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德国格诺斯模块化循环利用系统

日期:2020-07-07浏览:222次

在半成品(如纤维或薄膜)的生产过程中,可回收再利用的废物作为原材料在整个生产过程中被重复生产。回收废物减少了对原材料的需求,从而节省了生产成本。

 

如果这些产品是由聚烯烃(polyolefins)制成的,回收是容易完成的。现今市场上有很多产品能够满足此功能,并生产加工出高质量的产品。

 

但是,市场上并没有多少对聚酯(PET)或PET/PE双组分的解决方案。

 

聚烯烃溶液通常不适应于PET的特殊性能。

 

对于聚酯原料的加工,一个问题是聚酯分子对湿度敏感。在挤出加工过程中,缩短分子(水解)大大降低了聚合物的机械性能。加工聚酯瓶片时,使用多重旋转系统(MRS)可以成功的解决这个问题。增加聚合物表面面积以及制造真空环境,能够在挤出的过程中去除水分子,让受损的聚酯分子链得以自我重建。

 

在热成型PET薄膜的生产过程中,可以设定既定工艺,立即将冲压废料磨回,然后直接返回生产过程。那些低IV值的产品通过添加高质量的新产品得到了补偿。

 

高度硅化膜的生产有更大的问题。

 

由聚酯(PET)为原料的双向拉伸薄膜或者纤维,在处理其生产废料更加困难。这主要是由于废料的“容重”很低,通常不到100克/升。当这些废料返回挤出机时非常难以处理。

 

如果不增加额外的措施,这种由聚酯(PET)为原料的双向拉伸薄膜或者纤维的废料不能进行挤出加工。

 

这两种类型的废物必须首先粉碎,加入适合剂量的添加剂。在这个过程步骤中需要有各种辅助设备。 

 

2. 初级加工粉碎

2.1 粉碎机

 

使用碎纸机是方法之一。这种设备可以装载整包的可回收材料,然后将纤维或薄膜撕成更小的碎片。这种碎纸机有一个旋转轴,几个刀片被连接到旋转轴上,并在旋转过程中导向固定的切削刃。

 

这台机器通常带有一个液压推料机,把进料废料压在转子上,从而调节系统的流量。

 

转子转速和圆周转速都比较低,碎纸机的结构也非常坚固。

 

这样的设计限制了聚合物的热应力。

 

设备的另一个特点是坚固性,机器能够在装满时启动,即使是未经处理的大块的废料也可以直接粉碎,同时可以清洗喂料的材料。

 

通常在粉碎后会使用筛子,筛子决定了停留时间,因此也决定了物料的大小。颗粒大小通常在40毫米左右或更大,生产出的颗粒可以更好的进行运输。

 

2.2 切碎机

 

切割机进行干净地切割。这种设备也通过转子工作,但是转子转速和圆周转速更高,利用固定的叶片进行切割。这种设备是自动喂料的,在喂料前需要切割连续的纤维和薄膜。另外,设备不能在加满的情况下启动,喂料清洗会很快地损坏叶片。好的切割能使材料与添加料更好的混合,在后续的加工的优势是,可以加工松散的颗粒,尽管有一定的大小。

 

以这种方式制备的颗粒现在既可以直接送入挤出机,也可以在进一步的工艺步骤中压实。也就是说,有两种不同的加工方法。

 

3. 喂料 

3.1 粘结造块 

在结块的情况下,用螺杆将颗粒移动到旋转盘和固定盘之间的空隙中。摩擦热使材料熔化并压实。缺点是有时会产生高的热应力,这会对PET的分子量和机械性能产生负面影响。

 

基本上,大型容器中的颗粒表现剪切搅拌机以完全相同的方式,和聚合物的热应力会导致黄色指数的增加和减少的分子量(IV)。这些凝聚剂主要是与聚烯烃一起使用,因为在大多数情况下,没有充分考虑到PET的特殊属性。

 

 

3.2 造粒 

边角料研磨的造粒更加柔和。进料通过特殊设计的带孔模具压制,同时进行压实。在这个过程中,新的颗粒非常容易添加添加剂和进一步加工,即使原来的颗粒的添料性能较差。所以,如果随后的挤出过程中,需要在纤维或者薄膜废料中加入其他成分,诸如瓶片、新产品、添加料等,这个步骤非常合适。

 

3.3 压实设备 

如果不需要增加任何添加剂,这些颗粒和碎片可以在压实装置(诸如螺杆)的辅助下直接进入挤出机。

 

通过上游螺杆的作用,大体积的颗粒在这里被压实,逸出空气,从而为挤出机提供足够的加工体积密度。

 

4. 挤出 

4.1 MRS挤出概念

 

MRS挤出机直接对未结晶的聚酯颗粒进行加工,无需预干燥。在挤出过程中将聚合物表面放大几倍,并迅速替换。其结果是,新的表面总是可以释放挥发性物质。

 

MRS挤出机基本上是一个单螺杆挤出机,有一个特殊的脱气区。聚合物熔体流被送入一个大的旋转单螺杆滚筒中。

 

在滚筒上有8个圆柱孔,沿旋转轴的长度方向上有凹入的进给螺杆。这些螺杆由齿轮驱动。它们与挤出机滚筒相反的方向旋转。这种设计增加了熔体表面积交换。

 

位于多旋转系统转鼓内的桶在外部区域打开了约30%,从而保证了出色的熔体入口,允许脱气功能不受阻碍地进行。可以有针对性地控制熔体的温度,因为与熔体接触的所有表面的温度都很容易控制。

 

得益于专/利多轴段,挤出滚筒提供了一个非常大的聚合物表面,从而允许脱气性能非常杰出,即使是在20 - 40mbar的适中的真空。

 

因此,MRS挤出机可以挤出未干燥的薄片或颗粒与高达1%的水分。这种脱气技术的基本设置是基于可靠和已被确认的单螺杆概念。轴段集中布置有8台单螺杆挤出机。因此,MRS挤出机避免了替代多轴的问题。

 

这在PET瓶片回收中起着至关重要的作用。

 

MRS技术的优势还包括,实现聚酯100%降解,以及实现非常恒定的特性粘度。 

 

得益于多旋转元件,用于可用的除气的表面要比市场上常见的挤压系统大很多倍。举个例子,采用MRS技术制作的熔体交换面比同转双螺杆大25倍左右。

 

材料经过这样极其仔细的加工后,终产品的黄度指数特别高。

 

与其他多轴技术相比,MRS令人印象深刻的是其紧凑和坚固的装配。旋转的螺杆运行在单独的轴承上,因此类似于一个带多个单螺杆的滚筒。

 

除气技术是模块化设计,由于其非凡的效率,它可以完美地适应工作的需要。MRS的不同模块的长度和配置均可改变。

 

真空区粘度的增加受不同真空的影响和控制。压力对所得粘度的影响显著。

 

随着压力的降低,成型之前熔体的粘度明显增加。

 

4.2粘度测量 

由于熔体压力和温度传感器的巧妙连接,当流动和几何结构已知时,可以确定液体的流动阻力和材料的动态粘度。这是对聚合物的平均分子量的测量,从而描述了诸如弹性和拉伸等机械性能。

 

在线粘度计VIS能够时时在线测量熔体粘度。在高精度、耐压齿轮泵的帮助下,聚合物熔体的一小部分流动被从主熔体通道转移出来。记录熔体温度和熔体压力(两处测量)。根据内部计算,在线粘度计记录了代表剪切速率和相应代表粘度的值。

 

熔体通道的设计尺寸可在0.5毫米至2毫米之间,符合客户的规格要求。该设备提供完整的泵驱动,泵,压力传感器,温度传感器和控制器。过程参数、评估和显示都是在一个易于使用的触摸屏面板上设置的,当然也可以集成到现有的控制器中。

 

在在线粘度计的帮助下,当加工聚酯时,现在可以在输入条件(湿度)波动时将熔体质量保持在一个非常窄的公差范围内。在压力和温度传感器的帮助下,粘度被记录下来后,真空出现在疏散区,以便终产品的性能(粘度,分子量,因此机械性能)可以保持。 

 

4.3 熔体过滤 

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)的更质量要求,当然也是保护下游部件不受损坏。Gneuss的旋转熔体过滤系统特别适合于这一目的,因为它们完全自动运行,压力恒定。

 

旋转过滤系统由三个主要部分组成:入口块、出口块和在它们之间旋转的过滤盘。系统密封采用金属对金属密封,间隙很窄,很坚硬,并且表面平坦。保证了所有与熔体接触的部件不与环境(如氧气)接触。

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滤网元件位于过滤盘上的环形图案中,通过熔体通道移动。当熔体流经筛管时,硬颗粒被捕获,压差略有增加。控制系统对这种压力的增加作出反应,使过滤盘指数增加1-2个角度。

 

因此,受污染的筛管区域不断地从熔融通道中移出,而清洁筛管区域在不改变活性过滤区域的情况下被移进熔融通道。通过这种操作方式,过滤系统不断地进行过程和压力操作。过滤器压差的变化(Δp)大2bar。

 

在被污染的滤网重新引入熔体通道之前,对其进行清洗。然后通过高压段清洗系统清洗污垢。已过滤的熔体从出口块中抽出,虹吸到液压驱动活塞中,然后在高压下从后面射出,穿过过滤盘,通过滤网进入进口块。针对清洗压力进行测量,并进行调整和优化,只有一小部分(大约是滤网区域的1%)通过已定义的高脉冲被清洗

 

反冲洗活塞的冲程(=要使用的熔体量)和清洗速度(=清洗强度)可以自由调节,从而达到更加化。因此,一方面清洗是非常有效的,另一方面,熔体用量是小的(反冲洗损失是小的)。

 

由于这种操作模式,筛网实际上可以被清洗100%,并可重复使用,取决于过滤细度,高达400倍。这使得全自动过滤(不需要任何操作员的注意)在某些应用程序中可能长达几个月。

 

在此之后,由于机械方面的原因,屏幕需要进行简单的更换。得益于专/利技术的过滤系统运作模式,更换滤网对生产过程没有任何影响。根据线路的大小,滤网全部更换一次大约需要15分钟。

 

4.4 格诺斯加工单元(GPU) 

Gneuss加工单元(GPU)是不同的Gneuss产品和技术的模块化配置,这些产品和技术结合在一起,形成一个高性能的挤出生产线,用于生产高质量的产品。 

 

4.5 聚合反应釜JUMP 

通过使用IV增压器JUMP,熔体的IV值可以提升到给定应用所需的水平。

 

在IV增压器JUMP内,聚合物经过几个缓慢转动的元件,形成聚合物薄膜,其表面不断更新。反应容器保持在真空状态,通过真空,乙二醇和其他挥发性物质被可靠地除去。通过调节反应器停留时间、真空度、填充水平和搅拌装置的旋转速度,可以改变缩聚反应以达到所需的产品性能。JUMP的设计防止了氧气的进入,保证了聚合物变色(变黄)的小化。此外,JUMP的设计使它很容易拆卸,内部易于清洁。聚合物熔体在经过反应器内的静止部分后,被直接泵入生产过程或进入制粒(切屑)系统。 

 

JUMP工艺是固态聚合(SSP)的一个非常有效的替代方法,不需要能量来冷却再重新加热聚合物。此外,熔体相的反应时间比固相的反应时间要快得多,这提高了JUMP的性价比。在空间需求甚至维护方面,JUMP比SSP具有更大的优势。 

 

5. 格诺斯工业废料循环解决方案 

格诺斯工业废物回收系统的一个重要特点是单个组件的模块化设置,与MRS挤出机相结合。平台上设置了各种模块,这些模块将组件尽可能地组合在一起。

 

根据物料种类和需求,将“切碎”、“压实”和“挤压”三个部分组合成一个系统,为用户提供各自更加优化的系统解决方案。

 

挤出后,熔体可以加工成颗粒,可以是简单的线料切粒,也可以是水下切粒。在薄膜生产中直接添加修剪废物,研磨材料,或添加添加剂也是可能的。格诺斯提供切粒系统和完整的薄膜生产线,这就是"一揽子"解决方案。在加工熔融生产纤维(无纺布、BCF、短纤维等)方面,我们已与著名的系统工程师合作多年。也可以将回收挤出系统与现有纤维生产线结合安装,作为全面的一揽子解决方案。 

 

模块化设计的优点是显而易见的: 

针对每一种产生的废料,选择出色的进给挤出机的工艺。MRS挤出机旋转挤出水、油或其他秉承挥发组分,在后续的过滤过程后,固体污染物降到大约10μm , 其结果是,所生产的熔体几乎具有新产品的性能。 

 

格诺斯工业废料回收利用系统的优势: 

•为特定应用量身定制的模块化设置

•去污,纺丝油和气味

•高IV稳定性,即使是不同的湿度

•透明度高,黄度指数低

•粘度可控,恒定

•高质量的熔体

•美国食品及药物管理局(FDA)的LNO,用于100%的二手回收物料(PET瓶片)

•节能显著

 

6. 客户案例

 

直接循环利用纤维废物 

美国一家纤维制造商决定建立一条直接回收PET纤维废料的完整生产线。目的是将工厂内部的废物直接投入生产,因此几乎完全避免浪费。

 

在整个纤维生产过程中收集的成捆的纤维废料被送到回收线。包被打开并由带金属探测器的传送带运送到碎纸机。碎纸机是专门为处理困难的材料,如纤维和薄膜废料而开发的。碎纸机是专门为处理困难的材料,如纤维和薄膜废料而开发的。这个系统的优点是工作时只产生很少的热量,因此在处理热敏感的材料时,不造成任何损坏。 

 

碎纸机的旋转轴使纤维体积变小。在MRS挤出机(这也是为了确保材料的温和处理而设计的)中,纤维块被塑化。MRS的多螺杆设计提供了真空下熔融聚合物的极大表面积交换率。这确保有效的提取水分和纺丝油。该系统提供的有效的水分提取确保了PET分子链的水解缩短被保持在小。熔体粘度均被实时监控,由Gneus在线粘度计控制。控制回路调节水环真空泵的真空水平与粘度水平的关系,从而确保了一致的粘度。

 

下一步,聚合物是流经Gneuss轮式熔体过滤器RSFgenius, 过滤细度是150和20μm。随后,PET熔体通过一个水下造粒系统,制造成为颗粒。颗粒可以与原始材料混合并重新投入生产。这条生产线的生产能力为每小时600公斤。

 

凭借创新的挤出技术,使得格诺斯获得了众多客户的赞誉。由于MRS挤出机的发展和净化能力,以及旋转熔融过滤系统、在线粘度计的功效出色,格诺斯系统不仅在PET纤维的再加工方面,而且在PET瓶片到食品接触应用的再加工方面都有很好的应用。

 

该体系还特别适用于PET/PP和PET/PE共混物的再加工。对于希望尝试使用的客户,格诺斯在德国总部有一套装备精良的技术设施,拥有许多不同的试验线配置,供客户试验。

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