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利用德國(guó)格諾斯MRS擠出概念的人造短纖維制造工藝

日期:2020-07-06瀏覽:1624次

介紹

 

滌綸短纖越來(lái)越受歡迎。一是由于其優(yōu)良的機(jī)械性能,二是由于相對(duì)簡(jiǎn)單的加工,三是由于相對(duì)較低的材料成本,特別是以回收PET瓶片作為原材料。

 

經(jīng)由正確的加工工藝,短纖維具有優(yōu)良的性能。把兩種粘度不同的材料結(jié)合在一起,就可以生產(chǎn)出與棉花非常相似的纖維,可以用作睡袋、冬衣、枕頭等的填充物或填充物。

 

然而,將PET加工成短纖維的一個(gè)問(wèn)題是原料PET的吸濕性。在儲(chǔ)存過(guò)程中,PET材料從周圍的空氣中吸收水分子。當(dāng)聚合物在擠出機(jī)中加工時(shí),分子進(jìn)入PET并打破鏈(水解),降低材料的機(jī)械性能,使再加工變得困難。

 

制造工藝

 

在短纖維的生產(chǎn)過(guò)程中有兩種不同的工藝,單級(jí)工藝和兩級(jí)工藝。在兩個(gè)階段的過(guò)程中,纖維在擠壓后和拉伸前儲(chǔ)存在罐中。在單段工藝中,不存在纖維的中間貯存。

 

在使用擠出機(jī)將材料塑化后,聚合物熔體在噴絲板上,通過(guò)冷卻通道中的空氣進(jìn)行冷卻。隨后,纖維被卷繞到滾軸上,通過(guò)太陽(yáng)輪鋪設(shè)到容器中。

 

隨后這些罐子被運(yùn)送到紡絲區(qū),拉伸,用蒸汽和熱量處理,卷曲,后切成短段。

 

塑料顆粒——通過(guò)混合和填料系統(tǒng)輸送到擠出機(jī)——是非織造布生產(chǎn)的主要基礎(chǔ)材料。擠出機(jī)使塑料熔體塑化和均化。塑料經(jīng)過(guò)濾后流入熔體泵。過(guò)濾系統(tǒng)包括真正的過(guò)濾介質(zhì),主要是一個(gè)濾網(wǎng),截留污染沉積物。過(guò)濾系統(tǒng)需要做到不影響生產(chǎn),當(dāng)用一個(gè)被污染的濾網(wǎng)或?yàn)V芯更換一個(gè)干凈的濾網(wǎng)或?yàn)V芯時(shí),不會(huì)中斷或減少熔體的流動(dòng)。熔體泵用于增壓,為下游紡錘掛提供穩(wěn)定的熔體流。

 

紡絲束的設(shè)計(jì)和精確控制的工藝確保了熔體均勻地從紡絲束排出而不受干擾。采用自旋包過(guò)濾器對(duì)流動(dòng)剖面進(jìn)行均勻化處理,以保證熔體的純度。這種過(guò)濾器通常由不同的金屬絲布層組成。熔體流動(dòng)中的污染物會(huì)導(dǎo)致自旋包過(guò)濾器堵塞,因此需要不時(shí)更換。在更換時(shí)至少個(gè)別紡紗站必須停止運(yùn)轉(zhuǎn),在某些情況下甚至要停止整條生產(chǎn)線。

 

濾網(wǎng)越細(xì)(通常是20-75 μm),使用壽命就越短。

 

因此,安裝在紡絲束上游的聚合物熔體過(guò)濾器必須在熔體到達(dá)紡絲束過(guò)濾器前盡可能多地去除污染物,從而盡可能延長(zhǎng)自旋包過(guò)濾器的使用壽命。

 

根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同,在非織造布沉積和粘合之前,模具和下游其余部分的設(shè)計(jì)差異很大。

 

MRS擠出概念的發(fā)展

 

MRS擠出機(jī)可以直接加工聚酯顆粒,無(wú)需進(jìn)行預(yù)先干燥。在擠出過(guò)程中(熔體階段),聚合物表面被大幅度地?cái)U(kuò)大并高速交換,從而使揮發(fā)物得以提取。

 

擠出機(jī)可以被視為帶著非常特殊的排氣單元的單螺桿擠出機(jī)。聚合物熔體被輸送到一個(gè)很大的單螺桿滾筒中。

 

8個(gè)或10個(gè)(取決于不同的型號(hào)尺寸)小的擠出料筒,與主螺桿軸平行。

 

?30%筒體打開,確保聚合物在進(jìn)入料筒時(shí)為良好的熔融狀態(tài),實(shí)現(xiàn)不受限制的抽干。此外,可以實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制,即接觸熔體的所有表表溫度都可以精確控制。

 

MRS擠出機(jī)在多領(lǐng)域中廣泛使用。即使真空僅有20 - 40 mbar,排氣功能依舊表現(xiàn)優(yōu)異。

 

8個(gè)衛(wèi)星螺桿。

 

擠出機(jī)的*設(shè)計(jì)避免了傳統(tǒng)多軸或多螺桿設(shè)計(jì)中的(嚙合)問(wèn)題,傳統(tǒng)設(shè)計(jì)由于其緊密的間隙,擠出機(jī)很容易受到損傷。MRS擠出機(jī)的設(shè)計(jì)尤其適用于聚酯瓶片再加工工藝,因?yàn)榫埘テ科ǔ:写治廴尽?/span>

 

MRS技術(shù)優(yōu)勢(shì)還包括100%聚酯除濕,增加材料的固有粘度。

 

生產(chǎn)加工過(guò)程中的在線測(cè)量和控制

 

在現(xiàn)今的生產(chǎn)加工中,監(jiān)測(cè)、記錄和分析加工參數(shù)是塑料加工的關(guān)鍵要素,例如,跟蹤與客戶投訴有關(guān)的問(wèn)題,或者對(duì)這些參數(shù)的變化作出更的反應(yīng)。通過(guò)這種監(jiān)控可以保證持續(xù)的高質(zhì)量產(chǎn)品。

 

在擠出過(guò)程中,影響終產(chǎn)品性能的重要因素包括熔體溫度、熔體粘度和機(jī)器內(nèi)的熔體壓力。通過(guò)監(jiān)控這些參數(shù)的變化,能夠監(jiān)測(cè)加熱器區(qū)域或冷卻風(fēng)扇的故障、原材料參數(shù)的變化和生產(chǎn)線的磨損情況。避免發(fā)生危險(xiǎn)的情況,比如迅速的壓力增高導(dǎo)致機(jī)器自動(dòng)停機(jī)。

 

通過(guò)使用熔體壓力傳感器和熔體溫度傳感器,利用已知的流量率和已知的模型,可以計(jì)算出液體的流動(dòng)阻力,并由此推斷出材料的動(dòng)態(tài)粘度。這種測(cè)量聚合物的平均分子量的方法能夠定義材料的物性特征,如彈性、拉伸或延伸。

 

通過(guò)持續(xù)測(cè)量熔體壓力和溫度實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制

 

在塑料加工中會(huì)使用熔體壓力傳感器,它的原理是利用介質(zhì)將壓力從熱環(huán)境傳遞到敏感的測(cè)量電子設(shè)備。與聚合物熔體接觸的膜片因熔體壓力而變形。這種變形讓毛細(xì)管中的液體將壓力傳遞到第二個(gè)膜片上,膜片上裝有惠斯通電橋傳感器,可以將變形轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。毛細(xì)管中的液體介質(zhì)通常是汞,但是在食品包裝制造中禁止使用汞填充傳感器。在這種情況下,可以選擇格諾斯的無(wú)汞傳感器。用對(duì)環(huán)境安全的介質(zhì)替代汞之后,熔體壓力傳感器可以應(yīng)用在所有行業(yè)應(yīng)用中,獲得所需精度測(cè)量,特別是在與食品接觸的包裝材料領(lǐng)域。格諾斯TF型熔體溫度傳感器適用于高靈敏度介質(zhì)的精確測(cè)量。陶瓷絕緣保證在任何時(shí)候都能直接測(cè)量熔體溫度,而不受周圍鋼部件(如法蘭筒或模具)溫度的影響。

 

通過(guò)格諾斯在線粘度計(jì)VIS實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制

 

在線粘度計(jì)VIS用于在線測(cè)量熔體粘度。通過(guò)高精度齒輪泵,少量聚合物熔體從主通道中進(jìn)入制造精密的毛細(xì)管槽中,完成熔體壓力和溫度的測(cè)量(在兩個(gè)不同位置)。經(jīng)過(guò)粘度計(jì)內(nèi)置計(jì)算程序,監(jiān)控顯示實(shí)時(shí)的剪切速率的值和相應(yīng)的粘度。

 

粘度計(jì)可安裝在兩個(gè)法蘭連接之間。熔體通道可根據(jù)客戶的要求設(shè)計(jì)0.5 - 2mm。該裝置包括泵驅(qū)動(dòng)器、泵、壓力傳感器、溫度傳感器以及控制和安裝計(jì)算程序的電子設(shè)備。通過(guò)用戶界面友好的觸摸屏實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程參數(shù)的現(xiàn)實(shí)、設(shè)置、評(píng)測(cè),或者直接集成到現(xiàn)有的控制系統(tǒng)中。

 

盡管輸入材料條件不同(殘余水分),在線粘度計(jì)VIS能夠在非常窄的帶寬內(nèi)保持熔體質(zhì)量。通過(guò)檢測(cè)熔體壓力和溫度,計(jì)算得到粘度值。粘度值作為控制值,自動(dòng)調(diào)節(jié)MRS擠出機(jī)下游的真空設(shè)備,從而保證恒定的熔體性能(粘度、分子量,以及由此產(chǎn)生的機(jī)械性能)。

 

熔體過(guò)濾

 

在聚合物進(jìn)入模具之前應(yīng)清除各種污染物,其目的是達(dá)到對(duì)透明度(板材)或拉伸強(qiáng)度(熱成型板材、捆扎帶)的更質(zhì)量要求,同時(shí)保護(hù)下游部件不受損壞。全自動(dòng)操作和壓力恒定格諾斯的旋轉(zhuǎn)熔體過(guò)濾系統(tǒng)能夠*勝任以上要求。

 

旋轉(zhuǎn)過(guò)濾系統(tǒng)由三個(gè)主要部分組成: 進(jìn)口模塊、出口模塊和在它們之間旋轉(zhuǎn)過(guò)濾盤。系統(tǒng)是金屬間密封,間隙非常狹小,表面十分平坦、堅(jiān)硬,保證與熔體接觸的所有部件均不與環(huán)境接觸(例如氧氣)。

 

濾網(wǎng)位于過(guò)濾盤中間的環(huán)形中穿過(guò)熔體流動(dòng)通道。當(dāng)熔體流經(jīng)濾網(wǎng)時(shí),污染物被攔截,壓差略有增加??刂葡到y(tǒng)對(duì)壓力的增加作出反應(yīng),將過(guò)濾盤轉(zhuǎn)位調(diào)整1-2個(gè)角度。

 

因此,濾網(wǎng)區(qū)域中污染物不斷地從熔體通道移出,而濾網(wǎng)區(qū)域中的干凈的熔體在不改變活性過(guò)濾區(qū)域的情況下被移進(jìn)熔體通道?;谶@種操作方式,過(guò)濾系統(tǒng)不斷地對(duì)過(guò)程和壓力進(jìn)行操作。通過(guò)過(guò)濾系統(tǒng)的壓差的變化值大可達(dá)2 bar

 

在重新進(jìn)入熔體通道之前,帶有污染物的濾網(wǎng)需要清洗。通過(guò)高壓部分沖凈系統(tǒng)清洗。已過(guò)濾的熔體從出口模塊中抽出,虹吸到液壓驅(qū)動(dòng)活塞中,然后在高壓下從后面射出,通過(guò)過(guò)濾盤和濾網(wǎng)進(jìn)入進(jìn)口模塊。沖凈壓力是經(jīng)過(guò)測(cè)量且可調(diào)節(jié)的,確保優(yōu)化。利用確定的高脈沖,每次僅清洗小部分(大約是濾網(wǎng)面積的1%)。

 

反沖洗活塞的沖程(=要使用的熔體量)和速度(=清洗強(qiáng)度)可以自由調(diào)節(jié),確保優(yōu)化。因此,一方面可實(shí)現(xiàn)有效的清潔,另一方面僅使用小量的熔體(反沖洗損失?。?。

 

基于這種操作模式,濾網(wǎng)達(dá)到100%的實(shí)際清洗,并可以重復(fù)使用,根據(jù)不同的過(guò)濾細(xì)度,可高達(dá)400倍。在某些應(yīng)用中,全自動(dòng)過(guò)濾(沒(méi)有任何操作員的注意)可能長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月。

 

應(yīng)用實(shí)例

 

通過(guò)使用MRS擠出機(jī),一家位于南美的纖維和聚合物制造商已經(jīng)去除了昂貴和復(fù)雜的預(yù)干燥和結(jié)晶材料的步驟。

 

該生產(chǎn)線是生產(chǎn)雙組分滌綸短纖維的生產(chǎn)線,總產(chǎn)能為每小時(shí)1.400公斤。

 

兩臺(tái)MRS擠出機(jī)的原料都是相同的PET瓶片。通過(guò)在每臺(tái)擠出機(jī)上設(shè)置不同的真空水平,他們將具有兩種不同粘度的PET聚合物熔體輸送到紡絲束。

 

從一種材料生產(chǎn)不同質(zhì)量的產(chǎn)品,這個(gè)*的加工工藝只能通過(guò)MRS擠出機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于纖維是由兩種不同粘度的成分制成的,因此有可能獲得非常接近天然纖維的性能曲線。

 

聚合物主流為900公斤/小時(shí)。來(lái)自MRS 130擠出機(jī)和第二道流體是500公斤/小時(shí)。另一部分熔體來(lái)自MRS 110擠出機(jī)。RSFgenius融化過(guò)濾系統(tǒng)將材料過(guò)濾到30μm。在紡錘掛前在線粘度計(jì)試試測(cè)量動(dòng)態(tài)粘度,。從在線粘度計(jì)到擠出機(jī)真空系統(tǒng)的控制回路確保了持續(xù)的預(yù)先設(shè)定的粘度。通過(guò)這種方式,保證產(chǎn)品的高質(zhì)量和一致性。

 

使用傳統(tǒng)的單螺桿擠出機(jī),材料在擠壓之前必須結(jié)晶和預(yù)干燥至50ppm,而MRS擠出機(jī)在擠壓之前不需要用熱空氣干燥材料,大幅度地降低了能耗。

 

MRS技術(shù)的比能耗比傳統(tǒng)技術(shù)低15% - 25%,避免使用干燥機(jī)和高真空系統(tǒng),增加工藝的靈活性,并將設(shè)備維護(hù)工作降至更低。

 

結(jié)論

 

新型MRS擠出系統(tǒng)具有*的熔體表面積交換率,是一種非常有效的聚合物熔體脫揮體系。多旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)大大提高了擴(kuò)散過(guò)程,使得從PET瓶片中制備短纖維而不需要對(duì)材料進(jìn)行預(yù)干燥成為可能。PET瓶片擠出機(jī)上生產(chǎn)的纖維也具有*的性能。

 

MRS擠出系統(tǒng)(包括多旋轉(zhuǎn)部分)是基于可靠和堅(jiān)固的單螺桿擠出機(jī)技術(shù)。因此,該系統(tǒng)非常適合處理高度污染的聚合物(例如二手回收料)。

 

由于MRS擠出系統(tǒng)要求輸入材料既不進(jìn)行預(yù)干燥,也不進(jìn)行結(jié)晶,因此該系統(tǒng)是更性價(jià)比的PET加工傳統(tǒng)技術(shù)的替代方案,工廠占地面積可減少25%,能源需求可減少25%。

 

基于多年來(lái)世界各地客戶的使用反饋,MRS已被證明是一種可靠且不需要維護(hù)的系統(tǒng),可用于各種不同的應(yīng)用領(lǐng)域。

 

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