据不完全统计,我国目前废弃塑料应用的市场价值在1000亿人民币以上,但废旧塑料回收利用率未达到40%。
据悉,国内大型废旧塑料回收企业不超过15家,很多地方市场几乎是空白,塑料回收加工企业具有分布不均的特点。
然而目前针对废塑料等高分子材料回收利用,主要是将废塑料加工处理为塑料原料,再制成产品。随着塑料制品应用不断的增加,废弃塑料再利用将孕育着巨大的市场潜力。特别对于科技含量高的高效处理与高值化再利用装备来说,其市场需求量逐渐走强。大型化、专业化、高回收率的废塑料再利用装备的需要量上升。与传统的废塑料回收方法不同,废塑料再利用挤注成型装备可将废塑料直接转换为塑料制品,大大提高塑料回收利用率。
笔者综合多年的废塑料再利用挤注成型装备设计研发经验发现,目前我国在废塑料再利用挤注成型装备方面,主要面临塑料垃圾分拣及废料的混炼复合树脂的再生技术两大技术难题。塑料垃圾分拣难,是因为塑料的种类繁多;而废料的混炼复合树脂的再生技术,则是由于在废塑料中,除了像汽车保险杠等大型零部件之外,大多数都是加工成ABS树脂、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等不同种类的混合塑料混合。使用这样的混合塑料,无法再生制成用于家电产品的高品质零部件。这就需要研究高科技的废塑料的混炼技术。提炼出多种物质的结合而产生多种物质的复合效应,具有质轻、力学性能好、比强度高、比模量大、低成本高稳定性的树脂基复合材料。
根据上述两种技术难点而研发出的注塑成型创新设计技术,对注塑成型机的注射结构、合模结构和系统控制都进行了创新。
新型的注射结构设计
在注射结构中的温度加热,复合加热方式可以完成不同废塑料的不同加温控制系统。为精确控制不同材料的温度,采用混合加热方式,对初级预塑采用陶瓷加热,对前段喷嘴采用意大利加热棒,从前体内部发热。相比加热板设计,热传递效率高,升温比从表面加温方式快40%以上,有效解决开机准备时间长(主要是加热时间长)的问题。
对注射塑化装置采用挤出螺杆柱塞式注射复合结构;采用专用回料螺杆设计;实现(1)柱塞的排气性好,最大限度地避免了产品内部的气泡问题;(2)机械结构简洁,维护极为方便;(3)射嘴和柱塞采用特殊密封设计,动作可靠,柱塞筒和柱塞间的密封性能极佳,摩擦系数极小,永不咬合。
特别注意的是挤出动力装置浮动设计:可以自由补偿热胀冷缩引起的塑化系统变形,延长塑化件使用寿命。采用低压注射、二次压模技术,大大降低模腔压力,制品成型后,内应力非常小,有效降低制品表观的弯曲、翘曲现象。
技术难点在于不同属性的废塑料的混炼、温度的控制、根据不同产品需要的添加剂,化学反应生成复合基材料技术研发。
新型复合式二次挤注合模结构设计
合模结构上采用五铰链移模机构配合八个增压油缸锁模的复合锁模机构。二次合模位置并不靠控制系统实现,根据模厚位置确定,为此我们研究了新型智能化合模力和合模位置检测方法和偏移调整系统。该系统控制器选择高灵敏度的压力感测器和采用16位高精度的AD采样晶片,以减小量化误差,再根据信号的特性选择合适的取样速率,保证了获取的压力信号的准确性和可靠性。重复精度实现“0”误差。
合模力是否经过优化以及负载是否均匀分布在四根拉杆上是评价注塑机性能的重要指标。只有载荷均匀分布的注塑机,才能确保制品品质,并能对模具和注塑机本身起到保护作用,延长模具和注塑机的寿命。我们提供一种能够调节四根拉杆平衡受力的注塑机合模机构,通过优化拉杆偏载率,实现合模力自动调节。
实验表明它可以根据每根拉杆受合模力作用后形变的关系,通过感测器监测拉杆的受力状况,即时检测合模力的大小,将信号输送给中央控制器,并在不中断生产的情况下将合模力调至最佳。在四根拉杆受力不均、偏差过大时,控制器做出回应并在必要时自动驱动调模系统,避免合模力超出限定值,对每根拉杆分别予以及时调节,使四根拉杆受力均匀,实现合模力平衡。
合模压力闭环精确控制。同时自动完成拉杆应力的均匀化调整,提升合模阶段系统的安全性和稳定性,提高测量精度。基于检测资料,采用智能闭环控制伺服电机,对合模机构进行有效保护,提高设备使用寿命。
智能化即时显示及良好人际交互系统设计
模组化PLC控制系统,CPU扫描频率仅为10ns,配合高解析度电子尺和高性能伺服液压系统,控制非常精确,维护成本低。工艺参数智能化设置,测量资料的即时存储,供后期离线资料分析和使用;采集的资料作为样本供控制器进行机器自学习,控制器通过神经元网络学习和遗传演算法寻优后建立优化模板运动工作曲线,作为此后运行过程中的判别依据。
目前我们已经针对PE、PP回收料进行再造粒或未经造粒的试验性生产各种托盘制品,深受用户欢迎。我们将继续依靠科研单位、联合高等院校、教授专家不断革新,集聚优点,开发废塑料复合材料回收处理成套设备及综合利用技术装备。
废塑料复合材料回收处理成套设备及综合利用技术装备的研发,将为有效处理塑料垃圾,保护环境、减少污染、节约能源、变废为宝,营造和谐社会做出企业应有的积极贡献。
(来源:CPRJ 中国塑料橡胶)