СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПЕРЕРАБОТКИ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ Российский патент 2005 года по МПК B29B17/00 B29K101/12 

Изобретение относится к области переработки бытовых отходов, а именно к переработке пластмассовых изделий цилиндрической формы, преимущественно пластиковых бутылок.

Известны способы переработки пластмассовых бытовых отходов, заключающиеся в их утилизации захоронением и сжиганием [1]. Это очень дорогостоящие способы, требующие отвода площадей, строительства специальных сооружений, и экологически вредны. Известен способ, основанный на плавлении использованных пластмассовых отходов, экструзии, таблетировании или грануляции для вторичного использования их в производстве пластмассовых изделий [2, 3]. Данный способ имеет большую энергоемкость, требует значительных экономических затрат на технологическое оборудование, а повторное плавление приводит к изменению структуры и ухудшению свойств материала.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ переработки пластмассовых отходов, согласно которому отходы сначала измельчают (разрезают на части) и затем используют их в технологическом процессе изготовления новых изделий [4].

Процесс измельчения отходов в мелкие частицы энергоемкий, а сам способ до получения конечного продукта - многостадийный, включающий технологические операции сепарации, мойки, сушки, разогрева, плавления и литья под давлением. Все эти технологические операции увеличивают энергозатраты и стоимость переработки пластмассовых отходов.

Известны устройства измельчения отходов, например [5, 6], работа которых основана на измельчении (разделении) отходов механическим путем (резанием, дроблением) в мелкие частицы либо порошок. Известные устройства имеют недостаток - большие затраты энергии на разделение отходов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для измельчения отходов [7], содержащее установленные на раме подающий механизм и узел резки отходов. Недостатком данного устройства также является высокая энергоемкость процесса измельчения, так как перерабатываемое изделие измельчается на мелкие частицы, а сами частицы могут быть использованы лишь как добавки к сырью при реализации известных способов изготовления пластмассовых изделий.

Задачей настоящего изобретения является расширение технологических возможностей способа путем получения конечного продукта, в частности ленты, прутка или жгута, с малыми затратами энергии и низкой стоимостью.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки пластмассовых изделий цилиндрической формы, преимущественно пластиковых бутылок, включающем измельчение изделий резанием, согласно изобретению сначала отделяют нецилиндрическую часть изделия, затем цилиндрическую часть изделия разрезают по винтовой линии на ленту, ленту либо пакет лент скручивают, подвергают нагреву до оплавления, протягивают и обжимают между валками.

Введение вместо измельчения изделия операции резки изделия на ленту с последующим скручиванием, нагревом до оплавления, протяжкой и обжатием ленты позволяет получить новый конечный продукт - ленту, скрученную и оплавленную в пруток. Скручиванием, нагревом до оплавления, протяжкой и обжатием пакета лент достигается получение нового конечного продукта - жгута. Нагревом до оплавления, протяжкой и обжатием ленты без ее скручивания можно получить новый конечный продукт - ленту с оплавленными кромками. Все виды нового конечного продукта (лента, скрученная и оплавленная в пруток, лента с оплавленными кромками, жгут) могут быть непосредственно использованы как конструкционные элементы при изготовлении бытовых (преимущественно) и промышленных изделий различного назначения.

Снижение энергоемкости переработки пластмассовых изделий в заявляемом способе достигается существенным уменьшением длины резания по сравнению с суммарной длиной резания по периметрам измельченных частиц и малыми затратами энергии на дополнительные операции по скручиванию, нагреву до оплавления, протяжке и обжатию ленты для получения конечного продукта.

Выбором температурного режима при протяжке и обжатии достигается изменение жесткости по осям поперечного сечения конечного продукта, шероховатости и коэффициента трения поверхностей конечного продукта.

Скручиванием, нагревом до оплавления, протяжкой и обжатием пакета лент достигается увеличение несущей способности конечного продукта - жгута.

Поставленная задача также решается новым устройством переработки пластмассовых изделий цилиндрической формы, преимущественно пластиковых бутылок. Для этого известное устройство, содержащее подающий механизм и узел резки изделия, установленные на раме, снабжено устройством обработки нарезанных в виде ленты частей перерабатываемых изделий, включающим челночный механизм с электроприводом, фен и устройство протяжки и обжатия ленты, содержащее электропривод, валки с насечкой и прижимное устройство валков, при этом подающий механизм выполнен в виде винтовой передачи, винт которой соединен с захватывающим устройством пластмассовых изделий цилиндрической формы и электроприводом, установленным на направляющих, и направляющей опоры, а узел резки изделий включает термическое режущее устройство в виде нихромовой проволоки, установленной на подпружиненном рычаге, и механическое режущее устройство, содержащее неподвижный нож и роторный нож с электродвигателем, установленные на площадке, балансирно закрепленной на раме.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1, 2), где дана схема взаимосвязей узлов устройства.

Предлагаемое устройство, реализующее способ переработки пластмассовых изделий цилиндрической формы, преимущественно пластиковых бутылок, содержит раму 1, подающий механизм 2, узел резки 3 и устройство обработки нарезанных в виде ленты частей перерабатываемых изделий 4, включающее челночный механизм 5, фен 6, устройство протяжки и обжатия 7.

Подающий механизм 2 содержит винт 8, установленный в опорах 9, одна из которых является гайкой, образующей с винтом 8 винтовую передачу, захватывающее устройство 10 пластмассовых изделий цилиндрической формы, электропривод 11, установленный на направляющих 12, и направляющую опору 13, выполненную в виде обечайки, охватывающей перерабатываемое изделие. Опоры 9, направляющие 12 и направляющая опора 13 закреплены на раме 1.

Узел резки 3 включает термическое и механическое режущие устройства. Термическое режущее устройство выполнено в виде нихромовой проволоки 14, укрепленной электроизолированно на рычаге 15, установленном вращательно на раме 1 и подпружиненном посредством возвратной пружины. Механическое режущее устройство содержит неподвижный нож 16 и роторный нож 17, установленный на валу электродвигателя 18. Неподвижный нож 16 и электродвигатель 18 с роторным ножом 17 закреплены на площадке 19, установленной балансирно в опорах на раме 1.

Челночный механизм 5 содержит скобу 20, бобину 21 и электропривод 22, причем скоба 20 имеет вал 23,соединенный с электроприводом 22, ось 24 с прямоугольным отверстием и ось 25 для установки бобины 21. Скоба 20 посредством вала 22 и оси 24 установлена в опорах 26 на раме 1.

Фен 6 установлен на направляющей 27, закрепленной на раме 1.

Устройство протяжки и обжатия 7 содержит электропривод (на чертеже не показан), приводной 28 и прижимной 29 валки с насечкой, установленные в опорах 30 и 31, и прижимное устройство валков, включающее направляющие 32 опор 31 и регулировочные винты 33.

Устройство для осуществления способа переработки пластмассовых изделий цилиндрической формы, преимущественно пластиковых бутылок, работает следующим образом.

В захватывающее устройство 10 закрепляется перерабатываемое пластмассовое изделие цилиндрической формы. При включении электропривода 11 вращается и поступательно перемещается винт 8 и захватывающее устройство 10 с изделием, в результате чего изделие поступает в зону резания. При полном появлении из направляющей опоры 13 нецилиндрической части перерабатываемого изделия электропривод 11 отключают и поворотом рычага 15 термического режущего устройства нагретой нихромовой проволокой 14 отделяют нецилиндрическую часть перерабатываемого изделия (например, дно пластиковой бутылки). Затем включают электропривод 11 и электродвигатель 18. Перерабатываемое изделие перемещается в рабочую зону механического режущего устройства. Так как перерабатываемое изделие совершает вращательно-поступательное движение, то при проходе изделием зоны резания (неподвижного ножа 16 и роторного ножа 17) изделие непрерывно разрезается по винтовой линии на ленту. Процесс переработки изделия в ленту ведут до окончания цилиндрической части изделия. Электропривод 11 и электродвигатель 18 отключают, ленту отделяют ручным режущим инструментом от оставшейся неиспользуемой части изделия (например, от горловины бутылки). Включают реверс электропривода 11 для установки устройства в исходное положение, освобождают из захватывающего устройства 10 неиспользованную часть перерабатываемого изделия. Неиспользованные части перерабатываемого изделия (например, для пластиковой бутылки - дно и горловину) целесообразно использовать для переработки известными способами. Полезный продукт переработки изделия - ленту наматывают на сменную бобину 21 челночного механизма 5.

Многие перерабатываемые пластмассовые изделия имеют форму с отклонением от цилиндрической формы. Например, пластиковые бутылки в цилиндрической части для придания ей эстетичности имеют конические, торовые и другие формы поверхности. Для переработки таких изделий механическое режущее устройство закреплено на площадке 19, установленной на раме 1 балансирно, то есть со свободой поворота. Неподвижный нож 16 и роторный нож 17, удерживая ленту в зоне резания и имея свободу поворота относительно рамы 1, отслеживают формы поверхностей вращения, отличающиеся от цилиндрической, не прерывая процесс резания. Исследованиями на экспериментальном устройстве установлено, что процесс резания более устойчив при придании площадке 19 с механическим режущим устройством дебаланса в сторону от режущих ножей. Для регулирования дебаланса площадки 19 в устройстве предусмотрен регулировочный груз.

Далее бобину 21, заполненную лентой, устанавливают на ось 25 скобы 20 челночного механизма 5, конец ленты заправляют в прямоугольное отверстие оси 24 и между валками 28 и 29. Включают электропривод 22 челночного механизма 5, при вращении которого происходит скручивание ленты на участке между выходным сечением оси 24 и валками 28 и 29, после чего электропривод 22 отключают. Фен 6 включают и начинают нагрев ленты в зоне валков 28 и 29. При появлении визуальных признаков оплавления ленты фен 6 перемещают по направляющей 27, обеспечивая равномерное оплавление ленты, и затем фен 6 устанавливают в некотором фиксированном положении. Далее включают электропривод 22 челночного устройства 5, электропривод устройства протяжки и обжатия 7, после чего идет непрерывный процесс скручивания, оплавления, протяжки и обжима ленты.

Фиксированное положение фена 6 устанавливается в зависимости от материала перерабатываемого изделия и требований необходимых свойств конечного продукта. Если требуется нанести насечку на конечный продукт, то есть получить особые требования по шероховатости и коэффициенту трения поверхностей или выполнить обжатие конечного продукта, то есть получить анизотропные свойства по жесткости, то обеспечивают температурный режим ленты в зоне валков 28 и 29, позволяющий выполнить ее пластическую деформацию. Если не требуется обжатия ленты, то есть конечному продукту придают изотропные свойства по жесткости, фен 6 смещают от валков 28 и 29 на большее расстояние, обеспечивая снижение температуры ленты в зоне валков.

После завершения полного цикла работы устройства по предлагаемому способу переработки пластмассовых изделий цилиндрической формы получают конечный продукт - ленту, скрученную и оплавленную в пруток.

Для получения конечного продукта в виде жгута на бобину 21 наматывают пакет лент. Работу по обработке пакета лент в предлагаемом устройстве ведут аналогично.

Для получения конечного продукта в виде ленты с оплавленными кромками электропривод 22 челночного устройства 5 не включают, то есть ленту не скручивают.

Использование предлагаемого изобретения позволяет:

1) расширить технологические возможности процесса переработки пластмассовых изделий цилиндрической формы, преимущественно пластиковых бутылок, а именно получить конечный продукт в виде ленты, скрученной и оплавленной в пруток; ленты с оплавленными кромками; жгута из скрученного и оплавленного пакета лент;

2) получить различные свойства конечного продукта: изотропные или анизотропные свойства по жесткости; параметры шероховатости и коэффициента трения поверхностей; несущей способности жгута;

3) снизить энергоемкость процесса переработки пластмассовых изделий за счет снижения затрат энергии на резание изделия в ленту и малых затрат энергии на обработку ленты для получения конечного продукта;

4) получить низкую стоимость конечного продукта, так как исходным сырьем являются бытовые отходы, например, пластиковые бутылки, низка энергоемкость и стоимость оборудования;

5) улучшить экологическую обстановку в регионе за счет возможности переработки использованных пластмассовых изделий, являющихся отходами и требующих своей утилизации, в полезный конечный продукт;

6) использовать конечный продукт переработки пластмассовых изделий в качестве конструкционных элементов при изготовлении бытовых (преимущественно) и промышленных изделий различного назначения;

7) улучшить социальную обстановку в регионе за счет возможности создания дополнительных рабочих мест.

Промышленная применимость.

Предлагаемый способ переработки пластмассовых изделий цилиндрической формы, преимущественно пластиковых бутылок, промышленно реализуем, что обосновывается следующим.

Исходным сырьем являются использованные пластмассовые изделия, преимущественно пластиковые бутылки, которые в больших объемах имеются в бытовых отходах. Затраты на сырье - это затраты по сбору использованных бутылок, являющиеся незначительными.

Возможность промышленного изготовления устройства для реализации способа очевидна: проста конструкция устройства, устройство содержит комплектное оборудование, выпускаемое промышленностью (электродвигатели, электроприводы, промышленные фены), малые трудозатраты на изготовление устройства.

Технология переработки пластиковых бутылок проверена на экспериментальном устройстве. Ожидаемая производительность устройства - переработка 30-40 бутылок в час. Длина прутка, получаемого из одной пластиковой бутылки, 3-3,5 м.

Основное направление к промышленному применению - создание производственных участков при коммунальных службах населенных пунктов, в обществах инвалидов, в малых предприятиях.

Конечный продукт (лента, скрученная и оплавленная в пруток; лента с оплавленными кромками; жгут), получаемый при реализации способа, может быть использован для изготовления изделий различного назначения: веников и метел, щеток уборочных машин, сеток различной конструкции и назначения, ковриков для очистки обуви от налипшей грязи, канатов и других изделий. При этом появляется возможность создания новых дополнительных производств.

Социальная значимость: создание рабочих мест для наиболее незащищенных категорий населения - инвалидов, пенсионеров, людей, не имеющих квалификации; возможность создания производств в населенных пунктах с повышенной безработицей; возможность полезно применить труд детей при сборе использованных пластмассовых изделий.

Экологическая значимость: снижается объем отходов, загрязняющих окружающую среду. При этом снижаются расходы коммунальных служб на экологические мероприятия, связанные с утилизацией бытовых отходов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

1. Утилизация использованных упаковок. Тара и упаковка. Контейнеры: ЭИ/ВИНИТИ, 1997, №9 - с.7÷13.

2. Соэкструдированные упаковки. Тара и упаковка. Контейнеры: ЭИ/ВИНИТИ, 1993, №2 - с.11÷12.

3. Использованные упаковки и окружающая среда. Тара и упаковка. Контейнеры: ЭИ/ВИНИТИ, 1992, №22 - с. 14-16.

4. Способ изготовления изделий из пластмассовых отходов. RU 2200659 С2, МПК 7 В 29В 17/00 // В 29 К 101:00.

5. Устройство для получения порошка из полимерного материала. RU 2198788 С2, МПК 7 В 29 В 17/00, 13/10 // В 29 К 105:22, В 29 L 30:00.

6. Устройство для измельчения отходов волокнистых материалов. RU 2217307 С1, МПК 7 В 29 В 17/00, В 26 D 1/12.

7. Устройство для измельчения отходов. RU 2214331 С1, МПК 7 В 29 В 17/00, В 02 С 7/04 // В 29 К 101:00.

Изобретение относится к переработке бытовых отходов, преимущественно пластиковых бутылок. В способе переработки пластмассовых изделий цилиндрической формы, преимущественно пластиковых бутылок, сначала отделяют нецилиндрическую часть изделия, затем цилиндрическую часть изделия разрезают по винтовой линии на ленту. Ленту либо пакет лент скручивают, подвергают нагреву до оплавления, протягивают и обжимают между валками. Устройство для переработки пластмассовых изделий цилиндрической формы, преимущественно пластиковых бутылок, содержит подающий механизм и узел резки изделия, установленные на раме, и снабжено устройством обработки нарезанных в виде ленты частей перерабатываемых изделий, включающим челночный механизм с электроприводом, фен и устройство протяжки и обжатия ленты, содержащее электропривод, валки с насечкой и прижимное устройство валков. Подающий механизм выполнен в виде винтовой передачи, винт которой соединен с захватывающим устройством пластмассовых изделий цилиндрической формы и электроприводом, установленным на направляющих, и направляющей опоры. Узел резки изделий включает термическое устройство в виде нихромовой проволоки, установленной на подпружиненном рычаге, и механическое режущее устройство, содержащее неподвижный нож и роторный нож с электродвигателем, установленные на площадке, балансирно закрепленной на раме. Изобретение позволяет получить конечный продукт, в частности ленту, скрученную и оплавленную в пруток или жгут из скрученного и оплавленного пакета лент, снизить энергоемкость процесса переработки. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ переработки пластмассовых изделий цилиндрической формы, преимущественно пластиковых бутылок, путем измельчения резанием, отличающийся тем, что сначала отделяют нецилиндрическую часть изделия, затем цилиндрическую часть изделия разрезают по винтовой линии на ленту, ленту либо пакет лент скручивают, подвергают нагреву до оплавления, протягивают и обжимают между валками.2. Устройство переработки пластмассовых изделий цилиндрической формы, преимущественно пластиковых бутылок, содержащее подающий механизм и узел резки изделия, установленные на раме, отличающееся тем, что оно снабжено устройством обработки нарезанных в виде ленты частей перерабатываемых изделий, включающим челночный механизм с электроприводом, фен и устройство протяжки и обжатия ленты, содержащее электропривод, валки с насечкой и прижимное устройство валков, при этом подающий механизм выполнен в виде винтовой передачи, винт которой соединен с захватывающим устройством пластмассовых изделий цилиндрической формы и электроприводом, установленным на направляющих, и направляющей опоры, а узел резки изделий включает термическое режущее устройство в виде нихромовой проволоки, установленной на подпружиненном рычаге, и механическое режущее устройство, содержащее неподвижный нож и роторный нож с электродвигателем, установленные на площадке, балансирно закрепленной на раме.