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利用德国格诺斯MRS挤出概念的人造短纤维制造工艺

日期:2020-07-06浏览:128次

介绍

 

涤纶短纤越来越受欢迎。一是由于其优良的机械性能,二是由于相对简单的加工,三是由于相对较低的材料成本,特别是以回收PET瓶片作为原材料。

 

经由正确的加工工艺,短纤维具有优良的性能。把两种粘度不同的材料结合在一起,就可以生产出与棉花非常相似的纤维,可以用作睡袋、冬衣、枕头等的填充物或填充物。

 

然而,将PET加工成短纤维的一个问题是原料PET的吸湿性。在储存过程中,PET材料从周围的空气中吸收水分子。当聚合物在挤出机中加工时,分子进入PET并打破链(水解),降低材料的机械性能,使再加工变得困难。

 

制造工艺

 

在短纤维的生产过程中有两种不同的工艺,单级工艺和两级工艺。在两个阶段的过程中,纤维在挤压后和拉伸前储存在罐中。在单段工艺中,不存在纤维的中间贮存。

 

在使用挤出机将材料塑化后,聚合物熔体在喷丝板上,通过冷却通道中的空气进行冷却。随后,纤维被卷绕到滚轴上,通过太阳轮铺设到容器中。

 

随后这些罐子被运送到纺丝区,拉伸,用蒸汽和热量处理,卷曲,最后切成短段。

 

塑料颗粒——通过混合和填料系统输送到挤出机——是非织造布生产的主要基础材料。挤出机使塑料熔体塑化和均化。塑料经过滤后流入熔体泵。过滤系统包括真正的过滤介质,主要是一个滤网,截留污染沉积物。过滤系统需要做到不影响生产,当用一个被污染的滤网或滤芯更换一个干净的滤网或滤芯时,不会中断或减少熔体的流动。熔体泵用于增压,为下游纺锤挂提供稳定的熔体流。

 

纺丝束的设计和精确控制的工艺确保了熔体均匀地从纺丝束排出而不受干扰。采用自旋包过滤器对流动剖面进行均匀化处理,以保证熔体的纯度。这种过滤器通常由不同的金属丝布层组成。熔体流动中的污染物会导致自旋包过滤器堵塞,因此需要不时更换。在更换时至少个别纺纱站必须停止运转,在某些情况下甚至要停止整条生产线。

 

滤网越细(通常是20-75 μm),使用寿命就越短。

 

因此,安装在纺丝束上游的聚合物熔体过滤器必须在熔体到达纺丝束过滤器前尽可能多地去除污染物,从而尽可能延长自旋包过滤器的使用寿命。

 

根据生产工艺的不同,在非织造布沉积和粘合之前,模具和下游其余部分的设计差异很大。

 

MRS挤出概念的发展

 

MRS挤出机可以直接加工聚酯颗粒,无需进行预先干燥。在挤出过程中(熔体阶段),聚合物表面被大幅度地扩大并高速交换,从而使挥发物得以提取。

 

挤出机可以被视为带着非常特殊的排气单元的单螺杆挤出机。聚合物熔体被输送到一个很大的单螺杆滚筒中。

 

8个或10个(取决于不同的型号尺寸)小的挤出料筒,与主螺杆轴平行。

 

30%筒体打开,确保聚合物在进入料筒时为良好的熔融状态,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。

 

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。

 

8个卫星螺杆。

 

挤出机的独特设计避免了传统多轴或多螺杆设计中的(啮合)问题,传统设计由于其紧密的间隙,挤出机很容易受到损伤。MRS挤出机的设计尤其适用于聚酯瓶片再加工工艺,因为聚酯瓶片通常含有粗污染。

 

MRS技术优势还包括100%聚酯除湿,增加材料的固有粘度。

 

生产加工过程中的在线测量和控制

 

在现今的生产加工中,监测、记录和分析加工参数是塑料加工的关键要素,例如,跟踪与客户投诉有关的问题,或者对这些参数的变化作出更的反应。通过这种监控可以保证持续的高质量产品。

 

在挤出过程中,影响最终产品性能的最重要因素包括熔体温度、熔体粘度和机器内的熔体压力。通过监控这些参数的变化,能够监测加热器区域或冷却风扇的故障、原材料参数的变化和生产线的磨损情况。避免发生危险的情况,比如迅速的压力增高导致机器自动停机。

 

通过使用熔体压力传感器和熔体温度传感器,利用已知的流量率和已知的模型,可以计算出液体的流动阻力,并由此推断出材料的动态粘度。这种测量聚合物的平均分子量的方法能够定义材料的物性特征,如弹性、拉伸或延伸。

 

通过持续测量熔体压力和温度实现过程控制

 

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。

 

通过格诺斯在线粘度计VIS实现过程控制

 

在线粘度计VIS用于在线测量熔体粘度。通过高精度齿轮泵,少量聚合物熔体从主通道中进入制造精密的毛细管槽中,完成熔体压力和温度的测量(在两个不同位置)。经过粘度计内置计算程序,监控显示实时的剪切速率的值和相应的粘度。

 

粘度计可安装在两个法兰连接之间。熔体通道可根据客户的要求设计0.5 - 2mm。该装置包括泵驱动器、泵、压力传感器、温度传感器以及控制和安装计算程序的电子设备。通过用户界面友好的触摸屏实现对过程参数的现实、设置、评测,或者直接集成到现有的控制系统中。

 

尽管输入材料条件不同(残余水分),在线粘度计VIS能够在非常窄的带宽内保持熔体质量。通过检测熔体压力和温度,计算得到粘度值。粘度值作为控制值,自动调节MRS挤出机下游的真空设备,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)

 

熔体过滤

 

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完全胜任以上要求。

 

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。

 

因此,滤网区域中污染物不断地从熔体通道移出,而滤网区域中的干净的熔体在不改变活性过滤区域的情况下被移进熔体通道。基于这种操作方式,过滤系统不断地对过程和压力进行操作。通过过滤系统的压差的变化值最大可达2 bar

 

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,确保化。因此,一方面可实现有效的清洁,另一方面仅使用最小量的熔体(反冲洗损失最小)。

 

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。

 

应用实例

 

通过使用MRS挤出机,一家位于南美的纤维和聚合物制造商已经去除了昂贵和复杂的预干燥和结晶材料的步骤。

 

该生产线是生产双组分涤纶短纤维的生产线,总产能为每小时1.400公斤。

 

两台MRS挤出机的原料都是相同的PET瓶片。通过在每台挤出机上设置不同的真空水平,他们将具有两种不同粘度的PET聚合物熔体输送到纺丝束。

 

从一种材料生产不同质量的产品,这个独特的加工工艺只能通过MRS挤出机来实现。由于纤维是由两种不同粘度的成分制成的,因此有可能获得非常接近天然纤维的性能曲线。

 

聚合物主流为900公斤/小时。来自MRS 130挤出机和第二道流体是500公斤/小时。另一部分熔体来自MRS 110挤出机。RSFgenius融化过滤系统将材料过滤到30μm。在纺锤挂前在线粘度计试试测量动态粘度,。从在线粘度计到挤出机真空系统的控制回路确保了持续的预先设定的粘度。通过这种方式,保证产品的高质量和一致性。

 

使用传统的单螺杆挤出机,材料在挤压之前必须结晶和预干燥至50ppm,而MRS挤出机在挤压之前不需要用热空气干燥材料,大幅度地降低了能耗。

 

MRS技术的比能耗比传统技术低15% - 25%,避免使用干燥机和高真空系统,增加工艺的灵活性,并将设备维护工作降至更低。

 

结论

 

新型MRS挤出系统具有极高的熔体表面积交换率,是一种非常有效的聚合物熔体脱挥体系。多旋转系统大大提高了扩散过程,使得从PET瓶片中制备短纤维而不需要对材料进行预干燥成为可能。PET瓶片挤出机上生产的纤维也具有极好的性能。

 

MRS挤出系统(包括多旋转部分)是基于可靠和坚固的单螺杆挤出机技术。因此,该系统非常适合处理高度污染的聚合物(例如二手回收料)。

 

由于MRS挤出系统要求输入材料既不进行预干燥,也不进行结晶,因此该系统是更性价比的PET加工传统技术的替代方案,工厂占地面积可减少25%,能源需求可减少25%。

 

基于多年来世界各地客户的使用反馈,MRS已被证明是一种可靠且不需要维护的系统,可用于各种不同的应用领域。

 

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