利用德國格諾斯MRS擠出概念的人造短纖維制造工藝

介紹

滌綸短纖越來越受歡迎。一是由于其優(yōu)良的機械性能，二是由于相對簡單的加工，三是由于相對較低的材料成本，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問題是原料PET的吸濕性。在儲存過程中，PET材料從周圍的空氣中吸收水分子。當(dāng)聚合物在擠出機中加工時，分子進入PET并打破鏈(水解)，降低材料的機械性能，使再加工變得困難。

制造工藝

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

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

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

塑料顆粒——通過混合和填料系統(tǒng)輸送到擠出機——是非織造布生產(chǎn)的主要基礎(chǔ)材料。擠出機使塑料熔體塑化和均化。塑料經(jīng)過濾后流入熔體泵。過濾系統(tǒng)包括真正的過濾介質(zhì)，主要是一個濾網(wǎng)，截留污染沉積物。過濾系統(tǒng)需要做到不影響生產(chǎn)，當(dāng)用一個被污染的濾網(wǎng)或濾芯更換一個干凈的濾網(wǎng)或濾芯時，不會中斷或減少熔體的流動。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。采用自旋包過濾器對流動剖面進行均勻化處理，以保證熔體的純度。這種過濾器通常由不同的金屬絲布層組成。熔體流動中的污染物會導(dǎo)致自旋包過濾器堵塞，因此需要不時更換。在更換時至少個別紡紗站必須停止運轉(zhuǎn)，在某些情況下甚至要停止整條生產(chǎn)線。

濾網(wǎng)越細（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濾器必須在熔體到達紡絲束過濾器前盡可能多地去除污染物，從而盡可能延長自旋包過濾器的使用壽命。

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)計差異很大。

MRS擠出概念的發(fā)展

MRS擠出機可以直接加工聚酯顆粒，無需進行預(yù)先干燥。在擠出過程中(熔體階段)，聚合物表面被大幅度地擴大并高速交換，從而使揮發(fā)物得以提取。

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

8個或10個（取決于不同的型號尺寸）小的擠出料筒，與主螺桿軸平行。

?30%筒體打開，確保聚合物在進入料筒時為良好的熔融狀態(tài)，實現(xiàn)不受限制的抽干。此外，可以實現(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個衛(wèi)星螺桿。

擠出機的*設(shè)計避免了傳統(tǒng)多軸或多螺桿設(shè)計中的(嚙合)問題，傳統(tǒng)設(shè)計由于其緊密的間隙，擠出機很容易受到損傷。MRS擠出機的設(shè)計尤其適用于聚酯瓶片再加工工藝，因為聚酯瓶片通常含有粗污染。

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

生產(chǎn)加工過程中的在線測量和控制

在現(xiàn)今的生產(chǎn)加工中，監(jiān)測、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)的問題，或者對這些參數(shù)的變化作出更快的反應(yīng)。通過這種監(jiān)控可以保證持續(xù)的高質(zhì)量產(chǎn)品。

在擠出過程中，影響終產(chǎn)品性能的重要因素包括熔體溫度、熔體粘度和機器內(nèi)的熔體壓力。通過監(jiān)控這些參數(shù)的變化，能夠監(jiān)測加熱器區(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)生危險的情況，比如迅速的壓力增高導(dǎo)致機器自動停機。

通過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，可以計算出液體的流動阻力，并由此推斷出材料的動態(tài)粘度。這種測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。

通過持續(xù)測量熔體壓力和溫度實現(xiàn)過程控制

在塑料加工中會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。這種變形讓毛細管中的液體將壓力傳遞到第二個膜片上，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。毛細管中的液體介質(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汞傳感器。用對環(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)的精確測量。陶瓷絕緣保證在任何時候都能直接測量熔體溫度，而不受周圍鋼部件(如法蘭筒或模具)溫度的影響。

通過格諾斯在線粘度計VIS實現(xiàn)過程控制

在線粘度計VIS用于在線測量熔體粘度。通過高精度齒輪泵，少量聚合物熔體從主通道中進入制造精密的毛細管槽中，完成熔體壓力和溫度的測量(在兩個不同位置)。經(jīng)過粘度計內(nèi)置計算程序，監(jiān)控顯示實時的剪切速率的值和相應(yīng)的粘度。

粘度計可安裝在兩個法蘭連接之間。熔體通道可根據(jù)客戶的要求設(shè)計0.5 - 2mm。該裝置包括泵驅(qū)動器、泵、壓力傳感器、溫度傳感器以及控制和安裝計算程序的電子設(shè)備。通過用戶界面友好的觸摸屏實現(xiàn)對過程參數(shù)的現(xiàn)實、設(shè)置、評測，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VIS能夠在非常窄的帶寬內(nèi)保持熔體質(zhì)量。通過檢測熔體壓力和溫度，計算得到粘度值。粘度值作為控制值，自動調(diào)節(jié)MRS擠出機下游的真空設(shè)備，從而保證恒定的熔體性能(粘度、分子量，以及由此產(chǎn)生的機械性能)。

熔體過濾

在聚合物進入模具之前應(yīng)清除各種污染物，其目的是達到對透明度(板材)或拉伸強度(熱成型板材、捆扎帶)的更高質(zhì)量要求，同時保護下游部件不受損壞。全自動操作和壓力恒定格諾斯的旋轉(zhuǎn)熔體過濾系統(tǒng)能夠*勝任以上要求。

旋轉(zhuǎn)過濾系統(tǒng)由三個主要部分組成: 進口模塊、出口模塊和在它們之間旋轉(zhuǎn)過濾盤。系統(tǒng)是金屬間密封，間隙非常狹小，表面十分平坦、堅硬，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)位于過濾盤中間的環(huán)形中穿過熔體流動通道。當(dāng)熔體流經(jīng)濾網(wǎng)時，污染物被攔截，壓差略有增加?？刂葡到y(tǒng)對壓力的增加作出反應(yīng)，將過濾盤轉(zhuǎn)位調(diào)整1-2個角度。

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濾區(qū)域的情況下被移進熔體通道?；谶@種操作方式，過濾系統(tǒng)不斷地對過程和壓力進行操作。通過過濾系統(tǒng)的壓差的變化值大可達2 bar。

在重新進入熔體通道之前，帶有污染物的濾網(wǎng)需要清洗。通過高壓部分沖凈系統(tǒng)清洗。已過濾的熔體從出口模塊中抽出，虹吸到液壓驅(qū)動活塞中，然后在高壓下從后面射出，通過過濾盤和濾網(wǎng)進入進口模塊。沖凈壓力是經(jīng)過測量且可調(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(=清洗強度)可以自由調(diào)節(jié)，確保優(yōu)化。因此，一方面可實現(xiàn)有效的清潔，另一方面僅使用小量的熔體（反沖洗損失小）。

基于這種操作模式，濾網(wǎng)達到100%的實際清洗，并可以重復(fù)使用，根據(jù)不同的過濾細度，可高達400倍。在某些應(yīng)用中，全自動過濾(沒有任何操作員的注意)可能長達幾個月。

應(yīng)用實例

通過使用MRS擠出機，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1.400公斤。

兩臺MRS擠出機的原料都是相同的PET瓶片。通過在每臺擠出機上設(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*的加工工藝只能通過MRS擠出機來實現(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。來自MRS 130擠出機和第二道流體是500公斤/小時。另一部分熔體來自MRS 110擠出機。RSFgenius融化過濾系統(tǒng)將材料過濾到30μm。在紡錘掛前在線粘度計試試測量動態(tài)粘度，。從在線粘度計到擠出機真空系統(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，材料在擠壓之前必須結(jié)晶和預(yù)干燥至50ppm，而MRS擠出機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%，避免使用干燥機和高真空系統(tǒng)，增加工藝的靈活性，并將設(shè)備維護工作降至更低。

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)大大提高了擴散過程，使得從PET瓶片中制備短纖維而不需要對材料進行預(yù)干燥成為可能。PET瓶片擠出機上生產(chǎn)的纖維也具有*的性能。

MRS擠出系統(tǒng)(包括多旋轉(zhuǎn)部分)是基于可靠和堅固的單螺桿擠出機技術(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行預(yù)干燥，也不進行結(jié)晶，因此該系統(tǒng)是更具性價比的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的系統(tǒng)，可用于各種不同的應(yīng)用領(lǐng)域。