Možnosti recyklace elektronického odpadu

Možnosti recyklace elektronického odpadu Possibilities of Electronic Waste Recycling Ondej Malaník Bakaláská práce 2009

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 4 ABSTRAKT Bakaláská práce se zabývá možnostmi recyklace elektronických odpad a jejich znovupoužití, výrobou vzork pro testování tepelných a akustických vlastností. Seznámení se s legislativním rámcem recyklace a zjistit možné zpsoby recyklace desek plošných spoj. V práci jsou uvedeny nkteré zpsoby desintegrací a separátor. V praktické ásti je popsána výroba vzork a výsledky jejich testování. Klíová slova: Elektronický odpad, desky plošných spoj, desintegrace, recyklace, znovupoužití, separaní procesy, tepelné a akustické vlastnosti ABSTRACT The bachelor s thesis deals with possibilities of recycling e-waste and its reuse, the making of samples for tests of their thermal and sonic characteristics. Information on legal issues of recycling and trying to find out possible ways of recycling printed circuit boards (PCB). The work mentions some ways of disintegration and types of separators. The practical part describes the production of samples and the results of the tests. Keywords: e-waste, printed circuit boards, disintegration, recycling, reuse, separation processes, thermal and sonic characteristics

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 5 Dkuji vedoucí své bakaláské práce paní doc. Ing. Dagmar Janáové, CSc. za trplivost, odborné rady a pipomínky a všem, kteí se mnou mli trplivost a poskytli mi cenné rady a zázemí k realizaci mé práce. Prohlašuji, že jsem na bakaláské práci pracoval samostatn a použitou literaturu jsem citoval. V pípad publikace výsledk, je-li to uvolnno na základ licenní smlouvy, budu uveden jako spoluautor. Ve Zlín. Podpis diplomanta

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 6 OBSAH ÚVOD...7 I TEORETICKÁ ÁST...9 1 SMRNICE A VYHLÁŠKY PRO ZPRACOVÁNÍ OEEZ...10 1.1 LEGISLATIVA V EU...10 1.1.1 Smrnice o odpadních elektrických a elektronických zaízení OEEZ...10 1.1.2 Naízení smrnice OEEZ...10 1.1.3 Situace v EU...12 1.1.4 Evropská sí podnik recyklace elektroodpadu...12 1.2 LEGISLATIVA V R...13 1.2.1 Zákon 185/2001 Sb. a pedpis. 7/2005 Sb...14 2 ZPSOBY RECYKLACE ELEKTRONICKÉHO ODPADU...17 2.1 ZÁKLADNÍ MATERIÁLY PRO VÝROBU ELEKTRONICKÉHO ODPADU...18 2.2 METODY DESINTEGRACE KOVU Z ELEKTRONICKÉHO ODPADU...19 2.3 ZPSOBY DESINTEGRACE PLAST Z ELEKTRONICKÉHO ODPADU...20 2.3.1 Nkteré druhy separaních metod a separátor...21 3 DESKY PLOŠNÝCH SPOJ...25 3.1 ZÁKLADNÍ MATERIÁLY PRO VÝROBU DESEK PLOŠNÝCH SPOJ...25 3.2 VÝROBA FR-4...26 3.3 DRUHY DESEK PLOŠNÝCH SPOJ...27 4 VLASTNOSTI DPS - TEPELNÁ VODIVOST A ŠÍENÍ ZVUKU...29 II PRAKTICKÁ ÁST...30 5 TESTOVÁNÍ VZORK...31 5.1 VÝROBA VZORK...31 5.1.1 Vzorek z hrubší drti...32 5.1.2 Vzorek z práškové smsi...32 5.2 TESTOVÁNÍ VZORK NA TEPELNOU VODIVOST...33 5.2.1 Tepelná vodivost vzorku z práškové smsi...37 5.2.2 Tepelná vodivost vzorku z hrubší drti...38 5.3 TESTOVÁNÍ VZORK NA VLASTNOSTI ŠÍENÍ ZVUKU...40 5.3.1 Mení absorpce zvuku vzorku z práškové smsi...43 5.3.2 Mení zvukových vlastností vzorku z hrubé drti...45 ZÁVR...49 ZÁVR V ANGLITIN...50 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY...51 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOL A ZKRATEK...53 SEZNAM OBRÁZK...54 SEZNAM TABULEK...55

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 7 ÚVOD Každý z nás si jist poizuje stále novjší a o to dokonalejší elektronické výrobky, které nám usnad ují a zlepšují život. Trendem vždy bylo vlastnit stále technicky vysplejší prostedky pro každodenní využití, jako jsou napíklad mobilní telefony, poítae, televize a spousta dalších. Trh je tmito výrobky, ekl bych až pesycen a my jako spotebitelé máme obrovský výbr z celé škály tchto výrobk od rzných známých i neznámých výrobc. S technickým pokrokem ale jde ruku v ruce i problém s uskladnním nefunkních nebo již zastaralých a o to mén potebných elektronických výrobk. Ty byly donedávna ukládány na skládkách. Dnes jsou již recyklovány ve specializovaných firmách, které dokážou najít pro produkty recyklace nové využití. Druh elektronického odpadu je velká ada. Nejsou to jen již zmi ované výrobky denní poteby, ale napíklad i baterie, také vyazené stavební kabelové sít a jiné. Pi recyklaním procesu je snaha o zpracování odpad a jejich znovu využití. ím mén je v odpadu rozdílných druh materiálu, tím je postup recyklace daleko jednodušší. Proto je nutné elektronický odpad tídit a pro jednotlivé skupiny elektrošrotu zvolit vhodný zpsob zpracování. Desky plošných spoj (DPS) jsou obsaženy v každém elektronickém zaízení. Pro pedstavu, u televizor tvoí 5 až 6 % z celkové hmotnosti. U více složitých zaízení typu PC nebo PLC je pak toto procento daleko vyšší. Desky plošných spoj obsahují spoustu obecných i barevných kov, jako napíklad Fe, Al, Pb, Cu, Au a jiné. Jsou to bez pochyby suroviny, jejíž zásoby se nezadržiteln snižují. Recyklací DPS mžeme tyto suroviny získávat daleko jednoduššími zpsoby než je tomu u tžby i samotného zpracování. Recyklaní proces je samozejm jak finann tak i technologicky nároný. Avšak ve srovnání s již zmi ovanou tžbou je nejen šetrnjší k životnímu prostedí, ale i levnjší. Elektronický odpad se tak stává lukrativní záležitostí i z pohledu finanního a pro spoustu firem je tak jakýmsi druhem kapitálu, kterého je a bude, stále dostatené množství. Díve se elektronický odpad skladoval na skládkách, to však sebou pinášelo adu rizik s kontaminací spodních vod a pdy tžkými kovy. Proto je poteba na elektronický odpad nahlížet jako na nebezpený. Spolenosti zabývající se problematikou recyklace jsou s tmito riziky seznámeny a zajišují taková opatení, aby ke kontaminaci nedocházelo. U vysplé spolenosti zaíná zodpovdnost již u spotebitele, který pispívá

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 8 do procesu recyklace tím, že takový elektronický odpad tídí a nevyhazuje jej do bžného komunálního odpadu. Velké procento z elektronického odpadu tvoí práv desky plošných spoj. Dá se íci, že nejbžnjším elektrickým odpadem, který vyhazujeme, jsou spotebie a výrobky, které ony desky plošných spoj obsahují. Problematikou jejich recyklace se zabývá ada odborník. a specializovaných firem a jejich úspchy jsou nemalé a cenné suroviny, které bez pochyby desky plošných spoj obsahují, se mám daí již z nepotebných produkt znovu využít. Proto je poteba toto téma nepehlížet a aktivn, by i pouhým tídním, se na recyklaci podílet.

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 9 I. TEORETICKÁ ÁST

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 10 1 SMRNICE A VYHLÁŠKY PRO ZPRACOVÁNÍ OEEZ V roce 2004 se naše eská republika stala lenem Evropské Unie, ímž naše republika získala spoustu výhod, ale taky se zavázala k plnní smrnic a vyhlášek, které jsou spolené pro všechny leny této federace. 1.1 Legislativa v EU Díve nebyl elektronický odpad považován za potenciáln nebezpený Dnes je tomu však jinak. Bhem posledních nkolika let byla pravidla nakládání s odpadem zpísnna. Výrobci mají nyní vtší zodpovdnost za své výrobky i po tom co doslouží. To znamená, že jejich odpovdnost za tyto výrobky jejich prodejem nekoní. 1.1.1 Smrnice o odpadních elektrických a elektronických zaízení OEEZ Smrnice 2002/96/ES o odpadních elektrických a elektronických zaízení (dále jen OEEZ) již byla pijata v mnoha zemích Evropské Unie (dále jen EU), tedy i v R. Pro výrobce tak vyplývá povinnost zajistit nejen kvalitní a úelnou recyklaci odebraných zaízení, ale taky zajištní jejich odbru. Pro jednotlivé lenské státy EU byly stanoveny stejné podmínky, piemž každý stát dostal volnost smrnici pizpsobit svému vnitrostátnímu právu, kvli rozdílné poátení situaci v jednotlivých lenských státech. To má však za následek velkou rozmanitost v oblasti zacházení s elektronickým odpadem v rzných zemích.[1] 1.1.2 Naízení smrnice OEEZ Dne 23. ledna 2003 pijal Evropský parlament spolen s radou EU smrnici 2002/96/ES o OEEZ z dvod stále rostoucího množství OEEZ. Je to v ad již 3. smrnice pijatá Evropským parlamentem s úelem povinného oddleného sbru, optovného využití a recyklace. Cílem je eliminace vzniku OEEZ, zvýšení optovného použití a recyklace se snížením množství odpadu. Dále byla pijata smrnice 2002/95/ES o omezení používání nkterých nebezpených látek v elektrických a elektronických zaízeních.

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 11 Smrnice 2002/96/ES o OEEZ byla rozdlena do deseti kategorií: 1. Velké domácí spotebie 2. Malé domácí spotebie 3. Zaízení informaních technologií a telekomunikaních zaízení 4. Spotebitelská zaízení 5. Osvtlovací zaízení 6. Elektrické a elektronické nástroje (s výjimkou velkých stacionárních prmyslových nástroj) 7. Hraky, vybavení pro volný as a sporty 8. Lékaské pístroje (s výjimkou všech implantovaných a infikovaných výrobk) 9. Pístroje pro monitorování a kontrolu 10. Automaty Kategorie OEEZ Využití [%] Optovné použití a recyklace [%] 1 Velké domácí spotebie 80 75 2 Malé domácí spotebie 70 50 3 Zaízení informaních technologií a telekomunikaních zaízení 75 65 4 Spotebitelská zaízení 75 65 5 Osvtlovací zaízení 70 50 Elektrické a elektronické nástroje (s výjimkou velkých 6 stacionárních prmyslových nástroj) 70 50 7 Hraky, vybavení pro volný as a sporty 70 50 Lékaské pístroje (s výjimkou 8 všech implantovaných a infikovaných výrobk) neuvedeno neuvedeno 9 Pístroje pro monitorování a kontrolu 70 50 1 Automaty 80 76 0 Plynové výbojky neuvedeno 80 Tabulka 1 - Cíle využití, optovného použití a recyklace v jednotlivých kategoriích[7]

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 12 1.1.3 Situace v EU Pizpsobení smrnic v zemích EU je mnohdy obtížná. Ve Velké Británii se podniky, zabývající se recyklací, již adu let snaží o úspšné zalenní smrnic, ale i tak stále dochází k usklad ování elektronických zaízení na skládkách. To by se však mlo zmnit novou právní úpravou. I pes to jsou podniky, které financují moderní recyklaní zaízení, avšak s malou výtžností ze starých elektronických zaízení. Irsko se do recyklaního procesu elektronického odpadu zapojilo teprve nedávno. I tak v polovin 90. let existovalo nkolik podnik zabývající se recyklací desek plošných spoj s úspšnými výsledky. Své úsilí zaátkem roku 2006 rozšíili i o zpracování použitých zaízení vybudováním pln automatizovaného zaízení pro zpracování elektrošrotu se sídlem v Dublinu. Irsko se tak stalo vlastníkem jednoho z nejmodernjších zaízení v Evrop a díky rychlému pizpsobení se evropským smrnicím i kvalitním zpracovatelem velkého množství elektrošrotu. V kontinentálních zemích se asto vnuje málo pozornosti pi recyklaci celých elektronických pístroj a spíše se investuje do odstra ování a využívání zaízení a nahlíží se na elektroodpad jako druh materiálu. Cílem evropské smrnice je vyvolat odpovdnost pi zpracování elektrických a elektronických zaízení a založit individuální pístup výrobc k této problematice.[3] 1.1.4 Evropská sí podnik recyklace elektroodpadu Sí z názvem Recycling Network Europe (dále jen RENE) byla založena za úelem shromažovat a spojovat malé a stední podniky s cílem zužitkování a shromažování zkušeností v oblasti recyklace elektroodpadu. V souasnosti se sí skládá z 32 stedních podnik 17 zemí EU s kapacitou zpracování pes 800 000 t ron. Sí RENE nezajišuje pouze sbr, logistiku a recyklaci elektroodpad, ale i zptný prodej recyklovaných výrobk se zajištním kvality. Díky dodržování vnitních norem a certifikací se organizace RENE stala jedním z nejúspšnjších poskytovatel služeb v oblasti zpracování elektroodpadu. Díky rzným pohledm na recyklaci ze stran len EU bylo možno najít kompromis a recyklaci elektrošrotu pizpsobit na pijatelnou úrove pro každého lena sít RENE. Aby kvalita a úrove zpracování byla u všech len stejná, vytvoila RENE s Bavorským institutem aplikovaného výzkumu životního prostedí a environmentální

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 13 techniky (BIfA) chartu kvality. Jejíž prvotní podmínkou byla nutnost certifikace podle DIN ISO 14001. Charta zahrnuje nejen speciální ustanovení pro procesy recyklace a ízení toku látek, ale i zásady pro ochranu životního prostedí a ochranu a bezpenost pi práci. Na dodržování tchto kritérií dohlíží již zmi ovaná nezávislá instituce BIfa prostednictvím audit. etnost tchto audit bývá zpravidla 1 ron. [3] 1.2 Legislativa v R Smrnice 2002/96/ES o OEEZ a 2002/95/ES o omezení používání nkterých nebezpených látek v elektronických zaízeních byla pijata všemi leny EU tedy i R. Tato smrnice byla pizpsobena legislativ R v zákon 185/2001 Sb., o odpadech.[1] Tabulka 2 - Obsah toxických látek v elektroodpadu[2]

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 14 1.2.1 Zákon 185/2001 Sb. a pedpis. 7/2005 Sb. Zákon o elektrických a elektronických zaízení stanovuje povinnosti výrobc a zpracovatel elektroodpadu a upes uje pojmy související s elektrozaízením. Povinnosti výrobce Výrobce je na základ naízení povinen zajistit oddlený sbr, zptný odbr, zpracování, využití a odstranní elektrozaízení a elektroodpadu. A to vše na vlastní náklady i spolen s jinými výrobci zajistit plnní tchto požadavk povením jiné právnické osoby, která bude s elektroodpadem nakládat podle státem stanovených norem a naízení. Zárove je výrobce povinen zpracovávat roní zprávu o stavu plnní povinností týkající se odpadu a provést zápis do Seznamu výrobc elektozaízení. Tento zápis musí obsahovat charakteristické údaje obchodní firmy nebo jednotlivce, druh a popis elektrozaízení, jakým zpsobem bude plnit povinnosti stanovené zákonem o elektroodpadu a také zpsob financování podle 37n a 37o a doklady o nm. Tímto naízením vznikly výrobcm znané problémy nejen se zptným odbrem a následným zpracováním, ale i se samotnou výrobou elektrozaízení a jeho distribuci. Na výrobce tak pešla povinnost, která prodejem jejich produkt nekoní. Samozejmostí jsou pak nemalé finanní investice tchto výrobc, kteí kompenzují tento finanní deficit zavedením recyklaních poplatk. Poplatek v K bez DPH Poplatek v K s DPH Externí tída (do asné dle p. 7 7/2005 sb.) 0 0 0-0 109,24 130 1.I 352,94 420 1.II Popis kategorie Nezaazeno - položky bez poplatku (zaízení pod 100g, neelektrické, píslušenství atd.) Velké domácí spotebi e (pra ky, suši ky, my ky nádobí, pe ící zaízení, elektrické sporáky, elektrické plotny mimo sklokeramiku, ostatní velká zaízení používaná k vaení a jinému zpracování potravin, topení a ohev vody nad 30kg, klimatizace, ostatní velké domácí spotebi e v jiné podskupin neuvedené Chlazení (velké chladicí zaízení, chladni ky, kombinace chladni ky a mrazni ky, mrazni ky, ostatní velká zaízení používaná pro chlazení, uchovávání a skladování potravin)

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 15 Poplatek v K bez DPH Poplatek v K s DPH Externí tída (do asné dle p. 7 7/2005 sb.) Popis kategorie 29,41 35 1.III Vysava e (vysava e, istící stroje na koberce, ostatní zaízení pro ištní, mimo AKU), mikrovlnné trouby, odsava e, sklokeramické desky, topení a ohev vody od 10kg do 30kg 8,4 10 2.I 3,36 4 3.I Malé domácí spotebi e (žehli ky, mandlování, topinkova e, fritovací hrnce, mlýnky, kávovary, el. otvíráky, elektrické nože, spotebi e pro stíhání vlas, sušení vlas, ištní zub, holení, masáže, pé i o tlo, hodiny, budíky,mení, as, váhy, ventilátory, vai e elektrické malé, AKU vysava e, topení a ohev vody do 10kg Mobilní telefony a píslušenství, telefonní pístroje, bezdrátové telefony, vysíla ky, kapesní a stolní kalkula ky, myši, PC komponenty (harddisky, optické mechaniky, disketové jednotky, základní desky, grafické karty, procesory, pamti, modemy, faxmodemy, adi e, síové prvky apod.) 8,4 10 3.II Klávesnice, elektronické diáe, telefonní záznamníky 29,41 35 3.III PC základní jednotky, faxy, dálnopisy 50,42 60 3.IV 84,03 100 3.V 168,07 200 3.VI 3,36 4 4.I 8,4 10 4.II 25,21 30 4.III 50,42 60 4.IV Monitory do úhlopí ky 21, notebooky, laptopy, tiskárny nebo kopírky nebo skenery nebo multifunk ní zaízení do hmotnosti 20 kg, elektrické psací stroje, telefonní ústedny Tiskárny nebo kopírky nebo skenery nebo multifunk ní zaízení do hmotnosti od 20 do 50 kg Monitory s úhlopí kou nad 21, tiskárny nebo kopírky nebo skenery nebo multifunk ní zaízení o hmotnosti nad 50 kg, servery nebo mainframy nebo jiné po íta e nad 50 kg Analogové fotoaparáty, sluchátka, dálkové ovlada e, mikrofony, komponenty zabezpe ovacích systém ( idla, ústedny apod.) Discmany, walkmany, MP3 pehráva e, jiné osobní pehráva e, digitální fotoaparáty, radiobudíky, baby sittery (el. chvy), sady autoreproduktor Videokamery, autorádia, naviga ní systémy, GPS, penosné radiomagnetofony, sady reproduktor Televize do úhlopí ky 21 (55 cm) v etn, DVD, video pehráva e a rekordéry, mikro/mini/midi vže, hifi komponenty (zesilova e, receivery, tunery), SAT a DVBT pijíma e, dataprojektory, elektrické a elektronické hudební nástroje

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 16 Poplatek v K bez DPH Poplatek v K s DPH Externí tída (do asné dle p. 7 7/2005 sb.) 84,03 100 4.V Popis kategorie Domácí kina (DVD mechanika, tuner a zesilova vše integrované v jeden celek + sada reproduktor, bez TV) 168,07 200 4.VI Televize s úhlopí kou nad 21 8 9,52 5.I Svtelné zdroje - podskupina 5.2., 5.3., 5.4., 5.5. = záivky lineární a kompaktní, výbojky nízkotlaké/vysokotlaké (sodíkové/halogenové), ur ené pro instalaci mimo domácnosti 8,-K /ks (+ 19% DPH) 35 41,65 5.II Svítidla - podskupina 5.1., 5.6 = interiérová/exteriérová svítidla pro záivky, výbojky ur ené pro instalaci mimo domácnosti 35,-K /ks (+ 19% DPH) 8,4 10 6.I Veškeré elektrické náadí a nástroje, ru ní eletkrické náadí, zahradní technika a erpací technika (mimo velké prmyslové stacionání stroje) Tabulka 3 Aktuální tabulka s výší recyklaních poplatk[4]

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 17 2 ZPSOBY RECYKLACE ELEKTRONICKÉHO ODPADU Desky plošných spoj prošly znaným technickým vývojem. S vynalézáním stále novjších a dmyslnjších systém bylo pochopitelné mnit i technologie výroby a mimo jiné i druhy použitých výrobních materiál. Elektronický odpad se jako celek skládá z mnoha ástí a druh materiálu. Proto je separace jako taková nároný a zdlouhavý proces. V neposlední ad se také musí poítat i se stáím a druhem použitého materiálu. To znamená tídní, rozdlování a adu dalších problém. Nikoliv však neešitelných. Obrázek 1 Cyklus elektroodpadu[6]

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 18 2.1 Základní materiály pro výrobu elektronického odpadu Obrázek 2 - Prmrné složení OEEZ[6] Tabulka 4- Obsah kovu v deskách plošných spoj[2]

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 19 2.2 Metody desintegrace kovu z elektronického odpadu Jak již bylo eeno, elektroodpad je složen z mnoha rozdílných materiál. Snaha je mimo jiné vytžit co nejvíce drahých kov a opt je využít ve výrob. Existuje nkolik chemických proces pro jejich oddlení. Nejastjší jsou tzv. pyrometalurgické procesy, pi kterých dochází k vytsnní kov ze sloueniny jiným kovem o vtší afinit. Extrakce drahých kov v tavenin olova Jedná se o druh separace, pi které se do rozžhaveného olova penáší vtšina drahých kov. Plasty vyhoí, železo a ást barevných kov jsou vyplaveny na povrchu, odkud je možno je separovat. Zbylá tavenina olova se prohání vzduchem. Vzduch zpsobí oxidaci vtšiny olova a obecných kov a ty se následn odstraní v podob strusky. ást olova obohacená o vzácné kovy projde rafinací. Nevýhodou je však pomrn nešetrný pístup k životnímu prostedí vlivem spalin z vyhoelých plast a odpadem s obsahem tžkých kov v podob strusky. Kyanidové loužení separace zlata Jedním z nejvíce žádaným kovem obsaženým v elektroodpadu je bezpochyby zlato. Procesem separace použitím zedného roztoku alkalických kyanid lze s velkou úinností izolovat zlato bez dotení ostatních vzácných kov (tyto zbylé kovy se pak dají snadno rafinovat). Podmínkou je však, že zlato musí být obnaženo a kyanidový roztok se musí pímo stýkat s povrchem. Tento druh izolace zlata je velice úinný a jedná se takka o 100% výtžnost. Kyanidový louh je však vysoce toxický a neopatrná manipulace s ním mže zpsobit nemalé problémy. Separace paladia Jelikož by bylo znan nevýhodné na nkteré výrobky použít kontakty ze zlata, tak jako úinná náhražka slouží paladium. To se mimo jiné používá i jako nejiskící kontakty v elektrozaízení nebo v deskových keramických kondenzátorech. Paládium lze s velkou úinností získat sulfáto-nitrátovou cestou. Roztok se pak dá po denitraci snadno redukovat formaldehydem a vytžit paladium.

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 20 Permanentní magnety V elektrozaízeních (nap. harddisk, reproduktor, a jiné) jsou obsaženy bu permanentní magnety nebo materiály s vysokou magnetickou susceptibilitou (Sm, CO 5, Nd, B, Fe). Tyto materiály se izolují pedevším proto, že jejich pítomnost zhoršuje kvalitu železné složky šrotu a zpsobují také jiskivost a pyroforinost, která je u slitin nežádoucí. K odstranní tchto materiál je vtšinou postaující kvalitní mechanická demontáž. Jednoduchým chemickým procesem je pak možno cenné složky (Co, Sm, Nd) z materiálu vytsnit a dále je recyklovat. Elektrolýza Elektrolytický proces je pro získávání drahých kov z elektrozaízení mén vhodný a k pepracovávání elektroodpadu se tém nevyužívá. Vznikne roztok jako odpad s velkým obsahem kov, což je jak ekologicky tak ekonomicky nevýhodné. Elektrolytický proces se však nkdy používá, pokud je po procesu recyklace získána frakce barevných kov. Výtžnost materiál je však touto metodou zanedbatelná. Recyklace luminofor Pi recyklaci televizí a PC obrazovek vzniká velký problém s odstranním luminiscenní vrstvy uvnit obrazovek. Luminofor jako takový je velice toxický a obsahuje adu tžkých kov. Znovu využití skla je tak nemožné z dvodu zmny optických vlastností. Obrazové sklo je ištno bu suchou nebo mokrou cestou. Pi tchto procesech však vzniká kal a prach luminoforu, který je považován za toxický odpad a je dále nepepracováván. Obsahuje však pes 10% yttria a 2-3% europia, jejichž cena za kg se pohybuje ádov v desetitisících.[12] 2.3 Zpsoby desintegrace plast z elektronického odpadu Plast lze z elektronického odpadu získávat daleko jednoduššími zpsoby, než je tomu u kovu. Proto je jeho separace z elektronického odpadu jednodušší a mén nároná. Základem desintegrace plastu z elektronického odpadu je získat materiál v takovém stavu, aby se dalo s takto upraveným odpadem lépe pracovat. Zpracování spoívá pedevším ve zmenšení objemu, granulaci na zrna o velikosti 4-6 mm a oddlení všech kov od smsi. Dalším dležitým prvkem ve zpracování plast je jejich vytídní podle jednotlivých druh

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 21 a barev. Z technologického hlediska je efektivnjší granuláty pojit pojivem nebo zalisováním za tepla do formy a získat tak další produkt na znovu využití.[10] Fáze desintegrace 1. Ru ní demontáž Elektronický odpad je demontován a zbavován nebezpených ástí jako jsou napíklad baterie, kondenzátory, souástky s obsahem rtuti, piny, plošné spoje a mnoho jiných. Demontují se taky více objemné ásti zaízení, jako jsou motory nebo velké železné i hliníkové ásti, které jsou pedevším souástí konstrukce. 2. Hrubé zpracování Pi hrubém zpracování se oištný odpad drtí ve speciálních drtiích. Získaná dr se po té optovné run pebírá od viditelných nebezpených ástí. 3. Kone né zpracování Ve tetí fázi se dr dále upravuje na potebnou zrnitost dalším drcením a následnou granulací. Prostednictvím sít s rozdílnou hrubostí se granulát roztídí. Pozstatky kovových magnetických ástí jsou zachycovány magnetem. Získaný granulát je následn dále zpracováván v separátorech, které dokážou oddlit ásti kov od plast. V závislosti na použité technologii separace, je pak výstupní produkt s rzným obsahem kovu v granulátu. V separátorech tak získáme sms železných kov, plast a koncentráty mdi a hliníku.[2] 2.3.1 Nkteré druhy separa ních metod a separátor Problematikou recyklace elektronického odpadu se zaalo zabývat pomrn nedávno. Máme tak k dispozici velkou škálu moderní techniky, která nám výrazn ulehí jinak zdlouhavou a náronou práci. Separace plast z DPS je tak pro nás výrazn zjednodušena. Jak již bylo výše uvedeno, výstupním produktem tchto separátor jsou smsi kov, plast a koncentráty mdi a hliníku. Takto pipravené suroviny se pak mohou lehce rafinovat.

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 22 Fluidní separace Principem fluidního separátoru je kmitavý pohyb na ploše tvaru pravoúhlého trojúhelníku a souasné profukování proudem vzduchu. Jemnjší a tudíž lehí ástice jsou proudem vzduchu nadlehovány a spolen s kmitavým pohybem rozdleny na specifické složky dle hmotnosti. Takto rozdlené ástice vystupují z tídící plochy výstupními hubicemi.[8] Obrázek 3 - Píklad linky fluidní separace, AQUATEST a.s[8]. Magnetická separace Magnetické a elektromagnetické separace se využívá pedevším pi recyklaci obrazovek. Magnetickou separací se oddlí ásti z Fe od sklenných step a plastové drti. Pi drcení obrazovek vzniká luminoforní prach, který je odsáván do samostatného filtru. V dalším procesu separace se pak nebude jednat o nebezpený druh odpadu. Elektrodynamický separátor pak od drt oddlí zbylé barevné kovy.[9]

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 23 Obrázek 4 - Píklad elektrodynamického separátoru, AQUATEST a.s[9] Suchá, mokrá gravita ní separace Separace se provádí bu na suchém nebo mokrém gravitaním splavu. Ped drcený materiál se drtí v drtii 2. stupn jehož výstupem jsou ástice o velikosti 4 mm. Základem zpracování polymetalických materiál je pomalé drcení (kvli zabránní tvorby prachu a následné odprášení ped separací plastu a kovu). Výsledný produkt gravitaního splavu je pak velice cennou surovinou. [10] Obrázek 5- Píklad linky gravitaního splavu, Vitaro s.r.o.[10]

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 24 Nkteré druhy tídi K separaci desek plošných spoj je poteba suroviny také tídit. K tomu slouží tzv. tídie. Nejbžnji používané jsou tídie vibraní a pneumatické. Vibra ní tídi Jsou ureny k tídní sypkých a kusových materiál. Mžou být také využívány k rozdlení drti na více frakcí. Jsou vybaveny jednou nebo více síovými plochami. Ty jsou jak drátné, gumové, štrbinové (odvod ování), polyuretanové (abrazivní materiály). Jsou vyrábny jak s vibraním eliptickým tak s pímoarým pohybem.[11] Obrázek 6 - Píklad vibraního univerzálního tídie[11] Pneumatické tídi e Pneumatické tídící stoly se používají pro tídní stejn velkého zrnitého materiálu s rozdílnou specifickou hmotností. Tídný materiál se pohybuje vjíovit a chová se jako kapalina. Tžké zrna klesají, lehí zrna stoupají. Pneumatický stl lze naklánt podle poteby bu to podéln nebo pín. Existují rotaní, kaskádové pneumatické tídie.[13] Obrázek 7 - Píklad pneumatického tídícího stolu, Cimbria s.r.o.[13]

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 25 3 DESKY PLOŠNÝCH SPOJ Desky plošných spoj patí k jedné z nejvyužívanjších souástí pi výrob elektronických výrobk. Dá se íci, že vše co má baterie obsahuje plošný spoj. V dnešní dob na nás i hraky pro malé dti mluví a vypráví pohádky. Avšak s plošnými spoji se nesetkáváme jen v podob mluvících plyšák, ale i v ad dalších užitenjších a prospšných zaízení, bez kterých bychom si dnešní život nedokázali pedstavit. Desky plošných spoj se dlí do tí skupin z hlediska uspoádání vodi na jednostranné, oboustranné a vícevrstvé. 3.1 Základní materiály pro výrobu desek plošných spoj Materiál desek plošných spoj je celá ada. Liší se jak svými tepelnými i izolaními vlastnostmi, tak hlavn požadavky výrobce. Jedním ze stžejních požadavk je samozhášivost (tzn., deska se nesmí vznítit, pokud dojde k pekroení pípustného naptí a tím pepálení spoje). Dále musí být deska schopna vydržet vysoký rozsah frekvenních vln bez poškození. Podle maximální pípustné frekvence se používají píslušné materiály pro výrobu. Z hlediska pájení spoj musí také desky mít takovou teplotní roztažnost, aby nedocházelo k odtržení tchto spoj. Pi pájení vzniká vysoká teplota, a proto je dležité, aby materiál ml nízkou teplotní roztažnost. Pi špatné volb materiálu je riziko odtržení a poškození spoje. Jako základní materiál se považuje epoxidová pryskyice, PTFE (polytetrafluoretylen teflon), fenolický papír, polyimid. Použité materiály jsou ve vtšin pípad zaazeny do normy amerického sdružení výrobc - Americal National Electrical Manufactures Association (NEMA), pro kterou je typické oznaení FR (Flame Resist tepelná odolnost). FR - 2 Zde patí fenolický papír, který je výhodný svou nízkou poizovací cenou. Jeho využití je však omezené a nevhodné pro náronjší požadavky výrobce. Stále se však používá.

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 26 Dále jsou to polyimidy, které jsou sice dražší, ale za to kvalitnjší. Vyztužují se sklennými vlákny a prchozí otvory jsou pokovovány. Výhodou je rozmrová stálost. FR 3 Do kategorie FR-3 patí epoxidová pryskyice, která se vyztužuje papírem. Její využití je omezené. FR 4 a FR 5 Ve výrob se používají spíše epoxidové pryskyice vyztužené sklenným vláknem. Je to optimální materiál z hlediska ceny a kvality. Proto má FR-4 jedno z nejvtších zastoupení jako materiál pro výrobu DPS. FR-5 je dražší, ale má vyšší tepelnou odolnost. 3.2 Výroba FR-4 Jak bylo výše uvedeno, jde o druh epoxidové pryskyice, která je vyztužena sklenným vláknem. Pesnji se jedná o spádanou sklotextilii. Postup výroby je takový, že jsou sklenná vlákna stáena do svazk nití. Z nití se pak spádá textilie. Hustota bývá zpravidla 17 nití ve smru textilie a 13 nití kolmo na smr textilie. Tímto zpsobem vyrobený polotovar se impregnuje epoxidem tak, že se pryskyice rozpuštná v rozpouštdle vsákne do textilie. Takto impregnovaný materiál se nazývá prepreg. Po vytvrdnutí pryskyice získáme výsledný materiál, který se eže na požadovaný rozmr, nebo se dále vrství na potebnou tloušku. Pro vyšší odolnost vi deformaci se materiál eže tak, aby smr textilie byl pod úhlem 45 oproti smru materiálu Základem FR-4 je deska složená ze dvou vrstev prepregu. Tlouška desek se pohybuje od 0,65 mm do 1,6 mm podle požadavku výrobce. Výroba základní dvouvrstvé desky probíhá tak, že se na ob strany prepregu nanese mdná fólie vytvoena galvanickým plátováním válce z nerezové oceli, otáejícího se v tekutém elektrolytu. Tlouška mdné fólie se rovná tloušce 36 µm nebo 18µm.

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 27 Fólie je z jedné stany hladká a z druhé matná a zrnitá. Na prepreg se fólie lepí matnou zrnitou stranou, aby byla zajištna dokonalejší pilnavost.[5] 3.3 Druhy desek plošných spoj 20. století bylo dobou, kdy DPS spatily svtlo svta. Za tu dobu prošly adou zmn, jak materiálu, tak samotného výrobního procesu a technologie. Jednostranné desky plošných spoj Vodie jsou umístny pouze na jedné stran desky. Otvory pro montáž vývod souástek bývají zpravidla pokoveny kvli zlepšení kontaktu mezi souástkou a deskou. Oboustranné desky plošných spoj U oboustranných desek jsou vodie umístny na obou stranách desky. Je to výhodou pedevším z hlediska minimalizace. Vodie na obou stranách jsou elektricky spojeny prchozím pokovením. Vícevrstvé desky plošných spoj Vícevrstvé desky se zaaly používat se zvyšujícím se požadavkem na penos signálu. A se jednalo o zkrácení délky vodi nebo ke snížení doby penosu signálu. Konstrukce je daleko složitjší a také finann náronjší oproti bžným deskám. Uvnit desky plošného spoje se vytváejí další stupn obvod. Ty jsou realizovány nkolika tenkými deskami nad sebou elektricky propojenými prchozím pokovením. Se zvyšujícím potem vnitních vrstev však prudce rostou také náklady na výrobu, proto je cílem poet minimalizovat. Bžn mají vícevrstvé DPS 4 až 6 vnitních vrstev. Tvar a konená konstrukce je vtšinou dána prostorem pro instalaci desky.

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 28 Obrázek 8 - Modely desek plošných spoj[5]

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 29 4 VLASTNOSTI DPS - TEPELNÁ VODIVOST A ŠÍENÍ ZVUKU Praktická ást bakaláské práce je zamena na pípravu vzork pro testování tepelných a akustických vlastností. Detailnjší popis a principy mení jsou uvedeny v praktické ásti. Tepelná vodivost Jedná se o fyzikální veliinu, která popisuje schopnost látky vést teplo. Pedstavuje rychlost, s jakou se teplo šíí z jedné ásti látky do chladnjších ástí. Tepelná vodivost je charakterizována souinitelem tepelné vodivosti, bývá také oznaován pímo jako tepelná vodivost. Je definována jako množství tepla, které musí za jednotku asu projít tlesem, aby na jednotkovou délku byl jednotkový teplotní spád. Pitom se pedpokládá, že teplo se šíí pouze v jednom smru, nap. v desce s rovnobžnými povrchy. Tuto definici lze také vyjádit tak, že souinitel tepelné vodivosti je výkon (tzn. teplo za jednotku asu), který projde každým tverením metrem desky tlusté metr, jejíž jedna strana má teplotu o 1 Kelvin vyšší než druhá a znaí se [Wm -1 K -1 ].[17] Šíení zvuku v DPS Zvuk šíící se vlnním ástic píslušného prostedí, nejastji vzduchem, je vedle poklesu akustické intenzity se vzdáleností ovliv ován adou dalších faktor. Jsou jimi napíklad rychlostní a teplotní gradienty akustického prostedí, které mní rychlost akustického vlnní a tím i jeho smr. Viskozita tekutiny zpsobuje pohlcování ásti akustické energie, tedy absorpci vlnní ve vzduchu. Absorpce zvuku ve vzduchu se mní s frekvencí, vlhkostí a teplotou. Obecn je absorpce vtší pro vyšší frekvence, pro snižující se teplotu a pro nižší vlhkost vzduchu. Pohlcování zvuku ve vzduchu je ale pomrn malé. Pi dopadu akustické vlny na rovinnou plochu, která má ideální odrazivost, se tato vlna od roviny odrazí obdobn jako napíklad svtelný paprsek od zrcadla. Prakticky pi každém dopadu akustické vlny na rozhraní dvou homogenních prostedí, které nejastji tvoí vzduch a pevné látky, dochází k neúplnému odrazu, tedy ást akustické energie se odrazí a ást vnikne do druhé látky.[15]

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 30 PRAKTICKÁ ÁST

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 31 5 TESTOVÁNÍ VZORK Cílem praktické ásti bylo pipravit vzorky pro testování vlastností tepeln a zvukov izolaních panel ze smsných plastových komponent DPS. Tepelné a akustické vlastnosti jsem pak testoval na pipravených vzorcích. Na výrobu potebných vzork jsem použil dr pipravenou z DPS s prmrnou zrnitostí 5 mm a sms plošných spoj v podob prášku. Takto upravené drt jsem pojil bu bílkovinným hydrolyzátem nebo polyuretanem. Bílkovinný hydrolyzát je produktem zpracování tuhých inných odpad. Získává se z postružin procesem enzymové hydrolýzy. Hydrolyzát je tak ist pírodním produktem, který není nijak škodlivý životnímu prostedí.[16] Dr s pojivem jsem následn lisoval v lisu. Potebné vzorky jsem pipravil ve spolupráci s pracovníky Ústavu výrobního inženýrství Fakulty technologické, UTB. 5.1 Výroba vzork K dosažení dostatené kvality vzork jsem využil nkolika sítek s rozdílnou velikostí oek kvli roztídní drt. Vzorky byly dvojího typu. První ze vzork jsem lisoval z hrubší drt, druhý z práškové smsi. K dispozici byl lis s možností nastavení teplot spodní a horní topné desky v rozsahu 0 až 200 C. Tyto teploty byly srovnatelné a vždy 100 C. Jako formu jsem použil tvercovou desku z PVC o tloušce 4mm uvnit s otvorem o ø 90mm. Tuto formu jsem vložil mezi 2 kovové desky, mezi kterými byla vložena peící fólie (na základ nkolika pokus jsem zjistil, že peící fólie je pro naše laboratorní úely nejvhodnjší). Bylo poteba také zajistit nepipékání lisovaného materiálu k okrajm formy. Jako nejlépe vyhovující jsem použil izolepu. Na izolepu jsem nanesl film separaního spreje bez pímsi silikonu, aby byla izolace formy od materiálu co nejúinnjší a nedocházelo k pipékání. Tlak lisu nesml být píliš velký, aby nedocházelo k deformaci formy a následnému znehodnocení vzorku. Po vylisování jsem vzorek nechal zchladnout popípad zapéct v horkovzdušné peci.

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 32 5.1.1 Vzorek z hrubší drti Pi výrob tohoto vzorku se objevila ada problém. Dr obsahovala spoustu rozdílných materiál. Použití hydrolyzátu jako pojiva pak bylo pomrn nároné. Jak jsem již zmínil, k dispozici jsem ml dr desek plošných spoj prosetou pes hrubé síto. Tím se mi podailo získat dr plast a vtší ásti kovu odseparovat. Magnetem byla snaha separovat magnetický kov. Tento zpsob však nebyl natolik úinný, jak jsem pedpokládal. Pi výrob vzorku jsem tak vtší ásteky kovu odstranil manuáln. Celk. množství Protídná dr Zbytky kovu 100g 74,48g 25,52g Tabulka 5 - Množství drt a kovu ve 100g smsi Takto petídnou dr jsem smíchal s pojivem, vložil do formy a zalisoval. Po 1-2 hodinách byla forma vytažena z lisu. Materiál jsem poté nechal vytvrdit v horkovzdušné troub na 90 C po dobu 1 hodiny. Dr Hydrolyzát Teplota lisování Doba lisování Teplota peení Doba peení 23,6g 8,1g 100 C 1,45h 90 C 1h Tabulka 6 - Množství rdt a pojiva ve vzorku Pro mení tepelné vodivosti bylo nutné, aby drsnost povrchu vzorku byla co nejmenší. Toho však za našich laboratorních podmínek nebylo možné dosáhnout. Vzorek byl i pesto testován. 5.1.2 Vzorek z práškové smsi Na výrobu druhého vzorku jsem použil stejnou technologie výroby. Výrobek byl pro úely testování tepelných a akustických vlastností daleko pijatelnjší. Výsledná drsnost povrchu byla nižší, než tomu bylo u pedchozího vzorku. Práškovou sms jsem pesel pes jemné síto, ímž jsem získal jemný prášek s nízkým obsahem kovu. Jako zbytek jsem získal sms kovu a hrubších ástí plastu.

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 33 Celk. množství Prosetý prášek Zbytek 100g 59,6g 40,4g Tabulka 7 - Množství prosetého prášku a zbytku ve 100g smsi Získaný prášek jsem smíchal s hydrolyzátem a slisoval. Prášek Hydrolyzát Teplota lisování Doba lisování Teplota peení Doba peení 26,2g 22,2g 100 C 1,3h 90 C 1h Tabulka 8 - Množství prášku a pojiva ve vzorku 5.2 Testování vzork na tepelnou vodivost K testování tepelných vlastností jsem ml k dispozici dva vzorky s rozdílnou hrubostí materiálu. Vyrobené vzorky jsem testoval na speciálním zaízení pro mení teplotní vodivosti. Jak již bylo zmínno, ne vždy se mi podailo dosáhnout co nejmenší drsnosti povrhu. K testování tak musela být použita hliníková pasta, která mla nerovnosti na povrchu co nejvíce snížit. Pasta byla smsí hliníkového prášku a silikonového oleje. Princip mícího zaízení K mení se používá mící aparatura sestrojena podle Fitche. Tento pístroj se používá zejména pro mení tepelné vodivosti fólií a desek plast, pryží a us ových materiál. Pesnost a správnost mení je dána drsností povrchu testovaného vzorku. Jedná se tedy o plošné mení.[14] Mící aparát funguje následovn. Mený vzorek je vložen mezi mosazný válec, který je temperován na teplotu t 1 =25 C a mosazný mící válec, na který je pipojen termolánek. Po vytemperování vzorku na teplotu t 2 =50 C je mosazný válec s vyšší teplotou odejmut a piložen mosazný válec, který je temperován na teplotu t 1. Souasn je spuštno

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 34 snímání teploty pomocí upraveného modulu Control Web 2000 na osobním poítai, který pevádí data pevodním systémem ADAM pes komunikaní port do osobního poítae. Mená teplota postupn klesá smrem k ustálené teplot t 1 a snímání dat se ukoní. Získaný soubor pak obsahuje závislost asu na teplot. Dále je možno data vyhodnocovat za pomoci programu NeReg02, který umož uje vypoet tepelné vodivosti, zobrazení grafu závislosti teploty na ase a graf závislosti reziduálního rozptylu na teplot. Souástí mícího zaízení jsou také termostaty, které udržují nastavené teploty t 1 a t 2, také stabilizovaný stejnosmrný zdroj a izolaní kryt mícího válce.[14] Níže jsou zobrazeny obrázky vyhodnocených dat z programu NeReg02. Obrázek 9 - Panel mení Control Web 2000

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 35 Obrázek 10 - Výsledky výpotu NeReg02 Obrázek 11 - Výpoet tepelné vodivosti NeReg02

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 36 Obrázek 12 - Graf závislosti teploty na ase NeReg02 Obrázek 13 - Graf závislosti reziduálního rozptylu na ase NeReg02 Program NeReg02 znan ulehil vyhodnocování a výpoet samotné tepelné vodivosti. Na obrázcích výše jsou uvedeny píklady vyhodnocení. Na obrázku íslo 9 je mící panel

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 37 vytvoený v prostedí Control Web2000. Následující obrázky popisují samotný výpoet tepelné vodivosti s možností vykreslení závislosti teploty na ase do grafu. Na obrázku íslo 13 je vykreslen graf závislosti reziduálního rozptylu na ase. Tento prbh popisuje velikost odchylky teploty v jednotlivých asových úsecích. 5.2.1 Tepelná vodivost vzorku z práškové smsi U tohoto vzorku jsem provedl celkem tyi mení. První z nich byl istý vzorkek, zbylé ti se provádly za použití hliníkové pasty. Mení jsem realizoval bez zatížení vzork. Spolen s Ústavem inženýrství polymer Fakulty technologické, UTB jsem namené hodnoty vyhodnotil a zapsal do tabulky. Mení neprobíhaly vždy za stejných podmínek. Na mící soustavu však psobily poruchové veliiny (zvýšení teploty v místnosti, otevení okna). Pro vyhodnocení jsem proto vybíral vždy takových prbh teplot, kde byla zjištna menší odchylka. Podle tabulek jsem zjistil, že hodnoty tepelné vodivosti odpovídaly bžným plastm. Prmrná hodnota λ byla 0,17 Wm -1 K -1. Z tabulky je patrné, že vzorek bez pasty nemá takovou tepelnou vodivost jako vzorky s použitím pasty. Dvodem je vtší drsnost povrchu. Tepelná vodivost byla realizována rozdílem teplot z 50 C na 25 C. Namené a vypotené hodnoty jsou zobrazeny níže v tabulce. Mení Tlouška [mm] 1 3,83 2 3,82 3 3,74 4 3,79 5 3,845 6 3,945 7 3,85 8 3,78 9 3,84 10 3,78 Prmr 3,822 Smodch 0,056 Tabulka 9 - Tlouška vzorku z práškové sms

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 38 Mení S [m 2 ] δ [m] a3 [s -1 ] λ [W.m -1.K -1 ] Po et mení Teplota OD - DO [ C] Odchylka Podmínky 1 0,006362 0,003822-0,0000938 0,11044 206 47-27 0,1 bez pasty 2 0,006362 0,003822-0,001196 0,15793 144 47-29,4 0,1 s pastou 3 0,006362 0,003822-0,001269 0,17088 152 46,5-29 0,1 s pastou 4 0,006362 0,003822-0,001336 0,18464 154 45-28 0,1 s pastou Popis tabulky: Tabulka 10 - Namené a vypotené hodnoty tepelné vodivosti S = plocha vzorku, δ = tlouška vzorku, a3 = parametr vyhodnocený nelineární regresí, λ = tepelná vodivost. 5.2.2 Tepelná vodivost vzorku z hrubší drti U tohoto vzorku jsem provedl celkem šest mení. Z toho ti byly bez použití pasty a zbylé ti s použitím pasty. Mení probíhaly taktéž bez zatížení vzorku a tepelná vodivost byla realizována ve stejných podmínkách, jako tomu bylo u pedchozího vzorku. Teplotní rozdíl byl z 50 C na 25 C. Namené hodnoty jsem vyhodnotil a zapsal do tabulky. Prmrná hodnota tepelné vodivosti λ vzork bez použití pasty byla 0,04 Wm -1 K -1. Prmrná hodnota tepelné vodivosti λ vzork s použitím pasty byla 0,17 Wm -1 K -1. Drsnost povrchu testovaného vzorku však neodpovídala požadavkm mení na pístroji. Hodnota odchylky teploty se pohybovala okolo dvojnásobku hodnoty, než tomu bylo u vzorku z práškové smsi. Vybral jsem takové hodnoty teplot, aby odchylka byla co nejmenší. Vyhodnocené výsledky mení jsou zobrazeny níže v tabulce.

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 39 Mení Tlouška [mm] 1 5,07 2 5,255 3 5,205 4 5,565 5 5,49 6 5,695 7 5,805 8 5,44 9 5,385 10 5,305 Prmr 5,4215 Smodch 0,226 Tabulka 11 - Tlouška vzorku z hrubší drti Mení S [m 2 ] δ [m] A3 [s -1 ] λ [W.m -1.K -1 ] Po et mení Teplota OD-DO [ C] Odchylka Podmínky 1 0,006362 0,0054215-0,00051 0,0414 284 49,5-32 0,19 bez pasty 2 0,006362 0,0054215-0,00051 0,04031 291 49-32 0,19 bez pasty 3 0,006362 0,0054215-0,00052 0,03977 304 49-32 0,18 bez pasty 4 0,006362 0,0054215-0,00106 0,18723 200 49-29 0,12 s pastou 5 0,006362 0,0054215-0,00096 0,16883 215 48-30 0,14 s pastou 6 0,006362 0,0054215-0,00086 0,14069 218 48-29 0,15 s pastou Tabulka 12 - Namené a vypotené hodnoty tepelné vodivosti

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 40 Obrázek 14- Pipravené vzorky - zleva vzorek z hrubší drti, zprava vzorek z práškové smsi 5.3 Testování vzork na vlastnosti šíení zvuku K testování jsem ml k dispozici celkem 4 vzorky. 2 z práškové smsi a 2 vzorky drt z DPS. Pojivo jsem použil stejné jako pi výrob vzork pro testování tepelné vodivosti a to bílkovinný hydrolyzát. Lisoval jsem je v kovových formách kruhového prezu s ø 100mm a 30mm za teploty spodní a horní topné desky 85 C. Testy jsem provedl ve spolupráci s Ústavem fyziky a materiálového inženýrství Fakulty technologické, UTB. Princip mícího zaízení Zkoušky jsem provádl na sestav pro mení souinitele zvukové pohltivosti a zvukové odrazivosti r. Skládá se z Kudtovy impedanní trubice (malá, velká), generátoru zvukového signálu Brüel & Kjær 2706 a dvoukanálového analyzátoru PULSE Brüel &

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 41 Kjær 3560-B-03. Pro snadnjší obsluhu analyzátoru a zpracování dat je k analyzátoru pipojen PC s aplikaním programem BZ 5050.[15] Obrázek 15 - - Zapojení aparatury s velkou a malou mící trubicí[15] Obrázek 16 - Kundtova impedanní trubice a vzorky pro mení koeficientu zvukové pohltivosti[15] Vzorek se umístí do velké nebo malé Kundtovy trubice. Ta byla sériov spojena generátorem zvukového signálu B&K 2706, který po pijetí píkazu zadaného z poítae vyslal signál do Kuntovy impedanní trubice. Výsledky mení byly zpracovány pomocí analyzátoru PULSE B&K 3560-B-030 a s jeho pomocí odesílány do poítae. V poítai byly díky speciálnímu programu (Brüel & Kjær PULSE LabShop verze 10.0) tato data zaznamenána a dále upravována.

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 42 Velká mící trubice, která je urena pro mení ve frekvenní (kmitotové) oblasti 16 Hz 1,6 khz. Je vybavena zdrojem zvuku, dále obvodem pro vyvažování frekvencí a obsahuje ti pozice pro montáž mikrofon Malá mící trubice je zkonstruována pro mení v oblasti frekvencí 64 Hz 6,4 khz a obsahuje dv pozice urené pro montáž mikrofon. Trubice obsahuje dva mikrofony spojené s analyzátorem PULSE B&K 3560-B-030, ty jsou umístny mezi zdroj zvuku a vzorek zkoumaného materiálu, co nejblíže vzorku. První mikrofon snímá intenzitu signálu vyzáeného zdrojem tsn ped vzorkem, druhý mikrofon pak intenzitu akustické vlny, která byla vzorkem odražena. Nákres trubice a znázornní mení je na obrázku níže.[15] Obrázek 17 - Schématické znázornní dvou-mikrofonové impedaní trubice[15] Pro mení koeficientu zvukové pohltivosti a odrazivosti byl použit analyzátor firmy B&K PULSE typ 3560-B-030 a softwarové rozhraní spojené s analyzátorem LabShop. Obrázek 18 - Pulse typ 3560-B-030[15]

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 43 Obrázek 19 - Prostedí LabShop pro vyhodnocení absorpce zvuku[15] 5.3.1 Mení absorpce zvuku vzorku z práškové smsi U každého ze vzork jsem provedl celkem 3 mení. Mil jsem s nulovou mezerou, mezerou 10mm a mezerou 20mm mezi akusticky tvrdou zadní deskou a frekvencí 0 až 6400hz. 1. vzorek byl o ø 100mm a prmrné tloušce 7,66mm. 2. vzorek o ø 30mm a prmrné tloušce 5,99mm. Namené výsledky jsem vyhodnotil a jednotlivé prbhy zvukové pohltivosti a odrazivosti vykreslil do grafu. Vzorek ø 100mm Vzorek ø 30mm Mení Tlouška [mm] Mení Tlouška [mm] 1 7,62 1 6,06 2 7,66 2 5,98 3 7,68 3 5,94 4 7,66 4 5,96 5 7,68 5 5,96 6 7,70 6 6,00 7 7,66 7 6,02 8 7,62 8 6,02 9 7,64 9 5,98 10 7,66 10 5,98 Prmr 7,66 Prmr 5,99 Smodch 0,02 Smodch 0,03 Tabulka 13 - Tlouška vzork z práškové smsi

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 44 1 Koeficient zvukové pohltivosti ps 0,9 0,8 0,7 0,6 α [ ] 0,5 0,4 ps 0cm ps 1cm ps 2cm 0,3 0,2 0,1 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 f [Hz] Obrázek 20 - Koeficient zvukové pohltivosti vzorku z práškové smsi 1 Koeficient zvukové odrazivosti 0,9 0,8 0,7 0,6 β [ ] 0,5 0,4 ps_0cm ps_1cm ps_2cm 0,3 0,2 0,1 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 f [Hz] Obrázek 21 - Koeficient zvukové odrazivosti vzorku z práškové smsi

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 45 Vysvtlivky ke grafu: ps vzorek z práškové smsi ps_0-2cm vzduchová mezera mezi vzorkem a akusticky tvrdou zadní deskou Vzorek ps byl hodnocen z heldiska koeficientu zvukové pohlivosti velmi negativn, protože jeho povrch byl velmi hladký. Toto bylo zpsobeno jemnou drtí, která nevytváela jakoukoliv porézní stukturu a tudíž zvuk nemohl pronikat do struktury materiálu a mnit akustickou energii v tepelnou popípad se pohltit ve struktue. Pesto z použitých variant mla nejefektivnjší pohltivost varianta vzorku ps s 20mm vzduchovou mezerou, která dosahovala maximum = 700Hz. Pesto je frekvenní rozsah použitelnosti velmi malý a tato varianta není vhodná pro zvukovou absorpci ale odrazivost. Z grafu je patrné, že ve frekvením pásmu 0 4000Hz jsou vzorky výhodné pro použití odclonní, odražení nebo jiné formy usmrnní akustické energie. 5.3.2 Mení zvukových vlastností vzorku z hrubé drti Mení u tchto vzork probíhalo stejn jako u pedchozího mení. Vyhodnocení je uvedeno níže. Vzorek ø 100mm Vzorek ø 30mm Mení Tlouška [mm] Mení Tlouška [mm] 1 10,08 1 5,78 2 9,84 2 5,98 3 9,86 3 6,02 4 9,80 4 5,84 5 10,08 5 5,92 6 10,02 6 6,04 7 9,64 7 5,96 8 9,82 8 5,86 9 9,62 9 5,90 10 9,88 10 6,00 Prmr 9,86 Prmr 5,93 Smodch 0,15 Smodch 0,08 Tabulka 14 - Tlouška vzork z hrubší drti

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 46 1 Koeficient zvukové pohltivosti hd 0,9 0,8 0,7 0,6 α [ ] 0,5 0,4 hd 0cm hd 1cm hd 2cm 0,3 0,2 0,1 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 f [Hz] Obrázek 22 - Koeficient zvukové pohltivosti vzorku z hrubší drti 1 Koeficient zvukové odrazivosti 0,9 0,8 0,7 0,6 β [ ] 0,5 0,4 hd_0cm hd_1cm hd_2cm 0,3 0,2 0,1 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 f [Hz] Obrázek 23 - Koeficient zvukové odrazivosti vzorku z hrubší drti

UTB ve Zlín, Fakulta aplikované informatiky, 2009 47 Vysvtlivky ke grafu: hd vzorek z hrubší drti hd_0-2cm vzduchová mezera mezi vzorkem a akusticky tvrdou zadní deskou Z graf je patrné, že vzorek hrubší drti má vyšší koeficient pohltivosti a odrazivosti než vzorek z práškové smsi a je pro izolaci zvuku vhodnjší. Nejvyšší hodnoty koeficientu pohltivosti nabývá 1 a to pi mení s mezerou 10mm a frekvenci cca 1000Hz U vyšších frekvencí hodnota koeficientu klesá. Z modré kivky (hd0) je patrné, že je vzorek velmi nepohltivý. Nejlepší pohltivost má vzorek s 20mm vzduchovou mezerou. Celkov jsou vzorky z hlediska absorpce velmi málo pohltivé a jsou tudíž výhodnjší pro odrazivost a odclonní zvukové emise požadovaným smrem. Odrazivost byla nejlepší pro vzorek bez vzduchové mezery, který prakticky pedstavoval celistvou matrici tvoenou speciální drtí. Odrazivost byla velmi vysoká a efektivní ve frekvenním rozsahu 0 4000 Hz, kde se nacházely hodnoty = 0,8-1,0. Obrázek 24 - Ukázka vzork z hrubší drti