Теоретические и экспериментальные исследования процессов постадийной переработки техногенных полимерных композитов и особенностей их структурообразования

При выполнении междисциплинарного проекта разработаны концептуальные положения создания ресурсосберегающих технологий и специального оборудования для энерогоэффективной переработки техногенных полимерных материалов (ТПМ) и производства из них востребованной товарной продукции. Изучены морфологический состав, физико-механические характеристики и физико-химические свойства различных ТПМ: полимерные волокна (ПВ) - (текстильный корд) из отходов автомобильных шихт; полипропилен (ПП) - (отработанные пустотелые предметы различного технического и бытового назначения и др.); вторичный полиэтилен низкой плотности (упаковочная пленка и др.). Разработаны теоретические положения использования измельченных ТПМ и физико-химического их взаимодействия с цементно-песчаной матрицей. С использованием многофакторного планирования эксперимента (ЦКОП-23) установлен оптимальный состав мелкозернистого бетона с использованием измельченных ТПМ. Исследовано влияние гранулометрического состава полимерсодержащих композиционных смесей с гетерогенными добавками (фибронаполнителей из базальтовых волокнистых отходов - (БВО), ТПМ и др.) на кинетику реологических процессов структурообразования цементных систем и физико-механические свойства бетона. Установлены возможности варьирования геометрическими размерами, формой и адгезионной способностью и другими исходными характеристиками фибронаполнителей на процессы формирования структуры и степень их адгезии с цементной матрицей бетона. Максимальная марочная прочность изделий (процесс твердения – 28 суток) составила: при сжатии образцов - R_сж=34 МПа, что на 22% выше контрольных показателей (R_сж=28,5 МПа); при изгибе - R_изг=4,8 МПа, на 14% выше базового показателя (R_изг=2,5 МПа). С учетом специфических особенностей ТПМ, разнообразия их морфологических свойств и физико-механических характеристик разработан специальный патентозащищенный роторно-центробежный агрегат (РЦА) постадийной переработки вторичных материалов (Патент РФ №2724667, №2755436) и на его основе – технологический модуль замкнутого цикла измельчения изотропных и анизотропных техногенных материалов (заявка на изобретение РФ №2024120112, заявл. 17.07.2024). Проведены научно-технические и конструкторско-технологические разработки по расширению технологических возможностей РЦА при переработке ТПМ, с учетом их исходного товарного назначения, геометрии и формы. По результатам теоретических и экспериментальных исследований установлены основополагающие закономерности переработки ТПМ, кинетических процессов их измельчения до различной степени дисперсности, рациональные режимы работы специального оборудования. С использованием методов моделирования исследуемых процессов на разработанных стендовых установках различного технологического назначения установлены конструктивно-технологические особенности специальных узлов и механизмов, обеспечивающих предварительную переработку ТПМ, стабилизацию материальных потоков при их движении в зону измельчения и последующего диспергирования материалов. Разработаны и изготовлены опытно-промышленные агрегаты, реализующие в составе технологического модуля, процессы комплексной переработки ТПМ до различной степени дисперсности, получения фибронаполнителей из БВО и последующего приготовления композиционных смесей с гетерогенными компонентами, патент РФ № 2809971. Для реализации выполненных научно-технических разработок в реальных условиях производства (ООО «ТК «Экотранс», ООО «Экоцентр «Черноземье») разработана проектно-конструкторская документация и изготовлен двухкамерный термосмеситель постадийного действия для утилизации полимерных отходов с механоактивированными кремнеземистыми компонентами и др.