申请/专利权人：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所

申请日：2018-11-27

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN109530018B

主分类号：B02C17/16

分类号：B02C17/16;B02C19/18;B02C23/00;B02C23/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2019.04.23#实质审查的生效;2019.03.29#公开

摘要：本发明公开了一种塑料破碎装置及塑料破碎方法，所述塑料破碎装置包括盛放单元10、冷冻单元20以及破碎单元30；所述冷冻单元20具有用于容纳冷冻流体的冷冻腔室21；所述盛放单元10设置在所述冷冻腔室21中，所述盛放单元10具有用于盛放塑料的盛放腔室11；所述破碎单元30包括能够伸入所述盛放腔室11中并对冷冻的所述塑料进行破碎以形成塑料碎片的执行元件。本发明的塑料破碎装置具有快速、高通量的优点，并在能够保证破碎效果的前提下，显著提高了破碎效率。

主权项：1.一种塑料破碎装置，其特征在于，所述塑料破碎装置包括盛放单元10、冷冻单元20以及破碎单元30；所述冷冻单元20具有用于容纳冷冻流体的冷冻腔室21；所述盛放单元10设置在所述冷冻腔室21中，所述盛放单元10具有用于盛放塑料的盛放腔室11；所述破碎单元30包括能够伸入所述盛放腔室11中并对冷冻的所述塑料进行破碎以形成塑料碎片的执行元件；所述盛放单元10包括罐体12以及沿所述罐体12的高度方向可移动地设置在所述罐体12内部的活动筒体13；所述罐体12的侧壁设有通孔121；所述活动筒体13的底部设有出液口131，所述活动筒体13被配置为：所述出液口131与所述罐体12的底部内壁抵接时，所述罐体12的底部内壁与所述活动筒体13的侧壁限定出用于盛放所述塑料和冷冻液体的所述盛放腔室11；所述出液口131与所述罐体12的底部内壁脱离时，所述出液口131与所述通孔121之间形成用于将所述冷冻液体通过所述通孔121排放至所述冷冻腔室21的流动通道；所述通孔121与所述冷冻单元20之间设置有用于限制所述冷冻液体从所述冷冻腔室21回流进入所述盛放腔室11的止逆件；所述破碎单元30包括动力系统31和连接杆32，所述执行元件为搅拌叶片33，所述搅拌叶片33通过所述连接杆32与所述动力系统31连接。

全文数据：塑料破碎装置及塑料破碎方法技术领域本发明涉及实验机械领域，具体地涉及一种塑料破碎装置及塑料破碎方法。背景技术对于塑料污染危害研究直到近年才逐渐得到关注，而目前大多数研究仍停留在对不同生境或生物体内塑料以及塑料碎片例如最大直径为0.1～5mm的微塑料污染丰度与形态特点的分析统计，对其毒性效应及毒性机理缺乏认识。开展塑料与塑料碎片污染危害生态风险及作用机理的研究对于塑料污染防控具有重要意义。塑料与塑料碎片污染的毒性作用一方面来源于塑料制品生产过程中使用的多种塑料添加剂，一方面来源于老化降解过程中吸附的大量外界污染物。在实验室模拟研究塑料污染危害的过程中，通过跟踪监测不同浓度、不同粒径塑料颗粒对环境污染物的吸附作用，对动植物、水体、土壤等不同研究目标的直接危害与复合危害效应，可提高对塑料及塑料碎片污染危害与作用机理的认识。在研究过程中需要制备大量不同粒径塑料与塑料碎片样品。现有的塑料破碎装置主要有2种，1塑料样品制备装置：该类装置需要经过塑料加热、挤出、冷却、成型等过程，工艺复杂，且破坏了塑料样品的表面形态，不能真实反映塑料废弃物的真实情况。2塑料样品搅碎机，常温下对塑料样品进行搅碎处理，操作过程中产生大量热量，易导致塑料薄膜等软塑料样品表面熔解或缠绕在破碎机械上阻碍机械操作，对塑料薄膜等软塑料难以实现破碎功能。发明内容本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种塑料破碎装置及塑料破碎方法，该塑料破碎装置具有快速、高通量的优点，并在能够保证破碎效果的前提下，显著提高了破碎效率。为了实现上述目的，本发明一方面提供一种塑料破碎装置，所述塑料破碎装置包括盛放单元、冷冻单元以及破碎单元；所述冷冻单元具有用于容纳冷冻流体的冷冻腔室；所述盛放单元设置在所述冷冻腔室中，所述盛放单元具有用于盛放塑料的盛放腔室；所述破碎单元包括能够伸入所述盛放腔室中并对冷冻的所述塑料进行破碎以形成塑料碎片的执行元件。优选地，所述盛放单元包括罐体以及沿所述罐体的高度方向可移动地设置在所述罐体内部的活动筒体；所述罐体的侧壁设有通孔；所述活动筒体的底部设有出液口，所述活动筒体被配置为：所述出液口与所述罐体的底部内壁抵接时，所述罐体的底部内壁与所述活动筒体的侧壁限定出用于盛放所述塑料和冷冻液体的所述盛放腔室；所述出液口与所述罐体的底部内壁脱离时，所述出液口与所述通孔之间形成用于将所述冷冻液体通过所述通孔排放至所述冷冻腔室的流动通道。优选地，所述通孔与所述冷冻单元之间设置有用于限制所述冷冻液体从所述冷冻腔室回流进入所述盛放腔室的止逆件。优选地，所述破碎单元包括动力系统和连接杆，所述执行元件为搅拌叶片，所述搅拌叶片通过所述连接杆与所述动力系统连接。优选地，所述破碎单元包括多个所述搅拌叶片，多个所述搅拌叶片沿所述连接杆的长度方向间隔地设置。优选地，所述塑料破碎装置包括用于向所述破碎单元提供支撑的架体。优选地，所述塑料破碎装置包括用于筛分不同粒径的所述塑料碎片的筛分单元，所述盛放单元的底部设有物料出口，所述筛分单元设置在所述物料出口处。优选地，所述塑料破碎装置包括用于收集所述塑料碎片的收集单元，所述盛放单元的底部设有物料出口，所述收集单元设置在所述物料出口处。本发明第二方面提供一种塑料破碎方法，所述塑料破碎方法包括以下步骤：S1、对塑料进行降温冷冻；S2、对冷冻的所述塑料进行破碎，以形成塑料碎片。优选地，所述步骤S1包括：S1-1、向盛放有所述塑料的盛放单元提供冷冻液体以使所述塑料冷冻；S1-2、将所述冷冻液体从所述盛放单元排出；S1-3、将所述盛放单元置于容纳有冷冻流体的冷冻单元中。通过上述技术方案，待破碎的塑料置于盛放单元的盛放腔室中，由于盛放单元置于冷冻单元的冷冻腔室中，其在冷冻腔室中的冷冻流体的作用下降温，以对盛放的塑料进行降温冷冻。破碎单元的执行元件即可对冷冻的所述塑料进行破碎以使其形成塑料碎片。本发明的优点是：通过先对待破碎的塑料进行冷冻处理，可以对塑料薄膜、塑料绳等软塑料实现效果较好的破碎功能，并且无需使塑料经过加热，能够更好地反映环境塑料废弃物的真实情况。附图说明图1是本发明的塑料破碎装置的优选实施方式的结构示意图；图2是本发明的塑料破碎装置的盛放单元的优选实施方式的结构示意图；图3是本发明的塑料破碎装置的破碎单元的优选实施方式的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。如图1～3所示，本发明的塑料破碎装置包括盛放单元10、冷冻单元20以及破碎单元30；冷冻单元20具有用于容纳冷冻流体的冷冻腔室21；盛放单元10设置在冷冻腔室21中，盛放单元10具有用于盛放塑料的盛放腔室11；破碎单元30包括能够伸入盛放腔室11中并对冷冻的塑料进行破碎以形成塑料碎片的执行元件。通过上述技术方案，待破碎的塑料置于盛放单元10的盛放腔室11中，由于盛放单元10置于冷冻单元20的冷冻腔室21中，其在冷冻腔室21中的冷冻流体的作用下降温，以对盛放的塑料进行降温冷冻。破碎单元30的执行元件即可对冷冻的塑料进行破碎以使其形成塑料碎片。本发明的优点是：通过先对待破碎的塑料进行冷冻处理，可以对塑料薄膜、塑料绳等软塑料实现效果较好的破碎功能，并且无需使塑料经过加热，能够更好地反映环境塑料废弃物的真实情况。在本发明的一些实施方式中，冷冻流体可以是气态也可以是液态，只要能对塑料进行降温冷冻即可。在本发明的优选实施方式中，采用降温冷冻效果好的冷冻流体——液氮对待破碎的塑料进行降温。为了缩短塑料的冷冻时间，提高冷冻效率，需要将液氮直接接触塑料以对塑料进行降温冷冻。而由于液氮是极度低温的液体，若是破碎单元30的执行元件直接在液氮中对塑料进行破碎工作，可能会使液氮溅射，从而危害到工作人员或设备。因此，在液氮对塑料进行冷冻之后，需要将液氮排出盛放腔室11以向破碎单元30的执行元件提供一个没有液氮的破碎工作场所。因此，如图2所示，优选地，盛放单元10包括罐体12以及沿罐体12的高度方向可移动地设置在罐体12内部的活动筒体13；罐体12的侧壁设有通孔121；活动筒体13的底部设有出液口131，活动筒体13被配置为：出液口131与罐体12的底部内壁抵接时，罐体12的底部内壁与活动筒体13的侧壁限定出用于盛放塑料和冷冻液体的盛放腔室11；出液口131与罐体12的底部内壁脱离时，出液口131与通孔121之间形成用于将冷冻液体通过通孔121排放至冷冻腔室21的流动通道。这里需要注意的是，活动筒体13的外径可以小于也可以等于罐体12的内径：当活动筒体13的外径小于罐体12的内径即罐体12的底部内壁与活动筒体13的侧壁存在间隙时，若需要限定出用于盛放塑料和冷冻液体的盛放腔室11，活动筒体13的出液口131必须要与罐体12的底部内壁抵接并密封，而若是需要在出液口131与通孔121之间形成流动通道，只需将活动筒体13向上抬起使得出液口131脱离罐体12的底部内壁，这样，冷冻液体便可以通过出液口131、罐体12的底部内壁与活动筒体13的侧壁之间的间隙、通孔121排放至冷冻腔室21。这样做的好处是，能够快速地将盛放腔室11中的冷冻液体排放出去，提高作业效率。而当活动筒体13的外径等于罐体12的内径即罐体12的底部内壁与活动筒体13的侧壁不存在间隙时，若需要限定出用于盛放塑料和冷冻液体的盛放腔室11，活动筒体13的出液口131的水平高度只要低于罐体12的通孔121的水平高度即可，而若是需要在出液口131与通孔121之间形成流动通道，则需要将活动筒体13向上抬起使得出液口131的水平高度高于罐体12的通孔121的水平高度，这样，冷冻液体便可以通过出液口131和通孔121排放至冷冻腔室21。这样做的好处是，减少了活动筒体13的出液口131与罐体12的底部内壁的密封性能要求，从而降低了设备制造成本。在破碎过程中，由于破碎动作会使塑料产生热量，因此需要将塑料持续置于低温冷冻环境中，在本发明使用液氮作为冷冻流体的情况下，液氮对塑料进行冷冻之后从盛放腔室11流至冷冻腔室21并储存在冷冻腔室21中，以持续地对盛放腔室11及其内部的塑料进行冷却保温。因此，为了防止冷冻腔室21中的液氮回流至盛放腔室11，优选地，通孔121与冷冻单元20之间设置有用于限制冷冻液体从冷冻腔室21回流进入盛放腔室11的止逆件。应当理解的是，止逆件可以是止逆阀、止逆管等多种公知的结构，在此不做赘述。在本发明的一些实施方式中，破碎单元30的执行元件为敲击锤，敲击锤在动力机构的作用下对冷冻的塑料进行敲击，使冷冻的塑料破碎形成塑料碎片，在本发明的另一些实施方式中，破碎单元30的执行元件为耐低温刚性颗粒，盛放单元10不断地振动使得耐低温刚性颗粒在盛放腔室11中不断对冷冻的塑料进行撞击，从而使冷冻的塑料破碎形成塑料碎片。上述两种方式都会对盛放单元10产生较大的冲击，影响盛放单元10的使用寿命，因此，在本发明的优选实施方式中，破碎单元30包括动力系统31和连接杆32，执行元件为搅拌叶片33，搅拌叶片33通过连接杆32与动力系统31连接。也就是说，使用搅拌叶片33的旋转不断撞击冷冻的塑料从而使冷冻的塑料破碎形成塑料碎片，这样，破碎单元30的执行元件不会直接与盛放单元10接触，所以不会直接对盛放单元10产生较大的冲击，从而提高了盛放单元10的使用寿命。在塑料成堆放置在盛放腔室11中的情况下，为了提高破碎的效率，优选地，破碎单元30包括多个搅拌叶片33，多个搅拌叶片33沿连接杆32的长度方向间隔地设置。需要理解的是，搅拌叶片33是通过绕连接杆32的旋转与冷冻的塑料产生撞击、切割或是研磨等方式实现破碎目的的，因此，搅拌叶片33可以设计为棍状、刀片状、板状等多种结构。为使破碎单元稳定地工作，优选地，塑料破碎装置包括用于向破碎单元30提供支撑的架体。架体可以是用于手持的手柄、用于安装于固定的墙体的支架、用于安装于盛放单元10或冷冻单元20的连杆等结构，在此不作限制。在一些实验中，可能需要获得特定粒径的塑料碎片，因此，优选地，塑料破碎装置包括用于筛分不同粒径的塑料碎片的筛分单元40，盛放单元10的底部设有物料出口14，筛分单元40设置在物料出口14处。应当理解的是，物料出口14也可以设置在盛放单元10的其他部位，而非仅限于底部，例如可以设置在盛放单元10的侧壁，当需要进行筛分时，将盛放单元10横置使得物料出口14位于下方即可。并且，物料出口14可以设置有阀门，在不进行筛分工作时，保持阀门处于关闭状态。在本发明的优选实施方式中，为了简化设备结构、减少制造成本，筛分单元40为具有过滤孔的滤网，通过更换不同孔径的滤网以实现对不同粒径的塑料碎片的筛分工作。在破碎之后，需要将塑料碎片从盛放腔室11中取出，而由于盛放单元10处于低温环境中，需要使用耐低温的工具才能将盛放单元10取出并将塑料碎片倒出，这无疑带来了设备成本的提升以及操作的繁琐，为解决这一问题，优选地，塑料破碎装置包括用于收集塑料碎片的收集单元50，盛放单元10的底部设有物料出口14，收集单元50设置在物料出口14处。应当理解的是，物料出口14也可以设置在盛放单元10的其他部位，而非仅限于底部，例如可以设置在盛放单元10的侧壁，当需要进行物料收集时，将盛放单元10横置使得物料出口14位于下方，塑料碎片在重力的作用下即可落入收集单元50中。应当理解的是，收集单元50的作用就是为塑料碎片提供容纳的空间，因此不对其形状做出具体要求。本发明第还提供了一种塑料破碎方法，塑料破碎方法包括以下步骤：S1、对塑料进行降温冷冻；S2、对冷冻的塑料进行破碎，以形成塑料碎片。该塑料破碎方法的好处是，先对待破碎的塑料进行冷冻处理，可以对塑料薄膜、塑料绳等软塑料实现效果较好的破碎功能，并且无需使塑料经过加热，能够更好地反映环境塑料废弃物的真实情况。为了缩短塑料的冷冻时间，提高冷冻效率，需要将冷冻液体直接接触塑料以对塑料进行降温冷冻。而若是直接在冷冻液体中对塑料进行破碎工作，可能会使冷冻液体溅射，从而危害到工作人员或设备。因此，在冷冻液体对塑料进行冷冻之后，需要将冷冻液体排出盛放单元10以提供一个没有冷冻液体的破碎工作场所。因此，优选地，步骤S1包括：S1-1、向盛放有塑料的盛放单元10提供冷冻液体以使塑料冷冻；S1-2、将冷冻液体从盛放单元10排出；S1-3、将盛放单元10置于容纳有冷冻流体的冷冻单元20中。以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

权利要求：1.一种塑料破碎装置，其特征在于，所述塑料破碎装置包括盛放单元10、冷冻单元20以及破碎单元30；所述冷冻单元20具有用于容纳冷冻流体的冷冻腔室21；所述盛放单元10设置在所述冷冻腔室21中，所述盛放单元10具有用于盛放塑料的盛放腔室11；所述破碎单元30包括能够伸入所述盛放腔室11中并对冷冻的所述塑料进行破碎以形成塑料碎片的执行元件。2.根据权利要求1所述的塑料破碎装置，其特征在于，所述盛放单元10包括罐体12以及沿所述罐体12的高度方向可移动地设置在所述罐体12内部的活动筒体13；所述罐体12的侧壁设有通孔121；所述活动筒体13的底部设有出液口131，所述活动筒体13被配置为：所述出液口131与所述罐体12的底部内壁抵接时，所述罐体12的底部内壁与所述活动筒体13的侧壁限定出用于盛放所述塑料和冷冻液体的所述盛放腔室11；所述出液口131与所述罐体12的底部内壁脱离时，所述出液口131与所述通孔121之间形成用于将所述冷冻液体通过所述通孔121排放至所述冷冻腔室21的流动通道。3.根据权利要求2所述的塑料破碎装置，其特征在于，所述通孔121与所述冷冻单元20之间设置有用于限制所述冷冻液体从所述冷冻腔室21回流进入所述盛放腔室11的止逆件。4.根据权利要求1所述的塑料破碎装置，其特征在于，所述破碎单元30包括动力系统31和连接杆32，所述执行元件为搅拌叶片33，所述搅拌叶片33通过所述连接杆32与所述动力系统31连接。5.根据权利要求4所述的塑料破碎装置，其特征在于，所述破碎单元30包括多个所述搅拌叶片33，多个所述搅拌叶片33沿所述连接杆32的长度方向间隔地设置。6.根据权利要求1所述的塑料破碎装置，其特征在于，所述塑料破碎装置包括用于向所述破碎单元30提供支撑的架体。7.根据权利要求1所述的塑料破碎装置，其特征在于，所述塑料破碎装置包括用于筛分不同粒径的所述塑料碎片的筛分单元40，所述盛放单元10的底部设有物料出口14，所述筛分单元40设置在所述物料出口14处。8.根据权利要求1所述的塑料破碎装置，其特征在于，所述塑料破碎装置包括用于收集所述塑料碎片的收集单元50，所述盛放单元10的底部设有物料出口14，所述收集单元50设置在所述物料出口14处。9.一种塑料破碎方法，其特征在于，所述塑料破碎方法包括以下步骤：S1、对塑料进行降温冷冻；S2、对冷冻的所述塑料进行破碎，以形成塑料碎片。10.根据权利要求9所述的塑料破碎方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S1-1、向盛放有所述塑料的盛放单元10提供冷冻液体以使所述塑料冷冻；S1-2、将所述冷冻液体从所述盛放单元10排出；S1-3、将所述盛放单元10置于容纳有冷冻流体的冷冻单元20中。

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