PET生产加工的新的生产潜力 - 德国格诺斯MRS挤出机

1.操作模式

MRS挤出机一般为单螺杆挤出机，带有特殊的脱气部分。聚合物熔体被送入一个大的单螺杆圆筒中。

滚筒包含8或10个(根据型号大小)小挤出机筒，平行于主螺杆轴。在小的料筒里的是“卫星”螺杆，它由主筒中的环形齿轮驱动的。“卫星”螺杆绕螺杆轴旋转时，与主螺杆方向相反。这种不对称的运行设计能够增加聚合物熔体的表面交换。

挤出机料筒被分割为多旋转系统的滚筒，约30%筒体打开，确保聚合物在进入料筒时为出色的熔融状态，实现不受限制的抽干。此外，可以实现精确的温度控制，即接触熔体的所有表表温度都可以精确控制。

得益于获得专/利技术的多螺杆单元，MRS挤出机在多领域中广泛使用。即使真空仅有20 - 40 mbar，排气功能依旧表现优异。因此，可以实现挤出未干燥的PET瓶片或颗粒(例如水分含量高达12.000 ppm H2O)，没有任何折中。甚至适用于高粘度的终产品，如捆扎带。

这种抽真空技术是基于可靠的单螺杆挤出机概念。基于此概念，MRS避免了多轴或螺杆设计(啮合)的问题，这种紧密的间隙的设计使得机械对于污染物十分敏感。这一点对于PET瓶片的再加工具有决定性的意义，因为PET瓶片经常含有粗粒污染。

MRS技术优势还包括100%聚酯除湿，增加材料的固有粘度。

1.挤出筒—MRS技术的核心

多旋转组件的设计使得熔体表面比传统挤出机大很多。例如:MRS系统产生的熔体表面交换率是同向旋转双螺杆挤出机的25倍。

与其它多螺杆系统相比，MRS具有结构紧凑、坚固耐用的特点。旋转的卫星螺杆在独立轴承上运行，与包含多个单螺杆的料筒相容。

出色的性能，模块化的抽空或排气系统，可以更多地满足客户的不同需求。模块的位置、长度和设计是多种多样的。

2. 关键加工技术对PET加工的影响

2.1 干燥（水分提取）和挤出

PET挤出过程中吸湿的重要性

现今，PET降解小化的现有技术是在单螺杆挤出机加工前将物料干燥。ET干燥复杂，维护密集，投资成本高，厂房面积大，运行成本高，通常采用干燥空气在180°C干燥，能耗高。材料必须干燥8小时的工序降低了PET处理的灵活性。

在用挤出机加工PET的过程中，在正常的加工温度下会发生了化学过程，任何可能存在的水分子都会减少PET链的长度，从而导致粘度降低，从而降低终产品的机械性能。这个过程被称为水解。

为了避免这个问题，颗粒通常是预先干燥了很长一段时间，在挤出前水分，以止水解。

然而这种化学反应是可逆的，平衡点可以通过减少或增加水的含量来达到。

这种现象在挤压过程中可以起到积极的作用。通过去除加工过程中的水分子，受损的PET分子链可以自我修复。

去除水分子的物理先决条件由扩散过程描述，可以借助菲克第/一定律来阐明。

• Δn指水的移除数量，F指熔体表面积，dc指浓度斜面，dx指聚合物层。换句话说，聚合物混合得越好，表面交换得越好，化学平衡就越倾向于力学性能更好的长链分子。

很明显，在挤出机的第/一个部分，聚合物的粘度降低了，因为水的含量被集成到PET链中。输入物料中水分越多，粘度下降越大。在脱气部分，这些水分子是通过真空(由扩散驱动)提取的，这里发生了相反的化学反应。因此，MRS挤出机能够增加聚合物的链长、分子量、粘度和机械性能。

采用格诺斯在线粘度计对熔体粘度进行监测。配备一个控制回路，提高或降低与粘度变化有关的真空挥发区。

聚合物在到达模具之前，可以清晰地看到粘度与真空之间的关系。

2.2 连续在线测量和控制加工参数

2.2.1 过程控制采用连续测量熔体压力、温度和粘度

如今，监视、记录和分析加工参数是塑料加工的关键要素，例如，为了能够跟踪与客户投诉有关的问题，也为了能够对这些参数的变化作出尽可能快的反应。通过这种监控，可以确保持续高质量的产品。

在挤压过程中，影响终产品性能的重要因素是机器内的熔体温度、熔体粘度和熔体压力。通过这些参数，可以监测出加热炉或冷却风机的故障、原料参数的变化以及生产线的磨损情况。可以避免危险的情况，例如，如果迅速发生过高的压力增加时，设备将自动关闭，。

通过使用熔体压力和熔体温度传感器，以及已知的流量和已知的几何形状，可以计算出液体的流动阻力，由此可以推断出介质的动态粘度

2.2.2 压力传感器和温度传感器

在塑料加工中会使用熔体压力传感器，它的原理是利用介质将压力从热环境传递到敏感的测量电子设备。与聚合物熔体接触的膜片因熔体压力而变形。这种变形让毛细管中的液体将压力传递到第二个膜片上，膜片上装有惠斯通电桥传感器，可以将变形转化为电信号。

毛细管中的液体介质通常是汞，但是在食品包装制造中禁止使用汞填充传感器。在这种情况下，可以选择格诺斯的无汞传感器。用对环境安全的介质替代汞之后，熔体压力传感器可以应用在所有行业应用中，获得所需精度测量，特别是在与食品接触的包装材料领域。

格诺斯TF型熔体温度传感器适用于高灵敏度介质的精确测量。陶瓷绝缘保证在任何时候都能直接测量熔体温度，而不受周围钢部件(如法兰筒或模具)温度的影响。

2.2.3 用格诺斯在线粘度计VIS进行过程控制

一小部分聚合物熔体从主熔体通道转移出来，用高精度齿轮泵将其泵入精密制造的狭槽毛细管中。测量了熔体温度和熔体压力(在两个位置)。基于内部计算，粘度计监测代表性剪切速率的值和相应的粘度。可以设定不同的剪切速率，并通过相应的修正得到粘度和剪切速率的真实值。

产品设计非常紧凑。可安装在两个法兰连接件之间。可根据客户要求设计0.5 - 2mm的熔体通道。该产品单元包括一个泵驱动器、一个泵、压力传感器、温度传感器以及控制和评估电子设备。工艺参数的设置、评价和显示，可以通过通过用户友好的触摸屏面，也可以集成到现有的控制系统中。

结合格诺斯多年的技术测量和加工技术，产品能够实现无论材料条件（有水分残余）都能够在非常窄的带宽中保持熔体质量

粘度是通过熔体压力和温度来测量的，以此作为控制值，自动调节MRS挤出机下放段的真空，从而保证恒定的熔体性能(粘度、分子量以及由此产生的机械性能)。

上图显示了真空(红色)和熔体粘度(蓝色)随时间的变化。可以清楚地看到11:00时输入材料的变化。物料筒仓发生了变化，但在此之前，物料是从筒仓下部抽出来的，该物料残余含水率较高。变化后，薄片的残留水分水平会立即降低。通过增加MRS挤出机脱挥段的真空，可以保持物料的粘度和分子量，从而保持机械性能，即终产品的质量不变。

2.3 不仅仅在回收料应用中: 熔体过滤作是与质保和经济效益相关的关键因素

在聚合物进入模具之前，应清除各种污染物，以达到对透明度(板材)或拉伸强度(热成型板材、捆扎带)的更高质量要求，当然还有保护下游部件不受损坏。格诺斯旋转熔体过滤系统自动运行，压力恒定，能够*达到所需要求。

2.3.1 熔体过滤器：工艺-压力恒定熔融过滤一体化自清洗

在聚合物进入模具之前应清除各种污染物，其目的是达到对透明度(板材)或拉伸强度(热成型板材、捆扎带)的更高质量要求，同时保护下游部件不受损坏。全自动操作和压力恒定格诺斯的旋转熔体过滤系统能够*胜任以上要求。

旋转过滤系统由三个主要部分组成: 进口模块、出口模块和在它们之间旋转过滤盘。系统是金属间密封，间隙非常狭小，表面十分平坦、坚硬，保证与熔体接触的所有部件均不与环境接触（例如氧气）。

滤网位于过滤盘中间的环形中穿过熔体流动通道。当熔体流经滤网时，污染物被拦截，压差略有增加。控制系统对压力的增加作出反应，将过滤盘转位调整1-2个角度。

在重新进入熔体通道之前，带有污染物的滤网需要清洗。通过高压部分冲净系统清洗。已过滤的熔体从出口模块中抽出，虹吸到液压驱动活塞中，然后在高压下从后面射出，通过过滤盘和滤网进入进口模块。冲净压力是经过测量且可调节的，确保优化。利用确定的高脉冲，每次仅清洗小部分（大约是滤网面积的1%）。

反冲洗活塞的冲程(=要使用的熔体量)和速度(=清洗强度)可以自由调节，确保优化。因此，一方面可实现有效的清洁，另一方面仅使用小量的熔体（反冲洗损失小）。

基于这种操作模式，滤网达到100%的实际清洗，并可以重复使用，根据不同的过滤细度，可高达400倍。在某些应用中，全自动过滤(没有任何操作员的注意)可能长达几个月。

在此之后，由于机械方面的原因，滤网不得不进行简单的更换。得益于格诺斯专/利技术的滤系统运作模式，更换滤网对生产工艺流程没有任何影响。根据生产线的规模大小，所有过滤部件的滤网更换需要大约15分钟，操作人员可以在不影响生产过程的情况下进行。

MRS系统节省能源

传统的PET回收加工步骤

MRS技术的加工步骤

除具有良好的机械性能，整个工厂的外卷带的能源消耗也进行了测量。

与处理结晶和预干燥含水量小于50 ppm的传统单螺杆相比，MRS技术的能耗减少大约20%，

因为在预挤出阶段使用热空气加热颗粒有巨大的能源成本。

与双螺杆薄片加工相比，能耗也更小。因为双螺杆需要小于5mbar的高真空，此外，通常情况下，薄片必须预先干燥到1000ppm左右，还需要一个增压泵。

MRS技术的能耗比传统技术低15% - 25%，且无需干燥机和高真空系统，减少维护。

3.1 MRS技术优势

格诺斯 MRS挤出技术确保聚合物熔体具有大的纯度。固体污染物可通过高效熔融过滤系统去除，可溶污染物如油、低聚物、色素和溶剂可在真空条件下从聚合物中有效去除。

经济性优势：

•减少空间需求

•大幅节能

•降低维护和人员成本

•简单、强劲、经济的真空技术

•全自动控制系统，操作简单

•高度的灵活性——例如在材料变化方面

•100%回收消费后和/或工业废物

•直接加工食品接触产品(FDA LNO)

•高质量的终产品

结论

新型MRS挤出系统具有*的熔体表面积交换率，是一种非常有效的聚合物熔体转移体系。多旋转系统大大增加了扩散过程。能够在不需要预干燥的情况下，使用聚酯瓶片中制造出高抗拉强度的捆扎带。此外，在MRS挤出机上使用聚酯瓶片生产的纤维也具有*的性能。

MRS挤出系统(包括多回转部分)是单螺杆挤出机技术可靠、耐用。非常适合处理高度污染的聚合物(例如回收料)。

对于原料的要求，MRS挤出系统既不需要预干燥，也不需要结晶，与传统的聚酯加工工艺相比更具经济优势。使用MRS挤出系统，工厂占地面积可减少25%，能源需求可减少25%。多年的应用实践证明，MRS挤出系统是一种可靠耐用且不需要维护的系统，适用于多种不同的生产。