一种废旧热固性塑料再生设备及再生工艺

摘要

本发明公开了一种废旧热固性塑料再生设备及再生工艺，其特征是设备包括一破碎装置，用于对废旧热固性塑料进行破碎得破碎料，设置输送带将破碎料送入降解装置；降解装置和再生装置及挤出压缩装置呈立式结构设置；其中，降解装置的出料口接入再生装置的进料口，再生装置的出料口接入挤出压缩装置的料斗。通过对废旧热固性塑料依次进行粗破、降解、再生和挤出压模实现废旧热固性塑料的再生，本发明为难以再生的热固性塑料废弃物的回收利用提供了一种高效的再生回收方法，实现对废旧热固性塑料从废料到再生制品的回收利用，可以使热固性塑料得到广泛应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种再生设备及再生工艺，更具体地讲涉及一种废旧热固性塑料再生设备及 再生工艺。

背景技术

热固性塑料是指树脂在加工过程中发生化学变化，分子结构从加工前的线型结构变成网 状交联结构，制品具有不溶不熔的特点的一类塑料。常用的热固性塑料有聚氨酯、酚醛树脂、 环氧树脂、不饱和聚酯、蜜胺和脲醛树脂等。热固性塑料在性能上与热塑性塑料有许多不同 之处，它具有强度高、耐蠕变性好、耐热温度高、加工尺寸精度高及耐电弧性好等优点。热 固性塑料主要用于电器绝缘、日用、机械、建筑及玻璃钢等应用领域。由于其制品具有不溶 不熔的特点，热固性塑料回收利用相当困难，因而造成了大量的垃圾，污染环境成为废弃物， 从而研究回收利用热固性塑料具有很重要的意义。

现在已研究出的回收方法主要有物理法和化学法。物理法是指在不破坏高分子聚合物本 身的化学结构、不改变其基本组成的情况下，仅改变废弃物的物理形态后直接利用的方法， 这种方法生产效率较高、操作简单、二次污染少，但是生产的制品性能较差，只能做次级用 品使用，经济效益低；化学法是通过裂解成单体和低聚物而回收利用或通过烧结制成活性炭， 缺陷是工艺复杂，适用性差，回收效率低，生产成本高，技术难度较高，反应产生的毒副产 物难以控制，严重污染环境。

发明内容

本发明目的是为了解决现有的废旧热固性塑料的回收方法的不足，提出了一种回收价值 高、经济性好、对环境影响小的废旧热固性塑料再生设备及再生工艺，实现对废旧热固性塑 料从废料到再生制品的回收利用，提高热固性塑料的广泛应用。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明废旧热固性塑料再生设备的结构特点是设置：

一破碎装置，用于对废旧热固性塑料进行破碎得破碎料，设置输送带将破碎料送入降解 装置；所述降解装置和再生装置及挤出压缩装置呈立式结构设置；其中，所述降解装置的出 料口接入再生装置的进料口，所述再生装置的出料口接入挤出压缩装置的料斗。

本发明废旧热固性塑料再生设备的结构特点也在于：

在所述降解装置中设置有剪切机构和粉磨机构，所述剪切机构由可转动的剪切刀轴和位 于剪切刀轴外周的环形定刀组成，所述剪切刀轴在沿环形定刀的轴向上分体设置为左刀轴和 右刀轴，所述左刀轴和右刀轴具有人字形刀齿；所述粉磨机构中有多组动磨盘和静磨盘相对 设置，所述动磨盘分别固定在左刀轴和右刀轴的两端，所述静磨盘固定在机架上；

所述再生装置设置为：在旋转轮的外周固定设置刀片，所述刀片在沿旋转轮的轴向上分 体设置为左刀片和右刀片；所述左刀片和右刀片之间保持轴向间隙，在所述再生装置的顶部 设置有配用料入口。

所述挤出压缩装置设置为：所述料斗安装在喂料系统的上方，所述喂料系统与机筒相连 接；所述机筒外套有多个环形加热装置，保温罩包裹整个带有环形加热装置的螺杆部分，在 所述机筒上安装有排气系统；驱动电机通过减速分配箱为螺杆的转动提供驱动力；在螺杆的 输出端，凸模安装在动活动板上，凹模嵌入固定板的凹槽中，在凹模壁上设置有冒口和通孔； 所述机筒的模头对准凹模壁上的通孔。

本发明利用废旧热固性塑料再生设备进行废旧热固性塑料再生的工艺方法是按如下流程 进行：

a、利用破碎装置对废旧热固性塑料进行破碎，得到破碎料；

b、将所述破碎料利用输送带输送到降解装置中，通过降解装置的剪切和粉磨，以及因剪 切和粉磨产生的热量的共同作用，使破碎料产生机械力化学效应得到降解，获得细小的降解 料；

c、所述降解料进入再生装置内，并向再生装置加入配用料，通过再生装置使得降解料与 配用料混合均匀，利用所述再生装置在搅拌过程中产生的强机械力和摩擦热实现再生过程， 得到再生料；所述配用料为热塑性塑料和助剂；

d、所述再生料进入挤出压缩装置内，在所述挤出压缩装置中利用螺杆在机筒中的旋转实 现对再生料的输送、熔融、剪切和排气，最后对再生料进行压缩，产生的压力使面团状的再 生料从模头挤出，并推送进入凹模；

e、在当凹模内充满再生料时，停止挤出压缩装置的挤出，启动挤出压缩装置的合模系统， 经合模并保压后卸压开模即得成品塑料件。

本发明克服原有物理法制品性能较差，经济效益低的缺点，通过机械物理作用不仅使废 料发生物理变化，同时产生机械力化学效应，促使化学性质发生改变，废料获得降解，即恢 复可加工性能；在机械物理作用下，通过添加热塑性塑料成分和助剂且搅拌过程中产生的强 机械力和摩擦热作用促使热固性塑料和热塑性塑料分子结构之间发生化学反应，实现再生过 程，得到面团状再生混合物，这样通过回收设备的挤出和压缩成型工艺，获得具有较强力学 性能的再生塑料制品。与现有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明降解装置的多组剪切、粉磨机构设置有序紧凑，物料能有效的获得剪切、挤压、 冲击及摩擦等多种机械力及摩擦热的综合作用。物料在降解装置内在持久强烈的机械力和摩 擦热综合作用下，不仅使物理性质形态发生改变，还使分子结构化学性质改变，从而使物料 发生降解过程。

2、本发明再生装置的刀片组随着旋转轮的旋转不仅能够促使物料混合均匀，而且促使热 固性塑料和热塑性塑料官能团之间产生化学反应，恢复热固性塑料如同热塑性一样的可塑性 加工能力，实现再生过程。

3、本发明对刚被挤出的面团状的再生料立即压缩成型，可以有效利用熔融状态的流动性 使得混合料压缩成型。

4、本发明通过废旧热固性塑料的粗碎、降解、再生、熔融、挤出、压缩等工艺实现了废 旧热固性塑料的再生回收利用，各装置依次相依，形成一条完成的生产流水线，具有很大的 环保效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明再生系统示意图；

图2为本发明中降解装置结构示意图；

图3a为本发明中剪切刀轴结构示意图；

图3b为本发明中磨盘示意图；

图4为本发明中再生装置结构示意图；

图中标号：1破碎装置；2筛网；3输送带；4降解装置；5配用料入口；6再生装置；7 挤出压缩装置；8驱动电机；9减速分配箱；10料斗；11喂料系统；12保温罩；13环形加热 装置；14螺杆；15排气系统；16模头；17机筒；18导柱；19动活动板；20凸模；21凹模； 22固定板；23机架；24环形定刀；25左刀轴；26右刀轴；27动磨盘；28静磨盘；29左刀 片；30右刀片；31旋转轮。

具体实施方式

参见图1，本实施例中废旧热固性塑料再生设备的结构设置包括：

一破碎装置1，用于对废旧热固性塑料进行破碎得破碎料，设置输送带3将破碎料送入 降解装置4；降解装置4和再生装置6及挤出压缩装置7呈立式结构设置；其中，降解装置4 的出料口接入再生装置6的进料口，再生装置6的出料口接入挤出压缩装置7的料斗10。

具体实施中相应的结构设置也包括：

参见图1和图2，在降解装置4中设置有剪切机构和粉磨机构，剪切机构由可转动的剪 切刀轴和位于剪切刀轴外周的环形定刀24组成，剪切刀轴在沿环形定刀24的轴向上分体设 置为左刀轴25和右刀轴26，左刀轴25和右刀轴26具有人字形刀齿。

图2所示，左刀轴25和右刀轴26基体为圆柱体，中心为轴孔，四组人字形刀齿均匀安 装在刀轴的四周，左刀轴25和右刀轴26两端凸出的刀具部分对于静磨盘28和动磨盘27正 下方的物料具有搅拌的作用，物料的剪切和粉磨两个过程循环进行，物料经过剪切作用后经 人字形刀齿的轴向力和剪切刀轴旋转的作用，进入静磨盘28和动磨盘27正下方，被凸出的 刀具部分搅拌起来，进入磨盘磨腔内粉磨，被粉磨的物料由于在粉磨腔内旋转碰撞作用从磨 腔内甩出来，进入剪切机构内再次进行剪切，物料来回“循环”进行剪切和粉磨作用，使得 物料微细均一化。环形定刀24的内圆柱面上有均匀分布的刀齿。物料进入剪切机构后，受到 高速旋转的剪切刀轴上的剪切刀齿的撞击和强剪切力作用，同时随剪切刀轴旋转的物料与静 止的环形定刀24刀齿做相对剪切运动，在周期性的高频率剪切作用下，致使物料的网状交联 结构破坏并解体，使得物料在这一区域被粉碎。

参见图2、图3a和图3b，粉磨机构是有多组动磨盘27和静磨盘28相对设置，动磨盘 27分别固定在左刀轴25和右刀轴26的两端，静磨盘28固定在机架23上；静磨盘28和动 磨盘27的结构相同，呈圆环体，中心为通孔，一侧的环形面上设置有磨齿；位于左刀轴25 和右刀轴26两端共四组动磨盘27和静磨盘28，动磨盘27随剪切刀轴一同旋转，在动磨盘 27和静磨盘28之间形成粉磨腔。经剪切变细的物料进入粉磨腔构后，受到动磨盘27和静磨 盘28相对运动形成的剪切力和强烈的挤压力而粉碎成细小粉体，物料在这一过程中受到的挤 压、环向应力和三维剪切作用，使得物料网状交联结构进一步破坏，分子链结构断裂，物料 发生降解。

参见图1和图4，再生装置6设置为：在旋转轮31的外周固定设置长条形刀片，刀片和 旋转轮31构成再生装置的搅拌机构，刀片在沿旋转轮31的轴向上分体设置为左刀片29和右 刀片30；左刀片29和右刀片30之间保持轴向间隙，在再生装置的顶部设置有配用料入口5。 在包括配用料在内的物料进入再生装置6后，随着旋转轮31高速旋转的刀片促使物料混合均 匀，同时搅拌过程中产生的强机械力和摩擦作用促使热固性塑料和热塑性塑料分子结构之间 发生化学反应，依赖于范德华力最终使彼此分离的热固性和热塑性聚合物分子融合在一起， 恢复热固性塑料如同热塑性一样的可塑性加工能力，获得再生料。

图1所示，挤出压缩装置设置为：料斗10安装在喂料系统11的上方，喂料系统11与机 筒17相连接；机筒17外套有多个环形加热装置13，保温罩12包裹整个带有环形加热装置 13的螺杆14部分，在机筒17上安装有排气系统15；驱动电机8通过减速分配箱9为螺杆 14的转动提供驱动力；在螺杆14的输出端，凸模20安装在动活动板19上，凹模21嵌入固 定板22的凹槽中，在凹模21壁上设置有冒口和通孔；机筒7的模头16对准凹模21壁上的 通孔。

本实施例利用图1所示设备进行废旧热固性塑料再生的工艺方法是按如下流程进行：

1、利用破碎装置对废旧热固性塑料进行破碎，得到破碎料。

2、将破碎料利用输送带输送到降解装置中，通过降解装置的剪切和粉磨，以及因剪切和 粉磨产生的热量的共同作用，使破碎料产生机械力化学效应得到降解，获得细小的降解料。

3、打开降解装置的出料机构，降解料进入再生装置内，通过再生装置的配用料入口5加 入配用料，通过再生装置使得降解料与配用料混合均匀，利用再生装置在搅拌过程中产生的 强机械力和摩擦热的作用促使热固性塑料和热塑性塑料分子结构之间发生化学反应，实现再 生过程，得到再生料；配用料为热塑性塑料和助剂。

4、打开再生装置的出料机构，再生料进入挤出压缩装置的料斗内，在挤出压缩装置中利 用螺杆在机筒中的旋转实现对再生料的输送、熔融、剪切和排气，最后对再生料进行压缩， 产生的压力使面团状的再生料从模头挤出，并推送进入凹模。

5、在当凹模内充满再生料时，停止挤出压塑装置的挤出，启动挤出压塑装置的合模系统， 动活动板带动凸模向下运动，对物料进行压缩，经合模并保压后卸压开模即得成品塑料件。

具体实施中，为了增强再生效果，作为被处理原料的废旧热固性塑料以热固性酚醛层压 塑回用料或热固性硬质聚氨酯塑料为例：原料与配用料按如下质量百分比配比：

热固性酚醛层压塑回用料或热固性硬质聚氨酯塑料：70-80%；

聚丙烯PP：18-28%

抗氧化剂1010：0.5-1%

抗氧化剂168：0.5-1%。

在挤出压缩过程中，利用环形加热装置13对机筒17进行加热，使机筒17的温度为 170-180℃，凸模20对凹模21中面团状再生料进行压缩时，加压压强为7-10Mpa，保压压强 为3-6Mpa，保压时间为9-12分钟。

对于本实施例中给出的以热固性酚醛层压塑回用料或热固性硬质聚氨酯塑料为被处理原 料的具体实施，设置降解装置中左刀轴25和右刀轴26的转速为2500-5000r/min，经过降解 装置的降解的时间为80-120分钟，设置再生装置6中旋转轮的旋转速度为1000-3000r/min， 完成再生时间为10-20分钟。

实施例1：

本实施例以废旧热固性酚醛层压塑料为例：

首先，废旧热固性酚醛层压塑料通过破碎装置1进行粗破，粗碎的物料通过筛网2掉落 下来，得破碎料，再利用输送带3将其输送到降解装置4的进料口。

破碎料由进料口进入降解装置4内，控制剪切刀轴的转速为3500r/min，较粗的物料开 始经过剪切刀轴与环形定刀24之间的相对转动完成剪切，然后随着剪切刀轴旋转的细小物料 进入动磨盘和静磨盘之间的粉磨腔，动磨盘27与静磨盘28之间的相对转动使物料受到强烈 的剪切、挤压和摩擦等作用完成微细粉碎；剪切刀轴上的人字形刀齿随着刀轴的旋转使物料 受到轴向力作用横向来回运动，剪切刀轴两端凸出的刀具部分对动磨盘和静磨盘正下方的物 料具有搅拌的作用，剪切和粉磨两个过程循环进行，使得物料微细均一化。破碎料在降解装 置中经过剪切、挤压、冲击及摩擦等多种机械力及在摩擦热的综合作用下，通过长时间的粉 碎，一方面使物料粉末颗粒粒度减小；另一方面长时间机械力作用使物料发生降解过程。 100min后打开降解装置的出料机构，所得降解料进入再生装置的进料口。

降解料由进料口进入再生装置6内，并从再生装置6的配用料入口5加入聚丙烯PP、抗 氧化剂1010和抗氧化剂168，加入的配用料和降解料的质量比例分别为：70%降解料、28%聚 丙烯PP、1%抗氧化剂1010、1%抗氧化剂168。控制再生装置6的旋转速度为1500r/min，旋 转轮31带动长条刀片转动，长条刀片使得混合料混合均匀，且搅拌过程中产生的强机械力和 摩擦热作用促使热固性塑料和热塑性塑料分子结构之间发生化学反应，实现再生过程，得到 再生料。15分钟后打开再生装置6的出料机构，所得再生料进入挤出压缩装置7的料斗10。

再生料由料斗10进入喂料系统11中，通过喂料系统11的输送进入机筒17内，驱动电 机8带动螺杆14的旋转，螺杆14在机筒17内旋转，实现对再生料的输送、熔融、剪切和排 气，最后对再生料压缩产生压力，再生料从模头16挤出。在此过程中，环形加热装置13对 机筒17进行加热，使机筒17的温度控制在170-180℃，物料经固体输送、压缩熔融后，由 粒料变成面团状，经过排气系统15时，物料的水分和挥发性气体由排气系统15排出机筒17。

开始时将甲基硅油脱模剂均匀地分布在凹模21的内壁、凸模20的下表面及固定板22表 面上，通过挤出压缩装置7的合模系统的调整，使凸模20刚好插入凹模21内一点，形成封 闭的模腔。面团状的再生料从模头16经过通孔被挤入凹模21中，当凹模21模腔内充满再生 料后从冒口中冒出，挤出过程停止，启动挤出压缩装置7的合模系统，沿导柱18运动的动活 动板19带动凸模20向下运动，对再生料进行压缩，加压的压强大小为9Mpa，使得面团状的 再生料体积变小、压实，保压11分钟后卸压开模，保压的压强大小为4Mpa，最后将凹模21 中的塑料件取出。

压制成的热固性酚醛层压塑料件经力学性能测试，其具有25.53Mpa弯曲强度、40.27MPa 拉伸强度、18.28KJ/m²冲击强度。

实施例2：

本实施例以废旧热固性硬质聚氨酯塑料为例：

整个再生工艺流程同实施例1，在降解过程中，剪切刀轴的转速设定为2500r/min，完成 降解时间为80分钟。在再生过程中，加入的配用料和降解料按质量百分比分别为：80%降解 料、19%聚丙烯PP、0.5%抗氧化剂1010和0.5%抗氧化剂168，再生装置6的旋转速度设定为 1000r/min,完成再生时间为12分钟。在挤出压缩过程中，机筒17的温度控制在170-180℃， 加压压强大小为7Mpa，保压压强大小为4Mpa，保压时间为9分钟。

压制成的热固性硬质聚氨酯塑料件经力学性能测试，其具有14.53Mpa弯曲强度、 25.46MPa拉伸强度、6.78KJ/m²冲击强度。