоакеймидис и др. 2016). Разграждането зависи от средата, в която се изхвърля пластмасата: в сухоземните среди пластмасата отнема много години, докато в морската среда пластмасата започва да се разпада в продължение на десетилетия и последиците са още по-лоши поради различни обстоятелства: ултравиолетова светлина, корозия поради солена вода или температурни градиенти (Copinet и др. 2004; Тосин и др.

Съществуват множество инициативи за противодействие на този проблем и тази статия се фокусира върху една от тях, по-специално изследователски проект, осъществен в Университетски колеж Дъблин

средства за иновативни и прости решения, които изискват ниска енергия. Тези решения не само трябва да позволят на малките общности да могат да изхвърлят своите пластмасови отпадъци съгласно принципите на кръговата икономика, но също така трябва да насърчат притока на пластмаса към океаните да спре, в допълнение към елиминирането на вече наличните отпадъци. природата. Специфичната цел на представеното тук изследване е да се изчислят и анализират физико-механичните характеристики на полимера PET (полиетилен терефталат), с който се произвеждат пластмасови бутилки. За да се постигне това, е извършено събиране на определен вид PET пластмасови бутилки; и след това са подготвени различни проби въз основа на три променливи: ориентация на пробите спрямо тялото на бутилката, метод за изрязване на пробите и термична обработка, приложена върху материала. Изследва се влиянието на всяка от тези променливи върху крайния резултат. Накрая се провеждат различни изпитвания на опън и резултатите се анализират.

За да се проведат експериментите, пробите от PET пластмаса се разделят на шест различни групи: първо, пробите ще бъдат определени като еталон, който ще определи свойствата на пластмасата, преди да бъде променен. Впоследствие материалът ще се разгражда систематично, като симулира различни експозиции на околната среда, като: разграждане в солена вода или прясна вода, термично разграждане при високи или ниски температури и накрая разграждане под ултравиолетова светлина, за да се симулира разграждане под слънчева светлина. Резултатите от всички тестове ще бъдат анализирани и сравнени, за да се определят количествено механичните загуби, понесени от материала поради различните процеси на разграждане.

Крайната цел на това проучване ще позволи да се определят механичните характеристики на PET пластмасовия материал, използван при производството на пластмасови бутилки, и да се анализира дали има някакви загуби в неговите механични характеристики поради различни методи на разграждане.