加工光學纖維廢料的方法
【專利摘要】本發明涉及一種從光學纖維廢料粉碎光學纖維的方法，包括以下步驟：a)粗粉碎光學纖維從而獲得粗粉碎的光學纖維；和b)使用d50值在0.1到5.0毫米的顆粒添加劑作為聚集體精粉碎粗粉碎的光學纖維從而獲得精粉碎的光學纖維，其中光學纖維和添加劑的混合比例為25/75重量％到95/05重量％。
【專利說明】加工光學纖維廢料的方法
[0001]本發明涉及一種從廢棄玻璃纖維材料粉碎玻璃纖維的方法，且涉及添加劑在介質磨機中為粉碎玻璃纖維作為聚集體的用途。
[0002]在玻璃纖維的典型生產過程中，在所有執行的加工步驟中形成相當數量的廢棄玻璃纖維材料。這些廢棄的玻璃纖維材料主要由長度通常在5到10米范圍的長纖維構成。為了能夠回收這些廢棄玻璃纖維材料到生產過程從而提高該過程的經濟效率，將這些纖維粉碎到適合生產過程的目標長度是理想的。
[0003]US2007/0042890描述了一種方法，其中纖維首先被粗切然后在球磨機里磨碎。
[0004]US6032883描述了一種加工玻璃纖維的方法，其中玻璃纖維和少量玻璃粉末，碎玻璃或水混合。
[0005]在這種玻璃纖維加工的初步實驗中，發現使用合適的切削工具直接粉碎到所需的目標長度對該工具有很高的磨損。另外，玻璃纖維也會被工具磨損形成的顆粒所污染。
[0006]另外，纖維研磨實驗顯示纖維基本上趨向于相互結塊。這樣制造出毛茸茸的玻璃纖維聚集體，顯著降低磨機的研磨性能，從而不再可能實現待磨材料或玻璃纖維的有效粉碎。
[0007]因此，本發明的目的是提供一種方法，該方法可以使得廢棄玻璃纖維材料能夠被重新利用。
[0008]根據本發明，該目標可以通過從廢棄玻璃纖維材料粉碎玻璃纖維的方法實現，包括以下步驟:
[0009]a)粗粉碎玻璃纖維從而獲得粗粉碎的玻璃纖維；和
[0010]b)使用d50值在0.1到5.0毫米范圍的顆粒添加劑作為聚集體精粉碎所述粗粉碎的玻璃纖維，從而獲得精粉碎的玻璃纖維，玻璃纖維與添加劑的混合重量比為25/75到95/05。
[0011]該方法生產含有玻璃纖維的混合物。
[0012]與上述US2007/0042890相比，添加劑被使用并保留在材料中，而US2007/0042890A1使用返回到研磨過程的直徑為3到9毫米的研磨球。典型地，在該文件中描述的磨機含有50%的研磨球和50%的待研磨材料。鋁密度為3.96g每立方厘米和玻璃纖維密度為0.7到0.9克每立方厘米，可以獲得大約20:80 (玻璃纖維與氧化鋁研磨球之比)的質量比。
[0013]上述US6032883使用玻璃粉末在其它材料之間作為載體材料。玻璃粉末的比例從I:10到1:40(玻璃粉末與玻璃纖維之比)。
[0014]根據本發明所使用的玻璃纖維可以是包覆的玻璃纖維或非包覆的玻璃纖維。例如，包覆的玻璃纖維是具有氨基硅烷涂層的玻璃纖維。
[0015]如果廢棄玻璃纖維材料具有高殘余水分，例如，大于或等于6重量％，可以實施干燥步驟，優選在所述粗粉碎玻璃纖維之后以及精粉碎所述粗粉碎玻璃纖維步驟之前。對于技術人員來說，合適的干燥設備在現有技術中是已知的。因此，例如，可以使用溫控風機干燥粗粉碎的玻璃纖維。[0016]在玻璃纖維生產中獲得的廢棄玻璃纖維材料可以在第一步驟，步驟a)中借助合適的切割設備進行粗粉碎。典型地，用非控方式將松散的廢棄玻璃纖維材料裝載在合適的切割設備上，例如從裝有廢棄玻璃纖維材料的容器中倒入。或者，廢棄玻璃纖維材料也可以從線軸上展開或從玻璃熔體中直接拉出并供給切割設備。
[0017]本發明方法尤其適用于所謂的隨機纖維，S卩，沒有特定方向的玻璃纖維球。
[0018]根據優選的實施方式，通過切割粉碎機(cutting mill)、截切機(guillotinecutter)、磨輪(attrition wheel)、齒根軋機(toothed roller mill)、錘式粉碎機(hammermill)、轉盤式粉碎機(pinned disk mill)或沖擊式磨機(impact mill)來執行粗粉碎的步驟的。對本領域技術人員來說，這些設備在現有技術中都是已知的。磨輪也叫做摩擦輪(friction wheel或frictional wheel)。在某些情況下,連續進行兩個或多個粗粉碎步驟是有用的。
[0019]在采用兩個粗粉碎步驟的實施方式中，在第一步中僅先將纖維長度粉碎到10到100厘米，然后再進行一次或多次更進一步的粗粉碎可能是有用的。
[0020]優選地，在步驟a)中獲得5到50毫米，優選為5到35毫米，更優選為10到20毫米平均長度的粗粉碎的玻璃纖維。精確的長度取決于所使用的粗粉碎設備的種類。截切機(guillotine cutter)加工出相當一致的長度,而磨輪或齒根軋機(toothed roller mill)加工的長度則不太均勻。粗粉碎減少了在隨后精粉碎過程中的結塊現象。
[0021]優選地，粗粉碎的玻璃纖維的殘余水分含量小于5重量％，優選為小于2.5重量％，更優選為小于1.5重量％。因此，可以發現，磨機中粗粉碎的玻璃纖維和添加劑的混合物，其中玻璃纖維殘余水分含量仍高于5重量％，導致結塊從而降低精粉碎速率。導致經粉碎率降低的水分含量取決于設備的類型。
[0022]在第二加工步驟，步驟b)，粗粉碎的玻璃纖維和作為聚集體的d50值在0.1到5毫米范圍的適合的顆粒添加劑混合。d50值為0.1到2.0毫米范圍的顆粒添加劑是特別優選的。然后這樣獲得的玻璃纖維和添加劑的混合物在機械力的作用下持續一段時間。從而獲得精粉碎的玻璃纖維和添加劑的混合物，可再次提供到熔爐。
[0023]因此，根據本發明，添加的添加劑保留在精粉碎的玻璃纖維中，通常引入到生產過程。通常，添加劑也因此被粉碎。
[0024]本發明的顆粒添加劑在通常條件下是固態物質，并且優選由普通球形顆粒組成。
[0025]優選地，顆粒添加劑的表面具有鋒利的邊緣，即，顆粒添加劑的截面圖上至少有兩條邊相交成一個銳角。
[0026]根據優選的實施方式，添加劑選自下組:石英砂、石灰、煅石灰、白云石、煅燒白云石、高爐礦渣、氧化鋁Al2O3、氫氧化鋁、鈉長石、正長石、鈣長石、硼酸、氧化硼、堿金屬和堿土金屬硼酸鹽及它們的混合物。因此，取決于根據本發明處理玻璃纖維的熔爐，合適的添加劑可以用作聚集體精粉碎粗粉碎的玻璃纖維。
[0027]可選地或作為補充，本領域技術人員已知的用于玻璃生產的添加劑也可以用作添加劑。碳酸鈉，碳酸鉀，長石或用過的玻璃，優選在生產中使用的所謂碎玻璃，對本領域技術人員來說是已知的。這些添加劑也必須是顆粒狀的。
[0028]使用氧化鋁和用過的玻璃是次優選的。特別地，因為通常碎玻璃都有高鈉含量，使用用過的玻璃可導致不需要的高鈉含量。[0029]在特別優選的實方式中，使用d50值在0.1到2毫米或0.1到1.5毫米、優選為
0.3到I毫米范圍的添加劑。已經發現具有更高的d50值的添加劑(見實施例2)在將粗粉碎玻璃纖維粉碎成合適尺寸的碎片方面表現更好。可以相信具有較高d50值的添加劑通過例如磨機中研磨介質施加壓力粉碎待研磨的材料。
[0030]d50是指50重量％顆粒的顆粒尺寸小于d50值，50重量％的顆粒的顆粒尺寸小于d50值。這些值通常從粒度曲線獲得。
[0031]通常，可以發現，添加劑的最小可能d50值取決于添加劑的硬度。實驗顯示，添加劑的莫氏硬度(Mohs hardness)越低，了最佳粉碎粗粉碎的玻璃纖維，添加劑的d50值是必須更高的。從而，添加劑的d50值越高，第二個加工步驟，即步驟b)中研磨時間越長。
[0032]根據另一優選實施方式，在磨機內進行精粉碎。裝入磨粉機內的玻璃纖維和添加劑的混合物在確定的研磨時間里被精粉碎。
[0033]原則上，本領域技術人員已知的所有磨機都適合。
[0034]優選地，精粉碎在介質磨機上進行。優選地，合適的介質磨機包括球磨機、滾磨機、鼓磨機、或管磨機。與添加劑不同，研磨后取出研磨介質。
[0035]玻璃纖維和添加劑的合適的混合重量比例優選為30/70或更高、或40/60或更高、或45/55或更高。上限為95/05或80/20重量比，優選為70/30、60/40、或55/45。從30/70到80/20重量比是特別優選的。
[0036]不同的混合比例對研磨時間和通過該方法生產的產品都有影響。
[0037]優選地，在步驟b中獲得長度小于2毫米、優選小于I毫米的精粉碎玻璃纖維。精粉碎到0.1毫米以下通常是不必要的。
[0038]在特定實施方式中，精粉碎玻璃纖維和添加劑的混合物經過篩選。合適的篩具對本領域技術人員來說在現有技術中是已知的。
[0039]如果進行篩選，分離出來的尺寸過大的顆粒可以回收從而提高精細顆粒的產量。
[0040]基本上，由于回收到過程中，建立產品流平衡。粗粉碎纖維和添加劑引入該過程的供給率決定了停留時間。如果太多材料直接進入該過程，產品變成粗磨，同時篩具的選擇性會惡化。極端情況下，會發生阻塞。
[0041]如果使用介質磨機,帶有磨球的磨機的填充水平是又一個變量；磨球越多，研磨強度越高。
[0042]空氣分離機中的分離由所用風扇的轉數決定。典型地，分離受兩個逆流或正交流動的空氣流影響。轉數決定分離的顆粒尺寸。
[0043]任選地，為了移除大的片段，在篩選(sift)之前，可以通過篩孔為小于2.5到0.5毫米范圍，更優選為小于2到I毫米范圍的篩具對精粉碎玻璃纖維和添加劑的混合物進行過篩。
[0044]本發明還涉及選自下組的添加劑的使用:石英砂、石灰、煅石灰、白云石、煅燒白云石、高爐礦渣、氧化鋁Al2O3、氫氧化鋁、鈉長石、正長石、鈣長石、硼酸、氧化硼、堿金屬和堿土金屬硼酸鹽及它們的混合物，以25/75到95/05比例(玻璃纖維比添加劑)作為聚集體用于粉碎玻璃纖維。
[0045]本發明進一步涉及根據本發明方法獲得的玻璃纖維，以及涉及含有玻璃纖維的混合物，包括:[0046]——長度小于2毫米的精粉碎玻璃纖維；
[0047]——d50值在5.0微米到5.0毫米之間的添加劑，玻璃纖維和添加劑的混
[0048]合重量比為從25/75到95/05。
[0049]由于在精粉碎步驟中添加劑也被粉碎，與加工開始時的材料相比，產品中的添加劑有更小的顆粒尺寸。
[0050]圖1示出作為廢棄材料獲得的玻璃纖維球。
[0051]圖2示出已完成第一粗粉碎步驟的纖維圖像。其長度范圍為大約20到100厘米。
[0052]圖3示出已完成第二粗粉碎步驟的纖維。纖維長度為大約0.5到10厘米。
[0053]圖4示出精粉碎后的顯微圖。除了玻璃纖維，磨碎的添加劑也是材料的組分。
[0054]實施例1
[0055]粗粉碎
[0056]采用高性能閘刀式切截機(guillotine cutting machine)將長度為5到10毫米范圍的廢棄的玻璃纖維材料粗粉碎到長度范圍為10到20毫米。三氧化二鐵(Fe2O3)的含量保持不變。
[0057]精粉碎
[0058]粗粉碎的玻璃纖維在帶有石英砂(普羅沃丁(Provodin)鑄造砂)的20千克的間歇式球磨機(batch ball mill)里精粉碎。
[0059]
【權利要求】
1.一種從廢棄玻璃纖維材料粉碎玻璃纖維的方法，包括如下步驟: a)粗粉碎玻璃纖維從而獲得粗粉碎的玻璃纖維； b)使用d50值在0.1到5毫米范圍的顆粒添加劑作為聚集體精粉碎所述粗粉碎的玻璃纖維，從而獲得精粉碎的玻璃纖維，玻璃纖維與添加劑的混合重量比為25/75到95/05。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加劑選自下組:石英砂、生石灰、白云石、煅燒白云石、高爐礦渣、氧化鋁、氫氧化鋁、鈉長石、正長石、鈣長石、硼酸、氧化硼、堿金屬和堿土金屬硼酸鹽、及它們的混合物。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述粗粉碎包括1、2、3或更多個步驟。
4.根據權利要求1到3任一項所述的方法，其特征在于，所述粗粉碎通過以下設備來執行:切割粉碎機、切機、磨輪、齒根軋機、錘式粉碎機、轉盤式粉碎機、沖擊式磨機、或以上設備的結合。
5.根據權利要求1到4任一項所述的方法，其特征在于，在磨機內進行所述精粉碎，其中所述磨機特別為介質磨機，其中所述介質磨機特別為球磨機、滾磨機、鼓磨機或管磨機，且隨后分離出磨削介質。
6.根據權利要求1到5任一項所述的方法，其特征在于，在步驟a)中獲得長度為5到50毫米，優選為10到20毫米的粗粉碎的玻璃纖維。
7.根據權利要求1到6任一項所述的方法，其特征在于，所述粗粉碎的玻璃纖維的殘余水分含量< 5重量％ ,優選為< 2.5重量％。
8.根據權利要求1到7任一項所述的方法，其特征在于，在步驟b)中獲得長度<2毫米，優選< I毫米的精粉碎的玻璃纖維。
9.根據權利要求1到8任一項所述的方法，其特征在于，精粉碎的玻璃纖維和添加劑的混合物進行篩分。
10.根據權利要求1到9任一項所述的方法，其特征在于，玻璃纖維和添加劑的混合重量比為30/70到80/20，優選為40/60到70/30，更優選為40/60到60/40，或45/55到55/45。
11.根據權利要求1到10任一項所述的方法，其特征在于，所使用的添加劑的d50值在0.1到1.5毫米范圍，優選為0.3到1.0毫米。
12.—種添加劑作為聚集體用于粉碎玻璃纖維的用途，其特征在于，該添加劑選自下組:石英砂、石灰、煅石灰、白云石、煅燒白云石、高爐礦渣、氧化鋁、氫氧化鋁、鈉長石、正長石、鈣長石、硼酸，氧化硼、堿金屬和堿土金屬硼酸鹽、及其混合物，玻璃纖維和添加劑的重量比為25/75到95/05，優選為30/70到80/20。
13.一種包含玻璃纖維的混合物，根據權利要求1到11任一項所述的方法獲得。
14.一種包含玻璃纖維的混合物，包括: ——長度小于2毫米的精粉碎的玻璃纖維； ——d50值在5微米到5.0毫米范圍的添加劑，玻璃纖維和添加劑的混合重量比為25/75 到 95/05，或從 30/70 到 80/20。
15.根據權利要求14所述的包含玻璃纖維的混合物，其特征在于，所述添加劑的d50值在5.0微米到2毫米范圍。
【文檔編號】B02C19/00GK103974776SQ201280060945
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年12月17日 優先權日:2011年12月19日
【發明者】M·里斯, J·U·齊利斯, N·潘尼克 申請人:夸茲沃克公司