回收廢棄熱塑性材料和在復(fù)合材料生產(chǎn)中利用這些回收的熱塑性復(fù)合材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過用礦物加工和處理廢棄塑料材料，以生產(chǎn)具有高強(qiáng)度和低成本的熱塑性復(fù)合材料的方法。本發(fā)明的目的是使用一種回收方法，其包含高用量的添加劑，由此獲得具有較高強(qiáng)度的復(fù)合材料。本發(fā)明的另一個(gè)目的是使用一種回收方法，其中在生產(chǎn)過程中使用高用量的添加劑，且生產(chǎn)中使用的機(jī)器未被損壞。
【專利說明】回收廢棄熱塑性材料和在復(fù)合材料生產(chǎn)中利用這些回收的 熱塑性復(fù)合材料的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過用礦物加工和處理廢棄塑料材料以生產(chǎn)具有高強(qiáng)度和低成 本的熱塑性復(fù)合材料的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 如今，由于例如木材、金屬、鐵、石膏等材料的成本較高，所以生產(chǎn)出可以替代以上 提及的材料的復(fù)合材料。
[0003] 熱塑性復(fù)合材料主要通過加工塑料材料，和向塑料中加入各種化學(xué)和其他添加劑 生產(chǎn)出來。這些添加劑的目的是不增加成本的情況下，改善熱塑性材料的機(jī)械性能和化 學(xué)性能。然而，制得的熱塑性材料不具有人們所希望的成本。這種情況也使在建筑工業(yè) (construction and building industries)中使用這些材料變的更加困難。
[0004] 現(xiàn)今，也使用回收方法獲得熱塑性復(fù)合材料。。從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境角度考慮，從廢物中 的廢棄塑料中收集的，可以用在熱塑性復(fù)合材料中的塑料材料是優(yōu)選的。然而，當(dāng)廢棄塑料 材料表面的例如污垢、油、化學(xué)物等沒有被完全清除時(shí)，得到的熱塑性復(fù)合材料的質(zhì)量會(huì)變 差。
[0005] 廢棄塑料材料的回收方法主要由以下步驟組成：將廢棄塑料與混雜物分離，將塑 料材料切成小片，熔融并澆鑄成期望的模塑體，冷卻并獲得期望的產(chǎn)品。除此之外，各種熱 塑性復(fù)合材料通過在以上提及的熔融步驟中，加入添加劑到塑料材料中被生產(chǎn)出來。
[0006] 已知技術(shù)中的日本專利文獻(xiàn)JP2007130885公開了一種高強(qiáng)度、良好的耐久性和 長(zhǎng)壽命的復(fù)合材料生產(chǎn)體系。在這種方法中，首要步驟主要是確定加入塑料中的添加劑的 量和尺寸。然后，確定添加劑的量和種類。第三步是關(guān)于熔化混合物，并控制模具中成型的 混合物中添加劑的由以上步驟確定的用量和種類。
[0007] 已知技術(shù)中的日本專利文獻(xiàn)JP2009132939公開了一種耐用的復(fù)合材料生產(chǎn)技 術(shù)，其中廢棄塑料材料被用作原材料，并將添加劑混合進(jìn)去。可回收塑料優(yōu)先含有聚合物， 其次含有聚合物以及殘余添加劑。
[0008] 已知技術(shù)中的日本專利文獻(xiàn)JP2010234812公開了一種通過使用不同的技術(shù)和方 法得到的高強(qiáng)度、良好的耐久性和長(zhǎng)壽命的塑料模塑體生產(chǎn)方法。對(duì)于回收的含有2種或 更多添加劑的廢棄塑料材料，將廢棄塑料從混雜材料分離,然后分別熔融和成模。以混合過 濾的方式將金屬?gòu)乃芰现蟹蛛x出來，確定添加劑的類型和用量后，將分離的金屬和添加劑 加入到可回收塑料中。
[0009] 已知技術(shù)中的日本專利文獻(xiàn)JP2004042461公開了在含有混雜物的廢棄塑料中的 例如清洗污垢、油污、泥土、非期望的化學(xué)品和食品廢物等的過程管理以及分離和干燥?？?回收塑料材料通過在液體中切成小片的形式被變成粉末。然后塑料材料被粘附或者其中含 有的材料被從塑料中分離出來。通過液相分離、整形或塑性熔融將展示位置的材料分離出 來。
[0010] 然而，被混合到塑料材料中的添加劑的用量對(duì)獲得的產(chǎn)品的強(qiáng)度非常重要。加入 的添加劑越多（化學(xué)品或礦物質(zhì)），所獲得材料的強(qiáng)度會(huì)成比例地提高。但是，當(dāng)高用量的 添加劑被混入廢棄材料中，混合物的熔融會(huì)產(chǎn)生更多的問題。通常在擠出機(jī)中實(shí)施這些程 序。在擠壓機(jī)中，供給塑料廢棄材料和添加劑，得到面團(tuán)狀的復(fù)合材料。在這種情況下，當(dāng) 高用量的添加劑被混入混合物中，磨損和分解會(huì)在機(jī)器中發(fā)生，當(dāng)使用少量的添加劑時(shí)，材 料不能達(dá)到所期望的強(qiáng)度性能。
[0011] 對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中已知所使用的通過例如注射和擠出體系運(yùn)行的塑料加工機(jī)器，工 作原理是在壓力作用下迫使熔融材料通過小孔排出。在體系中具有一個(gè)進(jìn)料區(qū)（圓錐或側(cè) 面進(jìn)料螺桿），一個(gè)蝸輪（也被稱作阿基米德螺桿，它具有壓縮和推進(jìn)機(jī)構(gòu)）和圓柱體（外 殼），其中的齒輪向里移動(dòng)，并且其可以抵抗高壓和高達(dá)500°C的高溫。這種情形增加了機(jī) 器生產(chǎn)和運(yùn)行的花費(fèi)。
[0012] 另外，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中所使用的通過例如注射和擠出體系運(yùn)行的塑料加工機(jī)器， 因?yàn)閺臒崴苄晕沽蠀^(qū)開始供給具有一定硬度和摩擦性能的填料，機(jī)器上會(huì)發(fā)生更多的磨 損。這種情形增加了機(jī)器的維護(hù)和修理費(fèi)用。
[0013] 此外，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中所使用的通過例如注射和擠出體系運(yùn)行的塑料加工機(jī)器， 當(dāng)熔融混合物到達(dá)壓縮區(qū)，其不能被壓縮，因?yàn)榈V物是不可壓縮的，它會(huì)導(dǎo)致齒輪被堵塞或 被產(chǎn)生的非常高的反向轉(zhuǎn)矩力破壞。因此，熔融熱塑性混合物中不會(huì)使用大量的礦物，并且 混合物無法達(dá)到所需要的強(qiáng)度值。
[0014] 另外，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中所使用的通過例如注射和擠出體系運(yùn)行的塑料加工機(jī)器， 需要使用很特別的模具，這些模具的價(jià)格很高。
[0015] 此外，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中所使用的通過例如注射和擠出體系運(yùn)行的塑料加工機(jī)器， 材料通過機(jī)器自身被注射到模具中，所需要的壓力也由機(jī)器自身產(chǎn)生。因此，這些機(jī)器十分 復(fù)雜和昂貴。
[0016] 另外，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中所使用的通過例如注射和擠出體系運(yùn)行的塑料加工機(jī)器， 由于模具連接在機(jī)器上，當(dāng)材料在模具中冷卻時(shí)，機(jī)器無法工作。結(jié)果，這些體系靠起停原 理運(yùn)行，其生產(chǎn)能力比較低。
[0017] 另一個(gè)問題是將面團(tuán)狀的塑料材料擠壓到模具中之后等待冷卻的周期。在這種情 形下，機(jī)器無法運(yùn)行，直到模具中的復(fù)合材料冷卻。
[0018] 發(fā)明簡(jiǎn)沭
[0019] 本發(fā)明的目的是提供一種廢棄塑料的回收方法，該方法會(huì)使生產(chǎn)成本降低。
[0020] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種回收方法，其中的廢棄塑料從表面帶有污垢、油 污、化學(xué)品等的材料中清洗出來。
[0021] 本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供一種回收方法，其含有較高用量的添加劑，由此可 獲得具有高強(qiáng)度性能的復(fù)合材料。
[0022] 本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供一種回收方法，其中在生產(chǎn)中使用高用量的添加 齊U，且生產(chǎn)中所使用的機(jī)器不會(huì)被損壞。
[0023] 本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供一種回收方法，其具有較低的能量損耗。
[0024]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，其回收廢棄塑料材料和在復(fù)合材料生產(chǎn)中使用這些回收 塑料的方法包括以下步驟：
[0025] -向開包機(jī)中供料，由此釋放多種類型的成捆的熱塑性廢棄材料（110)，
[0026] -將廢棄塑料材料供料給分離裝置，在該裝置中將這些材料與巖石、泥土、沙子和 其它粗糙的混雜物相分離（120)，
[0027] -將廢棄塑料材料供料給切割機(jī)中，通過高速刀片將廢棄塑料切割成小塊，與此同 時(shí)通過向機(jī)器中注射水進(jìn)行清洗（130)，
[0028] -將被切成小片的廢棄的塑料材料供料給渾水分離機(jī)中，通過離心力將小片材料 與渾水分尚（140)，
[0029] -將所述材料轉(zhuǎn)移到裝滿水的池子中進(jìn)行漂洗，與此同時(shí)，將沙子以及可能會(huì)殘留 在該材料上面的較重的其他材料沉淀（150)，
[0030] -將所述材料轉(zhuǎn)移到有機(jī)污染物分離機(jī)中，清洗該材料上不能通過前述步驟中的 離心力去除的油污和其他有機(jī)混雜物（160)，
[0031] -將所述材料轉(zhuǎn)移到水分離機(jī)中，通過離心力分離該材料上的水和濕氣（170)，
[0032] -通過轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)料倉(cāng)將所述材料儲(chǔ)存（180)，
[0033] -將所述材料轉(zhuǎn)移到干燥機(jī)中，通過加熱將該材料干燥，與此同時(shí)通過折碎 (crinkling)將其粉末化，以便在后來的程序中更容易向機(jī)器中供料（190)，
[0034] -通過轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)料倉(cāng)將干燥并折碎的（crinkled)材料儲(chǔ)存（200)，
[0035] -將所述材料轉(zhuǎn)移到臥式反應(yīng)器（210)，
[0036] -在壓力下將臥式反應(yīng)器中的材料加熱至350°C的溫度（220)，
[0037] -通過側(cè)面供料裝置，將涂料和增容劑化學(xué)材料加入到在臥式反應(yīng)器中加熱的材 料中（230)，
[0038] -通過另一個(gè)側(cè)面供料裝置，將礦物材料加入已經(jīng)加入涂料和增容劑化學(xué)材料并 已在臥式反應(yīng)器中加熱的所述材料中（240)，
[0039]-加熱塑料材料直到鏈狀連接被破壞，交聯(lián)得以建立，所述材料彼此在分子水平上 重新連接（250)，
[0040] -在熔融復(fù)合材料冷卻前，迅速將其從臥式反應(yīng)器中傾倒入模具中，并在模具內(nèi)部 壓縮的壓力下冷卻（260)。

【具體實(shí)施方式】
[0041] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，回收廢棄塑料材料并在復(fù)合材料生產(chǎn)中使用這些回收塑 料的方法圖示在附圖中，其中：
[0042] 圖-1是方法的流程圖。
[0043] 首先，將多種類型的熱塑性廢棄塑料材料供料給開包機(jī)中，釋放壓縮的廢棄塑料 材料。（110)
[0044] 將廢棄塑料材料供料給分離裝置，將其與巖石、泥土、沙子和其它粗糙的混雜物相 分離。（120)
[0045] 將廢棄塑料材料供料給切割機(jī)中，通過高速刀片將廢棄塑料切割成小塊，與此同 時(shí)通過向機(jī)器中注射水進(jìn)行清洗。（130)
[0046] 將被切成小片的廢棄的塑料材料供料給渾水分離機(jī)中，通過離心力將小片材料與 渾水分離。（140)
[0047] 將所述材料轉(zhuǎn)移到裝滿水的池子中進(jìn)行漂洗，與此同時(shí)，將沙子和可能會(huì)殘留在 所述材料上面的較重的材其他料沉淀。（150)
[0048] 將所述材料轉(zhuǎn)移到有機(jī)污染物分離機(jī)中，清洗該材料上不能通過前述步驟中的離 心力去除的油污和其他有機(jī)混雜物。（160)
[0049] 將所述材料轉(zhuǎn)移到水分離機(jī)中，通過離心力分離該材料上的水和濕氣。（170)
[0050] 通過轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)料倉(cāng)將材料儲(chǔ)存。（180)
[0051] 將所述材料轉(zhuǎn)移到干燥機(jī)中，通過加熱將該材料干燥，與此同時(shí)通過折碎將其粉 末化，以便在后來的程序中更容易向機(jī)器中投料。（190)
[0052] 通過轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)料倉(cāng)將干燥和折碎的材料儲(chǔ)存。（200)
[0053] 將所述材料轉(zhuǎn)移到臥式反應(yīng)器。（210)
[0054] 在壓力下將臥式反應(yīng)器中的所述材料加熱至350°C的溫度。（220)
[0055] 通過側(cè)面供料裝置，向在臥式反應(yīng)器中加熱的所述材料注入涂料和增容劑化學(xué)材 料。（230)
[0056] 通過另一個(gè)側(cè)面供料裝置，將礦物材料注入體系。（240)
[0057] 混合物被持續(xù)混合和加熱，直到塑料材料的鏈狀連接被破壞和支化，且交聯(lián)建立 形成，材料彼此在分子水平上重新連接，一直等到反應(yīng)結(jié)束。（250)
[0058] 在熔融復(fù)合材料冷卻前，迅速將其從臥式反應(yīng)器中傾倒入模具中，并在模具內(nèi)部 壓縮的壓力下冷卻。（260)
[0059] 根據(jù)本發(fā)明的方法，可在熱塑性塑料中加入較高用量的添加劑，因?yàn)樘盍霞尤牒?沒有壓縮，以及沒有產(chǎn)生大的反向轉(zhuǎn)矩。
[0060] 根據(jù)本發(fā)明的體系，通過在塑料材料熔融后的反應(yīng)過程中加入填料來阻止熱能的 喪失，同時(shí)避免對(duì)于填料不必要的能量消耗。
[0061] 根據(jù)本發(fā)明的體系，由于在塑料材料熔融之后，填料和礦物被送入反應(yīng)器，所以機(jī) 器的磨損被最小化。
[0062] 本發(fā)明的方法極大節(jié)約了能量。在當(dāng)前所使用的例如注射和擠出體系運(yùn)行的塑料 加工機(jī)器中，在起始的時(shí)候，將填料與熱塑性材料同時(shí)被送入機(jī)器中，混合物需要被加熱到 熱塑性材料的熔融溫度之上。在此必須消耗能量來加熱熱塑性塑料和填料。根據(jù)本發(fā)明所 述的體系中，加熱填料不一定需要消耗能量，由于填料在后期階段被送入體系。
[0063] 根據(jù)本發(fā)明的方法，從臥式反應(yīng)器中流出的熔融復(fù)合材料被迅速倒入模具中并在 壓力的壓縮下冷卻。使用的多模具體系依賴于臥式反應(yīng)器的容量和模具中熔融復(fù)合材料的 冷卻時(shí)間。模具被按順序放置，一個(gè)模具被充滿然后脫模冷卻，旁邊的模具繼續(xù)運(yùn)行。模具 中的壓縮通過液壓來實(shí)施。體系中使用非溢流（non flooding)壓縮成型方法。通過這種 方法，具有大體積和一定重量的塑料材料在模具中通過壓力壓縮進(jìn)較小容量的模腔。在非 溢流壓縮模具中，沖壓驅(qū)動(dòng)與模腔以汽缸活塞體系那樣相匹配。
[0064] 根據(jù)本發(fā)明的方法，模具很簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本也很便宜，這是由于使用了非溢流壓縮 成型方法。
[0065] 根據(jù)本發(fā)明的方法，由于壓縮模具所需要的壓力通過液壓來提供，其為體系的單 獨(dú)部分，體系的機(jī)器不需要很復(fù)雜，因此投資花費(fèi)會(huì)比較低。
[0066] 根據(jù)本發(fā)明的方法，由于所使用的模具并未與機(jī)器接觸，以及使用的是多模具體 系，當(dāng)材料在模具中冷卻時(shí)，其他機(jī)器繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的方法通過連續(xù)工作原 理運(yùn)轉(zhuǎn)，且生產(chǎn)能力比較高。
【權(quán)利要求】
1. 一種回收廢棄塑料材料并在復(fù)合材料生產(chǎn)中使用這些回收塑料的方法，其特征在于 包含如下步驟： -向開包機(jī)中供料，由此釋放多種類型的壓縮的熱塑性廢棄材料（110)， -將廢棄塑料材料供料給分離裝置，在該裝置中將其與巖石、泥土、沙子和其它粗糙的 混雜物相分離（120)， -將廢棄塑料材料供料給切割機(jī)中，通過高速刀片將廢棄塑料切割成小塊，與此同時(shí)通 過向機(jī)器中注射水進(jìn)行清洗（130)， -將被切成小片的廢棄塑料材料供料給渾水分離機(jī)中，通過離心力將小片材料與渾水 分離（140)， -將所述材料轉(zhuǎn)移到裝滿水的池子中進(jìn)行漂洗，與此同時(shí)，將沙子和可能會(huì)殘留在該材 料上的較重的其他材料沉淀（150)， -將所述材料轉(zhuǎn)移到有機(jī)污染物分離機(jī)中，清洗在材料上不能通過前述步驟中的離心 力去除的油污和其他有機(jī)混雜物（160)， -將所述材料轉(zhuǎn)移到水分離機(jī)中，通過離心力分離該材料上的水和濕氣（170)， -通過轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)料倉(cāng)將所述材料儲(chǔ)存（180)， -將所述材料轉(zhuǎn)移到干燥機(jī)中，通過加熱將該材料干燥，與此同時(shí)通過折碎將其粉末 化，以便在后來的程序中更容易向機(jī)器中供料（190)， -通過轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)料倉(cāng)將干燥和折碎的材料儲(chǔ)存（200)， -將所述材料轉(zhuǎn)移到臥式反應(yīng)器（210)， -在壓力下將臥式反應(yīng)器中的材料加熱至350°C的溫度（220)， -通過側(cè)面供料裝置，將涂料和增容劑化學(xué)材料加入到在臥式反應(yīng)器中已加熱的所述 材料中（230)， -通過另一個(gè)側(cè)面供料裝置，將礦物材料加入已經(jīng)加入涂料和增容劑化學(xué)材料并在臥 式反應(yīng)器中已加熱的所述材料中（240)， -加熱塑料材料直到鏈狀連接被破壞，交聯(lián)得以建立，所述材料彼此在分子水平上重新 連接（250)， -在熔融復(fù)合材料冷卻前，迅速將其從臥式反應(yīng)器中傾倒入模具中，并在模具內(nèi)部壓縮 的壓力下冷卻。（260)
【文檔編號(hào)】B29B17/02GK104144977SQ201180074792
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月10日
【發(fā)明者】A·H·居文 申請(qǐng)人:A·H·居文