CN108638374A - 一种交联聚乙烯电缆料回收系统 - Google Patents

一种交联聚乙烯电缆料回收系统 Download PDF

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史永飞
金强
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Abstract

本发明涉及一种交联聚乙烯电缆料回收系统，包括供电缆料依次设置经过的切碎机、双螺杆挤出机和水环造粒机；双螺杆挤出机包括壳体、两个螺杆和用于驱动两个螺杆转动的驱动源，壳体上设置有进料口与出料口，进料口与切碎机连通，出料口与水环造粒机连通，螺杆上设置有挤压装置；壳体内设置有用于对电缆料进行升温的加热装置；首先将需要切碎的电缆料放入切碎机内进行切碎，切碎后的物料从进料口进入双螺杆挤出机内，加热装置对壳体内的温度进行升温，此时电机驱动螺杆转动，电缆料随螺杆的推送向出料口方向移动；当电缆料移动至挤压装置处时，挤压装置对电缆料进行挤压与剪切，使交联链断裂，最终使得电缆料得到回收。

Description

一种交联聚乙烯电缆料回收系统
技术领域
本发明涉及废弃高分子材料回收领域，尤其涉及一种交联聚乙烯电缆料回收系统。
背景技术
交联聚乙烯材料，又称XLPE，通过化学交联或辐照交联方法制备而成，其力学强度高、耐高低温和抗蠕变性能优越，在通信、电力电缆护套材料、XLPE热水管、汽车和电器部件及交联泡沫材料等方面均有广泛应用。但是，由于XLPE属于一种热固性材料，该材料不溶解、不熔化，且没有加工流动性，再生加工难以直接成型，回收和再利用比较困难。
现今交联聚乙烯的回收可通过破坏化学键的方法来进行回收，现有技术中化学键的破坏有两种方法，即化学方法和物理方法。化学方法是利用化学助剂，如有机二硫化物、硫醇、碱金属等，在高温下，通过这些助剂对交联键进行进攻破坏，使得交联键断开，同时这些物质还能把断开的活性链端进行惰性端封，避免破坏的交联键再次交联，这样交联聚乙烯就解聚成非交联聚乙烯，具有可流动性和加工性。但是化学方法需要加入化学助剂，使得成本提高，并且在解聚过程中，会产生大量的腐蚀性或有毒气体，容易引起二次污染，因此化学方法并不是一种环保有效的方法。
物理方法是不加入化学物质，只是利用外加能量，使交联聚乙烯的立体网络结构破坏，形成线型直链或支链型的低相对分子量的二维结构这样材料具有高温流动性和可加工性而得以再生利用。目前常用的是微波或超声波的方法，虽然物理方法没有化学物质的加入，但这些方法的设备投资较大，因此大多停留在实验室阶段，不利于大规模的工业化生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种交联聚乙烯电缆料回收系统，具有减少成本消耗，实现工业化生产的优点。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种交联聚乙烯电缆料回收系统，包括供电缆料依次设置经过的切碎机、双螺杆挤出机和水环造粒机；
所述双螺杆挤出机包括壳体、两个螺杆和用于驱动两个所述螺杆转动的驱动源，两个所述螺杆相互啮合挤压电缆料，所述壳体上设置有进料口与出料口，所述进料口与切碎机连通，所述出料口与水环造粒机连通，所述螺杆上设置有挤压装置；
所述挤压装置设置为间隔分布的多组啮合块，多组所述啮合块均包含用于对电缆料进行剪切的多个沿螺杆轴向方向分布的薄片啮合齿，两个所述螺杆及分别设置在两个所述螺杆上的多组所述啮合块之间相互啮合，所述壳体内设置有加热装置。
实施上述技术方案，首先将电缆料放入切碎机内进行切碎，电缆料体积减小，方便输送及在双螺杆挤出机中加热熔融，切碎后的物料从进料口进入双螺杆挤出机内，加热装置对壳体内的温度进行升温，此时电机驱动螺杆转动，电缆料随螺杆的推送向出料口方向移动；电缆料在移动时啮合块随螺杆进行转动，当电缆料移动至啮合块处时，啮合块对电缆料进行剪切，使交联链断裂，电缆料在随螺杆运动时螺杆给予电缆料的推挤力和加热装置的共同作用使得交联聚乙烯的交联链打开，最终从双螺杆挤出机挤出后经水环造粒机进一步加工形成颗粒备用，完成交联聚乙烯的回收，该交联聚乙烯电缆料回收系统整体成本较低，适用于工业化的生产。
进一步，所述螺杆包括与驱动源连接的转轴和套设在转轴上的螺纹元件，所述螺纹元件设置为多个且多个所述螺纹元件的螺距不一，所述转轴上设置有凸起，所述螺纹元件上设置有用于与凸起相配合的凹槽，所述螺纹元件与转轴插接。
实施上述技术方案，螺纹元件与转轴插接减少了在制作螺杆时的困难程度，减少了该螺杆的制作成本，同时当螺纹元件部分损坏后可单独对部分螺纹元件进行更换，减少了更换螺杆的成本；螺纹元件螺距的不一使得在不改变转轴转速的情况下，电缆料沿螺杆方向运送的速度不一，使得电缆料在壳体内承受的推挤力与剪切力不同，以此实现电缆料在壳体内的多次剪切与推挤，提高了电缆料中交联链打开的效率。
进一步，所述薄片啮合齿垂直于轴线的截面设置为菱形，菱形的棱角处均设置有倒角，所述啮合块中多个薄片啮合齿轴线重合设置，多个所述薄片啮合齿的凸出部分均交错设置。
实施上述技术方案，电缆料被运送至啮合块时，多组薄片啮合齿对推送至啮合块的电缆料进行剪切，使得交联链打开；倒角的设置减少薄片啮合齿在转动时的阻力，使得薄片啮合齿在转动时电缆料沿倒角处滑动，减少了薄片啮合快与电缆料间因剪切力过大而损坏的现象发生。
进一步，所述壳体沿螺杆轴线方向设置有13个温区，且从进料口至出料口温区的温度依次设置为为220℃、230℃、230℃、230℃、230℃、220℃、220℃、220℃、220℃、220℃、215℃、215℃和210℃。
实施上述技术方案，壳体分为多段温区使得壳体内的电缆料受热更加均匀，减少了因螺杆过长导致的远离加热装置的电缆料温度达不到所需温度的现象发生；从进料口至出料口的温度逐渐升高后下降，使得温度曲线变化平缓，减少电缆料因温度骤降而使电缆料中化学链发生变化的现象。
进一步，所述壳体上设置有多个真空排气装置，所述真空排气装置包括用于与壳体连通的筒体和真空泵，所述筒体的侧壁上设置有用于与真空泵连通的管道，所述筒体远离壳体的一端设置有用于观察壳体内电缆料的观察窗。
实施上述技术方案，电缆料在螺杆的挤压和剪切力的作用下，随着加热装置对电缆料进行加温，使得电缆料具备了较高的内能，当电缆料被运送至真空排气装置处时，施加在电缆料上的压力突然消失并呈现出负压的状态，因此产生较大的蒸发推动力，使低分子量易挥发组份从电缆料中释放出来，以此达到脱挥的目的；脱挥使得电缆料中低分子物质减少因此提高了电缆料的质量和性能；观察窗的设置方便操作人员对壳体内电缆料的脱挥进行观察。
进一步，所述螺杆挤出机与切碎机之间连通设置有氧化装置，所述氧化装置包括氧化池，所述切碎机将切碎后的电缆料通入氧化池中，所述氧化池内设置有氧化剂，所述氧化池内设置有用于将氧化池内的电缆料输送至双螺杆挤出机内的输送装置。
实施上述技术方案，电缆料在被切碎机切碎后进入至氧化池中，氧化池内的氧化剂对电缆料进行初步氧化，使得电缆料中的交联链部分打开，随后电缆料被输送装置运送至壳体内，电缆料进入壳体后在挤压力、剪切力、温度的作用下进一步打开交联链；氧化池的设置使得电缆料在进入壳体之前发生氧化反应使得电缆料中部分交联链被打开，提高了电缆料中交联链打开的效率。
进一步，所述输送装置包括传送带、用于张紧传送带的转动辊和用于驱动转动辊转动的驱动件，所述传送带上设置有运送板，所述运送板垂直于传送带设置，所述传送带倾斜设置且倾斜的较高端设置有料斗，电缆料由传送带从氧化池内运送至料斗内。
实施上述技术方案，驱动件驱动转动辊转动，使得转动辊带动传送带运动，当运送板在氧化池内时，运送板在传送带的作用下将电缆料舀至运送板与传送带之间的夹角处，使得电缆料离开氧化池；当运送板将电缆料运送至输送装置最高处时，传送带转向，此时运送板随传送带一同转向，电缆料在重力的作用下掉落至料斗中，电缆料最终沿料斗内壁滑动进入壳体内；输送装置的设置减少了操作人员手动将氧化池内的电缆料运送至壳体内，降低了劳动成本和减少了对工作人员的身体影响，同时也使得该交联聚乙烯电缆料回收系统更加自动化。
进一步，所述运送板设置为弧形且运送板内凹处用于运送电缆料。
实施上述技术方案，运送板设置为弧形使得每次由运送板运送的电缆料增多，电缆料不仅在运送板与传送带间的夹角处被运送，在运送板的内凹处也同时对电缆料进行运送，提高了该输送装置运送电缆料的效率。
进一步，所述传送带的带面设置为网状结构。
实施上述技术方案，传送带设置为网状结构使得电缆料在传送带上运送时，液体从传送带上的网眼处滴落，减少了液体进入壳体内对壳体内的温度造成的影响。
进一步，所述壳体内垂直于螺杆轴线设置有滤网。
实施上述技术方案，螺杆转动时，电缆料在螺杆的推挤力的作用下向穿过滤网上的网眼，在电缆料穿过网眼时，电缆料受到的挤压力增大，电缆料中的气泡在挤压力的作用下离开电缆料，减少了电缆料在螺杆搅动的情况下，内部出现气泡的现象发生，提高了最终离开造粒机的电缆料的品质。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
一、多组啮合块的设置使得电缆料实现多次剪切使得交联链打开，达到回收电缆料的目的；
二、所述螺纹元件与转轴插接减少了在制作螺杆时的困难程度，减少了该螺杆的制作成本，同时当螺纹元件部分损坏后可单独对部分螺纹元件进行更换，减少了更换螺杆的成本。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的氧化装置与输送装置的结构示意图；
图3是本发明实施例的真空排气装置的结构示意图；
图4是本发明实施例的螺杆的结构示意图。
附图标记：1、切碎机；2、双螺杆挤出机；21、壳体；211、加热装置；212、真空排气装置；2121、筒体；2122、真空泵；2123、管道；2124、观察窗；213、滤网；22、螺杆；221、转轴；2211、凸起；222、螺纹元件；2221、凹槽；23、进料口；24、出料口；25、挤压装置；251、啮合块；2511、薄片啮合齿； 3、水环造粒机；4、驱动源；5、氧化装置；51、氧化池；52、输送装置；521、传送带；522、转动辊；523、运送板；524、料斗；525、驱动件。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的一些具体实施方式进行描述。
实施例：
如图1所示，一种交联聚乙烯电缆料回收系统，包括电缆料依次设置经过的切碎机1、氧化装置5、双螺杆挤出机2和水环造粒机3；
如图1、2所示，双螺杆挤出机2与切碎机1之间连通设置有氧化装置5，氧化装置5包括氧化池51。切碎机1将切碎后的电缆料通入氧化池51中，氧化池51内装有氧化剂，本实施例中氧化剂为双氧水且双氧水浓度30%-60%，氧化池51内设置有用于将氧化池51内的电缆料输送至双螺杆挤出机2内的输送装置52。电缆料在氧化池内的时间为5-10分钟。本实施例中优选为8分钟。
如图1、2所示，输送装置52包括传送带521、用于张紧传送带521的转动辊522和用于驱动转动辊522转动的驱动件525，本实施例中驱动件525设置为电机，传送带521的带面设置为网状结构。传送带521上设置有运送板523，运送板523设置为弧形且运送板523内凹处用于运送电缆料。
如图2所示，传送带521倾斜设置且倾斜的较高端设置有料斗524，电缆料由传送带521从氧化池51内运送至料斗524内。
如图1、2所示，双螺杆挤出机2包括壳体21、两个螺杆22和用于驱动两个螺杆22转动的同一驱动源4，两个螺杆22相互啮合挤压电缆料，壳体21上设置有进料口23与出料口24，进料口23与料斗524连通，出料口24与水环造粒机3连通，螺杆22上设置有挤压装置25（参见图4）。
如图1、4所示，本实施例中螺杆22长径比为52:1，螺杆22包括用于与驱动源4连接的转轴221和用于套设在转轴221上的螺纹元件222，螺纹元件222设置为多个且多个螺纹元件222的螺距不一，转轴221上设置有凸起2211，螺纹元件222上设置有用于与凸起2211相配合的凹槽2221，螺纹元件222与转轴221插接。
如图1、2所示，挤压装置25设置为间隔分布的多组啮合块251，多组啮合块251均包含用于对电缆料进行剪切的多个沿螺杆22轴向方向分布的薄片啮合齿2511，薄片啮合齿2511垂直于轴线的截面设置为菱形，菱形的棱角处均设置有倒角，啮合块251中多个薄片啮合齿2511轴线重合设置，多个薄片啮合齿2511的凸出部分均交错设置。两个螺杆22及分别设置在两个螺杆22上的多组啮合块251之间相互啮合，壳体21内设置有用于对壳体21内电缆料进行升温的加热装置211。
如图1、3所示，壳体21沿螺杆22轴线方向设置有13个温区，且从进料口23至出料口24的温区温度依次设置为220℃、230℃、230℃、230℃、230℃、220℃、220℃、220℃、220℃、220℃、215℃、215℃和210℃。
如图1、3所示，壳体21上设置有多个真空排气装置212，真空排气装置212包括用于与壳体21连通的筒体2121和真空泵2122，筒体2121的侧壁上设置有用于与真空泵2122连通的管道2123，筒体2121远离壳体21的一端设置有用于观察壳体21内电缆料的观察窗2124。
电缆料的回收过程：电缆料运送至切碎机1中进行切碎，切碎后的电缆料在氧化池51中与双氧水发生氧化反应，电缆料部分老化使得交联链打开。
电机驱动转动辊522转动，转动辊522带动传送带521运动，设置在传送带521上的运送板523随传送带521运动。氧化池51内的物料在传送带521与运送板523的共同作用下被舀至运送板523与传送带521的夹角处和运送板523的内凹处，沾附在电缆料上的双氧水在重力的作用下从传送带521上的网眼处滴落回氧化池51内，初步滤干的电缆料在传送带521转向时因重力的作用掉落至料斗524内，电缆料沿料斗524内侧壁滑动最终从进料口23进入壳体21内。
电缆料进入壳体21前，加热装置211对壳体21内的温度进行加温，本实施里中加热装置211设置为电热机。电缆料在进入壳体21内后，在热交换的作用下逐渐升温呈熔融态。驱动源4驱动螺杆22转动，本实施例中驱动源4设置为电机，此时电缆料在螺杆22的推挤下向出料口24方向运动。电缆料在壳体21内运送时，沾附在电缆料上的双氧水受热分解成氧气和水，在温度、氧气及水的作用下壳体21内的电缆料进一步发生氧化反应，使得电缆料中的部分交联链打开。
螺杆22上设置的啮合块251随螺杆22转动，当电缆料被螺杆22运送至啮合块251处时，薄片啮合齿2511的凸出的部分交错设置，使得穿过啮合块251的电缆料受到剪切力，啮合块251周围的电缆料在啮合块251转动时受到啮合块251给予的推挤力，电缆料在推挤力、剪切力与温度的作用下使得电缆料中的交联链打开。啮合块251设置有多组，使得电缆料在多次剪切力的作用下大部分的交联链被打开。
电缆料在运送至滤网213处时，在螺杆22推挤力的作用下从滤网213的网眼处穿过，此时电缆料受到的推挤力增大，电缆料中包覆的水或空气在滤网213与推挤力的作用下从电缆料中被排出，同时再次增大的推挤力使得电缆料中的部分交联链打开。
当电缆料在推挤力、剪切力与温度共同的作用下时，电缆料中的内能升高，当电缆料被运送至真空排气装置212处时，施加在电缆料上的压力突然消失并呈现出负压的状态，因此产生较大的蒸发推动力，使低分子量易挥发组份从电缆料中释放出来，完成脱挥过程。提高电缆料的质量与性能。离开电缆料的挥发组份从管道2123进入真空泵2122，最终被排出。在真空泵2122工作时，操作人员可通过观察窗2124观察到壳体21内电缆料的脱挥情况。
电缆料在螺杆22推挤力的作用下从出料口24处进入水环造粒机3，电缆料在水环造粒机3的作用下最终呈颗粒状输出，完成电缆料的回收过程。
氧化池51的设置使得电缆料在进入壳体21之前发生氧化反应使得电缆料中部分交联链被打开，提高了电缆料中交联链打开的效率。输送装置52的设置减少了操作人员手动将氧化池51内的电缆料运送至壳体21内，减少了劳动成本，使得该交联聚乙烯电缆料回收系统更加自动化。
运送板523设置为弧形使得每次由运送板523运送的电缆料增多，电缆料不仅在运送板523与传送带521间的夹角处被运送，在运送板523的内凹出也同时对电缆料进行运送，提高了该输送装置52运送电缆料的效率。
双氧水在受热分解后的产物仅为水和氧气，水与氧气对环境没有污染，氧化剂设置减少了氧化池51的污染性，使得该电缆料的回收过程更加环保。
螺杆22长径比较大使得电缆料受到的推挤力与剪切力的时间增长，使得电缆料中大部分的交联链打开。
螺纹元件222与转轴221插接减少了在制作螺杆22时的困难程度，减少了该螺杆22的制作成本，同时当螺纹元件222部分损坏后可单独对部分螺纹元件222进行更换，减少了更换螺杆22的成本；螺纹元件222螺距的不一使得在不改变转轴221转速的情况下，电缆料沿螺杆22方向运送的速度不一，使得电缆料在壳体21内承受的推挤力与剪切力不同，以此实现电缆料在壳体21内的相互推挤，提高了电缆料中交联链打开的效率。
壳体21分为多段温区使得壳体21内的电缆料受热更加均匀，减少了因螺杆22过长导致的远离加热装置211的电缆料温度达不到所需温度的现象发生；从进料口23至出料口24的温度逐渐升高后下降，使得温度曲线变化平缓，减少电缆料因温度骤降而使电缆料中化学链发生变化的现象发生。
滤网213的设置减少了电缆料在螺杆22搅动的情况下，内部出现气泡的现象发生，提高了最终离开水环造粒机3的电缆料的品质。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对发明的保护范围进行限制。显然，所描述的实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部实施例。基于这些实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明所要保护的范围。
尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域普通技术人员依然可以在不冲突的情况下，不作出创造性劳动对本发明各实施例中的特征根据情况相互组合、增删或作其他调整，从而得到不同的、本质未脱离本发明的构思的其他技术方案，这些技术方案也同样属于本发明所要保护的范围。

Claims (10)

1.一种交联聚乙烯电缆料回收系统，其特征在于：包括供电缆料依次经过的切碎机(1)、双螺杆挤出机(2)和水环造粒机(3)；
所述双螺杆挤出机(2)包括壳体(21)、两个螺杆(22)和用于驱动两个所述螺杆(22)转动的驱动源(4)，两个所述螺杆(22)相互啮合挤压电缆料，所述壳体(21)上设置有进料口(23)与出料口(24)，所述进料口(23)与切碎机(1)连通，所述出料口(24)与水环造粒机(3)连通，所述螺杆(22)上设置有挤压装置(25)；
所述挤压装置(25)设置为间隔分布的多组啮合块(251)，多组所述啮合块(251)均包含用于对电缆料进行剪切的多个沿螺杆(22)轴向方向分布的薄片啮合齿(2511)，两个所述螺杆(22)及分别设置在两个所述螺杆(22)上的多组所述啮合块(251)之间相互啮合，所述壳体(21)内设置有加热装置(211)。
2.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电缆料回收系统，其特征在于：所述螺杆(22)包括与驱动源(4)连接的转轴(221)和套设在转轴(221)上的螺纹元件(222)，所述螺纹元件(222)设置为多个且多个所述螺纹元件(222)的螺距不一，所述转轴(221)上设置有凸起(2211)，所述螺纹元件(222)上设置有用于与凸起(2211)相配合的凹槽(2221)，所述螺纹元件(222)与转轴(221)插接。
3.根据权利要求2所述的一种交联聚乙烯电缆料回收系统，其特征在于：所述薄片啮合齿(2511)垂直于轴线的截面设置为菱形，菱形的棱角处均设置有倒角，所述啮合块(251)中多个薄片啮合齿(2511)轴线重合设置，多个所述薄片啮合齿(2511)的凸出部分均交错设置。
4.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电缆料回收系统，其特征在于：所述壳体(21)沿螺杆(22)轴线方向设置有13个温区，且从进料口(23)至出料口(24)温区温度依次设置为220℃、230℃、230℃、230℃、230℃、220℃、220℃、220℃、220℃、220℃、215℃、215℃和210℃。
5.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电缆料回收系统，其特征在于：所述壳体(21)上设置有多个真空排气装置(212)，所述真空排气装置(212)包括用于与壳体(21)连通的筒体(2121)和真空泵(2122)，所述筒体(2121)的侧壁上设置有用于与真空泵(2122)连通的管道(2123)，所述筒体(2121)远离壳体(21)的一端设置有用于观察壳体(21)内电缆料的观察窗(2124)。
6.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电缆料回收系统，其特征在于：所述双螺杆挤出机(2)与切碎机(1)之间连通设置有氧化装置(5)，所述氧化装置(5)包括氧化池(51)，所述切碎机(1)将切碎后的电缆料通入氧化池(51)中，所述氧化池(51)内设置有氧化剂，所述氧化池(51)内设置有用于将氧化池(51)内的电缆料输送至双螺杆挤出机(2)内的输送装置(52)。
7.根据权利要求6所述的一种交联聚乙烯电缆料回收系统，其特征在于：所述输送装置(52)包括传送带(521)、用于张紧传送带(521)的转动辊(522)和用于驱动转动辊(522)转动的驱动件(525)，所述传送带(521)上设置有运送板(523)，所述运送板(523)垂直于传送带(521)设置，所述传送带(521)倾斜设置且倾斜的较高端设置有料斗(524)，电缆料由传送带(521)从氧化池(51)内运送至料斗(524)内。
8.根据权利要求7所述的一种交联聚乙烯电缆料回收系统，其特征在于：所述运送板(523)设置为弧形且运送板(523)内凹处用于运送电缆料。
9.根据权利要求7所述的一种交联聚乙烯电缆料回收系统，其特征在于：所述传送带(521)的带面设置为网状结构。
10.根据权利要求9所述的一种交联聚乙烯电缆料回收系统，其特征在于：所述壳体(21)内垂直于螺杆(22)轴线设置有滤网(213)。
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