方塊地毯邊角廢料循環(huán)再利用技術(shù)初探*

張 網(wǎng) 杜寧羲 方瑞峰

1. 浙江道爾頓地毯有限公司，浙江 嘉興 314100；2. 嘉興學(xué)院材料與紡織工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001

方塊地毯邊角廢料循環(huán)再利用技術(shù)初探*

張 網(wǎng)1杜寧羲1方瑞峰2

1. 浙江道爾頓地毯有限公司，浙江 嘉興 314100；2. 嘉興學(xué)院材料與紡織工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001

利用破碎機等設(shè)備將方塊地毯生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的邊角廢料進行粉碎，篩選后得到分離良好的粒徑為100～150目的碳酸鈣和PVC微粉(即再生料)。將該再生料作為部分原料，再按照一定比例加入原生料，成功生產(chǎn)出含再生料的方塊地毯。性能測試結(jié)果表明，再生料方塊地毯的簇絨拔出力、熱和水引起的翹曲分別比原生料方塊地毯降低4.47%、14.28%；就耐光色牢度、耐摩擦色牢度、耐燃性及毯基上單位面積絨頭質(zhì)量4個指標(biāo)而言，再生料方塊地毯和原生料方塊地毯完全一致；同時再生料方塊地毯顯示出良好的經(jīng)濟效益，說明地毯邊角廢料循環(huán)再利用完全可行。

方塊地毯，邊角廢料，循環(huán)再利用技術(shù)，提取，簇絨

方塊地毯又稱為拼塊地毯，它以簇絨紗為面層，背襯含有鈣粉、氧化鈣和增塑劑的PVC料，制成卷材后再用模具切割成正方形或長方形。方塊地毯具有儲存、運輸、裝卸、鋪裝、打理方便及可任意組合等優(yōu)勢，廣泛用于辦公和商用等場合[1]。

方塊地毯的生產(chǎn)工藝流程比較長，包括簇絨紗線和三維立體無紡基布的準(zhǔn)備、簇絨加工、PVC材料配制和復(fù)合加工、塑化、烘干定型及切割等工序[2]。在方塊地毯的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生約3%的邊角廢料和次品。通常，這些邊角廢料的處理方式大多為填埋，既浪費資源，又污染環(huán)境。生產(chǎn)方塊地毯時所產(chǎn)生的邊角廢料由簇絨紗和PVC材料組成，其循環(huán)再利用的過程涉及邊角廢料的破碎、分選和再利用，利用毯面和底背料的密度差異，細分為絨毛和底背料的篩分及回收。其中，絨毛經(jīng)過篩選和清潔、過濾后，可以重新熔融塑化，用于制作低端纖維級的粒子；底背料需要再次研磨，以篩選出碳酸鈣和PVC?；厥盏奶妓徕}微粉(含少量PVC)在地毯生產(chǎn)中可作為填充料，替代一部分原生鈣粉。分離出來的PVC和其他原料(如原生PVC和DOP)混合，攪拌后輸送到制皮設(shè)備，經(jīng)熱塑混合，由螺桿推送而進入模具型腔，壓制成皮子再加以利用。從有關(guān)資料看[3-7]，國外已比較成熟地做到將邊角廢料加以循環(huán)利用，國內(nèi)目前對地毯邊角廢料的循環(huán)再利用研究僅處于學(xué)術(shù)試驗階段，企業(yè)尚未真正開始進行絨毛和底背料的篩選、過濾及細分回收的應(yīng)用。本文僅對方塊地毯生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的邊角廢料中的底背料即PVC料的再利用技術(shù)進行探索。

1 生產(chǎn)工藝流程

方塊地毯邊角廢料中的PVC料再利用工藝流程見圖1。

圖1 PVC料再利用工藝流程

2 生產(chǎn)工藝要點

2.1 邊角廢料再生料的提取

方塊地毯的邊角廢料通過傳送裝置提升而被送入強力破碎機。強力破碎機的切刀在電機驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，將喂入的邊角廢料切成2～5 mm的顆粒狀。顆粒狀的邊角廢料通過放料口的螺旋泵被輸送到高細粉碎機，進一步粉碎成直徑為1 mm以下的微粒狀，然后傳輸?shù)交匦戎胤诌x機進行篩選、分離。強力破碎機的工作參數(shù)：主機轉(zhuǎn)速375 r/min，線速度30 m/min。

回旋比重分選機(圖2)的工作原理：

經(jīng)過2次粉碎的方塊地毯邊角廢料，經(jīng)螺旋式輸送器自動輸送到料倉，由料倉調(diào)節(jié)放料至魚鱗狀的床面上；床面下方的電機帶動偏心輪使床面有規(guī)律地振動，促使微粒物料回旋著向前移動，輕的絨毛結(jié)成團而往上浮，重的顆粒則往下沉，這使得錐形底分層越來越厚。在接近物料出口處設(shè)有3塊調(diào)節(jié)板，可根據(jù)不同物料的密度調(diào)節(jié)角度，其中調(diào)節(jié)板A允許通過絨毛、調(diào)節(jié)板B允許通過混料(即短纖維夾雜的粉狀料和部分微粒)、調(diào)節(jié)板C允許通過微粒和粉狀料。

上述經(jīng)過2次粉碎的方塊地毯邊角廢料經(jīng)3塊調(diào)節(jié)板(A、B和C)分離成3種不同成分含量的材料：篩分出來的絨毛用于加工低等級的纖維；重物料可在地毯生產(chǎn)中加入PVC組分直接使用；輕重混料由螺旋式輸送器重新輸送至料倉，再次分選，并多次重復(fù)，直至得到底背微粒料。

圖2 回旋比重分選機示意

為了獲得粒度一致且更細的(100～150目)物料，還要將分選后的底背微粒料均勻、連續(xù)地喂入雷蒙磨進行研磨。雷蒙磨的工作原理：

磨輥在離心力的作用下始終緊緊滾壓在磨環(huán)上，鏟刀將鏟起的物料自動送到磨輥和磨環(huán)中間，物料在滾碾壓力的作用下被迅速粉碎成微粉狀，然后，在風(fēng)機的作用下，微粉狀的物料被吹送至分篩機，達到規(guī)定細度的物料通過分篩機，達不到規(guī)定細度的物料則重新回到磨腔繼續(xù)研磨。通過分篩機的物料進入旋風(fēng)分離器，收集后存儲使用。最終可得到分離良好的碳酸鈣微粉和PVC微粉，即再生料，其粒度為100～150目。

再生料的再利用工藝有兩種：第一種是把再生料作為原材料，按底背料配方要求的比例直接加入地毯生產(chǎn)常用的攪拌系統(tǒng)中，按照常規(guī)地毯生產(chǎn)工藝進行覆底、塑化、烘干、冷卻和切塊，制造出含再生料的方塊地毯；第二種是把再生料送入另外一套混料系統(tǒng)，并添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的PVC和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～15%的DOP原生料，充分?jǐn)嚢?、混合后，由螺旋式輸送器均勻、定量地喂入壓皮機型腔進行加熱塑化，最后擠出成皮。本文采用第二種工藝。

2.2 方塊地毯的制備

2.2.1 工藝參數(shù)選用

簇絨方塊地毯的組織結(jié)構(gòu)由不同高度的絨頭和不同成圈方式來實現(xiàn)，選用線密度約277.8 tex(2 500 den)的丙綸膨體紗或尼龍膨體紗，采用8+4、5+5、6+6等機型的提花或平圈簇絨機進行織造，機器隔距分別調(diào)整為1/12、1/10、5/64等，針跡密度為40針/(10 cm)，絨頭高度3～7 mm。

2.2.2 簇絨加工

基布選用90或100 g的滌綸紡黏非織造布?？椩烨耙獙⒓喚€按工藝要求進行排列，確保紗線的顏色、穿紗位置準(zhǔn)確。采用電腦提花簇絨機進行織造時，由電腦控制絨頭高度，地毯表面形成高度不同的花型，使地毯圖案更加豐富多彩。

織造時，安裝在針床上的多排簇絨針做上下往復(fù)運動，把紗線刺入基布；同時，簇絨針沿著橫向以一定速度運行，使紗線在基布上形成有規(guī)律的絨頭。隨著基布勻速向前運動，簇絨針回到起始位置，開始織造下一條絨頭。如此反復(fù)，最終織成地毯[8]。簇絨針規(guī)律性排列可以滿足寬幅地毯的生產(chǎn)要求。本文制備的地毯幅寬為2 m。

2.2.3 背膠定型

方塊地毯的硬挺度和尺寸要求十分嚴(yán)格。地毯表層的簇絨紗在外力作用下容易變形，通常使用VAE漿料，地毯經(jīng)過上漿、烘干、定型工序，能達到增加硬挺度、穩(wěn)定尺寸和防止絨毛脫落的效果[9]。VAE漿料配方直接影響方塊地毯的穩(wěn)定性和尺寸規(guī)格，其硬度既要滿足客戶的使用要求，又不能過于僵硬而產(chǎn)生打滑，還要盡量降低生產(chǎn)成本。根據(jù)VAE漿料的成膜性能，選用中硬配方，固含率為38%(質(zhì)量比)，在配料過程中按照50%的質(zhì)量比加入前述再生碳酸鈣微粉，并降低一半原生碳酸鈣的用量。本文根據(jù)所選擇的固含率，選用質(zhì)量比為52%的漿水比進行上漿。

2.2.4 壓制復(fù)合皮

再生料被輸送至密封的高速混料機中，按比例添加原生PVC樹脂和DOP油脂，封閉鎖緊混料機上蓋后啟動攪拌?；炝辖?jīng)充分?jǐn)嚢韬蟊惠斔椭翂浩C上面的喂料口，均勻、連續(xù)地喂入壓皮機型腔進行升溫塑化。試驗用壓皮機型號為JW-P-C1，其型腔外是由電阻絲包覆的加熱裝置，可根據(jù)型腔內(nèi)的材質(zhì)不同自動調(diào)溫，理論上升溫至170 ℃左右，再根據(jù)混合料的塑化(熟)程度對溫度做微調(diào)。壓皮的過程是將充分?jǐn)嚢璧幕炝嫌煞稚罴訜嶂翀F狀，經(jīng)螺桿旋轉(zhuǎn)擠壓而被推送進入模腔。模腔出口間隙可根據(jù)所需皮子的公稱厚度設(shè)定，一般是0.8～1.2 mm，生產(chǎn)時設(shè)定為1.0 mm，模具出口寬度設(shè)定為2.2 m?；炝辖?jīng)壓皮后成為具有一定厚度的復(fù)合皮。然后，復(fù)合皮經(jīng)過3個高精度金屬對輥碾壓。其中上、下輥是鏡面狀金屬光輥，中間輥是表面雕刻有花紋和箭頭方向的金屬輥，使復(fù)合皮的厚薄一致、上表面光滑、反面呈現(xiàn)花紋和箭頭。復(fù)合皮再通過雙輥(約60 ℃)輾壓定型，由兩側(cè)邊刀按標(biāo)準(zhǔn)寬度切邊，成卷定長后由橫切刀裁切，然后轉(zhuǎn)入覆底線進行黏合覆底。

2.2.5 黏合覆底

常規(guī)方塊地毯的覆底的底背料分上層料和下層料，其成分相同，區(qū)別只是下層料中添加有少量炭黑。炭黑放在小型攪拌器中，加入DOP攪拌后才能使用，目的是使底背顏色的接受度更高。上、下層料之間嵌入1層玻璃纖維布，用于穩(wěn)定地毯尺寸和增加地毯的硬挺度。

由再生料制成的復(fù)合皮經(jīng)過專用恒溫金屬對輥平整碾壓(俗稱回火)后，皮子的各部位在對輥的壓力作用下均勻受熱、受力，目的是使皮子的內(nèi)應(yīng)力(收縮)充分釋放，減少制成地毯后因皮子收縮而變形。經(jīng)過回火的皮子和上層料直接疊合在一起，同步喂入覆底線與簇絨毯面合成覆底，其工藝流程與常規(guī)地毯的覆底工藝流程完全相同。

3 性能測試

對上述由再生料制成的方塊地毯的主要性能進行測試，與本公司常規(guī)生產(chǎn)的同規(guī)格方塊地毯對比，結(jié)果見表1。

表1 2種地毯的性能測試結(jié)果對比

由表1可以看出，含再生料方塊地毯的熱和水引起的翹曲、簇絨拔出力比常規(guī)方塊地毯低一些，分別降低14.28%和4.47%。對方塊地毯的內(nèi)在質(zhì)量要求，國家標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2755—2005《拼塊地毯》規(guī)定熱和水引起的翹曲≤1.50 mm、簇絨拔出力≥24.0 N。雖然含再生料方塊地毯的這兩個指標(biāo)比常規(guī)方塊地毯有所降低，但都在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允差范圍內(nèi)。此外，含再生料方塊地毯的耐光色牢度、耐摩擦色牢度、耐燃性及毯基上單位面積絨頭質(zhì)量4個指標(biāo)，與常規(guī)方塊地毯完全一致。

此外，從經(jīng)濟效益來看，生產(chǎn)1 m2含再生料方塊地毯，可節(jié)省原生碳酸鈣950 g、原生PVC料275 g。按照原生碳酸鈣0.3元/kg、原生PVC料8.2元/kg計算，生產(chǎn)1 m2含再生料方塊地毯，理論上可節(jié)約2.5元左右?？鄢吔菑U料的回收費用，約1 800.0元/t，折合到1 m2方塊地毯的費用約2.2元，即生產(chǎn)1 m2含再生料方塊地毯的成本比常規(guī)方塊地毯減少約0.3元。按照某公司年產(chǎn)方塊地毯220萬m2計算，每年可節(jié)省成本約66萬元。

4 結(jié)語

本文探討的方塊地毯邊角廢料的循環(huán)再利用技術(shù)，經(jīng)過生產(chǎn)小試表明是可行的。通過2年多所積累的經(jīng)驗來看，基本上達到了方塊地毯邊角廢料回收再利用的目的。雖然方塊地毯邊角廢料的循環(huán)再利用技術(shù)還處于初推階段，但所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益是比較可觀的，而且產(chǎn)生的社會效益更為顯著，可有效保護生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈和環(huán)境清潔，減少碳排放，對環(huán)境也沒有造成二次污染，市場前景非?？捎^。

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A preliminary study on recycling technology of wastes from square carpets

ZhangWang1,DuNingxi1,FangRuifeng2

1. Zhejiang Dalton Carpet Co., Ltd., Jiaxing 314100, China;2. Jiaxing College Material & Textile College, Jiaxing 314001, China

The wastes produced during the production of square carpets were crushed by using curshers, and after being screened, the finely separated micro-powders of calcium carbonate and PVC with the size of 100～150 meshs, namely recycled materials, were obtained. The recycled material was used as a part of raw materials, and then a square carpet containing the recycled material was successfully produced by adding a certain proportion of the raw material. The performance experiment results showed that the pull-out force of tufts and the curl-up caused by heat & water of the square carpet containing recycled material were respectively reduced by 4.47% and 14.28%. In terms of four indexes such as light fastness, abrasion fastness, flame resistance and pile mass of unit area above the substrate, the square carpet containing recycled materials was the same as the square carpet made of original matetials. Meanwhile, the square carpet containing recycled materials had a good economic benefit, which showed that the recycling of carpet wastes was completely feasible.

square carpet, waste, recycling technology, extract, tuft

*嘉善縣科技計劃項目(2015A06)

2016-10-26

張網(wǎng)，男，1985年生，技術(shù)員，主要從事地毯生產(chǎn)及其產(chǎn)品開發(fā)工作

TS935.73

A

1004-7093(2016)12-0004-05