Текст завершено

УНІВЕРСИТЕТ ВАЛАДОЛІД

Школа ПРОМИСЛОВИХ ІНЖЕНЕРІВ

Диплом інженера в галузі промислових технологій

Механічний аналіз полімерного матеріалу ПЕТ

з пластикових пляшок

Автор:

Вільяфаньє Кальво, Ірен

Вихователь:

Франциско Хав'єр Сантос Мартін

CMeIM - інженерна область

Виробничі процеси

Резюме

Ця робота вивчає механічну стійкість полімерного матеріалу ПЕТ за допомогою випробувань на розтяг. Було розглянуто шість різних сценаріїв: нерозкладений матеріал, водна деградація (у прісній та солоній воді), термічна деградація (при високих та низьких температурах) та деградація ультрафіолетовим світлом. Змінними в процесі створення зразка є: орієнтація зрізу, процес різання (лазером та гільйотиною) та застосування чи ні термообробки. Результати наочно демонструють хороші механічні властивості цього матеріалу, навіть після його деградації, тому він представляє великий потенціал для нової системи переробки, заснованої на збереженні фізичної цілісності пластикових матеріалів. Для досягнення цієї нової системи переробки необхідні зміни у виробництві матеріалу, а також у моделях переробки та законодавстві.

механічний

Індекси

Покажчик змісту

Покажчик змісту. 4

Індекс цифр. 6

Індекс таблиці. 8

1. Вступ . 9

2. Бібліографічна пам’ять. одинадцять

2.1. Пластмаси одинадцять

2.1.1. Виробництво, використання та утилізація. одинадцять

2.1.2. Пластмаси в навколишньому середовищі. 14

2.2. ПЕТ-пляшки. 22

2.2.1. Поліетилентерефталат (ПЕТ). 22

2.2.2. Виробництво ПЕТ-пляшок. 2. 3

2.2.3. Переробка ПЕТ-пляшок. 27

3. Методи та матеріали. 3. 4

3.1. Стандарт ISO. 3. 4

3.2. Зразок дизайну. 35

3.3. Деградація зразків. 39

3.3.1. Деградація води. 39

3.3.2. Деградація УФ-світла. 40

3.3.3. Термічна деградація. 41

3.4. Процедура випробування. 42

4. Результати. 43

4.1. Обробка результатів. 43

4.1.1. Перетворення одиниць. 43

4.1.2. Номенклатура результатів. 44

4.2. Довідкові зразки. Чотири. П’ять

4.2.1. Довідкові зразки 1 - Лазер. 47

4.2.2. Довідкові зразки 2 - Гільйотина. 48

4.3. Деградовані зразки. п'ятдесят

4.3.1. Модуль Юнга. п'ятдесят

4.3.2. Подовження межі текучості. 53

4.3.3. Напруга врожайності. 56

4.3.4. Подовження точки розриву. 59

4.3.5. Точковий стрес. 62

4.3.6. Підсумок результатів. 65

5. Обговорення. 67

6. Економічний аналіз. 71

6.1. Прямі витрати. 71

6.2. Непрямі витрати. 72

6.3. Загальні витрати. 72

7. Висновки. 73

Індекс цифр

Рисунок 1. Розподіл продукції протягом усього життя у восьми галузях промисловості. Графік відповідає нормально-часовому розподілу. Осі: функція ймовірності розподілу (PDF) та роки (роки). Легенда: упаковка; споживчі та промислові товари; інші та текстиль;

електрична та електронна; транспорт; машинобудування; будівництво та будівництво. (Гейєр та ін

Рисунок 2. Виробництво пластмас у Європі (EU28 + NO/CH) та у світі (PlasticsEurope 2016) 12 Рисунок 3. Попит на пластмаси у основних секторах ринку. Легенда: сільське господарство, електроенергія та електроніка: автомобільна: будівництво та будівництво; упаковка; інші. (PlasticsEurope 2016). 13

Рисунок 4. Виробництво, використання та глобальне призначення полімерних смол, синтетичних волокон та добавок (1950-2015; MMT). Легенди: Первинне виробництво; запас у використанні; викинутий; кремований; перероблений; вторинний. (Geyer et al. 2017). 14

Рисунок 5. Глобальна карта з затіненням кожної країни згідно з масовою оцінкою неконтрольованих пластикових відходів (у MMT), що утворилися в 2010 році на одного жителя в 50 км від узбережжя (Jambeck et al. 2015). п’ятнадцять

Рисунок 6. Результати глобального моделювання щільності заселення пластмас в океанах. дано модельні прогнози для всіх чотирьох класів (0,33-1,00 мм, 1,01-4,75 мм, 4,76-200 мм та> 200 мм) (Eriksen et al. 2014). 17

Рисунок 7. Визначення мікропластиків відповідно до розміру, запропоновані різними авторами (da Costa та ін., 2016). 18

Рисунок 8. Концептуальна модель, що ілюструє потенційний шкідливий вплив різних розмірів пластмас. (da Costa та ін. 2016). 19

Рисунок 9. Зміни у відсотках еластичності поліпропіленових стрічок, що діють на повітрі та плавають у морській воді в затоці Біскейн, Флорида (Andrady 2011). . двадцять

Рисунок 10. ПЕТ-мономер (Awaja and Pavel 2005). 22

Малюнок 11. Полімеризація ПЕТ (Welle 2011). 22

Рисунок 12. Загальний життєвий цикл ПЕТ-пляшок. 2. 3

Рисунок 13. Видувне формування ПЕТ-пляшок (Yang et al. 2004). 24

Малюнок 14. Орієнтація ланцюгів ПЕТ у пляшках. Малюнок змінено з (Billon et al. 2014). 25

Рисунок 15. ПЕТ-пляшки, зібрані в Бразилії, Європі, Японії та США (у 1000 т) (Welle 2011). 28

Рисунок 16. Забруднюючі речовини та їх вплив на обрив ланцюга ПЕТ під час переробки (Парк та Кім, 2014). 29

Малюнок 18. Перероблені гранули ПЕТ різних кольорів. . 31

Рисунок 19. Застосування перероблених ПЕТ-гранул на основі даних (Noone 2008). 31

Малюнок 20. Двоповерховий будинок, створений із цілими ПЕТ-пляшками (Plastic Bottle Village 2017). 32 Рисунок 21. Човен "Пластики", створений із цілих ПЕТ-пляшок (The Plastiki 2017). 33

Малюнок 22. Пластикова коробка, створена з корпусу пляшки. . 33

Малюнок 23. А. Повна пляшка. Б. Поділ на частини. C. Вигнутий пластиковий лист. . 35

Рисунок 24. Порівняння методів різання. A. Гільйотина (ліворуч) B. Лазер (праворуч). 36

Малюнок 25. Зразок типу 2 (527-3 1995). 37

Малюнок 26. Зразок 5 типу (527-3 1995). 37

Рисунок 27. Поміщення зразків у резервуари для води. . 39

Малюнок 28. Баки для води: солона вода (ліворуч) та прісна вода (праворуч). . 40

Малюнок 29. УФ-лампа, що використовується для деградації зразків. . 40

Малюнок 30. Піч, що використовується для деградації зразків. . 41

Малюнок 31. Машина для випробування на розтяг та зразок після випробування. . 42

Рисунок 32. Гістограма середніх значень модуля Юнга для кожного опорного набору. Чотири. П’ять

Рисунок 33. Середні показники врожайності контрольних випробувань. 46

Малюнок 34. Середні точки руйнування контрольних випробувань. 46

Рисунок 35. Набори опорних подовжень на розтяг. Бути . 48

Рисунок 36. Набори опорних подовжень на розтяг. Гільйотина. 49

Рисунок 37. Порівняння модуля Юнга. 51

Рисунок 38. Порівняння подовження межі текучості. 54

Малюнок 39. Порівняння напруження межі текучості. 57

Малюнок 40. Порівняння подовження в точці розриву. 60

Індекс таблиці

Таблиця 1. Класи пластмас, які зазвичай зустрічаються в морському середовищі. (Andrady 2011). 14 Таблиця 2. Оцінки неконтрольованих відходів у 2010 році 20 найбільшими країнами

забруднювачів (в одиницях MMT на рік) (Jambeck et al. 2015). 16

Таблиця 3. Результати моделювання сумарних частинок та їх маси, що плавають в океанах. (Еріксен та ін., 2014). 17

Таблиця 4. Вплив на довкілля 1 кг ПЕТ-пляшок, оброблених різними методами утилізації. (Ncube and Borodin 2012). 26

Таблиця 5. Попит на первинну енергію та глобальне потепління для різних сценаріїв ліквідації. Дані 1000 пляшок. (Gironi and Piemonte 2011). 27

Таблиця 6. Значення категорій, що мають найбільший вплив на виробництво та транспортування гранул ПЕТ та виробництво пляшок. (Gironi and Piemonte 2011). 27

Таблиця 7. Кількість 1000 т ПЕТ-пляшок, зібраних у 2009 р. У Європі, США, Бразилії та Японії. (Welle 2011). 28

Таблиця 8. Ринки ПЕТ-гранул в Європі та США (Napcor 2011; Pentcore 2011) 31 Таблиця 9. Умови випробувань. 36

Таблиця 10. Методи деградації. 39

Таблиця 11. Використані скорочення. 44

Таблиця 12. Результати контрольних випробувань. Чотири. П’ять

Таблиця 13. Порівняння результатів. Модуль Юнга. 52

Таблиця 14. Порівняння подовження межі текучості. 55

Таблиця 15. Порівняння напруження межі текучості. 58

Таблиця 16. Порівняння подовження в точці розриву. 61

Таблиця 17. Порівняння напруги в точці руйнування. 64

Таблиця 18. Середній відсоток різниці кожної розглянутої змінної. Дані у%. 65

Таблиця 19. Середній відсоток різниці кожного розглянутого методу деградації. Дані у%. 66

Таблиця 20. Амортизуючі та неамортизуються витрати на проект. 71

Вступ

Нинішній людський період називали епохою пластики (Козар та ін. 2014). Пластикові матеріали є частиною нашого повсякденного життя, і дуже високий відсоток предметів, які нас оточують, зроблений з цього матеріалу. Простота виробництва та виготовлення разом з їх чудовими механічними властивостями, такими як міцність, вага та довговічність, роблять пластмаси матеріалами з найвищим виробництвом та з переважним використанням у таких галузях, як упаковка та будівництво (Geyer та ін. 2017). Але ці дуже сприятливі властивості мають і дуже негативні наслідки. Саме ці хороші фізичні властивості та ця стійкість роблять пластмаси дуже стійкими до деградації, і що ускладнює їх усунення, коли їх використання закінчується і вони потрапляють у навколишнє середовище.

Довговічність пластмас та їх подальша стійкість до руйнування в навколишньому середовищі призводять до того, що пластикові відходи залишаються в нашому середовищі протягом десятиліть чи століть (Григорій та Андради 2003; Йоакеймідіс та ін. 2016). Деградація залежить від середовища, в якому утилізується пластик: у сухопутному середовищі пластику потрібно багато років, щоб розкластись, тоді як у морському середовищі пластик починає розпадатися на десятиліття, а наслідки ще гірші через різні обставини: ультрафіолетове світло, корозія внаслідок солоної води або градієнтів температури (Copinet та ін. 2004; Тосін та ін.

Існує безліч ініціатив для протидії цій проблемі, і ця робота зосереджена на одній з них, зокрема на дослідницькому проекті, проведеному в Університетський коледж Дубліна

засоби інноваційних та простих рішень, що вимагають низької енергії. Ці рішення повинні не тільки дозволити невеликим громадам виводити свої пластикові відходи за принципами циркулярної економіки, але також повинні заохочувати припинення надходження пластику до океанів, крім того, щоб усунути вже наявні відходи. природи. Конкретною метою представленого дослідження є розрахунок та аналіз фізико-механічних характеристик полімеру ПЕТ (поліетилентерефталату), з яким виготовляються пластикові пляшки. Для цього здійснено збір певного типу ПЕТ-пластикових пляшок; а потім були підготовлені різні зразки на основі трьох змінних: орієнтація зразків щодо корпусу пляшки, спосіб розрізання зразків та термічна обробка, нанесена на матеріал. Вивчено вплив кожної із цих змінних на кінцевий результат. Нарешті, проводяться різні випробування на розтяг і аналізуються результати.

Для проведення експериментів зразки ПЕТ-пластику поділяють на шість різних груп: спочатку деякі зразки визначатимуться як еталон, який визначатиме властивості пластику перед зміною. Згодом матеріал буде систематично деградувати, імітуючи різні дії навколишнього середовища, такі як: деградація в солоній воді або прісній воді, термічна деградація при високих або низьких температурах і, нарешті, деградація під ультрафіолетовим світлом, щоб імітувати деградацію під сонячним світлом. Результати всіх випробувань будуть проаналізовані та порівняні для кількісної оцінки механічних втрат, зазнаних матеріалом внаслідок різних процесів деградації.

Кінцева мета цього дослідження дозволить визначити механічні характеристики ПЕТ-пластичного матеріалу, що використовується у виробництві пластикових пляшок, та проаналізувати, чи є втрата його механічних характеристик внаслідок різних методів деградації.