PET生產(chǎn)加工的新的生產(chǎn)潛力 - 德國格諾斯MRS擠出機

1.操作模式

MRS擠出機一般為單螺桿擠出機，帶有特殊的脫氣部分。聚合物熔體被送入一個(gè)大的單螺桿圓筒中。

滾筒包含8或10個(gè)(根據型號大小)小擠出機筒，平行于主螺桿軸。在小的料筒里的是“衛星”螺桿，它由主筒中的環(huán)形齒輪驅動(dòng)的。“衛星”螺桿繞螺桿軸旋轉時(shí)，與主螺桿方向相反。這種不對稱(chēng)的運行設計能夠增加聚合物熔體的表面交換。

擠出機料筒被分割為多旋轉系統的滾筒，約30%筒體打開(kāi)，確保聚合物在進(jìn)入料筒時(shí)為出色的熔融狀態(tài)，實(shí)現不受限制的抽干。此外，可以實(shí)現精確的溫度控制，即接觸熔體的所有表表溫度都可以精確控制。

得益于獲得專(zhuān)/利技術(shù)的多螺桿單元，MRS擠出機在多領(lǐng)域中廣泛使用。即使真空僅有20 - 40 mbar，排氣功能依舊表現優(yōu)異。因此，可以實(shí)現擠出未干燥的PET瓶片或顆粒(例如水分含量高達12.000 ppm H2O)，沒(méi)有任何折中。甚至適用于高粘度的終產(chǎn)品，如捆扎帶。

這種抽真空技術(shù)是基于可靠的單螺桿擠出機概念?；诖烁拍?，MRS避免了多軸或螺桿設計(嚙合)的問(wèn)題，這種緊密的間隙的設計使得機械對于污染物十分敏感。這一點(diǎn)對于PET瓶片的再加工具有決定性的意義，因為PET瓶片經(jīng)常含有粗粒污染。

MRS技術(shù)優(yōu)勢還包括100%聚酯除濕，增加材料的固有粘度。

1.擠出筒—MRS技術(shù)的核心

多旋轉組件的設計使得熔體表面比傳統擠出機大很多。例如:MRS系統產(chǎn)生的熔體表面交換率是同向旋轉雙螺桿擠出機的25倍。

與其它多螺桿系統相比，MRS具有結構緊湊、堅固耐用的特點(diǎn)。旋轉的衛星螺桿在獨立軸承上運行，與包含多個(gè)單螺桿的料筒相容。

出色的性能，模塊化的抽空或排氣系統，可以更多地滿(mǎn)足客戶(hù)的不同需求。模塊的位置、長(cháng)度和設計是多種多樣的。

2. 關(guān)鍵加工技術(shù)對PET加工的影響

2.1 干燥（水分提?。┖蛿D出

PET擠出過(guò)程中吸濕的重要性

現今，PET降解小化的現有技術(shù)是在單螺桿擠出機加工前將物料干燥。ET干燥復雜，維護密集，投資成本高，廠(chǎng)房面積大，運行成本高，通常采用干燥空氣在180°C干燥，能耗高。材料必須干燥8小時(shí)的工序降低了PET處理的靈活性。

在用擠出機加工PET的過(guò)程中，在正常的加工溫度下會(huì )發(fā)生了化學(xué)過(guò)程，任何可能存在的水分子都會(huì )減少PET鏈的長(cháng)度，從而導致粘度降低，從而降低終產(chǎn)品的機械性能。這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為水解。

為了避免這個(gè)問(wèn)題，顆粒通常是預先干燥了很長(cháng)一段時(shí)間，在擠出前水分，以止水解。

然而這種化學(xué)反應是可逆的，平衡點(diǎn)可以通過(guò)減少或增加水的含量來(lái)達到。

這種現象在擠壓過(guò)程中可以起到積極的作用。通過(guò)去除加工過(guò)程中的水分子，受損的PET分子鏈可以自我修復。

去除水分子的物理先決條件由擴散過(guò)程描述，可以借助菲克第/一定律來(lái)闡明。

• Δn指水的移除數量，F指熔體表面積，dc指濃度斜面，dx指聚合物層。換句話(huà)說(shuō)，聚合物混合得越好，表面交換得越好，化學(xué)平衡就越傾向于力學(xué)性能更好的長(cháng)鏈分子。

很明顯，在擠出機的第/一個(gè)部分，聚合物的粘度降低了，因為水的含量被集成到PET鏈中。輸入物料中水分越多，粘度下降越大。在脫氣部分，這些水分子是通過(guò)真空(由擴散驅動(dòng))提取的，這里發(fā)生了相反的化學(xué)反應。因此，MRS擠出機能夠增加聚合物的鏈長(cháng)、分子量、粘度和機械性能。

采用格諾斯在線(xiàn)粘度計對熔體粘度進(jìn)行監測。配備一個(gè)控制回路，提高或降低與粘度變化有關(guān)的真空揮發(fā)區。

聚合物在到達模具之前，可以清晰地看到粘度與真空之間的關(guān)系。

2.2 連續在線(xiàn)測量和控制加工參數

2.2.1 過(guò)程控制采用連續測量熔體壓力、溫度和粘度

如今，監視、記錄和分析加工參數是塑料加工的關(guān)鍵要素，例如，為了能夠跟蹤與客戶(hù)投訴有關(guān)的問(wèn)題，也為了能夠對這些參數的變化作出盡可能快的反應。通過(guò)這種監控，可以確保持續高質(zhì)量的產(chǎn)品。

在擠壓過(guò)程中，影響終產(chǎn)品性能的重要因素是機器內的熔體溫度、熔體粘度和熔體壓力。通過(guò)這些參數，可以監測出加熱爐或冷卻風(fēng)機的故障、原料參數的變化以及生產(chǎn)線(xiàn)的磨損情況?？梢员苊馕ｋU的情況，例如，如果迅速發(fā)生過(guò)高的壓力增加時(shí)，設備將自動(dòng)關(guān)閉，。

通過(guò)使用熔體壓力和熔體溫度傳感器，以及已知的流量和已知的幾何形狀，可以計算出液體的流動(dòng)阻力，由此可以推斷出介質(zhì)的動(dòng)態(tài)粘度

2.2.2 壓力傳感器和溫度傳感器

在塑料加工中會(huì )使用熔體壓力傳感器，它的原理是利用介質(zhì)將壓力從熱環(huán)境傳遞到敏感的測量電子設備。與聚合物熔體接觸的膜片因熔體壓力而變形。這種變形讓毛細管中的液體將壓力傳遞到第二個(gè)膜片上，膜片上裝有惠斯通電橋傳感器，可以將變形轉化為電信號。

毛細管中的液體介質(zhì)通常是汞，但是在食品包裝制造中禁止使用汞填充傳感器。在這種情況下，可以選擇格諾斯的無(wú)汞傳感器。用對環(huán)境安全的介質(zhì)替代汞之后，熔體壓力傳感器可以應用在所有行業(yè)應用中，獲得所需精度測量，特別是在與食品接觸的包裝材料領(lǐng)域。

格諾斯TF型熔體溫度傳感器適用于高靈敏度介質(zhì)的精確測量。陶瓷絕緣保證在任何時(shí)候都能直接測量熔體溫度，而不受周?chē)摬考?如法蘭筒或模具)溫度的影響。

2.2.3 用格諾斯在線(xiàn)粘度計VIS進(jìn)行過(guò)程控制

一小部分聚合物熔體從主熔體通道轉移出來(lái)，用高精度齒輪泵將其泵入精密制造的狹槽毛細管中。測量了熔體溫度和熔體壓力(在兩個(gè)位置)?；趦炔坑嬎?，粘度計監測代表性剪切速率的值和相應的粘度?？梢栽O定不同的剪切速率，并通過(guò)相應的修正得到粘度和剪切速率的真實(shí)值。

產(chǎn)品設計非常緊湊?？砂惭b在兩個(gè)法蘭連接件之間?？筛鶕蛻?hù)要求設計0.5 - 2mm的熔體通道。該產(chǎn)品單元包括一個(gè)泵驅動(dòng)器、一個(gè)泵、壓力傳感器、溫度傳感器以及控制和評估電子設備。工藝參數的設置、評價(jià)和顯示，可以通過(guò)通過(guò)用戶(hù)友好的觸摸屏面，也可以集成到現有的控制系統中。

結合格諾斯多年的技術(shù)測量和加工技術(shù)，產(chǎn)品能夠實(shí)現無(wú)論材料條件（有水分殘余）都能夠在非常窄的帶寬中保持熔體質(zhì)量

粘度是通過(guò)熔體壓力和溫度來(lái)測量的，以此作為控制值，自動(dòng)調節M(mǎn)RS擠出機下放段的真空，從而保證恒定的熔體性能(粘度、分子量以及由此產(chǎn)生的機械性能)。

上圖顯示了真空(紅色)和熔體粘度(藍色)隨時(shí)間的變化?？梢郧宄乜吹?1:00時(shí)輸入材料的變化。物料筒倉發(fā)生了變化，但在此之前，物料是從筒倉下部抽出來(lái)的，該物料殘余含水率較高。變化后，薄片的殘留水分水平會(huì )立即降低。通過(guò)增加MRS擠出機脫揮段的真空，可以保持物料的粘度和分子量，從而保持機械性能，即終產(chǎn)品的質(zhì)量不變。

2.3 不僅僅在回收料應用中: 熔體過(guò)濾作是與質(zhì)保和經(jīng)濟效益相關(guān)的關(guān)鍵因素

在聚合物進(jìn)入模具之前，應清除各種污染物，以達到對透明度(板材)或拉伸強度(熱成型板材、捆扎帶)的更高質(zhì)量要求，當然還有保護下游部件不受損壞。格諾斯旋轉熔體過(guò)濾系統自動(dòng)運行，壓力恒定，能夠*達到所需要求。

2.3.1 熔體過(guò)濾器：工藝-壓力恒定熔融過(guò)濾一體化自清洗

在聚合物進(jìn)入模具之前應清除各種污染物，其目的是達到對透明度(板材)或拉伸強度(熱成型板材、捆扎帶)的更高質(zhì)量要求，同時(shí)保護下游部件不受損壞。全自動(dòng)操作和壓力恒定格諾斯的旋轉熔體過(guò)濾系統能夠*勝任以上要求。

旋轉過(guò)濾系統由三個(gè)主要部分組成: 進(jìn)口模塊、出口模塊和在它們之間旋轉過(guò)濾盤(pán)。系統是金屬間密封，間隙非常狹小，表面十分平坦、堅硬，保證與熔體接觸的所有部件均不與環(huán)境接觸（例如氧氣）。

濾網(wǎng)位于過(guò)濾盤(pán)中間的環(huán)形中穿過(guò)熔體流動(dòng)通道。當熔體流經(jīng)濾網(wǎng)時(shí)，污染物被攔截，壓差略有增加?？刂葡到y對壓力的增加作出反應，將過(guò)濾盤(pán)轉位調整1-2個(gè)角度。

在重新進(jìn)入熔體通道之前，帶有污染物的濾網(wǎng)需要清洗。通過(guò)高壓部分沖凈系統清洗。已過(guò)濾的熔體從出口模塊中抽出，虹吸到液壓驅動(dòng)活塞中，然后在高壓下從后面射出，通過(guò)過(guò)濾盤(pán)和濾網(wǎng)進(jìn)入進(jìn)口模塊。沖凈壓力是經(jīng)過(guò)測量且可調節的，確保優(yōu)化。利用確定的高脈沖，每次僅清洗小部分（大約是濾網(wǎng)面積的1%）。

反沖洗活塞的沖程(=要使用的熔體量)和速度(=清洗強度)可以自由調節，確保優(yōu)化。因此，一方面可實(shí)現有效的清潔，另一方面僅使用小量的熔體（反沖洗損失?。?。

基于這種操作模式，濾網(wǎng)達到100%的實(shí)際清洗，并可以重復使用，根據不同的過(guò)濾細度，可高達400倍。在某些應用中，全自動(dòng)過(guò)濾(沒(méi)有任何操作員的注意)可能長(cháng)達幾個(gè)月。

在此之后，由于機械方面的原因，濾網(wǎng)不得不進(jìn)行簡(jiǎn)單的更換。得益于格諾斯專(zhuān)/利技術(shù)的濾系統運作模式，更換濾網(wǎng)對生產(chǎn)工藝流程沒(méi)有任何影響。根據生產(chǎn)線(xiàn)的規模大小，所有過(guò)濾部件的濾網(wǎng)更換需要大約15分鐘，操作人員可以在不影響生產(chǎn)過(guò)程的情況下進(jìn)行。

MRS系統節省能源

傳統的PET回收加工步驟

MRS技術(shù)的加工步驟

除具有良好的機械性能，整個(gè)工廠(chǎng)的外卷帶的能源消耗也進(jìn)行了測量。

與處理結晶和預干燥含水量小于50 ppm的傳統單螺桿相比，MRS技術(shù)的能耗減少大約20%，

因為在預擠出階段使用熱空氣加熱顆粒有巨大的能源成本。

與雙螺桿薄片加工相比，能耗也更小。因為雙螺桿需要小于5mbar的高真空，此外，通常情況下，薄片必須預先干燥到1000ppm左右，還需要一個(gè)增壓泵。

MRS技術(shù)的能耗比傳統技術(shù)低15% - 25%，且無(wú)需干燥機和高真空系統，減少維護。

3.1 MRS技術(shù)優(yōu)勢

格諾斯 MRS擠出技術(shù)確保聚合物熔體具有大的純度。固體污染物可通過(guò)高效熔融過(guò)濾系統去除，可溶污染物如油、低聚物、色素和溶劑可在真空條件下從聚合物中有效去除。

經(jīng)濟性?xún)?yōu)勢：

•減少空間需求

•大幅節能

•降低維護和人員成本

•簡(jiǎn)單、強勁、經(jīng)濟的真空技術(shù)

•全自動(dòng)控制系統，操作簡(jiǎn)單

•高度的靈活性——例如在材料變化方面

•100%回收消費后和/或工業(yè)廢物

•直接加工食品接觸產(chǎn)品(FDA LNO)

•高質(zhì)量的終產(chǎn)品

結論

新型MRS擠出系統具有*的熔體表面積交換率，是一種非常有效的聚合物熔體轉移體系。多旋轉系統大大增加了擴散過(guò)程。能夠在不需要預干燥的情況下，使用聚酯瓶片中制造出高抗拉強度的捆扎帶。此外，在MRS擠出機上使用聚酯瓶片生產(chǎn)的纖維也具有*的性能。

MRS擠出系統(包括多回轉部分)是單螺桿擠出機技術(shù)可靠、耐用。非常適合處理高度污染的聚合物(例如回收料)。

對于原料的要求，MRS擠出系統既不需要預干燥，也不需要結晶，與傳統的聚酯加工工藝相比更具經(jīng)濟優(yōu)勢。使用MRS擠出系統，工廠(chǎng)占地面積可減少25%，能源需求可減少25%。多年的應用實(shí)踐證明，MRS擠出系統是一種可靠耐用且不需要維護的系統，適用于多種不同的生產(chǎn)。