硬质塑料瓶粉碎热熔回收再生设计

丁伊博 赵宇 张欣 谢宇 李池瑶

摘  要：针对塑料的回收问题，本文讨论了PET塑料材质的粉碎热熔回收处理。将收集的主要原料为PET的硬质塑料瓶去除瓶盖及标签后，进行粉碎处理，使之变为符合加工要求的塑料碎片;通过进行热熔加工使塑料碎片变为熔融态，并采用挤压的方式进行输送，以实现后续产业加工的原料供应。本文通过分析PET塑料材质的优质特性，提供了装置设计的推荐参数，为PET塑料瓶的粉碎热熔回收处理提供了解决方案。

关键词：PET塑料  粉碎  热熔  再利用

中图分类号：X705-18                       文献标识码：A                  文章编号：1674-098X（2021）01（a）-0057-04

Abstract：Aiming at the problem of plastic recovery， this paper discusses the crushing hot melt recovery treatment of PET plastic material. After removing the cap and label of the PET hard plastic bottle， the main raw material is crushed to make it into plastic fragments that meet the processing requirements. Through hot melt processing， the plastic fragments become melt state， and are transported by extrusion to realize the raw material supply of subsequent industrial processing. Through analyzing the high quality characteristics of PET plastic material， this paper provides the recommended parameters of device design， and provides a solution for crushing and hot melt recovery of PET plastic bottle.

Key Words：PET plastic; Crushing; Hot melt; Recycle

塑料为我们生活带来便利的同时也带来巨大的环境污染危机，变废为宝一直是人们科研的目标。但塑料瓶作为一种生活中常见的储水容器，使用后随手丢弃不但浪费了资源，更造成污染。将废弃塑料回收利用不仅有利于环境和人类健康的保护，同时也有利于塑料工业的生产和国家的可持续发展。因而在这里我们将收集的硬质塑料进行回收处理并对其加热，使之变为熔融态，最后可以通过挤压排出，实现塑料的再利用。

1  塑料瓶的人工挑选以及外附材质的去除

塑料瓶主要是由聚乙烯或聚丙烯等材料并添加了多种有机溶剂后制成的。塑料瓶广泛使用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）为原料，添加了相应的有机溶剂后，经过高温加热后，通过塑料模具经过吹塑、挤吹、或者注塑成型的塑料容器。

PET塑料分子结构高度对称，具有一定的结晶取向能力，故而具有较高的成膜性。PET塑料具有很好的光学性能和耐候性，非晶态的PET塑料具有良好的光学透明性。PET材料做成塑料瓶具有強度大、透明性好、无毒、防渗透、质量轻、生产效率高等优点，因而受到了广泛的应用。

以PET为主要成分的塑料瓶在瓶底都会标示 “PET”，并标有一个可回收的标记。由于一般的塑料瓶盖主要由LD-PE或PVC构成，因此在回收利用过程中对瓶盖和瓶身进行筛选。同时，塑料瓶的外包装贴纸往往也是采用与瓶身相同的PET原料进行制造，因此大多数情况下也可以同瓶身一并粉碎再利用。

2  再生装置的各部分设计

2.1 塑料粉碎处理

粉碎处理装置，如图1中序号1所示，主要由粉碎箱及其内部的一个注料漏斗和四个破碎刀辊组成。刀辊之间通过皮带相互连接。塑料瓶投入至粉碎箱中，粉碎箱外部连接的两个驱动电机将启动。驱动电机对应刀辊依次并做转向相反的旋转运动。落入粉碎箱的塑料瓶经历第一次切割后，粉碎率并不高，因此在皮带的连接作用下，通过下方设置的第二对刀辊进行第二次的粉碎处理。

2.2 筛选网分选及不合格碎片的粉碎加工

PET塑料经过刀辊的绞碎处理后，此时塑料瓶本身的粉碎程度已接近加工要求。但仍有极少数的碎片化塑料无法满足进行下一步热熔处理的材料加工要求。通过筛网的分选处理，如图1中序号2所示，将满足精度要求的塑料碎片直接过滤到连接的热熔处理装置，进行输送并热熔加工，而未满足的塑料碎片将通过一旁的管道重新进入到刀辊的粉碎口，重新进行粉碎处理以满足加工要求。粉碎箱设定为倾斜状态，在箱体的一端装有出料管，粉碎后的塑料将直接落入底部的出料管。出料管端部安装有风机，如图1中序号3所示，粉碎后的塑料在风机的吹动下将直接到达出口段，通过连接的管道进行下一步的热熔处理。

2.3 塑料的融化加热及运输

在管道的另一端连接着热熔筒，热熔筒中包含有推进杆，主要由外部连接的驱动电动机进行控制。推动杆的一端与驱动电机的输出轴连接，中间部分套着联轴器，起到过载保护的作用。热熔筒的内壁设置有加热器，加热器采用的是陶瓷加热器。陶瓷加热器是一种高效热分部均匀的加热器，热导性极佳的金属合金，确保受热面温度均匀，消除了设备的热点及冷点。热熔筒的一端设置有排料管，方便融化后塑料能够及时排出。控制驱动电机启动带动推进杆的运转，通过旋转推进的方式，将粉碎后的塑料运送至装置的出口部分。由于出料口的直径尺寸较小，因此将推进杆的前端结构设计为锥形，方便对熔融态的塑料进行推进及排出。在热熔筒靠近排料管内部设置了加热器，可以实现对原料进行加热融化，而后通过排料管排出，对塑料瓶进行热熔后的回收处理加工。利用回收装置，实现对硬质塑料瓶的热熔塑料回收，结构简单操作方便且成本较低。

3  材料及装置指标参数

3.1 塑料瓶材质的参数指标

经查阅资料可知PET塑料部分性能指标如表1所示。

由表1可知PET具有良好的透明性及光泽度，符合食品安全性标准，并可回收处理，可抽丝加工作成聚酯丝。其拉伸强度同时具有刚性佳、强度高的特点，但高热若有水气会产生水解作用，使物性及机械下降、表面产生雾化现象。面对二氧化碳（碳酸饮料瓶）、氧气的阻隔性佳。耐有机溶剂、油、弱酸，但不耐碱。因此熔融再利用的塑料用于生产的过程中，应尽量避免高温以及碱性的应用环境。

表2为查询资料所得的部分聚氯乙烯特性参数指标。

对比PET塑料与聚氯乙烯塑料的特征，可以发现：PET塑料相对于聚氯乙烯塑料更加轻盈，吸水率相对而言较低。在湿度较大的环境中，受到的影响相对较小。尤其PET塑料的抗拉强度远高于聚氯乙烯材料，使得后续的塑料加工产品的性能更强。

3.2 粉碎装置推荐参数指标

3.3 加热装置指标参数

大部分非结晶性塑料加热到粘流温度以上，结晶性塑料加热到其晶体熔点以上均表现为粘稠流体状态，流动性取决于分子量及分子结构。部分热塑性塑料的粘流温度或熔点高于其分解温度，通常无法熔化。PET融化适宜温度在240℃～270℃之间，考虑到传热过程中会有热量的损失，因此陶瓷加热器的温度应控制在靠近254℃的温度附近。

4  结语

本装置是将PET材质的塑料瓶进行回收再生的装置。通过在装置内部粉碎和控温加热，实现了对塑料的热熔处理，后续可以通過将熔融态的碎料进行冷却以及重新塑性，来实现对产业链材料的补充。

参考文献

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