КОМПОЗИЦИОННЫЙ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНОГО ПОЛИЭТИЛЕНА
COMPOSITE ANTI-FILTRATION MATERIAL BASED ON SECONDARY POLYETHYLENE

Изобретение относится к композиционным противофильтрационным материалам на полимерной основе, в том числе из бытовых отходов, и может быть использовано для противофильтрационной защиты оросительных каналов, водоемов и накопителей.
Известен композиционный материал на основе полиэтилена (RU 2072921, 10.02.1997), выполненный из слоев резины на основе каучука и термопластичного полимера, наполненного дисперсными минеральными наполнителями сверхвысокомолекулярного полиэтилена при массовом отношении полиэтилена к наполнителю 1:0,1-0,5 и дисперсности наполнителя не более 50 мкм.
Недостатком материала является сложность производства работ при изготовлении и соединении между собой двух отдельных слоев полимера. Кроме того, существенным недостатком композиционного материала является слабая адгезия на границе раздела отдельных слоев, что может привести к расслоению данного изделия в процессе эксплуатации (особенно в агрессивной среде, например, на накопителях отходов).
Известно гидроизоляционное покрытие (RU 2301206, 20.06.2007), включающее отход нефтедобычи - асфальтосмолопарафинистые отложения (АСПО) и полимер, содержащий отход полиформальдегида, при следующих соотношениях компонентов, мас.%: АСПО - 60-80, отход полиформальдегида - 20-40.
Недостатками данного изобретения является токсичность гидроизоляционного покрытия из-за присутствия в его составе отходов нефтедобычи и полиформальдегидов, следовательно, невозможность применения данного материала на водохозяйственных объектах. Гидроизоляционное покрытие характеризуется высоким коэффициентом фильтрации и низкими физико-механическими свойствами.
Известен также способ консервации и изоляции техногенных месторождений (RU 2301300, 20.06.2007), заключающийся в приготовлении гидроизоляционной смеси, содержащей отходы полиэтилена 70-99 мас.% и полипропилена 1-30 мас.%, укладке ее на поверхность хранилища, термической обработке при температуре плавления смеси или поверхностного слоя хранилища, создании уклона 2-5° от центра к краям, нанесении изоляционного слоя толщиной 3-10 см из крупнозернистого материала.
Недостатком данного способа является невозможность равномерного прогрева больших площадей изолируемой поверхности даже при уклоне 2-5%, а также образование деформаций на пленочных отходах при нагреве, что не позволит получить цельное противофильтрационное покрытие без наличия сквозных дефектов, значительно ухудшающих гидроизоляционные свойства.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ получения композиционных материалов на полимерной основе, армированных углеродными волокнами (RU 2500697, 10.12.2013), заключающийся в получении композита на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена, армированного углеродными волокнами, со степенью наполнения не более 30 мас. %, посредством формования композита твердофазным деформационным методом, который заключается в совместном помоле порошка термопласта и углеродных волокон в ножевой мельнице. Получение монолитных образцов из композиционного порошка реализуют методом термопрессования при температуре 160°С и давлении 60 МПа.
Недостатком данного способа является то, что полученный композиционный материал обладает низкими физико-механическими характеристиками, а следовательно, будет повреждаться при действии эксплуатационных нагрузок, превышающих 10-12 МПа.
Таким образом, известные на сегодняшний день технические решения не позволяют получить одновременно прочные, легкие и водонепроницаемые композиционные материалы на основе утилизированного сырья, т.е. вторичного полиэтилена.
Целью данного изобретения является разработка нового композиционного противофильтрационного материала на основе вторичного полиэтилена.
Задачей изобретения является разработка на основе вторичного полиэтилена, наполненного углеграфитовыми волокнами, композиционного материала, содержащего равномерно распределенный наполнитель в объеме материала-матрицы.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в разработке композиционного противофильтрационного материала на основе вторичного полиэтилена.
Технический результат достигается за счет использования композиционного противофильтрационного материала на основе вторичного полиэтилена, включающего армированные углеродные волокна и процентное соотношение следующих компонентов: вторичный полиэтилен - 93-96 мас.%; дробленое до размера 1 мм углеграфитовое волокно - 1-6 мас.%; сажевый стабилизатор - 2,5-3 мас.%; водный раствор малеиновой кислоты - 0,2-0,5 мас.%. При этом углеграфитовое волокно с целью повышения адгезионного взаимодействия с полиэтиленом смочено водным раствором малеиновой кислоты концентрацией 30%, высушено и смешано с полиэтиленом и сажевым стабилизатором, а также экструдировано для гомогенизации.
Изобретение поясняется следующими иллюстрациями: фиг. 1 - противофильтрационный композиционный материал из утилизированного сырья; фиг. 2 - микроструктура материала с содержанием 3 мас.% углеволокна.
Композиционный противофильтрационный материал на основе вторичного полиэтилена выполнен следующим образом.
В начале производят смачивание углеграфитовых волокон или обрезков тканей данных материалов 30% водным раствором малеиновой кислоты, с последующей сушкой при температуре 80-110°С в воздушной атмосфере. При этом малеиновая кислота обволакивает волокна и защищает их от внешнего окислительного воздействия, сохраняя присущие этим волокнам прочностные свойства. Высушенное волокно или обрезки ткани измельчают в ножевой дробилке до размеров не более 1-2 мм. Далее диспергированные волокна смешивают с вторичным полиэтиленом (в том числе из твердых бытовых отходов), предварительно подвергнутым дроблению, агломерации, очистке, сушке до получения композиции с равномерно распределенными частичками волокон. Готовая смесь подается в загрузочный бункер экструдера, где гомогенизируется при температуре 160-180°С, формуется в щелевой головке и подается на выходе из головки в зазор стабилизирующих толщину охлаждающих валков. На выходе готовый композиционный противофильтрационный материал свертывается в рулон.
Результаты физико-механических испытаний, полученных при разном соотношении полимер-волокно образцов композиционных противофильтрационных материалов, изготовленных с помощью вырубного ножа и пресса, представлены в таблице 1.
Кроме этого, выполненные физико-механические испытания показали, что прочность на растяжение у композиционного противофильтрационного материала (из вторичного полиэтилена прочностью 14,61 МПа) при содержании углеродного волокна 1-6% повышается до 19,34-22,17 МПа, в то время как прочность первичного полиэтилена высокого давления, используемого для изготовления противофильтрационных материалов, по справочным данным составляет 9,8-16,7 МПа.
Преимуществом и отличием данного изобретения является то, что в качестве термопласта используется вторичный полиэтилен, в том числе из ТБО и углеграфитовые волокна с поверхностью, обработанной малеиновой кислотой, что позволяет достичь повышения прочности взаимодействия полиэтилена и волокон, и как следствие, повышения прочности композиционного материала при минимальном расходе дорогостоящего углеграфитового волокна. При этом переработка осуществляется высокопроизводительным и эффективным способом экструзии с последующим каландрированием, обеспечивающим равномерность распределения волокон в массе вторичного полиэтилена. Это позволяет придать вторичному полиэтилену прочность не ниже чем у выпускаемых из первичных полимеров противофильтрационных материалов.