بازیافت فرش پلی پروپیلن

بازیافت فرش پلی پروپیلن

 

نگارش: بهنام قاسمی

مجله نساجی کهن : در انگستان پانصد هزار تن از فرش های استفاده شده  (مستهلک) هر ساله به محل های دفن زباله فرستاده می شوند. در حال حاضر، فرآیند های بازیافت مختلفی برای کنترل جریان ضایعات وجود دارند. یک گزینه خرد کردن فرش های مصنوعی برای استفاده در سطوح اسب دوانی می باشد. هرچند به طور نسبی این کاربرد کم ارزش می باشد و باید امکان تبدیل فرش ها به یک محصول با ارزش تر فراهم شود.  هدف پروژه انجام شده توسط  Axion consulting تحقیق و بهبود فرآیند بازیافت فرش های پلی پروپیلن مستهلک و ضایعاتی و همچنین ارزیابی امکان تولید محصول بازیافت شده از فرش های مستهلک بود.

این تحقیق شامل مراحل ذیل بود:

•    کاهش اندازه فرش به قطعات ۱۵ میلیمتری توسط خرد کننده
•    غربال کردن فرش ها توسط غربالگر ۱۲ میلیمتری
•    روزن رانی آزمایشگاهی مواد خرد شده
•    آزمایش خصوصیات فیزیکی پلیمر تولید شده

سه نمونه فرش مورد آزمایش قرار گرفت:

•    فرش پلی پروپیلن ضایعات صنعتی
•    فرش پلی پروپیلن مستهلک تهیه شده از منابع مرکز بازیافت ضایعات خانگی  (HWRC) در سالفورد  و از یک بازیافت کننده فرش واقع در لیسسترشایر
•    فرش پلی پروپیلن مستهلک تافتینگ تهیه شده از منبع مرکز بازیافت ضایعات خانگی در سالفورد

نمونه اولیه فرش های مستهلک توسط دستگاه مادون قرمز   (NIR) قابل حمل مورد آزمایش قرار گرفتند تا مشخص شود که کدام فرش از پلی پروپیلن درست شده است. تنها فرش های پلی پروپیلن خرد و غربال گردیدند. مرحله بعدی آماده سازی برای روزن رانی نشان داد که مواد اولیه خرد شده کاملا پلی پروپیلن نبوده و حاوی ناخالصی هایی بودند. ارزیابی نمونه ها نشان داد الیاف نایلون و پلی اتیلن ترفتالات (PET) در نمونه ها وجود داشتند. در تلاشی که برای روزن رانی انجام شد، غیر ممکن بود تا خروجی روزن ران  را به شکل رشته حفط نمود. این مسئله مشکل فرش های حاوی الیاف پلیمر های مختلف را روشن ساخت.

نمونه دوم همچون نمونه اول از فرش های  مستهلک ضایعات خانگی HWRC تهیه شد. اما این بار تنها فرش های دارای ساختار تافتینگ مورد استفاده قرار گرفت. تمام فرش ها توسط دستگاه مادون قرمز فورییه  کاملا آزمایش شدند. تنها قطعات فرش هایی که خاب و الیاف لایه پشت آن ها کاملا پلی پروپیلن بودند پروسه شدند.

نمونه خرد شده یک موفقیت بود. به منطور اطمینان از نپیچیدن و گیر نکردن به دور شفت خرد کننده و توقف دستگاه، فرش ها نیازمند کاهش اندازه دستی بودند و در نتیجه به قطعات ۲۰*۲۰ سانتیمتر قبل از خرد شده شدن تبدیل شدند. بعلاوه ماشین به آرامی تغذیه شد تا زمان کافی به مواد  برای قرار گرفتن تحت عملیات داده شود و از انسداد جلوگیری به عمل آید.  خرد کننده حجم مواد را کم کاهش داد و با موفقیت الیاف نخ خاب را از الیاف لایه پشتی جدا نمود. مواد خرد شده دوباره مورد غربالگری قرار گرفتند. نتایج آزمایشات نشان داد که ۳۸ درصد از مواد بزرگ تر از اندازه غربالگر بودند و ۵۹ درصد از مواد کوچک از اندازه غربالگر  بودند و ۳ درصد ضایعات بدست آمد. کسری از مواد که بزرگ تر از اندازه غربالگر بودند محصول مطلوب بودند و ارزیابی مواد نشان داد که تمیز تر از مواد تغذیه شده بودند. کسر با اندازه کوچک تر حاوی سهم بالایی از الیاف کوچک و ناخالصی همچون خاک و کثیفی بود.

ضایعات  در نمونه غربال شده بسیار بالا بود و این بخاطر ترکیب اندازه غربال کننده و خرد کننده بود. برای یک غربال کننده ۱۲ میلیمتری، فرش به طور ایده آل باید به قطعات ۲۰ تا ۲۵ میلیمتر تبدیل شود. برای محصولی که بیشترکوچک شده، همانطوری که در این آزمایش اتفاق افتاد، اندازه غربال کنننده بمنطور کاهش ضایعات محصول باید کم تر باشد (۶ تا ۸ میلیمتر).

هر دو نمونه فرشهای پلی پروپیلن ضایعات صنعتی و مستهلک (استفاده شده  توسط مصرف کننده) به قطعات کوچک تبدیل شده، تمیز شده، پروسه شده، قالب ریزی شده و به محصول تبدیل شدند و خصوصیات فیزیکی آن ها آزمایش گردید. نمونه های ضایعات صنعتی به عنوان شاخص در نظر گرفته شدند. آزمایشات فیزیکی نشان داد که  عملیات خرد کردن بخوبی انجام شد اما اختلافات قابل ملاحظه ای بین دو نمونه وجود داشته است.

نتایج بدست آمده قابل پیش بینی بود زیرا ضایعات صنعتی اخیراً تولید گردیده بودند ولی نمونه فرش های مستهلک (پس از استفاده مصرف کننده) دارای عمر ۱۰ تا ۱۵ سال، تکنیک های مختلف تهیه و درجه های  مختلف پلی پروپیلن بودند.  نه تنها عمر مواد ممکن است  موجب تغییرات شود، تولید کننده های مختلف ممکن است تا از درجه های مختلف پلی پروپیلن استفاده کنند که موجب تغییرات بیشتر خصوصیات فیزیکی می شود. در نتیجه چنین پیش بینی شده است که خصوصیات فیزیکی الیاف تولید شده از فرش های مستهلک توسط مصرف کننده ممکن است بین نمونه های مختلف تغییر کند.

به علت حضور فیلر در نمونه های فرش مقایسه با خصوصیات پلی پروپیلن دسته اول یا نو مشکل است. هرچند، در حالت کلی  خصوصیات فیزیکی  محصول تهیه شده از نمونه های ضایعات صنعت فرش و موکت بهتر از محصول پلی پروپیلن حاوی ناخالصی می باشد. گمان زنی  شده که پلیمر های تولید شده از ضایعات صنعتی را می توان در قالب ریزی تزریقی مورد استفاده قرار داد هرچند تحقیقات بیشتر در کارخانه های قالب ریزی مورد نیاز خواهد بود تا مناسب بودن این مواد اولیه مورد تایید قرار بگیرد.

پلیمر های تهیه شده از فرش های مستهلک را بالقوه می توان برای کاربرد های با درجه پایین (مثل سطل یا گلدان گیاهان) در قالب ریزی تزریقی مورد استفاده قرار داد.

نتایج حاصله شامل موارد زیر می باشد:

۱.    فرش های ضایعاتی صنعتی را می توان به یک محصول با خواص فیزیکی خوب تبدیل نمود که قابلیت کاربرد در بسیاری از موارد را دارد.
۲.    فرش های بعد از استفاده مصرف کنننده که کاملا از الیاف پلی پروپیلن باشند را می توان بازیافت کرد و به یک محصول با خصوصیات فیزیکی مناسب برای کاربرد های با نمره متوسط تبدیل نمود.
۳.    تنها وقتی محصولات تولید شده از فرش های مستهلک مورد قبول می باشند که جنس فرش ها به درستی تشخیص داده شده و  بخوبی دسته بندی شده باشند. فاکتور بسیار مهم تشخیص درست و جدا نمودن فرش های مستهلک برای ماندگاری فرآیند می باشد.
۴.    فرش هایی که حاوی مخلوطی از پلی پروپیلن و الیاف دیگر می باشند مناسب روزن رانی نمی باشند و از این رو کابرد نهایی فرش های مصنوعی مخلوط هنوز سطوح اسب دوانی خواهد بود.

مقدمه:

سالهاست که فرش مورد استفاده قرار می گیرد و کمییت جریان ضایعات فرش در انگلستان بیشتر از نیم میلیون تن در سال می باشد. در حال حاضر نرخ بازیافت فرش ها کمتر از ۲ درصد و تنها چند شرکت  مشغول بکار می باشند و فرآیند بازیافت نیز در مراحل ابتدایی خود می باشد.

دو نمونه فرش در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفت:

–    ضایعات صنعت فرش و موکت که هرگز سایت کارخانه را ترک نکرده اند و در نتیجه تمیز می باشند.
–    فرش های مستهلک، شامل فرش هایی که از کف ساختمان ها می آیند و در نتیجه کثیف می باشند.

بازیافت فرش های مستهلک هدف اصلی این کار بوده است.

انواع کفپوش ها

 دو نوع متداول کفپوش شامل فرش بافته شده، و تافتینگ می باشد.

شکل یک و شکل ۲ ساختار این دو را نشان می دهد.

شکل ۱

فرش بافته شده توسط بافت نخ خاب در میان سایر نخ ها توسط ماشین تولید می شود. این فرش ها شامل یک رنج مختلف از نخ های رنگی می باشند که منجر به تولید طرح های پیچیده می شود. پروسه تولید این فرش ها تقریبا کند می باشد. از پلی پروپیلن برای نخ خاب و از پلی استر در نخ های تار زمینه استفاده می شود.

در انگلستان موکت های تافتینگ معمول ترین نوع کفپوش می باشد. در این کفپوش نخ خاب به لایه پشتی متصل می شود. نخ خاب می تواند از جنس مواد اولیه طبیعی مثل پشم و یا صنعتی مثل پلی پروپیلن باشد. یک ترکیب لاتکس برای اتصال الیاف به لایه پشتی مورد استفاده قرار می گیرد. لایه پشتی ثانویه موجب ثبات موکت می شود.

انواع مختلفی از مواد مثل پلاستیک و لاستیک ها، نایلون و الیف پلی استر، پلی پروپیلن، پشم، جوت و .. در فرش و موکت های تافتینگ مورد استفاده قرار می گیرند.

شکل ۲

تکنیکهای بازیافت موجود

سالهاست که تحقیقات در آمریکا و اروپا بر روی بازیافت فرش انجام می شود. CARE   یک سازمان متصل کننده بخش صنعت و دولت در آمریکا، وظیفه ارائه راه حلی بر اساس نیاز بازار برای احیا ارزش فرش های مستهلک را داشت. بالغ بر ۸۰ درصد از کفپوش های بازیافت شده توسط CARE از جنس نایلون بودند و تنها ۸ درصد از جنس پلی پروپیلن بودند. خاب فرش ها در آمریکا بلند تر بوده و تکنولوژِی های بکار گرفته شده بیشتر شامل تراشیدن خاب از لایه پشتی بود. به طور مثال شرکت InterfaceFLOR در جورجیا آمریکا دارای فرآیند بازیافتی می باشد که خاب را از سطح فرش می تراشد. تمرکز اصلی پروسه بازیافت نایلون ۶ و ۶.۶ بمنظور استفاده در محصولات بود و محصول پلی پروپیلن تهیه شده به فروش می رسید.

در اروپا در اواخر دهه نود کارگسترده ای توسط صنعت فرش اروپا برای بازیافت فرش های مستهلک انجام شد. پروژه شامل موارد زیر بود:

۱.    پروژه RECAM   . هدف این پروژه که توسط جامعه اروپا راه اندازی شده بود بهبود یک سیستم قابل قبول از نظر اقتصادی برای بازیافت فرش های ضایعات صنعت و فرش های مستهلک بود. این تحقیق جمع آوری، تشخیص و دسته بندی، احیا مواد با درجه کیفیت بالا و انرژی کسرهای ته مانده را بررسی نمود.

۲.    بهبود تکنولوژی شامل پیدا کردن و بهبود تجهیزات و لوازم تکنیکی لازم  برای فر آیند بازیافت بود. یک عامل سیستم کددهی برای آسان نمودن فرآیند تشخیص فرش ها بود.

۳.    واحد آزمایش صنعتی .  بازیافت فرش اروپا CRE   در سال ۱۹۹۸ با هدف بکار بردن یافته های پروژه RECAM تاسیس شد. پروژه شامل ساخت اولین کارخانه دسته بندی فرش ها در مینتز  آلمان بود. قصد این پروژه استفاده از واحد آزمایش صنعتی برای  بوجود آوردن امکان جمع آوری اطلاعات اقتصادی، تکنیکی و ارزیابی زیست محیطی فرآیند  بازیافت فرش بود. کارخانه قادر به پروسه کردن ۳.۵ تن در ساعت بود. اگرچه کارخانه وجود امکانات تکنیکی را نشان داد، اما به علت اینکه گزینه دفن کردن ارزانتر تمام می شد شرایط اقتصادی وجود نداشت. به همین علت کارخانه در سال ۲۰۰۲ بسته شد. پروژه نتیجه گرفت که اگرچه از لحاظ تکنیکی امکان بازیافت وجود دارد، بازیافت فرش نیازمند شرایط اقتصادی مطلوبتری می باشد تا این فرآیند پایدار باشد.

کار تکمیل شده توسط RECAM و CRE دانش لازم برای بازیافت فرش را فراهم نمود.

در آلمان درسال ۱۹۹۹ پلی آمید ۹۰۰۰، بزرگترین تاسیسات بازیافت فرش نایلون ۶ ساخته شد. کارخانه فرش های مستهلک توسط مصرف کننده  را از کل اروپا دریافت می کرد و از واپسپارش شیمیایی و پلیمریزاسیون دوباره نایلون ۶ و روزن رانی ترکیب نایلون ۶.۶ استفاده می نمود. کارخانه همچنین پلی پروپیلن را نیز بازیافت می کرد که برای تقویت بتون به فروش می رسید. در این مورد نیز کارخانه به علت مشکلات  ناشی از شرایط اقتصادی و فقدان مواد اولیه مناسب در سال ۲۰۰۳ به کار خود پایان داد.

بازار های مصرف موجود برای فرش های مستهلک

بازارهای مصرف مختلفی برای مواد تهیه شده از فرش های مستهلک موجود می باشد. اصلی ترین، نسبتا کم ارزش ترین، کاربرد استفاده از مواد تهیه شده از فرش های مستهلک برای سطوح اسب دوانی و همچنین باغبانی می باشد. در سطوح اسب دوانی مواد احیا شده از فرش ها به عنوان یک ماده افزودنی به سطوح شنی مناسب برای تمام فصول مورد استفاده قرار می گیرند. زمانی که فرش خرد شود و برای سطوح اسبدوانی بکار رود دیگر قابل بازیافت نمی باشد. گرچه این گزینه خیلی ارزشمند نیست، ولی مواد بازیافت شده از فرش ها دارای پتانسیل استفاده در تولید رنج گسترده ای از محصولات مثل نیمکت های پلاستیکی پارک، مخروط های جاده، سطل های کمپوست، اجزا پلاستیکی اتومبیل، لایی ها، ایزولاسیون محصولات ساختمانی و سطوح ورزشی می باشند. استفاده از مواد بازیافت شده از فرش ها برای تولید فرش نو (بازیافت حلقه ای) در حال حاضر نا متداول می باشد.

نمایش تجربیات آزمایش

کل پروژه به منظور نمایش امکان پروسه بازیافت فرش های پلی پروپیلن طرح ریزی شده بود.

نمودار شکل ۳  فعالیت های انجام شده در پروژه را نشان می دهد.

–    کاهش اندازه به وسیله خرد کردن فرش
–    غربالگری مواد خرد شده
–    آزمایشات روزن رانی توسط روزن ران آزمایشگاهی و بررسی خصوصیات فیزیکی محصولات

شکل ۳. فرآیند بازیافت فرش

منابع فراهم کننده فرش های مستهلک برای بازیافت

پروژه شامل جمع آوری فرش های مستهلک از HWRC در سافورد بود. در نمونه اول فرش ها توسط دستگاه اسپکتروسکوپی مادون قرمز به منظور تشخیص نوع پلیمر فرش آزمایش شدند. نمونه ترکیبی از فرش های بافته شده و تافتینگ بود.

نمونه دوم همچون نمونه اول از فرش های ضایعات خانگیHWRC تهیه شد. توسط دستگاه مادون قرمز فورییر پلیمر های موجود مورد تشخیص قرار گرفتند. در نمونه دوم تنها از موکت های تافتینگ استفاده شد.عکس های نشان داده شده در شکل های زیر قطعات مختلف نمونه ها را نشان می دهند.

نمونه فرش هایی که مورد استفاده قرار گرفتند.

نمونه های موکت تافتینگ نشان دهنده الیاف خاب و لایه پشتی.

لایه ثانویه جدا شده است تا لایه اولیه و لاتکس را نشان دهد.

شکل ۵ و شکل ۶ فرش های تافتینگ را نشان می دهد.

خاب فرش یا موکت تافتینگ تک تک به وسیله تکنیک سوزنی در لایه حصیری پشتی وارد می شود. لاتکس لایه پشتی را می پوشاند تا خاب را در جای خود مهار کند. یک لایه پشتی دیگری اضافه می شود تا استحکام و ثبات محصول را بیشتر کند.

مراحل مقدماتی

قبل از اینکه هرگونه فعالتی بر روی فرش های مستهلک انجام شود مقدار کمی آزمایشات اولیه بر روی ضایعات صنعتی انجام گرفت. نمونه های تهیه شده از ضایعات صنعت فرش به عنوان شاخص در نظر گرفته شدند. نتایج بدست آمده از آزمایشات انجام شده بر روی ضایعات صنعت فرش نشان داد که این مواد برای بازیافت بسیار مناسب می باشند، زیرا هر گز استفاده نشده اند و محیط کارخانه را ترک نکرده اند و بنابراین توسط کثیفی ها و خاک و خاشاک آلوده نشده اند.

آزمایشات ضایعات صنعتی متشکل شده اند از

–    ذوب کردن قطعات خرد شده فرش
–    غربال کردن ذرات خرد شده با غربال دارای روزنه های ۳ میلیمتری
–    روزن رانی فرش های خرد شده
–    قالبریزی تزریقی و آزمایش خصوصیات فیزیکی  پلیمرهای روزن رانی شده.

نتایج آزمایشات انجام شده بر روی ضایعات صنعتی بسیار امید بخش بودند و از اینرو پروژه بر اساس طرح شکل ۳ ادامه پیدا کرد.

قیل از خرد کردن فرش ها با دستگاه مادون قرمز ارزیابی شدند و تنها فرش های با علامت پلی پروپیلن تحت عملیات قرار گرفتند. در طی عملیات آماده سازی برای مرحله روزن رانی مشخص شد که فرش ها کاملا از جنس پلی پروپیلن نمی باشند و مواد خرد شده حاوی ناخاصی های PET و نایلون بودند.

شکل ۷.نمونه فرش های دارای ناخالصی.

در شکل ۷  الیافی که ذوب نشده اند و به عنوان پلی استر و نایلون شناخته شده اند به طور واضح نشان داده شده اند. هر دو لیف نایلون و پلی استر دارای نطقه ذوب بالاتر از پلی پروپیلن می باشند و در نتیجه در مرحله روزن رانی ذوب نشدند.

بمنظور اطمینان از ذوب تمام ناخلصی ها در پروسه روزن رانی مواد باید در درجه حرارت بالاتر از ۳۰۰ درجه سانتی گراد روزن رانی شوند. ولی این کار در عوض تاثیر بر روی خصوصیات فیزیکی اجزا پلی پروپیلن می گذارد. بر این اساس در نمونه دوم از فرش های ضایعات صنعتی که دارای ساختار تافتینگ بودند استفاده شد. این نمونه ها با دستگاه مادون قرمز به منظور اطمینان از اینکه تمام الیاف فرش پلی پروپیلن بااشند کاملا مورد آزمایش قرار گرفتند.

 بخش های پیش رو فرآیندهای انجام شده بر روی نمونه فرش های مستهلک پلی پروپیلن را گزارش می کند.

کاهش اندازه

مرحله اول بازیافت فرش های مستهلک شامل کاهش اندازه آن ها می باشد. دو روش تکنیکی اصلی کاهش اندازه، خرد کردن و بریدن (تراشیدن) می باشد.

۱-    خرد کردن

خرد کننده به صورت دستی تغذیه میشوند و قطعات فرش ها را به اجزا ۱۵ میلیمتری تبدیل می کند. شکل ۸ عکس خرد کننده استفاده شده در این تحقیق را نشان می دهد.

هدف پروژه بررسی توانایی روزن ران،  فرآیند خرد کردن و ارزیابی محصول پروسه روزن رانی بود. به منظور جلوگیری از پیچش قطعات فرش به دور شفت خرد کد و توقف دستگاه، قطعات فرش به طور دستی به خرد کننده تغذیه شدند و قبل از تغذیه شدن به قطعات ۲۰ تا ۳۰  میلیمتری تبدیل شدند.

شکل ۸. خرد کننده

قطعات فرش ها توسط دست از بالای خرد کننده تغذیه می شوند. مواد خرد شده از پایین خرد کننده خارج می شوند و به درون کیسه مکیده می شوند. مواد قبل از جمع شدن در کیسه جمع کننده از میان چرخانه می گذرند و در نتیجه مقداری از گردو خاک ها از مواد خرد شده جدا می شوند.

نتایج آزمایش روزن رانی

به علت روش دستی ای که خرد کننده تغذیه شده این امکان وجود نداشت تا عملکرد اندازه گیری شود. به منظور اطمینان از اینکه هیچ گونه انسدادی رخ ندهد مواد عمداً به آرامی تغذیه شدند و از این رو زمانی که فرآیند طول کشید، نرخ بازده واقعی وعملکرد فرآیند اندازه گیری نگردید.

جدول یک. میزان مواد تغذیه شده و برداشت شده و میزان ضایعات.

 شکل ۹. فرش خردشده

بحث نتایج

عملیات خردکنی با موفقیقت انجام شد. خرد کننده دچار انسداد نگردید و به نظر رسید که به آسانی قادر به پروسه کردن فرش ها می باشد. هرچند لازم بود تا یک کاهش اندازه فرش به صورت دستی قبل از عملیات خرد کردن انجام شود تا از تجمع در کنار شفت خردکننده جلوگیری بعمل آید. کاهش اندازه می تواند با ماشین برش انجام شود.

خرد کننده بخوبی فرش ها را به اجزا کوچک تبدیل کرد. درجه خوب جداسازی با کیفیت قابل ملاحظه الیاف خاب را از لایه پشتی جدا نمود. عملیات خرد کردن برای جداسازی مقداری از لاتکس از الیاف نخ خاب کافی بود.

۲-    پاره کردن (باریک کردن)

مقایسه عملیات خرد کردن با عملیات پاره کردن توسط موسسه بازیافت فرش انگلستان در MACH Tech Service در روچدیل انگلستان انجام شد.

نتایج عملیات پاره کردن یا باریک کردن

شکل ۱۰ فرشهای پاره پاره شده بعد از استفاده مصرف کننده

تفاوت رنگ الیاف ملاحظه شده در شکل ۱۰ به این خاطر می باشد که جنس فرش های استفاده شده در آزمایش پاره پاره کردن فرش از موادی که در آزمایش دوم خرد کردن استفاده شد متمایز بود. فرش های پاره پاره شده از نمونه هایی که دقیقا پلی پروپیلن نبودند انتخاب شدند. فرش ها به عنوان دارنده هر دو خاب و پشتی پلی پروپیلن تشخیص داده شده بودند اما نمونه ها بر اساس ساختمان فرش بافته و تافتینگ جدا نشده بودند. همچنین ملاحظه شد که  الیاف غیر پلی پروپیلن نخ تار در فرش های بافته شده منبع نا خالصی دیده شده در مواد خرد شده  ولی کاملا ذوب نشده می باشند.

بحث نتایج:

اندازه الیاف در مواد پاره پاره شده کوپک تر از مواد خرد شده می باشد. مقداری  قابل توجه ای قطعات لاتکس در میان نمونه های پاره پاره شده بود در حالیکه در نمونه های خرد شده قطعات لاتکس قابل ملاحطه ای وجود نداشت. خاب در نمونه خرد شده به بیرون کشیده می شود تا مواد شبیه پشم و پنبه ایجاد شود اما در فرش پاره پاره شده ، الیاف به شکل خاب های پیچیده کوتاه باقی می مانند.

گزینه جایگزین کاهش اندازه

اصلی ترین گزینه  برای کاهش اندازه فرش تکنیک تراشیدن مورد استفاده در امریکا می باشد. با تکنیک تراشیدن الیاف خاب از لایه پشتی جدا می گردند این امر دو کسر تولید می کند یکی تشکیل شده است از الیاف خاب و دیگری الیاف لایه پشتی فرش . به طور معمول لاتکس لایه پشتی به دور انداخته می شود در حالیکه الیاف خاب فرش از بین یک تمیز کننده خشک یا غربال عبور می کنند و سپس روزن رانی شده و به گلوله های کوچک تبدیل می شود.

از آنجاییکه خاب روی فرش ها بسیار کوتاه می باشند، در گذشته تراشیدن به عنوان یک روش نا مناسب  برای بازیافت فرش در انگلستان به حساب می آمد. بهبود کار تراشیدن فرش های دارای الیاف کوتاه شروع شده است اما این محتمل است که محصول الیاف احیا شده بوسیله تراشیدن خاب برای فرآیندی که از نظر اقتصادی پایدار باشد بسیار کم خواهد بود.

غربالگری و تمیز کردن

فرش های مستهلک حاوی مقادیر  قابل ملاحظه ای از گردوخاک و دیگر فرم های آلوده کننده می باشند. بمنظور داشتن یک کسر تمیز برای مرحله روزن رانی مواد خرد شده تحت عملیات غربال گری قرار می گیرند تا ذرات ریز و گردوخاک از آن جدا شوند.

غربالگر Flip-Flop به علت نوع عملیاتی که انجام می دهد به عنوان تکنیک تمیز کردن و غربال کردن فرش انتخاب گردید. حرکت به سمت عقب و جلو این غربالگر موجب می شود تا مواد در حالی که به سمت پایین غربال منتقل می شوند به بالا و پایین بپرند. این حرکات منجر به یک عملیات غربالگری با نیروی جی بالا می شود.  این روند باعث  می شود گرد و خاک، کثیفی ها و ترکیبات احتمالی لاتکس از فرش های خرد شده آزاد شوند.

شکل ۱۱ غربالگر Flip-Flop استفاده شده در آزمایش که دارای بیرون ده ۱۲ میلیمتری می باشد نشان می دهد.

شکل ۱۲ پروسه غربالگری Flip-Flop فرش های خرد شده

جدول۲ ورودی و خروجی غربالگر Flip-Flop

(الف)

(ب)

خروجی های غربالگری (الف) کوچکتر از اندازه غربالگر (ب) بزرگتر از اندازه غربالگر.

بحث و بررسی نتایج

غربالگر قادر بود تا مواد خرد شده را تحت عملیات قرار بدهد. نتایج آزمایش نشان داد که ۳۸ درصد از مواد بزرگتر از اندازه و ۵۹ درصد کوچکتر از اندازه غربالگر بودند و ۳ درصد از مواد تبدیل به ضایعات شدند. کسری که بزرگتر از اندازه بود محصول مورد نظر بود و ارزیابی بصری نمونه ها نشان داد که این محصول به طور قابل ملاحظه ای تمیز تر از مواد تغذیه شده بود. کسر کوچکتر از اندازه حاوی مقادیر زیادی از الیاف کوچک و ذرات گرد و خاک بود.

به دلیل اندازه غربال استفاده شده در دو مرحله خرد کنی و غربالگری Flip-Flop تولید ضایعات در آزمایش غربالگری بالا بود. برای یک غربالگر ۱۲ میلیمتری، فرش باید به طور ایده آل به قطعات ۲۰ تا ۲۵ میلیمتری توسط عملیات خرد کنی تبدیل شود. به منظور کاهش ضایعات اگر محصول خرد شده کوچکتر بود، مثل این آزمایش، اندازه غربالگر مطلوب نیز باید کوچکتر (مثلا ۶ تا ۸ میلیمتر) باشد. در طول آزمایش ملاحظه شد که مواد تمایل داشتند همانطور که به سمت پایین حرکت می کردند و می پیچیدند و معلق بودند گیر کنند و در نتیجه گهگاهی لازم بود تا با یک برس جارو شوند  تا حرکت مواد به سمت پایین را حفظ کنند.

اگر چه این غربالگر قادر بود تا ذرات گرد و خاک را جدا کند  اما مطالعه بر روی سایر غربالگر ها لازم است تا بهترین غربالگر با مناسب ترین اندازه برای پروسه انتخاب شود.

فرآیند روزن رانی

دو نمونه زیر به وسیله یک روزن ران آزمایشاهی روزن رانی شدند.

–    مواد ضایعات  صنعت فرش
–    فرش های خرد شده و غربالگری شده پس از استفاده مصرف کننده  (فرش های مستهلک)

روزن ران آزمایشگاهی

برای پروسس کردن فرش های خرد با تجهیزات آزمایشگاهی،  نمونه ها به طور جزیی بوسیله قرارگرفتن در ماشین شکل دهی خلا vaccum forming machin برای مدت زمان کوتاه  به طور جزیی ذوب شدند. بعد از ذوب جزیی نمونه ها به اجزا ۳ میلیمتری (اندازه گرانول مورد نیاز برای تغذیه به سیستم روزن رانی) تبدیل شدند.

هر دو نمونه به وسیله روزن ران آزمایشگاهی بدون هیچپگونه مشکل و پیچیدگی روزن رانی شدند.

تلاشی انجام شد تا نمونه های اولیه فرش که حاوی ناخالصی های الیاف پلی استر و نایلون بودند  نیز روزن رانی شوند، اگر چه، ناخاصی ها باعث ترشح و ترکیدن ریسمان از نازل می شدند. مواد قبل از روزن رانی کاملا خشک شده بودند و این ناتوانی در روزن رانی ناشی از رطوبت محتوی مواد نبود.

مقایسه خصوصیات فیزیکی محصولات تولید شده

آزمایشات خصوصیات فیزیکی نمونه های تهیه شده از ضایعات صنعت فرش و فرش های مستهلک:

•    نرخ جریان مذاب MRF. تعداد گرم هایی از پلیمر که از روزنه دارای ابعاد استاندارد (قطر ۲.۰۹۵ میلیمتر، طول ۸.۰ میلیمتر) تحت استاندارد وزنی (۲.۱۶ کیلوگرم برای پلی پروپیلندر ۲۳۰ درجه سانتیگراد) در ۱۰ دقیقه (ASTM Standard 1238) خارج می شوند. رنج معمول شاخص ذوب از کمتر ۱.۰ تا ۱۰۰ برای قالبگیری تزریقی می باشد. هرچه نرخ جریان مذاب بالاتر، پلی پروپیلن راحت تر قالب پلاستیک را پر می کند و فرآیند تزریق نیز آسان تر می باشد. همانطور که نرخ جریان مذاب افزایش می یابد برخی از خصوصیات فیزیکی همچون تاثیر استحکام کاهش می یابد.
•    استحکام کششی (مگاپاسکال). حداکثر استرسی که یک ماده می تواند تحمل کند وقتی در معرض تنش، فشار، و یا برش قرار می گیرد. استحکام کششی معمول پلیپروپیل از ۲۰ تا ۸۰ مگا پیکسل تغییر می کند.
•    ازدیاد طول تا نقطه ای که حداکثر نیرو اعمال می شود (%)
•    ازدیاد طول تا حدپارگی (%)
•    چگالی (گرم بر سانتی متر مکعب)
•    پس ماند (خاکستر) (%). آزمایش خاکستر نشان دهنده مقدار پرکننده یا فیلر(معمولا کچ) در میان پلیمر می باشد.

جدول ۳ نتایج خصوصیات فیزیکی نمونه های فرش

ضایعات صنعت فرش دارای نرخ جریان مداب ۶ می باشند درحالیکه نمونه فرش مستهلک دارای نرخ جریان مداب ۵۲ می باشد و این به این معناست که نمونه ضایعات صنعت آسان تر قالبریزی می شوند اما به طور محتمل دارای استحکام پایین تری می باشند. استحکام کششی هر دو نمونه مشابه یکدیگر می باشد. نمونه ضایعات صنعت فرش دارای ازدیاد طول تا مکسیمم نیرو کمتری نسبت به نمونه های مستهلک دارد اما ازدیاد طول تا حد پارگی آن بیشتر است. میزان کشیدگی نمونه های ضایعات صنعتی قبل از حداکثر نیرو برابر ۷.۳ درصد و برای نمونه تهیه شذه از فرش های مستهلک ۱۰.۱ درصد بود. میزان کشیدکی  قبل از پارگی نمونه های ضایعات صنعتی ۳۵ درصد در حالیکه نمونه تهیه شذه از فرش های مستهلک تنها ۲۹ درصد کشیدگی قبل از پارگی داشت. نمونه های ضایعات صنعتی حاوی ۱۷ درصد پرکننده و نمونه تهیه شده از فرش های مستهلک تنها ۱۰ درصد فیلر یا پرکننده داشتند.

اختلاف بین نمونه ها

نتایج بدست آمده قابل پیش بینی بود زیرا ضایعات صنعتی اخیراً تولید گردیده بودند ولی نمونه فرش های مستهلک (پس از استفاده مصرف کننده) دارای عمر ۱۰ تا ۱۵ سال، تکنیک های مختلف تهیه و درجه های  مختلف پلی پروپیلن بودند.  نه تنها عمر مواد ممکن است  موجب تغییرات شود، تولید کننده های مختلف ممکن است تا از درجه های مختلف پلی پروپیلن استفاده کنند که موجب تغییرات بیشتر خصوصیات فیزیکی می شود. در نتیجه چنین پیش بینی شده است که خصوصیات فیزیکی الیاف تولید شده از فرش های مستهلک توسط مصرف کننده ممکن است بین نمونه های مختلف تغییر کند.

رنگ پلی پروپیلن روزن رانی شده تحت تاثیر رنگ فرش های تغذیه شده می باشد. شکل ۱۵ و شکل ۱۶ نشان می دهد محصول تهیه شده از نمونه ضایعات صنعت فرش و نمونه تهیه شده از فرش های مستهلک را نشان می دهند.  هر دو نمونه قهوه ای رنگ می باشند ولی نمونه تهیه شده از فرش مستهلک تیره تر از نمونه تهیه شده از ضایعات صنعت فرش می باشد. احتمالا محصول پلی پروپیلن تهیه شده از فرش های مستهلک نیازمند مستربچ بیشتری  می باشد تا محصول نهایی به رنگ سیاه تبدیل شود. پلی پروپیلن سیاه رنگ برای مصرف کننده های بالقوه جذاب تر می باشد و دارای قیمت بالاتری نیز خواهد بود.

فکر شد که پلیمر های بدست امده از ضایعات صنعت فرش را می توان در قالبگیری تزریقی مورد استفاده قرار داد اگرچه تحقیقات بیشتر همراه با کمک کارخانه های قالبریزی تزریقی لازم است تا مناسب بودن این مواد مورد برسی قرار بگیرد.

بحث نتایج آزمایشات

درکل نتایج بدست آمده قابل قبول می باشند . پروژه نشان داد ه که محصول پلی پروپیلن را می توان از فرش های استفاده شده توسط مصرف کننده (مستهلک) تولید نمود.

خرد کننده قادر بود تا اندازه فزش ها را به راحتی کاهش بدهد اما توجه کافی برای تغذیه آرام بمنظور جلوگیری از انسداد انجام گرفت. خرد کردن تکنیک کاهش اندازه مناسبی برای فرش ها بود و شکل محصول خروجی تولید شده اندکی متفاوت بود از مواد تولید شده توسط پاره کننده یا باریک کننده . ذرات باریک باریک شده کوپک تر بودند و الیاف کمتری رها شده بودند. در حالی که محصول خرد کننده تشکیل شده بود از مواد شبیه پشم وپنبه و الیاف بیشتری رها شده بودند. غربالگر یک کسر بزرگتر از اندازه غربالگر تولید کرد که به طور قابل ملاحظه ای تمیز تر بود و دارای ذرات کمتر گرد وخاک و کثیفی نسبت به کسر کوچکتر از اندازه بود. هرچند به خاطر اندازه غربالگر، مقداری از مواد خرد شده در کسر کوچک تر از اندازه پیدا شد.

آزمایش روزن رانی موفق بود. نتایج خصوصیات فیزیکی نشان داد که هر دو نمونه پلی پروپیلن دارای کیفیت و استاندارد خوبی بودند. نمونه ضایعات صنعت دارای خصوصیات فیزیکی بهتری بودند وهر دو نمونه مناسب قالبگیری تزریقی بودند.

مشخصات فرش ها

بر اساس نتایج بدست آمده از آزمایشات این پروژه مواد ضایعات فرش باید دارای مشخصات زیر باشند:

•    هر تیکه از فرش باید دارای الیاف پلی پروپلین در نخ خاب باشند
•    فرش باید دارای ساختمان تافتینگ داشته باشد.
•    الیاف لایه پشتی نیز باید از نوع پلی پروپیلن باشند.
•    فرش باید کاملا خشک باشد.
•    نباید حاوی ناخالصی های سنگین مثل رنگ و یا ناخن باشند.
•    قابلیت کارکردن با آنها مورد قبول باشد(بد بو نبوده و یا به آلودگی های غیر قابل قبول آلوده نباشند)

ترکیبی از ضایعات فرش مخلوط شده

در این تحقیق نشان داد که ۴۵ درصد از مخلوط ضایعات فرش دارای الیاف خاب پلی پروپیلن بودند. از این ۴۵ درصد، ۷۰ درصد دارای لایه پشتی از الیاف مصنوعی بودند. نسبت نمونه های دارای ساختمان بافته شده به نمونه های دارای ساختمان تافتینگ برابر ۱۵ و ۸۵ به ترتیبت بود. به طور معمول فرش های بافته شده دارای الیاف لایه پشتی از جنس پلی استر می باشند بنابراین بر روی این فرش ها نمیتوان حساب کرد و این بدین معناست که ۲۷ درصد از مخلوط ضایعات فرش دو عامل ساختمان تافتینگ و الیاف پلی پروپیلن را دارا بودند.

قابلیت دوام تجاری بازیافت فرش های مستهلک

پروژه نشان داد که از دیدگاه تکنیکی فرش های مستهلک را میتوان بازیافت کرد و محصول روزن رانی شده دارای قابلیت استفاده در موارد بسیاری را دارد.هرچند اقتصادی بودن پروسه وابسته به فاکتور های ذیل می باشد.

–    منبع منظمی از مواد اولیه برای تغذیه که دارای خصوصیات مناسب باشند
–    تکنیک تشخیص قدرت مندی که تضمین کند تنها الیاف پلی پروپیلن وارد مرحله روزن رانی بشوند.

تحقیق انجام شده از این پروژه نشان می دهد که مسئله کلیدی برای کارخانه های بازیافت فرش اقتصادی بودن فرآیند می باشد. اگر محل های دفن ذباله گزینه ارزان تری از بازیافت باشد، همانطوری که قبلاً بوده و در برخی مناطق هنوز می باشد بنابراین منافع اقتصادی فرآیند بازیافت می تواند نا مطلوب باشد.

نتیجه گیری

نتایج اصلی پروژه شامل:

–    ضایعات صنعت فرش و موکت را می توان به محصولات دارای خصوصیات فیزیکی بسیار خوب که بالقوه قابلیت استفاده در رنج وسیعی از کاربرد ها از جمله قالبریزی تزریقی را دارند، تبدیل نمود.
–    فرش های مستهلک که کاملا از الیاف پلی پروپیلن تشکیل شده اند را می توان بازیافت کرد و به محصول با کیفیت خوب مناسب برای استفاده در کاربرد های با درجه کیفیت پایین (به طور مثال قالب ریزی تزریقی سطل و گلدان های پلاستیکی) تبدیل نمود. مراحل فرآیند نیازمند دریافت مستمر مواد اولیه، کاهش اندازه و خرد کردن، غربالگری و روزن رانی می باشد.
–    برای اینکه کارخانه های بازیافت از لحاظ اقتصادی توجیه شده باشند و تجهیزات مناسب انتخاب شوند تحقیقات بیشتری مورد نیاز می باشد.
–    عامل اصلی موفقیت و کیفیت پلیمر روزن رانی شده تشخیص صحیح الیاف موجود در فرش و موکت می باشد. فرش های حاوی دیگر پلیمر ها به غیر از پلی پروپیلن (نایلون و پلی استر) مواد خرد شده ای ایجاد می کنند که مناسب روزن رانی نمی باشند. فرش های حاوی مخلوطی از الیاف بیشتر فرش های بافته شده می باشند. یک کاربرد عملی فرش های مستهلک دارای الیاف مخلوط در خاب استفاده در پوشش سطوح اسب دوانی می باشد .

اقتصاد فرآیند بازیافت امید وار کننده به نظر می رسد و این پروژه ثابت کرد که پلیمر با کیفیت خوب را می توان از فرش های مستهلکی که کاملا از پلی پروپیلن تشکیل شده اند (به شرط تشخیص صحیح نمونه ها) تهیه نمود.