多螺桿新技術(shù)層出不窮

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同向平行雙螺桿擠出機(jī)通過不同的機(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)。
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    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)開發(fā)了各種磨盤式擠出機(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，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
. L3 v1 f) G6 a  ?, d; ?* z    傳統(tǒng)的多螺桿擠出機(jī)比較常見的有行星螺桿擠出機(jī)、環(huán)形螺桿擠出機(jī)等，近年來，不同廠商與科研院所陸續(xù)開發(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，排氣口無溢料，可有效減少生產(chǎn)過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程中的平滑過渡，同時(shí)保證螺紋元件的互換性。
; \5 y6 t2 m8 e6 G    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)。
+ u7 ~; d+ X0 f8 w' ]$ G8 }    德國(guó)格諾斯(Gneuss)公司先後於K2007和 Chinaplas2008上推介其最新開發(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。這些小螺筒槽開在螺桿鼓上，有30%的地方為開放式，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。
6 P$ O. m2 A8 p7 X6 n  B( u4 z      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。
    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，其所開發(fā)的KZWFR系列四螺桿擠出機(jī)（正在申請(qǐng)專利），主要用於傳統(tǒng)的加工方法，如單螺桿甚至雙螺桿無法加工的物料的加工。據(jù)介紹，該設(shè)備可以減少加工過程中的物料生熱、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。
4 P7 A; J" D( n3 N9 f* K    PET直接加工成關(guān)注熱點(diǎn)
1 ?1 }1 h" @- f; b) `" b2 E6 V    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)。
5 H1 f; f: \  k$ Y+ q: W1 [    優(yōu)於傳統(tǒng)的*材直接加工技術(shù)
    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。

    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。從這一角度來說多螺桿擠出機(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。
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% Z" I. K0 h4 u# `5 B    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具有高效熔體排氣功能的經(jīng)過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。
+ J! ]7 M( r# i3 B; s% n2 b    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)過排氣的聚合物熔體輸送到熔體泵以及模頭。
/ }* A2 Y8 _9 e; V) U1 I4 E& W5 y    首臺(tái)這種類型的擠出機(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。
    直接加工PET薄膜的多螺桿系統(tǒng)
    MKF- Folien和ENTEX公司合作開發(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。
9 y) I3 p! G% T& v5 G4 K0 P4 t    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)，在加工過程中可以實(shí)現(xiàn)其他脫揮組分的排出。
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" T) j3 k$ U9 g1 r& {( [2 }    另外，這一系統(tǒng)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(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)。
, F# O. w% X+ q1 }4 E: i    ENTEX 強(qiáng)調(diào)在使用過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。
& w3 A% V' N3 n) E6 `    創(chuàng)新的MRS擠出機(jī)用於PET直接加工
    格諾斯最初開發(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
' [" j  K3 S: V4 b' m* M+ W6 C8 i    利用整合的MRS排氣區(qū)，加工回收的PET物料時(shí)，無需預(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)被銷售往這一領(lǐng)域也就不足為奇了。
    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(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。