CN106003461B - 废塑料再生利用带气体保护与改性造粒一体化装置 - Google Patents

Abstract

废塑料再生利用带气体保护与改性造粒一体化装置，涉及废塑料再生利用。设有单螺杆挤出造粒机、保护气体储罐、减压调压装置、送气管道、带止回阀空心销钉、单螺杆挤出机改性药剂连接口、改性药剂储罐、搅拌器、下料口、计量送料螺杆、电加热片、电热控制箱、调速电机、出料口；所述保护气体储罐的出口接减压调压装置的入口，减压调压装置的出口经送气管道接带止回阀空心销钉，搅拌器设在改性药剂储罐内，改性药剂储罐的下料口与计量送料螺杆对接，在计量送料螺杆的外套筒上设有电加热片，电加热片与电热控制箱电连接，计量送料螺杆的出料口与单螺杆挤出机改性药剂连接口通过珐琅盘对接；调速电机与计量送料螺杆连接。

Description

废塑料再生利用带气体保护与改性造粒一体化装置

技术领域

本发明涉及废塑料再生利用，尤其是涉及一种废塑料再生利用带气体保护与改性造粒一体化装置。

背景技术

塑料由于其具有良好的化学稳定性、易于加工、价格低廉、轻便等优点，得到日益广泛的应用。但塑料的平均使用寿命很短，以聚乙烯为例，平均寿命1.5年，因而每年仅中国就有大约3000万吨废塑料废弃，造成严重污染。

热塑性的废旧塑料通过热熔，可再生利用，其工艺要求简单，易于实现，是典型的资源再生、循环经济的重要组成部分。

废旧塑料在使用、废弃过程中，由于混入的杂质多，塑料成份混杂，物理化学性能各异，使得再生利用过程中极易产生二次污染和污染转移。并且传统工艺生产的再生材料品质低劣，经济效益差。

随着塑料行业往合金化、专业化方向发展，原生塑料成份日益复杂、特殊，也导致废塑料的二次加工、再生利用的技术要求日益提高。

现有的塑料再生行业存在二个严重的难以克服的缺点：(一)鉴于废旧塑料中，塑料成份混杂且在去除塑料杂质过程中采用水洗，原材料含水率高，为了使其能熔融互熔，往往采取高温加工，又往往造成低熔点组份过热,氧化,断链，造成产品品质低劣，同时产生大量废气，造成严重二次污染。(二)废旧塑料的改性通过添加改性药剂，提高产品品质是发展方向。目前通用的办法是用废旧塑料先热熔生产初级“塑料米”，再与改性药剂共混二次造粒。造成能耗大、改性效果差、成本高的严重缺点。

中国专利CN204640755U公开一种废塑料再生利用中生产高流动性塑料的挤出造粒系统，设有挤出主机、第1挤出副机和第2挤出副机；挤出主机、第1挤出副机和第2挤出副机依次连接；所述挤出主机设有主电机、变速箱、筒体、螺杆主轴、底座、支架、铜套、出料口；变速箱与主电机轴连接，筒体设在支架上，筒体上设有加药口和排气口，螺杆主轴设在筒体内，螺杆主轴上带螺旋叶片，支架固设在底座上，在筒体上设有销钉，销钉穿过筒体壁伸入筒体内，所述销钉为空心销钉，销钉内腔设有温控探头。

发明内容

本发明的目的在于针对废旧塑料加工利用中存在的上述问题，提供一种废塑料再生利用带气体保护与改性造粒一体化装置。

本发明设有单螺杆挤出造粒机、保护气体储罐、减压调压装置、送气管道、带止回阀空心销钉、单螺杆挤出机改性药剂连接口、改性药剂储罐、搅拌器、下料口、计量送料螺杆、电加热片、电热控制箱、调速电机、出料口；

所述保护气体储罐的出口接减压调压装置的入口，减压调压装置的出口经送气管道接带止回阀空心销钉，搅拌器设在改性药剂储罐内，改性药剂储罐的下料口与计量送料螺杆对接，在计量送料螺杆的外套筒上设有电加热片，电加热片与电热控制箱电连接，计量送料螺杆的出料口与单螺杆挤出机改性药剂连接口通过珐琅盘对接；调速电机与计量送料螺杆连接。

所述保护气体储罐可采用工业上常规使用的高压气瓶组，高压气瓶组内装有保护气体，气体压力可为15～20kg，保护气体可采用氮气等。

所述减压调压装置可采用工业上常规的可调式减压阀或可调式减压表。通过减压表的出口，用耐高压的管道与带止回阀空心销钉连接。

在单螺杆挤出机的外套筒相应熔融段与熟化段(约为螺杆外套筒总长的三分之一)适当布置3～5个断面，每个断面对称均匀取6～12个孔，孔径约为套筒直径的12～20分之一，并设有螺纹。在布置断面的相应位置，将单螺杆挤出机内的主螺杆的螺棱切除相应部分，切除部位的开口应比销钉直径大4～6cm，避免主螺杆旋转时与深入腔体内的销钉发生机械碰撞。

所述带止回阀空心销钉的直径与单螺杆挤出机开孔的直径相同，并加工螺牙，便于调节带止回阀空心销钉深入腔体的深度，使之适应加工不同废旧塑料的物料特性的需求。

送气销钉内钻6～8mm的通孔，孔的圆心与销钉同心，并保证壁厚在2.5mm以上。(若机台较小，销钉直径也相应较小，可钻较小的通孔。)送气销钉深入挤出造粒机腔体内的一端，安装止回球阀.钢球直径与送气销钉内孔径相同。以防止挤出造粒机工作时，若腔体内熔体侧压力大于送气压力时，导致熔体回流，堵塞管道。并可根据加工不同物料时，选择所需要的送气点的数量和送气点的位置。

所述带搅拌装置的改性药剂储罐可用不锈钢板材制作成圆柱形罐体。其高度与直径的比例为2:1左右。其容量视单螺杆挤出造粒的产能和添加改性药剂的需求量而定。一般须保证连续生产时6～8h的需求量，以减少工作人员添料的工作量。

所述搅拌器，须精心设计搅拌叶片的形状、长度、倾斜角度等工艺参数，以保证二种以上的改性药剂，包含颗粒料、粉剂料、片状料，能按改性配方设计的比例，均匀翻动以同等比例连换送入造粒机的主机腔体内。混料罐的下方开启可控制的出料口，以保证物料(即改性药剂)与计量送料螺杆的送料需求量相配。

计量送料螺杆与改性药剂储罐的下料口联接长度视现场空间位置而定，但不少于2m。计量送料螺杆的直径一般应为主机直径的三分之一左右，由调速电机带动。通过调整主机转速，可调整送料量。在主机的变径螺杆的减压端(即主机内熔体侧压力最小处)开口，与计量送料螺杆对接，以保证改性药剂能顺利进入造粒机腔体内，使废旧塑料的熔体与改性药剂的熔体能充分混合均匀。

计量送料螺杆的外套筒加装可调温的加热温控系统。按照改性药剂配方的各种组份，确定所需的熔融温度，使得改性药剂在输送过程中同时形成熟化、均匀度较好的熔体而送入主机腔体内。

本发明具有以下突出优点：

如前所述，由于废旧塑料含杂质多，熔点不一，在再生利用加工前需清洗，原材料含水率高，空气中氧气不可避免进入造粒机熔体。传统生产方式为促使不同组份塑料形成熔体并减少熔体内摩擦力，往往将加工温度提高至400℃左右，甚至更高。在高温条件下，水蒸气、氧气对高分子聚合物的塑料破坏极大，超过塑料的裂解温度，造成严重断链，产生大量废气污染环境，产品变脆，品质低下。本发明通过送气销钉将保护气体以一定的压力送入造粒机腔体内，通过保护气体的分气压，将水蒸气和氧气挤走，对塑料熔体进行惰性气体保护。从而避免了高分子聚合物的断链，使品质得到极大改善。

塑料的熔融及其塑化均匀程度取决于(一)加工温度。温度高时，塑料熔融较快，但过热时造成塑料分解，如聚乙烯的分解温度为310℃，其他塑料也大体在310～350℃左右。(二)机械摩擦、搅拌、挤压产生的剪切变稀，也使塑料熔融塑化，加大机械剪切变稀的作用可相应降低加工温度，实现塑料加工中的低温加工挤出的原则。本发明中的带止回阀的空心送气销钉插入造粒机腔体内12～18mm左右(视造粒机螺棱高度而定)并与螺棱断面有2～3mm间隙。这样进入熔融段、塑化段的废旧塑料的熔体每转一圈，便与空心销钉的间隙发生一次挤压，搓揉，总的发生几十次(与销钉根数相同)搓揉，产生极大的剪切效应，使熔体混合均匀。为此，可降低加工温度100～150℃左右。以加工废旧聚乙烯为例(约占废旧塑料总数的48％)可保证熔体的实际温度在200～220℃。从而避开聚乙烯310℃的分解温度，极大的改善再生塑料的物理化学性能。

如前述，废旧塑料的成份复杂，再生利用后，产品品质低劣，使其使用受极大限制。因而近年塑料改性发展迅猛。通过添加增塑剂、增熔剂、增强增韧剂等，提高和改善塑料的品质是很好的发展方向。但废旧塑料改性为使改性药剂与废旧塑料熔体能较均匀的混合，往往采用“二次造粒”的传统工艺。“二次造粒”虽可达到改性和提高塑料品质的目的，但其缺点是：

(一)作为再生塑料的主体的废旧塑料熔体经冷却，造粒成颗粒料，然后与改性药剂共混，再热熔造粒，则第一遍造粒的能耗无形中浪费掉了。

(二)改性药剂与“初级料米”按比例共混二次熔融，虽可保证改性配方的百分比有效合理，但许多改性药剂与“初级料米”熔点不同，很难找到几种成分都适应的温度，使改性作用须打折扣，或增加价格昂贵的改性药剂的用量。

本发明采用带加热温控装置的计量送料系统，将改性药剂按配方比例在该装置中预处理成熔体再与造粒主机的废旧塑料熔体按比例混合。集“造粒”与“改性”一次性完成，从而节省了近40％的能耗。并且可分别控制主机中废旧塑料熔体温度和改性药剂的熔融温度，使二者各得其所，达到最佳效果。

本发明之所以能实现一次改性造粒，得益于送气空心销钉的搅拌挤压搓揉的剪切作用。由于改性药剂的熔体是预加热成熔融状态，在造粒机的熔融塑化段挤入，与主机的废旧塑料熔体混合，其混合行程比“二次造粒”的共混行程短，且温度较低。但由于几十根的空心销钉剪断作用，相当于二种熔体混合后经几十次的“搓揉”，挤压，混合，因而混合均匀，达到预期的效果。并且在这种混合是在气体保护条件下进行，使得共混改性(包括增减融、接技、轻度交联等)作用效率大大提高。

本发明的另一重大优点在于广泛的适用性，可适合于PE、PP、PET等废旧塑料的膜料、块料预处理后的加工制作。投资少，产品质量优良，节能效果明显。以聚乙烯膜料(包括纸厂废料、大棚农用膜、地膜等)为例，其效果如表1所示(改性药剂配方相同的条件下)。

表1

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

图2为本发明实施例的改性药剂计量送料系统的结构组成示意图。

具体实施方式

参见图1和2，本发明实施例设有单螺杆挤出造粒机1、保护气体储罐2、减压调压装置3、送气管道4、带止回阀空心销钉5、单螺杆挤出机改性药剂连接口6、改性药剂储罐7、搅拌器8、下料口9、计量送料螺杆10、电加热片11、电热控制箱12、调速电机13、出料口14；所述保护气体储罐2的出口接减压调压装置3的入口，减压调压装置3的出口经送气管道4接带止回阀空心销钉5，搅拌器8设在改性药剂储罐7内，改性药剂储罐7的下料口9与计量送料螺杆10对接，在计量送料螺杆10的外套筒上设有电加热片11，电加热片11与电热控制箱12电连接，计量送料螺杆10的出料口14与单螺杆挤出机改性药剂连接口6通过珐琅盘对接；调速电机13与计量送料螺杆10连接。

所述保护气体储罐2可采用工业上常规使用的高压气瓶组，高压气瓶组内装有保护气体，气体压力可为15～20kg，保护气体可采用氮气等。

所述减压调压装置3可采用工业上常规的可调式减压阀或可调式减压表。通过减压表的出口，用耐高压的管道与带止回阀空心销钉连接。

在单螺杆挤出机的外套筒相应熔融段与熟化段(约为螺杆外套筒总长的三分之一)适当布置3～5个断面，每个断面对称均匀取6～12个孔，孔径约为套筒直径的12～20分之一，并设有螺纹。在布置断面的相应位置，将单螺杆挤出机内的主螺杆的螺棱切除相应部分，切除部位的开口应比销钉直径大4～6cm，避免主螺杆旋转时与深入腔体内的销钉发生机械碰撞。

所述带止回阀空心销钉的直径与单螺杆挤出机开孔的直径相同，并加工螺牙，便于调节带止回阀空心销钉深入腔体的深度，使之适应加工不同废旧塑料的物料特性的需求。

送气销钉内钻6～8mm的通孔，孔的圆心与销钉同心，并保证壁厚在2.5mm以上。(若机台较小，销钉直径也相应较小，可钻较小的通孔。)送气销钉深入挤出造粒机腔体内的一端，安装止回球阀，钢球直径与送气销钉内孔径相同。以防止挤出造粒机工作时，若腔体内熔体侧压力大于送气压力时，导致熔体回流，堵塞管道。并可根据加工不同物料时，选择所需要的送气点的数量和送气点的位置。

输送保护气体的带止回阀的空心销钉须用不锈钢或紫铜棒加工、防止生锈后不利拆卸、检修。空心销钉通过高压软管与保护气体的储罐的减压阀连接。

布置空心送气销钉的断面相对应的挤出机螺杆的螺梭部分，需切除比空心销钉大4～6mm的缺口。销钉安装完毕，并调整深度后，须缓慢转动挤出机螺杆，确认螺杆转动自如，与销钉没有机械刮擦、碰撞方可投入使用。

改性药剂储罐及搅拌器均用不锈钢制作。搅拌器的叶片形状必须反复试验，保证不同形状的改性药剂(如粉料，颗粒料，小片状料)能混合均匀，以计设配方的同等配比输出，方可使用。

改性药剂储罐的计量送料螺杆与调整电机连接。与主机对接前须做单机定量调试。测定不同转速，不同温度条件下输送改性药剂的数量，保证与主机联机后，能按改性配方的要求定量输入改性药剂，与主机熔体混合。

实施时先对单螺杆挤出机预热，至设定温度时，开动主机，投入经过处理的废旧塑料。同时开启保护气体储罐的减压阀，调节保护气体的压力，使之略大于挤出机腔体内的侧压力，并随时注意观察压力和流量的变化。并关注挤出机排气口排出的气体应是水蒸气为主的白烟，而无异味黑烟产生，即达较良好的工作状态。

在单螺杆挤出机加温预热时，将改性药剂投入储罐内，并对计量送料螺杆预热至设定温度。在保护气体送气2～3min，并气压气流稳定时，即开启计量螺杆的调速电机，至额定的送料量。

改性药剂输入后的2～3min后，即可观察挤出机的熔体的性状，看其熔体是否充分熔融，特别是高熔点的组份是否充分熔融混合均匀，并取熔体样本，用高温水银温度计(300℃刻度)测量熔体温度。如不理想可适当调整主机，及改性药剂计量送料螺杆的工作温度。

根据本工艺生产的产品必须每2h取一次样，送至检验中心测试再生塑料的物理化学指标，鉴定其改性效果，积累数据以便合理适度调整。

本发明在传统单螺杆挤出造粒机的外套筒上适当位置开孔，加装带止回阀的空心销钉。销钉一端伸入挤出造粒机的腔体内，另一端与保护气体的储罐连接。在改性药剂的储罐下方，加装计量送料螺杆，将预加热处理的改性药剂以熔体形式定量挤入单螺杆造粒机的熔融段与废旧塑料在主机中的熔体均匀混合。完成造粒与共混改性一次完成。

Claims (5)

1.废塑料再生利用带气体保护与改性造粒一体化装置，设有单螺杆挤出造粒机，其特征在于还设有保护气体储罐、减压调压装置、送气管道、带止回阀空心销钉、单螺杆挤出机改性药剂连接口、改性药剂储罐、搅拌器、下料口、计量送料螺杆、电加热片、电热控制箱、调速电机、出料口；

所述保护气体储罐的出口接减压调压装置的入口，减压调压装置的出口经送气管道接带止回阀空心销钉，搅拌器设在改性药剂储罐内，改性药剂储罐的下料口与计量送料螺杆对接，在计量送料螺杆的外套筒上设有电加热片，电加热片与电热控制箱电连接，计量送料螺杆的出料口与单螺杆挤出机改性药剂连接口通过珐琅盘对接；调速电机与计量送料螺杆连接；

所述保护气体储罐采用高压气瓶组，高压气瓶组内装有保护气体，气体压力为15～20kg；

所述保护气体采用氮气。

2.如权利要求1所述废塑料再生利用带气体保护与改性造粒一体化装置，其特征在于所述减压调压装置采用可调式减压阀或可调式减压表，减压表的出口通过管道与带止回阀空心销钉连接。

3.如权利要求1所述废塑料再生利用带气体保护与改性造粒一体化装置，其特征在于在单螺杆挤出机的外套筒相应熔融段与熟化段布置3～5个断面，每个断面对称均匀取6～12个孔，孔径为外套筒直径的12～20分之一，并设有螺纹。

4.如权利要求3所述废塑料再生利用带气体保护与改性造粒一体化装置，其特征在于所述带止回阀空心销钉的直径与单螺杆挤出机开孔的直径相同，并加工螺牙，便于调节带止回阀空心销钉深入腔体的深度，使之适应加工不同废旧塑料的物料特性的需求。

5.如权利要求1所述废塑料再生利用带气体保护与改性造粒一体化装置，其特征在于所述改性药剂储罐采用圆柱形不锈钢板罐体，罐体的高度与罐体的直径的比例为2:1。