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多螺杆新技术层出不穷


   同向平行双螺杆挤出机通过不同的机筒、螺杆组合,可以满足市场上几乎所有塑料品种广泛的配混需求,成为目前市场发展最迅速、应用最普遍的配混技术。

    与此同时,为适应更高填充量的加工需求,国内外供应商陆续开发了各种磨盘式挤出机、往复螺杆式挤出机以及不同组合的多螺杆挤出机。近年来,适应敏感材料的直接加工需求,多螺杆挤出机渐渐成为配混市场迅速发展的一支力量。

    多螺杆新技术层出不穷

    传统的多螺杆挤出机比较常见的有行星螺杆挤出机、环形螺杆挤出机等,近年来,不同厂商与科研院所陆续开发出了倒三角形排列三螺杆挤出机、一字排列三螺杆挤出机、一字排列四螺杆挤出机、MRS多螺杆挤出机等新机型,以及多螺杆挤出机与单螺杆或双螺杆组合的直接加工系统,在不同领域发挥特殊的作用。

    北京化工大学自主研发成功倒三角形排列的全啮合三螺杆挤出机。据介绍,新开发的三螺杆挤出机具有能耗低、产量高、混合分散质量好,可以较小的长径比获得优於常规双螺杆挤出机的分散效果,并且排气性能优异,排气口无溢料,可有效减少生产过程中原料和能量的损失。该项目首次提出并采用了端面结合误差修正技术,实现了不同螺纹元件组合过程中的平滑过渡,同时保证螺纹元件的互换性。

    华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心以承担的国家科技重点攻关项目和“863”项目为依托,开发出TDM系列同向平行三螺杆动态混炼挤出机。该挤出机的三根螺杆成“一”字形啮合排列,高速同向旋转,在振动力场作用下,主螺杆与两条副螺杆间的轴向啮合间隙周期性变化,使物料受到强烈的剪切、挤压、揉捏、研磨作用,从而使物料更好地均化和分散。相比传统的同向平行双螺杆动态混炼挤出机多出一个高剪切区,可实现高产量挤出,生产能力接近相同螺杆直径的双螺杆挤出机的2倍;由於比表面积增大及表面更新速率的提高,脱挥效率也大幅度提高。此系列机型采用同向平行组合式三螺杆结构,并将振动力场引入熔融、塑化、混炼、混合,具有独特的高填充、高分散、高产量、低能耗优势。

    德国格诺斯(Gneuss)公司先後於K2007和 Chinaplas2008上推介其最新开发的多螺杆配混系统MRS挤出机。MRS系统包含一个单螺杆鼓,根据不同规格,在螺杆鼓上有8-10个螺筒槽。在这些螺筒槽中分别装配有与挤出机轴线平行的输送螺杆,这些小螺杆由一套行星齿轮系统驱动,并与主螺杆反向旋转。利用这一系统实现显着的交换效果。这些小螺筒槽开在螺杆鼓上,有30%的地方为开放式,从而可以优化熔体的进入并易於排出。另外,由於对所有接触熔体的部件都可以进行单独的温度控制,因而可以实现极精确的熔体温度控制。

 

MRS挤出机包含一个单螺杆鼓,可实现显着的交换效果

 
 
      据介绍,MRS独特的系统元件与结构,使其可能的脱挥区域远高於通常使用的挤出系统。例如,MRS系统在真空条件下每分钟产生的熔体自由表面可以超过同向旋转双螺杆挤出机的25倍。
    与传统的多螺杆挤出机相比,MRS系统有很多明显的不同。在 MRS系统中,每个螺杆有单独的轴承支撑。这意味,8-10个小螺杆都是相互平行运转的。环形挤出机通常由多个两两啮合的螺杆组成,而行星螺杆则是采用多个螺杆分别与机筒和主螺杆啮合的形式。这两种技术都只是有限的开放区并且对物料中的杂质非常敏感。而这些杂质在回收料加工时常常是不可避免的。

    日本挤出机生产商Technovel公司在K2007 上展出全啮合同向旋转四螺杆挤出机。该设备采用一字排列。Technovel现场人员介绍,其所开发的KZWFR系列四螺杆挤出机(正在申请专利),主要用於传统的加工方法,如单螺杆甚至双螺杆无法加工的物料的加工。据介绍,该设备可以减少加工过程中的物料生热、延长物料的停留时间、改进排气功能、改进进料性能,并具有较好的分散性能,可以实现稳定的精密挤出,并节能、节省空间。

    PET直接加工成关注热点

    PET材料在包装领域的广泛应用,使得回收PET的应用成为市场关注的热点。PET材料加工过程中含有的水分容易引起材料热降解,使得机械性能与光学性能降低。不同厂家针对PET直接加工以及回收PET直接加工开发出多种先进的成型加工方案。其中,多螺杆挤出机似乎成为业界关注度最高的技术。

    优於传统的APET片材直接加工技术

    用於包装工业的透明PET片材不仅要杜绝外部物质和灰尘的污染,还要求色剂分布高度均匀,特性粘度至少在0.74g/dl以上,而结晶度超过40%。为满足这些严格的要求,片材制造商们采用各种不同的加工方法。

 

    最常应用的加工方法是采用单螺杆挤出机,这种方式要求原料彻底乾燥。预乾燥设备能耗很高,因此加工者一直在寻找替代的方法。一种可行的方式是用单螺杆挤出机结合红外乾燥器,比传统的加工方法能耗减少60%。与之形成对照的第三种方式是单螺杆挤出机加上结晶器,这一方式也同样可以减少能耗但主要推荐用於回收料加工,因为最终产品的品质欠佳。如果不配套乾燥设备的话,传统类型的单螺杆挤出机已经证明不适合於这一应用,因为它的表面积/容积的比例较低。从这一角度来说多螺杆挤出机非常适合,但是由於它的复杂性,迄今为止市场渗透并不高。

    未经乾燥的PET可以直接在带高效排气的同向双螺杆挤出机上加工。在原料初始含湿量在4,000ppm以下时,这一加工方式可以获得极佳的片材品质。尤其对於1,500到3,000kg/h之间的高产量挤出生产线,使用这种设备是明智的,尽管设备投资显着增加。

    

 

经过改型的行星螺杆与单螺杆组合,用於生产高品质APET片材

    巴顿菲尔挤出技术公司推出一种全新理念的经济性的单螺杆挤出机,用来生产高品质的APET片材。这一新的加工设备,不仅适合於产量在800到1,000kg/h的挤出生产线,而且可以保留加工的灵活性,即不仅可以加工PET,同时也可以加工PS或者PP。设备的新颖之处在於带来具有高效熔体排气功能的经过改型的行星螺杆与单螺杆的组合。虽然设备投资和单螺杆挤出机带传统预乾燥设备相近,但这种新技术的维护费用和能耗相对更低。

    行星螺杆应用在PVC的加工中已有很长的历史。其基本原理就是几根按渐开线啮合的行星螺杆围绕按照相似方式与之啮合旋转的中心螺杆旋转。熔体在啮合过程中输送,并不断形成新的表面。在约5mbar的真空度下可以进行彻底排气,效果非常理想。同时,行星螺杆段的自洁特性可以保证比较短而且可以预先定熔体停留时间,因此可最大程度地减少聚合物分子链热分解。通过一个大型的排气口,多级真空泵可以彻底抽走水气和任何副产品。行星螺杆紧接的较短的单螺杆用於压力形成,并将经过排气的聚合物熔体输送到熔体泵以及模头。

    首台这种类型的挤出机已经在欧洲一家知名的PET热成型片材制造商处安装并且运行,生产性能表现出色。这一设备可以加工初始含湿量为3,000ppm的原生APET以及百分百地回收瓶料。

    直接加工PET薄膜的多螺杆系统

    MKF- Folien和ENTEX公司合作开发出一种优化的PET配混加工方法,这一方法可以加工不同的PET物料。这一技术的核心是ENTEX的专利技术,配有真空系统的行星挤出机。众所周知,PET在加工过程中极易水解,因此通常都需要进行复杂的预乾燥处理,而利用行星挤出机,配合其真空系统以及上游加工,可以实现物料的连续加工,这时,预乾燥并不是一项必须的工作。

    ENTEX介绍,在MKF的实际应用中,整体的净产能提升可以达到600-1000kg/h(毛产能1200kg/h)。生产的薄膜的品质与传统的利用预乾燥的挤出生产线一致。同时,在加工过程中可以实现其他脱挥组分的排出。

 

MRS 110挤出机,特别适於利用回收的PET料

    另外,这一系统在加工过程中可避免物料在其他加工方法中由於水分存在可能发生的PET热降解或热氧化降解,不会降低物料的机械性能与光学性能。对薄膜IV值的测试表明,与传统的预乾燥方法以及优化的方法比较,两者性能相当。

    ENTEX 强调在使用过程中所用的物料可以很容易地控制,当使用再生物料时更具优势。工厂操作人员可以利用再生料立即重现最终产品的高品质并完成材料的更换。由於不需要预乾燥以及物料的部分晶化,生产PET薄膜所需的能耗显着降低。据介绍,这一技术实际上可用於所有PET挤出加工应用。

    创新的MRS挤出机用於PET直接加工

    格诺斯最初开发MRS脱挥系统的目的是为了优化聚合物熔体的脱挥。由於其更大的聚合物熔体区,与目前市场现有的脱挥系统比较,MRS设备或者称作MRS挤出机具有更高效的脱挥能力。另外,由於其表面区域在不断变化,高速打开或更新,可以产生更大的自由容积,从而当气体产生时更易排出。

    MRS110挤出机,特别适於利用回收的PET料

    利用整合的MRS排气区,加工回收的PET物料时,无需预乾燥即可利用单螺杆挤出机快速而容易地加工。在一个具体的加工应用中,利用一个水环泵就可以产生所需的20-40Mba的吸力。在脱出挥发份的同时,物料的粘度还可以增加。这使得MRS挤出机特别适於利用回收的PET料,如瓶片料制造PET片材或打包带。因此,首台MRS挤出机被销售往这一领域也就不足为奇了。

    据格诺斯介绍,因为MRS系统特殊的优点,可以用於:PC加工过程中脱水或脱出残余单体;尼龙加工中脱出单体和残余齐聚物;通过缩聚提高PET、PBT、 PTT的分子量;脱出ABS或SAN中的单体苯乙烯;减少POM、PP、ABS等用於汽车内饰件材料的VOC等。另外,也可用於制造PS、PE、PET、 PP等发泡制品时引入化学或物理发泡剂或其他组分。这些还只是MRS系统可以应用的领域中很小的一部分。

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