Recycling of old polymeric roll covers and reuse as a filler in new roll cover products

Autor: Pekki, Liisa
Přispěvatelé: Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences, Tampere University
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Popis: The purpose of this thesis was to promote the recycling of polymeric roll cover waste. In the theoretical part of the work alternative recycling methods for roll cover materials were presented. In the experimental part of the work the suitability of the ground roll cover materials as a filler for new rubber roll covers were studied. The studied materials were: hard rubber, soft and hard polyurethane and aramid-reinforced epoxy composite. Rubbers, polyurethanes, and composites are often considered non-recyclable materials because of their crosslinked structure. Based on the literature review several suitable recycling techniques could be found for materials with a crosslinked structure such as mechanical, chemical, physical, biological, and thermo-chemical recycling. The root cause of the problem is not the lack of technologies, but the biggest challenges are related to the overall profitability of the process. It is also important to remember that the recycling challenge associated with polymers is not solved by a single technique, but by a combination of techniques suitable for different polymeric materials. In this thesis mechanical recycling was tested as a recycling method for roll cover waste. In the experimental part of the work, the roll surface materials were ground to powder by cryo technique and the powder was mixed with different ratios and particle size distributions into two different rubber recipes. A guide roll cover containing natural rubber (NR) and a press roll cover containing nitrile rubber (NBR) were selected for the study. The guide roll covers are modest in their properties, while the press roll covers are required, for example, to have high wear resistance. Rubber and composite powder were mixed into NR compounds and rubber and composite powder and both polyurethane powders were mixed into nitrile rubber compounds. Finally, the flow and crosslinking properties as well as the mechanical properties of the test compounds were tested. Overall, several compounds exceeded the reference value so it could be concluded that polymer powders have potential as filler material. Overall in NR compounds, the most significant factors for achieving the highest results were the amount of the polymer powder, the type of addition (added as an extra or replaced the original fillers) and the combined effect of these. Particle size and powder type were not as significant factors. For lead roll cover, where certain properties were emphasized, the best results were achieved with coarse composite replacing 20 % of the original fillers. From this result, it could be concluded that the properties of the composite powder beat the properties of original fillers. To lesser extent, the larger size of the fibers also contributed, leading to better interaction and adhesion between the matrix and the particles. In NBR compounds, the most significant factor was the type of the polymer powder. The amount of the powder and the type of the addition had a medium or low effect. The best results for the press roll cover was achieved with soft polyurethane replacing 20 % of the original fillers. The suitability of soft polyurethane was assumed to be due to its high wear resistance as well as its strong and flexible structure. It could be assumed that the irregular shape of the particles as well as the surface roughness improved the interaction between the particles and the matrix. Tämän diplomityön tarkoituksena oli edistää käytöstä poistuneen polymeerisen telapinnoitteen materiaalikierrättämistä. Työn teoriaosuudessa esitettiin telapintamateriaaleille vaihtoehtoisia kierrätysmenetelmiä. Työn kokeellisessa osuudessa tutkittiin jauhettujen telapintamateriaalien soveltuvuutta uusien kumitelapintojen täyteaineena. Tutkittuja materiaaleja olivat kovakumi, pehmeä ja kova polyuretaani sekä aramidikuitulujitteinen epoksipohjainen komposiitti. Kumeja, polyuretaaneja ja komposiitteja pidetään usein kierrättämättöminä materiaaleina ristisilloittuneen rakenteensa vuoksi. Kirjallisuusselvityksen perusteella ristisilloittuneille materiaaleille löytyi useita soveltuvia kierrätystekniikoita, kuten esimerkiksi mekaaninen, kemiallinen, fysikaalinen, biologinen ja termo-kemiallinen kierrättäminen. Ongelman perimmäinen syy ei olekaan tekniikoiden puuttumisessa vaan suurimmat haasteet liittyvät prosessin kokonaiskannattavuuteen. On lisäksi tärkeää muistaa, että polymeereihin liittyvää kierrätyshaasteetta ei ratkaista yhden tekniikan avulla, vaan eri materiaaleille soveltuvien tekniikoiden yhdistelmällä. Tässä työssä mekaanista kierrättämistä tutkittiin telapintajätteen kierrätysmenetelmänä. Työn kokeellisessa osuudessa telapintamateriaalit jauhettiin kryo-tekniikan avulla pulverimaiseksi jauheeksi ja jauhetta sekoitettiin erilaisilla suhteilla ja erikokoisilla partikkelijakaumilla kahteen eri kumireseptiin. Tutkimuskohteeksi valittiin luonnonkumia (NR) sisältävä johtotelapinta sekä nitriilikumia (NBR) sisältävä puristintelapinta. Johtotelat ovat vaatimattomia ominaisuuksiltaan, kun taas puristintelapinnoilta vaaditaan esimerkiksi korkeaa kulumiskestävyyttä. Luonnonkumisekoituksiin sekoitettiin kumi- ja komposiittijauhetta ja nitriilikumisekoituksiin kumi- ja komposiittijauhetta sekä molempia polyuretaanijauheita. Lopuksi testikappaleista mitattiin virtaus- ja ristisilloittumisominaisuuksia sekä mekaanisia ominaisuuksia. Useat tulokset ylittivät referenssiarvon, joten voitiin päätellä että polymeerijauheissa on potentiaalia täyteaineiksi. Kaiken kaikkiaan luonnonkumisekoituksissa merkittävimmät tekijät korkeimpien tulosten saavuttamiseksi olivat polymeerijauheen lisäämisen määrä ja lisäystyyppi sekä näiden yhteisvaikutus. Partikkelikoko ja jauhetyyppi eivät olleet yhtä merkittäviä tekijöitä. Johtotelapinnan osalta tiettyjä ominaisuuksia korostettiin. Paras tulos saavutettiin karkealla komposiittijauheella, jolla oli korvattu 20 % johtotelapinnan alkuperäisiä täyteaineita. Tuloksesta voitiin päätellä, että polymeerijauheessa oli materiaaliominaisuuksia parantavia tekijöitä. Vähäisemmässä määrin vaikutti myös kuitujen suurempi koko, joka johti parempaan vuorovaikutukseen ja adheesioon matriisin ja partikkelien välillä. Nitriilikumisekoituksissa merkittävin tekijä oli jauhetyyppi. Jauhemäärällä ja lisäystyypillä oli keskinkertainen tai alhainen vaikutus. Tulosten perusteella paras puristintelapinta saatiin pehmeällä polyuretaanilla, jolla korvattiin 20 % alkuperäisistä täyteaineista. Pehmeän polyuretaanin soveltuvuuden arvioitiin johtuvan korkeasta kulutuksenkestosta sekä lujasta ja joustavasta rakenteesta. Voitiin olettaa, että partikkelien epäsäännöllinen ja karhea pinta paransivat partikkelien ja matriisin vuorovaikutusta.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: