CN113119351A

CN113119351A - 一种热塑性复合材料拉伸产品制备再生料的方法

Info

Publication number: CN113119351A
Application number: CN202110452354.XA
Authority: CN
Inventors: 袁洪波; 刘玉成; 杨丛丛; 张甲祥
Original assignee: FEICHENG LIANYI ENGINEERING PLASTICS CO LTD
Current assignee: FEICHENG LIANYI ENGINEERING PLASTICS CO LTD
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2021-07-16
Anticipated expiration: 2041-04-26
Also published as: CN113119351B

Abstract

本发明公开了一种热塑性复合材料拉伸产品制备再生料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)初级破碎：对热塑性复合材料拉伸产品和/或其边角废料进行破碎，得到含有较长纤维的初级破碎料；(2)强化破碎：将初级破碎料与热塑性复合材料未经拉伸制成的板片状料边或废料，按照不大于1:2的比例，进行混合破碎，制备得到再生料。本发明处理热塑性复合材料拉伸产品制备再生料的方法，能够替代现有的造粒法。将塑料土工格栅、塑料土工带、塑料土工格室等产品或其边角废料回收再利用，摆脱现有回收造粒耗能大且降低材料性能的缺点，降低塑料回收利用的成本。再生料在正常生产使用时不会出现纤维相互缠绕呈团，堵塞设备等问题。

Description

一种热塑性复合材料拉伸产品制备再生料的方法

技术领域

本发明涉及塑料再生技术领域，具体涉及一种热塑性复合材料拉伸产品制备再生料的方法。

背景技术

对塑料土工格栅、塑料土工带、塑料土工格室条带等，以聚丙烯、聚乙烯、聚酯等热塑性复合材料为原材料，采用拉伸工艺生产的塑料拉伸产品来讲，因为加热拉伸过程，高分子材料的结晶过程有了明显的取向性，在材料中形成了大量的高强纤维，与拉伸前的材料相比，各种机械强度高出数倍，同时热塑性复合材料，还具有加工后可以回收利用的特点，这就是热塑性复合材料拉伸工艺的巨大价值所在。

根据热塑性复合材料的拉伸增强这一特性，为保证回收后不影响后续的正常使用，一般采用如下回收方法：经过拉伸增强后的热塑性复合材料制品或边角废料，先通过破碎机破碎后，再将破碎后形成的破碎料，采用加热挤出造粒的工艺，切断形成一定长度的圆柱状粒料，回收使用，这是行业普遍采用的传统造粒回收工艺。传统造粒回收工艺中，加热、挤出以及切断过程，需要消耗大量的电能(特别是加热挤出过程)，同时又因挤出过程中的螺杆剪切运动，又加剧了材料的老化，降低了材料的性能，可以说既浪费又无益。那为什么这种传统工艺仍在大量的广泛使用呢，原因恰恰就在热塑性复合材料的拉伸增强这一特性。经过加热拉伸后的热塑性复合材料，因为结晶过程的高度取向性，材料呈拉伸取向的高度纤维化，这些纤维抗拉强度极高，在破碎过程中很不容易断裂，从而形成了长度较大的纤维状破碎料，整体十分蓬松。如果直接使用，既不能与其他状态的原料均匀混合，又容易相互缠绕呈团，堵塞设备的进料通道，造成断料、缺料等故障。所以需要一种能够替代热塑性复合材料拉伸产品造粒的方法，摆脱原有方法耗能大且降低材料性能的缺点，既使塑料能够回收再利用，又能降低行业内塑料回收利用的成本。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种热塑性复合材料拉伸产品制备再生料的方法。本发明能够替代热塑性复合材料拉伸产品造粒的方法将塑料土工格栅、塑料土工带、塑料土工格室条带等塑料拉伸产品或其边角废料回收再利用，摆脱现有回收造粒法耗能大且降低材料性能的缺点，降低塑料回收利用的成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种热塑性复合材料拉伸产品制备再生料的方法，包括以下步骤：

(1)初级破碎：对热塑性复合材料拉伸产品和/或其边角废料进行破碎，得到含有较长纤维的初级破碎料；

(2)强化破碎：将初级破碎料与热塑性复合材料未经拉伸制成的板片状料边或废料，按照小于或等于1:2的质量比，进行混合破碎，制备得到再生料。

优选地，步骤(1)中，初级破碎所用破碎机的筛网孔径≤16mm。

优选地，步骤(1)中，初级破碎料为含有较长纤维的破碎料，纤维的长度为5～10cm。

优选地，步骤(1)中，所述热塑性复合材料拉伸产品为热塑性复合材料经拉伸工艺制成的成品或半成品。成品或半成品可以为单向拉伸塑料土工格栅、双向拉伸塑料土工格栅、塑料土工带、塑料土工格室条带、聚丙烯焊接格栅条带、聚丙烯拉伸带、聚乙烯拉伸带、聚酯(PET)拉伸带等。

优选地，步骤(2)中，热塑性复合材料未经拉伸制成的板片状料边或废料为热塑性复合材料经挤出压延形成的板片材或边角废料。

优选地，步骤(2)中，所述强化破碎所用破碎机的筛网孔径≤12mm。

优选地，步骤(2)中，混合破碎后，初级破碎料破碎成含有短纤维的再生料，短纤维的长度小于1cm。

优选地，使用再生料制备产品时，通过反向旋转的螺旋上料机将再生料压入热塑加工设备的进料口。

本发明的第二方面，提供上述方法制备得到的再生料。

本发明的第三方面，提供再生料在制备热塑性复合材料制品中的应用。

本发明的再生料可以用于生产热塑性复合材料制成的各类产品，如单向拉伸塑料土工格栅、双向拉伸塑料土工格栅、塑料土工带、塑料土工格室条带、聚丙烯焊接格栅条带、聚丙烯拉伸带、聚乙烯拉伸带、聚酯(PET)拉伸带等拉伸制品；或者板片材、注塑产品等非拉伸类塑料制品等。

在制备热塑性复合材料制品时，本发明的再生料既可以单独使用，也可以与其他非再生材料(简称原材料)混合使用。混合使用时，再生料与原材料的材质必须相同，例如再生料为聚丙烯，原材料也要为聚丙烯。

本发明的有益效果：

(1)本发明处理热塑性复合材料拉伸产品制备再生料的方法，能够替代现有的造粒法。将塑料土工格栅、塑料土工带、塑料土工格室条带等拉伸塑料产品或其边角废料回收再利用，摆脱现有回收造粒耗能大且降低材料性能的缺点，降低塑料回收利用的成本。

(2)热塑性复合材料拉伸产品只经过传统的初级破碎，不经过造粒过程，破碎料中的过长纤维会互缠绕呈团，堵塞设备的进料通道，造成断料、缺料等故障，本发明制备的再生料能与其他状态的原料均匀混合，用再生料进行生产时，不会出现上述问题。

(3)本发明的方法既节约了大量的造粒能源消耗，又避免了造粒过程导致的材料老化加剧，同时缩短了材料回收利用过程，减少了回收环节，提高了材料的回收利用效率，经过大量的试验和大规模使用，运转正常，没有因此产生任何不利影响。

附图说明

图1为初级破碎得到的初级破碎料；

图2为强化破碎后得到的再生料。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术部分介绍的，土工格栅等产品在制备过程中，经过加热拉伸使高分子材料的结晶过程有了明显的取向性，在材料中形成了大量的高强纤维。经过拉伸增强后的热塑性复合材料制品或边角废料，需要通过破碎机破碎后，再将破碎后形成的破碎料，采用加热挤出造粒的工艺，切断形成一定长度的圆柱状粒料，回收使用，这是行业普遍采用的传统造粒回收工艺。传统造粒回收工艺耗能量大，同时又因挤出过程中的螺杆剪切运动加剧了材料的老化，降低了材料的性能。

基于此，本发明的目的是提供一种热塑性复合材料拉伸产品制备再生料的方法。经过加热拉伸后的热塑性复合材料，因为结晶过程的高度取向性，材料呈拉伸取向的高度纤维化，这些纤维抗拉强度极高，在破碎过程中很不容易断裂，从而形成了长度较大的纤维状破碎料，整体十分蓬松。如果直接使用，既不能与其他状态的原料均匀混合，又容易相互缠绕呈团，堵塞设备的进料通道，造成断料、缺料等故障。发明人经过长期试验发现，先将热塑性复合材料拉伸产品破碎成纤维长度约在5～10cm范围的初级破碎料，如图1所示，初级破碎料中纤维长度较长，无法直接使用。再将初级破碎料与热塑性复合材料未经拉伸制成的板片状料边或废料，按照一定比例进行混合破碎，利用热塑性复合材料未经拉伸制成的板片材破碎形成的碎片，在破碎机刀片的高速切割和击打过程中产生的高频次碎片击打和切割效应，将初级破碎料中的较长纤维破碎成短纤维，减少或消除了再生料在后续使用过程中形成纤维团的可能性，如图2所示，图2中的块状片材为热塑性复合材料未经拉伸制成的板片材破碎形成的碎片，里面掺杂经进一步强化破碎的热塑性复合材料拉伸产品，其纤维长度小于1cm。再生料是热塑性复合材料未经拉伸产品与热塑性复合材料拉伸产品在强化破碎后的组合物。由于强化破碎时，热塑性复合材料未经拉伸产品与热塑性复合材料拉伸产品的质量比大于2：1，所以从图2中可以看出，占比较多的是热塑性复合材料未经拉伸产品的块状碎片，块状碎片中掺杂纤维长度小于1cm的热塑性复合材料拉伸产品破碎料。

在利用再生料进行生产的环节，通过反向旋转的螺旋上料机，将再生料压入挤出机的进料口，既能起到持续搅拌均化组分的作用，同时又进一步消除了因短纤维的存在造成的给料不顺畅或堵料隐患。完全杜绝生产过程中可能出现的纤维缠绕成团等问题。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。

说明：实施例中的螺旋上料机为市售产品，可以通过螺旋上料机上的电机转动方向的不同，实现螺旋上料机的正转和反转。

实施例

1.将聚丙烯双向拉伸土工格栅用正常筛孔的破碎机(筛网孔径在16mm左右)进行常规的破碎处理，得到存在大量较长纤维(纤维长度约在5～10cm范围)的初级破碎料。

2.强化破碎：用小筛孔(筛网孔径在12mm及以下)的破碎机，将初级破碎料与格栅生产过程中产生的未经拉伸的板材边料，按照1:2的质量比，进行混合破碎。利用板片材破碎过程中，产生的高频次碎片击打和切割效应，将拉伸破碎料中的较长纤维，破碎成短纤维(长度在1cm以内)，减少和消除了形成纤维团的可能性。

3.强制主动给料：在挤塑机的给料环节，在进料位置加装反向旋转的螺旋上料机，通过螺旋上料机的压力将再生料压入挤塑机，螺旋上料机既起到持续均化组分的作用，同时又彻底消除了因短纤维的存在，可能造成的给料不顺畅或堵料隐患。

对比例1

将聚丙烯双向拉伸土工格栅用正常筛孔的破碎机(筛网孔径在16mm左右)进行常规的破碎处理，得到存在大量较长纤维(纤维长度约在5～10cm范围)的破碎料即为再生料。

对比例2

2.强化破碎：用小筛孔(筛网孔径在12mm及以下)的破碎机，将初级破碎料与格栅生产过程中产生的未经拉伸的板材边料，按照1:1的质量比，进行混合破碎，得到的破碎料即为再生料。

对比例3

1.将聚丙烯双向拉伸土工格栅用正常筛孔的破碎机(筛网孔径在16mm左右)进行常规的破碎处理，得到存在大量较长纤维(纤维长度约在5～10cm范围)的破碎料。

2.采用挤出机将破碎料挤出，然后切断形成长度5mm左右的圆柱状粒料即为再生料。挤出工艺条件为：机筒温度为180-200℃，螺杆转速为15-30rpm，经模具挤出成圆柱状连续线材，经冷却水冷却降温后，根据所需长度尺寸切断成粒状即为再生料。

采用相同的生产工艺将实施例1、对比例1～3制备得到的再生料制成塑料土工格室条带，对塑料土工格室条带的老化性能、片材抗拉强度进行检测，同时记录制备过程出现的问题，所得结果见表1。

土工格室条带的生产工艺为：将实施例和对比例1～3制备的再生料，通过配料、搅拌和上料，送入挤出机进行塑化挤出，挤出机螺杆转速50转/分钟左右，挤出机各区温度180～200℃，挤出速度每小时≥500kg。挤出后的料再经三辊压延机压成片状，再分切成带材，制备得到土工格室条带。实施例与对比例1～3的再生料制备的土工格室条带的规格完全相同。

表1

由表1可以看出，对比例1的方法得到的再生料无法使用，纤维长度过长容易成团，这也是为什么含有大量较长纤维的破碎料无法进一步破碎成细小原料的原因。所以现有技术需要对含有大量较长纤维的破碎料进行造粒制备再生料。对比例2制备得到的再生料经过挤出机高温挤出，挤出过程中的螺杆剪切运动加剧了材料的老化，降低了材料的性能。而本发明制备的再生料，不仅成本低，再生料生产过程无任何问题出现，并且制备出的成品，其强度高于对比例2。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种热塑性复合材料拉伸产品制备再生料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)初级破碎：对热塑性复合材料拉伸产品和/或其边角废料进行破碎，得到初级破碎料；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，初级破碎所用破碎机的筛网孔径≤16mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述初级破碎料为含有较长纤维的破碎料，纤维的长度为5～10cm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热塑性复合材料拉伸产品为热塑性复合材料经拉伸工艺制成的成品或半成品。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，热塑性复合材料未经拉伸制成的板片状料边或废料为热塑性复合材料经挤出压延形成的片材或边角废料。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述强化破碎所用破碎机的筛网孔径≤12mm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，混合破碎后，初级破碎料破碎成含有短纤维的再生料，短纤维的长度小于1cm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用再生料制备产品时，通过反向旋转的螺旋上料机将再生料压入热塑加工设备的进料口。

9.权利要求1～8任一项所述的方法制备得到的再生料。

10.权利要求9所述的再生料在制备热塑性复合材料制品中的应用。