Лабораторный технологический регламент для выполнения исследовательских испытаний получения резинобитумных модификаторов методом высокотемпературной деструкции отходов РТИ

Решетневскуе чтения. 2013

Метод испытания. Порядок испытаний:

1. Кондиционирование образцов при температуре 24 оС в эксикаторе с относительной влажностью воздушной среды (55+3) %, до насыщения образцами паров воды в течение 24 часов.

2. Взвешивание образцов с точностью 2*10-5 г.

3. Проведение обезгаживания образцов в вакууме при температуре 125 оС в течение 24 часов.

4. После вскрытия камеры образцы помещались в эксикатор с силикагелем для предотвращения набора влаги из воздуха.

5. Взвешивание образов с точностью 2*10-5 г в течение не более 15 минут после помещения их в эксикатор .

6. Произвести кондиционирование образцов углепластика при температуре 24 оС в эксикаторе с относительной влажностью воздушной среды (55%) - до насыщения образца парами воды.

7. Взвешивание образцов с точностью 2*10-5 г до установления постоянной массы образца.

Результаты испытаний представлены на графике (см. рисунок), по которому видно, что и по истечении 225 суток поглощение влаги из воздушной среды не прекратилось. Полученные данные говорят о том, что

процесс влагопоглощения углепластиком - это длительный процесс.

Необходимо продолжить испытания углепластика на влагопоглощение для установления времени его насыщения парами воды.

Библиографические ссылки

1. Кириллов В. Н., Ефимов В. А., Шведкова А. К. Влияние климатических факторов и механического нагружения на свойства углепластика на эпоксидном связующем // ВИАМ/2011 205959. С. 9.

2. Симамура С. Углеродные волокна. М. : Мир, 1987.

References

1. Kirillov V. N., Efimov V. A., Shvedkova A. K. Effects of climatic factors and mechanical loading on the properties of carbon fiber in the epoxy binder. VIAM/2011 205959, p. 9.

2. Simamura C. Carbon fiber edited, 1987.

© Башков И. В., Двирный В. В., Миронович В. В., Евкин И. В., Кузнецов А. Б., 2013

УДК 678.002.8

ЛАБОРАТОРНЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗИНОБИТУМНЫХ МОДИФИКАТОРОВ МЕТОДОМ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕСТРУКЦИИ ОТХОДОВ РТИ

С. Г. Богданов1, С. П. Дроздов2

1 ОАО «Красноярский машиностроительный завод» Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 29. Е-mail: kras@krasmail.ru

2ЗАО «Компомаш - ТЭК» Россия, 127018, г. Москва, 3-й проезд Марьиной рощи, 40. E-mail: info@compomash-tek.ru

Рассмотрена проблема утилизации промышленных и бытовых отходов шин, а также рассмотрен лабораторный технологический регламент для выполнения исследовательских испытаний для получения новой технологии переработки дорожных резинобитумных модификаторов методом высокотемпературной деструкции. Данная технология производства резинобитумных модификаторов позволяет повысить физико-химические качества битумных вяжущих и дорожных покрытий. Также позволит миновать стадию измельчения исходного продукта (автомобильные шины) в резиновую крошку и очищения ее от металлических включений, что приводит к экономии энергоресурсов до двух раз и получению дорожных резинобитумных модификаторов нового поколения, а также металлического «скраба» для металлургической промышленности.

Работа выполнялась в рамках государственного контракта, финансируемого Министерством образования и науки России, № 14.515.11.0040 от 19 марта 2013 г.

Ключевые слова: утилизация шин, переработка, повышение экономии энергоресурсов, битум.

LABORATORY PRODUCTION SCHEDULES FOR PERFORMANCE OF RESEARCH TESTS OF RECEIVING RUBBER-BITUMEN MODIFIERS BY HIGH-TEMPERATURE WASTE DESTRUCTION METHOD OF RUBBER-TECHNICAL PRODUCTS

S. G. Bogdanov1, S. P. Drozdov2

1JSC «Krasnoyarsk Machine-Building Plant» 29, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, Russia, 660014. E-mail: kras@krasmail.ru 2Closed Joint Stock Company «Compomash - TEK» 40, 3rd drive of Maryina Roshcha, Moscow, 127018, Russia. E-mail: info@compomash-tek.ru

The utilization problem of industrial and household wastes of tires is considered, as the laboratory production schedules for realization of research tests for receiving new processing technology of road modifiers by a high-temperature destruction method. This production technology of rubber-bituminous modifiers allows to increase physical and chemical qualities bituminous knitting and pavings. As will allow to pass a reduction stage of an initial product (auto tires) in comminuted rubber and to its clarification from metal inclusions that leads to energy resources economy to two times and receiving road rubber-bituminous modifiers of new generation, and also a metal scrub for metallurgical industry.

The project was performed in the state contract, finance by the Ministry of education and science of Russia № 14.515.11.0040, march 19, 2013.

Keywords: utilization of tires, recycling, increasing savings of energy, bitumen.

На сегодняшний день утилизация отработанных автомобильных шин - одна из серьезнейших проблем современного общества. Весь мир уже давно осознал опасность, которую несут в себе изношенные шины.

Ежегодно во всем мире общий объем изношенных шин увеличивается на 10-15 миллионов тонн, а перерабатывается всего около 20 % от их числа. Количество уже хранящихся на свалках по всей планете шин превышает 1 млрд штук. Если сравнивать ситуацию, сложившуюся с этим вопросом в других странах, то в Японии перерабатывается 89 %, в США - 87 %, а в странах ЕЭС - 76 %.

Проблема переработки изношенных шин имеет важное экологическое значение, поскольку они накапливаются в местах их эксплуатации и имеют довольно высокий класс опасности. Вывозимые на свалки или рассеянные на окружающих территориях шины длительное время загрязняют окружающую среду вследствие высокой стойкости к воздействию внешних факторов (солнечного света, кислорода, озона, микробиологических воздействий). Засыпанная землей шина разлагается более 150 лет, а это немало. Места скопления отработанных покрышек, особенно в регионах с жарким климатом, служат благоприятной средой обитания и размножения для грызунов -переносчиков целого букета страшных заболеваний. Известны случаи, когда свалки покрышек служили главными причинами эпидемий в городах.

Кроме того, шины обладают высокой пожароопас-ностью и относятся к 4 классу опасности, а продукты их неконтролируемого сжигания оказывают крайне вредное влияние на окружающую среду и здоровье человека. Риск возникновения онкологических заболеваний - лишь малая толика той опасности, которую скрывают в себе продукты горения. Кроме того, немалые хлопоты доставляют горящие свалки покрышек. Температура горения шины равна температуре горения каменного угля, поэтому потушить такое возгорание крайне сложно. В большинстве развитых стран отказываются от захоронения старых шин, потому что это еще более затратно, чем переработка. Ведь, кроме оплаты услуг по захоронению на полигоне, предприятия должны вносить деньги за негативное воздействие на окружающую среду. При этом проблема использования изношенных шин имеет существенное экономическое значение, поскольку потребности хозяйства в природных ресурсах непрерывно растут, а их стоимость постоянно повышается. В итоге крайне выгодна переработка изношенных шин, содержащих помимо резины, технические свой-

ства которой близки к первоначальным, также большое количество армирующих текстильных и металлических материалов.

Единственный на данный момент действенный способ улучшения экологической обстановки - вторичная переработка.

На данный момент существует технология получения строительных и дорожных битумов из переработки автомобильных шин, путем измельчения исходного продукта и отделения металлических включений. Получаемый из измельченных шин продукт -резиновая крошка - применяется для производства битума. Такой процесс получения битума в целях экономии является энергоресурсозатратным.

На предприятии ОАО «Красмаш» в рамках научно-исследовательских работ при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации для выполнения исследовательских испытаний получения резинобитумных модификаторов методом высокотемпературной деструкции отходов резинотехнических изделий (РТИ), разработан лабораторный технологический регламент, который предусматривает проведение испытаний на экспериментальном образце установки (реактор-смеситель) и отработку технологии получения резинобитумных модификаторов, включая стадию отделения металлических включений отходов РТИ в экспериментальном образце.

На рисунке изображена экспериментальная установка получения резинобитумных модификаторов.

Перед подачей в реактор-смеситель мазут предварительно разогревают в емкости до 60-70 °С с одновременным разогревом реактора-смесителя через змеевик. Разогрев корпуса реактора-смесителя происходит до температуры не менее 120 °С перегретым паром (во избежание появления конденсата), и затем подают 70 л мазута. После чего загружают резиновые «чипсы» (продукт переработки автомобильных шин размером 40^40 мм) и сланец. Далее загружают мазут разогретый до 360 °С, в необходимом объеме до заданного уровня. Перегретый пар подают в змеевик с температурой 420 °С и разогревают смесь до температуры 260 °С, включив мешалку. После достижения температуры 280 °С мешалка работает в непрерывном режиме. Далее повышают температуру в реакторе-смесителе до температуры 360 °С со скоростью в пределах 1-2 °С в минуту ориентировочно в течение 2,5 часов. После достижения в реакторе-смесителе заданной температуры 360 °С отключают подачу перегретого пара в змеевик.

Решетневские чтения. 2013

В змеевик подают сырой пар с температурой 150 °С для охлаждения смеси в реакторе до 280 °С, при этом мешалка работает непрерывно в течение всего процесса охлаждения. Возможна подача через барботер небольшого количество газообразного азота для отгона жидких фракций из растворенной смеси резины и мазута.

Процесс окисления проводят при постоянно работающей мешалке и выключенной подаче пара в змеевик. В случае повышения температуры смеси в реакторе до 300 °С снижают подачу воздуха и подают в змеевик сырой пар с температурой 150 °С. Регулирование подачи воздуха и подачи сырого пара позволяет удерживать температурный режим в реакторе в пределах 280-290 °С. В случае если экзотермический эффект реакции не позволяет поддерживать данную температуру, то в змеевик реактора подают перегретый пар до достижения необходимой температуры.

Процесс окисления проводят в течение 8 часов при постоянно работающей мешалке. После четырех часов окисления каждый час производится отбор проб в специальный пробоотборник под азотной подушкой. Результаты анализа проб позволяют отработать режим окисления, при котором будет получено наилучшее качество битумного вяжущего.

Экспериментальный образец установки встроен в экспериментальный стенд, имеющий в своем составе линию получения «чипсов» размером 40*40 мм из отходов РТИ (автомобильные шины с металлическими включениями).

Испытания проводились согласно регламенту работ на установке.

Основными параметрами проведения процесса получения битумного вяжущего являются (в стадии растворения резины в мазуте):

- скорость и время разогрева исходной смеси;

- температуры, при которых происходит полное растворение чипсов;

- время выдержки и перемешивания смеси до получения гомогенного продукта.

Исследование на экспериментальном образце установки позволяет очертить границы исследования составляющих элементов.

Скорость разогрева исходной смеси ограничена интервалом 1-2 °С в минуту. Меньшая скорость разогрева повышает экономические затраты на проведение процесса растворения, а большая может привести к вспениванию смеси.

Основными параметрами проведения процесса окисления являются:

- начальная и конечная температуры;

- расход воздуха на единицу массы растворенной в мазуте резины;

- длительность процесса окисления.

В отличие от ранее выполненного варианта получения битумного вяжущего из резиновой крошки и мазута, спроектированная установка позволяет совместить растворение чипсов, отделение металлических включений и получение битумного вяжущего в одном аппарате.

Данная технология производства резинобитумных модификаторов позволяет повысить физико-химические качества битумных вяжущих и дорожных покрытий. Также позволит миновать стадию измельчения исходного продукта (автомобильные шины) в резиновую крошку и очищения ее от металлических включений, что в свою очередь приводит к экономии энергоресурсов до двух раз и получения дорожных резинобитумных модификаторов нового поколения, а также металлического «скраба» для металлургической промышленности.

Библиографические ссылки

1. Ребиндер П. А. Физико-химическая механика. М. : Знание, 2006. 230 с.

2. Поконова Ю. В. Химия высокомолекулярных соединений нефти. Л. : Изд-во Ленингр. ун-та, 2007. 179 с.

3. Закирова Л. Ю., Вольфсон С. И., Хакимул-лин Ю. Н. Химия и химическая технология. 2009. Т. 47. № 4. С. 81-85.

4. Печеный Б. Г. Битумы и битумные композиции. М. : Химия, 2009. 255 с.

5. Хойберг А. Дж. Битумные материалы (Асфаль-ты, смолы, пеки) / под ред. А. Дж. Хойберга, М. : Химия, 2009. 241 с.

6. Колбановская А. С., Давыдова А. Р., Сабсай О. Ю. Физико-химическая механика дисперсных структур. М. : Наука, 1966. С. 103-113.

References

1. Rebinder P. A. Fiziko-khimicheskaya mekhanika (Chemorheology). M. : Znanie, 2006. 230 p.

2. Pokonova U. V. Khimiya vysokomolekulyarnykh soedineniy nefti (Chemistry of high-molecular

compounds of naphtha). L. : Leningrad's University, 2007. 179 p.

3. Zakirova L. U., Volfson S. I., Hakimmulin U. N. Khimiya i khimicheskaya tehnologia (Chemistry and engineering chemistries), 2009. T. 47. № 4. P. 81-85.

4. Pechenyi B. G. Bitumy i bitumnye kompozicii (Bitumens and bituminous compositions). M. : Himiya. 2009, 255 p.

5. Hoyberg A. Dj. Bitumnye materialy (Aspfalt, smoly, peki) (Bituminous materials (Asphalt, resins, pitches). M. : Himiya. 2009, 241 p.

6. Kolbanovskaya A. S., Davydova A. R., Sabsai O. U. Fiziko-khimicheskaya mekhanika dispersionnykh sistem (Chemorheology of dispersible structures), M. : Nauka, 1966. P. 103-113.

© Богданов С. Г., Дроздов С. П., 2013

УДК 621.798.1-034

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ РАДИАЦИОННО-АКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗДЕЛИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

В. В. Богданов1, М. А. Лубнин1, А. Ш. Герюков1, А. А. Измайлович2, Е. А. Клипов3

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31. Е-mail: asker.geryukov.83@mail.ru

2ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева Россия, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52. E-mail: izmailovich@iss-reshetnev.ru

3ОАО «Красноярский машиностроительный завод» Россия, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 29. E-mail: pegaseg@gmail.com

Рассмотрены особенности неразрушающего контроля качества сварных швов и основного материала изделий ракетно-космической техники. Предложен новый способ бесконтактного акустического неразрушаю-щего контроля этих изделий. Описаны основные его преимущества.

Ключевые слова: ультразвуковой контроль, сварной шов, изделие, дефект, ракетно-космическая техника.

PROSPECTS OF APPLICATION OF RADIATION-ACOUSTIC CONTROL FOR DIAGNOSING THE QUALITY OF WELDED JOINTS OF ROCKET AND SPACE TECHNOLOGY PRODUCTS

V. V. Bogdanov1, M. A. Lubnin1, A. W. Geriukov1, A. A. Izmailovich2, E. A. Klipov3

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. Е-mail: asker. geryukov. 83@mail.ru 2 JSC "Academician M. F. Reshetnev "Information Satellite Systems" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russia. E-mail: izmailovich@iss-reshetnev.ru

3JSC «Krasnoyarsk Machine-Building Plant» 29, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russia. E-mail: pegaseg@gmail.com

The peculiarities of non-destructive quality control of welded joints and base material for rocket and space technology are considered. A new method of contactless acoustic nondestructive testing of these products is offered and its main advantages are described.

Keywords: ultrasonic inspection, welded seam, product, defect, rocket and space technology.

Повышение требований, а также обеспечение высокого и стабильного качества изделий ракетно-космической техники (РКТ), увеличение скорости основных технологических операций при производстве, необходимость повышения информативности, достоверности методов контроля качества продукции обусловили развитие, практическое применение и реализацию в технологическом процессе изготовления изделий РКТ новых методов неразрушающего контроля (НК). Эффективность новых методов НК также во многом зависит от согласованности с технологическим процессом изготовления изделий. Произ-

водство изделий специального машиностроения, в том числе аэрокосмической техники, является в настоящее время одной из основных технологических проблем, на решение которой направлены усилия многих научно-исследовательских, конструкторских и технологических организаций.

Одним из главных факторов, влияющих на качество изделий, являются дефекты внутреннего строения основного металла и сварных соединений. Большая часть возникающих отказов при испытаниях и эксплуатации изделий связана именно с проявлением ранее не обнаруженных дефектов изготовления.