一種利用回收垃圾袋制備環(huán)保布料的工藝

牟 昱

（紹興慧欣家紡有限公司，浙江 紹興 312000）

環(huán)保布料是制作箱包、家紡與戶外用品的重要材質(zhì)，通過(guò)特殊的熱壓、復(fù)合工藝技術(shù)賦予材料優(yōu)異性能，在工業(yè)及家居領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)將廢棄塑料垃圾袋回收再利用熔融成再生料，然后與織物熱壓復(fù)合，制備新型環(huán)保布料是研究的新趨勢(shì)。但現(xiàn)有工藝技術(shù)還存在一些問(wèn)題，如再生料在熱壓過(guò)程中厚度難控制、均勻性差，導(dǎo)致布料容易出現(xiàn)褶皺，產(chǎn)品厚度不均勻、性能均一性較差等，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的綜合性能指標(biāo)[1]。針對(duì)上述問(wèn)題，本研究提出了一種利用回收垃圾袋制備環(huán)保布料的新技術(shù)，利用自主開(kāi)發(fā)的新型工藝設(shè)備對(duì)塑料垃圾袋進(jìn)行粉碎、加工、熔融處理，以高溫布為基材，經(jīng)過(guò)熱壓復(fù)合工藝制備具有高性能的新型環(huán)保布料，并研究工藝設(shè)備、熱壓條件、材料選擇等對(duì)產(chǎn)品性能的影響，研究結(jié)果可為開(kāi)發(fā)廢棄垃圾袋制備環(huán)保布料的工藝提供理論借鑒。

1 環(huán)保布料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合考慮環(huán)保布料的力學(xué)性能、單位面積質(zhì)量等性能指標(biāo)，對(duì)復(fù)合布料進(jìn)行多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。環(huán)保布料包括主體底層和面層，面層為回收的塑料垃圾袋（主要材質(zhì)為聚乙烯PE、聚丙烯PP和/或聚氯乙烯PVC）經(jīng)清洗、粉碎、加工、熔融制備的再生料；主體底層采用高溫布，該層為承力層，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐高溫特性，通過(guò)熱壓工藝將兩種材料復(fù)合在一起。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

塑料粉碎機(jī)、清洗劑、烘干機(jī)、環(huán)保布料制備機(jī)（自制），其中，環(huán)保布料制備機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 環(huán)保布料制備機(jī)結(jié)構(gòu)

3 環(huán)保布料制備工藝

3.1 環(huán)保布料加工工藝流程

3.1.1 回收垃圾袋制備再生料加工工藝

（1）收集和分類(lèi)：收集含有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯的塑料垃圾袋，并進(jìn)行分類(lèi)和篩選。

（2）清洗：清洗塑料垃圾袋，以去除表面的污垢、油脂等雜質(zhì)。

（3）烘干：清洗后的塑料袋需要烘干，以去除表面殘留的水分。

（4）粉碎：干燥后的塑料袋會(huì)被送入粉碎機(jī)，將其破碎成小顆?；蛘哳w粒狀粉末，加工成細(xì)小的塑料片、條、絲或顆粒。

（5）熔化：粉碎后的塑料顆粒通過(guò)擠出機(jī)或者熔化爐加熱熔化，形成熔融的塑料熔體。

3.1.2 再生料與底層布料的復(fù)合工藝

（1）將主體底層布料（高溫布）設(shè)于滑料臺(tái)內(nèi)，依次經(jīng)過(guò)下料斗、平料機(jī)構(gòu)、壓緊輥組、加熱板、熱軋輥組，后經(jīng)冷卻機(jī)構(gòu)抬升冷卻送出；

（2）布料移動(dòng)，下料氣缸縮回開(kāi)啟下料斗底部，將再生料落于滑料臺(tái)上的布料上；

（3）再生料通過(guò)平料機(jī)構(gòu)中的平料板刮平，多余的再生料通過(guò)兩側(cè)吸塵器送入下料斗內(nèi)；

（4）再生料通過(guò)壓緊輥組壓實(shí)，再經(jīng)加熱機(jī)構(gòu)加熱，溫度保持在120～170 ℃，將再生料熔化；

（5）熔化后的再生料通過(guò)熱軋輥組熱壓，將熔化后的再生料與布料熔合；

（6）將相互結(jié)合的環(huán)保布料通過(guò)冷卻機(jī)構(gòu)分級(jí)冷卻。

3.2 工藝控制關(guān)鍵點(diǎn)

在該技術(shù)中，厚度控制是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，產(chǎn)品均勻性對(duì)一些高要求的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)尤為重要，因此，必須使用適當(dāng)?shù)哪＞吆蜔釅簠?shù)確保產(chǎn)品的厚度符合要求，從而保證產(chǎn)品的功能和性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求[2]。

（1）通過(guò)精確測(cè)量和設(shè)定熱壓機(jī)的溫度、壓力、時(shí)間等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料厚度的精準(zhǔn)控制。在熱壓過(guò)程中，確保溫度適宜且穩(wěn)定，以保證塑料能充分熔化并與高溫布緊密結(jié)合。

（2）采用先進(jìn)的壓制模具設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，可以精確控制復(fù)合材料的成型尺寸，從而保證所得產(chǎn)品的厚度符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)合理設(shè)計(jì)模具的凹凸部位，可以確保塑料在熱壓過(guò)程中均勻分布，避免產(chǎn)生厚薄不均的情況。

（3）通過(guò)材料預(yù)處理的方式控制復(fù)合材料的厚度。在對(duì)塑料和高溫布進(jìn)行預(yù)處理前，可以通過(guò)切割、擠出等工藝手段控制好原材料的厚度，從而在熱壓過(guò)程中取得更好的控制效果。

4 工藝優(yōu)化

4.1 材料優(yōu)選

基體材料是承力層，也是決定環(huán)保布料力學(xué)性能的關(guān)鍵，在選擇基體材料時(shí)，應(yīng)綜合評(píng)估材料的強(qiáng)力和單位面積質(zhì)量。本研究選擇4種不同規(guī)格的滌綸織物，依次標(biāo)記為1#、2#、3#和4#，單位面積質(zhì)量分別為650、80、141、158 g/m2，斷裂強(qiáng)力依次為550、898、1 450、1 623 N?？梢钥闯?，織物的單位面積質(zhì)量較大，斷裂強(qiáng)力也較大，但質(zhì)量過(guò)大不利于材料的輕量化設(shè)計(jì)。因此，本實(shí)驗(yàn)選用3#織物作為復(fù)合環(huán)保布料的承力層，既能保證復(fù)合布料具有足夠的強(qiáng)力，又可以合理減小復(fù)合布料的質(zhì)量，達(dá)到輕質(zhì)的效果[3]。

4.2 設(shè)備優(yōu)化

布料加工用熱壓復(fù)合裝置復(fù)合時(shí)，由于表面再生料的厚度難以保證一致，環(huán)保布料易出現(xiàn)褶皺、厚度不均勻、產(chǎn)品柔韌度不一致的問(wèn)題。為解決該問(wèn)題，本研究從以下兩方面改進(jìn)工藝設(shè)備。

4.2.1 設(shè)置平料機(jī)構(gòu)

再生料通過(guò)平料機(jī)構(gòu)中的平料板刮平，多余的再生料通過(guò)兩側(cè)吸塵器送入下料斗內(nèi)，而后再生料通過(guò)壓緊輥組壓實(shí)，再經(jīng)加電加熱板加熱，溫度保持在120～170 ℃，將再生料熔化；熔化后的再生料通過(guò)熱軋輥組熱壓，熱軋輥組設(shè)于加熱板后側(cè)，并保證熱軋輥組結(jié)構(gòu)與壓緊輥組結(jié)構(gòu)一致，熱軋輥組中的輥軸低于壓緊輥組中的輥軸1.0～1.5 mm，將熔化后的再生料與布料熔合，進(jìn)一步確保了厚度的一致性。通過(guò)設(shè)置平料機(jī)構(gòu)，利用平料板對(duì)布料上不平整的再生料進(jìn)行刮平，避免在后續(xù)熱壓過(guò)程中導(dǎo)致壓力不同，進(jìn)而引發(fā)布料厚度不均勻的情況。此外，利用平料機(jī)構(gòu)中的三角導(dǎo)料板將多余的再生料導(dǎo)至左右兩側(cè)，并通過(guò)吸塵器將多余的再生料送回下料斗內(nèi)，避免再生料的浪費(fèi)。

4.2.2 設(shè)置分級(jí)冷卻機(jī)構(gòu)

為了進(jìn)一步避免布料出現(xiàn)褶皺，還設(shè)計(jì)了分級(jí)冷卻工藝過(guò)程，冷卻機(jī)構(gòu)包括風(fēng)冷組件與抬升輥組，風(fēng)冷組件由固定臺(tái)、多條通風(fēng)道和多臺(tái)風(fēng)機(jī)組成，風(fēng)機(jī)設(shè)置在固定臺(tái)的后斷面。為了保持溫度一致性，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行等距設(shè)置，抬升輥組結(jié)構(gòu)與壓緊輥組一致，并保證抬升輥組中輥軸的高度高于下料斗。設(shè)置分級(jí)冷卻機(jī)構(gòu)不僅保證了布料的快速充分冷卻，還避免了因冷卻過(guò)快或冷卻不均勻?qū)е率站聿剂弦壮霈F(xiàn)褶皺問(wèn)題，提升了布料的平整度，保證了布料的品質(zhì)。

4.3 制備工藝優(yōu)化

熱壓環(huán)節(jié)是制備環(huán)保布料的關(guān)鍵步驟，熱壓溫度是重要工藝參數(shù)，對(duì)產(chǎn)品的力學(xué)性能具有重要影響。本研究對(duì)110、120、130、140、150、160、170 ℃下制備的環(huán)保布料的斷裂強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如圖2所示。當(dāng)溫度為110～140 ℃時(shí)，隨著熱壓溫度的升高，環(huán)保布料的斷裂強(qiáng)力逐漸增加，當(dāng)溫度為140 ℃時(shí)，斷裂強(qiáng)力最高，為1 456 N；進(jìn)一步升高溫度，環(huán)保布料的斷裂強(qiáng)力反而出現(xiàn)了下降趨勢(shì)。分析認(rèn)為，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度越高，再生料熔合程度越高，在壓力作用下，能與基體材料實(shí)現(xiàn)更充分的接觸，更好地填充于織物材料的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了纖維之間的抱合力。此外，適當(dāng)?shù)臒崽幚硎箍椢锇l(fā)生了微小的收縮，使基底材料的單位面積質(zhì)量有所增加，厚度加大，進(jìn)而提升了布料的強(qiáng)度[4]。但當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，纖維的收縮程度不斷加大，導(dǎo)致纖維內(nèi)部發(fā)生應(yīng)力松弛，與此同時(shí)，纖維無(wú)定形區(qū)分子鏈熱運(yùn)動(dòng)能加大，使纖維取向發(fā)生改變，降低了纖維的斷裂強(qiáng)力，因此，本研究所制備環(huán)保布料的斷裂強(qiáng)力在150 ℃之后出現(xiàn)了一定的下降趨勢(shì)[5]。

圖2 不同溫度熱壓復(fù)合布料斷裂強(qiáng)力

5 結(jié)語(yǔ)

本研究基于工藝需求，成功研制開(kāi)發(fā)了一套一體化加工設(shè)備，通過(guò)對(duì)廢棄塑料垃圾袋進(jìn)行清洗、粉碎、熔融、熱壓等，再與高溫布復(fù)合，制備了力學(xué)性能優(yōu)異的新型環(huán)保布料。該環(huán)保布料在強(qiáng)度、使用性能等方面表現(xiàn)出一定優(yōu)勢(shì)，滿足了一般布料的使用要求，在家居、服裝、包裝等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。未來(lái)，對(duì)于設(shè)備、工藝技術(shù)等方面仍需進(jìn)一步研究和實(shí)踐，以完善工藝，提升產(chǎn)品性能，并在實(shí)際應(yīng)用中解決可能出現(xiàn)的問(wèn)題，以推動(dòng)該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。