德國格諾斯MRS擠出技術在PET無紡布製造中的應用

介紹

聚酯非織布越來越受歡迎，一方麵是由於(yu) 其優(you) 異的機械性能，另一方麵是由於(yu) 其加工相對簡單，材料成本相對較低，尤其是那些使用回收聚酯瓶製成的切片原料的非織布。

在適當的條件下聚酯非織布具有諸多優(you) 異的的性能，包括密度高、重量輕、拉伸強。另外，相較其他非織布，聚酯非織布有更好的耐熱性能。因此，聚酯非織布可作為(wei) 熱部件的絕緣材料。

將聚酯原料加工成非織布的生產(chan) 工藝中有一個(ge) 普遍問題--- 聚酯原料的吸濕性。聚酯原料在存儲(chu) 中會(hui) 吸收空氣中的水分子。在生產(chan) 加工過程中，水分子進入聚酯打破水解鏈，降低材料的機械性能，使生產(chan) 加工變得困難。

生產(chan) 過程

在紡粘無紡布的生產(chan) 中，纖維生產(chan) 和無紡布生產(chan) 被結合在一起。聚合物通過擠出機進入熔融狀態，熔體(ti) 通過精密模具排出，並直接沉積在傳(chuan) 送帶上。通過粘合和纏繞的方式沉澱製成非織布。

塑料粒子是非織布生產(chan) 中常見的原料之一，它們(men) 通過混合和加料係統後進入擠出機，擠出機將之塑化及均勻化。熔體(ti) 過濾後流入熔體(ti) 泵。過濾係統包括一個(ge) 實體(ti) 的過濾中介物，通常是一個(ge) 濾網，其作用是截留汙染沉積物。生產(chan) 工藝對過濾係統的要求是更換幹淨的過濾屏或其他過濾部件時不能中斷或影響熔體(ti) 流動，也就是說不能影響整個(ge) 生產(chan) 過程。熔體(ti) 泵提供增壓，為(wei) 下一階段紡絲(si) 箱體(ti) 提供穩定的熔體(ti) 流動。根據生產(chan) 工藝的不同，紡絲(si) 箱體(ti) 的設計不盡相同。紡絲(si) 箱體(ti) 包括很多的紡絲(si) 泵，通過這些紡絲(si) 泵進行塑料纖維的紡絲(si) 。

紡絲(si) 箱體(ti) 和精確的過程控製保證熔體(ti) 能夠均勻地從(cong) 紡絲(si) 箱體(ti) 中流出不受任何幹擾。采用光柵過濾器勻化流型，確保熔體(ti) 純度。例如，過濾器通常由不同的金屬絲(si) 布層組成。流動的熔體(ti) 中的汙染物可能會(hui) 堵塞光柵過濾器，因此需要不斷地更換，在更換時需要停下至少一個(ge) 紡紗工作單元，甚至整條生產(chan) 線。

光柵過濾器的細度越細(通常是20-75 μm)，其預期使用壽命就越短。

因此，安裝在紡絲(si) 箱體(ti) 上遊的過濾器需要盡可能多的攔截聚合物熔體(ti) 中的汙染物，避免汙染物到達自旋網包過濾器，盡可能延長其使用壽命。

根據生產(chan) 工藝的不同，在非織造布沉積和粘合之前，模具和下遊其餘(yu) 部分的設計差異很大。

聚酯生產(chan) 工藝

幹紡（水分抽取）和擠出

聚酯擠出工藝中水分抽取的重要性

180°C幹燥。事實上，材料必須幹燥長達8小時，降低了聚酯處理工藝的靈活性。

MRS擠出概念的脫揮應用

MRS擠出機可以直接加工聚酯顆粒，無需進行預先幹燥。在擠出過程中(熔體(ti) 階段)，聚合物表麵被大幅度地擴大並高速交換，從(cong) 而使揮發物得以提取。

擠出機可以被視為(wei) 帶著非常特殊的排氣單元的單螺杆擠出機。聚合物熔體(ti) 被輸送到一個(ge) 很大的單螺杆滾筒中。

8個(ge) 或10個(ge) （取決(jue) 於(yu) 不同的型號尺寸）小的擠出料筒，與(yu) 主螺杆軸平行。

30%筒體(ti) 打開，確保聚合物在進入料筒時為(wei) 糧好熔融狀態，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。

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。

8個(ge) 衛星螺杆。

擠出機的*設計避免了傳(chuan) 統多軸或多螺杆設計中的(齧合)問題，傳(chuan) 統設計由於(yu) 其緊密的間隙，擠出機很容易受到損傷(shang) 。MRS擠出機的設計尤其適用於(yu) 聚酯瓶片再加工工藝，因為(wei) 聚酯瓶片通常含有粗汙染。

MRS技術優(you) 勢還包括聚酯除濕，增加材料的固有粘度。

多旋轉係統

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。

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。

回收瓶片製造熱成型板材。雖然瓶片濕度高達10.000 ppm，但是整個(ge) 生產(chan) 沒有任何預幹燥步驟，在擠出的多個(ge) 階段分析材料的I.V.值，脫揮單元的上遊和下遊，同樣分析終產(chan) 品的I.V.值。

PET的鏈中。輸入的水分越多，下降的幅度越大。在排氣單元中，通過化學反應水分子被真空抽幹(由擴散驅動)。也就是說，MRS能夠增加聚合物的鏈長、分子量、粘度和機械性能。此外，真空度可以控製粘度的增加，因此，可以實現使用在線粘度測量來控製真空，通過閉環控製來穩定粘度水平。

2.2生產(chan) 加工過程中的在線測量和控製

在現今的生產(chan) 加工中，監測、記錄和分析加工參數是塑料加工的關(guan) 鍵要素，例如，跟蹤與(yu) 客戶投訴有關(guan) 的問題，或者對這些參數的變化作出很快的反應。通過這種監控可以保證持續的高質量產(chan) 品。

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

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

2.2.1通過持續測量熔體(ti) 壓力和溫度實現過程控製

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。

2.2.2通過格諾斯在線粘度計VIS實現過程控製

在線粘度計VIS用於(yu) 在線測量熔體(ti) 粘度。通過高精度齒輪泵，少量聚合物熔體(ti) 從(cong) 主通道中進入製造精密的毛細管槽中，完成熔體(ti) 壓力和溫度的測量(在兩(liang) 個(ge) 不同位置)。經過粘度計內(nei) 置計算程序，監控顯示實時的剪切速率的值和相應的粘度。

粘度計可安裝在兩(liang) 個(ge) 法蘭(lan) 連接之間。熔體(ti) 通道可根據客戶的要求設計0.5 - 2mm。該裝置包括泵驅動器、泵、壓力傳(chuan) 感器、溫度傳(chuan) 感器以及控製和安裝計算程序的電子設備。通過用戶界麵友好的觸摸屏實現對過程參數的現實、設置、評測，或者直接集成到現有的控製係統中。

盡管輸入材料條件不同(殘餘(yu) 水分)，在線粘度計VIS能夠在非常窄的帶寬內(nei) 保持熔體(ti) 質量。通過檢測熔體(ti) 壓力和溫度，計算得到粘度值。粘度值作為(wei) 控製值，自動調節MRS擠出機下遊的真空設備，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)。

2.3熔體(ti) 過濾

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。

因此，濾網區域中汙染物不斷地從(cong) 熔體(ti) 通道移出，而濾網區域中的幹淨的熔體(ti) 在不改變活性過濾區域的情況下被移進熔體(ti) 通道。基於(yu) 這種操作方式，過濾係統不斷地對過程和壓力進行操作。通過過濾係統的壓差的變化值大可達2 bar。

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，確保更大的優(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，確保更大的優(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*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。

2.4格諾斯處理單元

格諾斯處理單元是與(yu) 眾(zhong) 不同的模塊配置，可以集成至高性能的擠出生產(chan) 線中，用以提高生產(chan) 質量。

3應用案例

在使用格諾斯MRS擠出生產(chan) 線後，一家歐洲的無紡布製造商避免了昂貴且消耗能源的預幹燥和結晶步驟。

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) 格諾斯磚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。

該公司的擠出生產(chan) 線以每小時700公斤的速度將PET加工成無紡布。產(chan) 線包括，使用MRS擠出機對材料進行塑化和變性，使用RSFgenius熔體(ti) 過濾係統對材料進行過濾，確保高純度，使用在線粘度計VIS測量粘度。該裝置與(yu) 真空係統有一個(ge) 控製回路，並根據粘度的變化來調節真空。無論進入生產(chan) 線的材料是否發生變化，確保質量重要的指標-粘度-保持恒定。

與(yu) 傳(chuan) 統的單螺杆加工相比，在結晶和預幹燥的水含量低於(yu) 50ppm的情況下，MRS擠出機的能耗更少，大約是20%。原因在於(yu) ，傳(chuan) 統的加工工藝，在預階段擠壓要用熱空氣加熱塑料顆粒，能源消耗巨大。

表1：聚酯生產(chan) 工藝：比較不同類型擠出機的能耗

與(yu) 雙螺杆加工相比，MRS擠出機的切片的能量消耗更少。其原因在於(yu) ，雙螺杆需要小於(yu) 5mbar的高真空，此外，通常薄片還需要預幹燥。

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。

得益於(yu) MRS技術優(you) 異的脫揮性能（不僅(jin) 是水，還包括單體(ti) 、低聚物等揮發物），熔體(ti) 分子量分布較窄，且不含低分子組分。實現了減少在吐絲(si) 板上的斷裂、斑點和沉積問題（析出）。

母粒不局限於(yu) 固體(ti) 或液體(ti) 。由於(yu) 黃色度更低，需要的白色母粒更少。保證了顏色的均勻，沒有雲(yun) 暈或斑點。

總結

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) 的纖維也具有汲好的性能。

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) 。