不预干燥也能挤出PET吗？

作者：Walter Michaeli和Torsen Schmitz    来源：PT现代塑料

欢迎访问e展厅 展厅 2 塑料挤出机展厅 片材生产线, 单螺杆挤出机, 双螺杆挤出机, 板材生产线, 木塑挤出机, ... 在过去几年里，PET市场呈现出快速增长的特征。每个人看起来在谈论这种材料，就在不太久之前，PET在普通塑料中为自己求得了一个稳固的地位。PET据称有大量突出的性能，这对其的成功应用也起着重要的作用，包括卓越的机械性能数据、良好耐高温性、对蒸汽、氧气和带气味溶剂的高阻隔性、以及优良的透明性。这一套性能使PET特别适合于高档次包装用途的理想产品。 市场对PET的需求持续高涨，所以对这种材料及其加工的研究从未间断。德国塑料加工研究院（IKV）与劳芬豪舍（Reifenhaeuser）公司在一个项目上已经合作了两年，目标是利用排气过程，无需进行任何预先干燥，而加工PET。在IKV的一台60mm挤出生产线上进行了仔细的测试(图1)。由该项目得出的所有技艺被融入到随后出现的80mm挤出生产线的理念和设计当中，此机器将很快地在劳芬豪舍的试验车间中运行。本文对迄今所完成研究而得出的一些重要结果进行回顾，同时列出了今后需求深入发展的地方。 避免链分解 加工PET时的大挑战之一是要抑制氧化、机械分解、热学分解和最重要的水解作用，以及由此产生的分子量减少。分子量减小通常伴有整体性能的严重退化。在传统PET加工中，原料的预干燥是必不可少的。干燥一般在较低露点下靠热风完成。干燥时间可能长达6小时，据许多原料生产商反映，水含量会在50ppm以下。因为干燥的热胶粒易于迅速吸收水分，所以应当利用热风把胶粒传送到挤出机中。有关文献的数据高达3-8ppm/分钟（粒料）和40ppm/分钟（粉料)，依散料的具体尺寸而变化。 预干燥进行分散 排气技术是对预干燥的真正替代，或者说至少是对它的一个切合实际的补充。在本文，我们必须首先对PVC粉料加工常用的漏斗式排气方法和许多应用领域广泛应用的从聚合物熔体中去除挥发性成分的熔体排气方法区别开来。两种概念在IKV的试验车间装置里都被实践。 斗式排气 斗式排气基本上被用于在漏斗系统储存时，从散料中抽出表面的水分。当处理表面积与体积之比高的薄片时，它是特别有效的。 然而实验显示，即使是在处理未干燥的胶粒时，斗式排气仍起着重要的作用。这可能产生两种现象 ：一是加料段材料受热，同时胶粒中水分扩散率提高，加速水分的排出 ；二是避免了在 1mbar压力（漏斗中测得）之下的氧化分解。 熔体排气 为了评价熔体排气过程，用干燥物料的传统加工方法对尺寸作用、生产和工艺参数进行检查和比较。为了防止干燥胶粒逐渐冷却时工艺条件的任何变化，在干燥（170℃、露点-40℃，6小时）之后胶粒被冷却至室温，压力为1mbar，然后被加工。一个模块化插入式螺杆系统与可锁合的排口一起，能够在排气试验中变化尺寸参数。图2显示的为三次、两次和一次排气试验，深螺纹排气区的长度相应得到调节。测试是针对含水量约为1000ppm的PET、在不同的加工量和套筒温度下进行的。 在一个专门设计的熔体流变计上，并通过薄膜扁平模头，对压力损失进行测量。同时对熔体温度进行测量，它是在三个点上进行连续记录，三点全都位于熔体流道的中间。除了这些数据以外，在项目的持续过程当中，试样也要经历化学分析，目的是将在行业中常用的自身粘度（溶液粘度）当作评估的附加标准。然而，基础试验已经表明，在线测得的数据实确实与自身粘度有着很大的关联，这意味着良好的评估标准已经存在于项目的这个阶段。 作为评估标准的压力损失 当评估测试数据时，一个事实变得很清楚：流变计中测得的粘度和与体积流动有关的扁平模头压力损失以极为相似的方式表现。明显地，任一个测量结果可以被用来评估测试。扁平模头的额定压力损失被最后选定，因为模头是任何理想截面的压力消耗者，这基本在任何挤出生产线上都是存在的。这意味着拥有熔体泵（测量体积流量）、熔体压力和温度测量系统的任何加工者都能利用这种评估标准。 排气测试的结果 就单排气的结构而言，熔体排气被发现是不可能的，因为排气区的螺槽体积不足以和膨胀的材料相适应，这意味着在低的排气压力之下，一些熔体从排气口逸出。图中清楚表明，在相对较宽的温度范围内3倍排气所获得的额定压力损失要比在预干燥情况时高出。对于2倍排气，没有观察到这种作用，表明加工未预干燥的材料是绝对可能的，在一些情况下，甚至还能获得比有着预干燥作用更高的粘度。 排气压力的影响 对PET的试验表明，在所施排气压力（泵的过滤装置中测得）和所得额定压力损耗（模头）之间有着实际上线性关系。依靠排气压力，所以有可能特别地影响粘度。这种现象已经应用在了一些工业场合中，来控制粘度及聚合浓缩物的平均分子量。这个步骤对于多数用户有着明显的缺点，因为从技术设备的角度来说是较为复杂的。所用熔体流变计易于提供错误的测量值，因为随时间会积累沉淀。所以在线流变计的测量值和扁平模头之间的关系，以及与自身粘度的相互关系代表着走向在线控制聚合浓缩物分子量的重要一步，基本上任何加工者都能以简单的手段来实施此方法。 控制和调节分子量 为了完成对分子量的在线控制，可以在一定体积流量的情况下对流道形状（如在挤出模头中）的压力消耗进行测量。因为流道性能和熔体温度之间的关系，后者必须在一系列的测试中有特别的不同。由此，针对各个点，可以进行对特定压力损失和自身粘度之间关系的离线测量。从这里，可以绘出目标曲线，把所期望的最小压力损失与每个熔体温度对应。当生产在运转时，只要数值低于必要水平，控制系统能发出错误警报。 依靠熔体排气，有可能将这种测试扩展到闭环控制回路。特别是当处理未干燥原料时，这种可能性起着极重要的作用。在水含量中也经常有着巨大的差别，对熔融过程中发生的水解起着重要的影响，当熔体进入排气段时，会导致分子量的剧烈波动。如果排气过程保持稳定，这也将引起产品质量的很大变化。在试验之前必须确定的某一工艺窗口当中，有可能通过对排气压力的专门控制，来保持整个工艺的品质稳定，而不管水含量和材料的分子量。 结论及展望：研究表明，借助排气，在60mm单螺杆挤出机上处理水含量约1000ppm的未干燥胶粒是可能的。更多的试验将更近距离地留意本身粘度和熔体粘度之间的相互关系，将彻底检查漏斗式排气，并扩大试验中所用材料的范围。而且，新型平膜模头将很快地被综合到生产高档次薄膜的现有生产线当中，所以分析可以被延伸至将机械测试包括其中。在劳芬豪舍试验车间里80mm生产线的起用，和由该装置完成的试验，代表着从所得专业知识向工业实践的直接转化。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/27/2005)