Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оборудование и технология вторичной переработки отходов упаковки. Лабораторный практикум
.pdf
l
l
0
B
r
h
b
A
L
Рис 2.4. Образец для испытания на растяжение
2.2. Размеры образцов для испытания на растяжение
Название размеров Обозначение Величина в мм
Общая длина L 40
Ширина головки B 7
Длина рабочей части l 18
Ширина рабочей части b 3,5
Размеры закруглений r 3
Расстояние между метками A 21
Толщина рабочей части h 2
Начальная база образца l
0
16
Перед испытанием на образец наносят метки, ограничивающие его
базу и положение кромок захватов. Нанесение меток не должно приводить к изменению свойств образца и к его разрушению по меткам. Образец закрепляют в захваты разрывной машины по меткам, определяющим
положение кромок захватов на образце, так, чтобы исключить его скольжение в проц
ессе испытания, при этом разрушение его не должно происходить в месте закрепления. Продольная ось образца должна совпадать
с осью захватов и направлением движения подвижного захвата.
В момент достижения предела текучести и разрушения измеряют нагрузку и удлинение. В расчёт необходимо принимать результаты, полученные на образцах, разрушившихся в пределах раб
Предел текучести при растяжении σ
ве σ
вычисляют по формулам
р
= Pт /b h; (2.9)
σ
т
σ
р
, и предел прочности при разры-
т
= Pр /b h, (2.10)
очей части.
где Pт – нагрузка в момент достижения предела текучести, H; Pр –
нагрузка при которой образец разрушился, H; b, h – ширина и толщина
рабочей части образца, м.
21
Относительное удлинение при разрыве ε вычисляют по формуле
=
δ
=
ε = ∆l/l0 ·100, (2.11)
где ∆l – приращение образца при разрыве, мм.
За результат испытаний принимают среднее квадратичное всех па-
раллельных определений для каждого эксперимента.
2.3. Определение основных параметров ножевого измельчителя
Для составления технической характеристики студент должен определить: мощность привода и производительность ножевого измельчителя,
при дроблении отходов термопластов, используя приведённые ниже зависимости, и методы, изложенные в литературе и лекционном курсе. При
этом задаются следующие параметры: направление и скорость вращения
ротора, величина загрузки отходов полимера, время измельчения, величина зазора между но
жами, суммарная площадь отверстий сита.
Производительность ножевых измельчителей определяется по формуле
ϕγ
н
SG v3600
, (2.12)
где v – скорость движения крошки через сечение отверстий сита, м/с;
S – суммарная площадь отверстий сита, м2; φ = (0,5…0,8) – коэффициент
полноты заполнения отверстий сита крошкой; γ – насыпная плотность
крошки, кг/м3;
Q
v
где Qv – объёмная производительность измельчителя, м3/ч;
k
v
, (2.13)
ϕ=S
3600
2
π
d
= , (2.14)
S
4
где d – диаметр отверстий сменной калибрующей решётки, м; k – число
отверстий в сменной калибрующей решётке.
Мощность на валу электродвигателя измельчителя
где
жение среза материала, Н/м
среза, м;
– сила среза материала одним ножом ротора, Н; τср – напря-
FPсрτ=
2
; lF
l – длина ножа, м;
v
zP
р
=
N , (2.15)
д
1000
η
– площадь среза, м2; δ – толщина
– скорость вращения ротора, м/с;
30/vрRnπ=
R – радиус действия силы среза (определяется путём геометрического
измерения), м;
n – число оборотов двигателя, об/мин; z – количество но-
жей; η – КПД привода измельчителя.
22
2.3.1. Составление технической характеристики
Техническая характеристика должна включать в соответствии
с номенклатурным справочником следующие позиции: тип и назначение
ножевого измельчителя; производительность; количество ножей; размер
ножей: длину, диаметр; рабочую поверхность; частоту вращения ротора;
максимальный зазор между ножами; механизм регулирования зазора между ножами; тип и характеристику привода, в том числе тип электродвигателя, его мощность, скорость вра
ристику передачи; габаритные размеры; вес.
2.4. Содержание отчёта
щения выходного вала и тип, характе-
1. Краткие сведения по типам и конструкциям оборудования для
измельчения, их конструктивные особенности, назначение, параметрические расчёты (схемы, эскизы, расчётные формулы по литературе). Раздел
выполняется в процессе подготовки к лабораторной работе по рекомендуемой литературе.
Измерение и расчёт параметров ножевого измельчителя.
2.
Определение гранулометрического состава полученного измель-
3.
ченного полимерного материала.
Таблица 2.1 и выводы по проведённой работе.
4.
Составление технической характеристики.
5.
2.5. Контрольные вопросы
1. Дайте классификацию оборудования для измельчения отходов
термопластов.
Опишите конструкцию ножевых измельчителей применяемых
2.
при переработке отходов полимеров.
Как осуществляется регулировка зазора между ножами?
3.
Какие конструкции аварийных устройств вы знаете?
4.
Опишите технологию изготовления ножей измельчителя.
5.
Какие параметры измельчителя варьируются в процессе перера-
6.
ботки отходов термопластичных полимерных материалов?
Какие параметры оказывают влияние на производительность
7.
ножевого измельчителя?
23
Лабораторная работа 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ
КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
ИЗ ВТОРИЧНОГО ПЭВД И САЖЕВОГО НАПОЛНИТЕЛЯ
НА ПЛАСТОГРАФЕ БРАБЕНДЕРА
Цель работы: ознакомление с конструкцией и принципом работы
пластографа Брабендера, предназначенного для получения композиционного материала из вторичного полимера и сажевого наполнителя, составление кинематической и расчётной схем, технической характеристики
микросмесителя Брабендера, определение технологических и физикомеханических показателей полученного композиционного материала и
энергозатрат на процесс смешения.
Оборудование и материалы: пластограф Брабендера, технологиче-
ские отходы ПЭВД, сажевый наполнитель.
3.1. Предварительная подготовка
По литературным источникам [4, 7 – 9] ознакомиться с назначением,
принципом действия, классификацией и особенностями конструкции смесительного оборудования. Изучить теорию процесса смешения полимерных материалов, существующие экспериментальные способы и методы
расчёта параметров смесительного оборудования [4, 7 – 9].
3.2. Порядок проведения работы
1. В лаборатории на рабочем месте ознакомиться с конструкцией
пластографа Брабендера. Составить кинематическую схему, описать
принцип действия, назначение, особенности работы.
Ознакомиться с технологическим процессом получения компози-
2.
ционного материала из вторичного ПЭВД и сажевого наполнителя на пластографе Брабендера, получить экспериментальные образцы при различных режимах работы микросмесителя (при варьировании частоты вращения роторов, температуры процесса смешения, процентного соотношения
наполнителя и отходов полимера, времени процесса смешения и др.)
по указанию преподавателя.
Определить показатель текучести расплава полученного компо-
3.
зиционного материала.
Определить физико-механические свойства полученного компо-
4.
зиционного материала (предел текучести при растяжении, относительное
удлинение и предел прочности при разрыве).
Определить мощность, расходуемую на процесс получения ком-
5.
позита.
Составить техническую характеристику пластографа Брабендера.
6.
24
3.2.1. Описание конструкции пластографа Брабендера
6
Экспериментальная установка на основе микросмесителя Брабендера
для реализации процесса введения малого количества активированной
сажи в расплав полимера (рис. 3.1).
Микросмеситель (рис. 3.1) состоит из камеры смесительной
зочного устройства, станины с приводом
2, 3, 4 и электрооборудования 1.
5, загру-
Смешение компонентов производится в камере, состоящей из собственно
камеры смешения и сварного корпуса, на котором она закреплена двумя
специальными гайками. Смесителями являются два ротора
6 специально-
го профиля, установленные в корпусе камеры консольно и вращающиеся
в противоположные стороны. Опорами ротора являются передний подшипник скольжения и два задних подшипника качения. Вращение роторов производит мотор-редуктор
2 связанный муфтой 3 с валом приводно-
го ротора; второй ротор получает вращение от приводного через зубчатую
передачу
4 с передаточным отношением 1,5.
Камера пластографа обогревается шестью трубчатыми электронагревателями
3 (рис. 3.2), установленными снизу в вертикальные каналы
камеры. Измерение температуры осуществляют два термосопротивления
ТСП: одно контролирует температуру смеси, другое – температуру корпуса камеры. Задание и поддержание температуры осуществляется от термосопротивления, измеряющего температуру корпуса камеры. Сигналы от
этих датчиков поступают на измеритель-регулятор ТРМ1, который позволяет задавать и поддерживать в заданных предела
х температуру камеры.
На верхней плоскости камеры имеется отверстие диаметром 8 мм для
установки при необходимости ртутного термометра. Для уменьшения
теплоотдачи в окружающее пространство камера изолирована пластинами
фторопласта и стеклотекстолита
5.
1
2 3
Рис. 3.1. Схема микросмесителя Брабендера:
1 – шкаф управления; 2 – электродвигатель; 3 – муфта;
4 – фрикционные шестерни; 5 – смесительная камера; 6 – смесительные органы
4
5
25
6
7
2
1
3
3
5
1
4
8
9
Рис. 3.2. Схема камеры микросмесителя:
1 – роторы; 2 – смесительная камера; 3 – трубчатые электронагреватели;
4 – термопары; 5 – пластины теплоизолятора; 6 – рычаг; 7 – груз;
8 – щит управления; 9 – приборы для измерения и задания температуры
Смесительная камера и мотор-редуктор закреплены на раме. Муфта
закрыта кожухом.
Для предотвращения выдавливания смешиваемых компонентов из
камеры наружу служит загрузочное устройство, состоящее из рычага
6,
оснащённого аркой, внедряющейся в загрузочное отверстие камеры под
действием груза
7.
Приборы управления микросмесителем размещены на щите управле-
ния
9.
3.2.2. Технологический процесс получения
композиционного материала на микросмесителе
Смесь загружается в загрузочную воронку камеры при вращающихся
роторах и поддавливается загрузочным устройством
6 (рис. 3.2). Смеси-
тельные роторы вращаются в корпусе камеры в противоположных направлениях с различной частотой, при этом ведущий ротор вращается
с большей частотой, чем ведомый. В результате этого направление сил,
действующих на находящуюся между роторами смесь, постоянно меняется, способствуя интенсивному перемешиванию.
26
В соответствии с технологическим регламентом устанавливается
температура нагрева камеры и скорость вращения роторов.
При работе смесителя температура камеры может превысить уста-
новленную за счёт разогрева смешиваемого материала.
Во избежание перегрева смеси рекомендуется вводить поправку на
величину предварительного нагрева камеры. Температура стенок камеры
и смеси могут отличаться.
После окончания цикла смешения необходимо снять загрузоч
ное уст-
ройство, отвернуть рукоятки крепления, снять камеру и выгрузить смесь.
Щит управления предназначен для управления электроприводом
микросмесителя, а также нагревом и поддержанием температуры в рабочей зоне.
Скорость вращения регулируется поворотной ручкой потенциометра.
Не допускается длительная работа смесителя при показаниях вольтметра больше 2 вольт из-за нагрева редуктора выше допустимо
го предела.
Не рекомендуется длительная работа на пониженной скорости из-за
ухудшения условий охлаждения электродвигателя.
Преобразователь частоты программируется по приложенной инструкции. В процессе работы на выносном цифровом терминале отображается текущая величина нагрузки двигателя.
3.2.3. Методика проведения экспериментальных исследований
1. Включить питание микросмесителя.
Установить температуру процесса смешения по заданию препо-
2.
давателя.
Выбрать определённое соотношение по массе наполнителя и от-
3.
ходов полимера по заданию преподавателя.
Включить электродвигатель микросмесителя и устанавливаем
4.
частоту вращения по заданию преподавателя.
Загрузить материал в смесительную камеру.
5.
Закрыть смесительную камеру с помощью загрузочного устрой-
6.
ства.
Установить время процесса смешения.
7.
В течение процесса получения композита измерять величину
8.
мощности расходуемой на процесс смешения и температуру процесса.
После окончания процесса смешения открыть смесительную
9.
камеру и выгрузить полученный композиционный материал.
Полученный композиционный материал подвергается экспресс-
10.
контролю по определению показателя текучести расплава, предела текучести при растяжении, относительного удлинения и предела прочности
при разрыве. Методика определения этих показателей дана в разделе 2.2.3
лабораторной работы 2.
27
3.1. Результаты экспериментальных исследований
Характеристики,
u, об/мин
Количество сажевого наполнителя к массе смеси – 0,5%
N, Вт T, мин I, г/10 мин σ
t, °С
, МПа σр, МПа ε, %
т
30
60
90
Полученные результаты занести в табл. 3.1 и построить графиче-
11.
ские зависимости
преподавателя.
N = f
(u), I = f (u), σТ и σр = f (u), ε = f (u) по заданию
3.3. Составление технической характеристики
Изучив конструкцию микросмесителя и сделав соответствующие замеры, студенты должны составить техническую характеристику пластографа Брабендера, включающую в себя следующие позиции: объём камеры; тип ротора; регулирование скорости; фрикция; обогрев камеры; температура процесса смешения; тип и характеристика привода, в том числе
тип электродвигателя, его мощность, скорость вращения выходного вала,
тип и ха
рактеристика передачи; габаритные размеры; вес.
3.4. Содержание отчёта
1. Краткие сведения по типам и конструкциям смесительного оборудования, их конструктивные особенности, назначение, параметрические
расчёты (схемы, эскизы, расчётные формулы по литературе). Раздел выполняется в процессе подготовки к лабораторной работе по рекомендуемой литературе.
2.
Составление кинематической схемы микросмесителя.
3.
Измерение основных технологических параметров процесса сме-
шения (температура смеси, процентный состав углеродного наполнителя
в полимере, мощность, расходуемая на процесс смешения).
4.
Определение физико-механических и технологических свойств
полученного композиционного материала.
5.
Таблица 3.1, графические зависимости и выводы по проведённой
работе.
6.
Составление технической характеристики.
28
3.5. Контрольные вопросы
1. Назначение и классификация смесительного оборудования.
2.
Каковы конструктивные особенности смесительного оборудова-
ния для переработки полимерных материалов?
3.
Для каких целей используются различные смесительные органы?
4.
Опишите технологию изготовления смесительной камеры микро-
смесителя.
5.
Какие параметры микросмесителя варьируются в процессе полу-
чения композита?
6.
Какие параметры оказывают влияние на энергозатраты при сме-
шении?
7.
Назовите факторы, оказывающие влияние на физико-механи-
ческие свойства полученного композита.
8.
Какие бывают и на что влияют модифицирующие добавки,
используемые в композите?
29
Лабораторная работа 4
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
ТЕРМОПЛАСТОВ НА ВАЛКОВО-ШНЕКОВОМ АГРЕГАТЕ
Цель работы: ознакомление с конструкцией и принципом работы
валково-шнекового агрегата для переработки отходов полимерных материалов, технологией вторичной переработки отходов плёночных термопластичных полимерных материалов; составление кинематической и расчётной схем, технической характеристики валково-шнекового оборудования; определение производительности и энергозатрат на гранулирование
термопластов.
Оборудование и материалы: экспериментальная валково-шнекового
установка на базе лабораторных вальцов Лб 200 80/80, плёночные отходы
из термопластичных полимерных материалов.
4.1. Предварительная подготовка
По литературным источникам [10, с. 68 – 191] ознакомиться с назначением, принципом действия, классификацией и особенностями конструкции вальцов, ознакомиться с технологическим процессом экструзии
полимеров, конструкциями экструзионного оборудования и формующих
головок [14, c. 17 – 79]; [15, c. 231 – 261]; [16, c. 11 – 43]; [17, c. 119 – 243];
[18, c. 113 – 159]. Изучить методики расчёта производительности червячных прессов и формующего инструмента [15, c. 23 – 43]; [17, c. 119 – 140,
195 – 200]; [18, c. 123 – 132].
Изучить теорию процесса деформирования полимерных материалов
в межвалковом зазоре, существующие экспериментальные способы и методы расчёта п
араметров валковых машин [10, с. 5 – 51], [11, с. 4 – 20,
с. 34 – 36]. Изучить существующие методы утилизации отходов полимерных материалов [1, 12, 13].
4.2. Порядок проведения работы
1. В лаборатории на рабочем месте ознакомиться с конструкцией
лабораторной установки. Составить кинематическую схему, описать
принцип действия, назначение, особенности работы.
Ознакомиться с технологическим процессом вторичной перера-
2.
ботки отходов плёночных полимерных материалов; получить экспериментальные образцы при различных режимах работы валково-шнековой
установки (при варьировании величины зазора, частоты вращения валка,
частоты вращения шнека, количества материала на валках, температуры
валков и др.) по указанию преподавателя.
Определить показатель текучести расплава полученного вторич-
3.
ного полимерного материала.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]