JP2013545606A - 複合材料の分離装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、複合材料を分離する新規の装置（１０）であって、装置は、モータによって駆動される回転軸線を備えた円筒形ロータ（１７）と、ロータの周囲に沿って規則的に分布して配置されると共にロータから回転軸線に平行に突き出たストリップ状の第１の衝撃ツール（３０）とを含み、装置（１０）は、ロータを包囲した円筒形ステータ（１２）を更に含み、環状空間（３２）がロータとステータとの間に形成されていることを特徴とする装置に関する。空気供給チャネル（１５）が環状空間の上方領域内に開口し、空気除去チャネル（３８）が環状空間の下方領域から遠ざかって延びている。さらに、ステータ（１２）の円筒形壁は、ステータの周囲に沿ってぐるりと均等に分布して配置されると共に半径方向内方に突き出たストリップ状の第２の衝撃ツール（３１）を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載された複合材料の分離装置に関する。

複合材料及びその混合物は、例えば包装材として又は建築及び機械工学における構造要素として極めて頻繁に用いられている。種々の材料の物理的性質は、所望の機械的機能を実行するために互いに組み合わされる。複合材料の使用の増加のもう１つの理由は、かかる複合材料を材料及びエネルギーの出費を低くした状態で製造することができ、したがって、資源を節約することができるということにある。

いま、次の図１〜図３を参照してかかる複合材料の種々の実施例について説明する。

図１は、２０〜４０μｍの薄いアルミニウム層２を１２０μｍのＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）で作られた２つの層３でサンドイッチして作られた複合材料１を示しており、この複合材料は、管のラミネートとして用いられる。アルミニウムは、光に対するバリヤ層として用いられ、液体及び気体の拡散を阻止する。

図２は、５〜２０μｍの薄い銅層及び６〜５０μｍ以上のガラス繊維エポキシ層の複合材から成る電子回路用プリント回路板４のパターンを示している。

図３は、２００〜５００μｍの２つのアルミニウム層８及び約２〜４ｍｍのＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）で作られた介在層９から成るアルミニウム複合板７の細部を示している。この目的のために他のプラスチックも又使用できる。かかるサンドイッチ板は、ファサード建築又は車両構造に用いられている。

かかる複合材料により、処分の場合に大きな問題が生じる。と言うのは、個々の材料の正確な分離がほぼ不可能だからである。まれな場合、複合材料は、サーマル又はウェット化学プロセスによって処理される。これらのプロセスは、典型的には、極めて効率が悪く、実質的に環境にストレスをかける。加うるに、リサイクル材料は、不適当な品質で生産される場合が多い。もう１つの取り得る手段は、複合材料を破砕し、材料を機械的に分離することである。

例えば、複合材要素を処理する装置が国際公開第２００６／１１７０６５号パンフレットから知られており、この装置では、複合材料を５〜５０ｍｍの粒度まで破砕し、破砕した粒子を供給チャネルにより粉砕装置に運ぶ。この装置は、ストリップとして具体化されたツールを有する回転ロータから成り、このロータは、円筒形ステータ内に配置されている。空気流を逆方向においてロータとステータとの間のリング状空間内に底部から頂部に導入し、それにより頂部に取り付けられたダスト除去パイプを介してダストを排出する。粒子を粉砕すると、粒子は、これらが図１３と関連して詳細に説明するストリップ状ツールに当たると一段と破砕される。空気流は、一方において、粒子をリング状空間内に十分に長い時間にわたって保つために必要であり、他方において、この場合に上方に生じるダストを排出するために必要である。

国際公開第２００６／１１７０６５号パンフレット

底部から頂部への空気流により、ばらばらになった粒子は、分離に必要な時間よりも長い時間にわたってリング状空間内に留まる。かくして、軽い粒子及び重い粒子は、このリング状空間内にほぼ等しい長さの滞留時間を有する。さらに、軽い粒子が空気流と共に上方に引き上げられる恐れが存在し、その結果、一段と面倒な問題が生じる。

本発明は、高い精度で成分を互いに分離してダストが生じないようにする複合材料の分離装置を提供するという目的に基づいている。

この目的は、請求項１の特徴を有する複合材料の分離装置によって達成される。

本発明の装置は、処理されるべき粒子が分離方法の実施中、それ以上破砕されず又はそれどころか微粉砕されることがなく、したがってダスト除去を完全になしで済ますことができるという顕著な利点を有する。

本発明の別の利点は、従属形式の請求項の記載及び以下の説明から結果として得られ、以下の説明において、図示の例示の実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

２０〜４０μｍの薄いアルミニウム層を１２０μｍのＬＤＰＥで作られた２つの層でサンドイッチして作られた複合材料を示す図である。 ５〜２０μｍの薄い銅層及び６〜５０μｍ以上のガラス繊維エポキシ層の複合材から成る電子回路用プリント回路板のパターンを示す図である。 ２００〜５００μｍの２つのアルミニウム層及び約２〜４ｍｍのＨＤＰＥで作られた介在層から成るアルミニウム複合板の細部を示す図である。 複合材料を分離する装置の斜視図である。 分離装置の平面図である。 分離装置の縦断面図である。 分離装置の輪郭図である。 複合材料及びこの中に生じた衝撃波の略図である。 ロータの一部及びステータの一部の概略平面図である。 分離装置の機能を説明するための分離装置の略図である。 ロータ及びステータの斜視図である。 ロータの分解組立て図である。 図１２から取った詳細図である。 分離方法の流れ図である。

図４〜図７は、機械フレーム１１を有する複合材料の分離装置１０を示しており、機械フレーム１１は、円筒形ステータ１２を支持すると共に駆動モータ（図示せず）の受け具１３を有している。２つの空気入口開口部１５及び材料供給開口部１６が装置１０の蓋１４の頂部に設けられている。図６から明らかなように、ロータ１７がステータ１２内のシャフト１８を中心として回転することができるよう配置されている。シャフト１８は、ほぼ２／３の高さのところに支持リング１９を有し、ロータ１７は、この支持リング１９上で支持されている。ロータ１７は、圧力嵌めを用いてシャフト１８に取り付けられている。さらに２つの軸受２１，２２が機械フレーム１１に設けられたブッシュ２３内に設けられ、シャフト１８は、これが回転可能であるように軸受２１，２２内に設けられている。シャフト１８は、モータにより歯付きベルト（図示せず）を介して駆動されることを目的としてその底端部２５に外部溝２７を備えた駆動シリンダ２６を有している。

図８は、ロータ１７の一部及びステータ１２の一部を示している。ロータ１７は、その周囲に規則的に配置された第１のツール３０を有し、これら第１のツールは、ストリップとして具体化されており、約１０〜１５ｍｍの高さを有する。ステータ１２も又、その周囲に規則的に配置されたストリップ状の第２のツール３１を有し、これら第２のツールは、約５〜８ｍｍの高さを有する。第２のツール３１は、ステータ１２の周囲の内部に２：１の比で分布して配置されている。粉砕されるべき複合材料の粒子が納められるリング状空間３２がステータ１２とロータ１７との間に形成されている。粉砕されるべき複合材料の粒子の飛行経路３３が破線で示されている。ロータ１７は、ステータ１２に対して反時計回りの方向に回転する。

ステータ１２、ロータ１７及びリング状空間３３内における螺旋状飛行経路３３だけが図９に概略的に示されている。矢印３５は、材料供給開口部１６を介する粉砕されるべき複合材料の材料供給を示し、矢印３６は、空気入口開口部１５を介する空気供給を示している（図４〜図７参照）。頂部から装置１０内への複合材料の供給に起因して、粒子は、頂部から底部まで螺旋経路３３を描く。速度及びピッチは、ロータ１７の速度及び空気供給量によって調節可能である。粉砕された材料が出た後、かかる粉砕材料は、空気流３７によって更にチャネル３８中に運ばれる。破片の状態に粉砕された材料は、スクリーン、液体床式分離器、シフタ及び静電分離器によって周知の仕方でリング状空間内で個々の成分に分離される。

実際には、ロータ１７は、例えば８００ＲＰＭの回転速度で駆動される。かくして、第１のストリップ状ツール３０は、非常に高い速度で第２のストリップ状ツール３１を越えて案内され、通過時点で同伴粒子に加わる極めて大きな力が生じる。これら力に起因して、粒子は、短時間で極めて強力に加速され、その後、第１のツール３０が第２のツール３１相互間に配置されると、力の急速な減少によって再び減速される。この手順は、高い頻度で繰り返され、この頻度は、第１のツール３０相互間の距離、第２のツール３１相互間の距離及びロータ１７の回転速度で決まる。力は、複合材料の層に互いに異なる状態で作用し、その結果、種々の材料相互間の境界部に沿って剪断作用が生じる。いわゆる衝撃波又は横波を複合材料中に観察することができる。互いに異なる材料特性、例えば密度、弾性及び剛性のために異なる状態でエネルギーが減衰されるので、材料は、剪断力によって分離される。プラスチックは、かなり吸収性が高く且つ制振効果を有し、金属は、振動伝達効果が強い。図１０では、これら衝撃波４１は、ＰＥ層４２及びアルミニウム層４３から成る複合材料の一部４０内に示されている。層４２，４３に加わるスラスト又は推力が矢印４５で示されている。

底部から頂部までの空気流を有する本発明の装置の設計は、リング状空間３３内における重い粒子の滞留時間が軽い粒子の滞留時間よりも実質的に短いという作用効果を有する。例えば、アルミニウム部品又は銅ケーブルに由来する重い粒子は、リング状区間３３内で螺旋状に約１００回旋回し、回路板等に由来する軽い粒子は、リング状空間３３内で螺旋状に約２００回旋回する。かくして、いわゆる電気くずの種々の成分を実質的に良好に分離することができる。

分離されるべき複合材料を前処理するため、複合材料を破砕し、その後装置１０内に導入する。この材料を典型的には、５〜５０ｍｍのサイズまで破砕する。このサイズは、それぞれの複合材料で決まる。チューブラミネートのように層が比較的薄く（２０μｍ未満）且つ付着力が大きい場合、複合材料を装置１０内で５〜８ｍｍのサイズまで破砕する。複合材料が比較的厚い層（２００μｍ超）、例えばアルミニウムを含み、付着力が小さい場合、４０〜５０ｍｍまでの破砕を実施する。装置１０内への供給を連続して実施し、計量するのが良い。

ロータ１７の直径は、１２００〜２４００ｍｍであり、標準バージョンでは２０００ｍｍである。ステータ１２の内径は、１２５０〜２４５０ｍｍであり、標準は、２０５０ｍｍである。ロータ１７の構造高さは、３７５〜６２５ｍｍであり、５００ｍｍが標準である。第１及び第２のツール３０，３１は、代表的には、それぞれ互いに上下に垂直に３〜５レベルで配置され、標準では４レベルが設けられる。ロータ１７の第１のツール３０の総数は、５０〜１５０個であり、９６個が標準である。ロータ１７の第１のツール３０とステータの第２のツール３１との間の距離は、０．５〜２５ｍｍに設定可能である。

図１１は、ストリップ状の第１のツール３０及びストリップ状の第２のツール３１をそれぞれ備えたステータ１２及びロータ１７を示している。図１１から明らかなように、ストリップ状の第２のツール３１は、ステータリング１２によって保持された壁区分として形成され、これら壁区分は、内側にのこ歯状の突出部５１を備えたのこ歯パターンを有する。この場合、ロータ１７の周囲に沿う第１のツール３０と突出部５１は、１：８の比を有する。この場合シャフトが設けられず、その代わり、ブッシュ５２が設けられ、このブッシュは、スポーク５３によって外側シリング５４に取り付けられている。第１のツール３０と第２のツール３１の比は、好ましくは、１：２〜１：８である。

図１２は、ロータ１７の分解組立て図であり、詳細図が図１３に示されている。壁要素５５が外側シリンダ５４にねじ止めされ、これら壁要素と外側シリンダとの間には案内レール５６がクランプされている。案内レール５６は、突出縁部５８を備えたダブテール形（dovetail）溝５７を有し、突出縁部５８は、壁要素５５の溝５９内に嵌まり込んでいる。次に、４つの第１のツール３０を案内レール５６中に押し込み、第１のツールは、１つの長手方向縁部５８に設けられた類似のダブテール輪郭形状６０を有している。頂部フランジ６２が外側シリンダ５４の頂部にねじ止めされ、底部フランジ６３がその底部にねじ止めされ、その結果、第１のツール３０は、軸方向に固定されている。さらに、ロータ１７は、分離された材料の侵入を生じないよう頂部蓋１４及び底部カバー６５によって保護されている。必要ならば第１のツール３０と第２のツール３１との間の距離を減少させるために大きな幅を備えた第１のツール３０を設けるのが良い。第１のツール３１の交換は、案内レール５６の形成により特に容易に実施できる。

複合材料、例えば電子回路の分離の際の正確な順序が図１４に流れ図で詳細に示されている。矢印７１で示されていて分離されるべき複合材料から先ず最初に鋏又は粗分離器７２を用いて妨害材料７３及び第１の鉄部品７４を除去する。次に、予備破砕７５を実施し、かかる予備破砕中、第１のプラスチック７６及び第２の鉄部品７７を除去する。次いで、破砕７８を更に行い、それにより第２のプラスチック７９及び第３の鉄部品８０を除去する。次に、この場合装置１０が形成する分別装置８１中及び静電分離器並びにオプションとしてスクリーン８２内において、残留材料８３、貴金属及び銅８４並びに無機材料８５を除去する。次に、第２のスクリーン８６及び第１の流動床式分離器８７内において、残留材料８８を更に除去する。最後に、第２の流動床式分離器８９によってアルミニウム９０及び銅９１を得る。

Claims (6)

1. 複合材料を分離する装置（１０）であって、前記装置は、モータによって駆動される回転軸線を備えた円筒形ロータ（１７）と、前記ロータの周囲に沿って規則的に分布して配置されると共に前記ロータから前記回転軸線に平行に突き出たストリップ状の第１の衝撃ツール（３０）とを含み、前記装置は、前記ロータを包囲した円筒形ステータ（１２）を更に含み、リング状空間（３２）が前記ロータと前記ステータとの間に形成され、前記装置は更に、前記リング状空間内に開口した空気供給チャネル（１５）及び前記リング状空間から遠ざかって延びる空気排出チャネル（３８）を含む、装置において、前記空気供給チャネル（１５）は、前記リング状空間（３２）の頂部領域内に開口し、前記空気排出チャネル（３８）は、前記リング状空間の底部領域から遠ざかって延び、前記ステータ（１２）の円筒形壁は、前記ステータの周囲に沿って規則的に分布して配置されると共に半径方向内方に突き出たストリップ状の第２の衝撃ツール（３１）を有する、装置。
2. 前記第１の衝撃ツール（３０）は、前記ロータ（１７）又は前記ステータ（１２）の前記周囲に沿って前記第２の衝撃ツール（３１）に対し、１：２〜１：８の比で分布して配置されている、請求項１記載の装置。
3. 前記第１の衝撃ツール（３０）の幅は、前記第２の衝撃ツール（３１）の幅の２倍又は３倍である、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記第１の衝撃ツールと前記第２の衝撃ツールとの間の距離は、２〜１０ｍｍ、特に５〜８ｍｍである、請求項１〜３のうちいずれか一に装置。
5. 前記第１の衝撃ツール（３０）は、ダブテール輪郭形状のものであり、前記第２の衝撃ツール（３１）は、案内レール（５６）の溝（５７）内に固定されている、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の装置。
6. 請求項１〜５のうちいずれか一に記載の装置を用いて複合材料を分離する方法であって、前記複合材料を部分的に破砕して小片にし、該小片を前記ロータと前記ステータとの間で前記リング状空間（３２）中に導入し、回転中の前記ロータ（１７）の前記第１の衝撃ツール（３０）と前記ステータ（１２）の前記第２の衝撃ツール（３１）との間で生じる圧力変化によって前記小片に強力な力を短く加え、前記複合材料の層を剪断力によって互いに分離し、圧縮空気を前記頂部から前記装置内に導入し、それにより前記リング状空間（３２）内における前記小片の滞留時間を制御する、方法。