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        模塊化概念讓PET回收“耳目一新”

        發布者:bjzedao 發布日期:2015-08-28

        模塊化概念讓PET回收“耳目一新”

        來源:榮格

        發布時間:2015年7月27日下午 08:07:20

        在纖維和薄膜等半成品的制造過程中,可回收再用作原材料的廢料在整個鏈中不斷地產生。出于水解聚合物降解的原因,PET回收對廠房建設來說是一個特殊的挑戰。 

        聚烯烴的加工在很大程度上解決了這一回收任務。目前,市場上有很多可行的理念可用于完成聚烯烴的回收并產生高質量的粒子,PET回收的狀況則有所不同。通常來說,聚烯烴解決方案并不適用于PET的特殊性能。    

        聚酯原料的問題之一是其分子對濕度有著巨大的親和力,這一點表現在它在擠出機里加工時的分子鏈會變短(水解),這顯著降低了聚合物的機械性能。當使用瓶片之時,由德國巴特恩豪森的格諾斯塑料技術有限公司提供的多旋轉系統(MRS),被證明是解決這一問題的有效方法。利用超大的聚合物表面和簡易的真空裝置,積聚的水分在擠出工藝中被排出并使降解過程逆轉。

        在PET薄膜的熱成型過程中,通常采用成熟的工藝研磨沖壓廢料并立刻將其投入工藝。較低的特性粘度(IV)值(IV值決定了成品的物理和機械性能)可通過高IV值材料(如:瓶片、高IV碎片等)進行補償。

        但是,如果是由PET制成的雙軸取向薄膜或纖維,其廢料的再加工則變得更加困難,這主要由廢料超低的體積密度造成。廢料的體積密度通常低于100克/升,因此它們在重新回到擠出機(圖1)時存在很大的困難。

        典型的纖維回收廢料

        圖1 典型的纖維回收廢料(圖片來源:格諾斯)

        這些工業廢料包括雙軸取向PET薄膜或纖維,它們不采取額外的措施就無法通過擠出工藝進行加工。

        這兩種廢料**先被粉碎,直至適合加料為止。多種機器概念均適用于該工藝步驟。

        用粉碎機或切碎機進行初步粉碎

        粉碎方法之一是使用粉碎機。粉碎機可裝載整包可回收材料并粉碎纖維或薄膜。適用于該任務的粉碎機應配備一個旋轉軸,其上裝有多個刀片并在旋轉過程中朝向固定的刃口。

        該機器通常還配備一個液壓推桿,用于將進給的廢料壓在轉子上,從而調節該系統的產量(圖2)。該轉子的旋轉速度和圓周速度往往較低,從而將聚合物的熱應力限定在一定范圍內。

        粉碎機

        圖2 粉碎機(WLK 1500單軸粉碎機)可用于粉碎整包材料(圖片來源:Weima)

        裝置的堅固性是該方法的另一大特點——機器裝滿料也可正常啟動,即使大塊的廢料也可順利粉碎而不造成重大損傷。因此,清洗料也可用作進料(圖3)。

        粉碎機轉子

        圖3 粉碎機轉子:選用法奧迪抗磨損焊條的F型轉子(圖片來源:Weima)

        粉碎之后的下一道工序通常是篩選——它們決定了停留時間以及卸料的大小。顆粒大小為40毫米或以上的料粒較為適合運輸。

        切碎機帶來更干凈的切口。它們也通過轉子工作,但旋轉速度和圓周速度更高,并且沿著固定的刀片切割進料(圖4和圖5)。這些機器均配備自動給料裝置,因此長纖維或薄膜在進料之前**被分成小份。機器在粉碎倉裝滿料的情況下無法啟動,而加入水口料則會導致刀片損壞。此外,細切賦予材料更佳的給料能力,從而為后續加工帶來更多優勢。盡管大小固定,該方法仍可能出松散的料粒。

        切碎機用于初步粉碎

        圖4 切碎機用于初步粉碎(圖片來源:Herbold Meckesheim)

        通過這種方法制備的料粒既可直接加入擠出機也可在后續工藝步驟中進行壓制。完成這道工序也有兩種不同的方法。

        切碎機轉子

        圖5 切碎機轉子(圖片來源:Herbold Meckesheim)

        團塊或粒料進料

        在團塊的情況下,料粒通常會在螺塞的幫助下進入旋轉料盤和靜止料盤之間的間隙。摩擦熱將熔化并壓制材料。該方法的缺點之一是可能會產生較高的熱應力,從而對分子量以及PET的機械性能產生不良影響。

        料粒的表現形式基本與其在配備剪切攪拌器的大型容器里時無異,而聚合物的熱應力則可能導致黃度指數的增加和分子量的降低。這也是為什么團塊通常與聚烯烴組合使用,因為它們在大多數情況下無法為PET的特殊性能留出足夠的余量。

        邊料回收廠的制粒過程則溫和得多。首先,進料通過特制的帶孔模具進行擠壓和壓制。在這一工藝過程中,易于加料和加工的新料粒從加料性能差的原始粒料中產生。這一工藝步驟也適用于在后續擠出工序中向纖維或薄膜廢料中加入瓶片、新塑料、添加劑或類似組分的情況。

        如果無需添加助劑,那么粒料或碎片不能在螺塞等壓制單元的輔助下直接加入擠出機也就毫無道理。大量料粒完成了壓制,并且排出空氣,同時還為擠出機提供了加工所需的體積密度。

        通過格諾斯MRS擠出機加工纖維廢料不僅具有排出吸附水分的優點,而且不會產生嚴重的分子降解現象。紡紗廠使用的紡絲油和其它添加劑也在脫氣階段被除去。

        *終的熔化物可在后續的擠出工藝中過濾掉12微米以下的顆粒,從而使生成的顆粒在紡紗廠工藝中直接再次使用。

        MRS擠出概念

        MRS擠出機可直接加工非結晶聚酯粒料而無需預干燥,但它需要在擠出過程中多次擴大聚合物表面并迅速更換,從而為揮發性物質的釋放提供可用的新表面。

        MRS擠出機基本上是一個帶有特殊脫氣區的單螺桿擠出機。聚合物熔流被裝入一個龐大的旋轉式單螺桿套筒(圖6)。套筒內有八個鉆孔,其中的進料螺桿沿著旋轉軸沿線分布。

        多旋轉階段

        圖6 多旋轉階段(上)以及多旋轉階段和卸料螺桿的過渡(下)

        這些螺桿經由環形齒輪驅動。它們在擠出機料筒相反的方向上打開旋轉的圓形路徑,從而不成比例地增強了熔體的表面交換效果。

        這些位于多旋轉系統套筒里的料筒在外部區域打開約30%,從而確保了熔體的**路徑并且順利進行脫氣。由于與熔體接觸的所有表面的溫度均易于控制,熔體的目標溫度控制也成為可能。

        利用專有的多軸剖面,擠出套筒帶來了超大的聚合物表面以及首屈一指的脫氣性能(即使真空度僅為20-40毫巴)。因此,它能夠對水分含量高達為1%的未干燥瓶片或料粒進行加工。

        該脫氣技術的基本配置基于單螺桿健全而又成熟的概念。多軸剖面有八個同軸排列的單螺桿擠出機。因此,MRS擠出機避免了多軸螺桿概念的諸多問題——由于齒輪間隙小螺桿更為敏感的問題。

        MRS技術的其他優勢還包括聚酯***除濕和恒定的特性粘度。

        通過利用多旋轉元件,可用于脫氣的表面比市場上常見的擠出系統表面大許多倍。例如,用MRS技術產生的熔體交換表面與同向旋轉雙螺桿相比大了約25倍(圖7)。

        排氣性能

        圖7 排氣性能(圖6-8由格諾斯提供)

        該材料經過仔細加工,因此成品具有極高的質量,如就黃度指數而言。

        與其他多軸技術相比,MRS的迷人之處還在于其緊湊和強大的配置。旋轉螺桿通過單獨的軸承運行,類似于具有多個單螺桿的套筒。

        脫氣技術采用模塊化設計。憑借出色的效率,它能夠**適應各個作業的需求。MRS的不同模塊的長度和配置均可以更改。

        排氣區粘度的增加可通過不同的真空度進行影響和控制。**壓力對所得粘度的影響非常顯著。**壓力降低時,成型之前的熔體粘度增加非常明顯。

        在線粘度測量

        憑借熔體壓力和溫度傳感器的巧妙互連,當熔流和幾何結構已知時,液體的流動阻力以及材料的動態粘度也得以確定。這是測量聚合物平均分子量的方法之一,從而表征出其機械性能,如彈性和拉伸性能。

        在線粘度計VIS專為在線測量熔體粘度而設計。在高精度耐壓齒輪泵的幫助下,從主熔體通道取出一小部分聚合物熔流,隨后打到高精度加工出的狹縫毛細管中。熔體溫度和熔體壓力(兩個地方的測量數值)均被記錄下來。根據內部計算,在線粘度計記錄了代表性的剪切速度和相應的代表性的粘度值。

        熔體通道可根據客戶的規格要求設計為0.5-2毫米。完整的機器單元包括泵驅動、泵、壓力傳感器、溫度傳感器和控制器。工藝參數、評測結果和顯示畫面既可在易于操作的觸摸面板上進行設置,也可集成到現有的控制器里。

        在線粘度計VIS的技術配置

        圖8 在線粘度計VIS的技術配置

        通過利用在線粘度計VIS,即使輸入條件(濕度)在聚酯加工期間不斷變化,熔體質量也可保持在極小的公差范圍內。當粘度在壓力和溫度傳感器的輔助下被記錄下來之后,位于排氣區的真空也經過調節以保持成品的性能(粘度、分子量以及機械性能等)(圖8)。

        熔體過濾

        加工回收廢料時,過濾是保證質量和經濟性的一個重要因素。格諾斯旋轉過濾系統完全自動工作,以恒定的壓力和工藝帶來純凈的高品質熔體。

        旋轉過濾系統基本上由三部分組成——入口塊、出口塊以及兩者之間的旋轉過濾盤。密封件是一個金屬對金屬的密封件,金屬表面非常堅固平坦。所有與熔體接觸的部件均完全密封,以杜絕環境的影響,如氧氣等。

        沿著熔體通道移動的過濾元件在過濾盤上同軸排列。當塑料熔體流經濾網時,污物顆粒沉積于其上,同時壓差略有增加??刂破鲗毫ι仙a生反應并在必要時將過濾盤推進約1°。因此,當變臟的濾網不斷移出熔體通道時,全新的濾網被不斷移入熔體通道,而無需頻繁更換濾網。該方法使過濾系統一直在恒定的工藝和壓力下進行工作。過濾器(ΔP)的壓差變化**為2巴(圖9)。

        旋轉式過濾系統RSFgenius的技術配置

        圖9 旋轉式過濾系統RSFgenius的技術配置(圖片來源:格諾斯

        變臟的過濾元件在重新進入熔體通道之前已經過清潔。它采用高壓連續自潔的方式除去污垢。為了做到這一點,已過濾的熔體被慢慢地運出過濾系統的卸料通道并裝入一個液壓操作的注射容器,隨后在約30-80巴的高壓條件下從后面穿過過濾盤和過濾元件并射入入口塊,**以可控的方式從那里移除。在不同的情況下,通常只有一小部分(約1%的篩面)能夠清洗干凈,因而需要固定的高脈沖用于清潔。

        配備多旋轉擠出機、旋轉式過濾系統RSFgenius和在線粘度計VIS的MRS擠出系統

        圖10 配備多旋轉擠出機、旋轉式過濾系統RSFgenius和在線粘度計VIS的MRS擠出系統(圖片來源:格諾斯)

        這種工作方式能夠完全清潔過濾元件。根據過濾精度的不同,這些元件還能夠重復使用高達400次,即長達1個月的全自動過濾而無需任何勞工投入(圖10)。

        工業廢料回收

        格諾斯工業廢料回收的一個重要元素是結合MRS擠出機的單一組件的模塊化配置(圖11)。集成了**組合的各種模塊均通過同一平臺進行設置。根據不同的進料產品和需求概況,粉碎、擠壓和擠出單元被集成在一個系統里,從而為用戶提供*優的系統解決方案。

        模塊化工業廢料回收概念

        圖11 模塊化工業廢料回收概念(圖片來源:格諾斯)

        擠出工藝完成后,可根據產量的不同以簡易拉條切粒、水下拉條切?;蛩虑辛5姆绞綄⑷垠w加工成料粒。通過添加廢料、其它基礎材料、添加劑或母料等方案直接薄膜也成為可能。無論是造粒系統還是完整的薄膜線均為“交鑰匙”解決方案。格諾斯曾與**的系統工程師在加工熔體纖維(無紡布、BCF、短纖維等)領域合作多年,他們還可以將可回收擠出系統集成到現有的纖維系統里以提供***的解決方案。

        工業廢料的擠出工藝鏈

        圖12 工業廢料的擠出工藝鏈(圖片來源:格諾斯)

        模塊化設計的優勢顯而易見:用于擠出機進料的**工藝適用于各種廢料。MRS能夠去除水分、紡絲油或其他附著的揮發性成分和固體污染物。10微米以下的物質也在后續的過濾過程中被除去,因此其所產生的熔體的性能幾乎與新產品一致(圖12)。

         

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