废旧塑料农膜回收造粒工艺研究

I废旧塑料农膜回收造粒工艺研究摘 要随着农用塑料农膜的大规模使用，带来的环境污染日趋严重，农膜的废弃与处置已经引起一系列环境问题。由于农用塑料膜不易分解，如果填埋，进入土壤之后，长期不腐烂，不仅占用大量土地资源，影响土地的通透性和渗水性，破坏土质，严重危害植物的生长，降低土壤的使用价值而且还会缠绕农机转动器件影响田间作业。在这种形势下，废旧塑料的回收、再生与利用作为一种节约能源、保护环境的新型产业，成为又一个经济热点。目前，我国废旧农膜的回收利用工艺有以下几种方法（1） 干法造粒（2） 湿法造粒干法工艺生产的再生粒子可以用于制造排水管，垃圾袋，吹塑瓶，大型模压容器等。关键词：废旧农膜，干燥，挤出机，干法造粒IIWaste plastic recycling palletizing process of plastic sheetingABSTRACTWith large-scale agricultural use of plastic mulching films, growing environmental pollution caused, plastic sheeting and disposal of scrap has caused a series of environmental problems. As the decomposition of agricultural plastic film is not easy, if the landfill into the soil, the long-term does not decay, not only takes up a lot of land resources, affect the permeability and water permeability of land, destruction of soil quality, serious harm to plant growth, value and reduce soil winding rotation device will affect the agricultural field operations. In this situation Pu, waste plastic recycling, regeneration and utilization as an energy saving and environmental protection of new industries, to become another economic hot spot.At present, the recycling process of waste plastic sheeting There are several ways(1) dry granulation(2) wet granulationDry process production of recycled particles can be used to manufacture pipes, garbage bags, bottle blow molding, large molded containers.KEY WORDS: Waste plastic sheeting, Drying, extruder, dry granulationIII目录前 言 .1第 1 章 我国废旧农膜处理现状 .31.1 概述 .31.2 废旧农膜处理现状 .41.2.1 废旧农膜回收工艺现状 .41.2.2 废旧农膜造粒的生产现状 .51.2.3 塑料造粒机械生产现状 .61.2.4 塑料回收造粒机械技术现状 .71.2.5 废旧塑料再生产品的现状和前景 .8第 2 章 废旧塑料薄膜造粒研究 .92.1 废旧农膜干法造粒工艺流程 .92.1.1 挤出机性能对造粒工艺、生产率的影响 .102.1.2 切粒方式对造粒工艺及粒子品质的影响 .112.1.3 不同 PE 组成成分对粒子品质的影响 .112.1.4 干法造粒对塑料粒子密度的影响 .112.1.5 干造粒对塑料粒子拉伸弹性模量的影响 .122.1.6 干法造粒对塑料粒子热变形温度的影响 .142.1.7 干法造粒对塑料粒子熔体流动速率的影响 .152.2 废旧农膜湿法造粒工艺流程 .172.3 研究结论 .17第 3 章 废旧农膜再生塑料应用途径及经济分析 .193.1 概述 .193.2 资源和环保价值 .193.2.1 白色污染的现状 .193.2.2 白色污染物的组成 .203.2.3 白色污染的主要原因及其危害 .213.2.4 处理白色污染的市场前景 .223.3 经济性分析 .24IV3.3.1 废塑料薄膜的收集 .253.3.2 废旧塑料的一次分选 .263.3.3 废旧塑料造粒 .263.3.4 再生粒子制造再生制品 .273.4 废旧农膜再生塑料粒子的应用 .27结 论 .29谢 辞 .30参考文献 .31外文资料翻译 .331前言农用塑料薄膜是温室及大棚保护地的主要覆盖材料，包括棚膜和地膜，我国农膜年覆盖面积和年用量均居世界首位。目前我国地膜年覆盖面积约 7.2x 106，年用量 45 万亩;棚膜年覆盖面积 1.47x106，年用量 69 万亩,据农业部统计，15年来中国农作物地膜覆盖面积由 3000 多万亩增加到目前的 2.2 亿亩以上;农膜年产量由不足 30 万吨猛增到 100 万吨;农膜品种超过 40 种;我国农膜生产和使用量是世界其他国家总和的 1.6 倍。随着农用塑料薄膜的大规模使用，带来的环境污染日趋严重，农膜的废弃与处置已经引起一系列环境问题。由于农用塑料膜不易分解，如果填埋，进入土壤之后，长期不腐烂，不仅占用大量土地资源，影响土地的通透性和渗水性，破坏土质，严重危害植物的生长，降低土壤的使用价值而且还会缠绕农机转动器件、影响田间作业。在一些产粮地区的试验统计表明，连续使用两年农膜以上麦田，每亩残留农膜碎片 6.9kg，小麦减产约 9%，连续使用 5 年的小麦田，每亩残留农膜碎片达 25kg，小麦减产 26% 。国外曾经有人称“塑料袋的发明是人类最糟糕的发明” ，他指的是不会降解的塑料袋以及薄膜和其他塑料制品丢弃后产生的大量生活垃圾，对人类生存环境的严重污染。尤其在我国，由于人口众多，每天被丢弃的各种塑料袋有上百亿只，给环境卫生带来巨大的压力。当然也给靠拣破烂为生的人和旧塑料回收再生行业提供了丰富的原料来源。但是这些原料油污严重，虽然在再生前经过分拣、清洗，但还不能完全清洗干净。所以在熔炼再生时，由于隔绝空气加热，会产生大量的末被燃烧的浓重油烟和其他有害气体。它们从造粒机的排气口排出，常常熏的操作人员难以认受，不仅严重危害操作者的身体健康，同时也造成了大气环境的再次污染。有的企业虽然在排气口接了一个烟囱，暂时对操作环境烟雾有所缓解，但还没有根本上解决大气污染问题。因此从事该行业的人们和国家环保部门，都急切地盼望有一种再生塑料造粒机问世。塑料再生利用是解决塑料与环境问题非常有效的途径。塑料的出现为人们生活水平的方便和提高、经济腾飞、环境保护做出了巨大贡献。塑料本身是环境友好材料，然而仅仅因为人们不负责任地乱抛乱丢行为造成社会上某些媒体对塑料2不负责任、不公平的责难是不对的。人们一边享受着塑料带来的方便和生活水平的提升，一边却散布“塑料有毒” “是人类最糟糕的发明”等诸如此类的奇谈怪论。再生塑料与原生料一样应用广泛，但缺乏新产品、新技术的推广和开发；缺乏再生产品推广应用的扶持政策；缺乏促进行业健康发展的行业标准、规范的强制性实施；缺乏社会对该行业应有的关注和支持。废旧塑料资源被现代经济学家称之为“人类的第二矿藏” “城市里的宝藏” 。我国作为能源需求大国，进口废旧塑料可为国家节约资源，缓解国内的塑料原料供需矛盾，是对我国塑料原材料紧缺的有益补充，是国内塑料行业可持续发展的必由之路。针对上述存在的问题，国家需进一步加强对废塑料进口的监管力度，坚决打击进口塑料垃圾行为，并通过出台相关法规、标准、市场准入条件等方式来积极引导塑料回收再利用，加强对国内塑料再生加工行业的管理，逐步取消作坊式的工厂，建立大型的废塑料再生企业，改进生产技术，减少对环境的污染，促进该行业持续健康发展。废旧塑料本身价格并不贵，对塑料再生制品的经济性分析表明只要合理规划，完善回收再生工艺，例如使用添加剂，干燥原料粒子，改变成型过程的参数等都能改善制品的性能，会使再生制品的制造成本较低。利用垃圾中的废旧塑料制造再生产品具有广阔的市场前景。总之，今天塑料工业的发展围绕着“塑料与环境”这一中心展开。我们相信，塑料废弃物的回收与利用的逐步发展，将促进塑料工业的科技进步，它将成为保护环境、提高资源利用率、造福人类的一项事业。3第 1 章 我国废旧农膜处理现状1.1 概述随着全球经济的迅速发展和工业化程度的不断提高，塑料工业也得到了迅猛的发展。由于生产塑料的原料石油和天然气的有效开采储量迅速下降，能源价格不断上涨，因此塑料原料在我国依旧属于短缺型产品，大量依靠进口的状况一直没有得到根木性改变。在这种形势下，废旧塑料的回收、再生与利用作为一种节约能源、保护环境的新型产业，成为又一个经济热点。我国废旧塑料回收加工作为废旧资源回收产业中的一部分，经过十几年的发展已具备了一定的规模，成为一些地方的支柱产业，同时也提高了当地城乡居民的收入水平，增加了当地政府的则政收入，从而促进了地方经济社会的不断发展。但是，该行业在给地方带来经济效益的同时也带来了社会与环境的负而效益，也使人们开始全而审视其未来发展的困境与出路问题。农用塑料薄膜是温室及大棚保护地的主要覆盖材料，包括棚膜和地膜，我国农膜年覆盖面积和年用量均居世界首位。目前我国地膜年覆盖面积约 7.2x 106,年用量 45 万亩;棚膜年覆盖面积 1.47x106，年用量 69 万亩据农业部统计，15 年来中国农作物地膜覆盖面积由 3000 多万亩增加到目前的 2.2 亿亩以上;农膜年产量由不足 30 万吨猛增到 100 万吨;农膜品种超过 40 种;我国农膜生产和使用量是世界其他国家总和的 1.6 倍。随着农用塑料薄膜的大规模使用，带来的环境污染日趋严重，农膜的废弃与处置已经引起一系列环境问题。由于农用塑料膜不易分解，如果填埋，进入土壤之后，长期不腐烂，不仅占用大量土地资源，影响土地的通透性和渗水性，破坏土质，严重危害植物的生长，降低土壤的使用价值而且还会缠绕农机转动器件、影响田间作业。在一些产粮地区的试验统计表明，连续使用两年农膜以上麦田，每亩残留农膜碎片 6.9kg，小麦减产约 9%，连续使用 5 年的小麦田，每亩残留农膜碎片达 25kg，小麦减产 26% 。可见，对废旧农膜进行回收利用，不仅能起到保护环境维护生态平衡的作用，而且还能节约资源，提高有限资源的利用率，缓解中国面临的资源短缺的现状。41.2 废旧农膜处理现状1.2.1 废旧农膜回收工艺现状目前，我国废旧农膜的回收利用工艺有以下几种方法（1）再生造粒技术再生造粒是将废旧农膜重新加热塑化、切粒而加以利用，其基本原理是废旧农膜经破碎送入熔融装置，农膜在其熔化温度内被熔化，经挤压切粒，获得二次母粒。(2)油化回收技术塑料是由石油作原料合成的高分子化合物，当将其施加能量切断原子链，可得到类似油分子构造的物质。油化工艺产出的油品产率可达 75%80%以上，可用作燃油锅炉用油。但该技术处理难度大，成本高。(3)高温热解技术高温热解是指高温情况下高分子材料的热降解，同时放出大量气体。其处理流程如下:燃烧区有一层沙土，通入气体使沙土如液体一样流动，形成流化床，欲处理的废旧农膜置于流化床上，反应器是一个完全封闭的系统，温度可达 600，处理废旧农膜时可获得 44%的燃料气体，26%的芳香烃及轻质汽油和焦油的混合物，和 30%的固体残渣。虽然获得的燃料气体和油类混合物可作为燃料使用，但剩余的 30%残渣必须进行再处理。(4)溶解技术利用废弃塑料的溶解性能，可以制成各种涂料或粘结剂。把废聚苯乙烯泡沫塑料溶于二甲苯中，加或不加增塑剂制成透明防水涂料和粘结剂;随后在其中又加入不同颜料，制成各色建筑涂料。废旧的聚苯乙烯能溶解于有机溶剂中制成树脂胶，苯系和卤代烷系溶剂能溶解。但该技术处理难度大，需对塑料进行严格分类。(5)焚烧处理技术焚烧处理可获得废旧农膜的热能，用于发电。焚烧塑料时放出的热量很大，易使炉体损坏、维修费用高;燃烧会产生大量的酸性气体和有毒物质，造成二次污染;在高温下腐蚀性气体易使焚烧炉损坏，维修费用高 ;而且热能利用率低。5再生造粒技术是废旧农膜二次利用中最经济和最方便的方法，产品需求量大，是适合中国国情的最主要的回收技术。据有关部门统计，一个中等城市每年产生的塑料废弃物，可满足 20 家中、小型塑料企业的原料需求，利用废旧塑料熔融造粒，可以缓解塑料原料供需矛盾。再生造粒的工艺流程是:废旧农膜加入料斗后，在螺杆旋转挤压作用和推理作用下压实熔融并通过机头挤出成条形或带形，再由造粒设备切成颗粒，经振动筛的筛选获得所需粒径的塑料颗粒。废旧农膜再生造粒后，只是改变了外观形状，其化学特性并没有改变，依然具有良好的综合材料性能，可再次应用于农用塑料膜的生产。1.2.2 废旧农膜造粒的生产现状庞大的市场需求和低成本的劳动力，再加上投资少，技术要求不高等原因，使我国回收造粒企业很多。但由于技术管理水平较低，一些小加工企业经常被关闭停产，2002-2003 年有些地区关闭停产的加工厂超过正常工作的。我国废旧农用塑料膜回收造粒的生产现状，简单概括主要有以下五个方面:(1)废旧农膜资源丰富，但流通环节不畅，开发利用严重不足。根据国家经贸委公布， “九五”期间，每年大约有 1400 万吨废旧塑料没有得到回收利用，再生利用率只有 25%，直接资源浪费高达 280 亿元/年。(2)以小作坊为主，缺乏交流合作，设备比较落后，技术含量不高，管理不善，新观念、新技术、新工艺、新设备普及困难，产品档次低。(3)少数地区起步较早，形成一定规模，但观念、技术及管理滞后，发展方向不明，后劲严重不足。(4)缺乏领头型企业。在加入 WTO 的谈判中，中国承诺对外开放再生塑料市场，市场竞争将更加残酷和激烈。(5)国家对废旧农膜回收造粒加工行业的扶持力度不足。虽然国家出台了一些优惠政策，但目前绝大多数企业没有条件引进开发新技术、新工艺、新设备，产品技术含量和附加值低，阻碍了回收造粒的发展进程。此外，国有企业负担重、市场竞争能力差，企业年年亏损，难以对技术改造进行投资。这些都导致了废旧农膜回收造粒虽然有经济效益，但是长期以来技术水平很低的状况。具体的技术问题例如:夹杂大量泥沙的废旧农膜使再生颗粒的纯度低，限制了再生粒料的应用范围;除杂效果不好的粒料对后续处理机械会造6成严重的磨损，影响机器正常的运行;复杂的除杂质工艺带来的高运行成本使很多企业不愿意负担等。甚至有一些小的作坊，对洗涤废旧农膜的污水不经过处理就直接排放到农田或废水池里，对回收后不能加工的废料，采用露天焚烧的方法，这些都会严重污染水和空气所以，如何低成本高效率的除去废旧农膜中混有的杂质，提高产品的纯度和减少机器设备磨损，保护环境是废旧农膜再生造粒技术的关键所在。1.2.3 塑料造粒机械生产现状改革开放以来，我国塑料机械工业高速发展。近年来，通过与外商合作、合资及生产许可证转让，引进国外的先进制造技术以及国内的研制开发，中小型塑料挤出造粒机基本形成了系列产品。大型塑料挤出造粒机也进入了消化吸收和自行设计相结合制造国产挤出造粒机的阶段。据不完全统计，我国共有塑料机械生产企业 280 多家，1994 年全行业工业总产值 22 亿元，1995 年生产塑料加工机械设备 85000 台(套)，己进入世界塑机生产大国的行列。仅就双螺杆挤出机生产企业来说，截止 1994 年己发展到 60 多家，生产能力达 1200 台(套)，其中同向双螺杆混炼挤出造粒机生产企业有 20 多家，年生产同向双螺杆混炼挤出造粒机 300多台(套)。目前我国废旧农膜回收造粒机械制造企业主要分布在山东、辽宁、江苏、甘肃、河南、北京等地，其中大规模企业极少。根据中国机械信息网的一份调查资料显示:固定资产达 1000 万元的企业只占 23%，乡镇小企业占 34%，合资企业占11%，个体企业占 4%。而小企业无论是技术力量、生产设备，还是管理水平，都很薄弱，因而只能生产中低等的产品，导致产品结构不合理，低水平的中小型造粒机充斥市场，而高水平、高性能的机械却供不应求。1.2.4 塑料回收造粒机械技术现状我国塑料回收造粒机械严重依赖进口，国产造粒机械技术含量低，质量不稳定，存在一定的二次污染，很多生产工艺及设备存在安全隐患。虽然有一些塑料回收造粒机械企业不仅占据了国内的较大市场分额，还有相当数量的产品出口国外，但出口产品主要销往发展中国家，属中低档产品，利润薄，竞争力不高。就整体技术水平而言，与国外发达国家的差距在 20 年以上。此外国内塑料回收造粒机械企业在技术创新上的投入很少，主要仿制国内外同行产品，鲜有自主知识7产权的产品。我国在塑料再生造粒方面专利数量很少，塑料造粒机械方面拥有自主专利权的技术产品更少，缺乏对拥有自主知识产权的产品的开发是国内塑料机械产品长期落后于国外，国内产品雷同的主要原因之一。而同时，国内针对塑料机械的专门研究机构也很少，普遍存在着科研创新经费严重不足的问题。所以从以下两方面进行了改进：1、对造粒机械的改进主要是通过对调刀系统的设计，保证了出料质量和切粒量的均匀性;对传动系统的设计，确保了压力流速稳定，挤出的条料粗细均匀、密实、连续;对热源的设计，节省了电能，改善了操作人员的劳动环境。使造粒机构具有体积小，结构简单，可靠性好，精度高，成本低，耗能量小，使用寿命长，噪声小等特点。2、对造粒工艺的改进主要是通过对清洗废水的处理，实现了无二次污染的“白色污染”治理;对破碎清洗干燥挤出切粒程序的重新整合，提高了生产效率和产品质量。使整个造粒工艺流程科学合理，无污染且效率高。为贯彻联合国巴西环发大会通过的“21 世纪议程”提出的经济社会可持续发展的方针，促使人口、资源、环境协调发展，推动废塑污染问题的解决，国家环保局已将废旧塑料列为 21 世纪在环保领域要控制的三大重点之一，指出必须强化管理、依靠科技进步搞好回收利用。但是废旧农膜的回收造粒不仅仅是技术问题，它需要建立全社会的处理体系和科学合理的回收系统，同时也需要政府的支持和生产部门的重视，例如建立合理的回收网点，实施适当的财政补贴。更重要的是加大科技创新的投入，吸引专业技术人才，实现规模化和专业化生产。随着我国进入 WTO，具有自己知识产权的技术将更加重要。开发经济高效的干式塑料再生造粒技术不仅适合我国国情，而且推广容易、见效快。而研发经济高效的干式杂质分离技术和简易可靠的切粒技术是实施废弃农膜干式再生造粒工艺的关键。1.2.5 废旧塑料再生产品的现状和前景废旧塑料加工成颗粒后，只是改变了其外观形状，并没有改变其化学特性，依然具有良好的综合材料性能，可满足吹膜、拉丝、拉管、注塑、挤出型材等技8术要求，大量应用于塑料制品的生产。日常生活中，再生颗粒可用来制造各种塑料袋、桶、盆、玩具、家具、文具等生活用具及各种塑料制品，它应用范围非常广。目前，我国塑料新原料售价为 8000-12000 元/吨，而再生颗粒则只需 3500-6300 元/吨。显著的成本优势，加上国家对生产和应用再生颗粒的企业长期实行税收优惠政策，塑料制品厂家积极采购再生颗粒作为主要原料。一个中等规模的吹膜厂，每年消耗 PE 再生颗粒 1000 吨以上;一个中等规模的塑料编织袋厂每年消耗 PP 再生颗粒 2000 吨以上;即便是个体小厂每年最低消耗都需数百吨。市场上的塑料日用品大都是再生颗粒制成。我国废旧塑料的回收工作由于劳动力低廉、回收成本较低，致使简单的再利用也可以产生一定的经济效益。所以废旧塑料的回收利用工作一直处于较低水平。随着劳动力成本的高，尤其是生产成本的逐年提高，简单回收利用的利润越来越低，这势必影响其回收利用量。同时随着我国经济的发展产生对塑料制品需求的不断增加、废旧塑料利用途径不断扩大以及环境治理要求的不断提高，废旧塑料利用的前景是十分光明的。常见的再生塑料制品有再生农膜、各种包装袋和垃圾袋、再生农用管道、垃圾箱、土工合成材料等。9第 2 章 废旧塑料薄膜造粒研究2.1 废旧农膜干法造粒工艺流程废旧农膜干法造粒工艺流程如下所示：农膜回收预破碎干燥，杂质分离熔融挤出切粒收集干法造粒工艺流程简单，运行成本低。由于废旧农膜中含有至少 40%的水分和 30%以上的泥沙，一般的分离难以达到较好的杂质去除效果，使进入熔融挤出切粒机的农膜中仍然含有大量的杂质，对熔融切粒机械造成严重的磨损:此外由于杂质的存在，产品的纯度降低，售价只有湿法造粒产品的 50-60%，只能用来生产一些低品质的塑料制品，难以提高经济效益,干法工艺最主要的优点是没有废水产生，二次污染大大减少。尤其在我国是一种值得推广的技术，特别是在缺水的北方地区和中小型难以负担环保费用的企业。废旧农膜干法造粒设备一般包括破碎机械，干燥机械，挤出机械和切粒机械四部分，简述如下:破碎机械的一般工作过程是:动刀随转子高速转动，由加料口加入的料块在重力及其他推动力作用下，进入室壁与转子之间区域，在经过定刀与动刀之间的间隙时被切割或撞击成碎块，如果碎块的尺寸小于筛板的筛孔，碎块就从排料口排出，过大的碎块则被动刀刮住，在另一定刀与动刀间隙中被切割或撞击，如此往复，直到碎块全部排出。干燥机械目前多数是流化床式和旋转式，采用热风同时辅以电加热的形式进行干燥。常用的大型挤出机械机型有:a)同向双螺杆挤出造粒机;b)同向双螺杆+齿轮泵挤出造粒机;)c 同向双螺杆+单螺杆挤出造粒机;d)同向双螺杆+单螺杆+齿轮泵挤出造粒机。目前世界各国双螺杆挤出造粒机的发展特点是:超深螺槽、高转速、超高扭矩、大马力、高产低耗和微机控制。切粒机械是废塑料挤出造粒的关键部件之一，其形式多种多样，主要有热切和冷切两种形式。所谓热切是指物料从机头模孔中挤出后，在熔融或半熔融状态下进行切粒的方法;而冷切是指物料从机头模孔中挤出后牵引拉成条进入水槽中冷10却后进行切粒的方法。其中热切法又可分风冷热切、水下热切和干切三种;冷切法又可分挤条和挤片切粒。热切粒是采用特殊形状的旋转刀，切断由多孔板挤出的塑料条，这种切粒装置结构紧凑，占地面积小，其缺点是当产量大时冷却问题较大;设置水冷和风冷的投资也比较大。此外对造粒模板的要求也比较高 :造粒模板表面粗糙度及加工尺寸精度必须很高，否则会引起垫刀、颗粒碎片多、并造成切刀磨损严重、影响造粒模板与切粒刀的最佳匹配和操作运行。热切机械对造粒模板钎焊硬质合金块的强度也有要求。热切机械采用水冷时对水温和水质都有严格的要求，以避免水温过低堵塞模板的模孔或水温过高出现连粒现象，和冷却水的pH 值变化对刀具的腐蚀，此外，切粒刀的强度和锋利程度必须适中，材质要求高，旋转速度也必须适当。总之，热切粒过程不仅对机械要求高，而且其控制也是一个复杂的过程，以至于国内过关产品绝大多数为进口产品。冷切法则是先挤出条状或片状物，经冷却后进行切粒，这种方法机构相对庞大、动力消耗多、切刀磨损快，但是刀具结构常比热切刀具结构简单，对造粒模板的要求也较热切粒低，故也有应用。2.1.1 挤出机性能对造粒工艺、生产率的影响挤出过程是物料在螺杆的加料段、压缩段、均化段(即计量段)中的流动过程。均化段是将压缩段送来的熔融物料进一步塑化均匀，最后使其定量、定压，由机头流道均匀挤出。通常以均化段的生产率代表挤出机的生产率。物料在均化段的流动可分为正流、逆流、横流和漏流 4 种:正流是物料在螺槽中向机头方向的流动，其体积流率常用 Qd 表示;逆流是由机头、过滤网、多孔板等对物料的反压力所引起的与正流相反的流动，其体积流率常用 Qp 表示:横流是物料在螺槽中沿着与螺纹线相垂直的方向进行环流，但横流对生产率的影响不显著，一般不考虑;漏流也是由于机头、过滤网、多孔板等对物料产生的反压力引起的，其体积流率常用 QL 表示，QL 一般比 Qp 小得多。逆流和漏流虽然影响挤出机的生产率，但却提高了物料的均化效果。2.1.2 切粒方式对造粒工艺及粒子品质的影响切粒主要有热切和冷切两种形式。冷切是指物料从机头模孔中挤出后牵引拉成条状，进入水槽中冷却后进行切粒的方法;而热切是指物料从机头模孔中挤出后，在熔融或半熔融状态下进行切粒的方法。112.1.3 不同 PE 组成成分对粒子品质的影响 农用塑料薄膜主要有 PE，PVC 和 EVA 等等。在中国，10%的棚膜是 PVC，90%是 PE，而地膜几乎都是 PE。聚乙烯(PE)是一种蜡状的热塑性材料，其密度小于水，大约在 80-130软化，是世界上产量最大的聚合物。它的高韧性、可塑性，优异的耐化学品性、低水汽透过性、非常低的吸水性及其易加工性，使各种不同密度级别的聚乙烯对制取多钟制品提供了极有吸引力的选择。PE 的应用也受到其模量较低、屈服应力和熔点低的限制;PE 可用来制作容器、瓶子、薄膜、管子和其他制品。依据不同的乙烯聚合机理，聚乙烯可分为极低密度聚乙烯(VLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。它们在分子链构型上的差别决定了它们的结晶度和分子量从而决定了聚合物的最终热力学性能。目前制成农膜的 PE 多为 LDPE，还有一部分为 HDPE 和 LLDPE，所以由不同 PE 组成成分的农膜生产出的再生粒子的热力学性能也有所不同，粒子的应用范围也有所差异。2.1.4 干法造粒对塑料粒子密度的影响表 2.1 含沙、含水量、冷却水温的变化对塑料粒子密度的影响列号/实验号 含水量（）含沙量（）冷却水温（）密度（kg/m）1 8 4 45 0.8972 8 8 35 0.9323 8 12 55 1.054 14 4 35 0.9735 14 8 55 0.9296 14 12 45 0.9857 20 14 55 0.9488 20 8 45 0.9549 20 12 35 0.969 2.87 2.818 2.83612 2.887 2.806 2.865 2.871 3.004 2.927R 0.017 0.198 0.091分析表 2.1，含水、含沙量、冷却水温对应的极差数值 R 分别为0.017、0.198、0.091、0.01711651158，可知塑料粒子的拉伸弹性模量随着含水量的增大而减小，但影响较小。2)含沙量4%含沙量对应的拉伸弹性模量数据和 I 为 1019，8%含沙量对应的拉伸弹性模量数据和为 1231，12%含沙量对应的拉伸弹性模量数据和为1282，1019170165，可知塑料粒子的热变形温度随着含沙量的增大而减小。因为泥沙的存在会使大分子断链，支化程度低，泥沙含量越多，分子越容易发生断链，热变形温度也就比较低。3)冷却水温35冷却水温对应的热变形温度数据和 I 为 176，45对应的热变形温度数据和为 169，55，C 对应的热变形温度数据和为 168，17616968，可知塑15料粒子的热变形温度随着冷却水温的增大而减小。表 2.3 含沙、含水量、冷却水温的变化对塑料粒子热变形温度的影响列号实验号含水量（）含沙量（）冷却水温（）热变形温度（）1 8 4 45 582 8 8 35 593 8 12 55 544 14 4 35 615 14 8 55 556 14 12 45 557 20 14 55 598 20 8 45 569 20 12 35 56 171 2.81 0.355 171 4 0.303 171 1.39 0.362R 1.19 1.059 1.0762.1.7 干法造粒对塑料粒子熔体流动速率的影响分析表 2.4，含水量、含沙量、冷却水温对应的极差数值 R 分别为1.19、1.059、1.076，1.19.076.059，说明含水量对塑料粒子熔体流动速率的影响最大，冷却水温次之，含沙量的影响最小。熔体流动速率常用来表征相对分子量的，主要是由原材料决定的，一般其它因素对其影响不明显，主要因素水平变化对塑料粒子熔体流动速率的影响趋势分析如下:1)含水量8%含水量对应的熔体流动速率数据和 I 为 2.81，14%含水量对应的熔体流动速率数据和 II 为 4，20% 含水量对应的熔体流动速率数据和为 1.39，可知塑料粒子的熔体流动速率随着含水量的增大而增大。水分在造粒过程中几乎蒸发完全，16对造粒工艺过程影响较大，对产品粒子的影响主要表现在水分蒸发后会在粒子中留有气孔。一般说来，含水量越多，产品粒子中留有的气孔也越多，一定程度上影响了粒子的密实度，熔体流动速率也就较高。气孔的存在使得粒子外观质量和均匀度降低，也会影响粒子的各项性能，但影响不大，也就证明了前文的结论，含水量对各项力学、热学性能参数的影响都不明显。2)含沙量4%含沙量对应的熔体流动速率数据和 I 为 0.355，8%含沙量对应的熔体流动速率数据和为 0.303，12%含沙量对应的熔体流动速率数据和为 0.362，可知含沙量的变化对塑料粒子熔体流动速率的影响没有一定的规律性。由于泥沙的比重远大于 LDPE，根据熔体流动速率的定义是加热到 190的 PE 熔体在 21609 压力下从一定孔径模孔中每 1min 的挤出克数，单位是质量单位。也就是说，泥沙的存在会一定程度上增加挤出克数，但是泥沙的比重增加又会增加挤出难度，所以含沙量对熔体流动速率的影响没有规律性。3)冷却水温35冷却水温对应的熔体流动速率数据和为 2.9，45对应的熔体流动速率数据和为 3.64，55对应的熔体流动速率数据和为 3.66，0.290.3640.366，可知塑料粒子的熔体流动速率随着冷却水温的增大而增大。冷却水的作用主要是有效冷却熔融粒子及输送产品颗粒，在切粒过程中应根据产品粒子及其 MRF 情况及时调整冷却水温。MRF 高，有粘连块料出现时，应适当降低水温 ;MFR 低，产生的碎屑多时，则需提高水温，说明冷却水温低有助于降低熔融粒子的 MFR。冷却水温会影响熔体状态，试验证明低水温对降低切粒温度和防止粘粒有一定的效果。表 2.4 含沙、含水量、冷却水温的变化对塑料粒子熔体流动速率的影响列号/ 实验号 含水量（）含沙量（）冷却水温（）熔体流动速度（g/10min ）1 8 4 45 1.022 8 8 35 0.693 8 12 55 1.14 14 4 35 1.225 14 8 55 1.25176 14 12 45 1.537 20 14 55 1.318 20 8 45 1.099 20 12 35 0.99 2.81 3.55 3.64 4 3.03 2.9 3.39 3.62 3.66R 1.19 0.59 0.762.2 废旧农膜湿法造粒工艺流程湿法造粒基本工艺流程如下所示：废旧农膜收集破碎清洗脱水熔融造粒破碎和清洗是湿法工艺中两个关键的环节。废旧塑料中含有大量的泥沙，通过增加破碎和清洗的次数可以很好地去除泥沙等杂质，提高回收产品的纯度。湿法造粒是我国目前普遍采用的一种较为成熟的工艺，再生后的颗粒纯度较高，可以用来作为高品质塑料制品的原材料。但多次破碎和清洗所带来的高运行成本是该工艺存在的主要不足之处。在我国有些企业为了节约运行成本，污水甚至不加处理直接排放，造成了二次环境污染。2.3 研究结论(1)造粒过程中，提高挤出机均化段和机头的温度，增大滤网孔径，能降低机头阻力，从而降低网前压P，达到提高设备负荷，增加生产率的目的。机轴是挤出机的最主要组成部分之一，保护机轴减少磨损，延长机轴寿命是必须注意的。所以，要求挤出机的机轴不能空转或不吃料，运行过程中，根据出料速度，调节挤出机机轴转速，使得物料恰好被挤出机完全吃进。而且挤出机轴的长径比越大，越有利于物料熔融挤出。(2)冷切和热切是切粒的两种方式。冷切对工艺要求不高，但切刀使用寿命短，容易出现大量拖尾粒子;热切粒子外形美观，抗拉伸性能与抗弯曲性能较好18熔体流动速率较低，但热切对机械工艺要求比较高，而且控制工程也很复杂，切粒刀的强度和锋利程度适中，材质匹配，旋转速度适当等，因此投资大。选择何种切粒方式，应根据工艺设备要求，做出合理判断。(3)根据物料性质，合理选择加热温度。加热温度低有利于改善再生粒子的力学性能，减少能耗，经济性高;但过低的加热温度又会导致物料熔融不完全，挤出困难，损坏机器。(4)泥沙在一定程度上起着添加剂的作用，可以增强粒子的力学性能，但过量的泥沙也会降低粒子品质，影响造粒工艺。泥沙容易磨损挤出机螺杆，缩短螺杆使用寿命，而且还会堵塞筛网及模板，造成出料不稳，特别采用冷却方式时，拉丝断裂频率较高，不利于连续运行。(5)水分对工艺过程影响较大，废旧农膜中所含的水分在挤出机内部几乎蒸发完全，但蒸汽压力会增加进料难度，甚至将物料从进料口翻出。水分对产品粒子的影响主要表现在水分蒸发后会在粒子中留有气孔。一般说来，含水量越多，产品粒子中留有的气孔也越多，一定程度上影响了粒子的密实度，降低抗拉伸能力，熔体流动速率也比较高，在实际操作中应尽量降低含水量。(6)冷却水的作用主要是有效冷却熔融粒子及输送产品颗粒，在切粒过程中应根据产品粒子情况及时调整冷却水温，低水温对降低切粒温度和防止粘粒有一定的效果。随着冷却水温的升高，拉伸弹性模量增大，热变形温度减小，熔体流动速率增大。目前干法造粒工艺还不成熟，再生后的颗粒纯度较低，只能适用于对粒子品质要求不高的塑料制品的应用，影响了工艺的推广应用，但干法工艺有着明显的经济性、节能性以及环保价值。随着近年来，石油有效开采储量迅速下降、能源价格不断上涨以及塑料废弃物对环境的严重污染，废旧农膜的回收利用具有越来越高的资源和环保价值。19第 3 章 废旧农膜再生塑料应用途径及经济分析3.1 概述现在有先锋性公司也在回收垃圾中的塑料来制造可市场化的塑料制品。从经济的角度来看这个途径可以从两个方面来获取利益: 一是出售再生塑料制品获得的利润; 二是回收废旧塑料属于资源化利用的过程，国家对此有优惠政策以及补助。3.2 资源和环保价值资源、能源和环境是人类赖以生存的重要条件，是社会发展的必要物质基础。随着社会的发展，人们对物质的要求日益增大，自然资源和能源正逐步走向贫乏。另一方而，物质的消耗产生的垃圾又对自然生态环境造成严重的污染，威胁到人类的生存，其中，废旧塑料山于比重低，占这些垃圾很大的体积分数。当前塑料的应用已渗透到生产和社会生活的各个方而，而废塑料又是塑料制品消费过程的必然产物，同时又是物质资源的一种存在形式，它还具有一定的利用价值，如能有效地将其利用，就可节约能源，净化环境，具有重大的社会意义。生产农膜的原料为石油和天然气，这二者都是不可再生的有限资源。近年来，其有效开采储量迅速下降、能源价格不断上涨以及塑料废弃物对环境的严重污染，已引起国际社会的广泛关注。因而废旧农膜的回收利用既可回收资源，节约能源，又能减轻环境污染，这也就是其资源和环保的价值。3.2.1 白色污染的现状塑料制品作为质轻，防水，防腐蚀的新型材料，在全世界被广泛运用。 塑料最早运用于农业地膜，给农业生产带来了极大的发展，可使农作物在任何季节生长，促进了市场消费。据市场统计，自 19901995 年，塑料的生产以每年89的速度增长，已经席卷了整个地球。简直可以称作“白色革命”。但它在为人们提供方便的同时，也给人们带来了一场“白色灾难”。 至今，“白色污染”已经成为众所周知的一个新型名词。它主要指各种发泡塑料袋，农用地膜等20给环境造成了污染，并且得到社会的普遍关注。 中国台湾省 1994 年颁布了对“白色产品”的禁令，一年后，又取消了该令。 杭州市早在 1995 年颁布通告，禁止本地使用一次性发泡塑料餐具。广州市于 1997 年 6 月颁布政府令，规定自当年九月一日起，在市内禁止生产、销售和使用一次性不可降解塑料饭盒。 基于此，1999 年 1 月，国家经贸委颁布了【1999】第 6 号令，明确一次性发泡塑料餐具，作为落伍产品，要于 2000 年底以前全面淘汰，从 2001 年起，全面禁止生产、销售和使用。 从上述材料可以看出，今天距最后期限已经过去一年多时间，但一次性发泡餐具依旧随处可见，而政府也从当时的强令“禁白”，变的态度“暧昧”起来，常常敷衍了事，“禁白令”成了一纸空文。 鉴于上述情况，我们进行了多方面的调查研究，查阅各种资料，得出了至今为止的国家开发并投放市场的各种新型代替品的各方面情况，并进行分析总结。 3.2.2 白色污染物的组成 “白色污染物”，具有如此强大的生命力，它将给我们的生活带来什么样的严重危害，我们会在以下内容中进行叙述。首先，让我们了解一下塑料的组成成分。 “白色污染”主要指白色的发泡塑料饭盒，各种塑料袋，农用地膜等给环 境造成的污染。但“白色污染”并不是人们通常认为的塑料制品。众所周知，塑料是一种具有优良综合性能的新材料，也是一种消费品，总的来说，它也是一种物质。任何一种物质均有其生命周期，在达到其生命周期终了的全过程便是降解过程，因此，塑料本身也是可降解的。只是由于通过稳定化技术，即加入光、热稳定剂，抗氧剂等延缓或抑制其固有的可降解性。而且，塑料有 300 多种，常用的有 40 余种，而实际上能成为白色污染的只占其中的一小部分。因此不能够把“白色污染”同塑料等同起来。 “白色污染” 物的主要成分为：聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PV)、聚丙烯(PP)、 聚苯乙烯树脂(PS)。以下我们一一做一个了解： 聚乙烯： 聚乙烯是乙烯对分子量从一万几百万不等的聚乙烯。聚乙烯是略带白色的颗粒或粉末，半透明状，无毒无味，化学稳定性好，能耐酸碱腐蚀。商业上将聚乙烯分为低、中、高密度。一般用于包装的主要是不加增塑剂的低密度.21聚丙烯： 相对分子量在 8 万20 万之间。聚丙烯主链有一个甲基侧链。如果甲基全部分布在一侧称为等规聚丙烯；如果甲基有规则地分布在主链两侧，称为间规聚丙烯；如果甲基无规则地分布在主