Экспериментальное исследование физических свойств композитов из бытовых пластиковых отходов в домашних условиях
Проведены экспериментальные исследования физических свойствах композитов из бытовых пластиковых отходов для получения материалов для частичной замены ресурсов леса.
Проведены следующие эксперименты:
- определение плотности экспериментальных образцов.
- Определение твердости по Бринеллю образцов из деревопластика и песочнопластиковых изделий .
- расчет и сравнение коэффициентов теплопроводности образцов.
- испытание теплостойкости.
- определение водопоглощения.
- определение удельной теплоемкости экспериментальных образцов.
- определение предела прочности на изгиб самодельной установке.
- изменение твердости по Бринеллю при снижении температуры
- исследование теплоизоляции на макете
Составлена сравнительная таблица физических свойств самодельных композитов с известными материалами по результатам экспериментов.
Пожары, вырубка, нашествие шелкоряда – являются основными причинами истощения запасов леса. А также, у нас в Якутии в зоне вечной мерзлоты, наблюдается усиление термокарстовых разрушений почвы, даже в лесных массивах. Изготовление и использование полимерных композитных стройматериалов – один из спобосов сохранения леса. Мы изучили и провели эксперименты по изготовлении и изучении физических свойств.
Данное исследование частично решит проблемы: изучение способов получения прочного материала является актуальным вопросом в строительстве и в быту и уменшит потребления лесного ресурса.
Изготовление и экспериментальное исследование физических свойств дерево пластика.
Основу ДПК составляют измельченные древесные отходы и различные термопластичные полимеры, которые в нагретом состоянии легко принимают любую форму, а после охлаждения твердеют и обретают довольно высокую прочность. Мы изготовили свои образцы методом формовки. Для этого сделали деревянную форму.
Для изготовления деревопластика плавится пластик до жидкого состояния, затем опилка смешивается с пластиком. После, закладывается в форму, где пруссуется и сушится. Таким образом должен выйти такой образец как на третьем фото.
Экспериментальные исследования.
I. Физические свойства деревопластика.
1.Плотность образцов из деревопластика.
Выводы: образец 1(1:2) более плотный, чем образец 2(1:3). Также плотности деревопластиков колебаются между плотностями дерева и пластика.
2. Определение твердости по Бринеллю образцов из деревопластика
Выводы: твердость образца 1 оказался лучше. Сравнение с таблицей твердости по Бринеллю показывает достоверность информации.
3. Расчет коэффициента теплопроводности.
Вывод: коэффицент теплопроводности у образца 1 больше и соразмерим с табличными данными.
4. Испытание теплостойкости.
Выводы: Образец 2 остывает быстрее. Чем меньше опилок, тем больше теплостойкость образца.
Вывод: водопоглощение образца 1:3 ПП оказалась наивысшей.
II. Экспериментальное исследование физических свойств песочно-пластиковых образцов. [10]
Рисунок 1. Изготовление полимерпесочных изделий
Для изготовления пластикпесчаных композитов расплавленный пластик соединяется с песком.
Таблица1
Плотности образцов из пластика и песка
|
Плотность |
Брусок 1 |
Брусок 2 |
Брусок 3 |
|
m, гр |
360 |
412 |
397 |
|
V,см3 |
223 |
245 |
235 |
|
r |
1,614 |
1,682 |
1,689 |
|
rсредняя |
1,662 |
1,662 |
1,662 |
|
∆r |
0,020 |
0,020 |
0,028 |
|
∆rср |
0,022 |
|
|
|
ℰ |
0,013 |
|
|
Абсолютная погрешность: ∆rср=(∆r1+∆r2+∆r3)/3
Относительная погрешность 
Средняя плотность 1662 кг/м3
2. Определение водопоглощения
Таблица 2
Водопоглощение брусков
|
Значения |
Брусок 1 |
Брусок 2 |
Брусок 3 |
|
m, гр |
394 |
410 |
367 |
|
m1, гр |
397 |
413 |
370 |
|
W, % |
0,761 |
0,732 |
0,817 |
|
W, средняя |
0,770 |
0,770 |
0,770 |
|
∆W |
0,009 |
0,120 |
0,035 |
|
∆Wср |
0,055 |
|
|
|
ℰ |
0,071 |
|
|
Рисунок 2. Определение водопоглощения
Вывод: Эксперимент показал, песочнопластиковые изделия обладают малым водопоглощением.
3. Определения предела прочности на изгиб. [9]
Рисунок 3. Определение предела прочности
Таблица3
Определения предела прочности на изгиб
|
l |
0,08 |
0,16 |
0,24 |
|
b |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
|
h |
0,005 |
0,005 |
0,005 |
|
Pmax |
10 |
6,1 |
3,1 |
|
Ri |
1600000 |
1952000 |
1488000 |
|
R |
1,6 |
1,952 |
1,488 |
|
R, средняя |
1,68 |
||
|
∆R |
0,080 |
0,172 |
0,120 |
|
∆Rср |
0,124 |
|
|
|
ℰ |
0,077 |
|
|
Вывод: Предел прочности при изгибе Rизг =1,68 Мпа соответствует марке кирпича 75, что показывает достоверность результатов. Для увеличения прочности при изгибе, нужно увеличить концентрацию пластика.
4. Определение твердости по Бринеллю образцов песчано-пластиковых образцов [8]
Таблица 4
Определение твердости по Бринеллю
|
H |
1 |
1,25 |
1,5 |
||
|
h |
2,12 |
1,96 |
2,06 |
||
|
m |
0,31 |
0,31 |
0,31 |
||
|
g |
9,80 |
9,80 |
9,80 |
||
|
P |
4,47 |
4,98 |
5,25 |
||
|
D |
2,00 |
2,00 |
2,00 |
||
|
d= |
0,60 |
0,65 |
0,60 |
||
|
HB |
15,46 |
14,59 |
18,15 |
||
|
15,46 |
14,59 |
18,15 |
|||
|
HB средняя |
16,07 |
||||
|
∆HB |
0,61 |
1,48 |
2,08 |
||
|
HB средняя |
16,070 |
|
|||
|
∆HB средняя |
1,390 |
|
|||
|
ℰ |
0,086 |
|
|||
Выводы: Сравнение с табличными данными показывает достоверность результатов.
Рисунок 4. Определение твердости по Бринеллю
5. Определение коэффициента теплопроводности. [10]
Таблица 5
Определение коэффициента теплопроводности
|
Песочнопластик |
t min |
10 |
20 |
30 |
40 |
|
T1 ⁰C |
28 |
31 |
35 |
35 |
32 |
|
T2 ⁰C |
28 |
36 |
45 |
54 |
51,7 |
|
∆T ⁰C |
0 |
5 |
10 |
19 |
19,7 |
|
Q Дж |
0,0000 |
1680,0000 |
3360,0000 |
6300,0000 |
6132,0000 |
|
S м |
0,0050 |
0,0050 |
0,0050 |
0,0050 |
0,0050 |
|
λ |
0,0000 |
0,8960 |
0,8960 |
0,8842 |
0,8301 |
|
λ средняя |
0,8766 |
0,8766 |
0,8766 |
0,8766 |
0,8766 |
|
∆λ |
0,0194 |
0,0194 |
0,0194 |
0,0076 |
0,0465 |
|
λ средняя |
0,8766 |
||||
|
∆λ средняя |
0,0281 |
||||
|
ℰ |
0,0320 |
Вывод : по сравнению с стройматериалами на рисунке наши образцы обладают лучшей теплопроводностью.
6. Определение удельной теплоемкости песчано-пластиковых композитов.
Для выявления удельной теплоемкости образца образец нагревают и кладут в сосуд с холодной водой.
Диаграмма 2. Определение удельной теплоемкости песчано-пластиковых композитов
Рисунок 5. Определение удельной теплоемкости песчано-пластиковых композитов
- Расчет коэффициента теплопередачи.
Таблица 6
Коэффициенты теплопередачи
Вывод: у образца 2 (1:3) коэффицент теплопередачи больше и соразмерим с табличными данными.
8. Исследование теплоизоляции на макете.
Приборы и материалы: коробка из дпк 1:2, коробка из сосны, термометр на
тестере.
Диаграмма 3. Исследование теплоизоляции на макете
Рисунок 6. Макет
Вывод: эксперимент показал, что процессы изменения температуры почти не отличаются, что доказывает достоверность эксперимента по определению коэффициента теплопроводности
9. Изменение твердости по бриннелю ДПК при понижении температуры.[8]
Проделали испытание твердости по бриннелю но с разными температурами.
Диаграмма 4. Испытание твердости по бриннелю но с разными температурами
Вывод: эксперимент показал, что твердость по бриннелю уменьшается со снижением температуры.
Сравнительная таблица физических величин по результатам экспериментов.
|
|
Плотность, кг/м3 |
Водопоглощение,% |
Твердость по Бриннелю, кгс/мм2 |
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙°C) |
Удельная теплоемкость, Дж/(кг·°C) |
|
Деревопластик 1:2 |
780 |
4,65 |
12 |
0,25 |
1404,2 |
|
Деревопластик 1:3, ПП |
750 |
12,12 |
7,9 |
0,2 |
1149 |
|
Песочнопластиковый композит |
1662 |
0,77 |
16,07 |
~0,7 |
1469 |
|
Сосна |
500 |
- |
1,5 |
0,15 |
2700 |
|
Кирпич керамический |
1600 |
30 |
12 |
0,56 |
1000 |
Заключение
Изучив свойства и технологию производства композитных материалов с использованием бытовых отходов пластика, мы изготовили образцы, провели экспериментальное исследование физических свойств и пришли к следующим выводам:
Более подходящим способом изготовления в домашних условиях является формовка
По результатам экспериментов выявлено:
- Соотношение 1:2 является наиболее оптимальной
- Деревопластик является хорошим материалом, имеющим хорошие характеристики
- Деревопластик способен заменить дерево, при этом имея свойства лучше.
Песочнопластиковые изделия отличаются большей твердостью, плотностью, малым водопоглощением
Композитные материалы, полученные в домашних условиях малозатратны, просты при изготовлении. В перспективе планируется усовершенствование технологии.
- https://wika.tutoronline.ru/fizika/class/8/osnovnye-svedeniya-i-teploprovodnosti-materialov-v-fizike-8-klass/
- https://kraska.guru/klej/smoly/zhidkoe-derevo.html?ysclid=m2178mwgk753177883
- https://tochpribor-nw.ru/articles/metod_brinellya/
- https://dzen.ru/away?to=https%3A%2F%2Flotvod.ru%2Ftekhnologiya-proizvodstva-polimerpeschanyh-izdelij.html
- https://rcycle.net/drevesina/drevesno-polimernyj-kompozit/tseny-svojstva-i-harakteristiki
- https://xn--38-6kcd9bxa7d.xn--p1ai/o-kompanii/blog/vidyi-plastikov-tipyi-klassifikacziya-i-markirovka/?ysclid=m6tainbx21387482445
- https://epps.ru/journal/detail.php?id=468
- https://tverdomer.ru/statji/mery-tverdosti/metod_izmereniya_tvyerdosti_po_brinellyu_gost_9012_59_printsip_osobennosti_primenenie/
- Думанский,В.М. Александров, В.Л. Сытин. Измерение твердости металлов и сплавов: метод. указания к выполнению лаб. работы по материаловедению /сост.: И.О. – Архангельск: САФУ, 2013 – 18 с.
- Чубинский А.Н., Тамби А.А., Чубинский М.А., Чаузов К.В. Физика древесины. Учебное пособие по выполнению лабораторных работ. СПб.: СПбГЛТУ. – 67 с.
- Межотраслевые правила по охране труда при переработке пластмасс. ПОТ Р М-028-2003. - СПб.: ЦОТПБСП, 2003. - 24 с.
