Text completat

UNIVERSITATEA DIN VALLADOLID

SCOALA INGINERILOR INDUSTRIALI

Licențiat în inginerie în tehnologii industriale

Analiza mecanică a materialului polimeric PET

din sticle de plastic

Autor:

Villafañe Calvo, Irene

Tutore:

Francisco Javier Santos Martin

CMeIM - Zona de inginerie a

Procese de fabricatie

rezumat

Această lucrare studiază rezistența mecanică a materialului polimeric PET prin teste la tracțiune. Au fost luate în considerare șase scenarii diferite: material nedegradat, degradare apoasă (în apă dulce și apă sărată), degradare termică (la temperaturi ridicate și scăzute) și degradare cu lumină UV. Variabilele procesului de creare a probei sunt: ​​orientarea tăierii, procesul de tăiere (cu laser și ghilotină) și aplicarea sau nu a unui tratament termic. Rezultatele demonstrează în mod clar proprietățile mecanice bune ale acestui material, chiar și după ce a fost degradat, astfel încât acesta prezintă un mare potențial pentru un nou sistem de reciclare bazat pe păstrarea integrității fizice a materialelor plastice. Pentru a realiza acest nou sistem de reciclare, sunt necesare modificări în fabricarea materialului, precum și în modelele și legislația de reciclare.

plastic

Indici

Index de conținut

Index de conținut. 4

Indicele cifrelor. 6

Indexul tabelului. 8

1. Introducere . 9

2. Memoria bibliografică. unsprezece

2.1. Plastic unsprezece

2.1.1. Producție, utilizare și eliminare. unsprezece

2.1.2. Materialele plastice din mediu. 14

2.2. Sticle PET. 22

2.2.1. Polietilen tereftalat (PET). 22

2.2.2. Fabricarea sticlelor PET. 2. 3

2.2.3. Reciclarea sticlelor PET. 27

3. Metode și materiale. 3. 4

3.1. Standard ISO. 3. 4

3.2. Proiectarea probei. 35

3.3. Degradarea probelor. 39

3.3.1. Degradarea apei. 39

3.3.2. Degradarea luminii UV. 40

3.3.3. Degradare termică. 41

3.4. Procedura de testare. 42

4. Rezultate. 43

4.1. Prelucrarea rezultatelor. 43

4.1.1. Conversia unității. 43

4.1.2. Nomenclatura rezultatelor. 44

4.2. Eșantioane de referință. Patru cinci

4.2.1. Mostre de referință 1 - Laser. 47

4.2.2. Eșantioane de referință 2 - Ghilotină. 48

4.3. Probele degradate. cincizeci

4.3.1. Modulul lui Young. cincizeci

4.3.2. Alungirea punctului de randament. 53

4.3.3. Stresul punctului de randament. 56

4.3.4. Alungirea punctului de rupere. 59

4.3.5. Stresul punctului de rupere. 62

4.3.6. Rezumatul rezultatelor. 65

5. Discuție. 67

6. Analiza economică. 71

6.1. Costuri directe. 71

6.2. Costuri indirecte . 72

6.3. Costul total. 72

7. Concluzii. 73

Indexul cifrelor

Figura 1. Distribuții pe tot parcursul vieții de produse în opt sectoare industriale. Graficul urmează o distribuție log-normală. Axele: funcția de probabilitate a distribuției (PDF) și ani (ani). Legenda: ambalaj; produse de consum și industriale; altele și textile;

electricitate și electronice; transport; industria mașinilor; construcții și construcții. (Geyer et

Figura 2. Producția de materiale plastice în Europa (UE28 + NO/CH) și în lume (PlasticsEurope 2016) 12 Figura 3. Cererea de materiale plastice în principalele sectoare ale pieței. Legendă: agricultură, electricitate și electronică: auto: construcții și construcții; ambalare; alții. (PlasticsEurope 2016). 13

Figura 4. Producția, utilizarea și destinația globală a rășinilor polimerice, a fibrelor sintetice și a aditivilor (1950-2015; MMT). Legendele: producția primară; stoc în uz; aruncat; incinerat; reciclat; secundar. (Geyer și colab. 2017). 14

Figura 5. Harta globală cu fiecare țară umbrită în funcție de estimarea de masă a deșeurilor de plastic necontrolate (în MMT) generate în 2010 per populație de locuitori la 50 km de coastă (Jambeck și colab. 2015). cincisprezece

Figura 6. Rezultatele modelării globale a densității populației de materiale plastice în oceane. predicțiile modelului sunt date pentru toate cele patru clase (0,33-1,00 mm, 1,01-4,75 mm, 4,76-200 mm și> 200 mm) (Eriksen și colab. 2014). 17

Figura 7. Definiții ale microplasticelor în funcție de dimensiunea propusă de diverși autori (da Costa și colab. 2016). 18

Figura 8. Model conceptual care ilustrează efectele dăunătoare potențiale ale diferitelor dimensiuni de materiale plastice. (da Costa și colab. 2016). 19

Figura 9. Modificări ale procentului de elasticitate a benzilor din polipropilenă expuse la aer și care plutesc în apa de mare din Golful Biscayne, FL (Andrady 2011). . douăzeci

Figura 10. Monomer PET (Awaja și Pavel 2005). 22

Figura 11. Polimerizarea PET (Welle 2011). 22

Figura 12. Ciclul de viață generic al sticlelor PET. 2. 3

Figura 13. Turnarea prin suflare a sticlelor din PET (Yang și colab. 2004). 24

Figura 14. Orientarea lanțurilor PET din sticle. Figura modificată din (Billon et al. 2014). 25

Figura 15. Sticle PET colectate în Brazilia, Europa, Japonia și SUA (în 1000 t) (Welle 2011). 28

Figura 16. Contaminanții și efectele acestora asupra ruperii lanțului PET în timpul reprocesării (Park și Kim 2014). 29

Figura 18. Pelete PET reciclate în diferite culori. . 31

Figura 19. Aplicații de pelete PET reciclate pe baza datelor de la (Noone 2008). 31

Figura 20. Casă cu două etaje, creată cu sticle întregi din PET (Plastic Bottle Village 2017). 32 Figura 21. Barca „Plastiki” creată cu sticle întregi din PET (The Plastiki 2017). 33

Figura 22. Cutie de plastic creată din corpul unei sticle. . 33

Figura 23. A. Sticla completă. B. Separarea în părți. C. Foaie de plastic curbată. . 35

Figura 24. Compararea metodelor de tăiere. A. Ghilotină (stânga) B. Laser (dreapta). 36

Figura 25. Specimen de tip 2 (527-3 1995). 37

Figura 26. Specimen de tip 5 (527-3 1995). 37

Figura 27. Așezarea probelor în rezervoarele de apă. . 39

Figura 28. Rezervoare de apă: apă sărată (stânga) și apă dulce (dreapta). . 40

Figura 29. Lampă UV utilizată pentru degradarea probei. . 40

Figura 30. Cuptor utilizat pentru degradarea probelor. . 41

Figura 31. Mașină de testare a tracțiunii și eșantion după un test. . 42

Figura 32. Graficul cu bare al valorilor medii ale modulului lui Young pentru fiecare set de referință. Patru cinci

Figura 33. Punctele de randament medii ale testelor de referință. 46

Figura 34. Punctele medii de rupere ale testelor de referință. 46

Figura 35. Seturi de referință tensiune-alungire. A fi . 48

Figura 36. Seturi de referință tensiune-alungire. Ghilotină. 49

Figura 37. Compararea modulului lui Young. 51

Figura 38. Comparația alungirii punctului de randament. 54

Figura 39. Comparația tensiunii punctului de randament. 57

Figura 40. Comparația alungirii la punctul de rupere. 60

Indexul tabelului

Tabelul 1. Clasele de materiale plastice întâlnite frecvent în mediul marin. (Andrady 2011). 14 Tabelul 2. Estimări ale deșeurilor necontrolate în 2010 de către cele mai mari 20 de țări

contaminanți (în unități MMT pe an) (Jambeck și colab. 2015). 16

Tabelul 3. Rezultatele modelării particulelor totale și a greutății lor care plutesc în oceane. (Eriksen și colab. 2014). 17

Tabelul 4. Impactul asupra mediului a 1 kg de sticle PET tratate în diferite metode de eliminare. (Ncube și Borodin 2012). 26

Tabelul 5. Cererea de energie primară și încălzirea globală a diferitelor scenarii de eliminare. Date de 1000 de sticle. (Gironi și Piemonte 2011). 27

Tabelul 6. Valori ale categoriilor cu cel mai mare impact asupra producției și transportului de granule PET și producția de sticle. (Gironi și Piemonte 2011). 27

Tabelul 7. Cantități de 1000 t sticle PET colectate în 2009 în Europa, SUA, Brazilia și Japonia. (Welle 2011). 28

Tabelul 8. Piețele pentru peletele PET în Europa și SUA (Napcor 2011; Pentcore 2011) 31 Tabelul 9. Condiții de testare. 36

Tabelul 10. Metode de degradare. 39

Tabelul 11. Abrevieri utilizate. 44

Tabelul 12. Rezultatele testelor de referință. Patru cinci

Tabelul 13. Compararea rezultatelor. Modulul lui Young. 52

Tabelul 14. Comparația alungirii punctului de randament. 55

Tabelul 15. Compararea stresului punctului de randament. 58

Tabelul 16. Comparația alungirii la punctul de rupere. 61

Tabelul 17. Compararea stresului la punctul de rupere. 64

Tabelul 18. Procentul mediu al diferenței pentru fiecare variabilă luată în considerare. Date în%. 65

Tabelul 19. Procentul diferenței medii pentru fiecare metodă de degradare luată în considerare. Date în%. 66

Tabelul 20. Costurile amortizabile și neamortizabile ale proiectului. 71

Introducere

Perioada umană actuală a fost numită era plasticului (Cózar și colab. 2014). Materialele plastice fac parte din viața noastră de zi cu zi și un procent foarte mare din obiectele care ne înconjoară sunt fabricate din acest material. Ușurința de producție și fabricație, împreună cu proprietățile lor mecanice excelente, precum rezistența, greutatea și durabilitatea, fac din materialele plastice materialele cu cea mai mare producție și cu o utilizare predominantă în sectoare precum ambalarea sau construcția (Geyer și colab. 2017). Dar aceste proprietăți foarte favorabile au și consecințe foarte negative. Tocmai aceste bune proprietăți fizice și această rezistență fac ca materialele plastice să fie foarte rezistente la degradare și ceea ce face dificilă eliminarea lor atunci când se termină utilizarea lor și ajung în mediu.

Durabilitatea materialelor plastice și rezistența lor la degradare în mediul înconjurător fac ca deșeurile de plastic să rămână în mediul nostru timp de zeci sau secole (Gregory și Andrady 2003; Ioakeimidis și colab. 2016). Degradarea depinde de mediul în care este eliminat plasticul: în mediile terestre, plasticul durează mulți ani până se degradează, în timp ce în mediile maritime, plasticele încep să se dezintegreze de zeci de ani și consecințele sunt și mai grave din cauza circumstanțelor diferite: lumina ultravioletă, coroziune.din cauza gradului de apă sărată sau de temperatură (Copinet și colab. 2004; A pacatui și colab.

Există mai multe inițiative pentru a contracara această problemă, iar această lucrare se concentrează pe una dintre ele, în special pe un proiect de cercetare desfășurat în University College Dublin

mijloace de soluții inovatoare și simple care necesită energie redusă. Aceste soluții nu numai că ar trebui să permită comunităților mici să își poată elimina deșeurile din plastic în conformitate cu principiile economiei circulare, ci ar trebui să încurajeze și oprirea fluxului de plastic către oceane, pe lângă eliminarea deșeurilor care sunt deja prezente. natură. Obiectivul specific al studiului prezentat aici este de a calcula și analiza caracteristicile fizice și mecanice ale polimerului PET (polietilen tereftalat) cu care sunt fabricate sticlele de plastic. Pentru a realiza acest lucru, a fost efectuată o colectare a unui anumit tip de sticle din plastic PET; și apoi au fost pregătite diferite probe pe baza a trei variabile: orientarea probelor în raport cu corpul sticlei, metoda de tăiere a probelor și tratamentul termic aplicat materialului. Este studiată influența fiecăreia dintre aceste variabile asupra rezultatului final. În cele din urmă, sunt efectuate diferite teste de tracțiune și rezultatele sunt analizate.

Pentru efectuarea experimentelor, probele de plastic PET sunt împărțite în șase grupuri diferite: mai întâi, unele probe vor fi definite ca referință, care va determina proprietățile plasticului înainte de a fi modificate. Ulterior, materialul va fi degradat sistematic, simulând diferite expuneri la mediu, cum ar fi: degradarea în apă sărată sau în apă dulce, degradarea termică la temperaturi ridicate sau scăzute și în cele din urmă degradarea sub lumină ultravioletă, pentru a simula degradarea sub lumina soarelui. Rezultatele tuturor testelor vor fi analizate și comparate pentru a cuantifica pierderile mecanice suferite de material datorită diferitelor procese de degradare.

Obiectivul final al acestui studiu va face posibilă determinarea caracteristicilor mecanice ale materialului plastic PET utilizat la fabricarea sticlelor de plastic și analiza dacă există pierderi în caracteristicile sale mecanice datorită diferitelor metode de degradare.