Technologická jednotka pro úpravu a nového užití ...•PP plněný vlákny získává vyšší...

Technologická jednotka pro úpravu a nového užití základních

složek odpadu pocházejícího z vláknitých polymerních matric a

kompozitů.

21.1.20181

Projekt ověří k tomuto účelu vyvinuté technologické zařízení. Nové technologické

postupy s novou technologií by mělo podstatně změnit dosavadní přístup k odpadům

pocházejících z výroby vláknitých polymerních matric a kompozitů, včetně

kompozitního odpadů pocházejícího z kompozitních profilů s ukončenou životností.

Především se bude jednat o transformací sklolaminátových a uhlíkových matric a

kompozitů.

11 Jaroslav Bačovský1



kompozitů.

2/3/20192

Očekávané výsledky:1) Snížení environmentální zátěže těžko rozložitelných odpadů pocházejících z výrovy polymerních

matric a kompozitů (sklovláknité a uhlíkové materiály) s cílem získání nových materiálových

možností nevyžadující vysokou energetickou náročnost při spolehlivých užitných vlastnostech nových

výrobků, za použití nové progresivní technologie a technologických postupů.

2) Za tímto účelem bude vyvinutá nová progresivní technologie pro potřeby českých podnikatelů, která

jim umožní snížit nároky na odpadové hospodářství. Nový systém v procesu nakládání

s odpady obsahující skelné a uhlíkové vlákno (textilní) a pojiva vyžadující vysokou energetickou

potřebu na jejich výrobu.

3) Zlepšení užitných vlastností recyklovaných materiálů, které mají potenciál pro uplatnění ve více

oborech podnikatelské činnosti.

4) Jedná se o řešení v České i Slovenské republice nové s možností uplatnění i u nadnárodních

společností produkujících odpad obsahující vláknité výztuže.

3. 2. 20192 23.1.20182Jaroslav Bačovský 2 3. 2. 2019



kompozitů.

2/3/20193

Odpad z výroby sklolaminátu je v katalogu odpadů veden pod číslem 120105 a evidovaná produkce

tohoto odpadu v roce 2010 činila 17.000 t, v roce 2011 tvořila hodnotu 20.000 t a v roce 2012 byla

evidována produkce tohoto odpadu ve výši 18.000 t.

Toto snížení lze přiřknout přetrvávající recesy v oblasti stavebnictví, avšak v roce 2014 byl již nárůst

na cca. 51.412t. Ve světovém měřítku se pokles výroby kompozitních materiálů vůbec neprojevil.

Sklářský průmysl USA generuje ročně více jak 200.000tun odpadu ze sklolaminátu.

Agentura ABC Českého hospodářství eviduje cca. 30 společností zabývající se zpracováním kompozitu

a výroby sklolaminátu. Existuje však nejméně 100 dalších malých firem produkujících sklolaminátové

výrobky rozptýlené po celém území ČR.

Mezi významné společnosti se zahraniční účastí patří například Polomix s.r.o. Zruč nad Sázavou,

Charles – kompozity s.r.o.Praha, ZEFYR s.r.o. Praha, Pola Neratovice s.r.o. a Sanint-Gobain Vertex

Litomyšl, OMB Composites EU a.s. Králíky

Podle studie Carbon Composites činila loni celosvětová spotřeba těchto kompozitních materiálů

kolem 72 000 t, což ve srovnání s předchozím rokem znamenalo nárůst o 9,1 %, obchodní obrat dosáhl

9,4 miliardy USD. Každým rokem vzrůst o 10,6 %, takže v roce 2020 by roční spotřeba těchto materiálů měla činit 146 000 t a obrat 16 miliard USD.




kompozitů.

Strategie odpadového hospodářství EU a ČR:

Snížit spotřebu primárních surovin.

Podporovat prevenci vzniku odpadů.

Omezovat skládkování.

Odpady jako zdroj surovin.

Posilovat „cirkulaci“ materiálů (odpadů) v rámci ekonomického cyklu.

Zvyšovat cíle pro recyklaci odpadů.

Sjednocovat metodiky výpočtů cílů.

Definovat kritické suroviny a mít strategii pro kritické suroviny.

Podporovat eko-inovace a nové technologie.

Omezovat potravinový odpad.




kompozitů.

Hlavní priority OH ČR pro 2015 – 2024:

Zásadní omezení skládkování na území ČR.

Energetické využívání odpadů, KO, zejm. SKO.

Optimalizace veškeré činnosti v OH s ohledem na ochranu zdraví lidí a ŽP.

Optimalizace veškeré činnosti v OH, s ohledem na vynaložené náklady a ekonomickou a sociální

udržitelnost.

Příroda dokáže vytvářit materiály s kombinací různých složek k dosažení zlepšujících vlastností a

účelnějším užitím pomocí tzv. synergického efektu: jedná se o efekt společného působení více prvků,

který je obvykle větší nebo kvalitativně lepší než prostý součet efektů ze samostatného působení

jednotlivých prvků.

V oblasti materiálového inženýrství probíhá podobný proces u vlákny vyztužených polymerních kompozitů,

které patří do skupiny nejprogresivněji se rozvíjejících konstrukčních materiálů. Racionálním spojením

jednotlivých složek, vysoce pevných vláken a polymerní matrice, je konstruován materiál, který vzniká

současně s výrobkem, pro který je navržen.




kompozitů.

3. 2. 20196

Charakteristické vlastnosti odpadu s vláknitou výztuží:

• S kompozitními materiály se v současnosti setkáváme prakticky ve všech oblastech lidské činnosti. Velmi perspektivní oblastí je stavebnictví

automobilový a letecký průmysl.

• K nejvíce používaným materiálům zde patří zejména materiály obsahující vláknovou výztuž ze skelného nebo uhlíkového materiálu a pojivo typu epoxid,

fenol, bismaleimid, polyester, apod.

• PP plněný vlákny získává vyšší modul pružnosti, rozměrovou stabilitu, teplotní odolnost, pevnost a rázovou houževnatost.

• Skelné a karbonové - vlákno je název pro vlákno obsahující sklo a uhlík v různých modifikacích. Jedná se o dlouhý, tenký pramen materiálu o průměru 5 – 8 μm

složeného převážně z atomů prvku tvořící sklo a atomů uhlíku. Atomy jsou

spojeny dohromady v mikroskopické krystaly, které jsou víceméně orientovány

paralelně k dlouhé ose vlákna.

• Základní uspořádání kompozitního materiálu lze charakterizovat následující rovnicí: výztuž (zpevňující vlákno) + matrice (pojivo) = kompozitní materiál

23.1.20186Jaroslav Bačovský 6 3. 2. 2019



kompozitů.

3. 2. 20197

PŘÍNOSY KOMPOZITNÍCH MATERIÁLŮ:

Spojením relativně pevných a tuhých vláken s pojivem, které má podstatně nižší tuhost i pevnost než vlákna,

ale přitom například vyšší houževnatost, vzniká materiál kombinující příznivé vlastnosti obou komponent.

Tyto vlastnosti mohou být navíc směrovány zvolenou orientací vláken. Struktura kompozitního materiálu se

řídí typem a zatížením dílu.

Vlastnosti jednosměrných kompozitů: Typ vlákna použitý

v

kompozitu

Hustota

(g/cm3)

Tahový

modul

(GPa)

Tahová

pevnost

(MPa)

E-sklo 1,94 45 1000

Kevlar 49 1,30 76 1380

T-300

(uhlík) 1,47 132 1240

Porovnání vlastností různých materiálů je dobře patrné pomocí specifické pevnosti nebo tuhosti, tj. poměru pevnosti respektive tuhosti a hustoty.




kompozitů.

3. 2. 20198

* Krystalové uspořádání způsobuje, že vlákno je na svou tloušťku velmi pevné. Hustota vlákna je asi 1750 kg/m3. Několik tisíc uhlíkových vláken, která jsou smotána, tvoří společně přízi, která může

být použita samotná nebo vetkána do tkaniny

Japonsko v roce 1971 začalo výrobu z polyakrylnitrilu s uhlíkových vláken z této suroviny pocházelo cca 98 % uhlíkových vláken, celosvětová výrobní kapacita (asi 13 firem) se odhadovala na 130 tisíc ročních tun.




kompozitů.

3. 2. 20199

Vznik odpadu pocházejícího z výroby kompozitních materiálů:

při náběhu a ukončení výroby kompozitního výrobku

skryté vady vstupního materiálu, nekvalitní výroba

kompozitní výrobky a konstrukce s prošlou životností

Příklady odpadů pocházejícího z výroby kompozitních materiálů:




kompozitů.

23.1.201810

Uvedená fotodokumentace přibližuje strukturu odpadů tvořených zpevňujícími vlákny pojené pomoci pryskyřice.Z obrázků je patrné, že prakticky každé vlákno je obaleno vrstvičkou pojiva – pryskyřice.

Jaroslav Bačovský 10 3. 2. 2019



kompozitů.

Základní odůvodnění a myšlenka projektu

Pro výrobu skelného i uhlíkového vlákna je zapotřebí vynaložení značného množství

energie. Proto i cena této základní složky moderních kompozitních výrobků je tak

vysoká. Vlastně je i částečně omezujícím prvkem rozvoje tohoto oboru. Ne jinak tomu

je i v případě druhé základní složky pojiva. Pojivo ve formě pryskyřice je produktem

chemického průmyslu, kde cena surovin a nákladů na výrobu vytvoří rovněž její

vysokou cenu.

A tyto cenné suroviny se však, v současné době povětšinou ukládají jako těžko

rozložitelný odpad na skládku.

Myšlenkou projektu je zajistit pomocí šetrné destrukce a následných technologických

procesů, vrácení těchto drahých surovin zpět pro potřeby lidské činnosti.

Za touto myšlenkou stojí vlastní představa řešení výše uvedené problematiky,

podpořená vlastní zkušenosti spojené s manipulací s výše uvedeným odpadem a

spoluprací na možném řešení s vysokými školami a výzkumnými ústavy.




kompozitů.

Jaroslav Bačovský 12 3. 2. 2019



kompozitů.

Jaroslav Bačovský 13

Závěr.

Představa sestavení technologické linky vychází ze zkušeností stávajících běžně používaných

metod destrukce odpadu pocházejícího z výroby kompozitních materiálů, zpevněných skelnými

nebo uhlíkovými vlákny a pojených pryskyřicemi před jejich ukořením na skládku. Jedná se

především o snížení objemu tohoto odpadu před uložením na skládku.

Takto realizovaná mechanická destrukce tohoto odpadu nevytváří podmínky pro využití

základních složek odpadu pocházejícího ze sklovláknitého a uhlíkového kompozitu.

Použitím ,,řízené“ destrukce s následným technologickým ostřením získaných jednotlivých

složek kompozitu se vytvoří podmínky pro jejich opětovné využití v široké oblasti lidské

činnosti.

3. 2. 2019

Technologická jednotka pro úpravu a nového užití ...•PP plněný vlákny získává vyšší...

Documents

Transcript of Technologická jednotka pro úpravu a nového užití ...•PP plněný vlákny získává vyšší...