Дизајн и анализа на експерименти

Решавањето на мноштво проблеми во хемијата и хемиската технологија, како и во останатите гранки од инженерството, често е поврзано со изведување на сложени и скапоцени експерименти. Оттука е разбирливо значењето од постоењето на начини и методи за оптимално планирање на експериментите, кои во низа случаи овозможуваат суштествено да се скратат времето и материјалните трошоците при извршување на истражувањето. Долго време редоследот на извршување на експериментите бил базиран на личното искуство и интуиција на истражувачот. Методите на оптимално планирање на експериментите овозможуваат користење на математички методи не само за обработка на резултатите од тестовите, туку и во фазата на подготовката и спроведувањето на експериментите. Работата на истражувачите кои ги користат тие методи значително се олеснува, затоа што се изведува по логично дефинирана, редоследна постапка. Во современата математичка теорија за оптимално планирање на експериментите постојат два основни оддели: 1. Планирање на експериментите заради изучување на механизмите на сложените процеси и својствата на повеќе-компонентните системи. 2. Планирање на експериментите заради оптималност на технолошките процеси и својствата на повеќе-компонентните системи. За пошироко распростирање на методите за планирање (дизајн) и анализа на експериментите меѓу истражувачите неопходно е постоење на методолошки упатства напишани на разбирлив, јасен и едноставен начин. Токму од таа мисла се водевме при пишувањето на овој е-учебник; да биде концизен, јасен, лесно разбирлив, и применлив

Air protection

Аn air pollutant is defined as a substance that is present in the atmosphere at a concentration that is sufficient to cause harm to humans, other animals, vegetation, or materials. Each day humans inhale approximately 20 000 l of air. If harmful gases or fine toxic particles are present in the air, they are also drawn into the lungs, where they may cause serious respiratory diseases and other health problems. Approximately 90% of all air pollution is caused by five primary air pollutants: carbon monoxide (CO), sulfur dioxide (SO2), nitrogen oxides (NOx), volatile organic compounds (VOCs; mostly hydrocarbons [HCs]), and suspended particles. The transportation industry is responsible for nearly 50% of all air pollution from anthropogenic sources. In addition to CO, automobiles emit NOx and HCs. The burning of fossil fuels by stationary sources (power plants and industrial plants) accounts for approximately one-third of air pollutants, mainly in the form of sulfur oxides. Other industrial activities, along with variety of processes, including incineration of solid wastes, contribute smaller amounts. If pollutants were distributed evenly over the entire country, their harmful effects would be greatly reduced. Because the pollutants tend to be concentrated in urban areas, where industry is more common and automobile traffic is congested, large segments of the population are exposed to their harmful effects, particularly during daily rush hours. In addition to the five primary air pollutants, the atmosphere is contaminated with secondary air pollutants, which are harmful substances produced by chemical reactions between primary pollutants and other constituents of the atmosphere. Secondary pollutants include sulfuric acid, nitric acid, sulfates and nitrites (which contribute to acid deposition), and ozone and other photochemical oxidants (which contribute to photochemical smog). Biomass is material from vegetation and it can be used as a fuel in various boilers and combustors. The main components of biomass are carbon, oxygen and hydrogen but it also contains nitrogen, sulphur and, normally, small amounts of chlorides. The main part of the ash comprises Ca, K, Si, Mg, Mn, Al, Fe, P, Na and Zn. During combustion, various kinds of impurities are generated and some of them there are in the flue gas. Most of them are related to the composition of the biomass: particles from ash, NOx from nitrogen, SO2 from sulphur, etc. There is impurities related to incomplete or bad combustion e.g. particles such as soot and unburned matter, carbon monoxide and other gaseous organic compounds (TOC) such as dioxin. The impurities in the flue gas are harmful if they are emitted to the atmosphere. Flue gas cleaning must be installed to eliminate or at least reduce this problem

Predicting the ballistic strength of aramid fiber composites by implementing full factorial experimental design

The purpose of the study is to predict the ballistic strength of hard aramid fiber/phenolic ballistic composites by implementing the full factorial experimental design. When designing ballistic composites two major factors are the most important: the ballistic strength and the weight of the protection. The ultimate target is to achieve the required ballistic strength with the lowest possible weight of protection. The hard ballistic aramid/phenolic composites were made by open mold high pressure, high-temperature compression of prepreg made of plain woven aramid fibre fabric and polyvinyl butyral modified phenolic resin. The preparation of the composites was done by applying the 22 full factorial experimental design. The areal weight of the composites was taken to be the first factor and the second – fibre/resin ratio. The first factor low and high levels were chosen to be 2 kg/m2 and 9 kg/m2, respectively and for the second factor – 80/20 and 50/50, respectively. The first-order linear model to approximate the response i.e. the ballistic strength of the composites within the study domain (2 – 9) kg/m2 x (80/20 – 50/50) ratio was used. The influence of each individual factor on the response function was established, as well as the interaction of the two factors. It was found out that the estimated first-degree regression equation with interaction gives a very good approximation of the experimental results of the ballistic strength of composites within the study domain. Key words: aramid fibre, ballistic composites, factorial design, regression equation, V

The optimization of fiber-reinforced backpanel as a substrate for ceramic/composite ballistic inserts for personal protection

Pure fiber-reinforced polymer composites can give protection only of a certain level of ballistic threat i.e. only of small arms ammunition. For higher ballistic threat of high energy projectiles, ballistic inserts of ceramic tiles/composite back panel are used. Such inserts are usually composed of ceramic tiles, facing the impact, laid on fiberreinforced polymer back panel where the hardness of the ceramic is the main factor contributing to the ballistic strength of the inserts. The purpose of the back panel is to keep the tiles stuck together and to be strong/rigid enough to keep the backface blunt trauma effect of the inserts under the allowed upper limit of 44 mm (1,73 inch). In this study we used pure (99,5%) alumina 5 x 5 x 0,9 cm ceramic tiles and different types of back panel high-performance composites reinforced with aramid (Kevlar), ballistic nylon, ultra-high molecular weight polyetjylene (UHMWPE, Dyneema) and glass fibers. The purpose of the study was to find the optimal back panel construction in terms of its trauma performance, weight and price level. It was shown that the lowest trauma effect could be achieved with aramid composites, the lowest weight with UHMWPE, the cheapest – with glass but with a sacrifice of the weight and ballistic nylon backpanel was somewhere between aramid and glass panels in terms of its weight and price level

Dust separation on bio mass combustion plants

Biomass is material from vegetation, it can be used as a fuel in various boilers and combustor. The main components: carbon, oxygen and hydrogen but it also contains nitrogen, sulphur, small amounts of chlorides and ash. The main part of the ash comprises: Ca, K, Si, Mg, Mn, Al, Fe, P, Na and Zn. During combustion, various kinds of impurities are generated and some of them we find in the flue gas. Most of these are related to the composition of the biomass: particles from ash, NOx from nitrogen, SO2 from sulphur, etc. The impurities in the flue gas are harmful if they are emitted to the atmosphere. The gas cleaning systems can be divided as follows: 1. Removal of particles or dust collection; 2. Removal of water soluble gases: SO2, HCl, HF and NH3; 3. Removal of NOx, mainly NO; 4. Removal of the very toxic substances: dioxin and mercury (Hg); One equipment or system can be specific for a certain pollutant or can, sometimes with some additions, take care of the whole gas cleaning. There are often several possible solutions for an actual plant with respect to emission limits, performance, reliability, costs, etc

Mehanicke i toplotne karakteristike kompozitnog materijala za ugradnji u raketnoj tehnici

In this paper the tehnology for production of short carbon fibers moulding compound is described. The caracterization of the starting raw materials is perfomed and moulding compounds with different fiber/matrix ratio anddifferent fiber length are obtained. From the different lab – samples molded parts are made. The influence of the main processing parameters of short carbon fiber/phenolic resin composite on its mechanical properties is investigated and the optimal processing conditions are determined. For investigation the full factorial experimental design is used in which these parameters are varied: fiber length, temperature and time of the press cycle. As a result the regression equoation for impact resistance, compression strength, flexurel strength and the modulus of elasticity are determined. The obtained results has justified the application of this material in automotive, leasure, military and other industries where high temperature resistance and high mechanical strength is required

Третман на крајот од животот на полимерните композитни материјали

Поради зголемување на еколошките барања, особено од аспект на крајното отстранување на искористените производи, производителите и дизајнерите во иднина мора да го земат предвид справувањето и отстранувањето на нивните производи. За конвенционалните материјали, како челик и алуминиум, постојат функционални методи за нивно рециклирање. Меѓутоа, ова не е случај со структурните полимерни композити, кои имаат сè поголема примена во голем број индустрии: автомобилската, градежната, индустријата за мебел, електроиндустријата, авионската и др. Полимерните композитни материјали покажуваат одлична јакост и цврстина во комбинација со ниска густина. Овие својства се особено атрактивни кај структурните композити наменети за транспорт на стока и луѓе кои користат необновливи горива. Намалената тежина и непроменетиот капацитет за транспорт придонесуваат за намалување на вкупните трошоци и потрошувачката на гориво. Веќе неколку години композитите зајакнати со стаклени влакна се користат во производи како што се контејнери, јахти и за многу автомобилски делови. Додека пак, композитите зајакнати со јаглеродни и арамидни влакна се користат за покомплексни апликации, како на пример, во авионската и во воздухопловната индустрија. За такви производи, барањата за намалување на тежината се уште поголеми, што ја оправдува повисоката цена на применетите зајакнувачки влакна. Денес, сè повеќе се зголемува притисокот врз производителите на материјали и на крајните производи да го земат предвид и влијанието што го имаат производите врз околината, почнувајќи од процесот на производство, циклусот на примена и крајното отстранување на производите. Зголемената употреба на композитните материјали во индустриското производство придонесува за создавање на уште поголеми количества отпад со кој ќе треба да се справиме во иднина. Исто така, за овој тип материјали постојат законски регулативи кои вршат притисок врз производителите да го земат предвид и третманот на отпадот. Примери за ова се забраните за депонирање, одговорноста на производителот за одредени групи производи, воведувањето даноци за спалување на отпадот и слично. Целта на сите овие регулативи е да се намали негативното влијание врз животната средина. За конвенционалните материјали, како челик и алуминиум, се применуваат добро познатите методи на рециклирање. Но тоа не е случај со полимерните композити. Рециклирањето на полимерните композити е комплициран процес, особено рециклирањето на термореактивните композити што е многу тешко или дури и невозможно. Исто така, сè уште не постои пазар за рециклирани композитни материјали. За да се формира пазар, неопходно е претходно да бидат исполнети неколку предуслови кои вклучуваат прашања поврзани со инфраструктурата, количеството материјали, технологијата за рециклирање и можните апликации. Сепак, сите овие предуслови сè уште не се исполнети, иако е неопходно преземање акции заради исполнување на постојните и идните законски регулативи. Полимерните композитни материјали се релативно нова група материјали и поради тоа обемот на нивната примена сè уште не е како на метални материјали. Бидејќи композитите се состојат од мешавина на неколку вида материјали, на макро ниво не може да се сметаат за хомогени како челичните материјали. Сите овие околности дополнително ги комплицираат можностите за формирање на добро организиран систем за постапување со отпадот. Денес, за справување со отпадот од композити главно се користи депонирањето, но исто така, и спалувањето е можна алтернатива. За да можат компаниите да одговорат на еколошките барања на општеството и постојните регулативи, бараат нови методи за отстранување на отпадот при што ќе бидат земени предвид постојните техники за третман на отпад, постојните и очекуваните количества на отпад и законските регулативи. Во зависност од видот на отпадот, може да бидат вклучени различни процеси и затоа се неопходни информации за различните својства на отпадот. Притоа, неопходна е поврзаност меѓу различните чекори на управување со отпадот од искористените производи до нивното конечно справување. Целта е да се идентификуваат и да се поврзат потребните информации (својствата на отпадот) за секој чекор (процес) со цел да се спроведат релевантни процеси за третман на отпадот. Притоа, трошоците се анализираат од страна на самите производители на отпад, а ефектите врз животната средина се анализираат врз основа на процената на животниот циклус, LCA (life cycle assessment)

Biocomposites based on poly(lactic acid) and kenaf fibers: effect of microfibrillated cellulose

In this work, the influence of microfibrillated cellulose (MFC) on the basic mechanical properties of PLA/kenaf fiber biocomposites has been studied. The addition of 5–15 % microfibrillated cellulose to a biocomposite premix has resulted in an increased glass transition temperature of the final product, produced by compression molding of previously melt-mixed composite components. The presence of MFC has influenced the interface-sensitive properties of the PLA/kenaf composite: at an optimal loading of 10 %, the interfacial energy release rate was increased by about 20 %. Moreover, flexural strength and modulus of the composites were also improved (from 34.8 MPa to 57.1 MPa and from 4.9 GPa to 5.8 GPa, respectively). Keywords: biocomposites; poly(lactic acid); kenaf fibers; microfibrillated cellulos

Utilization of recycled polymer matrices for production of eco-composites

Abstract: One of the big new areas of development of the advanced composite materials is in combining natural fi bers with thermoplastics for producing lightweight, environmentally friendly, cost-effective composite material. The aim of this work is to show the possibilities of recycling and reuse of thermoplastic polymer matrices with rice hulls (RH) and kenaf fi bres (KF) using the conventional techniques, extrusion and compression moulding. The matrices (polypropylene (PP) and poly(lactic) acid (PLA) ) were recycled one and two times and the fi bers/fi ller were compounded with recycled matrix. The processing and material properties have been studied on the composites with recycled matrix and compared to the composites with virgin matrix. Characterization of all composites includes mechanical, morphological and thermo-gravimetrical analysis. Тhe fl exural properties for PP recycled based composites were held close to the fl exural properties for composite based on neat PP, but for PLA recycled based composite the fl exural properties are decreased for about 50%. The thermal stability of recycled matrices based composites is very similar to the thermal stability of the composites with virgin matrix. SEM analysis has shown that the fi llers/fi bers are covered by the recycled polymer matrix, indicated on the satisfi ed durability of the recycled polymer matrices. The obtained results have shown that both polymer matrices (biodegradable and no degradable) could be recycled with acceptable mechanical properties and they can be successfully used for production of eco-composites. Keywords: eco-composites, polypropylene, poly(lactic acid), rice hulls, kenaf fi bers, extrusion compressio

Materials Engineering

The material presented in this book is the last part from the five books series which are resulte of the aforementioned project. Sustainable development, pariculary for industry was the base for developing of these educative materials. Part of the contents presented in the previous books covered the temas which generally are connected with sustainable development, but this book coveres the types of materials in general and the management of the waste materials. The nowdays fast development which results in intensive way of leaving is as a consequence of the development of different kinds of materials which can be finde in various segments of everyday life. So, in the first part of this book in particular thematical parts are presented the different kinds of materials like: polymer materials, metals and alloys, ceramics materials, glass, composite materials and eco-composite materials. Also, as content in this part of the book are the themas: science and engineering of materials, nanotechnology and nanomaterials and modern electrode materials in the hydrogen economy. In the first part of the book the particular attention is given on ther type and usage of materials starting from the operable moto in the science and engeneering of materials i.e. the thetrade: synthesis – structure – properties – application. The second part of this book thematically covered the treatment of waste in the materials engineering in general, but also the actual themas from the management of waste are presented like recycling of: polymers, metal sctap, glass and refractories. The production of ceramics from waste and end of life treatment of polymer composite materials present the two parts consisted in the second part of the book. In this part of the book the particular attention was payed on the diferent types of materials which can be treated as raw materials from which new or the same products can be produced. Also,the attention was payed on the treatment of waste as energy resourse