-
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
-
Technologická jednotka pro úpravu a nového užití základních
složek odpadu pocházejícího z vláknitých polymerních matric
a
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
-
Technologická jednotka pro úpravu a nového užití základních
složek odpadu pocházejícího z vláknitých polymerních matric
a
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.
3. 2. 20193 23.1.20183Jaroslav Bačovský 3 3. 2. 2019
-
Technologická jednotka pro úpravu a nového užití základních
složek odpadu pocházejícího z vláknitých polymerních matric
a
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.
3. 2. 20194 23.1.20184Jaroslav Bačovský 4 3. 2. 2019
-
Technologická jednotka pro úpravu a nového užití základních
složek odpadu pocházejícího z vláknitých polymerních matric
a
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.
3. 2. 20195 23.1.20185Jaroslav Bačovský 5 3. 2. 2019
-
Technologická jednotka pro úpravu a nového užití základních
složek odpadu pocházejícího z vláknitých polymerních matric
a
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
-
Technologická jednotka pro úpravu a nového užití základních
složek odpadu pocházejícího z vláknitých polymerních matric
a
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.
23.1.20187Jaroslav Bačovský 7 3. 2. 2019
-
Technologická jednotka pro úpravu a nového užití základních
složek odpadu pocházejícího z vláknitých polymerních matric
a
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.
23.1.20188Jaroslav Bačovský 8 3. 2. 2019
-
Technologická jednotka pro úpravu a nového užití základních
složek odpadu pocházejícího z vláknitých polymerních matric
a
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:
23.1.20189Jaroslav Bačovský 9 3. 2. 2019
-
Technologická jednotka pro úpravu a nového užití základních
složek odpadu pocházejícího z vláknitých polymerních matric
a
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
-
Technologická jednotka pro úpravu a nového užití základních
složek odpadu pocházejícího z vláknitých polymerních matric
a
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.
23.1.201811Jaroslav Bačovský 11 3. 2. 2019
-
Technologická jednotka pro úpravu a nového užití základních
složek odpadu pocházejícího z vláknitých polymerních matric
a
kompozitů.
Jaroslav Bačovský 12 3. 2. 2019
-
Technologická jednotka pro úpravu a nového užití základních
složek odpadu pocházejícího z vláknitých polymerních matric
a
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