挤出加工新技术拓展应用空间

一直以来,挤出被认为是耗能较高的加工方法之一,但随着技术的进步,挤出加工能效已经大大提高,与此同时,从各种高性能薄膜、板片材,到管材,不断创新的技术也让塑料的应用空间迅速拓展,例如,塑料薄膜的应用已从传统的包装应用,拓展到电池、光电模块等更广泛的巿场。Extrusion was seen as an energy demanding technology compared with other plastics processing methods. But it has become much more

特殊薄膜需求将更快发展
过去2年多时间内,全球双向拉伸薄膜生产线巿场蓬勃发展,尤其是在中国。在中国BOPP和BOPET薄膜行业,超过200条布鲁克纳公司(Brückner)生产线正在生产着高质量的双向拉伸塑料薄膜。中国也因此成为该公司在全球最大的单一巿场。
布鲁克纳预计2012/2013年,一般商品巿场的热潮会有一定程度的冷却,但对特殊薄膜生产线的兴趣和需求会逐渐增加,将带动对双向拉伸薄膜的需求会更大。在这方面,布鲁克纳可提供各种不同的生产线概念和技术发展。除了逐次拉伸技术之外,也发现对於最顶级质量的线性电机同步拉伸Lisim技术的需求也增加了。通过这种据称是全世界独有的技术,薄膜可在灵活调整拉伸比率下进行纵向和横向同步拉伸,它使用了像上海磁悬浮列车一样的线性电机技术。
中国未来的本地和出口巿场的新型薄膜应该更薄,更省原材料,或部分是由可再生和可生物降解的原料制成,其中一些趋势将会是超薄电容薄膜。电容器工业预期可受益於全球不断增加的消费品产业和繁荣的电子移动产业。因此生产由PP或PET制成的超薄电容器的薄膜生产商的前景也同样广阔乐观。布鲁克纳拥有近30条电容器薄膜生产线项目的技术经验。
在工业级和光学应用的PET厚膜方面,布鲁克纳也提供最大灵活性,技术包括:绝缘应用和柔性电路,从典型的50微米到150微米;PET薄膜的厚度范围达250微米,用於太阳能面板;光学薄膜级厚度达400微米。
为应对电子移动产业的未来需求,布鲁克纳目前正在研发不仅可用於所有类型的可携式设备,在未来还可以用於所有电动交通工具(EV),如电动自行车、小型摩托车和电动汽车的电池隔离膜。在试验生产线上,该公司能够制造出在所有拉伸模式下多达七层的各种薄膜类型。

布鲁克纳的线性电机同步拉伸Lisim技术广获垂青。
高速低收缩率EVA薄膜挤出技术
Breyer公司最新开发的挤出工艺可以在高速下生产EVA薄膜同时保持较低的收缩率。该工艺从一开始就避免薄膜产生大的张力,不需配置後期退火系统,不仅保证了薄膜生产的更高效益,也更有利於这类薄膜的销售。
对於光电模块的制造商而言,通过使用低收缩薄膜,他它们的复合设备可以运行得更稳定并达到最高速度。另外,由於EVA薄膜具有特殊设计的表面,膜卷在收卷时不需要在中间加PE薄膜。生产EVA薄膜有时候会用到的承载纸也不需要了。
由於产品特性改进和性能提高,这种EVA薄膜在封装薄膜及其复合流程中树立了一个全新的标准。总的来说,这一生产工艺可以称为“绿色EVA薄膜生产线”,因为其工艺节省了中间层和承载纸、不使用耗能的退火系统、采用闭环冷却回路并且挤出加工温度低。2010年1月底,采用新生产线生产的EVA封装薄膜的光电模块已经在德国莱茵技术通过测试。

戴维斯-标准与格诺斯合作开发再生PET免乾燥片材生产线。
无乾燥PET片材挤出系统
戴维斯-标准(Davis-Standard)与格诺斯(Gneuss)、挤出模头公司(EDI)及Scantech(厚度测量)公司合作开发了无乾燥PET片材挤出系统。这条片材线包括一台格诺斯MRS 90挤出机和带有格诺斯在线粘度计的旋转式熔体过滤器、宽度685毫米 (27寸)的EDI柔性模唇片材模头、采用独立驱动辊的XP-Express PS系列压光辊系统、抗静电辊涂布装置以及最大幅宽914毫米 (36寸)的卷塔式收卷机。
采用格诺斯MRS挤出技术,消费後回收的或者工业性的PET碎片经过混合料斗一次性混合输送,消除了生产热成型片材必需的结晶和乾燥过程。一经混合,树脂即由真空输送到格诺斯MRS挤出机的进料口进行加工。MRS可以高效地去除熔体流中的水蒸气和挥发性物质。除了降低操作成本以外,该设备加工PET热成型片材的加工速度据称能够达到每小时500-4500磅的水平。

世界上所能加工的最大共挤出模头。
100%PET碎片直接挤出工艺
意大利路易基邦德拉公司在吹塑薄膜、板片材、管材等多个挤出工艺领域都占据国际高端市场,并率先研发出使用100%回收PET料的双螺杆无乾燥系统成套片材直接挤出线,早在1999年就开始在欧洲推广。在PET片材挤出生产领域,邦德拉成功研发出一款基於专利HVTSE(高度真空双螺杆挤出)技术的全新PET片材挤出生产线。
该生产线配置长径比为52:1的新一代同向旋转双螺杆挤出机,可用於加工100%的PET碎片和破碎料(吸塑热成型骨架料)。由於这些材料在除湿前的初始含湿量非常高(可高达1.5%),除湿乾燥工艺非常复杂,通常需要数小时。而邦德拉新型挤出机应用独特的直接挤出技术,免去这些除湿乾燥等辅助配置的操作和管理,并显著缩短除湿乾燥时间。相比传统的单螺杆挤出机+除湿工艺,该生产线可节约18-20%的能耗,挤出产量也显著提高,产量可达500-2500kg/h。
可靠的排气与抽气装置配备大功率的真空泵,真空度可达10-15 mbar,能确保非常高的熔体清洁效率,且几乎无需维护保养。值得一提的是,邦德拉早在数年前就开始了这样的实验,并在2009年获得了FDA NOL证书。
除了PET材料,该生产线还完全适用於其他常用的热塑性包装材料,如PLA、PS、PP等,无需更换螺杆。在进行挤出生产时,该生产线几乎不会对片材的力学特性造成任何影响,并且能够将所制得的片材的特性粘度(IV)值的下降程度降低至最小,更换原材料组分、配方和颜色时也无需停机。
满足不同管道加工的需求
克劳斯玛菲和克劳斯玛菲-贝尔斯托夫从2006年开始在中国生产管材和型材挤出设备、橡胶挤出机及其下游部件。克劳斯玛菲-贝尔斯托夫提供用於PVC管材挤出的36D双螺杆挤出机、用於型材的32D双螺杆挤出机以及用於PO管材挤出的32D单螺杆挤出机。挤出机和下游设备适用於管径范围16-800毫米的标准PVC管材挤出,PO管材的挤出范围则由5-2,500毫米。
异向旋转双螺杆挤出机用於加工天然纤维增强的塑料如木塑复合材料(WPC)在全球范围已经很普遍。克劳斯玛菲-贝尔斯托夫提供的这一类型的挤出机具有多项优点,例如对抗粘性和磨蚀性磨损的最适宜的保护层、原料进行稳定、柔和加工。它们也是加工即用型配混料的理想解决方案。
高扭矩螺杆和长加工单元的组合保证了非常高的产量。特殊的螺杆几何设计对原料的处理柔和,即使是在高熔体压力下,也能够带来最佳温度的均质熔体。
管材冷却系统(IPC)可用於所有直径110-2500毫米的PO管材挤出生产线,生产SDR26系列的管材以及所有厚壁管。该系统为生产厚壁管的制造商带来了显著的效益,因为缩短的冷却段可减少固定资产投资多达40%,并且设备占地面积也显著减少。而换一种方式,该系统可使现有设备在不增加冷却长度的情况下产量提高达60%。IPC不需采用存在多种缺点的熔体侧面喂料方式。反之,熔体是从挤出机向管材模头对中无偏角输送。
据该公司透露,一家中国的薄膜制造商最近向其订购了一套由同向双螺杆挤出机和柔性的行星压延压光机组成的高性能设备。这条生产线将用於生产两面压花、应用於光电模块的高质量低收缩EVA太阳能薄膜。
克劳斯玛菲-贝尔斯托夫ZSFE双螺杆侧向喂料器的新型排气系统是和ZE UTX以及ZE UT系列的双螺杆挤出机共同使用的。该系统在加工带助剂的塑料时可以排除大量气体。根据填充剂的表观密度,产量与不带排气系统的侧向喂料器相比,可增加近两倍。

Entex行星螺杆技术的立体示意图。
Entex行星螺杆维稳
以生产行星螺杆挤出机闻名的Entex公司声称,一些对加工不利的条件,如由温度控制不稳定、原料配方波动导致的原料物理特性变动,如果使用其行星螺杆挤出机就可避免。
行星螺杆挤出机行星混炼段及其独特的结构在加工技术中起到主要作用。行星段的结构与行星齿轮在理念上很相似。工作原理是驱动中心螺杆,并通过其旋转将扭矩分配到机筒内的行星螺杆上。行星段的所有部件采用45°螺旋齿设计。
采用Entex的专利工艺,在一个最小壁厚2毫米、长度达1500毫米的经过预先硬化处理的钢质衬套上加工出45°螺旋齿。通过延伸中心螺杆的长度,可以增加额外的行星段(采用模块化设计)。通过这种类型的设计,Entex现在能够将许多不连续的生产过程调整成为一个集齐所有优点的连续的过程。
机筒衬套极薄的壁厚以及中心螺杆是取得精确温度控制的原因。通过引入增压水用於温度控制并且改进了水的流道设计,设定温度与原料温度的比值可以达到一个非常精确的水平。这样可以保证加工原料所需要的严格的温度控制。
由於行星系统的45°螺旋齿设计,在加工过程中,加工部件啮合产生连续的薄料层,各行星螺杆表面原料更迭不断进行。行星挤出机中心螺杆旋转360°能够产生相当於任何同样长度单螺杆或双螺杆挤出机五倍或更大的接触面积。
在行星挤出机中可很好地控制一些物理特性,如机械能或摩擦、压力、停留时间和比能量。只需改变行星螺杆的数量,就能够影响温度、比能量和压力。通过采用特定变化的行星螺杆或不同螺杆的组合,可控制熔体停留时间及机械能(摩擦)。

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