Новая жизнь пластика

XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Новая жизнь пластика

Тюменцев И.М. 1
1МБОУ "СОШ №12" г. Байкальска
Фицева О.Г. 1
1Муниципальная бюджетная общеобразовательная организация "Средняя общеобразовательная школа №12" , г. Байкальска
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение.

Отходы пластика — серьезнейшая проблема современного общества. Человечество ежедневно создает тысячи тонн отходов, которые необходимо утилизировать и перерабатывать, чтобы наша планета не превратилась через в одну большую свалку. Среди всех видов бытового мусора пластик представляет собой наибольшую угрозу.

Сегодня самое время заняться решением вопросов утилизации пластика, ведь последние исследования показывают, что если уровень отходов и в будущем сохранится или даже вырастет, через 10-15 лет площадь мусорных «островов» на планете увеличится в два раза! В таких условиях будет намного сложнее бороться с отходами, очищать моря и океаны.

Если не воспринимать пластик как мусор, загрязняющий планету, а рассмотреть его в качестве ценного сырья для повторного использования, то окажется, что он вполне пригоден для производства изделий, которые мы ежедневно используем в быту. Сделать что-то полезное и интересное из пластикового мусора можно даже у себя дома на 3D-принтере, а, возможно, даже превратить это в бизнес.

Цель: подобрать пластик ПЭТ, создать устройство переработки, применить полученный пластик в печати на 3D принтере, с целью сохранения чистоты окружающей среды.

Задачи:

- узнать виды пластика и методы его переработки;

- выяснить плюсы и минусы переработки пластика;

- узнать, какие условия предназначены для переработки пластика;

- подобрать пластик для переработки;

- сконструировать устройство для переработки ПЭТ;

- создать и напечатать 3D модель.

Актуальность. Устройство по переработке ПЭТ бутылок – это функциональное, не сложное устройство для различных видов пластика и доступно абсолютно для каждого. И сегодня актуально собрать, и иметь данное оборудование в доме или школе для тех, кого волнует экология и интересует бюджетная печать 3D моделей.

Гипотеза. Выполняя проект, возможно, изучая, подобрать пластик и с нуля создать оборудование для его переработки. И мы предполагаем, что это пригодится нам в будущем при поступлении в университет и в жизни, как увлечение или хобби.

Методы: наблюдение, анализ, описание, сравнение, работа с источниками, подбор материала, практическая работа по переработке и печати из пластика, определение пластика, конструирование оборудования.

Объект: пластик бутылок, ПЭТ.

Продукт проекта: печать 3D моделей из переработанного пластика.

Глава 1. ПЭТ (полиэтилентерефталат) и его виды.

Пластик — это основной материал для настольных 3D-принтеров, а его производство, использование и утилизация являются источником больших разногласий в современном мире. Этот чрезвычайно полезный материал, обычно получаемый из нефтехимического сырья, его можно плавить и формовать, он обладает невероятной прочностью и даже может быть устойчив к атмосферным воздействиям. Выбрать переработанный пластик для 3D-печати может быть непросто, особенно из-за множества возможностей и доступных типов.

ПЭТ-А. Аморфный полиэтилентерефталат — прозрачный гибкий полимер с повышенной прозрачностью, холодной и горячей гибкостью, ударной вязкостью. Фрезеруется, сверлится, полируется. Подходит для печати, в том числе ультрафиолетовой и сольвентной. Применяется в рекламной индустрии, торговле, приборостроении, строительстве. Из аморфного пластика изготавливают экраны дисплеев, торговые витрины, световые панели, демонстрационные стенды, офисные перегородки. При нагревании свыше 75°С происходит кристаллизация полимера. он становится белым и хрупким.

ПЭТ-Г. Полиэтилентерефталат, модифицированный гликолем, обладает повышенной ударной вязкостью. Температура его плавления ниже, чем ПЭТ-А. Благодаря этому материал не кристаллизуется, остается прозрачным и сохраняет форму при любых операциях, в том числе при термическом формовании. Из ПЭТ-гликоля делают пресс-формы, витрины, вывески, медицинское оборудование и офисные перегородки. Он хорошо поддается металлизации, печати, окрашиванию.

ПЭТ-ГАГ. Трехслойный полимер, состоящий из двух крайних слоев ПЭТ-Г и среднего — ПЭТ-А. Совмещает свойства гликоль-модифицированного и аморфного пластика. Хорошо поддается резке, склейке, обработке. Подходит для печати, создания упаковки, торгового и рекламного оборудования.

Глава 2. Плюсы и минусы переработки пластика (ПЭТ).

У переработки пластиковых бутылок есть плюсы и минусы, которые нужно учесть в работе.

Плюсы

Минусы

токсичное загрязнение воздуха незначительное

плавящийся пластик выделяет едко пахнущие токсины, с которыми справится только сильная вентиляция

перерабатывать материал можно для собственных нужд, обеспечивая себя рядом бытовых пластиковых предметов, от игрушек до подставок и полок.

для самостоятельной работы придется изготовить специальные приспособления, заменить, которые нельзя

ПЭТ, из которого делают бутылки, – податливый для обработки материал

временные и физические затраты на подготовку процесса

У ПЭТ короткая стадия плавления и неподверженность изменению качественных характеристик. Он плавится быстро, так же быстро затвердевает при контакте с водой, то есть процесс не требует усилий и сложного оборудования.

установить правильную температуру плавления пластика сложно

переработанный пластик можно использовать для сбыта

 

приятно осознавать причастность к защите окружающей среды

 

 

 

Глава 3. Условия для переработки ПЭТ.

Для работы с пластиковыми бутылками могут потребоваться следующие устройства:

  1. Шредер – измельчитель пластика. В конструкцию входят вал с режущими элементами, воронка для загрузки сырья, станина, сетка для установления фракции выходящего материала, электропроводящие элементы.

  2. Пресс – сжимающее устройство. Измельченная пластиковая масса загружается в емкость, там подвергается температурному воздействию и давлению с одновременным прессованием. В итоге получаются изделия нужных форм.

  3. Инжектор – впрыскивающее устройство. Под температурным воздействием пластиковая масса вливается в определенную форму. После остывания получается нужный предмет.

  4. Экструдер – устройство для получения гранул. Пластичная масса проходит под давлением через отверстие, выходя наружу в виде нитей.

Данные устройства можно сделать самостоятельно.

Требования к помещению:

Если нужно просто измельчить материал, это можно сделать в любом удобном помещении. Но переплавлять пластик допустимо только при отличной вентиляции. Квартирная кухня не подходит, поскольку здесь вентиляционная система – часть общедомовой, а значит, соседи предъявят претензии. Лучше работать с пластиком в гараже или хозяйственной постройке. Также нужно помнить о мерах безопасности. Обязательны средства индивидуальной защиты: плотные перчатки, защитные очки.

 

Глава 4. Практическая часть. Подбор и подготовка материала (ПЭТ), способ переработки и оборудование, печать на 3D принтере.

Подбор и подготовка материала. Изучив различные виды пластика, мы пришли к выводу, что самый оптимальный – это пластик, полученный из пластиковых бутылок. Найти данный материал не составляет особой сложности. К сожалению, не все жители нашего города выкидывают мусор в урну, поэтому очень много пластиковых бутылок можно найти даже во дворе наших домов.

После того, как на улицах нашего города был собран материал, мы его тщательно отмыли и убрали этикетки.

Так как бутылки чаще всего помяты и не имеют своей первоначальной ровной формы, их необходимо было надуть. Делали с помощью ниппеля и крышки (фото). В крышке мы сделали отверстие, в него вставили ниппель с резинкой от велосипедной камеры - такой лучше прижимается от давления и его легко переставить в любую другую крышку.

Далее накачали бутылку компрессором и выпрямили ее строительным феном при 350 градусах. Это значение температуры является оптимальным. Как только бутылка становится гладкой, фен необходимо выключить. Это важно (Фото до и после). Повторили тоже самое для всего материала. После того, как материал готов, перешли к обсуждению каким образом данный пластик будем перерабатывать.

Перед началом производства нити бутылки следует распустить на ленты. Мягкие бутылки имеют более тонкий пластик, поэтому их лучше распускать на ленты по 10 мм. Тару с материалом средней жесткости или более жестким пластиком можно нарезать на тонкие ленты, толщиной около 7 мм. (ФОТО)

Выбор способа переработки и оборудование. Для переработки пластиковых бутылок могут использоваться различные устройства и способы. Мы решили остановится на устройстве экструдер. Экструдер работает по технологии прямого преобразования ПЭТ тары в ленту, а затем в пруток, пригодный для 3D печати. Данная технология получила название "пуллструзия", и заключается в том, что ПЭТ бутылку не требуется перемалывать в крошку, используемую как исходное сырье, а достаточно распустить на ленту, нагреть до 180 градусов и протянуть через hotend-формовщик с помощью лебедки. При такой низкой температуре пластик не выделяет запаха, в отличии, опять же, от технологии экструзии, где требуется расплавление материала до текучего состояния.

Нам понадобилось сконструировать и собрать: бутылкорез (схема 1) и сопло для принтера.

Схема 1 Бутылкорез.

Сопло для принтера. Изготовили из болта М6 сопло для экструзии прутка из ПЭТ ленты, просверлив в нём отверстие диаметром 1.8 мм.

Основной порядок действий:

1.Нарезаем бутылкорезом из бутылок, найденных на улице, ПЭТ ленту шириной 7 мм.

2) Поменяв родное сопло 3D принтера на самодельное, заправляем полученную ленту в экструдер и включаю его нагрев до 230 градусов Цельсия.

3) Начинаем протяжку ПЭТ ленты через экструдер, получая пригодный для печати 3D принтером пластиковый пруток диаметром 1.8 мм. Идея заключается в том, чтобы подавать материал не сверху вниз, а снизу вверх, тем самым формировать нарезанную ленту в филамент.

4) Печатаем полученным филаментом пластиковые изделия.

Заключение.

На сегодняшний день проблема загрязнения окружающей среды стоит наиболее остро. Давно установлено, что пластиковые отходы пагубно влияют на окружающую среду. Данный материал разлагается очень долго, тем самым составляя еще большую проблему загрязнения окружающей среды. Мы считаем, что необходимо искать пути решения данной ситуации различными способами. Один из них — это переработка ПЭТ для нити 3Д принтера.

Переработка пластика — процесс превращения пластиковых отходов во вторичное сырьёэнергию, или продукцию с определёнными потребительскими свойствами. Период естественного разложения пластмасс достигает несколько сотен лет, поэтому переработка отходов является частью глобальной попытки сократить объём вредных веществ, поступающих в окружающую среду.

В результате проведенной работы мы узнали из литературных и интернет-источников о видах современных аппаратов переработки и их устройстве. Далее провели эксперимент по переработке ПЭТ-бутылок в домашних условиях. Успешно испытали данный метод в действии.

Нашим предложением является использование переработанных пластиковых бутылок в качестве вторичного сырья. Этими действиями можно существенно снизить загрязнение окружающей среды пластиковыми отходами и удешевить производство новых изделий из пластмассы. Надеемся, что предложенный нами способ переработки обретёт популярность среди школьников, желающих помочь окружающей среде, а также для тех, кто заинтересован в данной теме и готов её развивать.

Список используемой литературы:

1. Натти С. Рао, Ник Р. Шотт. «Технологические расчеты в переработке пластмасс», 2013.

2. Бен Рэдвуд и др. «3D-печать. Практическое руководство», 2020.

3. Робин Мюррей «Цель - Zero Waste», 2014.

4. С. В. Власов «Основы технологии переработки пластмасс», 2014.

5. А.С. Клинков, П.С. Беляев, М.В. Соколов «Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов», 2015.

6. Дмитрий Горьков «3D-печать с нуля», 2015.

7. Интернет-источники:

-https://vyvoz.org/blog/problema-plastika-v-ekologii/

- https://www.equipnet.ru/articles/tech/tech_54494.html

- https://3dtoday.ru/blogs/motorist828/freestuff-plastic-2-printed-pet-bottles

- https://habr.com/ru/post/686074/

-https://usamodelkina.ru/21496-kak-sdelat-filament-dlja-3d-pechati-izmusora-plastikovyh-butylok.html?utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2F

- https://modelmen.ru/p3573/filament-dlya-3d-pechati-pet-butylok

- https://3dtoday.ru/blogs/zloygad1/butylkorez-iz-podsipnikov

Просмотров работы: 11