硬質(zhì)塑料瓶粉碎熱熔回收再生設(shè)計(jì)

丁伊博 趙宇 張欣 謝宇 李池瑤

摘? 要：針對(duì)塑料的回收問(wèn)題，本文討論了PET塑料材質(zhì)的粉碎熱熔回收處理。將收集的主要原料為PET的硬質(zhì)塑料瓶去除瓶蓋及標(biāo)簽后，進(jìn)行粉碎處理，使之變?yōu)榉霞庸ひ蟮乃芰纤槠?通過(guò)進(jìn)行熱熔加工使塑料碎片變?yōu)槿廴趹B(tài)，并采用擠壓的方式進(jìn)行輸送，以實(shí)現(xiàn)后續(xù)產(chǎn)業(yè)加工的原料供應(yīng)。本文通過(guò)分析PET塑料材質(zhì)的優(yōu)質(zhì)特性，提供了裝置設(shè)計(jì)的推薦參數(shù)，為PET塑料瓶的粉碎熱熔回收處理提供了解決方案。

關(guān)鍵詞：PET塑料? 粉碎? 熱熔? 再利用

中圖分類號(hào)：X705-18? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）01（a）-0057-04

Abstract：Aiming at the problem of plastic recovery， this paper discusses the crushing hot melt recovery treatment of PET plastic material. After removing the cap and label of the PET hard plastic bottle， the main raw material is crushed to make it into plastic fragments that meet the processing requirements. Through hot melt processing， the plastic fragments become melt state， and are transported by extrusion to realize the raw material supply of subsequent industrial processing. Through analyzing the high quality characteristics of PET plastic material， this paper provides the recommended parameters of device design， and provides a solution for crushing and hot melt recovery of PET plastic bottle.

Key Words：PET plastic; Crushing; Hot melt; Recycle

塑料為我們生活帶來(lái)便利的同時(shí)也帶來(lái)巨大的環(huán)境污染危機(jī)，變廢為寶一直是人們科研的目標(biāo)。但塑料瓶作為一種生活中常見(jiàn)的儲(chǔ)水容器，使用后隨手丟棄不但浪費(fèi)了資源，更造成污染。將廢棄塑料回收利用不僅有利于環(huán)境和人類健康的保護(hù)，同時(shí)也有利于塑料工業(yè)的生產(chǎn)和國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展。因而在這里我們將收集的硬質(zhì)塑料進(jìn)行回收處理并對(duì)其加熱，使之變?yōu)槿廴趹B(tài)，最后可以通過(guò)擠壓排出，實(shí)現(xiàn)塑料的再利用。

1? 塑料瓶的人工挑選以及外附材質(zhì)的去除

塑料瓶主要是由聚乙烯或聚丙烯等材料并添加了多種有機(jī)溶劑后制成的。塑料瓶廣泛使用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）為原料，添加了相應(yīng)的有機(jī)溶劑后，經(jīng)過(guò)高溫加熱后，通過(guò)塑料模具經(jīng)過(guò)吹塑、擠吹、或者注塑成型的塑料容器。

PET塑料分子結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱，具有一定的結(jié)晶取向能力，故而具有較高的成膜性。PET塑料具有很好的光學(xué)性能和耐候性，非晶態(tài)的PET塑料具有良好的光學(xué)透明性。PET材料做成塑料瓶具有強(qiáng)度大、透明性好、無(wú)毒、防滲透、質(zhì)量輕、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，因而受到了廣泛的應(yīng)用。

以PET為主要成分的塑料瓶在瓶底都會(huì)標(biāo)示 “PET”，并標(biāo)有一個(gè)可回收的標(biāo)記。由于一般的塑料瓶蓋主要由LD-PE或PVC構(gòu)成，因此在回收利用過(guò)程中對(duì)瓶蓋和瓶身進(jìn)行篩選。同時(shí)，塑料瓶的外包裝貼紙往往也是采用與瓶身相同的PET原料進(jìn)行制造，因此大多數(shù)情況下也可以同瓶身一并粉碎再利用。

2? 再生裝置的各部分設(shè)計(jì)

2.1 塑料粉碎處理

粉碎處理裝置，如圖1中序號(hào)1所示，主要由粉碎箱及其內(nèi)部的一個(gè)注料漏斗和四個(gè)破碎刀輥組成。刀輥之間通過(guò)皮帶相互連接。塑料瓶投入至粉碎箱中，粉碎箱外部連接的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)將啟動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)應(yīng)刀輥依次并做轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。落入粉碎箱的塑料瓶經(jīng)歷第一次切割后，粉碎率并不高，因此在皮帶的連接作用下，通過(guò)下方設(shè)置的第二對(duì)刀輥進(jìn)行第二次的粉碎處理。

2.2 篩選網(wǎng)分選及不合格碎片的粉碎加工

PET塑料經(jīng)過(guò)刀輥的絞碎處理后，此時(shí)塑料瓶本身的粉碎程度已接近加工要求。但仍有極少數(shù)的碎片化塑料無(wú)法滿足進(jìn)行下一步熱熔處理的材料加工要求。通過(guò)篩網(wǎng)的分選處理，如圖1中序號(hào)2所示，將滿足精度要求的塑料碎片直接過(guò)濾到連接的熱熔處理裝置，進(jìn)行輸送并熱熔加工，而未滿足的塑料碎片將通過(guò)一旁的管道重新進(jìn)入到刀輥的粉碎口，重新進(jìn)行粉碎處理以滿足加工要求。粉碎箱設(shè)定為傾斜狀態(tài)，在箱體的一端裝有出料管，粉碎后的塑料將直接落入底部的出料管。出料管端部安裝有風(fēng)機(jī)，如圖1中序號(hào)3所示，粉碎后的塑料在風(fēng)機(jī)的吹動(dòng)下將直接到達(dá)出口段，通過(guò)連接的管道進(jìn)行下一步的熱熔處理。

2.3 塑料的融化加熱及運(yùn)輸

在管道的另一端連接著熱熔筒，熱熔筒中包含有推進(jìn)桿，主要由外部連接的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。推動(dòng)桿的一端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接，中間部分套著聯(lián)軸器，起到過(guò)載保護(hù)的作用。熱熔筒的內(nèi)壁設(shè)置有加熱器，加熱器采用的是陶瓷加熱器。陶瓷加熱器是一種高效熱分部均勻的加熱器，熱導(dǎo)性極佳的金屬合金，確保受熱面溫度均勻，消除了設(shè)備的熱點(diǎn)及冷點(diǎn)。熱熔筒的一端設(shè)置有排料管，方便融化后塑料能夠及時(shí)排出?？刂乞?qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)推進(jìn)桿的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)推進(jìn)的方式，將粉碎后的塑料運(yùn)送至裝置的出口部分。由于出料口的直徑尺寸較小，因此將推進(jìn)桿的前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為錐形，方便對(duì)熔融態(tài)的塑料進(jìn)行推進(jìn)及排出。在熱熔筒靠近排料管內(nèi)部設(shè)置了加熱器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原料進(jìn)行加熱融化，而后通過(guò)排料管排出，對(duì)塑料瓶進(jìn)行熱熔后的回收處理加工。利用回收裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬質(zhì)塑料瓶的熱熔塑料回收，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作方便且成本較低。

3? 材料及裝置指標(biāo)參數(shù)

3.1 塑料瓶材質(zhì)的參數(shù)指標(biāo)

經(jīng)查閱資料可知PET塑料部分性能指標(biāo)如表1所示。

由表1可知PET具有良好的透明性及光澤度，符合食品安全性標(biāo)準(zhǔn)，并可回收處理，可抽絲加工作成聚酯絲。其拉伸強(qiáng)度同時(shí)具有剛性佳、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但高熱若有水氣會(huì)產(chǎn)生水解作用，使物性及機(jī)械下降、表面產(chǎn)生霧化現(xiàn)象。面對(duì)二氧化碳（碳酸飲料瓶）、氧氣的阻隔性佳。耐有機(jī)溶劑、油、弱酸，但不耐堿。因此熔融再利用的塑料用于生產(chǎn)的過(guò)程中，應(yīng)盡量避免高溫以及堿性的應(yīng)用環(huán)境。

表2為查詢資料所得的部分聚氯乙烯特性參數(shù)指標(biāo)。

對(duì)比PET塑料與聚氯乙烯塑料的特征，可以發(fā)現(xiàn)：PET塑料相對(duì)于聚氯乙烯塑料更加輕盈，吸水率相對(duì)而言較低。在濕度較大的環(huán)境中，受到的影響相對(duì)較小。尤其PET塑料的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)高于聚氯乙烯材料，使得后續(xù)的塑料加工產(chǎn)品的性能更強(qiáng)。

3.2 粉碎裝置推薦參數(shù)指標(biāo)

3.3 加熱裝置指標(biāo)參數(shù)

大部分非結(jié)晶性塑料加熱到粘流溫度以上，結(jié)晶性塑料加熱到其晶體熔點(diǎn)以上均表現(xiàn)為粘稠流體狀態(tài)，流動(dòng)性取決于分子量及分子結(jié)構(gòu)。部分熱塑性塑料的粘流溫度或熔點(diǎn)高于其分解溫度，通常無(wú)法熔化。PET融化適宜溫度在240℃～270℃之間，考慮到傳熱過(guò)程中會(huì)有熱量的損失，因此陶瓷加熱器的溫度應(yīng)控制在靠近254℃的溫度附近。

4? 結(jié)語(yǔ)

本裝置是將PET材質(zhì)的塑料瓶進(jìn)行回收再生的裝置。通過(guò)在裝置內(nèi)部粉碎和控溫加熱，實(shí)現(xiàn)了對(duì)塑料的熱熔處理，后續(xù)可以通過(guò)將熔融態(tài)的碎料進(jìn)行冷卻以及重新塑性，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈材料的補(bǔ)充。

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