PL231459B1 - Sposób otrzymywania kompozytu na bazie granulatów gumowych - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób otrzymywania kompozytu na bazie granulatów gumowych o założonej sztywności, przeznaczonych szczególnie do wibroizolacji dróg szynowych i kołowych. Sposób polega na tym, że miesza się od 0 do 90 części wagowych granulatu z opon, od 10 do 100 części wagowych granulatu z gumy miękkiej oraz od 5 do 20 części wagowych jednoskładnikowego spoiwa poliuretanowego. Następnie tak otrzymany kompozyt zaprasowuje się w temperaturze 120 - 200°C, pod ciśnieniem przynajmniej 3 atm., w czasie 20 - 45 minut.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania kompozytu na bazie granulatów gumowych o założonej sztywności, przeznaczonego szczególnie do wibroizolacji dróg szynowych i kołowych.

Postęp cywilizacyjny w ostatnich kilkudziesięciu latach z jednej strony przynosi ludzkości nowatorskie rozwiązania, bez których trudno dziś funkcjonować, z drugiej zaś jest przyczyną nasilenia zjawisk stanowiących zagrożenie dla zdrowia i życia człowieka.

Wybitny udział w tym zagrożeniu ma intensywnie rozwijający się transport szynowy (kolej, tramwaj) jak również samochodowy. Niesie on ciągły rozwój sieci dróg szynowych i samochodowych, który coraz częściej jest przyczyną protestów osób narażonych na szkodliwe oddziaływania wibracji hałasu struktur komunikacyjnych.

Transport szynowy (kolej, tramwaj) oraz drogowy będąc źródłem drgań i hałasu wywiera niekorzystny wpływ na otoczenie człowieka. Hałas i drgania są problemem o powszechnym zasięgu społecznym i występują we wszystkich dziedzinach działalności człowieka, dotyczą wszystkich obywateli, wpływają niekorzystnie na zdrowie, utrudniają wypoczynek i regenerację sił, pomniejszając efekty ich pracy oraz zwiększają prawdopodobieństwo wystąpienia wypadków. Szczególnie narażeni na drgania są mieszkańcy dużych aglomeracji miejskich.

Transportowi nieodłącznie towarzyszą oddziaływanie dynamiczne na otoczenie powodujące drgania mechaniczne fundamentów, podłoża oraz konstrukcji inżynierskich, stąd konieczność minimalizacji ich szkodliwego działania jest zrozumiała i w ostatnich latach powszechnie uwzględniania w rozwiązaniach inżynierskich.

Zmniejszenie oddziaływania transportu jako źródła drgań i hałasu można osiągnąć zmieniając konstrukcję pojazdów (minimalizacja luzów, poprawa wyrównoważenia elementów wirujących, eliminacja wzajemnych uderzeń elementów współpracujących) czy wprowadzając układy redukujące wibracje (tłumiki drgań, wibroizolatory). Można też zastosować tłumienie drgań na drodze ich propagacji, co uzyskuje się między innymi przez wprowadzenie dylatacji między torowiskiem czy drogą a otoczeniem.

W tym celu stosowane są materiały wibroizolacyjne w różnej formie czy technologii takie jak maty antywibracyjne wykonane z gumy czy granulatów gumowych oraz tworzyw termoelastoplastycznych (poliuretanu), podkładki z gumy i tworzyw termoplastycznych, gumowe wkłady przyszynowe.

W celu obniżenia ceny materiałów często wykorzystuje się tańsze surowce pochodzące z recyklingu materiałowego np. granulaty z opon samochodowych, taśm transporterowych. Są to materiały wykonane z jakościowych surowców zużyte jako wyrób, ale zachowujące praktycznie wyjściowe parametry materiałowe, które z powodzeniem można wykorzystać do tłumienia wibracji i dźwięku. Guma jest wielofazowym materiałem lepkosprężystym, dzięki temu jest w stanie dość efektywnie dyssypować przyłożone zmienne siły w dość szerokim zakresie częstotliwości, amplitud i warunków otoczenia.

Na rynku znane są rozwiązania wibroizolacyjne stosowane w drogownictwie, tra nsporcie szynowym, budownictwie i przemyśle wykorzystujące specjalnie wulkanizowane mieszanki kauczukowe (gumy), materiały termoelastoplastyczne oraz kompozyty otrzymane z wykorzystaniem recyklingu materiałowego. W Polsce produkuje się m.in. maty do wibroizolacji torowisk wykonane z gumy wulkanizowanej, są one jednak drogie. Wytwarzane są również maty wibroizolacyjne na bazie oponowych granulatów gumowych w cenie około 40% niższej. Granulat zwykle łączony (klejony) jest za pomocą klejów poliuretanowych lub innych dogodnych spoiw.

Niedogodnością rozwiązań wykorzystujących granulaty z opon jest brak możliwości dogodnej regulacji sztywności kompozytu zwłaszcza jej obniżenia i brak możliwości w wielu przypadkach spełnienia wymogów projektantów, w konkretnych rozwiązaniach konstrukcyjnych. Wówczas materiały te pomimo, że mają dobre właściwości tłumienia drgań i są tańsze przegrywają ze względu na wymagania z droższymi rozwiązaniami bazującym na spienionych poliuretanach czy wulkanizowanych kauczukach.

Problem ten producenci materiałów wibroizolacyjnych bazujących na granulatach oponowych starają się rozwiązać poprzez zmianę parametrów otrzymywania tych materiałów - zmniejszenie ciśnienia formowania, a więc obniżenie gęstości objętościowej materiału. W przypadku jednak kompozytów na bazie granulatów skutkuje to znacznym obniżeniem ich właściwości wytrzymałościowych i trwałości w warunkach pracy dynamicznej.

Przedmiotowy wynalazek redukuje powyższy problem kompozytów otrzymywanych na bazie granulatów gumowych pozyskanych ze zużytych wyrobów gumowych, zwłaszcza opon samochodowych.

Sposób otrzymywania kompozytu o regulowanej sztywności, na bazie granulatów gumowych, według wynalazku polega na tym, że miesza się od 0 do 90 części wagowych granulatu z opon z od

PL 231 459 Β1 do 100 części wagowych granulatu z gumy miękkiej o twardości korzystnie poniżej 30°ShA oraz z od 5 do 20 części wagowych korzystnie jednoskładnikowego spoiwa poliuretanowego, po czym tak otrzymany kompozyt zaprasowuje się w temperaturze 120-200°C, pod ciśnieniem przynajmniej 0,3 MPa, w czasie 20-45 minut. Jako granulat z gumy miękkiej korzystnie stosuje się rozdrobnioną gumę otrzymaną poprzez wulkanizację mieszanki otrzymanej na bazie regeneratu gumowego zmiękczanego plastyfikatorem / zmiękczaczem. Jako regenerat z gumy stosuje się produkt otrzymywany w wyniku dewulkanizacji zużytych wyrobów i odpadów gumowych. Jako plastyfikator korzystnie stosuje się olej odpadowy z przemysłu oponiarskiego albo miękki asfalt drogowy.

W przeprowadzonych badaniach własnych nieoczekiwanie okazało się, że dodanie do kompozytu na bazie granulatu z opon według wynalazku specjalnie przygotowanego granulatu z gumy miękkiej w ilości co najmniej 10% mas. pozwala na większe niż wynika z zasady addytywności, zmniejszenie sztywności kompozytu. W ten sposób uzyskuje się materiał o mniejszej sztywności bez konieczności stosowania obniżonych parametrów formowania kompozytu.

Na poniższym wykresie przedstawiono wpływ na sztywność przy ściskaniu kompozytu zawierającego granulat oponowy i dodatek znacznie miększego granulatu otrzymanego ze specjalnie przygotowanej w tym celu gumy otrzymanej z regeneratu gumowego zmiękczanego odpowiednim plastyfikatorem.

Zawartość granulatu o małej sztywności [%]

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładach wykonania.

Przykład 1.

Odważono 200 g granulatu, o twardości około 55°ShA, z opon samochodowych i wymieszano z 20 g jednoskładnikowego spoiwa poliuretanowego, dodano w stosunku do spoiwa 1% objętościowy wody destylowanej, mieszaninę ponownie dokładnie wymieszano. Mechanicznie napełniono cylindryczną formę o średnicy 130 mm i wysokości 14 mm z nadmiarem 30% masowych materiału. Materiał zaprasowano w prasie wulkanizacyjnej zabezpieczonej przed przyklejaniem materiału środkiem separującym ogrzanej do temperatury 150°C pod ciśnieniem 2,0 MPa, sieciowanie spoiwa prowadzono przez 30 min. W ten sposób otrzymano próbkę badawczą niezawierającą składnika/granulatu o małej sztywności. Nadmiar materiału w postaci wylewki odcięto.

Badanie sztywności kompozytu wykonano w następujący sposób. Otrzymany krążek - próbkę badawczą, umieszczono pomiędzy dwoma okrągłymi płytami stali o średnicy 150 mm i grubości 20 mm, całość zainstalowano między głowicą a ramieniem przesuwnym serwohydraulicznej maszyny dynamicznej Walter and Bai z głowicą pomiarową 10 kN (gwarantowana dokładność pomiaru od 1% zakresu). Ramię dosunięto do płaszczyzny płyty nakrywającej próbkę. Wyzerowano siłę i wskaźnik przemieszczenia ramienia. Pomiar przy sinusoidalnym odkształceniu ściskającym wykonano według danego reżimu: początkowo ściśnięto próbkę siłą 1,4 kN, amplitudę ustawiono na +-0,6 kN, częstotliwość na

PL 231 459 B1

Hz a ilość cykli na 150. Wartości sztywności materiału przy ugięciu wynikającym z siły 0,8 kN i 2,0 kN przedstawiono jako procent ściśnięcia próbki w stosunku do wysokości początkowej odczytanej przy danych wartościach siły w 120 cyklu obciążenia.

Otrzymane wartości sztywności (ugięcia) przy ściskaniu dla próbki graficznie przedstawione są na wykresie, próbka z 0% zawartością granulatu miękkiego a wynosiły one -6,7% i -9,2% odpowiednio dla ugięcia przy 0,8 kN i 2,0 kN

P r z y k ł a d 2.

Odważono 180 g granulatu, o twardości około 55°ShA, z opon samochodowych i wymieszano z 20 g granulatu wykonanego z gumy miękkiej (poniżej 30°ShA) na bazie regeneratu gumowego zmiękczanego olejem odpadowym z przemysłu oponiarskiego oraz 20 g jednoskładnikowego spoiwa poliuretanowego, dodano w stosunku do spoiwa 1% objętościowy wody destylowanej, mieszaninę ponownie dokładnie wymieszano.

Próbkę badawczą otrzymano według procedury podanej w przykładzie wykonania 1, przy ciśnieniu prasowania 0,3 MPa. Pomiar sztywności i odczyt wartości wykonano według opisu z przykładu 1.

Otrzymane wartości sztywności (ugięcia) przy ściskaniu dla próbki graficznie przedstawione są na wykresie, próbka z 10% zawartością granulatu miękkiego a wynosiły one: -8,6% i -11,5% odpowiednio dla ugięcia przy 0,8 kN i 2,0 kN.

P r z y k ł a d 3.

Odważono 140 g granulatu, o twardości około 55°ShA, z opon samochodowych i wymieszano z 60 g granulatu wykonanego z gumy miękkiej (poniżej 30°ShA) na bazie regeneratu gumowego zmiękczanego olejem maszynowym N 68 oraz 20 g jednoskładnikowego spoiwa poliuretanowego, dodano w stosunku do spoiwa 1% objętościowy wody destylowanej, mieszaninę ponownie dokładnie wymieszano.

Próbkę badawczą otrzymano według procedury podanej w przykładzie wykonania 1, przy ciśnieniu prasowania 1,0 MPa. Pomiar sztywności i odczyt wartości wykonano według opisu z przykładu 1.

Otrzymane wartości sztywności (ugięcia) przy ściskaniu dla próbki graficznie przedstawione są na wykresie, próbka z 30% zawartością granulatu miękkiego a wynosiły one: -10,2% i -13,4% odpowiednio dla ugięcia przy 0,8 kN i 2,0 kN.

P r z y k ł a d 4.

Odważono 100 g granulatu, o twardości około 55°ShA, z opon samochodowych i wymieszano z 100 g granulatu wykonanego z gumy miękkiej (poniżej 30°ShA) na bazie regeneratu gumowego zmiękczanego miękkim asfaltem drogowym (asfalt 50/70) oraz 20 g jednoskładnikowego spoiwa poliuretanowego.

Próbkę badawczą otrzymano według procedury podanej w przykładzie wykonania 1, przy czym próbkę wulkanizowano 45 min. Pomiar sztywności i odczyt wartości wykonano według opisu z przykładu 1.

Otrzymane wartości sztywności (ugięcia) przy ściskaniu dla próbki graficznie przedstawione są na wykresie, próbka z 50% zawartością granulatu miękkiego a wynosiły one: -11,2% i -14,6% odpowiednio dla ugięcia przy 0,8 kN i 2,0 kN

P r z y k ł a d 5.

Odważono 60 g granulatu, o twardości około 55°ShA, z opon samochodowych i wymieszano z 140 g granulatu wykonanego z gumy miękkiej (poniżej 30°ShA) na bazie regeneratu gumowego zmiękczanego olejem odpadowym z przemysłu oponiarskiego oraz 20 g jednoskładnikowego spoiwa poliuretanowego.

Próbkę badawczą otrzymano według procedury podanej w przykładzie wykonania 1, przy czym próbkę wulkanizowano 45 min. Pomiar sztywności i odczyt wartości wykonano wg opisu z przykładu 1.

Otrzymane wartości sztywności (ugięcia) przy ściskaniu dla próbki graficznie przedstawione są na wykresie, próbka z 70% zawartością granulatu miękkiego a wynosiły one: -11,7% i 15,2% odpowiednio dla ugięcia przy 0,8 kN i 2,0 kN

P r z y k ł a d 6.

Odważono 200 g granulatu wykonanego z gumy miękkiej (poniżej 30°ShA) na bazie regeneratu gumowego zmiękczanego olejem odpadowym z przemysłu oponiarskiego oraz 20 g jednoskładnikowego spoiwa poliuretanowego, dodano w stosunku do spoiwa 1% objętościowy wody destylowanej, mieszaninę ponownie dokładnie wymieszano.

Próbkę badawczą otrzymano według procedury podanej w przykładzie wykonania 1. Pomiar sztywności i odczyt wartości wykonano według opisu z przykładu 1.

PL 231 459 B1

Otrzymane wartości sztywności (ugięcia) przy ściskaniu dla próbki graficznie przedstawione są na wykresie, próbka ze 100% zawartością granulatu miękkiego a wynosiły one: -11,9% i -15,3% odpowiednio dla ugięcia przy 0,8 kN i 2,0 kN.

Zilustrowany wynalazek przedstawiono jako przykładowe możliwości jego realizacji, jednakże obejmuje on również wszelkie postacie, modyfikacje i odmiany mieszczące się w ramach zakresu, do którego przedmiotowy wynalazek się odnosi.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania kompozytu, o regulowanej sztywności, na bazie granulatów gumowych, znamienny tym, że miesza się od 0 do 90 części wagowych granulatu z opon z od 10 do 100 części wagowych granulatu z gumy miękkiej, korzystnie o twardości poniżej 30°ShA oraz z od 5 do 20 części wagowych spoiwa poliuretanowego, po czym tak otrzymany kompozyt zaprasowuje się w temperaturze 120-200°C pod ciśnieniem przynajmniej 0,3 MPa w czasie 20-45 minut.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako granulat z gumy miękkiej korzystnie stosuje się rozdrobnioną gumę otrzymaną poprzez wulkanizację mieszanki otrzymanej na bazie regeneratu gumowego zmiękczanego plastyfikatorem / zmiękczaczem.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako regenerat z gumy stosuje się produkt otrzymywany w wyniku dewulkanizacji zużytych wyrobów i odpadów gumowych.
4. 4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako plastyfikator korzystnie stosuje się olej odpadowy z przemysłu oponiarskiego albo miękki asfalt drogowy.