CN106564133A - 一种回收连续纤维增强热塑性复合材料废料的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回收连续纤维增强热塑性复合材料废料的设备及方法，先将回收的连续纤维增强热塑性复合材料进行切割处理，洗涤，干燥处理，然后将其粉碎，然后通过撒料机进行撒料，使其均匀的撒在连续纤维增强热塑性预浸料上，然后将上下层的预浸料复合在与废料在红外加热下，边加热边通过多个恒温金属辊辊压，然后冷却切割，即可制作成品板材。本发明工艺要求不高，可达到低能耗高效率。所制备的产品，将连续纤维制品制成连续纤维与长纤混合制品，性能降低小，在经济上以及环境上都有可观的效益。本发明方法适用于同种树脂纤维的回收，更适合于同种树脂不同纤维的回收，极大的提高了实用性，应用范围广泛，回收难度低，效益增加。

Description

一种回收连续纤维增强热塑性复合材料废料的设备及方法

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种回收连续纤维增强热塑性复合材料废料的设备及方法。

背景技术

随着复合材料的发展，复合材料凭借其强度大，刚度高，密度轻的特性得到广泛的应用，当前复合材料发展的趋势之一是用热塑性复合材料代替传统的热固性环氧复合材料。原因之一是热塑性复合材料可以通过简单加热、熔化及冷却成型，可以像金属一样进行焊接，为此热塑性复合材料的发展对今后的市场产生很大的影响。据美国MarketsandMarkets公司发布的《热塑性复合材料市场》报告显示，到2020年，热塑性复合材料制品市场将扩大到99亿美元，从2015年到2020年，其复合材料年均增长率将达到6.5%。

随着热塑性复合材料制品市场的逐步扩大，每年所产生的产品废料也是逐渐增加，传统的塑料回收方法，将复合材料打碎，将长纤变为短纤后进行重新造粒，极大地破坏了纤维，重新造粒后的性能下降很多，损伤了复合材料原有的特性。连续纤维增强热塑性复合材料玻纤含量在60%以上，且纤维长度长，即使进行重新造粒，利用率也仅为10%左右，且市场较小，无法对目前连续纤维废料进行妥善处理，为此，热塑性复合材料尤其是连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收迫在眉睫。

申请号201010564345的中国发明专利申请公开了一种连续纤维增强热塑性复合材料废料回收方法，里面将连续纤维增强热塑性复合材料粉碎，将粉碎料按照重量比碾平，放置于梳理过的预浸料或纤维织物上，通过牵引，使得粉碎料与预浸料或织物经过加热，加热后通过多个金属辊压，压平，冷却。经冷却后可将所制作出的片材进行卷取或切割。将切割完成的片材或卷材可通过热压成型或者胶接补强的方式制作成为蜂窝夹芯板，聚氨酯夹芯板的制作方法，整个过程中虽然对材料可进行回收，但是其强度不佳，片材卷材易损坏，制作板材不能够连续生产，效率低。所做产品为半成品，仍需二次成型，生产会造成能耗，浪费资源，增加产品成本。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种连续纤维增强热塑性复合材料废料回收的设备，包括上下预浸料卷轴，撒料机，加热单元，冷却单元和切割单元；

所述上下预浸料卷轴为预浸料放卷所用，预浸料放卷的层数为1-3层；

所述撒料机为要撒碎料材料经由传送带匀速通过撒粉台，撒料辊上安装有挡板，以确保撒粉辊转动时胶粘粉只撒到有效部位；

撒料辊旁安装有一个振动刷，振动刷不停振动以刷落碎料；

为避免碎料结成团并保证撒粉均匀，根据不同下落速度，撒料刷通过振动刷下方的一个或多个筛孔落到从下面经过的基础材料上，通过调节辊子的转速可精确调节撒料量；

撒料台料斗安装有宽度调节装置，可根据要求调节复合宽度；

所述加热单元为红外加热装置，在加热区内设置多组辊压已达到对碎料的碾平，压实，使板材的性能稳定；

所述冷却单元为冷却区内设置多组冷却辊，冷却辊通水分段冷却；

所述切割单元为横向裁断机和纵向切割带锯组成，可以根据牵引速度快速切割。

本发明的第二目的在于提供一种连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法，包括以下步骤：（1）将回收的连续纤维增强热塑性复合材料进行切割处理、洗涤、干燥处理；

（2）将干燥后的物料进行粉碎；

（3）将粉碎料放置于撒料机中，牵引下层预浸料，启动撒料机，通过撒料机使其按照设定的密度均匀的撒在下层预浸料，并通过钢辊辊压，使粉碎料压实；

（4）牵引上层预浸料，使其与覆盖在压实的粉碎料上与下层预浸带一同辊压后进入加热区；

（5）通过牵引，使得粉碎料与预浸料经过加热单元，边加热边通过多个恒温金属辊辊压，压平；

（6）将通过加热单元的预浸料进入冷却单元，边冷却边通过多个金属冷却辊辊压，压平成板；

（7）最后将通过板材通过裁切单元，切割成板，进行包装打包。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、本发明方法中的原料及设备，包括对预浸料及成型方法的选择，可以做到设备简单，价格低廉，工艺要求不高，可达到低能耗高效率。

2、本发明的方法所制备的产品，将连续纤维制品制成连续纤维与长纤混合制品，性能降低小，且其中多少物料为回收料，在经济上以及环境上都有可观的效益。

3、本发明方法适用于同种树脂纤维的回收，更适合于同种树脂不同纤维的回收，极大的提高了实用性，应用范围广泛，回收难度低，效益增加。

附图说明

图1为本发明设备的结构示意图；

图中：1-下层预浸料的卷轴，2-上层预浸料的卷轴，3-为撒料机，4-加热单元，5-冷却单元，6-切割单元。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明所述的设备包括上下预浸料卷轴，撒料机，加热单元，冷却单元和切割单元；

所述上下预浸料卷轴为预浸料放卷所用，预浸料放卷的层数为1-3层；

所述撒料机为要撒碎料材料经由传送带匀速通过撒粉台，撒料辊上安装有挡板，以确保撒粉辊转动时胶粘粉只撒到有效部位；

撒料辊旁安装有一个振动刷，振动刷不停振动以刷落碎料；

为避免碎料结成团并保证撒粉均匀，根据不同下落速度，撒料刷通过振动刷下方的一个或多个筛孔落到从下面经过的基础材料上，通过调节辊子的转速可精确调节撒料量；

撒料台料斗安装有宽度调节装置，可根据要求调节复合宽度；

所述加热单元为红外加热装置，在加热区内设置多组辊压已达到对碎料的碾平，压实，使板材的性能稳定；

所述冷却单元为冷却区内设置多组冷却辊，冷却辊通水分段冷却；

所述切割单元为横向裁断机和纵向切割带锯组成，可以根据牵引速度快速切割。

本发明所述的连续纤维增强热塑性复合材料废料的回收方法，包括以下步骤：

（1）将回收的连续纤维增强热塑性复合材料进行切割处理、洗涤、干燥处理；

（2）将干燥后的物料进行粉碎；

（3）将粉碎料放置于撒料机中，牵引下层预浸料，启动撒料机，通过撒料机使其按照设定的密度均匀的撒在下层预浸料，并通过钢辊辊压，使粉碎料压实；

（4）牵引上层预浸料，使其与覆盖在压实的粉碎料上与下层预浸带一同辊压后进入加热区；

（5）通过牵引，使得粉碎料与预浸料经过加热单元，边加热边通过多个恒温金属辊辊压，压平；

（6）将通过加热单元的预浸料进入冷却单元，边冷却边通过多个金属冷却辊辊压，压平成板；

（7）最后将通过板材通过裁切单元，切割成板，进行包装打包。

所述的预浸料包括以重量份计：40~50份的连续纤维和50~60份热塑性树脂。

所述的热塑性树脂选自聚烯烃、聚酰胺或聚乙烯。

所述的聚烯烃为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯。

所述聚酰胺为聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺1010、聚酰胺1212等。

所述聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯。

步骤（3）中切割处理的规格:板材厚度1-8mm、切割面积小于150*150mm，板材厚度8-20mm、切割面积应小于100*100mm，带材切割面积应小于300*200mm。两个板材属于不同厚度规格的板材，厚度不同处理的方法不同。

步骤（1）中所述粉碎后的板材废料中，纤维长度不小于20mm；所述粉碎后的预浸带废料中，纤维长度不小于40mm；所述粉碎料中，纤维的成分为一种或几种，增强基体为同种。

步骤（1）中所述洗涤步骤可为工业盥洗池或者清洗设备，干燥可用工业干燥箱或者鼓风干燥箱设备，对材料进行干燥。

步骤（3）和步骤（4）中

当预浸料层数为1层时，预浸料铺层角度为0°，当预浸料层数为2层时，预浸料铺层角度为0°/90°，当预浸料层数为3层时，预浸料铺层角度为0°/90°/0°。

步骤（5）中所述的加热温度为230℃-300℃，所述加热方式为，电加热、红外加热、电磁辐射中的一种；所述辊压压力为1-3MPa，所述恒温金属辊的温度为120-200℃，所述恒温金属辊的加热方式为油加热。

所述的连续纤维选自无机连续纤维、有机连续纤维或金属连续纤维；

所述的无机连续纤维选自玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或玄武岩纤维；所述的有机连续纤维选自芳香族聚酰胺纤维或超高分子量聚乙烯纤维；所述的金属连续纤维选自不锈钢纤维。

步骤（3）中铺设密度为1800-8000g/㎡。

步骤（3）牵引速度为1-3m/min。

所述冷却单元的冷却方式为自然冷却或通水冷却。

所述连续纤维增强热塑性复合材料废料为带材、板材、异型材中的一种或几种。

所述带材废料的厚度为0.2-0.7mm，所述板材、异型材的厚度为0.7mm-20mm。

所述连续纤维增强热塑性复合材料废料中玻纤含量为30%-70%。

实施例1：连续纤维增强聚丙烯预浸带回收

首先将回收的连续纤维增强聚丙烯预浸带进行切割处理。切割为300*200mm带材后进行洗涤，干燥处理。所制干燥条件为温度为90℃，时间为3min，将干燥后的物料进行粉碎。粉碎后纤维长度为50mm，粉碎料放置于撒料机中，开动牵引装置，使其启动速度为3m/min牵引下层预浸料，启动撒料机，通过撒料机使其按照1800g/㎡的面密度均匀的撒在下层预浸层上，预浸料层为3层，铺放角度为0°/90°/0°，并通过钢辊辊压，使粉碎料压实。牵引上层预浸料，使其与覆盖在压实的粉碎料上与下层预浸带一同辊压后进入加热区。开启红外烘箱，红外烘箱的温度设置为200-250℃，设置区域按照预浸料进入烘箱的顺序，依次升高。恒温辊的温度设定为140℃，辊压压力为1MPa，预浸料进入冷却单元后，冷却辊辊压为4MPa，当板材离开冷却单元后进入切割单元，进行切割，板材制作完成。

实施例2：连续纤维增强聚丙烯预浸带回收

首先将回收的连续纤维增强聚丙烯预浸带进行切割处理。切割为300*200mm带材后进行洗涤，干燥处理。所制干燥条件为温度为90℃，时间为3min，将干燥后的物料进行粉碎。粉碎后纤维长度为70mm，粉碎料放置于撒料机中，开动牵引装置，使其启动速度为3m/min牵引下层预浸料，启动撒料机，通过撒料机使其按照1800g/㎡的面密度均匀的撒在下层预浸层上，预浸料层为3层，铺放角度为0°/90°/0°，并通过钢辊辊压，使粉碎料压实。牵引上层预浸料，使其与覆盖在压实的粉碎料上与下层预浸带料一同辊压后进入加热区。开启红外烘箱，红外烘箱的温度设置为200-250℃，设置区域按照预浸料进入烘箱的顺序，依次升高。恒温辊的温度设定为140℃，辊压压力为1MPa，预浸料进入冷却单元后，冷却辊辊压为4MPa，当板材离开冷却单元后进入切割单元，进行切割，板材制作完成。

实施例3：连续纤维增强聚丙烯板材回收

首先将回收的连续纤维增强聚丙烯预浸带进行切割处理。切割为150*150mm带材后进行洗涤，干燥处理。所制干燥条件为温度为90℃，时间为3min，将干燥后的物料进行粉碎。粉碎后纤维长度为20mm，粉碎料放置于撒料机中，开动牵引装置，使其启动速度为3m/min牵引下层预浸料，启动撒料机，通过撒料机使其按照1800g/㎡的面密度均匀的撒在下层预浸层上，预浸料层为3层，铺放角度为0°/90°/0°，并通过钢辊辊压，使粉碎料压实。牵引上层预浸料，使其与覆盖在压实的粉碎料上与下层预浸带一同辊压后进入加热区。开启红外烘箱，红外烘箱的温度设置为200-250℃，设置区域按照预浸料进入烘箱的顺序，依次升高。恒温辊的温度设定为140℃，辊压压力为1MPa，预浸料进入冷却单元后，冷却辊辊压为4MPa，当板材离开冷却单元后进入切割单元，进行切割，板材制作完成。

实施例4：连续纤维增强聚酰胺6预浸带回收

首先将回收的连续纤维增强聚丙烯预浸带进行切割处理。切割为300*200mm带材后进行洗涤，干燥处理。所制干燥条件为120℃2min，将干燥后的物料进行粉碎。粉碎后纤维长度为70mm，粉碎料放置于撒料机中，开动牵引装置，使其启动速度为3m/min牵引下层预浸料，启动撒料机，通过撒料机使其按照1800g/㎡的面密度均匀的撒在下层预浸层上，预浸料层为3层，铺放角度为0°/90°/0°，并通过钢辊辊压，使粉碎料压实。牵引上层预浸料，使其与覆盖在压实的粉碎料上与下层预浸带一同辊压后进入加热区。开启红外烘箱，红外烘箱的温度设置为250-300℃，设置区域按照预浸料进入烘箱的顺序，依次升高。恒温辊的温度设定为140℃，辊压压力为1MPa，预浸料进入冷却单元后，冷却辊辊压为4MPa，当板材离开冷却单元后进入切割单元，进行切割，板材制作完成。

从性能观察中可以看出纤维长度越长板材的性能损失越小，带材性能高于板材性能，不同基体的强度也不同，由此可见可以依据其性能和实际应用环境，来体现经济利益的最大效益。

实施例5：连续纤维增强聚丙烯板材回收

首先将回收的连续纤维增强聚丙烯预浸带进行切割处理。切割为150*150mm带材后进行洗涤，干燥处理。所制干燥条件为温度为90℃，时间为3min，将干燥后的物料进行粉碎。粉碎后纤维长度为30mm，粉碎料放置于撒料机中，开动牵引装置，使其启动速度为1m/min牵引下层预浸料，启动撒料机，通过撒料机使其按照6800g/㎡的面密度均匀的撒在下层预浸层上，预浸料层为3层，铺放角度为0°/90°/0°，并通过钢辊辊压，使粉碎料压实。牵引上层预浸料，使其与覆盖在压实的粉碎料上与下层预浸带一同辊压后进入加热区。开启红外烘箱，红外烘箱的温度设置为200-250℃，设置区域按照预浸料进入烘箱的顺序，依次升高。恒温辊的温度设定为140℃，辊压压力为2MPa，预浸料进入冷却单元后，冷却辊辊压为6MPa，当板材离开冷却单元后进入切割单元，进行切割，板材制作完成。

实施例6：连续纤维增强聚乙烯板材回收

首先将回收的连续纤维增强聚丙烯预浸带进行切割处理。切割为150*1500mm带材后进行洗涤，干燥处理。所制干燥条件为温度为90℃，时间为3min，将干燥后的物料进行粉碎。粉碎后纤维长度为20mm，粉碎料放置于撒料机中，开动牵引装置，使其启动速度为2m/min牵引下层预浸料，启动撒料机，通过撒料机使其按照4800g/㎡的面密度均匀的撒在下层预浸料层上，预浸料层为3层，铺放角度为同向，并通过钢辊辊压，使粉碎料压实。牵引上层预浸料，使其与覆盖在压实的粉碎料上与下层预浸带一同辊压后进入加热区。开启红外烘箱，红外烘箱的温度设置为180-230℃，设置区域按照预浸料进入烘箱的顺序，依次升高。恒温辊的温度设定为120℃，辊压压力为2MPa，预浸料进入冷却单元后，冷却辊辊压为5MPa，当板材离开冷却单元后进入切割单元，进行切割，板材制作完成。

实施例7：连续纤维增强聚丙烯板材回收

首先将回收的连续纤维增强聚丙烯预浸带进行切割处理。切割为150*150mm带材后进行洗涤，干燥处理。所制干燥条件为温度为90℃，时间为3min，将干燥后的物料进行粉碎。粉碎后纤维长度为30mm，粉碎料放置于撒料机中，开动牵引装置，使其启动速度为1.5m/min牵引下层预浸料，启动撒料机，通过撒料机使其按照4800g/㎡的面密度均匀的撒在下层预浸层上，预浸料层为3层，铺放角度为0°/90°/0°，并通过钢辊辊压，使粉碎料压实。牵引上层预浸料，使其与覆盖在压实的粉碎料上与下层预浸带一同辊压后进入加热区。开启红外烘箱，红外烘箱的温度设置为200-250℃，设置区域按照预浸料进入烘箱的顺序，依次升高。恒温辊的温度设定为140℃，辊压压力为2MPa，预浸料进入冷却单元后，冷却辊辊压为5MPa，当板材离开冷却单元后进入切割单元，进行切割，板材制作完成。

实施例5、实施例6与实施例7中可将不同基体，不同面密度铺放密度的废料按照不同的工艺进行改良，通过设定碎料的面密度，可以控制板材的厚度与性能，此方法适用于同种树脂纤维的回收，更适合于同种树脂不同纤维的回收，极大的提高了实用性，应用范围广泛，回收难度低，效益增加。

Claims (10)

1.一种连续纤维增强热塑性复合材料废料回收的设备,其特征在于包括上下预浸料卷轴，撒料机，加热单元，冷却单元和切割单元；

所述上下预浸料卷轴为预浸料放卷所用，预浸料放卷的层数为1-3层；

所述撒料机为要撒碎料材料经由传送带匀速通过撒粉台，撒料辊上安装有挡板，以确保撒粉辊转动时胶粘粉只撒到有效部位；

撒料辊旁安装有一个振动刷，振动刷不停振动以刷落碎料；

为避免碎料结成团并保证撒粉均匀，根据不同下落速度，撒料刷通过振动刷下方的一个或多个筛孔落到从下面经过的基础材料上，通过调节辊子的转速可精确调节撒料量；

撒料台料斗安装有宽度调节装置，可根据要求调节复合宽度；

所述加热单元为红外加热装置，在加热区内设置多组辊压已达到对碎料的碾平，压实，使板材的性能稳定；

所述冷却单元为冷却区内设置多组冷却辊，冷却辊通水分段冷却；

所述切割单元为横向裁断机和纵向切割带锯组成，可以根据牵引速度快速切割。

2.一种利用权利要求1所述的设备回收连续纤维增强热塑性复合材料废料的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将回收的连续纤维增强热塑性复合材料进行切割处理、洗涤、干燥处理；

（2）将干燥后的物料进行粉碎；

（3）将粉碎料放置于撒料机中，牵引下层预浸料，启动撒料机，通过撒料机使其按照设定的密度均匀的撒在下层预浸料，并通过钢辊辊压，使粉碎料压实；

（4）牵引上层预浸料，使其与覆盖在压实的粉碎料上与下层预浸带一同辊压后进入加热区；

（5）通过牵引，使得粉碎料与预浸料经过加热单元，边加热边通过多个恒温金属辊辊压，压平；

（6）将通过加热单元的预浸料进入冷却单元，边冷却边通过多个金属冷却辊辊压，压平成板；

（7）最后将通过板材通过裁切单元，切割成板，进行包装打包。

3.根据权利要求2所述的回收方法，其特征在于所述的预浸料包括以重量份计：40~50份的连续纤维和50~60份热塑性树脂。

4.根据权利要求2所述的回收方法，其特征在于所述的热塑性树脂选自聚烯烃、聚酰胺或聚乙烯。

5.根据权利要求2所述的回收方法，其特征在于步骤（3）中切割处理的规格:板材厚度1-8mm、小于150*150mm，板材厚度8-20mm切割面积应小于100*100mm，带材切割面积应小于300*200mm。

6.根据权利要求2所述的回收方法，其特征在于步骤（1）中所述粉碎后的板材废料中，纤维长度不小于20mm；所述粉碎后的预浸带废料中，纤维长度不小于40mm；所述粉碎料中，纤维的成分为一种或几种，增强基体为同种。

7.根据权利要求2所述的回收方法，其特征在于步骤（3）和步骤（4）中所述下层预浸料的层数为1-3层，当预浸料层数为1层时，预浸料铺层角度为0°；当预浸料层数为2层时，预浸料铺层角度为0°/90°；当预浸料层数为3层时，预浸料铺层角度为0°/90°/0°。

8.根据权利要求2所述的回收方法，其特征在于步骤（5）中所述的加热温度为230℃-300℃，所述加热方式为，电加热、红外加热中、电磁辐射的一种；所述辊压压力为1-3MPa，所述恒温金属辊的温度为120-200℃，所述恒温金属辊的加热方式为油加热。

9.根据权利要求2所述的回收方法，其特征在于所述的连续纤维选自无机连续纤维、有机连续纤维或金属连续纤维；

所述的无机连续纤维选自玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或玄武岩纤维；所述的有机连续纤维选自芳香族聚酰胺纤维或超高分子量聚乙烯纤维；所述的金属连续纤维选自不锈钢纤维。

10.根据权利要求2所述的回收方法，其特征在于步骤（3）中铺设密度为1800-8000g/㎡。