Способ переработки текстильного корда
METHOD OF TEXTILE CORD PROCESSING

Изобретение относится к технологическим процессам переработки «грязного» и неоднородного по хим. составу текстильного корда, получаемого в результате переработки шин и других резинотехнических изделий.
«Грязный» текстильный корд - это продукт переработки использованных автомобильных и авиационных шин и других резинотехнических изделий. Включает в себе распушенную или короткую нить и включения кусочков резины, причем количественное содержание резины влияет на свойства конечного получаемого продукта.
В настоящее время в мире применяется целый ряд технологий по переработке и утилизации отходов резины и изношенных автомобильных шин.
В этой отрасли используются самые различные технологические процессы - сжигание, термический и каталитический крекинг, регенерация и разложение резины под воздействием кислорода, водорода, озона, деполяризация, измельчение, взрыв и другие.
По данным Европейской Ассоциации по вторичной переработке шин (ETRA) в Европе ежегодно образуется свыше 2 млн тонн амортизованных автомобильных шин, а объемы их переработки методом измельчения не превышают 10 %. Большая часть собираемых шин (20 %) используется как топливо.
В России состояние вопроса еще острее. Так, по данным научно-исследовательского института шинной промышленности в России ежегодно выходит из эксплуатации около 1 млн тонн шин и только в Москве каждый год образуется до 60000 т изношенных шин. Из этого объема 10-12 тыс. тонн перерабатывается Чеховским регенераторным заводом (г. Чехов), а остальное количество оказывается на несанкционированных свалках, в оврагах и пригородных лесах, отягощая и без того тяжелую экологическую обстановку городов Московского региона.
Вышедшие из эксплуатации изношенные шины являются источником длительного загрязнения окружающей среды: шины не подвергаются биологическому разложению; они огнеопасны и в случае возгорания погасить их достаточно трудно, а при горении в воздух выбрасываются вредные продукты сгорания и в том числе канцерогены; при складировании они служат идеальным местом для размножения грызунов и кровососущих насекомых, переносчиков инфекционных заболеваний.
Вместе с тем изношенные автошины содержат в себе ценное сырье: каучук, металл и текстильный корд. Эти материалы в процессе эксплуатации в основном не меняют первоначальные свойства.
При переработке автошин механическим способом, кроме резиновой крошки разной фракции и металлического корда, получают также вторичный текстиль.
Такой текстиль представляет собой синтетическую минеральную вату с вкраплением мелкодисперсной резиновой крошки (не более 5 %) диаметром ≤0,5 мм. Очищенная нейлоновая вата, извлеченная кордоотделителем на специальном оборудовании, широко используется в строительстве и нефтегазодобывающей и перерабатывающей промышленности. Ее используют в качестве утеплителя, связующего, армирующего компонента, специальной добавки, придающей эластичность и трещиностойкость строительным материалам и путепроводам, для изготовления спортивного инвентаря, являясь универсальным наполнителем для матов, татами и всевозможного оборудования для отработки ударов: боксерские мешки и груши, щиты различной конфигурации, лапы.
Неочищенный «грязный» текстильный корд включает в себе распушенную или короткую нить и включения кусочков резины (более 5 %) диаметром >0,5 мм, причем количественное содержание резины влияет на свойства конечного получаемого продукта.
«Грязный» текстильный корд представляет собой практически неиспользуемые отходы.
Широко известно, что текстильный корд, применяемый в промышленности, изготавливается чаще всего из капрона (нейлона), реже из вискозы. Очень малое количество изготавливают из хлопка.
Основные материалы, применяемые для изготовления корда:
- Полиэфирный корд 14ПДУ
- Полиэфирный корд 20ПДУ
- Анидный корд 13АТЛ-ДУ
- Анидный корд 25АТЛ-ДУ
- Анидный корд 55АДУ
- Анидный корд 65АДУ
- Анидный корд 45А («Kordsa» Турция)
- Анидный корд 70А («Kordsa» Турция)
- Капроновый корд 23КНТС
- Арамидный корд Русар 75
Полиэфирный корд (лавсан) изготавливается из полиэтилентерефталата с молекулярной массой 30-50 тыс. и температурой плавления 255-265°С.
Капрон или капроновое волокно - бело-прозрачное, очень прочное вещество. Эластичность капрона намного выше шелка. За рубежом синтетическое волокно типа капрон именуется перлон и нейлон. Капроновые волокна не впитывают влагу, поэтому не теряют прочности во влажном состоянии. При нагревании его прочность снижается, при 215°С происходит плавление.
Хлопок, состоящий из целлюлозы, имеет высокую температуру стеклования (225°С) и не плавится (http://kazgp.ru/teoriya/27-novosti/1200-temperatura-plavleniya-czellyulozy-i-sobennosti-glazheniya-odezhdy.html)
Температура плавления вискозы составляет 300°С, температура стеклования 225°С. (См. Армирующие текстильные материалы (http://msd.com.ua/shiny-nekotorye-problemy-ekspluatacii-i-proizvodstva/armiruyushhie-tekstilnye-materialy/).
Резину для шин получают вулканизацией резиновой смеси. В состав резиновой смеси входят следующие ингредиенты: каучук, вулканизирующие агенты, ускорители вулканизации, активаторы, противостарители, активные наполнители или усилители, неактивные наполнители, красители, мягчители, ингредиенты специального назначения. В зависимости от назначения в резину может входить лишь часть перечисленных ингредиентов, но в ее составе всегда содержатся каучук и вулканизирующий агент. Температура плавления каучука (180-200°С) - http://studopedia.su/10_77131_kauchuki-i-rezinovie-materiali.html.
Таким образом, температура плавления указанных основных материалов, которые можно использовать как связующие, находится в пределах 215-265°С.
Из уровня техники известен способ переработки текстильного корда с частицами каучука из переработанных шин путем их нагрева до температуры, при которой текстильные волокна по меньшей мере частично пластически деформируются и соединены с частицами каучука в агломерат. При этом нагрев по меньшей мере частично осуществляется за счет внешнего источника тепла при температуре в интервале от 100 до 300°С. Из-за различных точек плавления или размягчения материалов, из которых образованы текстильные волокна, вполне определенные части текстильного корда могут таким образом быть полностью деформированы пластически, в то время как другие участки остаются в волокнистом состоянии (см. заявку WO №2010079062 от 15.07.2010 г., В29В 17/00; В29В 17/02).
Недостатком известного способа является его сложность и отсутствие четкого диапазона температуры нагрева для различных материалов так, например, температура плавления каучука (180-200°С), а это значит, что при более высокой температуре он превращается в связующее и не может быть агломератом. К тому же текстильный корд, как показано выше, сделан из различных материалов, обладающих разными свойствами при нагревании.
Известно наполнение композитных материалов на основе термопластичных полимеров путем смешения порошков полимеров или гранулята с наполнителем с использованием обычного метода переработки пластмасс, а именно, экструзии, (см. В.Г. Шевченко ОСНОВЫ ФИЗИКИ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Учебное пособие для студентов по специальности «Композиционные наноматериалы» МГУ имени М.В. Ломоносова, Научно-образовательный центр по нанотехнологиям // МОСКВА 2010, стр. 22-23).
Широко известны способы переработки пластмасс с помощью экструдеров, когда загруженное в виде гранул, порошка или лома сырье под действием рабочего органа перемещается в рабочую зону корпуса, где под действием давления, трения и подаваемой извне температуры нагревается и плавится до состояния, требуемого по условиям технологического процесса (см. http://promresursy.com/materialy/proizvodstvo/oborudovanie/ekstruder-dlya-plastika.html#ixzz4SiTW19Jw.
Недостатком указанных способов является невозможность переработки различных видов «грязного» текстильного корда.
Указанные выше решения не могут быть приняты в качестве прототипа.
Решаемая техническая проблема - расширение арсенала технических способов, направленных на утилизацию различных видов «грязного» текстильного корда для получения новых материалов.
Техническая проблема решается за счет того, что  разработан способ переработки текстильного корда, заключающийся в том, что используют предварительно подготовленный грязный текстильный корд с частицами каучука, выполненного из капрона (нейлона) и из вискозы, и/или хлопка в качестве наполнителя и связующего, помещают его в двухшнековый экструдер с последующим перемещением и постепенным нагревом перемещаемой смеси в разных зонах до пластического состояния, обработку в двухшнековом экструдере производят при температуре в диапазоне 215 265°С, причем скорость перемещения перерабатываемой смеси в двухшнековом экструдере выбирают в зависимости от степени очистки корда от вкраплений, а также от процентного содержания в нем влаги, с последующей выгрузкой образовавшейся композитной массы в пресс-формы.
Технический результат от использования всех существенных признаков изобретения заключается в повышении эффективности утилизации смеси грязных кордов, оставшихся от переработки шин, и получении износостойкого композитного материала для формования из него любых изделий.
Текстильный корд из вискозы переходит в стеклообразное состояние, становясь твердым наполнителем.
Хлопок не плавится и также становится наполнителем.
В качестве связующих использованы капрон и каучук, входящие в состав смеси кордов.
На фотографиях показаны образцы измельченного до разной степени грязного текстильного корда, подвергаемого переработке (по ссылке https://www.youtube.com/watch?v=vIH0KiXi97g можно увидеть реализацию способа).
Фото 1 - сырье для переработки более однородное с мелкой фракцией,
Фото 2 - сырье для переработки не очень хорошее, много сторонних вкраплений, нужна сепарация.
Фото 3 - сырье для переработки Ориспром.
Технологический процесс переработки «грязного» и неоднородного по хим. составу текстильного корда состоит из нескольких стадий.
Предварительная стадия:
1.1. Получение сырья - Известно большое количество оборудования по переработке изношенных автомобильных шин, выпускаемое либо в виде отдельных агрегатов, выполняющих отдельные операции по переработке шин, либо в виде технологических линий, реализующих всю технологию переработки от загрузки шины до выхода готового вторичного сырья, в основном, резиновой крошки, разделенной на отдельные фракции, а также текстильного корда.
Например, известна линия для утилизации изношенных шин, содержащая блок предварительного измельчения шин, включающий в себя последовательно соединенные конвейерами первичный измельчитель шин на отдельные куски, классификатор, дезинтегратор кусков покрышки на составляющие, магнитный сепаратор и бункер-накопитель дробленой резины с выводом готовой продукции, а также присоединенную к дезинтегратору систему отбора текстиля, включающую в себя воздуховод, циклон и отсасывающий вентилятор, отличающаяся тем, что она снабжена системой контроля безопасности работы линии, включающей в себя датчики искры, установленные на входе в воздуховод, контрольные датчики искры, установленные на выходе из воздуховода, оросительную форсунку, установленную между датчиками, и отсечной клапан (патент РФ на ПМ №46971).
Возможна закупка текстильного корда у специализированных предприятий.
1.2. Складирование различных текстильных кордов.
Основная стадия:
Подготовка грязного текстильного корда с частицами каучука, выполненного из капрона (нейлона) и из вискозы, и/или хлопка, используемого в качестве наполнителя и связующего.
Помещение смеси в двухшнековый экструдер
Нагрев перемещаемой смеси
Расплавление связующего
Подача материала в пресс-форму
Прессование
Выдержка под давлением
Охлаждение
Изъятие изделия из пресс-формы.
Заключительная стадия:
1.3. Складирование продукции
Ниже приведено описание реализации способа.
Грязный текстильный корд с частицами каучука, состоящий из капрона (нейлона) и из вискозы, и/или хлопка подвергают при необходимости предварительной подготовке, например сушке или сепарации (в случае, когда имеются вкрапления металлического корда) (см. фото). Для подготовки смеси могут быть использованы дополнительные устройства, в которых материал приобретает необходимые для формования изделия свойства. Подготовленный грязный текстильный корд используют в качестве наполнителя и связующего и при помощи конвейера подают непрерывно в двухшнековый экструдер. Скорость конвейера устанавливают в зависимости от производительности (количества получаемых изделий) линии.
В двухшнековом экструдере происходит постоянное перемешивание сырья, окончательное удаление влаги, постепенный нагрев в диапазоне 215-265°С (температура плавления связующего). Текстильный корд из вискозы переходит в стеклообразное состояние, становясь твердым, и становится наполнителем. Хлопок не плавится, также становится наполнителем Резиновые включения, присутствующие в «грязном» текстильном корде, выполняют функцию связующего. На выходе получают композитную массу с высокими прочностными показателями.
Для реализации способа может быть использован, например, двухшнековый экструдер, описанный в патенте RU 2605910 С1, опубликованном 20.10.2016 г.
Это устройство подготовки формовочной смеси для изготовления изделий из композитного материала, включающее корпус с нагревом, в котором с возможностью вращения установлен шнек с расположенными на нем лопастями с образованием зон механической обработки, которые расположены по линии, охватывающей вал спирали шнека, и содержит не менее одного дополнительного одного шнека с расположенными на нем лопастями.
Камера двухшнекового экструдера имеет несколько зон, отличающихся по температуре, активности перемешивания. Скорость перемещения перерабатываемой смеси в экструдере выбирают в зависимости от степени очистки корда от вкраплений, а также от процентного содержания влаги в исходном материале.
Выгрузка образовавшейся композитной массы осуществляется открытием шиберной заслонки, которая приводится в действие при помощи электропривода, запрограммированного на выдачу определенной порции материала.
Композитная масса подается в пресс-форму, прессуется, охлаждается с выдержкой под давлением. Затем изделие выталкивается и перемещается в зону складирования продукции.
Возможно включение других наполнителей, например песка (размер от 0,005 до 5 мм) - горный, речной, морской или полученный путем дробления крупнокристаллического мрамора, мраморных известняков и доломитов, крупнокристаллических гранитов, сиенитов, туфов, антрацита, обоженного кирпича, черепицы, керамических труб, фарфора, стекла, базальта, кварцита, пемзы, шлаков, кирпича, черепицы, керамических труб, фарфора, стекла, базальта, кварцита, пемзы, шлаков, перлита, вермикулита и др.
Цвет полученной композитной массы (без применения красителей) черный - ввиду наличия в составе резины.
Полученная в результате реализации способа композитная масса может быть использована вторично. Она дробится, нагревается до пластичного состояния, перемешивается, ее можно добавлять в исходное сырье.
Полученная композитная масса прочна, пожаробезопасна, дешева (используются вторичные отходы), экологически безопасна (подлежит вторичной переработке), стойкая к воздействию атмосферных осадков, хорошо обрабатывается.
Полученная композитная масса выступает как материал самостоятельный, из которого производят различные изделия, в том числе и дорожное покрытие, такое как брусчатка, плитка, бордюры и т.д..
Заявленный способ может быть применен для переработки «грязного» и неоднородного по химическому составу текстильного корда, получаемого в результате переработки шин и других резинотехнических изделий, а также практически любых отходов пластика, битого стекла и т.п.