Gépészet | Gépgyártástechnológia » Bártfai Ferenc - Műanyagok újrahasznosítása kriotechnológiával

Miskolci Egyetem Műszaki Anyagtudományi Kar Polimertechnológiai Tanszék Féléves feladat Műanyagok újrahasznosítása kriotechnológiával Készítette: Bártfai Ferenc Mak – 504a Miskolc, 2005. Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék . 2 1.Bevezetés 3 2.Szabadalomkutatás 4 2.1Eljárás cement kötőanyagú, vasat és műanyagot is tartalmazó betonhulladék feldolgozására . 4 2.2Ultrahangos kriokés 5 2.3Légsugármalom előnyösen kemény, elasztikus és/vagy hőre lágyuló anyagok finom és/vagy kriogén őrlésére, felületkezelésére . 6 3.Gumiabroncs-hulladékok jellemzése, hasznosítása 7 3.1A gumiabroncs-hulladék mennyisége a világon és Magyarországon 7 3.2A gumiabroncs-hulladék felépítése, szerkezete 8 3.3A gumiabroncs-hulladék hasznosításának módszerei 9 4.Kriogén őrlés 11 4.1Kriogén őrlés a gumihulladékok anyagában történő újrahasznosításáért 11 4.11Részecskeméret csökkentése cseppfolyós nitrogénnel való

ridegítéssel . 12 4.12Nagy felületű finomrészecskék előállítása 13 4.2A használt autóabroncs, mint nyersanyagforrás 14 4.21A felhasználás lehetőségei 16 4.3A részecskemorfológia összehasonlítása 16 5.Charpy féle ütve – hajlító vizsgálat 18 5.1A mérés menete 18 5.11A próbák előkészítése 18 5.2A mérési eredmények, és azok kiértékelése 19 Felhasznált irodalom 21 2 1. Bevezetés A műanyagok újrahasznosítása területén az előkészítési műveletek között az aprítási technológia fejlesztése manapság különlegesen előtérbe került. A nagymérvű fejlesztésnek az oka a műanyagok másodfelhasználásában keresendő. A kommunális céllal előállított poliolefin termékek (palackok, tálcák, stb.) újrafeldolgozása a műanyagipari gyárak környezetvédő programjához illeszkedően erőteljes, így ezen termékek hatékony aprítása nélkülözhetetlen. Új technológiának számít az aprított gumi

félkésztermékek méretének csökkentése nagynyomású vízsugárral működő aprítóberendezésekben. A termoplaszt műanyagok kriotechnológiás porítása viszonylag magas ráfordítási költséghányad mellett valósítható meg, de néhány műanyagcsalád esetében kedvező termelési paramétereket is eredményezhet. Nagy ráfordítási költséggel, de olcsó üzemvitel mellett végezhető a termoplaszt műanyagok aprítása a nagysebességű malmokban, habár a töréshez szükséges ütközési sebességek meghatározása nagymértékben anyagspecifikus. A dolgozatomban a műanyag és a gumiiparban a kriotechnológiás őrlés területén elért kutatásokat próbáltam összefoglalni, továbbá fagyasztásos ütve-hajlító vizsgálatom eredményeit mutatom be. 3 2. Szabadalomkutatás A szabadalomkutatást interneten végeztem, a www.hpohu weboldalon A Magyar Szabadalmi Hivatal Kísérleti Szabadalmi Elektronikus Nyilvántartásban leltem rá az alábbiakban

felsorolt szabadalmakra. 2.1 Eljárás cement kötőanyagú, vasat és műanyagot is tartalmazó betonhulladék feldolgozására Feltaláló:  dr. Szőnyi Zoltán, Budapest (HU), 50%  dr. Kocsis Ferenc, Budapest (HU), 20%  Nagy Zoltán, Zalaegerszeg (HU), 14%  dr. Oldengott, Michael, München (DE), 8%  Fisher, Johann, München (DE), 8% Ügyszám: P9303043 Bejelentés napja: 1993.1027 Kivonat (közzétételi): A találmány szerinti eljárás elsősorban beton- és vasbeton építési hulladék feldolgozására szolgál. Az eljárás lényege az, hogy a beton- és vasbeton hulladékot kriogén hőmérsékletre hűtve porítjuk, majd különböző fizikai eljárások segítségével az alkotókat különválasztjuk. A különválasztott alkotókat ez után tömörítés és más eljárások segítségével olyan állapotba hozzuk, hogy azok alkalmasak legyenek vaskohászati, porkohászati, építőanyagipari és műanyagipari feldolgozásra, illetve

újrahasznosításra. 4 A találmány szerinti az eljárás, hasonló módon felhasználható használt gépkocsi gumiabroncsok, valamint műanyag hulladék feldolgozására és a kinyert anyagok különböző iparágakban történő újrahasznosítására is. 2.2 Ultrahangos kriokés Feltaláló:  Paramonov, Alexandr Ivanovich, Tomsk (SU)  Soloviev, Valery Ivanovich, Tomsk (SU)  Paramonova, Ljutsis Mikhalovna, Tomsk (SU)  Alperoivch, Boris Iliich, Tomsk (SU)  Tjulkov, Gennady Ivanoivch, Tomsk (SU) Ügyszám: P8702413 Bejelentés napja: 1987.0526 Kivonat (közzétételi): A találmány szerinti ultrahangos kriokésnek háza, abban lerendezett ultrahangos rezgéskeltője, vágókészüléke, a keltett ultrahangos rezgést a vágókészülékre átvivő transzformátora, valamint hűtőközeg bevezető és hűtőközeg elvezető csővezetékkel, ellátott csöves hőcserélője van, amely a vágandó szövetet az ultrahangrezgéseket tartalmazó

vágókészülék és a szövet érintkezési tartományában mélyhűti. A továbbfejlesztés értelmében a vágókészülék és a csöves hőcserélő között hőszigetelő légrés van kialakítva, amellyel biztosítható egyrészt a szükséges fagyasztóhatás, másrészt a vágókészülék vágóélének pozitív hőmérséklete. 5 2.3 Légsugármalom előnyösen kemény, elasztikus és/vagy hőre lágyuló anyagok finom és/vagy kriogén őrlésére, felületkezelésére Feltaláló:  Csillag Zsolt, Budapest (HU), 20%  dr. Tóth Pál, Budapest (HU), 4%  Szentgyörgyi Géza,Budapest(HU),10%  Mozál János, Érd (HU), 3%  dr. Solymár Károly, Budapest(HU),9%  Legát Tibor, Budapest (HU), 3%  Szabó Bálint, Ajka (HU), 8%  Lajtai Béla, Diósd (HU), 3%  dr. Kálmán Tibor, Budapest (HU), 8%  dr. Zsemberi László,Budapest HU),3%  Sitkei Ferenc, Ajka (HU), 8%  Steiner János, Budapest (HU), 3%  dr. Valló

Ferenc, Ajka (HU), 8%  Czafit Sándor, Ajka (HU), 3%  Rosenmann Ferenc, Budapest(HU), 4%  Molnár Gábor, Ajka (HU), 3% Ügyszám: P8501272 Bejelentés napja: 1985.0403 Kivonat (közzétételi): A találmány előnyösen kemény, elasztikus és/vagy hőre lágyuló anyagok finom vagy kriogén őrlésére és adott esetben őrlés közbeni felületkezelésére alkalmas előőrlő kamrás belső osztályozóval ellátott energiatakarékos légsugármalom. A találmány szerinti malom jellemzője, hogy az előőrlő kamrák az őrlőtérhez előnyösen három vagy több érintő irányú befúvó csatornával, valamint anyagvisszavezető csatornával csatlakoznak, az őrlőtérben a kerületi őrlőfúvókák szimmetrikusan, kör mentén helyezkednek el és számuk előnyösen a belövő fúvókák számának kétszerese. 6 3. 3.1 Gumiabroncs-hulladékok jellemzése, hasznosítása A gumiabroncs-hulladék mennyisége a világon és Magyarországon A világ

gumiipara 12-15 millió tonna nagyobbrészt szintetikus, illetve kisebb hányadban természetes kaucsuk felhasználásával évente hozzávetőlegesen 30 millió tonna gumiterméket állít elő, amelynek 45-50 %-a gumiabroncs. Így a becslések szerint, legalább 10 millió tonna hulladékabroncs „keletkezik” évente, amely nem kizárólag a várakozásoknak megfelelő „passzív környezetszennyezést” okozhat, mivel ha begyullad szinte elolthatatlan a tüze és a képződő füst is súlyos károkhoz, mérgezésekhez vezethet. Magyarországon évente mintegy 45-50 ezer tonna autógumihulladék keletkezik, és− a Magyar Gumiipari Szövetség becslései szerint− közel 250300 ezer tonnányi használt gumiabroncs vár hasznosításra 1. ábra Gumiabroncs-hulladék Egyelőre jórészt hiába: az utóbbi 5 évben csupán 41ezer tonnát sikerült feldolgozni. Az új autógumi megvásárlásakor 1995 óta termékdíjat fizetünk 2002-től a jogszabály a fizetés alóli

mentességet is lehetővé teszi megfelelő hasznosítási arány elérése esetén. 2004 májusától egységesült a termékdíj, azaz mind a használt, mind az új gumiabroncsok után kilogrammonként mintegy 90 forintot kell fizetni. A rendszer működése alatt összesen 4,6 milliárd forint állami bevétel keletkezett a gumik termékdíjából, ám ebből csupán 835 milliót költöttek a használt gumik begyűjtésének és feldolgozásának. Egyértelmű az, hogy az adóként kezelt, az állami bevételek 7 gyarapítására használt termékdíjak nem fogják megoldani a használt gumiabroncsok problémáját. 3.2 A gumiabroncs-hulladék felépítése, szerkezete A gumiabroncs, más néven kerékköpeny vagy pneumatik a járművek úttesten, illetve pályán gördülő kerékszerkezetének rugalmas, gumiból vagy műgumiból előállított része, amely különféle kiegészítő és segédanyagok mellett természetes és/vagy szintetikus kaucsukból áll. Köztudott

az, hogy az abroncs igen bonyolult felépítésű, négy-öt, egyenként hat-nyolc komponensből álló térhálósított kaucsukkeverék, valamint fém vagy műanyag erősítő szálkombináció található benne. Az abroncsok nagy szilárdságú, erősített térhálós rendszereknek tekinthetők és érdekes, hogy bár próbálkozások vannak, de ma még senki sem mert piacra dobni közúti járművekre szerelhető termo-plasztikus (hőre lágyuló, így könnyebben feldolgozható) elasztomereken alapuló abroncsokat. A háromdimenziós szerkezettel rendelkező gumiabroncsok nem oldhatók, nem olvaszthatók, kizárólag duzzadnak megfelelő oldószerekben, amíg az úgynevezett termo-plasztikusak oldódnak és olvadnak. Ennek következtében mechanikai hatásokkal szemben még hulladékként is szükségszerűen igen ellenálló rendszer hasznosítása, az eddigi tapasztalatok alapján gazdaságosan nehezen oldható meg. Nem meglepő ezért az, hogy sok országban, így

hazánkban is a termékdíj rendszeren keresztül már akkor egy bizonyos összeget kell fizetni a hulladékká váló abroncs kezeléséhez történő hozzájárulásként, amikor egy új abroncsot vásárolunk. A gumiipar részben úgy próbál meg eleget tenni a környezetvédelmi követelményeknek, hogy egyre nagyobb futásteljesítményű abroncsokat fejleszt ki. Végeredményben a hulladékgazdálkodási szempontokat tekintve ez az elsődleges prevenció. Ha ezek a fejlesztések nem lennének, akkor még sokkal több hulladékabroncs csúfítaná, szennyezné és veszélyeztetné a környezetet. Harminc éve az átlagos futásteljesítmény 20-30 ezer kilométer volt, amíg ma már a jobb termékeknél ez a szám eléri a 80-100 ezer kilométert. 8 3.3 A gumiabroncs-hulladék hasznosításának módszerei  újrafutózás  pirolízis  cementműben történő feldolgozás  őrleménykészítés A gumiőrlemény hasznosításán alapuló módszerek zömmel a

fizikai jellegű újrafeldolgozáshoz közeli eljárásoknak tekinthetők, bár bizonyos igényesebb „felületkezeléses” megoldásoknál új kémiai kötések is kialakulnak. Az abroncs egy szilárd építésű, mechanikai hatásoknak nagyon jól ellenálló konstrukció, hiszen a felhasználási körülmények épp ennek a megvalósítását igényelték. A másik oldalon ez viszont annyit jelent, hogy nehéz az abroncs felvágása, az acél és gumirészek különválasztása. A felhasználhatóság szempontjából fontos tényező az őrlemény szemcsemérete, általában elmondható, hogy minél finomabb a szemcseméret, annál igényesebb felhasználási területek nyílnak meg az őrlemény előtt. Ugyanakkor az is ismert, hogy igazán finom őrleményt csak az üvegesedési hőmérséklet alatt lehet egy gumiból készíteni, így lehetőség szerint az alacsony hőmérsékletű (-50-60 °C) kriogén őrlést kellene alkalmazni, ami viszont igen költséges eljárásnak

számít. Az őrlési eljárással kapcsolatban meg kell említeni, hogy a folyamattal gyakran együtt járó elektrosztatikus feltöltődés és a mechanokémiai degradációs folyamatok szabadgyökös jellege miatt gyakoriak az őrlés közben bekövetkező súlyos veszélyeket, károkat okozó tüzek is. Legszínvonalasabb, így egyben legdrágább termékek speciálisan felületkezelt finomszemcséjű őrleményekből készülnek, amelyek segítségével kitűnő új abroncs futófelületek alakíthatók ki. A kezeletlen finom őrlemény 5-10 %-ban bekeverhető különböző gumi, illetve műanyag rendszerekbe (gumiszőnyegbe, rezgéscsillapító alátétekbe, hidak dilatációs szerkezeteibe). Ezen kívül ismertek még azok a kombinációk, amikor a termékek uretánokkal együtt sportpályák rugalmas burkolataiként használhatók. A gumiőrlemény mennyiségét tekintve potenciálisan a legígéretesebb területnek tekinthetők az útépítésben alkalmazott

gumiőrleményaszfalt, illetve bitumen rendszerek. Elég régóta felismerték azt, hogy útépítési célokra 9 a „bitumen-őrlemény” keverékek használhatónak látszanak− a bitumen és a szintén olajszármazék gumi, jól összefér− és figyelembe véve az abroncsok, így az őrlemény mennyiségét az útépítést ideális területnek tekinthetnénk, hiszen képes felvenni az összes hulladékabroncsot. Egy különleges technika segítségével a gumiőrleményből habosított szigetelőanyagok, illetve szigetelő fóliák is gyárthatók. 2. ábra Gumiőrlemény 10 4. Kriogén őrlés A kriogén őrlés segítségével igen finom szemcseméretű műanyagőrlemény állítható elő. A módszer felhasználható arra is, hogy különböző módon őrölhető anyagokat elválasszanak egymástól. Ismert, hogy a PET alacsony hőmérsékleten is csak durva szemcséket ad, míg legveszélyesebb szennyezője, a kemény PVC finom porrá őrölhető, így

keverékük az őrlés után egyszerű szétszitálással elválasztható. Érdekes megoldás az is, ami a műanyagok elektrosztatikus feltöltődésén alapul. A módszer lényege az, hogy ha két polimer egymással szemben töltődik fel, akkor az egyik pozitívvá, a másik negatívvá válik. A töltéseltérés alapján a komponensek elkülöníthetők. Más kérdés az, hogy az elválasztás nagyon bonyolulttá válik sokkomponensű vagy antisztatizált anyagokat is tartalmazó műanyagkeverék esetében. Az eltérő termikus jellemzők is, mint például a lágyuláspont, felhasználható PET-PVC rendszerek szétválasztására. Ennek során a megfelelő hőmérsékletű fémdobra vagy szállítószalagra a PVC vagdalék rátapad, amíg a PET nem. Különböző spektroszkópiai módszerekről (infra és röntgenfluoreszcencia) is igazolták már azt, hogy alkalmasak a különböző műanyagok elválasztására. A mérés ugyan nagymértékben felgyorsítható, akár egy

ejtőcsőben is elvégezhető néhány tized másodperc alatt, de a tapasztalatok szerint leginkább nagyobb tárgyaknál, pl. palackoknál használható 4.1 Kriogén őrlés a gumihulladékok anyagában történő újrahasznosításáért A használt autógumik és gumihulladékok (3. ábra) fizikai újrafeldolgozása – gyártás során való újrafelhasználása – sokkal kedvezőbb, mint pusztán az energiatartalom visszanyerése (pl. elégetés cementgyárakban) Az újrafeldolgozott guminak azonban szigorú követelményeket kell kielégítenie ahhoz, hogy kiváló minőségű termékek gyártására legyen alkalmas. Nagy értékű termékekhez az iparnak 100 és 500 μm közötti méretű és nagyon nagy fajlagos felületű porszemcsékre van szüksége. Ilyen finom porszerű őrlemények előállítása kizárólag kriogén (mélyhűtéses) őrlés útján lehetséges. Mindezidáig azonban a nagy felület kizárólag környezeti hőmérsékleten történő

őrléssel volt elérhető (4. ábra) 11 3. ábra Gumihulladékok 4. ábra A kriogén és a környezeti hőmérsékleten történő őrlés eloszlásgörbéje 4.11 Részecskeméret csökkentése cseppfolyós nitrogénnel való ridegítéssel Az őrlendő alapanyag ridegítésével az őrlési teljesítmény drasztikusan növelhető és az őrlési energia csökkenthető. A gyártókapacitás 2–4-szeresére való növekedése ezt a gázalkalmazást különösen gazdaságossá teszi főleg hosszú gyártási folyamatok esetén. A MESSER cég Cryogen® őrlőberendezései ezeket az előnyöket a legkorszerűbb feldolgozási technológiával ötvözik: az őrlendő anyag az adagológaratból automatikus adagoló berendezésen keresztül az előhűtőbe kerül, ahol beinjektált cseppfolyós nitrogénnel lehűtik. Innen a lehűtött anyag a gáz halmazállapotú nitrogénnel együtt egy csapos malomba kerül. Egy speciális vezérlés szabályozza a hőmérsékletet, a

nitrogén adagolását pedig egy adagoló egység végzi (5. ábra). 12 5. ábra Nitrogénnel hűtött csapos malom Teljesítmény jellemzők: kapacitás: ~1,000 kg/h; LNG felhasználás: ~1,2 kg/kg; névleges teljesítmény: 150 kW; szemcseméret: D90= 310 µm; D50=180 µm 4.12 Nagy felületű finomrészecskék előállítása A gumi vulkanizáció során bekövetkezett kémiai térhálósodás következtében az újrafeldolgozott gumi sohasem rendelkezhet „eredeti” nyersanyagokkal azonos jellemzőkkel, ezért jelentősen leértékelésre kerül. Gyakorlatilag ez azt jelenti, hogy az újrafeldolgozott gumi kizárólag új keverékek töltőanyagaként használható. Így a gumihulladék rendszerint őrléssel kerül újrahasznosításra, nagy felületű finom szemcsézetű porok formájában. Napjainkig nagy fajlagos felület kizárólag olyan környezeti hőmérsékletű őrlési eljárásokkal volt elérhető, melyek esetén az 500 mikronnál kisebb szemcseméretű

részecskék részaránya túl alacsony volt. A teljesítmény és a finomrészecskék arányának növelése érdekében a recirkulációs rendszerekkel ellátott csapos malmokat (5. ábra) a MESSER cég Cryogen® hűtő berendezéssel szerelte fel. Ezekben a berendezésekben a granulátumot cseppfolyós nitrogénnel –150°C-ra lehűtve ridegítik, majd sima felülettel rendelkező finomporrá őrlik (6. ábra) A két őrlési módszer előnyeinek kiaknázása érdekében a hűtési és őrlési fázisokat szét kell választani. A finomrészecskék nagy része a gumi granulátum 13 előhűtőben való ridegítése közben kerül előállításra. A termék ezután egy speciálisan adaptált forgórendszerű malmon halad át. A malomból kijövő termékre a 15°C vagy magasabb hőmérséklet, a finomrészecskék nagy részaránya és nagy fajlagos felület jellemző. 4. ábra A kriogén őrlés technológiai folyamata Teljesítmény jellemzők: kapacitás: ~1,350 kg/h; LNG

felhasználás: ~0,75 kg/kg; névleges teljesítmény: 400 kW; szemcseméret: D90= 350 µm; D50=220 µm 4.2 A használt autóabroncs, mint nyersanyagforrás Az egyik lehetőség az abroncs alkotórészeire való bontása (gumiőrlemény, acél és textilszál). A gumi szétválasztásához kriogén (cseppfolyós nitrogénben végzett) 14 őrlést kell alkalmazni. Hagyományosan a használt abroncsokat pirolízissel vagy égetéssel ártalmatlanították. A pirolízis során szerves olajok, gázok és korom képződnek, de a folyamat energiaigényes. Mivel a keletkező kormot csak meglehetősen drágán lehet aktív szénné alakítani, az eljárás sem gazdaságilag, sem környezeti szempontból nem túl előnyös. Ennél nem rosszabb a cementművekben történő elégetés sem, hiszen ott közvetlenül használják ki a szerves anyagok fűtőértékét. Egy a szomszédos Ausztriában beindított üzem „meleg” és hideg őrlési eljárások kombinációját használja az

abroncsok hasznosításában. Az abroncsok mintegy 65% gumit, 30% acélt és 5% kordszövetet tartalmaznak. A személyautók abroncsaiban kevesebb az acél, és valamivel több a textília, a teherautókéban az arány fordított. A gumik összetétele sem egészen egyforma: az erős igénybevételnek kitett teherautó-abroncsokban több a természetes kaucsuk, a személyautókéban a műkaucsukok (pl. sztirol-butadién) dominálnak. Ha a teherautó-abroncsok acélerősítését nem távolítják el, az károsíthatja az aprítóberendezéseket. Az eltérések miatt az ausztriai üzemben elkülönítve és más berendezéseken dolgozzák fel a személyautók és a teherautók abroncsait. Az első lépés mindkét esetben azonos: szobahőmérsékleten („melegen”) tenyérnyi nagyságú darabokra vagdalják az autógumikat, amit további darabolás, majd méret szerinti szitálás követ. A vastartalmú komponenseket mágnessel, a könnyű textilalkotókat lefúvással

különítik el. A „meleg” granulálás eredménye kb. 4 mm átlagos átmérőjű gumiőrlemény Ezt követi egy alacsony hőmérsékleten (cseppfolyós nitrogénnel –100 °C-on) kriogén hűtés alatt végzett további őrlés. Erre azért van szükség, mert a gumi csak üvegesedési hőmérséklete alatt válik elég merevvé ahhoz, hogy mechanikailag darabolni lehessen. Ilyen feltételek mellett a gumi kb. 0,25 mm átmérőjű szemcsékre őrölhető A szemcseméreteloszlás valamennyire befolyásolható a hűtés mértékével. Az utolsó lépésben eltávolítják a még megmaradó acél- és textilmaradványokat, az előbbit dobmágnesekkel, az utóbbit finom szitákkal. Mindennek eredménye-ként 99,9%-os elválasztási hatásfokot lehet elérni. 1 tonna gumiőrlemény elő-állításához mintegy 1,5 tonna cseppfolyós nitrogént használnak fel. 15 4.21 A felhasználás lehetőségei A 30 ezer tonna feldolgozott abroncsból mintegy 18–20 ezer tonna

gumigranulátum képződik, amelyből kb. 6 ezer tonna gumiőrleménnyé alakítható A granulátum és a finom őrlemény nem csak szemcseméretben, hanem felhasználhatóságban is különbözik. A granulátum felszíne szabálytalan, a kriogén őrlés után azonban meglehetősen sima felszínű, nagyjából izometrikus részecskék képződnek. A granulátumot mérete és jellegzetességei miatt inkább sportfelületek gyártásában, hangszigetelésként és padlóadalékként lehet hasznosítani. Használják még olaj megkötésére is, hiszen vizet nem, csak olajat szív fel, és úszik a víz színén, tehát nem okoz további környezetszennyezést. A granulátumot és a finom őrleményt együtt is használják, pl. bevonatok vagy cipőtalpak gyártásához Nagy mennyiségben alkalmaznak gumigranulátumot az útépítésnél asz-altadalékként, mert mintegy felére csökkenti a képződő zajt (ún. „suttogó” aszfalt), jobb az abroncsok tapadása, nagyobb az

aszfalt élettartama (kisebbek a fagykárok), kisebb a fékút. A finom őrleményt újabb gumiabroncsok gyártásánál vagy műanyagadalékként lehet használni, többek között az autóiparban is, pl. ütköző gyártásánál A többi elkülönített alkotórész is hasznosítható: az acél nagyolvasztókban, a textil pedig részben abroncsgyártásban, részben szigetelőanyagként vagy a textilipar más területein. 4.3 A részecskemorfológia összehasonlítása A gumi finom őrlésére szolgáló három versenyképes módszer morfológiájának összehasonlítása céljából képeket készített a MESSER cég elektronmikroszkópos mikrográffal (7. ábra) Az 7a ábrán egy csapos malom által kriogén-őrölt por mikrofelvétele látható. A részecskéket sima és ezért kis fajlagos felület jellemzi Ez a por azonnal önthető, nagy finomrészecske tartalom mellett. Az 7 ábra forgórendszerű malom által őrölt „meleg” (környezeti hőmérsékletű) anyag

mikrográf felvétele. A részecskék nagy felülettel rendelkeznek, alacsony finomrész tartalom mellett. Az 7c ábrán rotációs malomból származó por látható, a hűtési és az őrlési fázis 16 szétválasztásával. Ezeket a porokat a nagy felület és a nagy finomrészecske részarány jellemzi. 7. ábra Különbözõ módszerekkel elõállított õrlemények morfológiájának összehasonlítása (5000-szeres nagyítás). a) – csapos malomban kriogén õrölt anyag; b) – rotációs malomban környezeti hõmérsékleten õrölt anyag; c) – rotációs malomban kriogén õrléssel elõállított anyag 17 5. 5.1 Charpy féle ütve – hajlító vizsgálat A mérés menete A vizsgálat során poliamid6 (PA6) anyagból elkészítettem 10mm x 10mm keresztmetszetű próbatesteket, majd ezeket különféle hőmérsékletre hűtve illetve hevítve Charpy ütve - hajlító gépen eltörtem. Az ütőművön 1J-os kalapácsot használtam. A szerkezeti anyagok

szívósságát vizsgáló eljárások között a leggyakrabban használt módszer, a bemetszett próbatest ütővizsgálata. Az anyag eltöréséhez szükséges ütőmunka nagysága a próbatest keresztmetszetétől, hőmérsékletétől, az ütés sebességétől, a kos súlyától függ, nem az ütőmunkával, hanem fajlagos ütőmunkával jellemezzük. A nagyobb fajlagos ütőmunkájú anyagok jobban bírják az ütést, nehezebben törnek, szívósabbak. Az alkalmazott berendezés ingás ütőmű, mely az eltöréshez szükséges energiát adja meg. A fajlagos ütőmunka az összes munkának a törési keresztmetszettel képzett hányadosa. Kiszámítása: aK= Gr(h0-h1)/A [J/cm2] Gr: A kos és rudazatának a kos súlypontjára redukált súlya (N) h0: a kos kezdeti magassága (m) h1: a kos törés utáni túllendüléséhez tartozó magasság (m) A: a próbatest bemetszésénél jellemző keresztmetszet (cm2) 5.11 A próbák előkészítése Egy PA6 hasábból 4 darab

téglatestet vágtam körfűrésszel. Majd marózással a felületét kiegyenlítettem, ezzel megkapta végleges méretét is: 10x?x70 mm. A marózás után 2mm-es bemetszéssel láttam el a téglatesteket és feldaraboltam 10x10x? mm méretűre. A vizsgálatokat kilenc hőmérsékleten kellett elvégeznem A legmagasabb +150°C, a legalacsonyabb -193°C volt. A +100, +120 és a +150 °C-os darabokat vákuumszárítóban hevítettem a megadott hőmérsékletekre. A szárítóban a darabok minden hőmérsékleten 15 percig hevültek, majd gyors kivétel után végeztem 18 el a kisérleteket. A szuperfagyasztóban és a háztartási hűtő fagyasztójában több órán keresztül hűltek a próbák, a folyékony nitrogénben, 5 percen keresztül voltak a darabok. Az olvadó jégben és a +60°C-os vízben 10 percig hagytam a próbatesteket, hogy felvegyék a megfelelő hőmérsékletüket. A mérés során az alábbi berendezéseket, eszközöket illetve anyagokat használtam: 

hőmérő  olvadó jég (0°C)  folyékony nitrogén(-193°C)  háztartási hűtő fagyasztója(-10°C)  szuperfagyasztó(-40°C)  vákuumszárító(+100°C; +120°C; +150°C) 5.2 A mérési eredmények, és azok kiértékelése Méret cm2 Hőmérséklet °C 150 120 100 60 20 0 -10 -40 -193 3. p Átlag méret cm2 10 9,9 10,197 9,999 9,996 10,1 9,801 10,2 9,999 10 9,8 10,3 10 10,098 10,098 10,2 10,2 10,201 10 10,1 10 10 10,1 10 9,8 10,2 10,201 10,03 10,03 10,00 10,03 10,07 10,20 10,03 10,03 10,07 1. p 2. p Fajlagos ütőmunka J/cm2 1. p. 2. p. 3. p. 1. p 2. p 3. p Átlag fajlagos ütőmunka J/cm2 8,8 7,8 6,5 3,3 2,2 2 1,8 1,9 1,8 9,5 7,9 6,2 2,9 2 1,8 1,8 1,9 1,6 8,9 7,5 6,6 2,9 2 1,7 1,7 1,4 1,8 0,880 0,780 0,663 0,330 0,220 0,196 0,180 0,190 0,184 0,960 0,790 0,608 0,296 0,198 0,176 0,178 0,188 0,157 0,873 0,743 0,660 0,282 0,198 0,167 0,170 0,140 0,176 0,904 0,771 0,644 0,302 0,205 0,180 0,176 0,173 0,172 Ütőmunka J 1. táblázat Mérési

eredmények 19 Átlagos ütőmunka a hőmérséklet függvényében 10,00 9,00 Átlagos ütőmunka 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 150 120 100 60 20 0 -10 -40 -193 Hőmérséklet 1. digram A mérési eredmények igazolják, hogy a PA6 anyag szobahőmérsékleten (20°C) és a folyékony hőmérsékleteken nitrogén nagyon hőmérsékletén hasonló ütőmunka (-193°C), értékeket valamint mutatott. a közbenső Az anyag melegítésével a próbák növekvő ellenállást mutattak, az ütőmunka nőtt. Ez azt jelenti, hogy a PA6 szobahőmérsékleten és az annál kisebb hőmérsékleteken nagyon rideg. A 2. táblázatból kiderül, hogy a PA6 üvegesedési hőmérséklete nagyon messze van a 50°C-tól, tehát azért nem mutatott kisebb ütőmunkát alacsonyabb hőmérsékleten, mert a fagyasztásos vizsgálatokat csak akkor érdemes elvégezni, ha az anyag üvegesedési hőmérséklete -50°C alatt van. 20 Anyag Sűrűség g/cm3

Üvegesedési hőmérséklet °C LDPE 0,92 - 100 HDPE 0,96 - 70 PP 0,90 - 32 PA6 1,13 + 40 2. táblázat Néhány műanyag sűrűsége és üvegesedési hőmérséklete 21 Felhasznált irodalom Dr. Czél György, Janovszky Dóra Különleges előkészítési technológiák a műanyag és gumiiparban Műanyag és Gumi (2005. 7 szám) Kriogén õrlés a gumihulladékok anyagában történõ újrahasznosításáért Dr. Bánhegyi György Műanyagok és környezet A kiselejtezett gumiabroncsok anyagának hasznosítása Dr. Fehér László Hulladékgumi és fáradtolaj hasznosítása 22