Зависимость механических показателей композиционных строительных материалов на основе глинистого сырья с использованием отходов полиэтилена от температуры и времени обработки

ЗАВИСИМОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОМПОЗИЦИОННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ ПОЛИЭТИЛЕНА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВРЕМЕНИ ОБРАБОТКИ

Даваасенгэ С.С. (ИПНГ СО РАН, г. Якутск, РФ)

This paper presents the results of the experimental data obtained in the development of production technologies of composite building materials based on local raw clay with polyethylene waste. Investigated the effect of temperature and time of treatment on the compressive strength of the samples. The optimum temperature-time regime for the manufacture of composites has been established.

В настоящее время пластические материалы являются лидером по уровню ежегодного прироста производства продукции, в связи с этим катастрофически быстро растет число полимерного мусора. В общей массе полимерных отходов значительную часть занимают полиэтилены высокой и низкой плотности. Необходимость утилизации полимерных отходов, в частности полиэтиленов, является одной из наиболее острых проблем современной цивилизации. Важным направлением в утилизации отслуживших свой срок полиэтиленов является их рециклирование, т. е. переработка с получением материалов, продуктов или изделий, пригодных для дальнейшего использования [1].

Целью данной работы было исследовать влияние температурно-временного режима обработки композиционных строительных материалов на основе местного глинистого сырья с использованием отходов полиэтилена.

Предлагаемый в работе технологический подход предусматривает изготовление изделий методом полусухого прессования и дальнейшей термообработкой вне формы при температурах плавления полимера. Отличительной особенностью рецептуры композита является разделение функций ингредиентов – на этапе формования в качестве связующего выступает глина, обеспечивающая возможность термообработки изделий в свободном состоянии. После термообработки и последующего спекания в качестве связующего выступает застывший расплав полиэтилена, который будет обеспечивать необходимый уровень физико-механических свойств готового изделия.

Для проведения исследований были выбраны глинистое сырье Ой-бесского месторождения РС(Я) и отходы полиэтиленовой пленки. Глинистое сырье Ой-бесского месторождения обладает удовлетворительной формовочной способностью, средней пластичностью, а также характеризуется малой чувствительностью к сушке, малой воздушной и общей усадками [2].

По результатам предварительных исследований были установлены базовые технологические параметры для изготовления изделий методом полусухого прессования: давление прессования 10 МПа, формовочная влажность 8 масс. %.

Для испытаний были изготовлены цилиндрические образцы высотой и диаметром 53 мм следующего состава: отходы ПЭ пленки – 20 масс. %; глина – 72 масс. %; вода –8 масс. %.

Для композиционных материалов из отходов полиэтилена наблюдается сильная зависимость механических показателей от температурно-временных режимов термообработки . При выборе режима термообработки были в первую очередь учтены такие факторы, как температура плавления полиэтилена и низкая теплопроводность глинистого сырья, а так же объемный фактор. Чтобы добиться равномерного распределения связующего полиэтилена внутри композита время выдержки при конечной температуре составляло от 6 до 8 ч., термообработка образцов проводилась в диапазоне температур 160°С -200°С.

σ_сж, МПа

t выд., ч.

Рисунок 1- Зависимость предела прочности при сжатии от температуры и времени выдержки

Установлено, что эффективными параметрами управления механическими свойствами разработанных композиционных материалов являются температура и продолжительность термической обработки. Варьируя эти параметры, возможно, получить композиционные материалы с использованием отходов полиэтилена с заданными механическими свойствами. Наиболее высокие показатели прочности на сжатие достигаются при следующих режимах термообработки материалов: температура спекания 180^оС, продолжительность термической обработки – 8 ч. (рис.1). Поднятие температуры спекания выше 180^оС приводит к выгоранию полиэтилена на поверхности образцов.

Литература

1. Пластмассовые отходы, их сбор, сортировка, переработка, оборудование // Пластические массы. – 2001. – № 12, 48 с.

2. Лошанина О.Н., Слепцов С.К. Безобжиговые стеновые материалы и изделия из глинистого сырья Якутии // Матер. межвуз. научно-практич. конф. «Актуальные проблемы производства строительных материалов, изделий и конструкции». – Якутск: ЯФ изд-ва СО РАН: 2001. -118 с.