廢塑料再生利用帶氣體保護與改性造粒一體化裝置的制造方法
【專利摘要】廢塑料再生利用帶氣體保護與改性造粒一體化裝置，涉及廢塑料再生利用。設有單螺桿擠出造粒機、保護氣體儲罐、減壓調壓裝置、送氣管道、帶止回閥空心銷釘、單螺桿擠出機改性藥劑連接口、改性藥劑儲罐、攪拌器、下料口、計量送料螺桿、電加熱片、電熱控制箱、調速電機、出料口；所述保護氣體儲罐的出口接減壓調壓裝置的入口，減壓調壓裝置的出口經送氣管道接帶止回閥空心銷釘，攪拌器設在改性藥劑儲罐內，改性藥劑儲罐的下料口與計量送料螺桿對接，在計量送料螺桿的外套筒上設有電加熱片，電加熱片與電熱控制箱電連接，計量送料螺桿的出料口與單螺桿擠出機改性藥劑連接口通過琺瑯盤對接；調速電機與計量送料螺桿連接。
【專利說明】
廢塑料再生利用帶氣體保護與改性造粒一體化裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及廢塑料再生利用，尤其是涉及一種廢塑料再生利用帶氣體保護與改性 造粒一體化裝置。
【背景技術】
[0002] 塑料由于其具有良好的化學穩定性、易于加工、價格低廉、輕便等優點，得到日益 廣泛的應用。但塑料的平均使用壽命很短，以聚乙烯為例，平均壽命1.5年，因而每年僅中國 就有大約3000萬噸廢塑料廢棄，造成嚴重污染。
[0003] 熱塑性的廢舊塑料通過熱熔，可再生利用，其工藝要求簡單，易于實現，是典型的 資源再生、循環經濟的重要組成部分。
[0004] 廢舊塑料在使用、廢棄過程中，由于混入的雜質多，塑料成份混雜，物理化學性能 各異，使得再生利用過程中極易產生二次污染和污染轉移。并且傳統工藝生產的再生材料 品質低劣，經濟效益差。
[0005] 隨著塑料行業往合金化、專業化方向發展，原生塑料成份日益復雜、特殊，也導致 廢塑料的二次加工、再生利用的技術要求日益提高。
[0006] 現有的塑料再生行業存在二個嚴重的難以克服的缺點：（一)鑒于廢舊塑料中，塑 料成份混雜且在去除塑料雜質過程中采用水洗，原材料含水率高，為了使其能熔融互熔，往 往采取高溫加工，又往往造成低熔點組份過熱，氧化，斷鏈，造成產品品質低劣，同時產生大 量廢氣，造成嚴重二次污染。（二)廢舊塑料的改性通過添加改性藥劑，提高產品品質是發展 方向。目前通用的辦法是用廢舊塑料先熱熔生產初級"塑料米"，再與改性藥劑共混二次造 粒。造成能耗大、改性效果差、成本高的嚴重缺點。
[0007] 中國專利CN204640755U公開一種廢塑料再生利用中生產高流動性塑料的擠出造 粒系統，設有擠出主機、第1擠出副機和第2擠出副機;擠出主機、第1擠出副機和第2擠出副 機依次連接;所述擠出主機設有主電機、變速箱、筒體、螺桿主軸、底座、支架、銅套、出料口； 變速箱與主電機軸連接，筒體設在支架上，筒體上設有加藥口和排氣口，螺桿主軸設在筒體 內，螺桿主軸上帶螺旋葉片，支架固設在底座上，在筒體上設有銷釘，銷釘穿過筒體壁伸入 筒體內，所述銷釘為空心銷釘，銷釘內腔設有溫控探頭。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的在于針對廢舊塑料加工利用中存在的上述問題，提供一種廢塑料再 生利用帶氣體保護與改性造粒一體化裝置。
[0009] 本發明設有單螺桿擠出造粒機、保護氣體儲罐、減壓調壓裝置、送氣管道、帶止回 閥空心銷釘、單螺桿擠出機改性藥劑連接口、改性藥劑儲罐、攪拌器、下料口、計量送料螺 桿、電加熱片、電熱控制箱、調速電機、出料口；
[0010] 所述保護氣體儲罐的出口接減壓調壓裝置的入口，減壓調壓裝置的出口經送氣管 道接帶止回閥空心銷釘，攪拌器設在改性藥劑儲罐內，改性藥劑儲罐的下料口與計量送料 螺桿對接，在計量送料螺桿的外套筒上設有電加熱片，電加熱片與電熱控制箱電連接，計量 送料螺桿的出料口與單螺桿擠出機改性藥劑連接口通過琺瑯盤對接;調速電機與計量送料 螺桿連接。
[0011] 所述保護氣體儲罐可采用工業上常規使用的高壓氣瓶組，高壓氣瓶組內裝有保護 氣體，氣體壓力可為15~20kg，保護氣體可采用氮氣等。
[0012] 所述減壓調壓裝置可采用工業上常規的可調式減壓閥或可調式減壓表。通過減壓 表的出口，用耐高壓的管道與帶止回閥空心銷釘連接。
[0013] 在單螺桿擠出機的外套筒相應熔融段與熟化段（約為螺桿外套筒總長的三分之 一)適當布置3~5個斷面，每個斷面對稱均勻取6~12個孔，孔徑約為套筒直徑的12~20分 之一，并設有螺紋。在布置斷面的相應位置，將單螺桿擠出機內的主螺桿的螺棱切除相應部 分，切除部位的開口應比銷釘直徑大4~6cm，避免主螺桿旋轉時與深入腔體內的銷釘發生 機械碰撞。
[0014] 所述帶止回閥空心銷釘的直徑與單螺桿擠出機開孔的直徑相同，并加工螺牙，便 于調節帶止回閥空心銷釘深入腔體的深度，使之適應加工不同廢舊塑料的物料特性的需 求。
[0015] 送氣銷釘內鉆6~8mm的通孔，孔的圓心與銷釘同心，并保證壁厚在2.5mm以上。（若 機臺較小，銷釘直徑也相應較小，可鉆較小的通孔。）送氣銷釘深入擠出造粒機腔體內的一 端，安裝止回球閥.鋼球直徑與送氣銷釘內孔徑相同。以防止擠出造粒機工作時，若腔體內 熔體側壓力大于送氣壓力時，導致熔體回流，堵塞管道。并可根據加工不同物料時，選擇所 需要的送氣點的數量和送氣點的位置。
[0016]所述帶攪拌裝置的改性藥劑儲罐可用不銹鋼板材制作成圓柱形罐體。其高度與直 徑的比例為2:1左右。其容量視單螺桿擠出造粒的產能和添加改性藥劑的需求量而定。一般 須保證連續生產時6~8h的需求量，以減少工作人員添料的工作量。
[0017]所述攪拌器，須精心設計攪拌葉片的形狀、長度、傾斜角度等工藝參數，以保證二 種以上的改性藥劑，包含顆粒料、粉劑料、片狀料，能按改性配方設計的比例，均勻翻動以同 等比例連換送入造粒機的主機腔體內。混料罐的下方開啟可控制的出料口，以保證物料(即 改性藥劑)與計量送料螺桿的送料需求量相配。
[0018] 計量送料螺桿與改性藥劑儲罐的下料口聯接長度視現場空間位置而定，但不少于 2m。計量送料螺桿的直徑一般應為主機直徑的三分之一左右，由調速電機帶動。通過調整主 機轉速，可調整送料量。在主機的變徑螺桿的減壓端（即主機內熔體側壓力最小處)開口，與 計量送料螺桿對接，以保證改性藥劑能順利進入造粒機腔體內，使廢舊塑料的熔體與改性 藥劑的熔體能充分混合均勻。
[0019] 計量送料螺桿的外套筒加裝可調溫的加熱溫控系統。按照改性藥劑配方的各種組 份，確定所需的熔融溫度，使得改性藥劑在輸送過程中同時形成熟化、均勻度較好的熔體而 送入主機腔體內。
[0020] 本發明具有以下突出優點：
[0021] 如前所述，由于廢舊塑料含雜質多，熔點不一，在再生利用加工前需清洗，原材料 含水率高，空氣中氧氣不可避免進入造粒機熔體。傳統生產方式為促使不同組份塑料形成 熔體并減少熔體內摩擦力，往往將加工溫度提高至400°C左右，甚至更高。在高溫條件下，水 蒸氣、氧氣對高分子聚合物的塑料破壞極大，超過塑料的裂解溫度，造成嚴重斷鏈，產生大 量廢氣污染環境，產品變脆，品質低下。本發明通過送氣銷釘將保護氣體以一定的壓力送入 造粒機腔體內，通過保護氣體的分氣壓，將水蒸氣和氧氣擠走，對塑料熔體進行惰性氣體保 護。從而避免了高分子聚合物的斷鏈，使品質得到極大改善。
[0022]塑料的熔融及其塑化均勻程度取決于(一)加工溫度。溫度高時，塑料熔融較快，但 過熱時造成塑料分解，如聚乙烯的分解溫度為310°C，其他塑料也大體在310~350°C左右。 (二)機械摩擦、攪拌、擠壓產生的剪切變稀，也使塑料熔融塑化，加大機械剪切變稀的作用 可相應降低加工溫度，實現塑料加工中的低溫加工擠出的原則。本發明中的帶止回閥的空 心送氣銷釘插入造粒機腔體內12~18_左右(視造粒機螺棱高度而定)并與螺棱斷面有2~ 3mm間隙。這樣進入熔融段、塑化段的廢舊塑料的熔體每轉一圈，便與空心銷釘的間隙發生 一次擠壓，搓揉，總的發生幾十次(與銷釘根數相同）搓揉，產生極大的剪切效應，使熔體混 合均勻。為此，可降低加工溫度100~150 °C左右。以加工廢舊聚乙烯為例（約占廢舊塑料總 數的48%)可保證熔體的實際溫度在200~220°C。從而避開聚乙烯310°C的分解溫度，極大 的改善再生塑料的物理化學性能。
[0023]如前述，廢舊塑料的成份復雜，再生利用后，產品品質低劣，使其使用受極大限制。 因而近年塑料改性發展迅猛。通過添加增塑劑、增熔劑、增強增韌劑等，提高和改善塑料的 品質是很好的發展方向。但廢舊塑料改性為使改性藥劑與廢舊塑料熔體能較均勻的混合， 往往采用"二次造粒"的傳統工藝。"二次造粒"雖可達到改性和提高塑料品質的目的，但其 缺點是：
[0024](一)作為再生塑料的主體的廢舊塑料熔體經冷卻，造粒成顆粒料，然后與改性藥 劑共混，再熱熔造粒，則第一遍造粒的能耗無形中浪費掉了。
[0025](二)改性藥劑與"初級料米"按比例共混二次熔融，雖可保證改性配方的百分比有 效合理，但許多改性藥劑與"初級料米"熔點不同，很難找到幾種成分都適應的溫度，使改性 作用須打折扣，或增加價格昂貴的改性藥劑的用量。
[0026] 本發明采用帶加熱溫控裝置的計量送料系統，將改性藥劑按配方比例在該裝置中 預處理成熔體再與造粒主機的廢舊塑料熔體按比例混合。集"造粒"與"改性"一次性完成， 從而節省了近40%的能耗。并且可分別控制主機中廢舊塑料熔體溫度和改性藥劑的熔融溫 度，使二者各得其所，達到最佳效果。
[0027] 本發明之所以能實現一次改性造粒，得益于送氣空心銷釘的攪拌擠壓搓揉的剪切 作用。由于改性藥劑的熔體是預加熱成熔融狀態，在造粒機的熔融塑化段擠入，與主機的廢 舊塑料熔體混合，其混合行程比"二次造粒"的共混行程短，且溫度較低。但由于幾十根的空 心銷釘剪斷作用，相當于二種熔體混合后經幾十次的"搓揉"，擠壓，混合，因而混合均勻，達 到預期的效果。并且在這種混合是在氣體保護條件下進行，使得共混改性(包括增減融、接 技、輕度交聯等)作用效率大大提高。
[0028]本發明的另一重大優點在于廣泛的適用性，可適合于PE、PP、PET等廢舊塑料的膜 料、塊料預處理后的加工制作。投資少，產品質量優良，節能效果明顯。以聚乙烯膜料(包括 紙廠廢料、大棚農用膜、地膜等)為例，其效果如表1所示(改性藥劑配方相同的條件下）。 [0029]表 1
[0030]
【附圖說明】
[0031 ]圖1為本發明實施例的結構組成示意圖。
[0032] 圖2為本發明實施例的改性藥劑計量送料系統的結構組成示意圖。
【具體實施方式】
[0033] 參見圖1和2,本發明實施例設有單螺桿擠出造粒機1、保護氣體儲罐2、減壓調壓裝 置3、送氣管道4、帶止回閥空心銷釘5、單螺桿擠出機改性藥劑連接口 6、改性藥劑儲罐7、攪 拌器8、下料口 9、計量送料螺桿10、電加熱片11、電熱控制箱12、調速電機13、出料口 14;所述 保護氣體儲罐2的出口接減壓調壓裝置3的入口，減壓調壓裝置3的出口經送氣管道4接帶止 回閥空心銷釘5，攪拌器8設在改性藥劑儲罐7內，改性藥劑儲罐7的下料口 9與計量送料螺桿 1 〇對接，在計量送料螺桿10的外套筒上設有電加熱片11，電加熱片11與電熱控制箱12電連 接，計量送料螺桿10的出料口 14與單螺桿擠出機改性藥劑連接口 6通過琺瑯盤對接;調速電 機13與計量送料螺桿10連接。
[0034] 所述保護氣體儲罐2可采用工業上常規使用的高壓氣瓶組，高壓氣瓶組內裝有保 護氣體，氣體壓力可為15~20kg，保護氣體可采用氮氣等。
[0035] 所述減壓調壓裝置3可采用工業上常規的可調式減壓閥或可調式減壓表。通過減 壓表的出口，用耐高壓的管道與帶止回閥空心銷釘連接。
[0036] 在單螺桿擠出機的外套筒相應熔融段與熟化段（約為螺桿外套筒總長的三分之 一)適當布置3~5個斷面，每個斷面對稱均勻取6~12個孔，孔徑約為套筒直徑的12~20分 之一，并設有螺紋。在布置斷面的相應位置，將單螺桿擠出機內的主螺桿的螺棱切除相應部 分，切除部位的開口應比銷釘直徑大4~6cm，避免主螺桿旋轉時與深入腔體內的銷釘發生 機械碰撞。
[0037] 所述帶止回閥空心銷釘的直徑與單螺桿擠出機開孔的直徑相同，并加工螺牙，便 于調節帶止回閥空心銷釘深入腔體的深度，使之適應加工不同廢舊塑料的物料特性的需 求。
[0038] 送氣銷釘內鉆6~8mm的通孔，孔的圓心與銷釘同心，并保證壁厚在2 ? 5mm以上。（若 機臺較小，銷釘直徑也相應較小，可鉆較小的通孔。）送氣銷釘深入擠出造粒機腔體內的一 端，安裝止回球閥，鋼球直徑與送氣銷釘內孔徑相同。以防止擠出造粒機工作時，若腔體內 熔體側壓力大于送氣壓力時，導致熔體回流，堵塞管道。并可根據加工不同物料時，選擇所 需要的送氣點的數量和送氣點的位置。
[0039]輸送保護氣體的帶止回閥的空心銷釘須用不銹鋼或紫銅棒加工、防止生銹后不利 拆卸、檢修。空心銷釘通過高壓軟管與保護氣體的儲罐的減壓閥連接。
[0040] 布置空心送氣銷釘的斷面相對應的擠出機螺桿的螺梭部分，需切除比空心銷釘大 4~6mm的缺口。銷釘安裝完畢，并調整深度后，須緩慢轉動擠出機螺桿，確認螺桿轉動自如， 與銷釘沒有機械刮擦、碰撞方可投入使用。
[0041] 改性藥劑儲罐及攪拌器均用不銹鋼制作。攪拌器的葉片形狀必須反復試驗，保證 不同形狀的改性藥劑（如粉料，顆粒料，小片狀料）能混合均勻，以計設配方的同等配比輸 出，方可使用。
[0042] 改性藥劑儲罐的計量送料螺桿與調整電機連接。與主機對接前須做單機定量調 試。測定不同轉速，不同溫度條件下輸送改性藥劑的數量，保證與主機聯機后，能按改性配 方的要求定量輸入改性藥劑，與主機熔體混合。
[0043] 實施時先對單螺桿擠出機預熱，至設定溫度時，開動主機，投入經過處理的廢舊塑 料。同時開啟保護氣體儲罐的減壓閥，調節保護氣體的壓力，使之略大于擠出機腔體內的側 壓力，并隨時注意觀察壓力和流量的變化。并關注擠出機排氣口排出的氣體應是水蒸氣為 主的白煙，而無異味黑煙產生，即達較良好的工作狀態。
[0044] 在單螺桿擠出機加溫預熱時，將改性藥劑投入儲罐內，并對計量送料螺桿預熱至 設定溫度。在保護氣體送氣2~3min，并氣壓氣流穩定時，即開啟計量螺桿的調速電機，至額 定的送料量。
[0045] 改性藥劑輸入后的2~3min后，即可觀察擠出機的熔體的性狀，看其熔體是否充分 熔融，特別是高熔點的組份是否充分熔融混合均勻，并取熔體樣本，用高溫水銀溫度計(300 °C刻度)測量熔體溫度。如不理想可適當調整主機，及改性藥劑計量送料螺桿的工作溫度。 [0046] 根據本工藝生產的產品必須每2h取一次樣，送至檢驗中心測試再生塑料的物理化 學指標，鑒定其改性效果，積累數據以便合理適度調整。
[0047]本發明在傳統單螺桿擠出造粒機的外套筒上適當位置開孔，加裝帶止回閥的空心 銷釘。銷釘一端伸入擠出造粒機的腔體內，另一端與保護氣體的儲罐連接。在改性藥劑的儲 罐下方，加裝計量送料螺桿，將預加熱處理的改性藥劑以熔體形式定量擠入單螺桿造粒機 的熔融段與廢舊塑料在主機中的熔體均勻混合。完成造粒與共混改性一次完成。
【主權項】
1. 廢塑料再生利用帶氣體保護與改性造粒一體化裝置，設有單螺桿擠出造粒機，其特 征在于還設有保護氣體儲罐、減壓調壓裝置、送氣管道、帶止回閥空心銷釘、單螺桿擠出機 改性藥劑連接口、改性藥劑儲罐、攪拌器、下料口、計量送料螺桿、電加熱片、電熱控制箱、調 速電機、出料口； 所述保護氣體儲罐的出口接減壓調壓裝置的入口，減壓調壓裝置的出口經送氣管道接 帶止回閥空心銷釘，攪拌器設在改性藥劑儲罐內，改性藥劑儲罐的下料口與計量送料螺桿 對接，在計量送料螺桿的外套筒上設有電加熱片，電加熱片與電熱控制箱電連接，計量送料 螺桿的出料口與單螺桿擠出機改性藥劑連接口通過琺瑯盤對接;調速電機與計量送料螺桿 連接。2. 如權利要求1所述廢塑料再生利用帶氣體保護與改性造粒一體化裝置，其特征在于 所述保護氣體儲罐采用高壓氣瓶組，高壓氣瓶組內裝有保護氣體，氣體壓力為15~20kg。3. 如權利要求2所述廢塑料再生利用帶氣體保護與改性造粒一體化裝置，其特征在于 所述保護氣體采用氮氣。4. 如權利要求1所述廢塑料再生利用帶氣體保護與改性造粒一體化裝置，其特征在于 所述減壓調壓裝置采用可調式減壓閥或可調式減壓表，減壓表的出口通過管道與帶止回閥 空心銷釘連接。5. 如權利要求1所述廢塑料再生利用帶氣體保護與改性造粒一體化裝置，其特征在于 在單螺桿擠出機的外套筒相應熔融段與熟化段布置3~5個斷面，每個斷面對稱均勻取6~ 12個孔，孔徑為外套筒直徑的12~20分之一，并設有螺紋。6. 如權利要求5所述廢塑料再生利用帶氣體保護與改性造粒一體化裝置，其特征在于 所述帶止回閥空心銷釘的直徑與單螺桿擠出機開孔的直徑相同，并加工螺牙，便于調節帶 止回閥空心銷釘深入腔體的深度，使之適應加工不同廢舊塑料的物料特性的需求。7. 如權利要求1所述廢塑料再生利用帶氣體保護與改性造粒一體化裝置，其特征在于 所述改性藥劑儲罐采用圓柱形不銹鋼板罐體，罐體的高度與罐體的直徑的比例為2:1。
【文檔編號】B29C47/08GK106003461SQ201610405619
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月8日
【發明人】程漢良, 黃匯川, 許建中, 傅天保
【申請人】廈門川漢環保科技有限公司