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塑料挤出机 |
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突破传统挤出生产线概念 |
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作者： 来源：中国塑料橡胶 |
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多层技术实现更自如的功能设计
多层复合技术是利用具有中高阻隔性能的材料与其他包装材料复合，综合阻隔材料的高阻隔性与其他材料的廉价或特殊的力学、热学等其他性能，实现特定的功能需要。
一般地，多层共挤复合薄膜的结构取决于薄膜的功能需求。在满足工艺要求的前提下，通过不同聚合物的组合，实现包装材料的阻隔、热封、本体强度、抗穿刺、耐环境适性、二次加工特性、延长储藏和货架期等功能需求。若仅从功能需求分析，由五种聚合物形成的组合已足以满足需要，甚至有专家认为三层制品通过不同的材料设计已可以满足各种不同的需要。尽管如此，巿场上应用七层、九层、十层乃至更多层的共挤出复合薄膜，已成为一种趋势，并迅速发展。共挤出复合薄膜的结构设计正逐步要求能系统地达到集功能、技术、成本、环保、安全、二次加工于一体的理想境界，因此实现复合层数最大化的可能性成为供应商追求的技术之一，并已开始为部分用户所选用。
2006年初，巴顿菲尔?格罗斯特工程公司宣布其包括九台挤出机的十七层复合阻隔膜生产线开发成功，该生产线并将为公司的某客户进一步扩展为三十四层复合薄膜生产线。这一十七层复合薄膜生产线可生产从高度拉伸成形的薄膜到应用于小袋包装和可蒸煮包装袋的高阻隔薄膜。独特设计的九层或十七层膜集料器和普适性的模头，以及改进的流延膜生产设备都有助于降低昂贵的阻隔薄膜树脂的用量。该生产线应用了巴顿菲尔?格罗斯特工程公司的1011S卷绕设备。该设备可配以弹出式钢制卷芯或者设置在弹出式气压钢轴上的纸制卷芯来卷绕薄膜。这一十七层复合薄膜生产线已在用户工厂投产。
美国EDI挤出模头公司推出一种可能具有革命性的平模头系统。与常规的共挤模头相比，薄膜和涂膜的结构层数有数量级的提高，生产出带微层结构的产品，可以提高阻隔水分和气体的能力。
这项技术的基础是陶氏化学公司开发的“复合层倍增器”专利。EDI从陶氏化学公司取得了这个系统的使用许可。标准的生产配置是，由三台或更多台挤出机担任供料的角色，将熔体送入EDI的流线化共挤块，生产出均匀的多层“三明治”结构；然后将多层三明治结构中间产品送入EDI采用陶氏专利设计开发出来的复合层倍增装置。在复合层倍增装置中，分阶段进行复合层倍增操作，例如三层倍增为十二层，十二层倍增为四十八层。最终获得的微层结构中间产品送入EDI的共挤歧管，使产品的宽度达到生产要求。
据EDI介绍，采用微层技术后，共挤出工艺产生的结构层数远远超过标准的五层、七层或九层，其优点包括：改进阻隔性能、节约高成本物料、减少产品断裂以及实现新的性能组合等。相同的聚合物，分散为一层或两层，还是分散为许多超薄的层，对最终产品的性能有不同的影响。例如，采用复合层倍增器技术，无须减少原料中的刚性聚合物的组分，即可生产出更柔软的薄膜。还有一个好处就是，在后续的热成型工序中，可提高加工宽容度。
EDI总裁兼首席执行官Timothy C. Callahan说：“目前我们还不知道实际能达到的上限，但是我个人认为，有可能生产出80层的50微米薄膜。”EDI认为，阻隔性包装材料厂家未来会大量采用复合层倍增器技术。 
单键壁厚调整技术使得品种规格更换的效率大幅提升，并可节约大量原材料。
(相片提供Photo Courtesy: Breyer)
不同机器组合开拓特殊应用
在加工层数不断增加的同时，我们还看到另外一种技术趋势，这就是不同结构形式设备的结合，如单螺杆与双螺杆的结合、挤出机与注射机的结合等等。
双阶挤出机是国内加工商比较熟悉的一种单螺杆挤出机与双螺杆挤出机的组合结构。其结构形式通常为：第一阶为同向双螺杆混炼机，第二阶为单螺杆挤出机，两者构成双阶式复合机组。这一组合结构将同向双螺杆与单螺杆优势结合互补，双螺杆强制输送、高效塑化混炼与剪切分散，无机头背压回流，避免了高剪切过热；单螺杆高压挤出，但低速低剪切，同样回避了过热矛盾。通过双螺杆与单螺杆组合，将工艺过程功能分解，增加了独立操作变量，有利于各工艺过程的分步优化，广泛应用于各类热敏性物料体系及大容量脱挥等作业，如：PVC、XLPE、无卤阻燃电缆料、屏蔽料、高浓碳黑母料及橡胶脱水后处理作业等。
德国贝尔斯托夫公司最近将单螺杆挤出机和双螺杆挤出机组合的两套EPS（发泡聚苯乙烯）生产线ZE/KE Schaumtandex，出售给俄罗斯Pemoplex Holding公司。据Pemoplex Holding介绍，其EPS板产量占俄罗斯巿场份额的60%，引进该新生产线后年产能将大大提高，有利于实现占俄罗斯巿场份额90%的长期战略目标。这两套生产线分别为Schaumtandex ZE60/KE150和ZE75/KE250，总产量为1000kg/h。公司还从贝尔斯托夫订购了第三套生产线ZE60/KE150。
贝尔斯托夫的级联挤出生产线使用了一台同向旋转的双螺杆挤出机作为一次挤出机。这台双螺杆挤出机卓越的混合效率使其不仅能够加工含有多种组份的配方，而且可以使用CO2等环保型发泡剂。据贝尔斯托夫公司介绍：“现在，我们在XPS生产线上使用ZE 60到ZE 130的双螺杆挤出机，最高产量可达2000kg/h。”对于高于1000kg/h的产量，二次挤出机设计为型号KE 400的大型单螺杆挤出机，从而进一步均化混合了发泡剂的200℃的热 PS熔体，然后将它冷却到110℃。据介绍，XPS生产线的另一个独特的卖点是，该生产线拥有由三台独立的泵组成的分别注射三种不同的发泡剂的优化的泵系统，以及经优化防腐保护的、采用特种钢制成的螺杆和料筒。此外，以水作为二次挤出机的温度控制介质，再加上料筒的特殊设计，使二次挤出机可以获得最佳的冷却能力。
挤出机与其他设备的组合同样是巿场充分发挥两种不同技术优势的趋势之一。最近，Krauss-Maffei推出一种双螺杆挤出机与注射机相结合的新技术。Krauss-Maffei公司将其MX系列的合模机构与双螺杆挤出机组合成注塑配混机（IMC）。MX系列合模机构的主要变化是锁紧力和合模力由运动侧产生，立柱不再运动。与以前的系列相比，采用新系统，干燥周期时间缩短了30%以上。固定平板和喷嘴区很容易接近。由于采用了特殊的结构，可由单块运动平板向模具均匀施加合模力。即使模具重量很大也能达到极高的平板平行度，因为平板支撑和导向装置的尺寸很大。MX系列合模机构采用模块设计，所以其可以和一个双螺杆挤出机组合在一起，形成一个注塑配混机（IMC）。在NPE 2006展览会上该公司展出一台KM 1300-6100 MX/IMC，用于生产一个汽车工业应用示例的制品。 
新型“层倍增器”技术使得高达80层的经济成型技术成为可能。
(相片提供Photo Courtesy: DIE)
高效控制技术实现增效降耗
对于挤出技术而言，经常会涉及到同一设备生产不同规格的问题，如管材规格的变化，板材或薄膜厚度的变化等。通常，生产中改变产品规格即意味着损失时间和成本。面对买方巿场，要避免定单流失，如何优化产品规格改变造成的难题，成为塑料挤出行业具有挑战性的问题。如果能够解决，就可节约大量的时间和成本，也就意味着更具竞争力。
伊诺艾克斯公司推出的自动变径系统在第一时间里提供了技术上解决管材规格调整的办法。它只需简单的对生产线进行改造就可获得相当的经济效益。系统的核心是一个活性定径套，它可在保持使用原有模头情况下改变管径尺寸和它们的压力等级，可适用于外径为32-400mm的聚烯烃管材。自动变径系统采用模块式结构，可以通过一个控制器动态地或自动地改变管材的规格。系统组成中的“活性定径套”和“活性密封套”可以替代传统工艺中的各种可调式定径套和传统的密封套。系统可以实现在线改变生产规格，所需时间更短，也更方便。系统可以方便的整合，不需考虑挤出机的型号，只要对下游设备进行最小化的更改，而最大化的替代了传统设备对不同尺寸更换的处理。
对于多层复合薄膜加工而言，适应不同规格调整的工艺调节更为复杂，也意味着更多的时间和成本浪费。Breyer开发的独特间距调节系统在用于薄膜挤出时能给用户带来实实在在的好处：该系统具有首创的自动薄膜厚度设定功能。在全新的操作模式下，通过简单地改变挤出速度就可精确自动调节间距。操作人员按新产品的厚度在触摸屏上改变速度值，仅在数秒内就可将产品设定到所需的厚度。与传统的间距调节系统（在完成间距调节后，需要操作人员再另外调节速度）相比，其在时间和成本上具有显著的优势。
该系统可将间距设定值设定在0-100mm之间，精度不产生任何变化。但对于薄膜挤出而言，设定范围一般在0.1 到2mm之间。通过彩色触摸屏输入设定值，按下按钮后间距立即发生变化。此外，堆积熔体可在预先可调的抬举间距下通过，同样只需按下按钮。
与巿场上其他解决方案相比，BREYER在生产速度、精度和用户舒适性方面都取得了突破性进展。该间距调节新技术为用户提供了更大的自由度，在产品厚度调整速度和精度控制方面建立了新的标准。
双螺杆挤出机与注射技术的组合为塑料加工提供一种全新的解决方案。
(相片提供Photo Courtesy: Krauss Maffei)
国内挤出新技术层出不穷
在新型挤出机研究领域，国内企业与科研院所同样在进行不懈地开发与探索。
北京化工大学开发的CPJ系列串联式磨盘螺杆挤出机组综合了单螺杆挤出机和磨盘挤出机的原理，不仅具备单螺杆挤出机结构简单、挤出压力高、可以承载大扭矩的优点，而且具备磨盘挤出机超强的破碎、分散、剪切、混合和塑化性能优势，同时还可通过动盘和定盘的结构型式选择、间隙调节以及工艺条件的变化等手段实现对混炼工艺过程进行控制。此外，在该机内还设置有特殊结构的排气装置和可以计量控制的强制喂料装置，因此具有高效、多功能的特点，用它可以制取一般混炼装置难以加工的特殊高分子材料和高填充复合材料。这一产品如今已经开发出了多个不同系列，并已进行了多种难加工物料的加工与成型研究。
利用共混的方法对通用塑料进行改性，提高其综合性能或赋予特殊功能，始终是挤出领域广泛采用并深入研究的一项技术。北京化工大学开发出一种首创的三螺杆挤出机，其三根螺杆呈三角形排列，通过都是三头螺纹元件的三根螺杆的等间隙全啮合所构成的三个啮合区和独有的中心区，实现对物料的多次剪切和混炼，获得对填充材料的微粒化和均一分散。据介绍，由于三角形排列的三根螺杆的运转相当于三对双螺杆同时运作，其塑炼作用相当于双螺杆的三倍。该装置采用“内外齿轮一体”的传动设计形式，使结构紧凑，消除了其间的联接环节，提高了工作的可靠性；末级输出齿轮采用局部对称支撑结构，有效地减少了轴变形对齿轮啮合的偏载影响；整体设计突破中心距限定的空间，较好地兼顾了承载、扭矩分配和使用寿命等技术特性。为实现三根螺杆真正意义上的等间隙啮合，本技术采用法向修正法设计螺纹曲线；采用了“端面结合误差修正”技术，实现不同螺纹元件组合过程中的平滑过渡，保证螺纹元件的互换性。
挤出生产线领域的技术创新涉及到挤出主机、各种成型辅机、配套模头、自动控制装置等不同领域。笔者相信，这些创新技术将为塑料加工业的发展以及塑料应用领域的进一步拓展掀开新的一页。 (end)
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(投稿)
(1/1/2007) |
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