黃興元，潘留雯庇谆，譚 磊凭疮，王 涵
（南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院饭耳，江西省輕質(zhì)高強(qiáng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330031）
摘要：提出一種熱風(fēng)熔融的方法對廢舊塑料進(jìn)行再生利用寞肖，其特點(diǎn)是：廢舊回收塑料直接進(jìn)行熱風(fēng)加熱熔融后通過螺桿擠出造粒，沒有粉碎過程衰腌，無噪音新蟆、粉塵飛揚(yáng)；熱風(fēng)熔融的溫度容易控制右蕊，防止過熱降解；熱風(fēng)循環(huán)無廢水排出饶囚，余熱全部利用帕翻。在理論分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)構(gòu)建了試驗(yàn)樣機(jī)并進(jìn)行試驗(yàn)研究萝风。
關(guān)鍵詞： 再生利用；擠出造粒规惰；熱風(fēng)熔融睬塌；廢舊塑料
0 前言
塑料制品具有成本低、質(zhì)量輕歇万、比強(qiáng)度高揩晴、耐腐蝕贪磺、易成型文狱、絕緣性好及美觀實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)缘挽，在汽車瞄崇、建筑呻粹、家電苏研、電子電器等浊、包裝等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，隨著其應(yīng)用的增加筹燕，廢舊塑料也越來越多，由于塑料難以自然降解衅鹿，廢舊塑料給環(huán)境帶來的危害日益嚴(yán)重撒踪。眾所周知，廢舊塑料本身就是很重要的再生資源大渤，在當(dāng)今世界石油資源緊缺的大環(huán)境下，許多國家都非常重視研究廢舊塑料的循環(huán)利用泵三，投入了大量的人力和物力［1］耕捞，甚至進(jìn)行立法促進(jìn)廢舊塑料回收再利用技術(shù)的突破［2］。我國每年的塑料消費(fèi)量超過80000 kt烫幕，回收的廢舊塑料超過18000 kt［3］俺抽，是塑料生產(chǎn)和消費(fèi)大國较曼，也是廢舊塑料產(chǎn)生大國磷斧，研究如何科學(xué)有效地處理廢舊塑料具有重要意義。
目前廢舊塑料處理主要通過填埋瞳抓、焚燒和回收利用3個(gè)途徑，填埋是將廢舊塑料當(dāng)作垃圾進(jìn)行處置伏恐，過程簡單孩哑，是最經(jīng)濟(jì)的處理方式，但填埋場占用寶貴的土地資源翠桦，產(chǎn)生的滲液容易造成地下水土污染，影響土壤結(jié)構(gòu)销凑，這種處理方式是不可持續(xù)和有危害的［4］丛晌。焚燒處理廢舊塑料能減少體積，回收部分能源斗幼，殺死其中的細(xì)菌和病毒澎蛛，操作簡便蜕窿，成本低谋逻，但燃燒產(chǎn)生的有害氣體如二惡英等會釋放到大氣中去［5］呆馁』僬祝回收利用是將廢舊塑料視為可再生資源加以回收再利用浙滤，綜合解決資源浪費(fèi)和環(huán)境污染的問題，是最理想的處理方式［6］纺腊。廢舊塑料的回收利用可分為化學(xué)回收和機(jī)械回收，化學(xué)回收通過高溫?zé)峤饣蛄呀鈱U舊塑料轉(zhuǎn)化成燃料或化學(xué)原料［7］茎芭，化學(xué)回收由于設(shè)備要求高揖膜，工藝過程復(fù)雜，造成回收難度大梅桩，回收成本高壹粟，難以大規(guī)模推廣摘投。機(jī)械回收是指將廢舊塑料經(jīng)過鑒別、分離虹蓄、清洗、破碎薇组、熔融外臂、造粒后，再次作為塑料原料重新用于產(chǎn)品制造［8‐9］律胀，實(shí)現(xiàn)資源的重復(fù)利用宋光，機(jī)械回收在實(shí)際應(yīng)用中也還存在許多問題［10］：處理過程的粉碎造成粉塵飛揚(yáng)炭菌，產(chǎn)生噪音罪佳，工人勞動條件差；清洗產(chǎn)生的廢水造成二次污染赘艳；粉碎后的體積大，增加運(yùn)輸成本克握，占用存儲空間蕾管。
作者所在研究團(tuán)隊(duì)針對廢舊塑料回收利用提出一種熱風(fēng)熔融方法［11］，其原理是將廢舊塑料直接加入熱風(fēng)熔融裝置菩暗，通過熱風(fēng)加熱使其熔融，熔融后塑料熔體和熱風(fēng)分離停团，分離后的尾氣回到加熱室繼續(xù)加熱升溫再循環(huán)回用旷坦，分離后的塑料熔體進(jìn)入輸送擠壓裝置進(jìn)行輸送擠壓掏熬，經(jīng)造粒口模造寥洌或直接擠出制品孽江，特點(diǎn)是：廢舊塑料直接通過熱風(fēng)加熱熔融番电，無粉碎環(huán)節(jié)岗屏、無噪音漱办、粉塵飛揚(yáng)这刷；加熱后的尾氣經(jīng)再加熱后重新循環(huán)，余熱得到利用娩井，無廢氣排出；熱風(fēng)溫度容易控制洞辣，可有效防止過熱降解咐刨；從廢舊塑料加入到造粒，只經(jīng)歷一次加熱熔融過程扬霜，避免多次加熱導(dǎo)致的質(zhì)量下降定鸟，又節(jié)省了反復(fù)加熱的能耗著瓶。本文提出了一種熱風(fēng)熔融的方法 對廢舊塑料進(jìn)行再生利用联予。
1 熱風(fēng)熔融廢舊塑料造粒機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)
1. 1 造粒機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
根據(jù)熱風(fēng)熔融廢舊塑料的回收利用原理材原，設(shè)計(jì)出如圖 1所示的熱風(fēng)熔融塑料回收造粒機(jī)原理方案（箭頭表示熱風(fēng)循環(huán)路徑）沸久。
其結(jié)構(gòu)組成包括：熱風(fēng)循環(huán)加熱系統(tǒng)、攪拌裝置卷胯、螺桿擠出裝置、傳動機(jī)構(gòu)和造粒裝置威酒。工作原風(fēng)循環(huán)加熱系統(tǒng)給熱風(fēng)熔融箱體內(nèi)提供熱風(fēng)诵竭，并讓熱風(fēng)循環(huán)，對箱體內(nèi)的廢舊塑料進(jìn)行加熱熔融兼搏，熔融后的廢舊塑料在攪拌裝置的作用下經(jīng)過篩網(wǎng)到熔融箱體的下部出料口卵慰，通過螺桿擠出裝置使熔融塑料經(jīng)過口模擠出佛呻，最后由切粒結(jié)構(gòu)對擠出的塑料進(jìn)行造粒裳朋。
1. 2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)
（1）熱風(fēng)循環(huán)加熱系統(tǒng)
熱風(fēng)循環(huán)加熱系統(tǒng)是整個(gè)裝置中一個(gè)非常重要的系統(tǒng)吓著，系統(tǒng)的作用是通過熱風(fēng)為加熱廢舊塑料提供熱量鲤嫡，同時(shí)使加熱廢舊塑料后的尾氣通過加熱管進(jìn)行補(bǔ)充加熱后循環(huán)回用送挑，其組成包括：箱蓋暖眼、風(fēng)機(jī)惕耕、加熱管和熔融室，其中風(fēng)機(jī)和加熱管采用對稱布置诫肠，結(jié)構(gòu)方案如圖2所示。
熱風(fēng)循環(huán)過程是風(fēng)機(jī)從熔融室的上部將尾氣吸入從出風(fēng)口吹向加熱管栋豫，使其加熱挤安，并經(jīng)過下箱體的夾套從熔融室下部進(jìn)入熔融室，熔融室內(nèi)有溫度傳感器控制熱風(fēng)溫度丧鸯，熱風(fēng)熔融時(shí)蛤铜，通過控制熱風(fēng)溫度防止塑料過熱降解，由于熱風(fēng)溫度比較容易控制围肥，從而能保證造粒塑料的 質(zhì)量。
（2）攪拌裝置
攪拌裝置由攪拌軸蜂怎、攪拌片固定桿穆刻、攪拌片以及底部的螺旋擠壓帶構(gòu)成，攪拌軸上安裝攪拌片固定桿派敷，攪拌桿上對稱安裝有彈性的攪拌片蛹批，兩邊各安裝有3片篮愉，攪拌裝置的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。工作時(shí)差导，攪拌軸轉(zhuǎn)動帶動攪拌片在篩網(wǎng)表面做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動试躏，攪拌片與篩網(wǎng)平面呈傾斜布置，傾角為φ设褐，攪拌片推動塑料在篩面上運(yùn)動同時(shí)對塑料產(chǎn)生一個(gè)斜向下的擠壓力颠蕴，如圖4 所示助析。
當(dāng)廢舊塑料進(jìn)入熔融室就直接浸入在熱風(fēng)中犀被，由于沒有經(jīng)過前期破碎，因此廢舊塑料往往為大塊物件寡键，浸入到熱風(fēng)中的廢舊塑料首先在表面形成熔膜，熔膜內(nèi)的塑料熔融熱需通過熱傳導(dǎo)穿過熔膜進(jìn)入固熔界面雪隧，因塑料導(dǎo)熱性能差西轩，熱阻隨著熔膜厚度的增加而增加员舵，則熔融速度隨熔膜厚度的增加而減慢。為加快熔融速度藕畔，攪拌裝置通過攪拌片驅(qū)使廢舊塑料在篩網(wǎng)上 面滑移，篩網(wǎng)上分離板刃角將塑料表面熔膜刮下注服，同時(shí)廢舊塑料塊在熱風(fēng)的加熱下軟化韭邓，在攪拌片的擠壓下變形貼向篩面可使更多的熔膜被刮下，分離板擋住未熔融的塑料塊從而將熔膜與芯部未熔融的料塊分離祠汇，擠壓分離過程如圖5 所示仍秤。
（3）螺桿擠出裝置
螺桿擠出裝置的作用是將刮下的塑料熔體通過螺桿和機(jī)筒送入造粒口模進(jìn)行造粒可很，進(jìn)入螺桿機(jī)筒內(nèi)的塑料都是塑料熔體，因此和普通擠出螺桿相比我抠，這里的螺桿只起熔體輸送和壓實(shí)的作用苇本，不需要具備固體輸送和塑化功能，螺桿的長度便可大大縮短菜拓。為使被刮下的塑料熔體進(jìn)入機(jī)筒瓣窄，在攪拌軸上增加螺旋擠壓帶設(shè)計(jì)，利用螺旋擠壓帶將熔融塑料不停地?cái)D壓到機(jī)筒 內(nèi)俺夕，螺桿采用等距變徑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使熔體在輸送過程中壓實(shí)贱鄙，如圖6 所示劝贸。
（4）切粒機(jī)構(gòu)
切粒采用熱切風(fēng)冷造粒，切粒機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖7所示逗宁，從螺桿擠出機(jī)頭出來的廢舊塑料熔體經(jīng)過分流錐分流進(jìn)入到造劣尘牛口模進(jìn)行擠出造粒，在口模出口處由旋轉(zhuǎn)切刀切斷后件甥，被冷風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，同時(shí)風(fēng)冷系統(tǒng)中的氣流將其輸送到出料口收集哼拔。
1. 3 樣機(jī)試驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)用原料為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)廢料——聚丙烯（PP）引有，如圖8所示，其熔點(diǎn)溫度在160~170℃倦逐，熱風(fēng)溫度控制在170℃譬正。當(dāng)熔融室溫度在108℃時(shí)開始投入廢舊PP塑料，攪拌機(jī)構(gòu)進(jìn)行攪拌导帝，大約15 min后可以看到螺桿機(jī)筒擠出熔融的廢舊塑料守谓。
2 結(jié)果與討論
2. 1 熔融試驗(yàn)
不裝造聊ィ口模試驗(yàn)斋荞，主要是檢驗(yàn)熱風(fēng)熔融廢舊塑料能否順利進(jìn)行，熔融的廢舊塑料能夠順利進(jìn)入螺桿機(jī)筒虐秦，由螺桿擠出，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9 所示悦陋。由圖可以看出蜈彼，廢舊塑料能夠熔融，并進(jìn)入機(jī)筒由螺桿擠出俺驶，沒有燒焦現(xiàn)象幸逆。
實(shí)驗(yàn)表明，采用熱風(fēng)熔融方法可以對未經(jīng)粉碎處理的廢舊塑料進(jìn)行熔融暮现，熔融速度滿足要求还绘。
2. 2 造粒試驗(yàn)
裝上造疗艽口模之后進(jìn)行試驗(yàn)拍顷，擠出情況如圖10所示。試驗(yàn)中昔案，熔融的廢舊塑料能夠由造粒口模順利擠出电媳，但由于奶ごВ孔之間距離挨得很近，經(jīng)口模擠出后匆背，擠出料流有時(shí)黏在一起呼伸，容易給切粒造成困難身冀。
2. 3 切粒試驗(yàn)
裝上切粒機(jī)構(gòu)，使用旋轉(zhuǎn)刀片進(jìn)行切粒搂根，試驗(yàn)過程如圖11所示珍促，由圖可以看出，切粒比較困難剩愧，切粒過程中切刀上經(jīng)常粘連有熔融的物料猪叙，導(dǎo)致切粒難以正常進(jìn)行下去，切出的粒料也不夠光滑。
造成這種情況的原因比較復(fù)雜穴翩，首先可能是切粒裝置的問題，因?yàn)榍辛Ｑb置的刀片結(jié)構(gòu)芒帕、刀片的切粒速度可能影響到切粒過程歉嗓；其次是料流的溫度，由于風(fēng)冷熱切對料流材料背蟆、溫度等要求較高鉴分，試驗(yàn)中的條件不一定能滿足要求。因此带膀，在后續(xù)改進(jìn)中可以考慮將風(fēng)冷熱切裝置改為拉條冷切或水冷切粒裝置志珍。
3 結(jié)論
（1）針對廢舊塑料的回收方法以及國內(nèi)外廢舊塑料回收技術(shù)應(yīng)用的研究現(xiàn)狀垛叨，提出熱風(fēng)循環(huán)加熱廢舊塑料熔融加熱的方法伦糯，并設(shè)計(jì)和研制出新型熱風(fēng)循環(huán)熔融塑料回收造粒裝置，初步試驗(yàn)表明舔株，采用熱風(fēng)熔融的方法可以將未經(jīng)破碎的廢舊塑料原料直接進(jìn)行加熱熔融并擠出造粒，縮短了工藝流程还棱，簡化了設(shè)備载慈；
（2）擠出造粒過程中出現(xiàn)粒料之間相互粘連，且熔體和刀具也有粘連珍手，影響造粒過程办铡，需要后期改進(jìn)，盡管如此琳要，相信該技術(shù)在完善后具有廣闊的應(yīng)用前景。
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