دستگاه بازیافت پلی اتیلن ترفتالات PET

استفاده از دستگاه هوشمند برای بازیافت پلی اتیلن ترفتالات

PET (پلی اتیلن ترفتالات) یک ماده پلاستیکی رایج است که در ساخت بطری های آب، نوشیدنی های گازدار و آب میوه استفاده می شود. PET اگرچه بادوام بوده و حمل آن آسان است اما تجزیه آن در طبیعت دشوار است. PET اگر بازیافت نشود، می تواند صدها سال در محیط باقی مانده و دریا و سایر مناطق زیست محیطی را آلوده کند. با این حال، ساخت یک دستگاه هوشمند ضروری است تا به راحتی و با هزینه کم می تواند در شرایط آزمایشگاهی و کمک فناوری صنعتی پلی اتیلن ترفتالات (PET) را به PET بازیافتی تبدیل کند. هدف نهایی از این تحقیق بررسی ویژگی های مکانیکی PET بازیافتی است. در این مطالعه با کمک اکستروژن ترموپلاستیک کامپیوتری پارامترهای اصلی کل فرایند تکنولوژیکی پیوسته کنترل می شوند. نتایج حاصل از آزمایشات مکانیکی و حرارتی نشان داد که PET بازیافتی را می‌توان به فیلامنت برای پرینت سه بعدیِ محصولات نهایی که دارای خواص مشابه با خواص صنعتی هستند تبدیل کرد.

در دنیای پلاستیک انواع مختلفی از مواد مصنوعی وجود دارد. یکی از آنها PET (پلی اتیلن ترفتالات) است. PET متعلق به گروه پلی استر و مواد خام پلاستیکی حاصل از نفت است. بسیاری از مردم نمی دانند PET چیست. دو دانشمندان بریتانیایی وینفیلد و دیکسون در سال 1941، PET را به عنوان یک پلیمر الیاف ساز به ثبت رساندند. این پلیمر امروز بسیار مفید و پرکاربرد است. در واقع، پلی اتیلن ترفتالات نوعی مواد ترموپلاستیک نیمه کریستالی است که از تراکم اسید ترفتالیک و اتیلن گلیکول تشکیل شده است. این ماده می تواند حالت های مختلفی داشته باشد مانند PET نیمه کریستالی، PET آمورف و PET اصلاح شده با گلیکول دارای مقاومت بالا در برابر ضربه. PET همچنین بادوام بوده و حمل آسان است اما تجزیه آن در طبیعت دشوار است. اگر PET بازیافت نشود، می تواند تا صدها سال در محیط زیست باقی بماند و دریا و سایر مناطق زیست محیطی را آلوده کند. PET بازیافتی میزان تجمع زباله در محیط زیست را کاهش داده و منابع طبیعی را با کاهش نیاز به استخراج مواد خام جدید و تبدیل آنها به بطری های جدید نجات می دهد. علاوه براین، PET بازیافتی نیز می تواند انتشار گازهای گلخانه ای را به حداقل رسانده و انرژی مورد نیاز برای تولید محصولات پلاستیکی جدید را تامین کند. PET ماده ای است که اکسترود آن به دلیل رطوبت دوست بودن دشوار است و به همین دلیل، باید با رطوبت اکسترود شده و سپس در دمای 120 تا 150 درجه سانتیگراد به مدت 4 ساعت خشک شود. پس از خشک شدن، PET باید بلافاصله پردازش می شود زیرا ممکن است ساختار مواد تجزیه شود. در ادامه، PET باید در دمای 130 درجه سانتیگراد به مدت 25 ساعت قرار داده شود زیرا اتلاف جرم تنها چند دقیقه پس از تست تجزیه در دمای 270 تا 280 درجه سانتیگراد اتفاق می افتد. در ماده خشک شده در خلاء با همان پارامترها، هیچ گونه اتلاف مواد ثبت نشد. دما و فشار به دلیل فرایندهای تجزیه حرارتی و ترمو-اکسیداتیو مواد نقش مهمی در فرایندهای ساخت فیلامنت PET دارند. روش های مختلفی برای بازیافت بطری های PET وجود دارد ازجمله شستن و دسته بندی بطری ها که آنها را به مواد بازیافتی برای استفاده در ساخت محصولات جدید مانند لباس، بالشتک ماشین یا حتی بطری های جدید تبدیل می کند. این فرایند می تواند انرژی را ذخیره و انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش دهد. PET همچنین دارای ویژگی های همچون قابلیت پردازش دمشی؛ تزریقی؛ اکستروژن، خواص مکانیکی عالی، زیست محور، هزینه/عملکرد که اولین گام در بازیافت به شمار می رود است. PET مانند همه مواد معایبی نیز دارد. خشک کردن یکی از معایب اصلی آن است. پلی استر باید خشک شود تا خواص آن از بین نرود. میزان رطوبت پلیمر پس از ورود به فرایند باید حداکثر 0.005 درصد باشد. در این مقاله یک دستگاه هوشمند ارائه خواهد شدد که می تواند PET را خرد کرده و تکه های آن را به محصولات جدید تبدیل کند.

تولید فیلم صنعتی PET

در شکل زیر حداکثر و حداقل خروجی تولید به ترتیب 821 (قدرت یا موتور اکسترودر 160 کیلو وات و قطر پیچ 93 میلی متر است) و 686.8 (قدرت یا موتور اکسترودر 110 کیلو وات و قطر پیچ 71.4 میلیمتر است) کیلوگرم در ساعت گزارش شده است.

شکل 1:

این فرایند می تواند در چرخش های مختلف (حداکثر 306.2 دور در دقیقه؛ حداقل 42.7 دور در دقیقه) انجام شود. مراحل شار عملیاتی عبارتند از بارگذاری سیلو ترانزیت، تغذیه اتلاف وزن، ترکیب پیچ دوقلو، پشته خنک کننده و برش لبه، تست ضخامت، روش کرونا، پوشش سیلیکونی/آنتی استاتیک و خشك كردن، پوشش فیلم محافظ، حمل، خنک کردن خودکار با آکومولاتور. PET را می توان با اکسترود تک پیچ یا دو پیچ اکسترود کرد. در این فرایند اکسترودر سرعت تک پیچ سرعت بهتر از اکسترودرهای دومارپیچ کنترل می شود.

دستگاه اتوماتیک برای فیلم PET

این مطالعه یک دستگاه خودکار معرفی می کند که در شرایط آزمایشگاهی نیز قابل استفاده است. استفاده از این دستگاه در لابراتوارها به دانش آموزان فرصت می دهد تا برای آموزش برخی از مهارت های عملی به دنبال جریان عملیاتی در مقیاسی متفاوت و اقتصادی تر باشند. در دو شکل زیر مشخصات دستگاه همچون برد مبتنی بر ریزپردازنده Atmega 328، موتورهای دو اِستپرNema 17 Advance 1  و Advance 2، اکسترودر با سنسور دما، فن، نمایشگر LCD آبی 2004 کامپتیبل I2C، کنترل دستگاه و منبع شارژ 12 وات/6 آمپر شده است.

شکل 2:

شکل 3:

روش کار این دستگاه به این صورت است که:

- ابتدا موتور استپر Advance 1 سرعت ثابت مواد (PET) را در ورودی اکسترودر تضمین می کند.

- مواد پایه هنگام عبور از اکسترودر که تا دمای 250 درجه سانتیگراد گرم شده است، از بخش مستطیل شکل به بخش گرد با قطر 1.75 میلیمتر منتقل می شود.

- مواد پس از خروج از اکسترودر، روی غلتکی که بوسیله موتور استپر دوم رانده می شود، ریخته شده و توسط فن خنک می شود.

- سرعت انتقال مواد PET با استفاده از دکمه های کنترل تنظیم می شود.

- سرعت موتورهای دو استپر و دمای اکسترودر را نیز می توان در زمان واقعی بر روی نمایشگر LCD مشاهده کرد.

نمودار جریان عملیات این دستگاه در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل 4:

جمع بندی

پس از تجزیه و تحلیل خواص مکانیکی و حرارتی نمونه های بدست آمده از PET بازیافتی به نتایج زیر دست یافتیم:

- متوسط استرس 232.5 مگاپاسکال درمقایسه با کمترین استرس 239.5 مگاپاسکال

- مقادیر مدول الاستیک E از 1595 مگاپاسکال (در 00 گرایش بستر) تا 1995 مگاپاسکال (در 900 گرایش بستر)

- در طی آزمایشات حرارتی میزان گرمای همجوشی (کمتر از 37.80) ژول/grd و توزیع ضخامت لاملارها (26 درصد بلورینگی) مشاهده شد.

- خواص نمونه هایی که از محصولات نهایی ساخته شده اند، به محصولات صنعتی نزدیک است. بنابراین فرایند انجام شده با این دستگاه تایید می شود.