專利名稱：基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生工藝及設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及可產業化廢舊熱固性塑料再生工藝及設備，更具體地說一種基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生工藝及設備
背景技術：
熱固性塑料固化前是線型或帶支鏈的，固化后分子鏈之間形成三維網狀交聯結構，不僅不能再加熱熔化，在溶劑中也不能溶解。常用的熱固性塑料有酚醛、聚氨酯、環氧、 不飽和聚酯等及其改性樹脂為機體制成的塑料。熱固性塑料主要用于隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等在惡劣環境中使用，性能優良，但是熱固性塑料產品往往是為長期使用而設計的， 因此難以毀壞，重新使用和循環利用困難，由于熱固性塑料無法熔融并再次塑性成形，回收難度極大。目前，對于廢舊熱固性塑料有三種回收方法，一是物理性回收，是以顆粒形式作為填料添加到新材料中來提高材料性能，這種方法只改變材料的物理形態，工藝簡單，制品成本低，通用性好，但是應用面窄、經濟價值不高，且制品的力學等性能下降較大；另一是化學性回收，是通過化學方法，將廢物轉化為化工原料或其他物質，工藝復雜，適用性差，生產成本高；再一種是能量回收法，與化學性回收一樣，容易產生有毒有害物質，對環境造成二次污染，設備投資大。
發明內容
本發明提供了一種回收成本低，回收價值大，對環境影響小，不會產生二次污染的基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生工藝及設備，拓展熱固性塑料廢棄物的循環再利用范圍和途徑，為難以再生的熱固性塑料廢棄物的綜合利用提供了一種新的再生方法。本發明基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生工藝的特點是按如下步驟a、對于廢舊熱固性塑料進行清洗和干燥，得原料；b、對于所述原料進行破碎，得塊狀備用料；C、將所述備用料投入氮氣保護氣體和水蒸氣的再生環境中，通過再生環境中的剪切、粉磨和攪拌的處理過程使投入的備用料得到降解，獲得降解再生產物。本發明基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生工藝的特點也在于對于步驟c中的降解再生產物進一步按如下方式處理對于脆性如同熱固性酚醛層壓塑料的降解再生產物進行篩分處理，大顆粒的降解再生產物重復進行步驟c ；直至降解再生產物的顆粒大小符合要求后直接進行模具中的壓塑成型；對于粘性如同熱固性聚氨酯的降解再生產物直接進行模具中的壓塑成型。本發明基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生工藝的特點還在于
在所述步驟c中，添加配用料與所述備用料共同進行剪切、粉磨和攪拌的處理，所述配用料為配合劑、粘接劑、助劑，以及熱塑性塑料中的任一種或多種。設置再生環境中的壓強為0. 10-1.洸MPa，水蒸氣溫度為100-190°C。本發明基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生設備的結構特點是設置一軸線呈水平設置的可高速旋轉的剪切刀軸，在所述剪切刀軸的前半段，位于所述剪切刀軸的外周，配合設置環形定刀盤構成剪切機構，下料斗位于所述剪切機構的上方， 并沿所述剪切刀軸的徑向設置；在所述環形定刀盤上設置進料口承接在所述下料斗的底部下料口上；所述剪切刀軸的后半段位于再生腔內；在所述再生腔內，相鄰所述剪切機構的是一磨料機構，所述磨料機構是由與剪切刀軸同軸設置的靜磨盤和動磨盤組成，在靜磨盤與動磨盤的相對面上分別設置有磨齒；所述靜磨盤固定設置在再生腔側壁上，所述動磨盤與剪切刀軸固聯；在所述再生腔內，一攪拌葉輪的輪軸固聯在所述剪切刀軸的尾端，出料口設置有再生腔的底部。與已有技術相比，本發明有益效果體現在1、本發明針對熱固性塑料交聯網狀結構特點，利用剪切、研磨、沖擊及摩擦等多種機械力及摩擦熱的綜合作用，通過粉碎及降解過程獲得再生產物。本發明的再生工藝不僅僅使物料粉碎且微細化，還通過機械力作用促使內部化學結構及性質發生變化，從而使物料發生降解過程，克服了現有技術粉碎方式單一，物料只被簡單粉碎，回收產物價值低的缺
點ο2、本發明在粉碎再生過程中，可以選擇加入配合劑、粘接劑、其它助劑、熱塑性塑料成分等從而增強再生效果，并通過進一步利用粉碎降解得到的再生產物，塑性成型獲得高價值塑料制品。3、本發明具有回收料利用率和利用價值高、生產成本低、工藝簡單、對環境影響小、不會產生二次污染等優點4、本發明不受熱固性塑料的種類、結構及物理化學性質的限制，理論上適用于所有種類的熱固性塑料的回收應用。5、本發明設備中的多刀組合形式結構設置緊湊，能有效地獲得剪切、研磨、沖擊及摩擦等多種機械力及摩擦熱的綜合作用，進而可以實現產業化應用。
圖1為本發明再生系統示意圖；圖2為本發明中再生裝置結構示意3a為本發明中剪切刀軸結構示意圖；圖北為本發明中環形定刀結構示意圖；圖3c為本發明中剪切刀軸與環形定刀組裝示意圖；圖如為本發明中磨盤示意圖；圖4b為圖如側視示意圖；圖如為本發明中磨盤另一形式示意圖fe為本發明中葉輪式刀攪拌刀組示意圖；圖恥為圖fe中A-A剖視圖。圖中標號1清洗機；2干燥機；3第一級傳送帶；4破碎機；5第二級傳送帶；6再生裝置；7溫度傳感器；8下料斗；9原料倉；10氣體收集罐；11氮氣鋼瓶；12氣體壓縮機； 13蒸汽發生裝置；14過濾器；15干燥器；16氣體壓縮機；17成型裝置；18振動篩；19剪切刀軸；20環形定刀；21靜磨盤；22動磨盤；23葉輪式攪拌刀組；對磨齒；25主切屑刃J6副切屑刃。
具體實施例方式本實施例中基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生工藝是按如下步驟進行1、對于廢舊熱固性塑料進行清洗和干燥，得原料；2、對于原料進行破碎，得塊狀備用料；3、將備用料投入氮氣保護氣體和水蒸氣的再生環境中，通過再生環境中的剪切、 粉磨和攪拌的處理過程使投入的備用料在機械力及摩擦熱的綜合作用下得到降解，獲得降解再生產物。以水蒸氣加熱有利于備用料的降解，以氮氣環境下實現粉碎再生，外界空氣無法進入再生環境中，備用料的再生過程中不會受到污染。具體實施中，對于步驟c中的降解再生產物進一步按如下方式處理對于脆性如同熱固性酚醛層壓塑料的降解再生產物進行篩分處理，大顆粒的降解再生產物重復進行步驟c ；直至降解再生產物的顆粒大小符合要求后直接在模具中進行壓塑成型；對于粘性如同熱固性聚氨酯的降解再生產物直接在模具中進行壓塑成型。具體實施中，為了增強再生效果，可以添加配用料與備用料共同進行剪切、粉磨和攪拌的處理，配用料為配合劑、粘接劑、助劑，以及熱塑性塑料中的任一種或多種。(1)以熱固性酚醛層壓塑回用料為備用料為例，備用料與配用料按如下重量百分比配比熱固性酚醛層壓塑回用料70-80% ；純聚丙烯10-20%;硅烷偶聯劑KH-550 5-6% ；助劑亞乙基雙硬脂酰EBS 2-5% ；再生環境中，壓強0. 10-1. ^MPa,水蒸氣溫度100-190°C。壓塑成型過程中，溫度180-195 °C，模具壓力1. 4_1. 7MPa，保壓時間為4_6分鐘，保溫時間為9-11分鐘。(2)以熱固性硬質聚氨酯塑料回用料為備用料為例，備用料與配用料的重量百分比配比、再生環境條件、壓塑成型條件和熱固性酚醛層壓塑料(1)相同，或者按照如下重量百分比配比熱固性硬質聚氨酯塑料回用料70-80% ；異氰酸酯15-25%水3-5%
再生環境中，壓強0. 10-1. ^MPa,水蒸氣溫度100-190°C。壓塑成型過程中，溫度160-175 °C，模具壓力10_16MPa，保壓時間為40_70分鐘。參見圖2，本實施例中基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生設備是設置一軸線呈水平設置的可高速旋轉的剪切刀軸19，在剪切刀軸19的前半段，位于剪切刀軸19的外周，配合設置環形定刀盤20構成剪切機構，下料斗8位于所述剪切機構的上方，并沿剪切刀軸19的徑向設置；在環形定刀盤20上設置進料口承接在下料斗8的底部下料口上；剪切刀軸19的后半段位于再生腔內；在再生腔內，相鄰剪切機構的是一磨料機構，磨料機構是由與剪切刀軸19同軸設置的靜磨盤21和動磨盤22組成，在靜磨盤21與動磨盤22的相對面上分別設置有磨齒M ；靜磨盤21固定設置在再生腔側壁上，動磨盤22與剪切刀軸19固聯；在再生腔內，一攪拌葉輪23的輪軸固聯在剪切刀軸19的尾端，出料口設置在再生腔的底部。對于本實施例中給出的以熱固性酚醛層壓塑回用料和熱固性硬質聚氨酯塑料回用料為備用料的具體實施，設置剪切刀軸19的轉速為2000-4000n/min，完成降解的時間為 60-120 分鐘。參見圖2、圖3a和圖3c，剪切刀軸19和環形定刀20是物料在粉碎再生的剪切階段的刀具，剪切刀軸19為圓錐體，四個刀齒呈螺旋狀均布在刀軸的四周，螺旋角為30°，剪切刀軸中心為通孔；圖2所示，剪切刀軸19中部的圓柱形圓盤用于固定動磨盤22，使得傳動軸帶動剪切刀軸19、動磨盤22和葉輪式攪拌刀組23 —起轉動。圖2和圖北所示，環形定刀20的基體是圓柱體，刀齒均布在圓柱面上，刀齒的截面形狀為不等腰梯形。物料進入剪切機構后，由于剪切刀軸19和環形定刀20之間的間隙沿軸向朝向磨料機構一側逐漸變小，在剪切刀軸19軸向推動力的送料作用下，物料顆粒由大到小逐漸變小，并進入再生腔。這一階段為高速剪切，作用機理是熱固性塑料具有網狀交聯的組織結構，受熱不熔解，且大部分熱固性塑料硬度高、脆性大，具有良好的抵抗變形和吸收變形能的能力。由于剪切刀軸19和環形定刀20之間的巨大的高速剪切力，物料承受局部高剪切和沖擊應力，顆粒內部產生應力波，使顆粒微裂紋擴大并粉碎。在周期性的高頻率剪切作用下，顆粒受到高頻率的碰撞、接觸、摩擦效應，導致網狀交聯結構破壞并解體， 使得物料在這一區域被粉碎。圖2、圖如和圖4b所示，靜磨盤21和動磨盤22構成物料粉碎再生的粉磨階段。 靜磨盤21與動磨盤22結構相同，基體是錐體，中心為通孔，靜磨盤21為凹型錐面，相對設置的動磨盤22為凸型錐面，相對面上均設置有磨齒M，構成雙面磨盤；靜磨盤21與動磨盤 22相吻合抵接，在靜磨盤21和動磨盤22之間形成粉碎腔。根據不同種類的熱固性塑料，磨盤上磨齒24的形式有兩種，一種是圖如所示的放射狀，共有四種長度不等的磨齒，磨齒的截面形狀均為三角形，且幾何尺寸相同，每一種磨齒在圓周內均勻分布四十個，且四種磨齒從大到小相間分布；另一種是圖4c所示的磨齒呈弧線狀，環形磨面被分成二十個大小形狀相同的粉碎區，每粉碎區具有七條長度不同的弧形磨齒，七條磨齒呈等間距排列，磨齒的截面形狀與放射狀磨盤相同。靜磨盤21與動磨盤22相向放置，兩磨盤之間保持一定的間隙， 根據不同種類熱固性塑料的特性，可以改變兩磨盤間隙控制出料粒度。動磨盤22與靜磨盤 21上的刀刃間的相對運動形成巨大的剪切力，同時物料在動磨盤與靜磨盤之間受到強烈的擠壓力。物料從靜磨盤的中心進入粉碎腔因受到剪切而粉碎成細小粉體。這一過程中的物料受到強烈的擠壓、環向應力和三維剪切作用，使得物料充分粉碎、分散、混合和固相力化學反應。圖fe和圖恥所示，葉輪式攪拌刀組23構成物料粉碎再生的攪拌區，位于葉輪式攪拌刀組23側邊向上的主切屑刃25對物料具有高速剪切攪拌的作用，位于外圓周上的副切屑刃26對物料具有強大的擠壓、摩擦和剪切作用，葉輪式攪拌刀片組23中共有四個刀排。為實現基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生工藝，設置系統構成如圖1 所示。實施例1 本實施例1以廢舊熱固性酚醛層壓塑料為例首先，廢舊熱固性酚醛層壓塑料通過清洗機1和干燥機2進行清洗干燥，然后將其利用第一級傳送帶3輸送到破碎機4中破碎為塊狀料，塊狀料由第二級傳送帶5輸送到再生裝置6的原料倉9，物料由原料倉9通過下料斗8投入再生裝置6中；關閉下料斗8上的下料口，打開氮氣鋼瓶11的氣閥，氮氣經氣體壓縮機12由管道進入再生裝置6的容腔內，同時打開蒸汽發生裝置13的氣閥，水蒸汽通過管道導入再生裝置6的容腔內，利用溫度傳感器7顯示再生腔中的溫度；含有水蒸氣的氮氣是自再生裝置容腔的氣體出口導出后依次經過過濾器14、干燥器15和氣體壓縮機16，并在氣體收集罐10 中得到收集。剪切刀軸19是由變頻控制的電機進行驅動，通過變頻控制使剪切刀軸19的轉速為2500r/min，備用料在再生裝置6中的氮氣環境下，首先經過剪切刀軸19與環形定刀之間的相對轉動完成剪切，并同時在軸向力的推動下進入再生腔中；在再生腔中，動磨盤22與靜磨盤21之間的相對轉動使入料得到剪切、擠壓和摩擦等作用完成微細粉碎；安裝在剪切刀軸上的葉輪式攪拌刀組23的旋轉使物料進一步均一化。由于熱固性酚醛層壓塑料的強度較高，靜磨盤和動磨盤可以選用磨齒呈放射狀的磨盤形式，廢舊熱固性酚醛層壓塑料在再生裝置6中經過剪切、研磨、沖擊及摩擦等多種機械力及在摩擦熱的綜合作用下，通過80分鐘的粉碎，一方面使物料粉末顆粒粒度減小，比表面積增加；另一方面長時間機械力作用使物料發生機械力化學效應，實現其可再生性。粉碎再生過程中，可以關閉氮體鋼瓶11和蒸汽發生裝置13的氣閥，打開下料斗8的閥門，向原料倉9加入純聚丙烯、偶聯劑及助劑，以增強再生效果，也可以向原料倉9中增加一些廢舊熱固性酚醛層壓塑料塊狀物料。隨后，對粉碎再生后的物料利用振動篩18進行篩分處理，沒有達到預期效果的大顆粒物料重復粉碎再生過程，最后采用壓塑成型工藝，利用成型裝置18將廢舊熱固性酚醛層壓塑料的粉末制成塑料制品。實驗結果表明粉碎再生后的熱固性酚醛層壓塑料，經微觀結構表征測試，當機械作用力增大，長時間的機械能累積效應，伴隨摩擦熱能增加，溫度上升，分子鏈會發生斷裂， 生成新的基團，酚醛樹脂三維網狀結構交聯度降低而降解，表現出來一定粘度和塑性性能， 恢復了一定的塑性成型能力。熱固性酚醛層壓塑料制品成品的形狀及性能經分析與檢測， 具有高強度、耐熱性、耐磨性、尺寸穩定性、抗蠕變性能等優良的性能。實施例2 本實施例2是以廢舊熱固性硬質聚氨酯塑料為例再生工藝同實施例1，其中剪切刀軸19的轉速為2000n/min，完成降解的時間為70 分鐘，由于熱固性硬質聚氨酯塑料的強度較低，靜磨盤和動磨盤可以選用磨齒呈弧線狀的磨盤形式，本實例中向原料倉9加入異氰酸酯、水，以增強再生效果，廢舊熱固性聚氨酯的降解再生產物直接進行模具中的壓塑成型，不需要振動篩分。實驗結果表明粉碎再生后的熱固性硬質聚氨酯塑料，經微觀結構表征測試，聚合物網狀交聯分子鏈由于機械物理作用，發生鏈斷裂，出現新的基團，表現出來一定粘度和塑性性能，恢復了一定的塑性成型能力。熱固性硬質聚氨酯塑料制品成品的形狀及性能經分析與檢測，具有獨特的耐熱性、耐磨性、耐低溫型等優良的性質。
權利要求
1.基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生工藝，其特征是按如下步驟a、對于廢舊熱固性塑料進行清洗和干燥，得原料；b、對于所述原料進行破碎，得塊狀備用料；C、將所述備用料投入氮氣保護氣體和水蒸氣的再生環境中，通過再生環境中的剪切、 粉磨和攪拌的處理過程使投入的備用料得到降解，獲得降解再生產物。
2.根據權利要求1所述的基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生工藝，其特征是對于步驟c中的降解再生產物進一步按如下方式處理對于脆性如同熱固性酚醛層壓塑料的降解再生產物進行篩分處理，大顆粒的降解再生產物重復進行步驟c ；直至降解再生產物的顆粒大小符合要求后直接進行模具中的壓塑成型；對于粘性如同熱固性聚氨酯的降解再生產物直接進行模具中的壓塑成型。
3.根據權利要求1或2所述的基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生工藝，其特征是在所述步驟c中，添加配用料與所述備用料共同進行剪切、粉磨和攪拌的處理，所述配用料為配合劑、粘接劑、助劑，以及熱塑性塑料中的任一種或多種。
4.根據權利要求3所述的基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生工藝，其特征是設置再生環境中的壓強為0. 10-1. ^MPa,水蒸氣溫度為100-190°C。
5.一種基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生設備，其特征是設置一軸線呈水平設置的可高速旋轉的剪切刀軸(19)，在所述剪切刀軸(19)的前半段，位于所述剪切刀軸(19)的外周，配合設置環形定刀盤00)構成剪切機構，下料斗(8)位于所述剪切機構的上方，并沿所述剪切刀軸(19)的徑向設置；在所述環形定刀盤00)上設置進料口承接在所述下料斗(8)的底部下料口上；所述剪切刀軸(19)的后半段位于再生腔內；在所述再生腔內，相鄰所述剪切機構的是一磨料機構，所述磨料機構是由與剪切刀軸(19)同軸設置的靜磨盤和動磨盤02)組成，在靜磨盤與動磨盤02)的相對面上分別設置有磨齒04)；所述靜磨盤固定設置在再生腔側壁上，所述動磨盤02)與剪切刀軸(19)固聯；在所述再生腔內，一攪拌葉輪的輪軸固聯在所述剪切刀軸(19)的尾端，出料口設置有再生腔的底部。
全文摘要
本發明公開了一種基于機械物理法可產業化廢舊熱固性塑料再生工藝及設備，其特征是首先對于廢舊熱固性塑料進行清洗和干燥，得原料；再對于所述原料進行破碎，得塊狀備用料；最后將備用料投入氮氣保護氣體和水蒸氣的再生環境中，通過再生環境中的剪切、粉磨和攪拌的處理過程使投入的備用料得到降解，獲得降解再生產物。本發明拓展了熱固性塑料廢棄物的循環再利用范圍和途徑，為難以再生的熱固性塑料廢棄物的綜合利用提供了一種新的再生方法。
文檔編號B29B17/04GK102416675SQ20111033027
公開日2012年4月18日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者劉志峰, 吳仲偉, 楊雪峰, 潘紹波, 石磊, 胡建, 趙建 申請人:合肥工業大學