利用德國格諾斯MRS擠出概念的人造短纖維制造工藝

介紹

滌綸短纖越來(lái)越受歡迎。一是由于其優(yōu)良的機械性能，二是由于相對簡(jiǎn)單的加工，三是由于相對較低的材料成本，特別是以回收PET瓶片作為原材料。

經(jīng)由正確的加工工藝，短纖維具有優(yōu)良的性能。把兩種粘度不同的材料結合在一起，就可以生產(chǎn)出與棉花非常相似的纖維，可以用作睡袋、冬衣、枕頭等的填充物或填充物。

然而，將PET加工成短纖維的一個(gè)問(wèn)題是原料PET的吸濕性。在儲存過(guò)程中，PET材料從周?chē)目諝庵形账肿?。當聚合物在擠出機中加工時(shí)，分子進(jìn)入PET并打破鏈(水解)，降低材料的機械性能，使再加工變得困難。

制造工藝

在短纖維的生產(chǎn)過(guò)程中有兩種不同的工藝，單級工藝和兩級工藝。在兩個(gè)階段的過(guò)程中，纖維在擠壓后和拉伸前儲存在罐中。在單段工藝中，不存在纖維的中間貯存。

在使用擠出機將材料塑化后，聚合物熔體在噴絲板上，通過(guò)冷卻通道中的空氣進(jìn)行冷卻。隨后，纖維被卷繞到滾軸上，通過(guò)太陽(yáng)輪鋪設到容器中。

隨后這些罐子被運送到紡絲區，拉伸，用蒸汽和熱量處理，卷曲，后切成短段。

塑料顆粒——通過(guò)混合和填料系統輸送到擠出機——是非織造布生產(chǎn)的主要基礎材料。擠出機使塑料熔體塑化和均化。塑料經(jīng)過(guò)濾后流入熔體泵。過(guò)濾系統包括真正的過(guò)濾介質(zhì)，主要是一個(gè)濾網(wǎng)，截留污染沉積物。過(guò)濾系統需要做到不影響生產(chǎn)，當用一個(gè)被污染的濾網(wǎng)或濾芯更換一個(gè)干凈的濾網(wǎng)或濾芯時(shí)，不會(huì )中斷或減少熔體的流動(dòng)。熔體泵用于增壓，為下游紡錘掛提供穩定的熔體流。

紡絲束的設計和精確控制的工藝確保了熔體均勻地從紡絲束排出而不受干擾。采用自旋包過(guò)濾器對流動(dòng)剖面進(jìn)行均勻化處理，以保證熔體的純度。這種過(guò)濾器通常由不同的金屬絲布層組成。熔體流動(dòng)中的污染物會(huì )導致自旋包過(guò)濾器堵塞，因此需要不時(shí)更換。在更換時(shí)至少個(gè)別紡紗站必須停止運轉，在某些情況下甚至要停止整條生產(chǎn)線(xiàn)。

濾網(wǎng)越細（通常是20-75 μm），使用壽命就越短。

因此，安裝在紡絲束上游的聚合物熔體過(guò)濾器必須在熔體到達紡絲束過(guò)濾器前盡可能多地去除污染物，從而盡可能延長(cháng)自旋包過(guò)濾器的使用壽命。

根據生產(chǎn)工藝的不同，在非織造布沉積和粘合之前，模具和下游其余部分的設計差異很大。

MRS擠出概念的發(fā)展

MRS擠出機可以直接加工聚酯顆粒，無(wú)需進(jìn)行預先干燥。在擠出過(guò)程中(熔體階段)，聚合物表面被大幅度地擴大并高速交換，從而使揮發(fā)物得以提取。

擠出機可以被視為帶著(zhù)非常特殊的排氣單元的單螺桿擠出機。聚合物熔體被輸送到一個(gè)很大的單螺桿滾筒中。

8個(gè)或10個(gè)（取決于不同的型號尺寸）小的擠出料筒，與主螺桿軸平行。

?30%筒體打開(kāi)，確保聚合物在進(jìn)入料筒時(shí)為良好的熔融狀態(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。

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。

8個(gè)衛星螺桿。

擠出機的*設計避免了傳統多軸或多螺桿設計中的(嚙合)問(wèn)題，傳統設計由于其緊密的間隙，擠出機很容易受到損傷。MRS擠出機的設計尤其適用于聚酯瓶片再加工工藝，因為聚酯瓶片通常含有粗污染。

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

生產(chǎn)加工過(guò)程中的在線(xiàn)測量和控制

在現今的生產(chǎn)加工中，監測、記錄和分析加工參數是塑料加工的關(guān)鍵要素，例如，跟蹤與客戶(hù)投訴有關(guān)的問(wèn)題，或者對這些參數的變化作出更快的反應。通過(guò)這種監控可以保證持續的高質(zhì)量產(chǎn)品。

在擠出過(guò)程中，影響終產(chǎn)品性能的重要因素包括熔體溫度、熔體粘度和機器內的熔體壓力。通過(guò)監控這些參數的變化，能夠監測加熱器區域或冷卻風(fēng)扇的故障、原材料參數的變化和生產(chǎn)線(xiàn)的磨損情況。避免發(fā)生危險的情況，比如迅速的壓力增高導致機器自動(dòng)停機。

通過(guò)使用熔體壓力傳感器和熔體溫度傳感器，利用已知的流量率和已知的模型，可以計算出液體的流動(dòng)阻力，并由此推斷出材料的動(dòng)態(tài)粘度。這種測量聚合物的平均分子量的方法能夠定義材料的物性特征，如彈性、拉伸或延伸。

通過(guò)持續測量熔體壓力和溫度實(shí)現過(guò)程控制

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?/span>(如法蘭筒或模具)溫度的影響。

通過(guò)格諾斯在線(xiàn)粘度計VIS實(shí)現過(guò)程控制

在線(xiàn)粘度計VIS用于在線(xiàn)測量熔體粘度。通過(guò)高精度齒輪泵，少量聚合物熔體從主通道中進(jìn)入制造精密的毛細管槽中，完成熔體壓力和溫度的測量(在兩個(gè)不同位置)。經(jīng)過(guò)粘度計內置計算程序，監控顯示實(shí)時(shí)的剪切速率的值和相應的粘度。

粘度計可安裝在兩個(gè)法蘭連接之間。熔體通道可根據客戶(hù)的要求設計0.5 - 2mm。該裝置包括泵驅動(dòng)器、泵、壓力傳感器、溫度傳感器以及控制和安裝計算程序的電子設備。通過(guò)用戶(hù)界面友好的觸摸屏實(shí)現對過(guò)程參數的現實(shí)、設置、評測，或者直接集成到現有的控制系統中。

盡管輸入材料條件不同(殘余水分)，在線(xiàn)粘度計VIS能夠在非常窄的帶寬內保持熔體質(zhì)量。通過(guò)檢測熔體壓力和溫度，計算得到粘度值。粘度值作為控制值，自動(dòng)調節MRS擠出機下游的真空設備，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)。

熔體過(guò)濾

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。

因此，濾網(wǎng)區域中污染物不斷地從熔體通道移出，而濾網(wǎng)區域中的干凈的熔體在不改變活性過(guò)濾區域的情況下被移進(jìn)熔體通道?；谶@種操作方式，過(guò)濾系統不斷地對過(guò)程和壓力進(jìn)行操作。通過(guò)過(guò)濾系統的壓差的變化值大可達2 bar。

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。

應用實(shí)例

通過(guò)使用MRS擠出機，一家位于南美的纖維和聚合物制造商已經(jīng)去除了昂貴和復雜的預干燥和結晶材料的步驟。

該生產(chǎn)線(xiàn)是生產(chǎn)雙組分滌綸短纖維的生產(chǎn)線(xiàn)，總產(chǎn)能為每小時(shí)1.400公斤。

兩臺MRS擠出機的原料都是相同的PET瓶片。通過(guò)在每臺擠出機上設置不同的真空水平，他們將具有兩種不同粘度的PET聚合物熔體輸送到紡絲束。

從一種材料生產(chǎn)不同質(zhì)量的產(chǎn)品，這個(gè)*的加工工藝只能通過(guò)MRS擠出機來(lái)實(shí)現。由于纖維是由兩種不同粘度的成分制成的，因此有可能獲得非常接近天然纖維的性能曲線(xiàn)。

聚合物主流為900公斤/小時(shí)。來(lái)自MRS 130擠出機和第二道流體是500公斤/小時(shí)。另一部分熔體來(lái)自MRS 110擠出機。RSFgenius融化過(guò)濾系統將材料過(guò)濾到30μm。在紡錘掛前在線(xiàn)粘度計試試測量動(dòng)態(tài)粘度，。從在線(xiàn)粘度計到擠出機真空系統的控制回路確保了持續的預先設定的粘度。通過(guò)這種方式，保證產(chǎn)品的高質(zhì)量和一致性。

使用傳統的單螺桿擠出機，材料在擠壓之前必須結晶和預干燥至50ppm，而MRS擠出機在擠壓之前不需要用熱空氣干燥材料，大幅度地降低了能耗。

MRS技術(shù)的比能耗比傳統技術(shù)低15% - 25%，避免使用干燥機和高真空系統，增加工藝的靈活性，并將設備維護工作降至更低。

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脫揮體系。多旋轉系統大大提高了擴散過(guò)程，使得從PET瓶片中制備短纖維而不需要對材料進(jìn)行預干燥成為可能。PET瓶片擠出機上生產(chǎn)的纖維也具有*的性能。

MRS擠出系統(包括多旋轉部分)是基于可靠和堅固的單螺桿擠出機技術(shù)。因此，該系統非常適合處理高度污染的聚合物(例如二手回收料)。

由于MRS擠出系統要求輸入材料既不進(jìn)行預干燥，也不進(jìn)行結晶，因此該系統是更具性?xún)r(jià)比的PET加工傳統技術(shù)的替代方案，工廠(chǎng)占地面積可減少25%，能源需求可減少25%。

基于多年來(lái)世界各地客戶(hù)的使用反饋，MRS已被證明是一種可靠且不需要維護的系統，可用于各種不同的應用領(lǐng)域。