多螺桿新技術(shù)層出不窮

xinbei

同向平行雙螺桿擠出機(jī)通過(guò)不同的機(jī)筒,、螺桿組合,，可以滿足市場(chǎng)上幾乎所有塑料品種廣泛的配混需求,，成為目前市場(chǎng)發(fā)展最迅速,、應(yīng)用最普遍的配混技術(shù),。

                  
( s! ~. I/ [) v- u4 P- f
    與此同時(shí),，為適應(yīng)更高填充量的加工需求,，國(guó)內(nèi)外供應(yīng)商陸續(xù)開(kāi)發(fā)了各種磨盤(pán)式擠出機(jī),、往復(fù)螺桿式擠出機(jī)以及不同組合的多螺桿擠出機(jī)。近年來(lái),，適應(yīng)敏感材料的直接加工需求,，多螺桿擠出機(jī)漸漸成為配混市場(chǎng)迅速發(fā)展的一支力量。
    多螺桿新技術(shù)層出不窮
1 r/ H* _) E3 ?7 A: B2 R3 {    傳統(tǒng)的多螺桿擠出機(jī)比較常見(jiàn)的有行星螺桿擠出機(jī),、環(huán)形螺桿擠出機(jī)等,，近年來(lái)，不同廠商與科研院所陸續(xù)開(kāi)發(fā)出了倒三角形排列三螺桿擠出機(jī),、一字排列三螺桿擠出機(jī),、一字排列四螺桿擠出機(jī)、MRS多螺桿擠出機(jī)等新機(jī)型,，以及多螺桿擠出機(jī)與單螺桿或雙螺桿組合的直接加工系統(tǒng),，在不同領(lǐng)域發(fā)揮特殊的作用。
    北京化工大學(xué)自主研發(fā)成功倒三角形排列的全嚙合三螺桿擠出機(jī),。據(jù)介紹,，新開(kāi)發(fā)的三螺桿擠出機(jī)具有能耗低、產(chǎn)量高,、混合分散質(zhì)量好,，可以較小的長(zhǎng)徑比獲得優(yōu)於常規(guī)雙螺桿擠出機(jī)的分散效果，并且排氣性能優(yōu)異,，排氣口無(wú)溢料,，可有效減少生產(chǎn)過(guò)程中原料和能量的損失。該項(xiàng)目首次提出并采用了端面結(jié)合誤差修正技術(shù),，實(shí)現(xiàn)了不同螺紋元件組合過(guò)程中的平滑過(guò)渡,，同時(shí)保證螺紋元件的互換性。
1 A$ w+ d+ ^$ x0 e7 F    華南理工大學(xué)聚合物新型成型裝備國(guó)家工程研究中心以承擔(dān)的國(guó)家科技重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目和“863”項(xiàng)目為依托,，開(kāi)發(fā)出TDM系列同向平行三螺桿動(dòng)態(tài)混煉擠出機(jī),。該擠出機(jī)的三根螺桿成“一”字形嚙合排列,，高速同向旋轉(zhuǎn)，在振動(dòng)力場(chǎng)作用下,，主螺桿與兩條副螺桿間的軸向嚙合間隙周期性變化,，使物料受到強(qiáng)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(tǒng)的同向平行雙螺桿動(dòng)態(tài)混煉擠出機(jī)多出一個(gè)高剪切區(qū),，可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量擠出，生產(chǎn)能力接近相同螺桿直徑的雙螺桿擠出機(jī)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(jī)型采用同向平行組合式三螺桿結(jié)構(gòu),，并將振動(dòng)力場(chǎng)引入熔融,、塑化、混煉,、混合,，具有獨(dú)特的高填充、高分散,、高產(chǎn)量,、低能耗優(yōu)勢(shì)。
    德國(guó)格諾斯(Gneuss)公司先後於K2007和 Chinaplas2008上推介其最新開(kāi)發(fā)的多螺桿配混系統(tǒng)MRS擠出機(jī),。MRS系統(tǒng)包含一個(gè)單螺桿鼓,，根據(jù)不同規(guī)格，在螺桿鼓上有8-10個(gè)螺筒槽,。在這些螺筒槽中分別裝配有與擠出機(jī)軸線平行的輸送螺桿,，這些小螺桿由一套行星齒輪系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，并與主螺桿反向旋轉(zhuǎn),。利用這一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顯著的交換效果,。這些小螺筒槽開(kāi)在螺桿鼓上，有30%的地方為開(kāi)放式,，從而可以優(yōu)化熔體的進(jìn)入并易於排出,。另外，由於對(duì)所有接觸熔體的部件都可以進(jìn)行單獨(dú)的溫度控制,，因而可以實(shí)現(xiàn)極精確的熔體溫度控制。
      據(jù)介紹,，MRS獨(dú)特的系統(tǒng)元件與結(jié)構(gòu),，使其可能的脫揮區(qū)域遠(yuǎn)高於通常使用的擠出系統(tǒng),。例如，MRS系統(tǒng)在真空條件下每分鐘產(chǎn)生的熔體自由表面可以超過(guò)同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)的25倍,。     與傳統(tǒng)的多螺桿擠出機(jī)相比,，MRS系統(tǒng)有很多明顯的不同。在 MRS系統(tǒng)中,，每個(gè)螺桿有單獨(dú)的軸承支撐,。這意味，8-10個(gè)小螺桿都是相互平行運(yùn)轉(zhuǎn)的,。環(huán)形擠出機(jī)通常由多個(gè)兩兩嚙合的螺桿組成,，而行星螺桿則是采用多個(gè)螺桿分別與機(jī)筒和主螺桿嚙合的形式。這兩種技術(shù)都只是有限的開(kāi)放區(qū)并且對(duì)物料中的雜質(zhì)非常敏感,。而這些雜質(zhì)在回收料加工時(shí)常常是不可避免的,。
6 ~5 j4 n3 i7 O" a# X    日本擠出機(jī)生產(chǎn)商Technovel公司在K2007 上展出全嚙合同向旋轉(zhuǎn)四螺桿擠出機(jī)。該設(shè)備采用一字排列,。Technovel現(xiàn)場(chǎng)人員介紹,，其所開(kāi)發(fā)的KZWFR系列四螺桿擠出機(jī)（正在申請(qǐng)專(zhuān)利），主要用於傳統(tǒng)的加工方法,，如單螺桿甚至雙螺桿無(wú)法加工的物料的加工,。據(jù)介紹，該設(shè)備可以減少加工過(guò)程中的物料生熱,、延長(zhǎng)物料的停留時(shí)間,、改進(jìn)排氣功能、改進(jìn)進(jìn)料性能,，并具有較好的分散性能,，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的精密擠出，并節(jié)能,、節(jié)省空間,。
    PET直接加工成關(guān)注熱點(diǎn)
8 E7 c6 Z8 _$ y    PET材料在包裝領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使得回收PET的應(yīng)用成為市場(chǎng)關(guān)注的熱點(diǎn),。PET材料加工過(guò)程中含有的水分容易引起材料熱降解,，使得機(jī)械性能與光學(xué)性能降低。不同廠家針對(duì)PET直接加工以及回收PET直接加工開(kāi)發(fā)出多種先進(jìn)的成型加工方案,。其中,，多螺桿擠出機(jī)似乎成為業(yè)界關(guān)注度最高的技術(shù)。
  d& B( L8 J2 b1 E, a    優(yōu)於傳統(tǒng)的*材直接加工技術(shù)
! R2 K# q7 b! h) x/ E3 g    用於包裝工業(yè)的透明PET片材不僅要杜絕外部物質(zhì)和灰塵的污染,，還要求色劑分布高度均勻,，特性粘度至少在0.74g/dl以上，而結(jié)晶度超過(guò)40%,。為滿足這些嚴(yán)格的要求,，片材制造商們采用各種不同的加工方法,。

6 ~0 K! Y' l" b    最常應(yīng)用的加工方法是采用單螺桿擠出機(jī)，這種方式要求原料徹底乾燥,。預(yù)乾燥設(shè)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桿擠出機(jī)結(jié)合紅外乾燥器,，比傳統(tǒng)的加工方法能耗減少60%,。與之形成對(duì)照的第三種方式是單螺桿擠出機(jī)加上結(jié)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?yàn)樽罱K產(chǎn)品的品質(zhì)欠佳,。如果不配套乾燥設(shè)備的話，傳統(tǒng)類(lèi)型的單螺桿擠出機(jī)已經(jīng)證明不適合於這一應(yīng)用,，因?yàn)樗�的表面積/容積的比例較低,。從這一角度來(lái)說(shuō)多螺桿擠出機(jī)非常適合，但是由於它的復(fù)雜性,，迄今為止市場(chǎng)滲透并不高,。
    未經(jīng)乾燥的PET可以直接在帶高效排氣的同向雙螺桿擠出機(jī)上加工。在原料初始含濕量在4,000ppm以下時(shí),，這一加工方式可以獲得極佳的片材品質(zhì),。尤其對(duì)於1,500到3,000kg/h之間的高產(chǎn)量擠出生產(chǎn)線，使用這種設(shè)備是明智的,，盡管設(shè)備投資顯著增加,。

, ?3 x3 b/ m3 O1 p& }    巴頓菲爾擠出技術(shù)公司推出一種全新理念的經(jīng)濟(jì)性的單螺桿擠出機(jī)，用來(lái)生產(chǎn)高品質(zhì)的*材,。這一新的加工設(shè)備,，不僅適合於產(chǎn)量在800到1,000kg/h的擠出生產(chǎn)線，而且可以保留加工的靈活性,，即不僅可以加工PET,，同時(shí)也可以加工PS或者PP。設(shè)備的新穎之處在於帶來(lái)具有高效熔體排氣功能的經(jīng)過(guò)改型的行星螺桿與單螺桿的組合,。雖然設(shè)備投資和單螺桿擠出機(jī)帶傳統(tǒng)預(yù)乾燥設(shè)備相近,，但這種新技術(shù)的維護(hù)費(fèi)用和能耗相對(duì)更低。
    行星螺桿應(yīng)用在PVC的加工中已有很長(zhǎng)的歷史,。其基本原理就是幾根按漸開(kāi)線嚙合的行星螺桿圍繞按照相似方式與之嚙合旋轉(zhuǎn)的中心螺桿旋轉(zhuǎn),。熔體在嚙合過(guò)程中輸送，并不斷形成新的表面,。在約5mbar的真空度下可以進(jìn)行徹底排氣,，效果非常理想。同時(shí)，行星螺桿段的自潔特性可以保證比較短而且可以預(yù)先定熔體停留時(shí)間,，因此可最大程度地減少聚合物分子鏈熱分解,。通過(guò)一個(gè)大型的排氣口,，多級(jí)真空泵可以徹底抽走水氣和任何副產(chǎn)品,。行星螺桿緊接的較短的單螺桿用於壓力形成，并將經(jīng)過(guò)排氣的聚合物熔體輸送到熔體泵以及模頭,。
; O1 [$ v  P3 ]    首臺(tái)這種類(lèi)型的擠出機(jī)已經(jīng)在歐洲一家知名的PET熱成型片材制造商處安裝并且運(yùn)行,，生產(chǎn)性能表現(xiàn)出色。這一設(shè)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,。
1 L" e5 Y1 `8 f3 |. Q    直接加工PET薄膜的多螺桿系統(tǒng)
- Q% z- w8 R) r    MKF- Folien和ENTEX公司合作開(kāi)發(fā)出一種優(yōu)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(shù)的核心是ENTEX的專(zhuān)利技術(shù),，配有真空系統(tǒng)的行星擠出機(jī),。眾所周知，PET在加工過(guò)程中極易水解,，因此通常都需要進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)乾燥處理,，而利用行星擠出機(jī)，配合其真空系統(tǒng)以及上游加工,，可以實(shí)現(xiàn)物料的連續(xù)加工,，這時(shí)，預(yù)乾燥并不是一項(xiàng)必須的工作,。
    ENTEX介紹,，在MKF的實(shí)際應(yīng)用中，整體的凈產(chǎn)能提升可以達(dá)到600-1000kg/h（毛產(chǎn)能1200kg/h）,。生產(chǎn)的薄膜的品質(zhì)與傳統(tǒng)的利用預(yù)乾燥的擠出生產(chǎn)線一致,。同時(shí)，在加工過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)其他脫揮組分的排出,。
0 s* S2 @- Y' J& l
1 ~! x; o+ t9 k+ q1 G. x, \    另外,，這一系統(tǒng)在加工過(guò)程中可避免物料在其他加工方法中由於水分存在可能發(fā)生的PET熱降解或熱氧化降解，不會(huì)降低物料的機(jī)械性能與光學(xué)性能,。對(duì)薄膜IV值的測(cè)試表明,，與傳統(tǒng)的預(yù)乾燥方法以及優(yōu)化的方法比較，兩者性能相當(dāng),。
    ENTEX 強(qiáng)調(diào)在使用過(guò)程中所用的物料可以很容易地控制,，當(dāng)使用再生物料時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。工廠操作人員可以利用再生料立即重現(xiàn)最終產(chǎn)品的高品質(zhì)并完成材料的更換,。由於不需要預(yù)乾燥以及物料的部分晶化,，生產(chǎn)PET薄膜所需的能耗顯著降低。據(jù)介紹，這一技術(shù)實(shí)際上可用於所有PET擠出加工應(yīng)用,。
    創(chuàng)新的MRS擠出機(jī)用於PET直接加工
/ ~* u: Q) H8 J- L) }$ Z" `( d7 k    格諾斯最初開(kāi)發(fā)MRS脫揮系統(tǒng)的目的是為了優(yōu)化聚合物熔體的脫揮,。由於其更大的聚合物熔體區(qū)，與目前市場(chǎng)現(xiàn)有的脫揮系統(tǒng)比較,，MRS設(shè)備或者稱作MRS擠出機(jī)具有更高效的脫揮能力,。另外，由於其表面區(qū)域在不斷變化,，高速打開(kāi)或更新,，可以產(chǎn)生更大的自由容積，從而當(dāng)氣體產(chǎn)生時(shí)更易排出,。
    MRS110擠出機(jī),，特別適於利用回收的PET料
    利用整合的MRS排氣區(qū)，加工回收的PET物料時(shí),，無(wú)需預(yù)乾燥即可利用單螺桿擠出機(jī)快速而容易地加工,。在一個(gè)具體的加工應(yīng)用中，利用一個(gè)水環(huán)泵就可以產(chǎn)生所需的20-40Mba的吸力,。在脫出揮發(fā)份的同時(shí),，物料的粘度還可以增加。這使得MRS擠出機(jī)特別適於利用回收的PET料,，如瓶片料制造PET片材或打包帶,。因此，首臺(tái)MRS擠出機(jī)被銷(xiāo)售往這一領(lǐng)域也就不足為奇了,。
$ F, k- J# x4 I+ o* e% S+ z    據(jù)格諾斯介紹,，因?yàn)镸RS系統(tǒng)特殊的優(yōu)點(diǎn)，可以用於：PC加工過(guò)程中脫水或脫出殘余單體,；尼龍加工中脫出單體和殘余齊聚物,；通過(guò)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(chē)內(nèi)飾件材料的VOC等。另外,，也可用於制造PS,、PE、PET,、 PP等發(fā)泡制品時(shí)引入化學(xué)或物理發(fā)泡劑或其他組分,。這些還只是MRS系統(tǒng)可以應(yīng)用的領(lǐng)域中很小的一部分。