WO2020053092A1 - Recyclingverfahren von metall-kunststoff-strukturen und produkt hergestellt mit einem recyclingverfahren - Google Patents

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    • Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling

Definitions

  • the present invention is based on the utilization of metal-plastic structures.
  • Metal scrap with plastic build-up is a valuable raw material.
  • the desire to recycle metal scrap with plastic build-up is due to the need for low energy consumption during recycling and a great flexibility in terms of shape of the products produced by recycling.
  • the invention is based on the technical object of providing a method with which metal scrap with plastic adhesions can be recycled, with which only little energy is used and with which products a large range of shapes can be produced.
  • This object is achieved by a method for recycling metal scrap which has plastic attachments, the metal scrap being shredded into shredder particles in a comminution step, and in a shaping step
  • Shredder particles are arranged in a predetermined shape to form a loose compound, and the compound is heated in a connecting step, characterized in that the compound is heated in the connecting step to a heating temperature below the melting point of the plastic adhesions.
  • the method according to the invention has the advantage that cohesive connections between the individual shredder particles result from the heating.
  • the product of the method according to the invention is a porous sponge-like metal-plastic hybrid material.
  • the duration of the heating in the method according to the invention depends on the thickness of the compound. For example, with a thickness of 3 cm, heating for about 5 minutes is necessary.
  • the method according to the invention it is not necessary to increase the ambient pressure or to exert pressure on the compound. This means that the method is preferably carried out without applying pressure.
  • the heating temperature is between 120 ° C. below the melting point and 1 ° C. below the melting point of the plastic adhesives, preferably between 100 ° C. below the melting point and 30 ° C. below the melting point of the plastic adhesions, particularly preferably between 80 ° C. below the melting point and 60 ° C below the melting point of the plastic build-up and in particular about 60 ° C below the melting point of the plastic build-up. It is conceivable, for example, that the heating temperature is around 230 ° C if the plastic is made of polyamide.
  • the shredder particles are sorted according to their size after the comminution step and before the shaping step, only shredder particles of a predetermined size range being arranged in the predetermined shape in the shaping step.
  • the predetermined size range of the shredder particles determines the porosity of the product. Properties of the product can be controlled directly via the size of the shredder particles. It is conceivable that the sorting takes place in a screening machine.
  • the shredder particles are arranged in the predetermined shape in the molding step by introducing them into a tool mold, the tool shape being removed from the compound after the connecting step, the compound preferably in the connecting step is heated by heating the mold.
  • the shredder particles in the molding step are arranged in the predetermined shape by introducing between two thermoplastic films, the thermoplastic films preferably being arranged in a mold. This enables a cohesive connection to be created between the thermoplastic films and the compound.
  • the shredder particles are arranged in the predetermined shape in the shaping step by inserting between two cover plates.
  • the cover plates are between 0.25 mm and 1 mm thick. It is conceivable that both cover plates are of the same thickness. It is conceivable that with a thickness of the cover sheets of 1 mm and a thickness of the compound between the cover sheets, the heating is carried out over a period of one second to 60 seconds, preferably from 10 seconds to 60 seconds.
  • the heating takes place inductively.
  • induction coils induce eddy currents in the metal scrap of the compound. This enables energy-efficient and precisely controllable heating to be achieved in an advantageous manner.
  • Additives are added to the shredder particles, the additives preferably having a melting temperature in the range of the melting temperature of the plastic buildup. This makes it possible to further improve the mechanical properties of the product, for example to increase the mechanical stability, or to strengthen the integral connections between the shredder particles. It is conceivable that polyamide 6 and / or polyamide 6.6 are used as additives.
  • the product is advantageously light, torsionally rigid, absorbs sound and vibrations and has, for example, an increased fire protection class compared to aluminum foam. It is also possible to implement electromagnetic shielding using the product. It is conceivable, for example, that the product is a bulk foam with a stochastic open-pore surface. This is ideal for absorbing sound. But it is also conceivable that the product is a profile filling to optimize stiffness. It is also conceivable that the product is a composite material with a sandwich structure, the compound being arranged between two cover plates.
  • the product is a composite material with a sandwich structure, the compound being arranged between two cover plates and the product having a plastic layer which is integrally bonded to the cover plates.
  • the product can be, for example, a floor or a ceiling of a railroad car.
  • the compound is produced as a near-net shape. Due to the good formability of the compound, this enables products that only need to be reworked slightly.
  • FIGS 2 a - c schematically show parts of the method and the product according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 schematically shows the method according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • shredding step A metal scrap with plastic adhesives made of polyamide is shredded to shredder particles.
  • the shredder particles are sorted by size in a sorting step A 'in a screening machine. Only shredder particles from a predetermined size range are used for the following process steps.
  • step B ' additives, for example shredded film waste, are added to the shredder particles.
  • shaping step B the shredder particles are brought into a predetermined shape together with the additives as a compound (see FIG. 2).
  • a connecting step C the compound is heated to a heating temperature just below the melting point of the plastic buildup.
  • FIG. 2 (a) shows the shaping step according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the compound 1 is held by the mold 2 in the form intended, here an ellipse.
  • FIG. 2 (b) shows the connection step forming step according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the compound 1 is surrounded by two thermoplastic films 3 and is held by the mold 4 in the predetermined shape.
  • the mold 4 is shown here at a distance from the thermoplastic films 3, but in fact the thermoplastic films 3 are in contact with the mold 4.
  • the heating takes place inductively via the induction coils 5.
  • FIG. 1 shows the shaping step according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the compound 1 is held by the mold 2 in the form intended, here an ellipse.
  • FIG. 2 (b) shows the connection step forming step according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the compound 1 is surrounded by two thermoplastic films 3 and is held by the mold 4 in the predetermined shape.
  • the mold 4 is shown here at
  • FIG. 2 (c) shows the product 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the compound 1 is arranged between two cover plates 6.
  • Plastic layers 7 are arranged on the sides of the cover plates 6 facing away from the compound 1, which are integrally connected to the cover plates 6.
  • the product 100 thus has a sandwich structure.
  • the compound 1 is approximately 5 mm thick, the cover plates 6 are each approximately 1 mm thick.
  • the product 100 shown here is ideal, for example, as a ceiling or floor in railroad cars.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Recyceln von Kunststoffanhaftungen aufweisendem MetaIIschrott vorgeschlagen, wobei in einem Zerkleinerungsschritt (A) der Metallschrott in Schredderpartikel geschreddert wird, in einem Formungsschritt (B) die Schredderpartikel in einer vorbestimmten Form zu einem losen Compound (1) angeordnet werden, und in einem Verbindungsschritt (C) der Compound (1) erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Compound (1) im Verbindungsschritt (C) auf eine Erhitzungstemperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Kunststoffanhaftungen erhitzt. Weiterhin wird ein Produkt (100) hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen.

Description

BESCHREIBUNG
Titel
Recyclingverfahren von Metall-Kunststoff-Strukturen und Produkt hergestellt mit ei- nem Recycling verfahren
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von der Verwertung von Metall-Kunststoff- Strukturen. Metallschrott mit Kunststoffanhaftungen stellt einen wertvollen Rohstoff dar. Im Rahmen der Steigerung des effizienten Umgangs mit Rohstoffen und vor dem Hintergrund der Endlichkeit vorhandener Ressourcen, ist es wünschenswert, möglichst viele Materialien nach Gebrauch wiederzuverwenden.
Dem Wunsch nach Wiederverwertung von Metallschrott mit Kunststoffanhaftungen stehen das Bedürfnis nach geringem Energieverbrauch beim Recycling und einer großen formgeberischen Flexibilität der durch das Recycling hergestellten Produkte.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem Metallschrott mit Kunststoffanhaftungen wiederverwertet werden kann, bei dem nur wenig Energie verbraucht wird und mit welchem Produkte einer großen Bandbreite von Formen hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Recyceln von Kunststoffanhaf- tungen aufweisendem Metallschrott, wobei in einem Zerkleinerungsschritt der Metall- schrott in Schredderpartikel geschreddert wird, in einem Formungsschritt die
Schredderpartikel in einer vorbestimmten Form zu einem losen Compound angeord- net werden, und in einem Verbindungsschritt der Compound erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Compound im Verbindungsschritt auf eine Erhitzungstem- peratur unterhalb des Schmelzpunktes der Kunststoffanhaftungen erhitzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass durch das Erhitzen stoff- schlüssige Verbindungen zwischen den einzelnen Schredderpartikeln entstehen. Das Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein poröser schwammartiger Metall- Kunststoff-Hybridwerkstoff. Die Dauer der Erhitzung hängt bei dem erfindungsgemä- ßen Verfahren von der Dicke des Compounds ab. So ist beispielsweise bei einer Di- cke von 3 cm eine Erhitzung von circa 5 Minuten nötig.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht nötig, den Umgebungsdruck zu er- höhen oder Druck auf den Compound auszuüben. Das heißt, dass das Verfahren vorzugsweise ohne das Einbringen von Druck ausgeführt wird.
Denkbar ist, dass die Erhitzungstemperatur zwischen 120° C unter dem Schmelz- punkt und 1 ° C unter dem Schmelzpunkt der Kunststoffanhaftungen, vorzugsweise zwischen 100° C unter dem Schmelzpunkt und 30° C unter dem Schmelzpunkt der Kunststoffanhaftungen, besonders bevorzugt zwischen 80° C unter dem Schmelz- punkt und 60° C unter dem Schmelzpunkt der Kunststoffanhaftungen und insbeson- dere circa 60° C unter dem Schmelzpunkt der Kunststoffanhaftungen liegt. Dazu ist beispielsweise denkbar, dass wenn die Kunststoffanhaftungen aus Polyamid beste- hen, die Erhitzungstemperatur bei circa 230° C liegt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteran- sprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ent- nehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgese- hen, dass die Schredderpartikel nach dem Zerkleinerungsschritt und vor dem For- mungsschritt nach ihrer Größe sortiert werden, wobei ausschließlich Schredderparti- kel eines vorbestimmten Größenbereichs im Formungsschritt in der vorbestimmten Form angeordnet werden. Der vorbestimmte Größenbereich der Schredderpartikel bestimmt die Porosität des Produktes. So können über die Größe der Schredderpar- tikel direkt Eigenschaften des Produktes gesteuert werden. Denkbar ist, dass das Sortieren in einer Siebmaschine geschieht. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schredderpartikel im Formungsschritt durch Einbringen in eine Werkzeugform in der vorbestimmten Form angeordnet werden, wobei die Werkzeug- form nach dem Verbindungsschritt von dem Compound entfernt wird, wobei vor- zugsweise im Verbindungsschritt der Compound durch Erhitzen der Werkzeugform erhitzt wird. Dies ermöglicht ein einfaches und günstiges Formen des Produktes. Möglich ist damit, das Verfahren mit einer hohen Taktzahl zu wiederholen und somit eine hohe Anzahl von recycelten Produkten herzustellen. Denkbar ist, dass das Ver- fahren mit einer Vielzahl von gleichen Werkzeugformen parallel durchgeführt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schredderpartikel im Formungsschritt durch Einbringen zwi- schen zwei thermoplastische Folien in der vorbestimmten Form angeordnet werden, wobei die thermoplastischen Folien vorzugsweise in einer Form angeordnet werden. Dies ermöglicht es, dass eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den thermoplas- tischen Folien und dem Compound entsteht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schredderpartikel im Formungsschritt durch Einbringen zwi- schen zwei Deckbleche in der vorbestimmten Form angeordnet werden. Damit ent- steht in vorteilhafter weise eine Sandwich-Struktur. Denkbar ist, dass die Deckble- che zwischen 0,25 mm und 1 mm dick sind. Denkbar ist, dass beide Deckbleche gleich dick sind. Denkbar ist, dass bei einer Dicke der Deckbleche von 1 mm und einer Dicke des Compounds zwischen den Deckblechen die Erhitzung über einen Zeitraum von einer Sekunde bis zu 60 Sekunden, vorzugsweise von 10 Sekunden bis zu 60 Sekunden ausgeführt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Erhitzung induktiv erfolgt. Dazu werden von Induktionsspulen Wirbelströme in den Metallschrott des Compounds induziert. Damit lässt sich auf vor- teilhafte Weise eine energieeffiziente und genau steuerbare Erhitzung realisieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Zerkleinerungsschritt und dem Verbindungsschritt den Schredderpartikeln Zusatzstoffe beigemischt werden, wobei die Zusatzstoffe vorzugsweise eine Schmelztemperatur im Bereich der Schmelztemperatur der Kunststoffanhaftungen aufweisen. Dies ermöglicht, die mechanischen Eigenschaften des Produktes weiter zu verbessern, beispielsweise die mechanische Stabilität zu erhöhen, beziehungsweise die stoffschlüssigen Verbindungen der Schredderpartikel untereinander zu stärken. Denkbar ist, dass dazu Polyamid 6 und/oder Polyamid 6.6 als Zusatzstoffe verwendet werden.
Denkbar ist aber auch, dass als Zusatzstoffe geschredderte Folienabfälle und/oder Kunststoffpartikel und/oder Kunststoffschaum verwendet werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs ge- stellten Aufgabe ist ein Produkt hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vor- hergehenden Ansprüche. Das Produkt ist vorteilhaft leicht, verwindungssteif, schluckt Schall und Vibrationen und besitzt beispielsweise gegenüber Aluminiumschaum eine erhöhte Brandschutzklasse. Weiterhin ist es möglich, eine elektromagnetische Ab- schirmung durch das Produkt zu realisieren. Denkbar ist beispielsweise, dass das Produkt ein Bulk-Schaum mit einer stochastischen offenporigen Oberfläche ist. Dies eignet sich hervorragend zum Absorbieren von Schall. Denkbar ist aber auch, dass das Produkt eine Profilfüllung zur Steifigkeitsoptimierung ist. Weiterhin ist denkbar, dass das Produkt ein Verbundwerkstoff mit einer Sandwichstruktur ist, wobei der Compound zwischen zwei Deckblechen angeordnet ist. Vorstellbar ist aber auch, dass das Produkt ein Verbundwerkstoff mit einer Sandwichstruktur ist, wobei der Compound zwischen zwei Deckblechen angeordnet ist und das Produkt eine an die Deckbleche stoffschlüssig angebundene Kunststoffschicht aufweist. Das Produkt kann beispielsweise ein Fußboden oder eine Decke eines Eisenbahnwaggons sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgese- hen, dass der Compound als Near-Netshape-Form hergestellt ist. Dies ermöglicht durch die gute Formbarkeit des Compounds Produkte, welche nur noch geringfügig nachbearbeitet werden müssen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausfüh- rungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfin- dungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figuren 1 zeigt schematisch das Verfahren gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figuren 2 a - c zeigen schematisch Teile des Verfahrensbeziehungsweise und das Produkt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszei- chen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
In Figur 1 ist schematisch das Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungs- form der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im Zerkleinerungsschritt A wird Metall- schrott mit Kunststoffanhaftungen aus Polyamid zu Schredderpartikeln geschreddert. Die Schredderpartikel werden in einem Sortierschritt A‘ in einer Siebmaschine nach Größe sortiert. Ausschließlich Schredderpartikel aus einem vorbestimmten Größen- bereich werden für die folgenden Verfahrensschritte verwendet. Den Schredderparti- keln werden in einem Zusatzschritt B‘ Zusatzstoffe, beispielsweise geschredderte Folienabfälle, beigesetzt. Im Formungsschritt B werden die Schredderpartikel zu- sammen mit den Zusatzstoffen als Compound in eine vorbestimmte Form gebracht (siehe Figur 2). In einem Verbindungsschritt C wird der Compound auf eine Erhit zungstemperatur knapp unterhalb des Schmelzpunktes der Kunststoffanhaftungen erhitzt. Im der dargestellten Ausführungsform sind dies 230° C für 30 Sekunden. Durch das Verfahren wird der Metallschrott zu einem leichten und verwindungsstei- fen Produkt recycelt. In Figur 2 (a) ist der Formungsschritt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Compound 1 wird von der Werkzeugform 2 in der vorgesehenen Form, hier eine Ellipse, gehalten. Figur 2 (b) zeigt den Ver- bindungsschritt Formungsschritt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Compound 1 ist von zwei thermoplastischen Folien 3 umgeben und wird mit dieser von der Form 4 in der vorgegebenen Form gehalten. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist die Form 4 hier von den thermoplastischen Folien 3 beabstandet dargestellt, tatsächlich liegen die thermoplastischen Folien 3 jedoch an der Form 4 an. Das Erhitzen geschieht induktiv über die Induktionsspulen 5. In Figur 2 (c) ist das Produkt 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Compound 1 ist zwischen zwei Deckble- chen 6 angeordnet. Auf den dem Compound 1 abgewandten Seiten der Deckbleche 6 sind Kunststoffschichten 7 angeordnet, welche stoffschlüssig mit den Deckblechen 6 verbunden sind. Das Produkt 100 weist also eine Sandwichstruktur auf. Der Com- pound 1 ist circa 5 mm dick, die Deckbleche 6 sind jeweils circa 1 mm dick. Das hier dargestellt Produkt 100 eignet sich beispielsweise hervorragend als Decke oder Fußboden in Eisenbahnwaggons.
Bezugszeichenliste
1 Compound
2 Werkzeugform
3 thermoplastische Folie
4 Form
5 Induktionsspule
6 Deckblech
7 Kunststoffschicht
100 Produkt
A Zerkleinerungsschritt
A‘ Sortierschritt
B Formungsschritt
B‘ Zusatzschritt
C Verbindungsschritt

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Recyceln von Kunststoffanhaftungen aufweisendem Me- tallschrott, wobei
in einem Zerkleinerungsschritt (A) der Metallschrott in Schredderpartikel geschreddert wird,
in einem Formungsschritt (B) die Schredderpartikel in einer vorbestimm- ten Form zu einem losen Compound (1 ) angeordnet werden, und in einem Verbindungsschritt (C) der Compound (1 ) erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Compound (1 ) im Verbindungsschritt (C) auf eine Erhitzungstemperatur unterhalb des Schmelzpunktes der Kunststoffanhaftungen erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Schredderpartikel nach dem Zer- kleinerungsschritt (A) und vor dem Formungsschritt (B) nach ihrer Größe sortiert werden, wobei ausschließlich Schredderpartikel eines vorbe- stimmten Größenbereichs im Formungsschritt (B) in der vorbestimmten Form angeordnet werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schredderpartikel im Formungsschritt (B) durch Einbringen in eine Werkzeugform (2) in der vorbestimmten Form angeordnet werden, wo- bei die Werkzeugform (2) nach dem Verbindungsschritt (C) von dem Compound (1 ) entfernt wird, wobei vorzugsweise im Verbindungsschritt (C) der Compound (1 ) durch Erhitzen der Werkzeugform (2) erhitzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Schredderparti- kel im Formungsschritt (B) durch Einbringen zwischen zwei thermoplas- tische Folien (3) in der vorbestimmten Form angeordnet werden, wobei die thermoplastischen Folien (3) vorzugsweise in einer Form (4) ange- ordnet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Schredderparti- kel im Formungsschritt (B) durch Einbringen zwischen zwei Deckbleche (6) in der vorbestimmten Form angeordnet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erhit zung induktiv erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Zerkleinerungsschritt (A) und dem Verbindungsschritt (C) den Schredderpartikeln Zusatzstoffe beigemischt werden, wobei die Zusatz- stoffe vorzugsweise eine Schmelztemperatur im Bereich der Schmelz- temperatur der Kunststoffanhaftungen aufweisen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei als Zusatzstoffe geschredderte Foli- enabfälle und/oder Kunststoffpartikel und/oder Kunststoffschaum ver- wendet werden.
9. Produkt (100) hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorher- gehenden Ansprüche.
10. Produkt (100) nach Anspruch 9, wobei der Compound (1 ) als Near- Netshape-Form hergestellt ist.
PCT/EP2019/073847 2018-09-12 2019-09-06 Recyclingverfahren von metall-kunststoff-strukturen und produkt hergestellt mit einem recyclingverfahren Ceased WO2020053092A1 (de)

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