Спосіб подрібнення полімервмісних матеріалів

Винахід належить до подрібнення відходів на основі високомолекулярних сполук (гуми, полімерів, пластмас, натуральної та штучної шкіри тощо) і може бути використаний, наприклад, для подрібнення зношених автомобільних шин. Відомий спосіб подрібнення полімервмісних матеріалів, що містить підігрів матеріалу та його подрібнення в умовах стискання й зсувного деформування при одночасному охолодженні [пат. Росії №2057013, МПК6 В29В 17/00, заявл. 07.02.1994, опубл. 27.03.1996]. Вихідний матеріал, що підлягає подрібненню, згідно із зазначеним способом піддають переробленню на подрібнювачі роторного типу. Матеріал надходить у завантажувальний отвір пристрою, де захоплюється витками ущільнювального шнека й транспортується ним у напрямку до камери подрібнення, поступово підігріваючись за рахунок зовнішнього й внутрішнього тертя. Далі оброблюваний матеріал ущільнюється, стискається й потрапляє в камеру дроблення пристрою, де в умовах стискання й зсувного деформування піддається подрібненню. Виділення теплоти під час подрібнення компенсується охолодженням холодоагентом, що циркулює в робочих органах подрібнювача. Подрібнений матеріал деякий час перебуває в камері дроблення, що може призвести до агломерування утворених частинок, а отже і погіршенню якості готового продукту. Найближчим до пропонованого технічного рішення є спосіб подрібнення полімервмісних матеріалів, що містить підігрів матеріалу, його подрібнення в умовах стискання й зсувного деформування при одночасному охолодженні, а також скидання тиску до атмосферного [міжнародна заявка PCT/RUO 1/00345 (номер міжнародної публікації WO 02/16102 А1), МПК7 В29В 17/00, заявл. 22.08.2001, опубл. 28.02.2002], Як і в аналозі, що розглянуто, цей спосіб реалізують у подрібнювачі роторного типу, але зазначений спосіб усуває основний недолік згаданого аналога - остаточне руйнування оброблюваного матеріалу здійснюється під час скидання тиску до атмосферного, а отже агломерати частинок продукту практично не утворюються. Проте частинки матеріалу, одержані в такий спосіб, характеризуються значним діапазоном розмірів, що знижує якість продукту. В основу винаходу покладено задачу вдосконалити спосіб подрібнення полімервмісних матеріалів, у якому зміна умов оброблення подрібнюваного матеріалу забезпечує одержання продукту з більш рівномірними частинками меншого розміру при зменшенні питомих енерговитрат на одержання продукту. Поставлена задача вирішується тим, що в способі подрібнення полімервмісних матеріалів, що містить підігрів матеріалу, його подрібнення в умовах стискання й зсувного деформування при одночасному охолодженні, а також скидання тиску до атмосферного, згідно з пропонованим винаходом новим є те, що подрібнення матеріалу здійснюють у присутності води, що додають у кількості, яка забезпечує повне або часткове пароутворення під час скидання тиску. Під час реалізації пропонованого способу матеріал, що підлягає подрібненню, надходить у завантажувальний отвір пристрою роторного типу, де захоплюється витками ущільнювального шнека й транспортується ним у напрямку до камери подрібнення, поступово підігріваючись за рахунок дисипації механічної енергії. Далі оброблюваний матеріал ущільнюється, стискається й потрапляє в камеру дроблення пристрою, де в умовах стискання й зсувного деформування піддається попередньому подрібненню. При цьому в матеріалі утворюються численні мікротріщинки, які є концентраторами напружень. Інтенсивне виділення теплоти під час подрібнення компенсується охолодженням холодоагентом, що циркулює в робочих органах подрібнювача. Також в умовах стискання й зсувного деформування підігріта вода заповнює проміжки між частинками матеріалу й потрапляє в його мікро-тріщинки. У ці ж місця також потрапляють і гази, що виділяються з оброблюваного матеріалу. Під час же скидання тиску до атмосферного зазначені гази, а також водяна пара, що утворюється внаслідок миттєвого скипання води, розширюються й руйнують матеріал на дрібні частинки з високою розвиненою поверхнею. При цьому вода, що додається до матеріалу, не тільки додатково його охолоджує, а й зменшує енергоємність процесу, сприяючи остаточному руйнуванню матеріалу, а також зменшує витрати енергії на просування матеріалу через пристрій внаслідок ефекту "змащування". Приклад 1 (прототип). У подрібнювач роторного типу з діаметром ущільнювального шнека й молельного ротора 150мм завантажують куски протектора автомобільної шини розміром до 15х20х20мм. Під час транспортування й попереднього подрібнення матеріал розігрівається до 105-115 °С. Тиск у камері дроблення досягає 20МПа, а деформація зсуву - 40. У результаті одержують порошок, залишок якого на ситі з розміром комірки 0,63мм - 10% мас. Питомі витрати енергії на подрібнення становлять 1,1кВт.ч/кг. Приклад 2. Матеріал, що підлягає подрібненню, занурюють у воду, після чого виймають і завантажують у подрібнювач роторного типу. Масова частка води на подрібнюваному матеріалі після цього становить 1% мас. Подрібнювач і реалізація способу аналогічні тим, що розглянуті в прикладі 1. У результаті одержують порошок, залишок якого на ситі з розміром комірки 0,63мм - 3% мас. Питомі витрати енергії на подрібнення - 0,9кВт.ч/кг. На виході з подрібнювача утворений порошок повністю сухий. Приклад 3. Матеріал подрібнюють, як і в прикладі 2, але матеріал не занурюють воду, а до нього додають 5 % мас. води. У результаті подрібнення одержують порошок, залишок якого на ситі з розміром комірки 0,63мм - 4 % мас. У готовому порошку спостерігаються вологі частинки, що свідчать про неповне скипання й випаровування (пароутворення) води з обробленого матеріалу. Питомі витрати енергії на подрібнення - 0,88кВт.ч/кг, а питомі витрати енергії на отримання порошку (подрібнення з наступним підсушуванням продукту) - 0,95кВт.ч/кг. Приклад 4. Матеріал подрібнюють, як і в прикладі 3, але до матеріалу додають 30 % мас. води. На виході з подрібнювана видаляється густа паста, після сушіння якої одержують порошок, залишок якого на ситі з розміром комірки 0,63мм - 13% мас. Пароутворення води в цьому разі не відбувається. Питомі витрати енергії на одержання порошку (подрібнення з наступним сушінням) - 1,15кВт.ч/кг. Таким чином, спосіб за прикладом 4 не тільки не забезпечує параметри процесу й продукту, отримані у прикладах 2 і 3, а й ще потребує додаткової витрати енергії на сушіння пасти і одержання сухого порошку для подальшого зберігання й використання. Пропонований спосіб забезпечує одержання продукту з більш рівномірними частинками меншого розміру при зменшенні питомих енерговитрат на одержання продукту.