Пояснювальна записка до бакалаврської дипломної роботи за напрямом підготовки



Сторінка2/9
Дата конвертації11.03.2016
Розмір0.59 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9

1ЕКОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ ШИННОЮ ПРОМИСЛОВІСТЮ ТА ЇХ ВПЛИВ НА ЗДОРОВ’Я ЛЮДЕЙ




1.1Екологічна характеристика шинної промисловості

В процесі руху автомобілів в навколишнє середовище викидаються продукти зношення, які суттєво забруднюють його. Основними джерела такого виду забруднення є гальмові колодки та шини.

Розрахунки, виконанні проектом Державтотранс Мінтранса України, показали, що кожний легковий автомобіль до повного зношення рисунка проектора комплекту шин викидає в навколишнє середовище в середньому 14,2 кілограми гумового пилу, а вантажний автомобіль чи автобус – 92,2 кілограми. Разом з тим, інтенсивність викидання гумового пилу у автомобілів з шинами, які відновлені методом накладання нового проектору, в два рази більша, ніж у серійних. До складу гумового пилу входять шкідливі речовини, які поширюються в ґрунті і атмосфері. Основних компонентів чотири: каучук, сажа, смоли і мастила. Встановлено, що приблизно десять відсотків цього пилу (природній каучук) розпадається і переробляється бактеріями, які є в ґрунті і включаються і кругообіг вуглецю. Синтетичний каучук становить тридцять вісім відсотків маси шини, а сажа – двадцять п’ять – тридцять відсотків продуктів зношування, забруднює атмосферу, затримуючись у повітрі впродовж восьми діб, погіршуючи тим самим видимість на дорогах та впливаючи на органи дихання людей, як будь – який пил. За своїм хімічним складом сажа має розкладатися, але конкретних даних про ці процеси поки нема. Через наявність цього пилу після дощу дороги стають дуже слизькими і небезпечними.

Одним з найбільш ефективних шляхів зниження утворення продуктів зношування шин є виконання вимог правильної експлуатації, тобто систематичний контроль тиску в шинах, перевірка установки кутів розколу і збіжності керованих коліс, своєчасне переставлення коліс [1].

Автомобільна шина – один з найбільш важливих елементів, що є пружною оболонкою, розташованою на ободі колеса. Шина призначена для поглинання незначних коливань, що викликаються недосконалістю дорожнього покриття, реалізації і сприйняття сил [2].

Гумою називається продукт хімічного перетворення (вулканізації) суміші каучуку та сірки з різними добавками. При виготовленні гуми та гумових виробів спочатку отримують сиру гуму (суміш усіх цих речовин), після чого проводять вулканізацію при 145 – 150 °С [3].

Вулканізація – процес перетворення сирого каучуку на гуму шляхом нагрівання його з сіркою [2].

1.2Вплив на навколишнє середовище гумових виробів

Гума – це вулканізований каучук. Суть вулканізації полягає у тому, що атоми сульфуру приєднуються до лінійних (ниткоподібних) молекул каучуку за місцем подвійних зв’язків і неначе зшиваються ці молекули одна з одною рисунку 1.1. В результаті вулканізації липкий і немічний каучук перетворюється на пружну і еластичну гуму. Гума міцніша за каучук і стійкіша до зміни температури [4].

При вулканізації змінюється молекулярна структура полімеру (утворюється просторова сітка), що приводить до зміни його фізико-механічних властивостей: різко зростає міцність на розтяг і еластичність каучуку, а пластичність майже повністю зникає (наприклад, натуральний каучук має σв= 1,0...1,5 МПа, після вулканізації σв = 35 МПа). Крім того, збільшується твердість та опір зношуванню.

Гума як технічний матеріал відрізняється від інших матеріалів високою еластичністю, яка властива каучуку — головному вихідному компонентові гуми. Вона здатна до дуже значних деформацій (відносне видовження перевищує 1000 %), які майже повністю зворотні. При кімнатній температурі гума перебуває у високо-еластичному стані її еластичні властивості зберігаються в широкому діапазоні температур.


Рисунок 1.1 – Хімічна схема процесу вулканізації


Особливістю гуми як технічного матеріалу є релаксаційний характер деформації. При кімнатній температурі час релаксації може становити 4 – 10с і більше.

Для гумових виробів характерні висока стійкість до стирання, газо- і водонепроникність, хімічна стійкість, електроізоляційні властивості та незначна питома вага.

За призначенням у машинобудуванні гумові деталі поділяють на такі групи, як ущільнювачі, вібро- та звукоізолятори, протиударні, силові (шестерні, корпуси насосів, муфти, шарніри), антифрикційні, фрикційні деталі та інструменти, несилові та захисні, декоративні.

Сукупність технічних властивостей гумових матеріалів дає змогу застосовувати їх для амортизації та демпфірування, ущільнення і герметизації в умовах повітряних і рідких середовищ, хімічного захисту деталей машин, трубопроводів, шлангів, для покришок і камер коліс літаків та автотранспорту тощо. Номенклатура гумових виробів налічує понад 40 000 найменувань.




1.3Склад та класифікація гум шинної промисловості

Основою гуми слугує натуральний (НК) або синтетичний (СК) каучук, який визначає основні властивості гумового матеріалу. Для покращення фізико-механічних властивостей до каучуку додають різні добавки.

Вулканізуючі речовини (агенти). Найчастіше як вулканізуючі речовини застосовують сірку і селен, іноді — перекиси. Для гуми електротехнічного призначення замість елементарної сірки (яка взаємодіє з міддю) застосовують органічні сірчисті сполуки — тіурам.

Антиоксидантиречовини, що сповільнюють процес старіння гуми, який призводить до погіршення її експлуатаційних властивостей. Для цього використовують парафін та віск, які утворюють поверхневі захисні плівки.

Пластифікатори (розм'якшувачі) полегшують переробку гумової суміші, збільшують еластичні властивості каучуку, підвищують морозостійкість гуми. Як розм'якшувачі у гуму вводять парафін, вазелін, стеаринову кислоту, бітуми, дибутилфталат, рослинні олії. Кількість розм'якшувачів становить 10 – 30 % від маси каучуку.

Наповнювачі за впливом на каучук поділяють на активні (підсилюючі) та неактивні (інертні). Активні наповнювачі (вуглецева та біла сажа, кремнієва кислота, оксид цинку й інші) підвищують механічні властивості гум: міцність, опір стиранню, твердість. Неактивні наповнювачі (крейда, тальк, барит) вводяться для здешевлення вартості гуми.

Часто до складу гумової суміші вводять продукт переробки старих гумових виробів і відходів гумового виробництва (регенерат). Крім зниження вартості, регенерат підвищує якість гуми, знижуючи її схильність до старіння.

Барвники мінеральні або органічні вводять для забарвлення гум. Деякі фарбуючі речовини (білі, жовті, зелені) поглинають короткохвильову частину сонячного спектра і цим захищають гуму від світлового старіння.

Основним компонентом гуми крім каучуку є сірка. Залежно від кількості сірки, що вводиться в гуму, одержують різну частоту сітки полімеру. При введенні 1 – 5 % сірки утворюється рідка сітка і гума виходить високоеластичною, м'якою. Зі збільшенням процентного вмісту сірки сітчаста структура стає все щільнішою, а гума — більш твердою. При максимально можливому (30%) насиченні каучуку сіркою утворюється твердий матеріал, що має назву ебоніт. Залежність типу отриманої гуми від кількості сірки наведена на рисунку. 1.2.

1– гума; 2 – напівебоніт; 3 – ебоніт

Рисунок 1.2 – Залежність типу отриманої гуми від кількості сірки
Гуми загального призначення. До таких гум відносять вулканізати неполярного каучуку — натуральний каучук (НК), синтетичний каучук бутадієновий (СКБ), бутадієн-стирольний каучук (СКС), синтетичний каучук ізопреновий (СКИ).

Натуральний каучук (НК) є полімером ізопрену (C5H8)n. Розчиняється він у жирних і ароматичних розчинниках (бензині, бензолі, хлороформі, сірковуглеці тощо), утворюючи в'язкі розчини, що використовують як клеї. При нагріванні вище 80 – 100 °С каучук стає пластичним і при 200 °С починає розкладатися. При -70 °С натуральний каучук стає крихким. Для отримання гуми натуральний каучук вулканізують сіркою. Гуми на основі натуральний каучук відрізняються високою еластичністю, міцністю, водо- і газонепроникністю, високими електроізоляційними властивостями.

Синтетичний каучук бутадієновий (СКБ) отримують за методом Лебедева. Формула полібутадієну (С4Н6)n. Це некристалічний каучук, що має низьку межу міцності при розтягуванні. В гуму на його основі необхідно вводити посилюючі наповнювачі (сажу, оксид, цинк та інші). Морозостійкість синтетичного каучуку бутадієновий невисока (від - 40 до - 45 °С). Розбухає він у тих же розчинниках, що і натуральний каучук.

Бутадієн-стирольний каучук (СКС) отримують при спільній полімеризації бутадієну (С4Н6) і стиролу (СН2 = СН — С6Н5). З такого каучуку отримують гуми з високим опором старінню, які добре працюють в умовах циклічних деформацій. За газонепроникністю і діелектричними властивостями вони рівноцінні гумам на основі натурального каучуку. Каучук бутадієн-стирольний каучук – 10 можна використовувати при температурах від-74 до -77 °С.

Синтетичний каучук ізопреновий (СКИ) – це продукт полімеризації ізопрену С5Н8. Отримання синтетичного каучуку ізопреновий стало можливим у зв'язку з використанням нових видів каталізаторів (наприклад, літію). За будовою, хімічними і фізико-механічними властивостями синтетичний каучук ізопреновий близький до натурального каучуку.

Гуми загального призначення можуть працювати в середовищі води, повітря, неконцентрованих розчинів кислот і лугів. Інтервал робочих температур становить від -35 до -50 до 80 – 130 °С. З таких гум виготовляють шини, паси, шланги, транспортерні стрічки, ізоляцію кабелів, різні гумотехнічні вироби.

Як і пластмаси, гуми схильні до процесу старіння, яке спостерігається при зберіганні та експлуатації гумових виробів під впливом світла, тепла, кисню та озону. Старіння по-різному позначається на механічних властивостях гум. Температура і тривалість старіння звичайно зумовлюють зниження міцності та підвищення твердості різних гум.

Гуми спеціального призначення. Такі гуми поділяють на: маслобензостійкі, теплостійкі, світлоозоностійкі, зносостійкі, електротехнічні, стійкі до гідравлічних рідин.

Маслобензостійкі гуми отримують на основі каучуку хлоропренового (наірит), бутадієн-нітрильного та тіоколу.

Наірит є хлоропреновим каучуком. Вулканізація може проводитися термообробкою, навіть без сірки, оскільки під дією температури каучук переходить в термостабільний стан. Гуми на основі наіриту мають високу еластичність, вібростійкість, озоностійкість. Вони стійкі до дії палива і мастил, чинять опір тепловому старінню.

За термостійкістю і морозостійкістю (від - 35 до - 40 °С) вони поступаються як натуральний каучук, так і синтетичний каучук.

Бутадієн-нітрильний каучук (СКН) — це продукт спільної полімеризації бутадієну з нітрилом акрилової кислоти.

Вулканізують бутадієн-нітрильний каучук за допомогою сірки. Гуми на основі бутадієн-нітрильний каучук мають високу міцність
в = 0,34 МПа), спроможні чинити опір стиранню, але за еластичністю поступаються гумам на основі натурального каучуку, мають високу стійкість щодо старіння та дії розбавлених кислот і лугів.

Маслобензостійкі гуми працюють в середовищі бензину, палива, мастил в інтервалі температур від 30 до - 50 °С до 100 – 130 °С. Гуми на основі бутадієн-нітрильного каучуку застосовують для виробництва пасів, транспортерних стрічок, металорукавів, маслобензостійких гумових деталей (ущіль­нюючі прокладки, манжети тощо).

Механічні властивості гуми на основі тіоколу невисокі. Еластичність гум зберігається при температурі від 40 до - 60 °С. Теплостійкість не перевищує 60 – 70 °С.

Морозостійкими є гуми на основі каучуку, що мають низькі температури склування. Наприклад, гуми на основі бутадієн-нітрильний каучук можуть працювати при температурі до - 60 °С.

Зносостійкі гуми отримують на основі поліуретанових каучуків СКУ. Такі каучуки мають високу міцність, еластичність, опір стиранню, маслобензостійкість, а його газонепроникність в 10 – 20 разів вища за натуральний каучук. Робочі температури гум на його основі становлять
від -30 до 130 °С.

Гуми на основі поліуретанових каучуків застосовують для виготовлення автомобільних шин, транспортерних стрічок, взуття, для обкладання труб і жолобів, якими транспортуються абразивні матеріали [3].

Шинна промисловість забруднює атмосферне повітря, викидами таких речовин: ізопрен, пектан, гексан, бутадієн (дивініл), циклопентан, циклогексан, бензен, толуен, ксилен, етилбензол, α– метилетирол, акрілонітріл, стирол, хлоропрен, пропілена оксид, етилен, ізобутилен, хлористий водень, дибутілфталат, аліфатичні насичені водні, сульфур (IV) оксид, пил гумовий, бензин, карбон (ІІ) оксид, нітроген (IV) оксид, оксиди Феруму, марганець та його сполуки, пил деревини, пропілен, аміносполуки.

Під час поновлювального ремонту покришок у атмосферу виділяються шкідливі речовини, які негативно вливають на навколишнє середовище. Джерелами викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря є шорсткування шин, приготування та нанесення клею, сушка клеєної плівки, вальцювання, вулканізація, приготування крихти гумової, обробка місцевих пошкоджень, столярна дільниця, зварювання, котельня [1].

Хімічні формули деяких речовин, що потрапляють в атмосферу наведені в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 – Хімічні формули деяких елементів



Назва елементу

Хімічна формула

Ізопрен




Гексан

C6H14

Бутадієн (дивініл)

CH2=CH−CH=CH2

Циклопентан

H2C − CH2

| |


H2C CH2

\ /


CH2

Циклогексан

CH2

/ \


H2C CH2

| |


H2C CH2

\ /


CH2

Толуен

С6Н5 – СН3

Етилбензол

С6Н3−СН2СН3

Хлоропрен

СН2=С−СН=СН2;

|

СІ



Пропілена оксид

CH2=CH−CH3

\ /


О

Етилен

С2Н4

Хлористий водень

НСІ

Сульфур (ІV) оксид

SO2



1   2   3   4   5   6   7   8   9


База даних захищена авторським правом ©refs.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка