PET生產加工的新的生產潛力 - 德國格諾斯MRS擠出機

1.操作模式

MRS擠出機一般為(wei) 單螺杆擠出機，帶有特殊的脫氣部分。聚合物熔體(ti) 被送入一個(ge) 大的單螺杆圓筒中。

滾筒包含8或10個(ge) (根據型號大小)小擠出機筒，平行於(yu) 主螺杆軸。在小的料筒裏的是“衛星”螺杆，它由主筒中的環形齒輪驅動的。“衛星”螺杆繞螺杆軸旋轉時，與(yu) 主螺杆方向相反。這種不對稱的運行設計能夠增加聚合物熔體(ti) 的表麵交換。

擠出機料筒被分割為(wei) 多旋轉係統的滾筒，約30%筒體(ti) 打開，確保聚合物在進入料筒時為(wei) 出色的熔融狀態，實現不受限製的抽幹。此外，可以實現精確的溫度控製，即接觸熔體(ti) 的所有表表溫度都可以精確控製。

得益於(yu) 獲得專(zhuan) /利技術的多螺杆單元，MRS擠出機在多領域中廣泛使用。即使真空僅(jin) 有20 - 40 mbar，排氣功能依舊表現優(you) 異。因此，可以實現擠出未幹燥的PET瓶片或顆粒(例如水分含量高達12.000 ppm H2O)，沒有任何折中。甚至適用於(yu) 高粘度的終產(chan) 品，如捆紮帶。

這種抽真空技術是基於(yu) 可靠的單螺杆擠出機概念。基於(yu) 此概念，MRS避免了多軸或螺杆設計(齧合)的問題，這種緊密的間隙的設計使得機械對於(yu) 汙染物十分敏感。這一點對於(yu) PET瓶片的再加工具有決(jue) 定性的意義(yi) ，因為(wei) PET瓶片經常含有粗粒汙染。

MRS技術優(you) 勢還包括100%聚酯除濕，增加材料的固有粘度。

1.擠出筒—MRS技術的核心

多旋轉組件的設計使得熔體(ti) 表麵比傳(chuan) 統擠出機大很多。例如:MRS係統產(chan) 生的熔體(ti) 表麵交換率是同向旋轉雙螺杆擠出機的25倍。

與(yu) 其它多螺杆係統相比，MRS具有結構緊湊、堅固耐用的特點。旋轉的衛星螺杆在獨立軸承上運行，與(yu) 包含多個(ge) 單螺杆的料筒相容。

出色的性能，模塊化的抽空或排氣係統，可以更多地滿足客戶的不同需求。模塊的位置、長度和設計是多種多樣的。

2. 關(guan) 鍵加工技術對PET加工的影響

2.1 幹燥（水分提取）和擠出

PET擠出過程中吸濕的重要性

現今，PET降解小化的現有技術是在單螺杆擠出機加工前將物料幹燥。ET幹燥複雜，維護密集，投資成本高，廠房麵積大，運行成本高，通常采用幹燥空氣在180°C幹燥，能耗高。材料必須幹燥8小時的工序降低了PET處理的靈活性。

在用擠出機加工PET的過程中，在正常的加工溫度下會(hui) 發生了化學過程，任何可能存在的水分子都會(hui) 減少PET鏈的長度，從(cong) 而導致粘度降低，從(cong) 而降低終產(chan) 品的機械性能。這個(ge) 過程被稱為(wei) 水解。

為(wei) 了避免這個(ge) 問題，顆粒通常是預先幹燥了很長一段時間，在擠出前水分，以止水解。

然而這種化學反應是可逆的，平衡點可以通過減少或增加水的含量來達到。

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

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

• Δn指水的移除數量，F指熔體表麵積，dc指濃度斜麵，dx指聚合物層。換句話說，聚合物混合得越好，表麵交換得越好，化學平衡就越傾向於力學性能更好的長鏈分子。

很明顯，在擠出機的第/一個(ge) 部分，聚合物的粘度降低了，因為(wei) 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，這些水分子是通過真空(由擴散驅動)提取的，這裏發生了相反的化學反應。因此，MRS擠出機能夠增加聚合物的鏈長、分子量、粘度和機械性能。

采用格諾斯在線粘度計對熔體(ti) 粘度進行監測。配備一個(ge) 控製回路，提高或降低與(yu) 粘度變化有關(guan) 的真空揮發區。

聚合物在到達模具之前，可以清晰地看到粘度與(yu) 真空之間的關(guan) 係。

2.2 連續在線測量和控製加工參數

2.2.1 過程控製采用連續測量熔體(ti) 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(guan) 鍵要素，例如，為(wei) 了能夠跟蹤與(yu) 客戶投訴有關(guan) 的問題，也為(wei) 了能夠對這些參數的變化作出盡可能快的反應。通過這種監控，可以確保持續高質量的產(chan) 品。

在擠壓過程中，影響終產(chan) 品性能的重要因素是機器內(nei) 的熔體(ti) 溫度、熔體(ti) 粘度和熔體(ti) 壓力。通過這些參數，可以監測出加熱爐或冷卻風機的故障、原料參數的變化以及生產(chan) 線的磨損情況。可以避免危險的情況，例如，如果迅速發生過高的壓力增加時，設備將自動關(guan) 閉，。

通過使用熔體(ti) 壓力和熔體(ti) 溫度傳(chuan) 感器，以及已知的流量和已知的幾何形狀，可以計算出液體(ti) 的流動阻力，由此可以推斷出介質的動態粘度

2.2.2 壓力傳(chuan) 感器和溫度傳(chuan) 感器

在塑料加工中會(hui) 使用熔體(ti) 壓力傳(chuan) 感器，它的原理是利用介質將壓力從(cong) 熱環境傳(chuan) 遞到敏感的測量電子設備。與(yu) 聚合物熔體(ti) 接觸的膜片因熔體(ti) 壓力而變形。這種變形讓毛細管中的液體(ti) 將壓力傳(chuan) 遞到第二個(ge) 膜片上，膜片上裝有惠斯通電橋傳(chuan) 感器，可以將變形轉化為(wei) 電信號。

毛細管中的液體(ti) 介質通常是汞，但是在食品包裝製造中禁止使用汞填充傳(chuan) 感器。在這種情況下，可以選擇格諾斯的無汞傳(chuan) 感器。用對環境安全的介質替代汞之後，熔體(ti) 壓力傳(chuan) 感器可以應用在所有行業(ye) 應用中，獲得所需精度測量，特別是在與(yu) 食品接觸的包裝材料領域。

格諾斯TF型熔體(ti) 溫度傳(chuan) 感器適用於(yu) 高靈敏度介質的精確測量。陶瓷絕緣保證在任何時候都能直接測量熔體(ti) 溫度，而不受周圍鋼部件(如法蘭(lan) 筒或模具)溫度的影響。

2.2.3 用格諾斯在線粘度計VIS進行過程控製

一小部分聚合物熔體(ti) 從(cong) 主熔體(ti) 通道轉移出來，用高精度齒輪泵將其泵入精密製造的狹槽毛細管中。測量了熔體(ti) 溫度和熔體(ti) 壓力(在兩(liang) 個(ge) 位置)。基於(yu) 內(nei) 部計算，粘度計監測代表性剪切速率的值和相應的粘度。可以設定不同的剪切速率，並通過相應的修正得到粘度和剪切速率的真實值。

產(chan) 品設計非常緊湊。可安裝在兩(liang) 個(ge) 法蘭(lan) 連接件之間。可根據客戶要求設計0.5 - 2mm的熔體(ti) 通道。該產(chan) 品單元包括一個(ge) 泵驅動器、一個(ge) 泵、壓力傳(chuan) 感器、溫度傳(chuan) 感器以及控製和評估電子設備。工藝參數的設置、評價(jia) 和顯示，可以通過通過用戶友好的觸摸屏麵，也可以集成到現有的控製係統中。

結合格諾斯多年的技術測量和加工技術，產(chan) 品能夠實現無論材料條件（有水分殘餘(yu) ）都能夠在非常窄的帶寬中保持熔體(ti) 質量

粘度是通過熔體(ti) 壓力和溫度來測量的，以此作為(wei) 控製值，自動調節MRS擠出機下放段的真空，從(cong) 而保證恒定的熔體(ti) 性能(粘度、分子量以及由此產(chan) 生的機械性能)。

上圖顯示了真空(紅色)和熔體(ti) 粘度(藍色)隨時間的變化。可以清楚地看到11:00時輸入材料的變化。物料筒倉(cang) 發生了變化，但在此之前，物料是從(cong) 筒倉(cang) 下部抽出來的，該物料殘餘(yu) 含水率較高。變化後，薄片的殘留水分水平會(hui) 立即降低。通過增加MRS擠出機脫揮段的真空，可以保持物料的粘度和分子量，從(cong) 而保持機械性能，即終產(chan) 品的質量不變。

2.3 不僅(jin) 僅(jin) 在回收料應用中: 熔體(ti) 過濾作是與(yu) 質保和經濟效益相關(guan) 的關(guan) 鍵因素

在聚合物進入模具之前，應清除各種汙染物，以達到對透明度(板材)或拉伸強度(熱成型板材、捆紮帶)的更高質量要求，當然還有保護下遊部件不受損壞。格諾斯旋轉熔體(ti) 過濾係統自動運行，壓力恒定，能夠*達到所需要求。

2.3.1 熔體(ti) 過濾器：工藝-壓力恒定熔融過濾一體(ti) 化自清洗

在聚合物進入模具之前應清除各種汙染物，其目的是達到對透明度(板材)或拉伸強度(熱成型板材、捆紮帶)的更高質量要求，同時保護下遊部件不受損壞。全自動操作和壓力恒定格諾斯的旋轉熔體(ti) 過濾係統能夠*勝任以上要求。

旋轉過濾係統由三個(ge) 主要部分組成: 進口模塊、出口模塊和在它們(men) 之間旋轉過濾盤。係統是金屬間密封，間隙非常狹小，表麵十分平坦、堅硬，保證與(yu) 熔體(ti) 接觸的所有部件均不與(yu) 環境接觸（例如氧氣）。

濾網位於(yu) 過濾盤中間的環形中穿過熔體(ti) 流動通道。當熔體(ti) 流經濾網時，汙染物被攔截，壓差略有增加。控製係統對壓力的增加作出反應，將過濾盤轉位調整1-2個(ge) 角度。

在重新進入熔體(ti) 通道之前，帶有汙染物的濾網需要清洗。通過高壓部分衝(chong) 淨係統清洗。已過濾的熔體(ti) 從(cong) 出口模塊中抽出，虹吸到液壓驅動活塞中，然後在高壓下從(cong) 後麵射出，通過過濾盤和濾網進入進口模塊。衝(chong) 淨壓力是經過測量且可調節的，確保優(you) 化。利用確定的高脈衝(chong) ，每次僅(jin) 清洗小部分（大約是濾網麵積的1%）。

反衝(chong) 洗活塞的衝(chong) 程(=要使用的熔體(ti) 量)和速度(=清洗強度)可以自由調節，確保優(you) 化。因此，一方麵可實現有效的清潔，另一方麵僅(jin) 使用小量的熔體(ti) （反衝(chong) 洗損失小）。

基於(yu) 這種操作模式，濾網達到100%的實際清洗，並可以重複使用，根據不同的過濾細度，可高達400倍。在某些應用中，全自動過濾(沒有任何操作員的注意)可能長達幾個(ge) 月。

在此之後，由於(yu) 機械方麵的原因，濾網不得不進行簡單的更換。得益於(yu) 格諾斯專(zhuan) /利技術的濾係統運作模式，更換濾網對生產(chan) 工藝流程沒有任何影響。根據生產(chan) 線的規模大小，所有過濾部件的濾網更換需要大約15分鍾，操作人員可以在不影響生產(chan) 過程的情況下進行。

MRS係統節省能源

傳(chuan) 統的PET回收加工步驟

MRS技術的加工步驟

除具有良好的機械性能，整個(ge) 工廠的外卷帶的能源消耗也進行了測量。

與(yu) 處理結晶和預幹燥含水量小於(yu) 50 ppm的傳(chuan) 統單螺杆相比，MRS技術的能耗減少大約20%，

因為(wei) 在預擠出階段使用熱空氣加熱顆粒有巨大的能源成本。

與(yu) 雙螺杆薄片加工相比，能耗也更小。因為(wei) 雙螺杆需要小於(yu) 5mbar的高真空，此外，通常情況下，薄片必須預先幹燥到1000ppm左右，還需要一個(ge) 增壓泵。

MRS技術的能耗比傳(chuan) 統技術低15% - 25%，且無需幹燥機和高真空係統，減少維護。

3.1 MRS技術優(you) 勢

格諾斯 MRS擠出技術確保聚合物熔體(ti) 具有大的純度。固體(ti) 汙染物可通過高效熔融過濾係統去除，可溶汙染物如油、低聚物、色素和溶劑可在真空條件下從(cong) 聚合物中有效去除。

經濟性優(you) 勢：

•減少空間需求

•大幅節能

•降低維護和人員成本

•簡單、強勁、經濟的真空技術

•全自動控製係統，操作簡單

•高度的靈活性——例如在材料變化方麵

•100%回收消費後和/或工業(ye) 廢物

•直接加工食品接觸產(chan) 品(FDA LNO)

•高質量的終產(chan) 品

結論

新型MRS擠出係統具有*的熔體(ti) 表麵積交換率，是一種非常有效的聚合物熔體(ti) 轉移體(ti) 係。多旋轉係統大大增加了擴散過程。能夠在不需要預幹燥的情況下，使用聚酯瓶片中製造出高抗拉強度的捆紮帶。此外，在MRS擠出機上使用聚酯瓶片生產(chan) 的纖維也具有*的性能。

MRS擠出係統(包括多回轉部分)是單螺杆擠出機技術可靠、耐用。非常適合處理高度汙染的聚合物(例如回收料)。

對於(yu) 原料的要求，MRS擠出係統既不需要預幹燥，也不需要結晶，與(yu) 傳(chuan) 統的聚酯加工工藝相比更具經濟優(you) 勢。使用MRS擠出係統，工廠占地麵積可減少25%，能源需求可減少25%。多年的應用實踐證明，MRS擠出係統是一種可靠耐用且不需要維護的係統，適用於(yu) 多種不同的生產(chan) 。