利用德國格諾斯MRS擠出概念的人造短纖維製造工藝

介紹

滌綸短纖越來越受歡迎。一是由於(yu) 其優(you) 良的機械性能，二是由於(yu) 相對簡單的加工，三是由於(yu) 相對較低的材料成本，特別是以回收PET瓶片作為(wei) 原材料。

經由正確的加工工藝，短纖維具有優(you) 良的性能。把兩(liang) 種粘度不同的材料結合在一起，就可以生產(chan) 出與(yu) 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(ge) 問題是原料PET的吸濕性。在儲(chu) 存過程中，PET材料從(cong) 周圍的空氣中吸收水分子。當聚合物在擠出機中加工時，分子進入PET並打破鏈(水解)，降低材料的機械性能，使再加工變得困難。

製造工藝

在短纖維的生產(chan) 過程中有兩(liang) 種不同的工藝，單級工藝和兩(liang) 級工藝。在兩(liang) 個(ge) 階段的過程中，纖維在擠壓後和拉伸前儲(chu) 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後，聚合物熔體(ti) 在噴絲(si) 板上，通過冷卻通道中的空氣進行冷卻。隨後，纖維被卷繞到滾軸上，通過太陽輪鋪設到容器中。

隨後這些罐子被運送到紡絲(si) 區，拉伸，用蒸汽和熱量處理，卷曲，後切成短段。

塑料顆粒——通過混合和填料係統輸送到擠出機——是非織造布生產(chan) 的主要基礎材料。擠出機使塑料熔體(ti) 塑化和均化。塑料經過濾後流入熔體(ti) 泵。過濾係統包括真正的過濾介質，主要是一個(ge) 濾網，截留汙染沉積物。過濾係統需要做到不影響生產(chan) ，當用一個(ge) 被汙染的濾網或濾芯更換一個(ge) 幹淨的濾網或濾芯時，不會(hui) 中斷或減少熔體(ti) 的流動。熔體(ti) 泵用於(yu) 增壓，為(wei) 下遊紡錘掛提供穩定的熔體(ti) 流。

紡絲(si) 束的設計和精確控製的工藝確保了熔體(ti) 均勻地從(cong) 紡絲(si) 束排出而不受幹擾。采用自旋包過濾器對流動剖麵進行均勻化處理，以保證熔體(ti) 的純度。這種過濾器通常由不同的金屬絲(si) 布層組成。熔體(ti) 流動中的汙染物會(hui) 導致自旋包過濾器堵塞，因此需要不時更換。在更換時至少個(ge) 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(chan) 線。

濾網越細（通常是20-75 μm），使用壽命就越短。

因此，安裝在紡絲(si) 束上遊的聚合物熔體(ti) 過濾器必須在熔體(ti) 到達紡絲(si) 束過濾器前盡可能多地去除汙染物，從(cong) 而盡可能延長自旋包過濾器的使用壽命。

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。

MRS擠出概念的發展

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) 良好的熔融狀態，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。

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100%聚酯除濕，增加材料的固有粘度。

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更快的反應。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。

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。

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)。

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。

應用實例

通過使用MRS擠出機，一家位於(yu) 南美的纖維和聚合物製造商已經去除了昂貴和複雜的預幹燥和結晶材料的步驟。

該生產(chan) 線是生產(chan) 雙組分滌綸短纖維的生產(chan) 線，總產(chan) 能為(wei) 每小時1.400公斤。

兩(liang) 台MRS擠出機的原料都是相同的PET瓶片。通過在每台擠出機上設置不同的真空水平，他們(men) 將具有兩(liang) 種不同粘度的PET聚合物熔體(ti) 輸送到紡絲(si) 束。

從(cong) 一種材料生產(chan) 不同質量的產(chan) 品，這個(ge) *的加工工藝隻能通過MRS擠出機來實現。由於(yu) 纖維是由兩(liang) 種不同粘度的成分製成的，因此有可能獲得非常接近天然纖維的性能曲線。

聚合物主流為(wei) 900公斤/小時。來自MRS 130擠出機和第二道流體(ti) 是500公斤/小時。另一部分熔體(ti) 來自MRS 110擠出機。RSFgenius融化過濾係統將材料過濾到30μm。在紡錘掛前在線粘度計試試測量動態粘度，。從(cong) 在線粘度計到擠出機真空係統的控製回路確保了持續的預先設定的粘度。通過這種方式，保證產(chan) 品的高質量和一致性。

使用傳(chuan) 統的單螺杆擠出機，材料在擠壓之前必須結晶和預幹燥至50ppm，而MRS擠出機在擠壓之前不需要用熱空氣幹燥材料，大幅度地降低了能耗。

MRS技術的比能耗比傳(chuan) 統技術低15% - 25%，避免使用幹燥機和高真空係統，增加工藝的靈活性，並將設備維護工作降至更低。

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) 脫揮體(ti) 係。多旋轉係統大大提高了擴散過程，使得從(cong) PET瓶片中製備短纖維而不需要對材料進行預幹燥成為(wei) 可能。PET瓶片擠出機上生產(chan) 的纖維也具有*的性能。

MRS擠出係統(包括多旋轉部分)是基於(yu) 可靠和堅固的單螺杆擠出機技術。因此，該係統非常適合處理高度汙染的聚合物(例如二手回收料)。

由於(yu) MRS擠出係統要求輸入材料既不進行預幹燥，也不進行結晶，因此該係統是更具性價(jia) 比的PET加工傳(chuan) 統技術的替代方案，工廠占地麵積可減少25%，能源需求可減少25%。

基於(yu) 多年來世界各地客戶的使用反饋，MRS已被證明是一種可靠且不需要維護的係統，可用於(yu) 各種不同的應用領域。