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多螺杆押出機新技術層出不窮 回收PET直接加工
日期: 2009-02-12
    為了滿足特殊以及更高效的配混需求,各種不同形式的多螺杆押出機系統正在陸續開發出來。隨PET市場的迅速發展,針對PET線上直接加工,甚至回收PET直接加工的多螺杆解決方案成為市場關注的熱點之一。
 
    為適應更高填充量的加工需求,國內外供應商陸續開發了各種磨盤式押出機、往復螺杆式押出機以及不同組合的多螺杆押出機。近年來,適應敏感材料的直接加工需求,多螺杆押出機漸漸成為配混市場迅速發展的一支力量。
 
    多螺杆新技術層出不窮
 
    傳統的多螺杆押出機比較常見的有行星螺杆押出機、環形螺杆押出機等,近年來,不同廠商與科研院所陸續開發出了倒三角形排列三螺杆押出機、一字排列三螺杆押出機、一字排列四螺杆押出機、MRS多螺杆押出機等新機型,以及多螺杆押出機與單螺杆或雙螺杆組合的直接加工系統,在不同領域發揮特殊的作用。
 
    北京化工大學自主研發成功倒三角形排列的全嚙合三螺杆押出機。據介紹,新開發的三螺杆押出機具有能耗低、產量高、混合分散品質好,可以較小的長徑比獲得優於常規雙螺杆押出機的分散效果,並且排氣性能優異,排氣口無溢料,可有效減少生產過程中原料和能量的損失。該項目首次提出並採用了端面結合誤差修正技術,實現了不同螺紋元件組合過程中的平滑過渡,同時保證螺紋元件的互換性。
 
    華南理工大學聚合物新型成型裝備國家工程研究中心以承擔的國家科技重點攻關項目和“863”項目為依託,開發出TDM系列同向平行三螺杆動態混煉押出機。該押出機的三根螺杆成“一”字形嚙合排列,高速同向旋轉,在振動力場作用下,主螺杆與兩條副螺杆間的軸向嚙合間隙週期性變化,使物料受到強烈的剪切、擠壓、揉捏、研磨作用,從而使物料更好地均化和分散。相比傳統的同向平行雙螺杆動態混煉押出機多出一個高剪切區,可實現高產量擠出,生產能力接近相同螺杆直徑的雙螺杆押出機的2倍;由於比表面積增大及表面更新速率的提高,脫揮效率也大幅度提高。此系列機型採用同向平行組合式三螺杆結構,並將振動力場引入熔融、塑化、混煉、混合,具有獨特的高填充、高分散、高產量、低能耗優勢。
MRS押出機包含一個單螺杆鼓,可實現顯著的交換效果
 
    德國格諾斯(Gneuss)公司先後於K2007和Chinaplas 2008上推介其最新開發的多螺杆配混系統MRS押出機。MRS系統包含一個單螺杆鼓,根據不同規格,在螺杆鼓上有8-10個螺筒槽。在這些螺筒槽中分別裝配有與押出機軸線平行的輸送螺杆,這些小螺杆由一套行星齒輪系統驅動,並與主螺杆反向旋轉。利用這一系統實現顯著的交換效果。這些小螺筒槽開在螺杆鼓上,有30%的地方為開放式,從而可以優化熔體的進入並易於排出。另外,由於對所有接觸熔體的部件都可以進行單獨的溫度控制,因而可以實現極精確的熔體溫度控制。
 
    據介紹,MRS獨特的系統元件與結構,使其可能的脫揮區域遠高於通常使用的擠出系統。例如,MRS系統在真空條件下每分鐘產生的熔體自由表面可以超過同向旋轉雙螺杆押出機的25倍。
 
    與傳統的多螺杆押出機相比,MRS系統有很多明顯的不同。在MRS系統中,每個螺杆有單獨的軸承支撐。這意味,8-10個小螺杆都是相互平行運轉的。環形押出機通常由多個兩兩嚙合的螺杆組成,而行星螺杆則是採用多個螺杆分別與機筒和主螺杆嚙合的形式。這兩種技術都只是有限的開放區並且對物料中的雜質非常敏感。而這些雜質在回收料加工時常常是不可避免的。
 
    日本押出機生產商Technovel公司在K2007上展出全嚙合同向旋轉四螺杆押出機。該設備採用一字排列。Technovel現場人員介紹,其所開發的KZW FR系列四螺杆押出機(正在申請專利),主要用於傳統的加工方法,如單螺杆甚至雙螺杆無法加工的物料的加工。據介紹,該設備可以減少加工過程中的物料生熱、延長物料的停留時間、改進排氣功能、改進進料性能,並具有較好的分散性能,可以實現穩定的精密擠出,並節能、節省空間。
 
    PET直接加工成關注熱點
 
    PET材料在包裝領域的廣泛應用,使得回收PET的應用成為市場關注的熱點。PET材料加工過程中含有的水分容易引起材料熱降解,使得機械性能與光學性能降低。不同廠家針對PET直接加工以及回收PET直接加工開發出多種先進的成型加工方案。其中,多螺杆押出機似乎成為業界關注度最高的技術。
 
    優於傳統的APET片材直接加工技術
 
    用於包裝工業的透明PET片材不僅要杜絕外部物質和灰塵的污染,還要求色劑分佈高度均勻,特性粘度至少在0.74g/dl以上,而結晶度超過40%。為滿足這些嚴格的要求,片材製造商們採用各種不同的加工方法。
 
    最常應用的加工方法是採用單螺杆押出機,這種方式要求原料徹底乾燥。預乾燥設備能耗很高,因此加工者一直在尋找替代的方法。一種可行的方式是用單螺杆押出機結合紅外乾燥器,比傳統的加工方法能耗減少60%。與之形成對照的第三種方式是單螺杆押出機加上結晶器,這一方式也同樣可以減少能耗但主要推薦用於回收料加工,因為最終產品的品質欠佳。如果不配套乾燥設備的話,傳統類型的單螺杆押出機已經證明不適合於這一應用,因為它的表面積/容積的比例較低。從這一角度來說多螺杆押出機非常適合,但是由於它的複雜性,迄今為止市場滲透並不高。
經過改型的行星螺杆與單螺杆組合,用於生產高品質APET片材
 
    未經乾燥的PET可以直接在帶高效排氣的同向雙螺杆押出機上加工。在原料初始含濕量在4,000ppm以下時,這一加工方式可以獲得極佳的片材品質。尤其對於1,500到3,000kg/h之間的高產量擠出生產線,使用這種設備是明智的,儘管設備投資顯著增加。
 
    巴頓菲爾擠出技術公司推出一種全新理念的經濟性的單螺杆押出機,用來生產高品質的APET片材。這一新的加工設備,不僅適合於產量在800到1,000kg/h的擠出生產線,而且可以保留加工的靈活性,即不僅可以加工PET,同時也可以加工PS或者PP。設備的新穎之處在于帶來具有高效熔體排氣功能的經過改型的行星螺杆與單螺杆的組合。雖然設備投資和單螺杆押出機帶傳統預乾燥設備相近,但這種新技術的維護費用和能耗相對更低。
 
    行星螺杆應用在PVC的加工中已有很長的歷史。其基本原理就是幾根按漸開線嚙合的行星螺杆圍繞按照相似方式與之嚙合旋轉的中心螺杆旋轉。熔體在嚙合過程中輸送,並不斷形成新的表面。在約5mbar的真空度下可以進行徹底排氣,效果非常理想。同時,行星螺杆段的自潔特性可以保證比較短而且可以預先定熔體停留時間,因此可最大程度地減少聚合物分子鏈熱分解。通過一個大型的排氣口,多級真空泵可以徹底抽走水氣和任何副產品。行星螺杆緊接的較短的單螺杆用於壓力形成,並將經過排氣的聚合物熔體輸送到熔體泵以及模頭。
 
    首台這種類型的押出機已經在歐洲一家知名的PET熱成型片材製造商處安裝並且運行,生產性能表現出色。這一設備可以加工初始含濕量為3,000ppm的原生APET以及百分百地回收瓶料。
 
    直接加工PET薄膜的多螺杆系統
 
    MKF-Folien和ENTEX公司合作開發出一種優化的PET配混加工方法,這一方法可以加工不同的PET物料。這一技術的核心是ENTEX的專利技術,配有真空系統的行星押出機。眾所周知,PET在加工過程中極易水解,因此通常都需要進行複雜的預乾燥處理,而利用行星押出機,配合其真空系統以及上游加工,可以實現物料的連續加工,這時,預乾燥並不是一項必須的工作。
 
    ENTEX介紹,在MKF的實際應用中,整體的淨產能提升可以達到600-1000kg/h(毛產能1200kg/h)。生產的薄膜的品質與傳統的利用預乾燥的擠出生產線一致。同時,在加工過程中可以實現其他脫揮組分的排出。
 
    另外,這一系統在加工過程中可避免物料在其他加工方法中由於水分存在可能發生的PET熱降解或熱氧化降解,不會降低物料的機械性能與光學性能。對薄膜IV值的測試表明,與傳統的預乾燥方法以及優化的方法比較,兩者性能相當。
 
    ENTEX強調在使用過程中所用的物料可以很容易地控制,當使用再生物料時更具優勢。工廠操作人員可以利用再生料立即重現最終產品的高品質並完成材料的更換。由於不需要預乾燥以及物料的部分晶化,生產PET薄膜所需的能耗顯著降低。據介紹,這一技術實際上可用於所有PET擠出加工應用。
 
    創新的MRS押出機用於PET直接加工
 
    格諾斯最初開發MRS脫揮系統的目的是為了優化聚合物熔體的脫揮。由於其更大的聚合物熔體區,與目前市場現有的脫揮系統比較,MRS設備或者稱作MRS押出機具有更高效的脫揮能力。另外,由於其表面區域在不斷變化,高速打開或更新,可以產生更大的自由容積,從而當氣體產生時更易排出。
MRS 110押出機,特別適於利用回收的PET料
 
    利用整合的MRS排氣區,加工回收的PET物料時,無需預乾燥即可利用單螺杆押出機快速而容易地加工。在一個具體的加工應用中,利用一個水環泵就可以產生所需的20-40Mba的吸力。在脫出揮發份的同時,物料的粘度還可以增加。這使得MRS押出機特別適於利用回收的PET料,如瓶片料製造PET片材或打包帶。因此,首台MRS押出機被銷售往這一領域也就不足為奇了。
 
    據格諾斯介紹,因為MRS系統特殊的優點,可以用於:PC加工過程中脫水或脫出殘餘單體;尼龍加工中脫出單體和殘餘齊聚物;通過縮聚提高PET、PBT、PTT的分子量;脫出ABS或SAN中的單體苯乙烯;減少POM、PP、ABS等用於汽車內飾件材料的VOC等。另外,也可用於製造PS、PE、PET、PP等發泡製品時引入化學或物理發泡劑或其他組分。這些還只是MRS系統可以應用的領域中很小的一部分。
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