Утилизация и переработка шин приобретает большое экологическое и экономическое значение для всех развитых стран. Поскольку они являются источником длительного загрязнения окружающей среды, огнеопасны, не подвергается биологическому разложению. Изношенных шин в мире уже накоплено более 25 млн. тонн, и ежегодно прибавляется не менее 7 млн. тонн, из которых около 1 млн. тонн образуются в России [1, с.25]. Уровень повторного использования продуктов переработки изношенных шин в некоторых странах доходит до 100 %, а в России он пока не превышает 10 %. Из каждой тонны изношенных шин можно извлечь до 700 кг резины высокого качества, которую можно повторно использовать для получения новых изделий различного назначения.
В настоящее время изношенные шины в основном перерабатывают в резиновую крошку разной дисперсности. Технологический процесс переработки шин включает стадию удаления текстильного волокна, которое в дальнейшем не имеет практического применения и создаёт серьёзную проблему для переработчиков.
Нами предложено исключить стадию удаления текстильного волокна из шин и использовать резиновую крошку вместе с измельченным волокном. Введение коротких текстильных волокон в резиновые смеси по обычной технологии приведёт к значительному повышению физико-механических показателей вулканизатов. Однако при этом технологические свойства резиновых смесей ухудшатся из-за повышенной вязкости, что может привести к подвулканизации, к повышенным затратам электроэнергии. И как следствие этого — необходимости использования для проведения процесса более мощного оборудования.
Поэтому задача разработать простой дешевый технологический процесс изготовления качественных изделий с использованием резиновой крошки вместе с измельченным волокном является актуальной задачей.
Решить поставленную задачу можно кардинально, изменив весь технологический процесс, от изготовления резиновой смеси до её вулканизации. Например, с помощью пресс-порошковой технологии, по которой вначале изготавливают смесь на основе резиновой крошки из неполярных каучуков и коротких текстильных волокон с необходимыми ингредиентами серной вулканизации в лопастном смесителе, а затем прессуют её в плунжерной пресс-форме. Значительное упрощение технологии позволяет получать изделия без использования дорогостоящего и энергоемкого резиносмесительного оборудования и без опасности подвулканизации резиновой смеси.
Однако процесс вулканизации и по пресс-порошковой технологии остается длительным из-за низкой теплопроводности смеси. Кроме того, изделия часто получаются с неравномерной прочностью по толщине, с большим количеством дефектов [2, с.3].
В исследованиях [3] и [4] установлено, что указанные недостатки можно устранить за счет предварительной активации прессуемой полимерной композиции микроволновой энергией перед вулканизацией.
Разработка современной порошковой технологии изготовления резино-волокнистых изделий из отходов шин с использованием микроволнового излучения проводилась на кафедре «ВТПЭ» Волжского политехнического института филиала ВолгГТУ и ЗАО «Волжский регенератно-шиноремонтный завод».
Предварительно резиновую крошку фракции не более 0,8 мм вместе с текстильным волокном смешивали в лопастном смесителе с серой и ускорителями вулканизации. Затем подвергали воздействию микроволнового излучения по выбранному режиму и вулканизовали в специальной плунжерной пресс-форме при 4-х кратном уплотнении порошковой смеси на гидравлическом прессе ВП-400-100 2Э при температуре 150 ˚С в течение 15 минут при давлении 40 МПа.
Изготовление резино-волокнистых изделий по порошковой технологии из продуктов переработки изношенных шин показало эффективность использования микроволнового облучения. Показано повышение эффективности вулканизации за счёт дополнительного образования химических связей, которое приводит к снижению времени вулканизации, повышению прочности и однородности изделий.
Был выбран оптимальный режим воздействия микроволновым излучением резиновой крошки с измельченным волокном, который не допускал деструкцию полимера. Разработан «импульсный» процесс активации резино-волокнистой композиции микроволновым излучением, который заключается в воздействии последовательными короткими импульсами длительностью по 12 секунд с перерывами различной длительности. Режимы ДВ 75, ДВ 60 и ДВ 45 имеют отношение общей длительности импульсов микроволнового излучения к общему времени обработки 75%, 60% и 45% соответственно. Для режима ДВ 100 установлена непрерывная подача микроволновой энергии. График мощности и длительности импульсов микроволнового излучения при различных режимах обработки представлен на рис. 1.
Такой подход к активации резиновой крошки микроволновым излучением позволяет разогреваться частицам технического углерода медленнее и в результате чего, тепловой поток более равномерно передается от частиц наполнителя к окружающим их молекулам каучука.
Рисунок 1. График мощности и длительности импульсов микроволнового излучения при различных режимах обработки: ДВ 100, ДВ 75, ДВ 60 и ДВ 45.
Исследования процесса активации импульсным микроволновым излучением резиновой крошки на основе неполярных каучуков с измельченным волокном показали, что:
- нагрев в основном зависит от типа и содержания наполнителей в исходной резиновой крошке, сам неполярный каучук не нагревается;
- процесс активации резиновой крошки проходит очень интенсивно и может перейти в пиролиз;
- процессом активации можно управлять, изменяя интенсивность микроволнового излучения по отработанному алгоритму.
Исследования процесса активации микроволновым излучением резиновой крошки на основе неполярных каучуков с измельченным волокном показали, что снижение доли времени подачи импульсов относительно общего времени воздействия СВЧ излучения до 75 — 60 % (ДВ 75 и ДВ 60), при той же мощности, позволяет получить повторные вулканизаты с большей прочностью и отодвигает во времени момент появления признаков деструкции резиновой крошки.
Разработанный процесс активации резиновой крошки на основе неполярных каучуков, подтверждается практическими данными представленными на рис. 2.
а) б)
Рисунок 2. Изменение условной прочности (σ) при растяжении армированных (а) и неармированных (б) повторных вулканизатов от времени (t) воздействия СВЧ энергии при различных режимах обработки:
1 — ДВ 100, 2 – ДВ 75, 3 – ДВ 60, 4 — ДВ 45.
В результате исследований разработана теоретическая модель разогрева и активации композиции из резиновой крошки на основе неполярных каучуков и текстильного волокна.
Таким образом, разработанная пресс-порошковая технология изготовления резиновых изделий с использованием предварительной импульсной активации микроволновым излучением резиновой крошки с измельченным волокном, позволяет получать качественные и недорогие изделия, обладающие повышенной прочностью, каркасностью, а также исключить дорогостоящее энергоемкое оборудование, и при этом полностью утилизировать резинотекстильные отходы.
Использование порошковой технологии с предварительной активацией прессуемой композиции импульсным микроволновым излучением можно рекомендовать для изготовления разнообразных формовых резиновых изделий в плунжерных пресс-формах, например: пластины и маты для спортивных стадионов, детских площадок, площадок вокруг бассейнов, покрытий автостоянок, придомовых территорий, массивных резиновых блоков для защиты парковочных областей или бортов морского и речного транспорта и причалов, массивных шин для напольного внутризаводского транспорта и тележек, направляющих роликов различных механизмов, плиты для автомобильных и железнодорожных переездов с улучшенными прочностными характеристиками.
Список литературы:
- Шаховец С.Е., Богданов В.В. Комплексная регенерация шин. СПб: «Проспект Науки», 2008. –198 с.
- Поляков, О.Г. Повторные вулканизаты из резиновой крошки/ Поляков О.Г., Чайкун А.М., Тем.обзор. Сер. «Производство резинотехнических и асбестотехнических изделий», М., ЦНИИТЭнефтехим,1993. – 32с.
- Каблов В.Ф. Использование микроволнового воздействия для изготовления изделий из резиновой крошки / В.Ф. Каблов, А.В. Перфильев, В.П. Шабанова, В.А. Егоров, // Тез. докл. IV–й Всероссийской конференции «Каучук и резина – 2014: традиции и новации» (Москва, 23 –24 апр. 2014 г.) В 2 ч. Ч.2 (Стендовые доклады) / ООО «НТЦ «НИИШП» – М., 2014.
- Каблов В.Ф., Перфильев А.В., Шабанова В.П. Влияние микроволнового излучения на свойства повторных вулканизатов, полученных из резино-текстильных отходов // Фундаментальные и прикладные исследования в технических науках в условиях перехода предприятий на импортозамещение: проблемы и пути решения: сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. – В 2 т. – Т. 1. – Уфа: Издательство УГНТУ, 2015. – с. 225-226.[schema type=»book» name=»ПОРОШКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИНО-ВОЛОКНИСТЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ ИЗНОШЕННЫХ ШИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ» description=»Разработана порошковая технология изготовления изделий из шинной резиновой крошки на основе неполярных каучуков, содержащей текстильное волокно. Для активации процесса и улучшения качества изделий использовали микроволновое излучение. Проведена сравнительная оценка влияния непрерывного и импульсного воздействия микроволнового излучения на свойства повторных вулканизатов.» author=»Виктор Федорович Каблов, Андрей Васильевич Перфильев, Вера Павловна Шабанова, Алексей Андреевич Перфильев» publisher=»Басаранович Екатерина» pubdate=»2016-12-07″ edition=»euroasia-science_30_22.09.2016″ ebook=»yes» ]