处理复合构件的方法与设备

本发明涉及处理复合构件的方法与设备，所说的复合构件包括例如金属 /金属、塑料/塑料、金属/塑料的复合材料或者是具有金属和/或塑料的矿物复 合材料的固体有机和/或无机的复合材料。

这类复合构件是例如共挤或层压形式的镀锡铜导体的印刷线路板、纤维 增强塑料或镀铜铝线。于是，金属-金属复合材料，例如在同轴电缆的情况 下，主要包括金属载体(例如铝线)与电镀或热镀的铜层，而在塑料-塑料层 压材料中，例如在食品包装薄膜的情况，包括由聚酰胺(PA)形成的塑料载体 与通过一起共挤、层压或通过应用贴面法的聚乙烯(PE)。塑料-金属复合材 料也可通过贴面或层压法而将塑料与金属连在一起，例如以玻璃纤维环氧板 作为载体与应用铜作为基体材料在印刷电路的情况下。金属-塑料复合材料 包括尤其是铝片载体与包括聚丙烯(PP)的附着在其上的保护薄膜作为面板和 耐天候老化的包覆层。

这些复合构件引起许多问题(特别是在处理方面)，因为至今复合构件的 的各种材料尚未分离。现在，这些复合构件几乎都是被废弃或烧掉的—这些 方法于环境不利—并由此将各种材料排除在经济循环之外。

今后必须以有序方式处理的复合构件还特别包括包装部门产生的残余 物。确切地说，在该领域中由于复合材料中的各种材料合在一起具有卓越的 包装性能，共挤与层压制品迄今仍旧是不能被取代的。

在常用的加工方法中，按照粒径小于各组分的层厚对复合构件进行分 裂。此分裂作业通常使用合适的磨机例如锤式粉碎机、冲击或逆流式粉碎机， 可能的话还借助氮气以维持惰性气氛与深度冷冻，通过至少一步微细粉碎操 作来进行。

FR-A-1562013公开了一种带有多个转盘的转子和围绕转子的圆柱 形壳体的粉碎机，其中将欲粉碎的输送材料通过螺杆输送到转子的下端，然 后被高于筛板和低于转子支承架的在转子上方延伸的风扇的空气流抽吸。向 上运动的粉碎料的尺寸减少，因此被称为“Plaques de broyage”，即粉碎板 或挤压板，粉碎板或挤压板以辐射状从旋转的转盘伸出并排列在壳体壁附 近。与机壳壁一起操作的粉碎板或挤压板在它们每个的端部装有椭圆形框 架；各框架在机壳内侧的推定圆(constrcution circle)上延伸并且被用来帮助增 强粉碎和尺寸减少的效果。此外，FR-A-1562013的作者的观点是在粉 碎操作中另外还涉及湍流现象。与风扇以下的粉碎磨壳体相连接的是一个将 筛出的粗粒子再供入到下一级进料的旁流管。

该种的粉碎磨还公开在DE-A-4213274中，DE-A-4213274披 露与本发明相关的方法与设备，就细粉碎含有金属的复合材料而言，特别是 就从装有各组分的印刷线路板中回收先前的金属而言，该设备被用作微涡流 型筛磨。在该装置中，例如铜被磨碎到约80～100μm的粒径并且通过筛 分空气被排出。在旁路的出口孔处装有折流板；折流板使在转子边缘流入到 旁路口处的粒子改变流向。在转子旋转运动中产生的涡流在附图中以comic -strip现象的方式被说明，而没有指出加工工程的重要性。

最后，WO-A-9305883涉及同一类的从纤维增强塑料等中用撕裂机回收 纤维的方法，已粉碎的材料在撕裂机的下游被磨碎。将释出的纤维从粉沫中 分离并将剩余的粉状松散料用作，例如填料。该同类方法包括被称为粉碎机 的微细磨机，该磨机的结构与FR-A-1562013中所公开的相同。

本发明的目的是提供在此说明书公开部分中提出的那类方法与设备，复 合构件能用该方法和设备被如此处理以致能回收有价值的物质；本发明的另 一目的是在对环境没有不良影响的前提下，能将复合材料返回到经济循环 中。

该目的是通过各独立权利要求中的说明而实现的；各从属权利要求提出 有利的改进。

在本发明的方法中，被送入到断流刃的混合物具有20～60米/秒2的加 速度并且在涡流中产生促进混合物分裂的运动，此外在分离或分裂操作期间 固体粒子的粘合被超出粘合力本身的加速度和摩擦力所破坏，在所说的组分 材料的各层分离的同时，固体部分的各组分也相互分开或分离。

为此，现已发现，就被送入到分离或分裂操作的断流刃处的输送流体与 固体粒子的混合物来说，在经过处理后尺寸被减少(优选减少到粒径为 5mm～30mm)，或者是在分离或分裂操作前已被压缩。

被本发明方法处理的复合物质在被选择性分裂之前是被预粉碎而形成 粒径大于细粉碎操作的粒径的粒子，然后被送入到分离或分裂区并由此在空 气流中被加速。复合材料中的各物质被析出，物理性质不同的各金属以及各 塑料层相互分离。相互分离沿在相边界发生。

有利的是，在分离或分裂操作期间，应采用的加工温度为10℃～75℃、 特别为环境温度，而在断流刃处的圆周速度应为50～200米/秒，优选为70～ 180米/秒。

通过这些措施，在分离或分裂区中，固体粒子各组分的粘合被超过其粘 合力本身的加速度与摩擦力所克服；固体粒子组分的相互分离最好是在同时 供热或引入液体和/或气体的条件下进行。

下列的在分离或分裂区中的操作参数是符合本发明的：

固体粒子的加速度为20～60米/秒2，优选为23～53米/秒2；圆周速 度为70～200米/秒，优选为72～180米/秒：而空气通过量为5000～8500 标准立方米/小时。

例如，对具有高度表面粘合的复合构件，如在铝箔两面涂覆LDPE(低密 度聚乙烯)的管状层压制品来说，加速度为35～40米/秒2并且特别为约38 米/秒2，温度为70～80℃并且特别为约75℃，圆周速度为150～200米/ 秒并且特别为约180米/秒，而空气通过量为5000～5600标准立方米/小时并 且特别为约5250标准立方米/小时已被发现是特别理想的。

就汽车工业中的内部包覆结构件，例如由ABS、PUR(聚氨酯)泡沫和 PVC(聚氯乙烯)箔组成的仪表板或相应结构的复合材料来说，以下是为其制 定的操作参数：

加速度为20～30米/秒2并且特别为约23米/秒2，温度为25～35℃ 并且特别为约30℃，圆周速度为68～77米/秒并且特别为约72米/秒，而空 气通过量为7800～8500标准立方米/小时并且特别为约8100标准立方米/小 时。

就涂覆电线的扇形部分(例如带有金属涂层和PVC护套的铝线)来说，其 操作参数应如下：

加速度为48～56米/秒2并且特别为约53米/秒2，温度为35～45℃ 并且特别为约40℃，圆周速度为80～90米/秒并且特别为约85米/秒和空气 通过量为6000～7000标准立方米/小时并且特别为约6320标准立方米/小 时。

显然分裂操作的可调整的参数必须与被处理的固体粒子的种类相适 应；如以上所指出的那样，对粒子进行选择性分裂是根据它们的不同物理性 质进行的，特别是密度、拉伸剪切强度、回弹性、热膨胀与热转移以及弹性 与向该处连接的分子结构的差别，这样复合材料彼此之间的粘合被破坏。

选择性分裂操作使复合构件细分为种种不同的结构，其中各个组分由于 其不同的特性还显示不同的尺寸与几何形状。现已发现，在选择性分裂操作 中聚乙烯组分基本上保持不变而金属组分，例如铝(它起初是平面形的)被卷 起并且变形成葱头状结构。塑料复合构件，例如聚苯乙烯-聚乙烯，在没有 明显变形的情况下，分裂成不同的结构，但是粒子大小明显不同；它们比上 述的葱头状结构要大得多。

金属的不同的分裂或变形特性为各组分的彼此分离创造条件以致随后 有可能各别地分离塑料、矿物纤维组分与金属组分。例如，由于基本不易分 裂的产物留在筛网或过滤器中而小粒子穿过筛孔，大粒子就与小粒子中分 开。可以在分离台中和/或通过流化床进行进一步的分离操作，其中结构、密 度、形状与重量的差别具有提高操作效果的作用。

上述的选择性分裂操作是在设置有输送流体的流径的设备中进行的，输 送流体携带由复合构件通过，例如粉碎操作产生的固体粒子，输送流体的流 径由在相对于流向的横向上被切削成形的机壳壁和一系列相对于机壳壁转动 的连续的刀具限定；为了在输送流体和被其携带的固体粒子中产生下游涡 流，各刀具分别在其流动方向上至少形成一个断流刃。最好刀具作为转子在 包裂区内的停留时间和转子的圆周速度以及所产生涡流的强度不同而在滚动 状的涡流中产生分裂操作。

已被预粉碎的材料被转子的刀具在空气流中加速。在高达超声范围情况 下发生的涡流中，送入的材料为相互的分离操作提供条件。复合材料中的各 物质被释出而且物理性质不同的金属层和塑料层彼此相分离。在上述的方法 中，各金属层卷曲并形成葱头状结构。就此而言，所产生的葱头状结构的直 径是先前的平片状复合材料层厚的倍数。由于它们不同的物理性质，各塑料 层产生相互不同并且与各金属层不同的结构与形状，它们本身也是相互不同 的并且与复合材料中的矿物组成也是不同的。

在此方法中各操作是以非常有效与节能方式进行的。通过由于材料本身 冲击而产生的相互分离作用，转子刀具上的磨耗量极低，这在使用期间对所 用的设备或相应的设备的零件的使用寿命和易得性有极有效的影响。特别要 指出的是，最后产生几乎纯态的各组分并因此能以非常方便的方式将它们返 回到经济循环中。

本发明的其它优点、特征和细节由以下优选实施方案的说明并参考附图 将是显而易见的，其中：

图1为处理复合构件用的整套装置的平面图；

图2为沿图1中箭头II方向观察的图1的局部侧视图；

图3为沿图1中的线III-III所取的图1的部分剖视图；

图4为图1中所示装置的分离或分裂单元的局部剖视图；

图5为沿图4中的线V-V所取的横截面图，以放大比例示出各部分；

图6至8以放大比例显示分离或分裂单元的不同实施方案的刀具的透视 图；

图9为进一步分离或分裂装置单元的局部剖视图；

图10为另一种刀具的平面图；

图11为图10刀具的侧视图；

图12至14为复合构件各部分的透视图；

图15为参照粉碎效果的复合构件的剖视图；

图16为分离度与粒径的关系曲线；

图17为在粉碎三组分复合构件时的粒径分布图；

图18为在选择性分裂时在分离或分裂装置单元中的粒径分布图；

图19为有关分离选择性分裂复合材料的曲线图。

现参照图1，将固体有机和/或无机复合材料的复合构件10，例如金属/ 金属、塑料/塑料、金属/塑料的复合材料或者是含有金属和/或塑料的矿物复 合材料通过在预粉碎机12产生固体粒子而被粉碎或尺寸减少至粒径为5～ 30mm，然后通过计量用螺杆14被送入到料仓16。计量型螺杆18将所产生 的固体粒子从料仓16输送到分离或分裂装置20，在其中对固体粒子进行选 择性分裂。

在分离或分裂装置20中复合构件被细分成它们的各组分而分离的各层 通过管或导管22以混合物形式被送入到旋风过滤器24以便通过房轮式装料 器(cell-wheel charging device)26输送到提升机28，提升机28用来将各组 分的混合物输入到另外的料仓30，料仓30供中间贮存用。与料仓30出口相 连的是输送螺杆32，通过输送螺杆32与另一提升机28a将混合物送入到筛 分或筛选装置34，在34中对混合物进行分离。

然后将不是由纯材料组成的混合物送入到供分离操作用的流化床分离 器36中。然后将已被分离成各类材料的组分从筛选装置34或流化床分离器 36送入到挤出机38或包装工段40；将现已被分离为各类材料的复合构件10 的各组分送入到可被良好应用的流程中。

在图4中，分离或分裂装置20包括在圆柱形机壳42内装在垂直驱动轴 45的径向臂44上的刀具46。机壳42的壁43具有横截面被切削成形的内表 面，例如在图5中内表面具有波纹形或波浪形，而在图9中内表面具有锯齿 状的横截面。

作为定子的机壳42限定固体粒子及载流(例如空气)的混合物的流径的 一个面；而在图4所示的四级分离或分裂装置中流径的另一面由刀具46或管 形壁48限定，管形壁48被置于半径为r的刀具位置的推定圆(construction circle)之中并且在每一级的二块板50之间延伸，每级的二板之间的间隔为a。 管形壁48的半径为r1并且其测量值是在机壳42中延伸的窄的环形空间56 的宽度b的5～10倍。

轴45与从其中突出并由径向臂44、刀具46、管形壁58和板50组成 的各级一起构成定子52，在定子的各级之间的相邻的二块板50限定了一个 间距为e的间隙54。

固体粒子与输送空气的混合物被送入到最低级的环形空间56，环形空 间56处于定子42与转子52之间，以致混合物以与转子52的转动方向x相 反的方向流动。在此情况下，如图9中Q所指的下游涡流在每一刀具46的 下游处产生(如从旋转方向x看)，刀具形成断流刃47。在此涡流Q中混合物 流被突然加速，固体粒子相互摩擦并在此时被分离成它们的组分。为此目的 可预先选定断流刃47的圆周速度、加工温度和空气通过量，以及由定子外形 /刀具形状组合来决定的所形成的涡流的形状。

在通入到下一级之前，混合物流能暂时有序地膨胀然后被通入到下面的 环形空间56。

参照图6至9，其中所显示的是刀具的各种形状，尽管未示出最简单的 刀具形状(突出到环形空间56中的径向板)。由垂直肋58或壁部分59限定的 刀具46、46a、46b中的通道口形成改变所述的涡流形式的小室60；刀具 的设计形状改变所产生的紊流作用的强度并由此改变对复合构件的作用(加 速度、冲击或碰撞能量等)。垂直肋58形成以面靠面关系竖向延伸的小室而 壁部分59产生许多还以一个在另一个之上形式布置的小室60。

在图10和11中所示的刀具46设置两片径向型材64，它们的横截面彼 此相向弯曲并且限定了喷嘴间隙62；在此处混合物流早已在断流刃47上游 的第二轴中被加速。

复合构件的某些实施例被用来帮助更详细地描述本方法。

实施例1：

在图12中作为复合构件10的管状层压制品的层状结构为：

组  分70                    LPDE  120μm

胶粘剂71

组  分72                     铝25～40μm

胶粘剂71

组分73                      LPDE  180μm

此处测定的总厚度h约为325～340μm。

实施例2：

在图13中作为复合构件10a的私人汽车的仪表板30的层状结构为：

组  分70a                    ABS    1.2mm

双组分粘合剂71a

组  分72a              PUR泡沫体3.5mm

双组分粘合剂71a

组  分73a              PVC箔    250μm

此处测定的总厚度h约为4.95mm。

实施例3：

在图14中作为复合构件10b的镀铜的铝线的层状结构为：

组  分70b                   PVC500μm(绝缘材料)

组  分72b                   铝Φ0.5mm

组  分73b                   电化学铜的镀敷厚度9μm。

此处测定的总层厚(直径d)约为1009μm。

上述各实施例应用的操作参数示于表1中。

因此组分的层厚度在9μm与3.5mm或3500μm之间。在分离或分裂 装置单元20中材料的加速度为23～53米/秒2，它相应于加工时间为0.015～ 0.078秒。

相对于定子42的转子52的圆周速度为72～180米/秒，通过空气量为 5250～8100标准立方米/小时，固体量约为500公斤/小时。对更高的通过率 来说，空气量将线性增加。

复合构件10、10a、10b通过释放不同物理性质(特别是密度、拉伸剪切 强度、回弹性、热膨胀与热转移以及其中有关的弹性与分子结构的差别)的复 合材料而被选择性地分离，这样复合材料之间的粘和被破坏。

通过在分离或分裂装置单元20中的处理，复合构件10、10a、10b被 分离成非常不同的结构，就此而言，由于它们不同的物理性质，各组分还显 示不同的尺寸与形状。

在分裂操作之前，复合构件10、10a、10b还可先被压缩，例如挤压。 现已发现，就此选择性分裂操作而言，聚乙烯组分仍保持基本上未改变状态， 而金属组分(例如先前以平片形式存在的铝)变形构成葱头状结构。各种塑料 组分(例如聚苯乙烯-聚乙烯)在未明显变形状态下被分裂成不同的结构，这 些结构具有明显的尺寸差别；它们比上述的铝的葱头状结构要大得多。

选择性分裂操作使复合构件10、10a、10b的各层分离，而各组分的层 厚未减少。

在选择性分裂操作的分裂装置单元20前(已经预粉碎)和选择性分裂操 作后卸出的复合材料的粒径之间的比较示于表2中。 表1                                     操作参数 产  品            管状层压制品                  仪表板                 铝  线

                实施例1                     实施例2                实施例3

                                            指数′a′              指数′b′ 层  数                3                            3                      3 组分70               LDPE                         ABS                    PVC 组分72               铝                           泡沫体                 铝 组分73               LDPE                         PVC箔                  铜 层  厚               70 120μm                    1.2mm                  300μm 层  厚               72 25-40μm                  3.5mm                  Φ0.5mm 层  厚               73 180μm                    250μm                 9mm 总厚度               325-340μm                   4.95mm                 1009μm 进口加速度           38米/秒2                    23米/秒2              53米/秒2 温  度               75℃                         30℃                   40℃ 圆周速度             180米/秒                     72米/秒                85米/秒 通入空气量           5250标准立方米/小时          8100标准立方米/小时    6320标准立方米/小时

                           表2 产品                管状层压材料                仪表板                    铝  线

                  实施例1                   实施例2                   实施例3

                                            指数′a′                 指数′b′ 输入：* 层厚                  ～325-340μm              ～4.95mm                  Φ1009μm 预粉碎                8mm                       10mm                      16mm 结构                  薄片状                    颗粒状                    圆柱形   卸出料：* 层厚 组分70                120μm                    1.2mm                     500μm 组分72                Φ100-180μm              3.5mm                     Φ1.8mm 组分73                180μm                    250μm                    Φ47μm

粒径： 组分70                6.2mm                     8.3mm                     14mm 组分72                Φ150-180μm              3.9mm                     Φ1.8mm 组分73                6.5mm                     9.6mm                     Φ47μm

结构： 组分70                薄片状                    碎屑状                    Φ(剖开) 组分72                葱头状                    颗粒状(立方体)            葱头状 组分73                薄片状                    薄片状                    葱头状 *平均值

在此选择性分裂复合构件10、10a、10b的分离操作中，根据构件中各 组分相互间物理性质的差别(例如各层间的差别)，复合构件10、10a、10b 的各组分发生分离。预粉碎操作并不涉及与物理性质不同相关的复合构件的 分裂。

如已提到的那样，复合构件按惯例被分离到粒径必须小于复合构件各组 分的各自的层厚；参考图15可以弄清楚。

就粒径分布而言，它不取决于各组分本身而是由所要求的粒径决定，例 如100％＜300μm。分离度与被分离的粒径G的关系被示于图16中。

在如图17中所示的这种粒径分布中，各组分以带宽(量M与粒径G关 系)均匀分布。

因此在筛分装置中，分离仅能进行到有限的程度。

如果层厚需要极细的研磨，例如铝层厚的测量值为25～40μm的层压 管情况，为了能够进行分离操作，这将需要小于25～40μm的必要粒径。

其他组分例如LDPE，也不可避免地达到该必要粒径。由于未存在分离 操作所要求的各差别，因此在实际中妨碍了各组分的分离。

在所描述的方法中，各组分现以不同的粒径存在。与如图17的量M与 粒径G关系曲线所示的粉碎操作(细磨)不同，选择性分裂操作后各组分的粒 径分布不是叠加关系而是并列关系(图18)。

各组分在分裂或变形特性方面的差别意味各层彼此相互分离并由此使 塑料能与金属部分相分离。

因此，例如在筛子中大粒子与小粒子分离，因为基本未分裂的产品仍留 在筛中而小粒子通过筛网。

筛选操作在图19所示的多层筛分装置34a中进行，筛分操作的进料以 参考号数75表示，装置34a的筛层76a至76b如此设计以致它们相应于图18 的筛分1至4，筛分操作使各组分基本上分离。于是区A、C和E以单一类 的物质(物流A1、C1、E1)出现，而区B的物流B1(重叠组分量为1/2)和区 D的物流D1(重叠组分量为2/3)被送入到分离台和/或流化床作进一步分离， 就此而言利用结构、密度、形状和重量的差别以进行分离。

一旦通过分离操作得到金属和/或塑料部分之后可将各部压缩。压缩操作 是通成团和/或挤压操作进行的。