JPH0817956B2 - 難破砕性プラスチック廃材の粉砕方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本出願の発明は、高度の難破砕性
を有する繊維強化プラスチック（以下ＦＲＰと称す）の
廃品および製造工程途中に発生する屑材などを、再利用
するために適切な粒度および粒度分布の粉末に効率よく
粉砕する方法および装置に関する。粉体は、無機化学工
業，有機化学工業，金属工業，食品工業など、多くの産
業界で用いられている原料の一つの形態であり、また、
作り上げられる製品の一つの形態でもある。従って、こ
の発明の利用分野は、上記の各分野で作り出される物質
の特性向上に寄与するものである。また、上記分野にお
ける各種複合材料の性能を著しく向上させることができ
るものである。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）とは、
繊維状の形態の強化材とマトリックスとしての熱硬化性
樹脂からなる複合材料であって、例えば強化材としてガ
ラス繊維を入れた樹脂（ＧＦＲＰ），カーボン繊維を入
れた樹脂（ＣＦＲＰ）や有機繊維を入れた樹脂等があ
り、これらの廃棄物は耐久性、高強度、軽量性など優れ
た性質を兼ね備えるため、破砕しにくく、特に繊維の切
断が非常に困難な材料である。樹脂の種類は目的に応じ
て多様にあり、イソ系の中耐食性樹脂の不飽和ポリエス
テル樹脂、高耐食性樹脂のビスフェノール系不飽和ポリ
エステル樹脂、耐酸化性樹脂のヘット酸系不飽和ポリエ
ステル樹脂および高耐食性樹脂のエポキシ樹脂などがあ
る。成形品の種類はＧＦＲＰだけを例にしても、産業用
構造材をはじめ、輸送機器（自動車・車両）、建設資材
（平，波板・浄化槽・便器・雑貨・ヘルメット・クーリ
ングタワー，浴室ユニット）などに広範囲に使用されて
いる。一般に、物体を粉末状に粉砕する方式には、大別
して（１）衝撃的応力による粉砕方式と（２）圧縮力に
よる圧壊方式とがあり、これらの機構を応用した各種の
粉砕装置が考案され実用に供されている。しかしながら
非破壊性、非圧壊性に富むＦＲＰ材料を効率よく粉砕し
て、一定粒度の粉末を作成するという目的を満たす粉砕
方法および装置は現存していなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＦＲＰ関係の産業廃棄
物は、製造業者にとっても自社発生のトリミングカス，
ポリマー残渣，成形不良品等を外部の産業廃棄物処理業
者に委託する埋立て依存比率が極めて高く、費用負担増
から経営を圧迫しており、また利用者側から見ても、住
宅のリフォーム等による廃棄物量が確実に増大し、ユニ
ットバスルームだけでも毎年１０〜１５万個、平・波板
も毎年１万トン以上が埋立て処分となり、沿岸漁船では
２２万隻、レジャー・ヨット１０万隻が順次廃棄とな
り、一部は不法投棄されることになる。これらの大量の
廃棄物は地球環境保全の上でも、大きな問題となってい
る。ＦＲＰは土中に埋めても半永久的に腐敗することな
く、焼却すると廃ガスによる大気汚染や濃縮された残渣
中の重金属などの二次公害という問題を惹起することに
なる。このように、ＦＲＰは産業上、幅広く利用されな
がら、それらの廃棄物の調査も未だ充分になされておら
ず、処理技術や方法が確立されていない。本発明は、こ
のような現状に鑑み、公害防止の点からも、また資源の
有効利用の点からも極めて有効な手段であって、ＦＲＰ
の廃棄物を粉砕することにより、資源として、例えばセ
メント系の無機質素材と複合化したり、あるいはＦＲＰ
へのリサイクル活用をはかるのに適した高性能、高品質
の微粉末を得ることを目的とする。本発明の開発に当っ
ては、下記の諸点を満足することを前提条件とした。第
１に二次公害を一切発生させないこと。第２にリサイク
ルに必要な粉末として物理的条件を備えていること。第
３に効率よく粉砕処理ができること等である。粉末とし
て回収することを目的とするため、焼却や加熱溶解およ
び薬品等による溶解などの化学的方法によることなく、
機械的に粉砕する方法を選択した。しかしながら、一般
に広く使用されている各種の粉砕機によるテストでは、
いずれもＦＲＰの粉砕には不適当との結論に達した。即
ち衝撃力による粉砕方式では例えばハンマーミルによる
粉砕の如く、破壊の段階までは可能であるが、材料を粉
末にするのは不可能であることが判明した。一方、圧縮
力による圧壊方式によれば、例えばスタンプミルの如
く、変形はするものの、組織まで破壊するには至らず、
前記目的を達するのは不可能であることが判った。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、難破砕性の
ＦＲＰを無公害な状態で完全に粉砕回収する手段とし
て、従来試みられなかった研削加工方式に着目した。一
般に研削加工は、加工する材料の表面を精度よく一定量
を除去することにより、材料表面を規定の寸法および表
面粗さに仕上げることを目的にするものであり、除去さ
れた材料粉はそのまま廃棄物となる。そこで、本発明者
は、逆の発想から前記材料を余すところなく全て研削す
ることにより、粉末化することを考えた。本発明はこの
ような新しい発想に基づき、難加工材料であるＦＲＰを
効率良く、しかも無公害で処理する粉砕方法および装置
を提供するものである。

【０００５】本出願の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）
廃材の粉砕方法の発明は、ＦＲＰ廃材を、高速回転する
研削ホイールの外周面に押付けて微粉状に粉砕する方法
において、研削ホイールとして外周面に２７０メッシュ
より粗い粒度のダイヤモンド粒子を密に有するダイヤモ
ンドホイールを用い、ＦＲＰ廃材の粉砕時に、高電圧に
よるコロナ放電によってイオン化された空気を前記ダイ
ヤモンドホイールの外周面に吹き付けて前記ＦＲＰ廃材
の微粉末の静電気の除去とダイヤモンドホイールの冷却
とを行うことを特徴とするものである。また、本出願の
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）廃材の粉砕装置の発明
は、外周面に２７０メッシュより粗い粒度のダイヤモン
ド粒子を密に有し、かつ前記外周面に多数の凹部を配設
されたダイヤモンドホイールと、該ダイヤモンドホイー
ルの回転駆動機構と、ＦＲＰ廃材を前記ダイヤモンドホ
イールの外周面に押付ける押圧機構と、ダイヤモンドホ
イールの外周面に対して高電圧によるコロナ放電によっ
てイオン化された空気を吹き付ける静電気除去機構と、
粉砕生成されたＦＲＰ廃材の微粉末を収集する粉末収集
機構とを有するものである。

【０００６】

【作 用】本出願の粉砕方法および装置によれば、ＦＲ
Ｐ廃材を高速回転するダイヤモンドホイールの外周面に
押付けることによって、ＦＲＰ廃材に含まれるガラス繊
維等の強化用繊維と熱硬化性樹脂とを共に同時に、再利
用するために適切な粒度および粒度分布の微粉末に、一
工程で効率よく粉砕することができ、またイオン化され
た空気をダイヤモンドホイールの外周面に吹き付けるこ
とによって、生成される微粉末に発生する静電気を除去
すると共に、ダイヤモンドホイールの強制冷却をなすこ
とができる。このようにして、本出願の発明によれば、
ダイヤモンド粒子の高い熱伝導性とダイヤモンドホイー
ルの強制冷却とによりホイールの過熱を防いで長時間の
粉砕作業を可能にする一方、静電気の除去によりさらさ
らした流動性のよい微粉末を作 成して微粉末の収集を容
易にし、また粉末収集機構の内部で浮遊状態になった微
粉末による粉塵爆発の危険を未然に防止することができ
る。

【０００７】

【実施例】本出願の発明を実施例に基づいて説明する。
まず、砥粒にダイヤモンドを利用したのは、ＦＲＰの強
化材となるガラス繊維やカーボン繊維などの入った熱硬
化性樹脂は硬度が高く、一般のアルミナ（ＷＡ），カー
ボランダム（ＧＣ）および立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）
等の砥粒を使用した場合、砥石の摩耗が極めて早く砥石
を頻繁に交換しなければならず、生産性および経済性の
点で不適当であるのと、これらの砥石の成分が大量に粉
砕生成物中に混入することにより、リサイクル用として
の品質面で問題を生じることが判ったことによる。ダイ
ヤモンド砥粒の種類については、現在市販されている工
業用天然ダイヤモンドまたは人造ダイヤモンドのいずれ
でも同様な性能を示す。一方、ダイヤモンド砥粒の粒度
に関しては、種々実験の結果ダイヤモンド砥粒の粒度に
より、作成される微粉末の粒度分布および粉砕能率が大
きく変化することが判った。ダイヤモンド砥粒の粒度の
大きいホイールによる研削では、粉砕生成粉の粒度は粗
く、砥粒が細かいほど細かい粒度の生成粉が得られる傾
向を示した。そして、２７０メッシュ（５３μｍ）より
細かい砥粒の場合には、粉末が細かくなりすぎ、粉砕に
要する時間がかかりすぎるなどのため、効果的でないこ
とがわかった。また、ダイヤモンドホイールの構成に関
しては、金属質，セラミック質，樹脂質等の台金に、電
気メッキ法，溶着法および焼結法等の方法でダイヤモン
ド砥粒を密に接着したホイールが好ましい。このような
構成にすると、切れ刃となるダイヤモンド砥粒が表面部
にきわめて多数配置され、効率よく材料を粉砕すること
ができる。効率を若干無視すれば、レジンボンド・メタ
ルボンドまたはビトリファイドボンド等の一般的なダイ
ヤモンドホイールを使用しても同様の粉砕を行うことが
可能である。更にホイールの外周表面にラセン状の溝な
どの適宜な凹部を設けることにより、外周表面に目詰ま
りを生じることもなく、粉砕された微粉末を速やかに且
つ連続的に排出，回収することができる。本出願の一実
施例である図示の粉砕装置は、粉砕加工領域を包囲する
防塵カバーの廃材挿入開口部に入る寸法のＦＲＰの廃材
を、一定量まとめて連続的に回転しているダイヤモンド
ホイールに一定圧力で押付け、ダイヤモンドホイールの
切削力により材料を粉末化するものである。押圧機構の
押付け圧力を調節することにより、材料供給スピードが
コントロールされ、粉末粒子の粒度の微調整も可能であ
る。また、ＦＲＰの微粉末の回収効率を高めて、微粉末
が作業者に与える影響を防止するため、更に、騒音防止
のために、前記したような防塵カバーおよび粉末収集機
構を備える。なお、端材や綿状ガラス繊維などの非粉末
状粉砕生成物と粉末とを分離するために、粉末収集機構
にフイルターを内蔵させたり、粉砕加工領域と粉末収集
機構との間にセパレートタンク等の分離機構を設けると
よい。また、粉末収集機構の吸引能力が強い場合には、
防塵カバーを外部から粉砕状況を観察できるような単な
るホイールカバーとしてもよく、逆に粉末収集機構の吸
引能力が弱い場合には、廃材挿入開口部に、エアカーテ
ン機構を設けて微粉が外部に一切飛散しないようにし、
かつ、エアカーテンの空気によってダイヤモンドホイー
ルの冷却効果を高めるようにしてもよい。更に、本出願
の発明では、特に前記防塵カバーの内側に、ダイヤモン
ドホイールの外周面に空気の吹出口を対向させて、高周
波高電圧によりコロナ放電でイオン生成を行なうノズル
式除電機構を設け、吹付けられるイオン化された空気に
よる除電効果によって、粉末に発生する静電気を除去
し、ホイールおよび防塵カバー内面への粉末の付着を防
止すると共に、吹付けられる空気によってホイールの強
制冷却を行うようにしている。

【０００８】次に、本出願の粉砕装置を図面により詳細
に説明する。図１は説明正面図、図２は説明側面図で、
本体架台１上の軸受２に支持された主軸３が、モータ４
によりモータプーリ５，ベルト６．主軸ブーリ７を介し
て回転される。主軸３にはダイヤモンドホイール８が固
定され、ホイール８は防塵カバー本体９と蓋体１１とか
らなる防塵カバーによって包囲され、防塵カバーの下方
にはダクト１２が配設され、ダクト１２にはホース１３
を介して粉末を収集する収粉機が連結される。また、本
体架台１上にはホイール８の外周面に向けて廃材載置台
１４を配設して、載置台１４の内端を前記防塵カバー本
体９の側面に設けた廃材挿入開口部を経て防塵カバー内
に挿入させ、ホイール８の外周面に近接させておく。更
に、架台１の側面にはシリンダ架台１５を介してエアシ
リンダ１６を配設し、エアシリンダ１６のピストン先端
に取付けた廃材押圧具１７により廃材載置台１４上に載
せたＦＲＰ廃材を、ダイヤモンドホイール８の外周表面
に押付けるものである。なお、１８はモータプーリ５，
ベルト６，主軸プーリ７を包囲するプーリカバーであ
る。次に、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）はダイヤモンド
ホイール８の一実施例の説明図で、（ａ）はホイールの
一部断面正面図，（ｂ）はホイール表面を示す断面展開
図，（ｃ）はホイール取付穴１９の側面図である。ホイ
ール８は、金属質．セラミック質・樹脂質等の台金を有
し、その外周表面には凹部を構成する溝２１を形成する
ように、ねじれ角αをなす螺旋状の多数の突条２２が設
けられ、該突条２２の表面には、電気メッキ法，溶着法
或いは焼結法等によって２７０メッシュより粗い粒度の
ダイヤモンド粒子が密に接着されている。また、このと
き溝２１の幅を突条２２の幅に対して図示の場合よりも
小さくし、一方前記ねじれ角αを適当に大きくすれば、
廃材が板状のものであっても溝２１の中に廃材の先端が
侵入することがなく、良好な粉砕を行うことができる。
本発明の粉砕装置は、以上のように構成されているの
で、載置台１４上に載せられたＦＲＰ廃材は、エアシリ
ンダ１６と廃材押圧具１７からなる押圧機構によってダ
イヤモンドホイール８の外周表面に押付けられて粉砕さ
れ、粉砕によって生じた粉末はイオン化された空気の吹
き付けによって除電され、高い分離性能と収集性能を与
えられてダクト１２，ホース１３を通り、最終的に粉末
収集機構をなす収粉機に効率よく収集される。

【０００９】次に、具体的な例を示す。例 １． 工業用天然ダイヤモンド３０〜４０メッシユ（６００〜
４２０μｍ）の砥粒を使用してダイヤモンドホイール
（２６０φ×７０ｍｍ）を試作した。これを図１．図
２．に示す粉砕装置（電動機馬力２ＨＰ）に装着し、毎
分５００回転の速度で回転させ、ＦＲＰ廃材の寸法５０
×４００ｍｍの板を束ねて、厚さ約３０〜４０ｍｍにし
て廃材載置台１４に載せ、毎分約１００ｍｍ程のスピー
ドでエアシリンダ１６によりホイール８の外周表面に押
付け、微粉末を作成した。生成した微粉末の粒度は表１
の通りであり、大部分が７４μｍ以下の微粉末に粉砕さ
れてることが判る。本条件の場合、時間当り微粉末生成
量は、約３ｋｇであった。

【００１０】

【表１】

【００１１】例．２． 工業用天然ダイヤモンド１６〜１８メッシュ（１０００
〜１２００μｍ）の砥粒を使用してダイヤモンドホイー
ル（２５０φ×１４０ｍｍ）を試作し、図１，図２に示
す粉砕装置を一部改良して（電動機馬力５ＨＰ）装着
し、例１と同じ条件で粉砕を行った。この結果、生成微
粉末の粒度は表２のように大部分が２１０μｍ以下で、
例１の場合に比べて粗くなることが判明した。粉砕効率
の面では、時間当り約９ｋｇと、例１の場合に比べると
ダイヤモンドホイールのホイール幅が２倍になり、電動
機馬力も２．５倍になったこともあるが、大幅に向上し
ていることが判る。例１，２共にダイヤモンド粒子と廃
材との間の摩擦による発熱は、ダイヤモンド粒子の高熱
伝導性のため吸収拡散されるのと、収粉機の吸引力に応
じた流入空気による空冷効果およびイオン化された空気
の吹き付けによる強制空冷のために、ダイヤモンドホイ
ールの温度上昇は殆ど認められなかった。

【００１２】

【表２】

【００１３】

【発明の効果】本出願の粉砕方法によれば、ＦＲＰ廃材
を一工程で能率よく、しかも経済的に大部分が粒度２０
０μｍ以下の微粉末に粉砕することができる。また、そ
の粉砕装置によれば、ダイヤモンドホイールの目詰まり
や温度上昇を起こすことがなくまた、作業場の雰囲気を
全く汚染することもなく、効率的かつ経済的に前記粉砕
方法を長時間にわたって実施し、微細に粉砕された利用
価値の高い粉末を有効に回収することができる。即ち、
イオン化された空気を、ＦＲＰ廃材を粉砕中のダイヤモ
ンドホイールの外周面に吹き付けることによって、ホイ
ールの強制冷却をなすと共に、生成されるＦＲＰの微粉
末に発生する静電気を除去することができ、微粉末の分
離性能を高め、微粉末がホイール表面や防塵カバーなど
の粉末収集機構の内面に付着したり、固まったりするこ
とを防ぎ、流動性を高めて収集性能や輸送性を向上させ
ることができる。また、微粉末が収集機構の内部で浮遊
状態になって、粉塵爆発を起こす危険を未然に防止でき
る。更に、分離性能、収集性能、輸送性を高められた微
粉末は、粉末収集後の袋詰め或いはセメントなど他の粉
体との混合などの事後の作業をきわめて容易にし、微粉
末の利用価値を格段に高くする効果がある。

【００１４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本出願の粉砕装置の防塵カバーの蓋体を外した
説明正面図である。

【図２】図１に示す粉砕装置の防塵カバーを一部除去し
た説明側面図である。

【図３】本出願の発明に使用するダイヤモンドホイール
の一実施例で、（ａ）は一部切断正面図、（ｂ）は外周
表面の説明断面図、（ｃ）は取付穴の側面図である。

【符合の説明】

４ モータ ８ ダイヤモンドホイール ９ 防塵カバー本体 １２ ダクト ２１ 溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維強化プラスチック廃材を高速回転す
   る研削ホイールの外周面に押付けて微粉状に粉砕する方
   法において、研削ホイールとして外周面に２７０メッシ
   ュより粗い粒度のダイヤモンド粒子を密に有するダイヤ
   モンドホイールを用い、繊維強化プラスチック廃材の粉
   砕時に、高電圧によるコロナ放電によってイオン化され
   た空気を前記ダイヤモンドホイールの外周面に吹き付け
   て、前記繊維強化プラスチック廃材の微粉末の静電気の
   除去とダイヤモンドホイールの冷却とを行うことを特徴
   とする繊維強化プラスチック廃材の粉砕方法
2. 【請求項２】 外周面に２７０メッシュより粗い粒度の
   ダイヤモンド粒子を密に有し、かつ前記外周面に多数の
   凹部を配設されたダイヤモンドホイールと、該ダイヤモ
   ンドホイールの回転駆動機構と、繊維強化プラスチック
   廃材を前記ダイヤモンドホイールの外周面に押付ける押
   圧機構と、ダイヤモンドホイールの外周面に対して高電
   圧によるコロナ放電によってイオン化された空気を吹き
   付ける静電気除去機構と、粉砕生成された繊維強化プラ
   スチック廃材の微粉末を収集する粉末収集機構とを有す
   る繊維強化プラスチック廃材の粉砕装置