ИННОВАЦИОННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПЛАСТМАСС В ИЗДЕЛИЯ Абрамов В.В., проф., д.т.н., Зам. Председателя Совета «Объединения переработчиков пластмасс», Чалая Н.М., к.т.н., Абрамушкина О.И., к.т.н. ОАО «МИПП – НПО «Пластик»

Инновация Инновация (англ. innovation) это внедренное новшество, обеспечивающее качественный рост эффективности процессов или продукции, востребованное рынком П.Ф. Дракер инновацию определяет как особый инструмент предпринимателей, средство, с помощью которого они используют изменения как шанс осуществить новый вид бизнеса или услуг. Под инновацией (англ. innovation нововведение, новаторство) мы понимаем «инвестицию в новацию» как результат практического освоения нового процесса, продукта или услуги. Под инновацией (нововведением) обычно подразумевается объект, внедрённый в производство в результате проведённого исследования или сделанного открытия, качественно отличный от предшествующего аналога.

В современном мире крупные фирмы*, разрабатывая и внедряя инновационные направления развития технологических процессов учитывают и декларируют такие факторы: Демографический рост населения Урбанизацию стран Глобализацию экономических связей Проблемы энергообеспечения Изменения климата и вопросы безопасности Здоровье населения Рост мобильности При этом главным является, чтобы экономическая стоимость инновационного продукта не должна быть в ущерб безопасности * На примере фирмы LANXESS

Главные сферы инновационного развития переработки пластмасс в России Оборудование, инструмент Технико-экономические требования потребителя Ассортимент, качество пластмасс и добавок Инновационное развитие технологии и промышленности переработки пластмасс

Структура себестоимости *) Оборудование с узким ассортиментом и крупнотоннажным выпуском продукции (производство БОПП) преимущественно из одного типа (марки) полимера Структура себестоимости 1 вариант 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% Сырьё 80% Зарплата 6% Энергопотр. 6% Доля инвест. 5% Общезавод. расходы 4% *) Ориентировочно

Структура себестоимости *) Оборудование продукции широкого ассортимента и с частыми переходами с одного вида производства изделий на другой Структура себестоимости 2 вариант 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% Сырьё 50% Зарплата 20% Энергопотр. 12% Доля инвест. 8% Общезавод. расходы 10% *) Ориентировочно

Направления по экономии электроэнергии

Составляющие энергопотребления линией для экструзии высокоориентированной пленки Источник: Kunststoffe – Полимерные материалы, ноябрь, 2011

Сравнительные данные об энергопотреблении линий для экструзии высокоориентированной пленки cо стандартным и высокопроизводительным [High-Speed) экструдерами ( Q- массовая производительность, D - диаметр шнека) Источник: Kunststoffe – Полимерные материалы, ноябрь, 2011

Схематичное представление системы охлаждения, работающей по принципу Green-Рipe Источник: Kunststoffe – Полимерные материалы, ноябрь,2011

Энергоэффективность По показателю энергоэффективности (ВВП на единицу потребляемых энергоресурсов) Россия отстаёт в 2,5 раза от среднемирового уровня. Мировая доля энергопотребления России превышает долю России в ВВП в мире в 3,75 раза. Источник: Комитет по энергетике Госдумы России – ИНЭИ РАН

Прирост цен и тарифов, в % (2007 г. = 100%) Источник: Федеральный портал Protown.ru «Инфляция в России, рост цен по секторам (ЖКХ, тарифы, газ, электроэнергия)»

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО СОКРАЩЕНИЮ ТРУДОВЫХ ЗАТРАТ В ПЕРЕРАБОТКЕ ПЛАСТМАСС

Современные направления по сокращению простоев литьевых машин Магнитная система 1МА0 обеспечивает высокопроизводительный монтаж/демонтаж пресс-форм на ТПА. Намагничивание и размагничивание пресс-формы в течение нескольких секунд для любого типа ТПА. Уникальная система контроля 1МАО рассчитывает фактическое усилие запирания пресс- формы и тем самым обеспечивает наивысшую безопасность процесса. ООО«Штойбли РУС» Источник: Kunststoffe – Полимерные материалы, декабрь,2009

Смена форм. Большое число контуров охлаждения, гидравлических соединений, датчиков и мест подключения нагревательной системы делает обычную смену крупногабаритных литьевых форм сложным процессом, требующим значительных затрат времени и связанным с потенциальной возможностью многочисленна ошибок. Уменьшение затрат времени на смену форм является далеко еще не исчерпанной потенциальной возможностью дальнейшего повышения эффективности технологического процесса и его гибкости. Новый пакет технического программного обеспечения смены форм облегчает автоматизацию этого процесса. Источник: Kunststoffe – Полимерные материалы, декабрь,2009

Быстрый предварительный нагрев литьевой формы до рабочей температуры является важнейшей предпосылкой для быстрого переключения литьевой машины на выпуск продукции другого вида. Управление термостатирующими приборами и системой обогрева горячих каналов осуществляется с помощью программных модулей системы программного обеспечения управлением Источник: Kunststoffe – Полимерные материалы, декабрь,2009

Экономия сырьевых ресурсов

Динамика изменения цен на полиолефины за 5 лет (2012 г. к 2009 г. ~15-16% в год) Источник: Журнал «Полимерные материалы»

Схема литья с газом Расплав полимера Стенка формы Доля толщины поверхностного слоя материала =a/b Слой застывшего полимера Стенка формы Область канала ГазПолиме р Источник Дж. Авери, К.Т.Окамото «Специальные технологии литья под давлением»

Поперечное сечение изделия в виде стержня Поперечное сечение Изделия в форме панели Срез тонкостенного изделия с толстостенной рукояткой

Основные преимущества литья под давлением с подачей газа для различных типов изделий устранение раковин низкий вес снижение времени цикла увеличение жесткости снижение стоимости формы снижение усадки снижение усилия запирания машины Примеры применения литья под давлением с газом автомобилестроение приборостроение и торговое оборудование пластмассовая мебель спортивное оборудование и др.

Схема микроячеистого процесса литья Подача гранулята Транспортирование и плавление Вращающийся шнек перемещает материал от бункера к наконечнику шнека При транспортировке и нагревании происходит пластикация и гомогенизация материала Введение газа и смешение Впрыск в полость формы Газ впрыскивается в расплав полимера и смешивается с ним Смесь расплав полимера – газ под давлением впрыскивается в формующую полость, в которой происходит пенообразование Источник Дж. Авери, К.Т.Окамото «Специальные технологии литья под давлением»

Тонкостенный контейнер Материал контейнера, изображенного на рисунке - полипропилен. Преимущества получения тонкостенного изделия (толщина стенки 0,5 мм) микроячеистым литьем: - уменьшение веса на 10% (структура показана на рис. 8.34); - сокращение времени цикла на 27%; - исключение стадии выдержки под давлением; - уменьшение давления впрыска на 20%; - сокращение величины усилия смыкания на 36% - уменьшение требуемого усилия запирания литьевой машины на 75% Источник Дж. Авери, К.Т.Окамото «Специальные технологии литья под давлением»

Перегородки для багажника автомобиля Производитель Роlymer Сопсерt Материал полипропилен, наполненный 40% талька Преимущества использования микроячеистого литья при изготовлении перегородок для багажника автомобиля (рис. 8.12): - уменьшение веса на 8% - сокращение времени цикла на 17% - уменьшение требуемого усилия запирания литьевой машины на 75% - устранение коробления изделия Источник Дж. Авери, К.Т.Окамото «Специальные технологии литья под давлением»

Влияние углекислого газа на вязкость газонаполненного ABС пластика Скорость сдвига, 1/с Без газа Вязкость, Н с/кв. м) Источник Дж. Авери, К.Т.Окамото «Специальные технологии литья под давлением»

Трехслойные трубы на основе рэндом-сополимера пропилена, усиленного стеклянными волокнами, имеют повышенную жесткость (фото Cincinnati Extrusion)

Многослойная пленка, изготовленная с применением технологии Nanolayer Источник Kunststoffe-Пластмассы, ноябрь 2011

Технологии производства полиолефинов Источник: материалы компании DOW

Сравнение некоторых свойств пленок для различных продуктов

Некоторые примеры совместной работы с потребителем

Высокопрозрачная термоусадочная упаковка

Нанокомпозиционные термопласты Главной технологической задачей в области переработки нанокомпозиций с максимальным использованием «наноэффектов» является достижение наиболее полного и равномерного распределения наночастиц в расплаве, не допуская их агломерации

Механическое совмещение расплавов/растворов с модифицированными твердыми частицами (на примере сополимера стирола с акрилонитрилом, САН и ДНА) 1. Традиционное механическое смешение. 2. Смешение на режиме эластической турбулентности (СПУРТа), в котором развиваются нерегулярности потока. 3. Распределение частиц наполнителя в растворе полимера в поле ультразвука с последующим получением пленок из дисперсий методом полива. 4. «Коллоидное осаждение частиц наполнителя на поверхность полимера в инертной жидкой среде в поле ультразвука с поледующим выделением композита фильтрацией, сушкой и формованием. В.В.Карбушев, И.И. Константинов

Нанокомпозиты на примере полиолефинов (ПО) - Нанокомпозиты на основе ПО в России еще не нашли широкого промышленного применения -Относительно высокие цены на нанонаполнители сдерживают их широкое промышленное использование -Неполярность ПО затрудняет их взаимодействие с нанонаполнителями, в т.ч. с наноглинами (например, монтмориллонитом) и требуют дополнительных химических (например, малеинизированных агентов) и физических (ультразвук) воздействий, что также удорожает технологический процесс

Эксплуатационные преимущества композиций с нанонаполнителями -Повышение огнестойкости -Улучшение барьерных свойств -Повышение прозрачности -Регулирование механических свойств -Повышение электропроводности и теплопроводности для нанокомпозитов на основе углеродных нанотрубок и графенов

Характерная зависимость модуля упругости полимерного материала при растяжении от вида и содержания наполнителя Источник: А.Смит.AZ-Technology. Великобритания, Полимерные материалы, июль, 2012

Перспективными направлениями в части расширения использования нанокомпозитов в ПО можно назвать: -Реакторное получение нанокомпозитов ПО с использованием наночастиц в качестве носителей катализаторов для полимеризации ПО и другие методы, обеспечивающие качество распределения 7аночастиц и их связи с матрицей, что значительно повысит качество нанокомпозитов -Разработка технологии для ПО с использованием графитовых нанотрубок и графенов -Синтез нанокомпозитов (в т.ч. монтмориллонитов) с целью снижения их стоимости и повышения качества Группа (мерность) ПримерыДостоинства Тонкие пленки (одномерные -1D) Наноглины, поверхностные покрытия, графены Барьерные свойства, малая масса, высокая прочность, защитные свойства, улучшение поверхностных свойств Нанотрубки (двухмерные - 2 D) Углеродные нанотрубки, нановолокна Высокие прозрачность и модуль упругости, малая масса Наночастицы (трехмерные - 3D) SiO 2, TiO 2, ZnO,CeO 2, фуллерены и др. Высокая прочность, стойкость к царапанию, антимикробные свойства, огнестойкость, стойкость к УФ излучению Источник: журнал Полимерные материалы», 7, 2012 г., А. Смит, AZ-Technology, Великобритания

Россия: ставки импортных пошлин в рамках ВТО (% к таможенной стоимости) -3.5 – 13,5 – 2 Источник Химический журнал 5, 2012 г.

Потенциал тарифной защиты стран участниц ВТО на промышленные продукты (по отношению к другим участникам ВТО) Источник Химический журнал 5, 2012 г.