德國(guó)格諾斯模塊化循環(huán)利用系統(tǒng)

在半成品(如纖維或薄膜)的生產(chǎn)過程中，可回收再利用的廢物作為原材料在整個(gè)生產(chǎn)過程中被重復(fù)生產(chǎn)。回收廢物減少了對(duì)原材料的需求，從而節(jié)省了生產(chǎn)成本。

如果這些產(chǎn)品是由聚烯烴（polyolefins）制成的，回收是容易完成的?，F(xiàn)今市場(chǎng)上有很多產(chǎn)品能夠滿足此功能，并生產(chǎn)加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品。

但是，市場(chǎng)上并沒有多少對(duì)聚酯(PET)或PET/PE雙組分的解決方案。

聚烯烴溶液通常不適應(yīng)于PET的特殊性能。

對(duì)于聚酯原料的加工，一個(gè)問題是聚酯分子對(duì)濕度敏感。在擠出加工過程中，縮短分子(水解)大大降低了聚合物的機(jī)械性能。加工聚酯瓶片時(shí)，使用多重旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(MRS)可以成功的解決這個(gè)問題。增加聚合物表面面積以及制造真空環(huán)境，能夠在擠出的過程中去除水分子，讓受損的聚酯分子鏈得以自我重建。

在熱成型PET薄膜的生產(chǎn)過程中，可以設(shè)定既定工藝，立即將沖壓廢料磨回，然后直接返回生產(chǎn)過程。那些低IV值的產(chǎn)品通過添加高質(zhì)量的新產(chǎn)品得到了補(bǔ)償。

高度硅化膜的生產(chǎn)有更大的問題。

由聚酯（PET）為原料的雙向拉伸薄膜或者纖維，在處理其生產(chǎn)廢料更加困難。這主要是由于廢料的“容重”很低，通常不到100克/升。當(dāng)這些廢料返回?cái)D出機(jī)時(shí)非常難以處理。

如果不增加額外的措施，這種由聚酯（PET）為原料的雙向拉伸薄膜或者纖維的廢料不能進(jìn)行擠出加工。

這兩種類型的廢物必須首先粉碎，加入適合劑量的添加劑。在這個(gè)過程步驟中需要有各種輔助設(shè)備。

2. 初級(jí)加工粉碎

2.1 粉碎機(jī)

使用碎紙機(jī)是方法之一。這種設(shè)備可以裝載整包的可回收材料，然后將纖維或薄膜撕成更小的碎片。這種碎紙機(jī)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，幾個(gè)刀片被連接到旋轉(zhuǎn)軸上，并在旋轉(zhuǎn)過程中導(dǎo)向固定的切削刃。

這臺(tái)機(jī)器通常帶有一個(gè)液壓推料機(jī)，把進(jìn)料廢料壓在轉(zhuǎn)子上，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量。

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和圓周轉(zhuǎn)速都比較低，碎紙機(jī)的結(jié)構(gòu)也非常堅(jiān)固。

這樣的設(shè)計(jì)限制了聚合物的熱應(yīng)力。

設(shè)備的另一個(gè)特點(diǎn)是堅(jiān)固性，機(jī)器能夠在裝滿時(shí)啟動(dòng)，即使是未經(jīng)處理的大塊的廢料也可以直接粉碎，同時(shí)可以清洗喂料的材料。

通常在粉碎后會(huì)使用篩子，篩子決定了停留時(shí)間，因此也決定了物料的大小。顆粒大小通常在40毫米左右或更大，生產(chǎn)出的顆粒可以更好的進(jìn)行運(yùn)輸。

2.2 切碎機(jī)

切割機(jī)進(jìn)行干凈地切割。這種設(shè)備也通過轉(zhuǎn)子工作，但是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和圓周轉(zhuǎn)速更高，利用固定的葉片進(jìn)行切割。這種設(shè)備是自動(dòng)喂料的，在喂料前需要切割連續(xù)的纖維和薄膜。另外，設(shè)備不能在加滿的情況下啟動(dòng)，喂料清洗會(huì)很快地?fù)p壞葉片。好的切割能使材料與添加料更好的混合，在后續(xù)的加工的優(yōu)勢(shì)是，可以加工松散的顆粒，盡管有一定的大小。

以這種方式制備的顆?，F(xiàn)在既可以直接送入擠出機(jī)，也可以在進(jìn)一步的工藝步驟中壓實(shí)。也就是說，有兩種不同的加工方法。

3. 喂料

3.1 粘結(jié)造塊

在結(jié)塊的情況下，用螺桿將顆粒移動(dòng)到旋轉(zhuǎn)盤和固定盤之間的空隙中。摩擦熱使材料熔化并壓實(shí)。缺點(diǎn)是有時(shí)會(huì)產(chǎn)生高的熱應(yīng)力，這會(huì)對(duì)PET的分子量和機(jī)械性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

基本上,大型容器中的顆粒表現(xiàn)剪切攪拌機(jī)以*相同的方式,和聚合物的熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致黃色指數(shù)的增加和減少的分子量(IV)。這些凝聚劑主要是與聚烯烴一起使用,因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下,沒有充分考慮到PET的特殊屬性。

3.2 造粒

邊角料研磨的造粒更加柔和。進(jìn)料通過特殊設(shè)計(jì)的帶孔模具壓制，同時(shí)進(jìn)行壓實(shí)。在這個(gè)過程中，新的顆粒非常容易添加添加劑和進(jìn)一步加工，即使原來的顆粒的添料性能較差。所以，如果隨后的擠出過程中，需要在纖維或者薄膜廢料中加入其他成分，諸如瓶片、新產(chǎn)品、添加料等，這個(gè)步驟非常合適。

3.3 壓實(shí)設(shè)備

如果不需要增加任何添加劑，這些顆粒和碎片可以在壓實(shí)裝置（諸如螺桿）的輔助下直接進(jìn)入擠出機(jī)。

通過上游螺桿的作用，大體積的顆粒在這里被壓實(shí)，逸出空氣，從而為擠出機(jī)提供足夠的加工體積密度。

4. 擠出

4.1 MRS擠出概念

MRS擠出機(jī)直接對(duì)未結(jié)晶的聚酯顆粒進(jìn)行加工，無需預(yù)干燥。在擠出過程中將聚合物表面放大幾倍，并迅速替換。其結(jié)果是，新的表面總是可以釋放揮發(fā)性物質(zhì)。

MRS擠出機(jī)基本上是一個(gè)單螺桿擠出機(jī)，有一個(gè)特殊的脫氣區(qū)。聚合物熔體流被送入一個(gè)大的旋轉(zhuǎn)單螺桿滾筒中。

在滾筒上有8個(gè)圓柱孔，沿旋轉(zhuǎn)軸的長(zhǎng)度方向上有凹入的進(jìn)給螺桿。這些螺桿由齒輪驅(qū)動(dòng)。它們與擠出機(jī)滾筒相反的方向旋轉(zhuǎn)。這種設(shè)計(jì)增加了熔體表面積交換。

位于多旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的桶在外部區(qū)域打開了約30%，從而保證了出銫的熔體入口，允許脫氣功能不受阻礙地進(jìn)行。可以有針對(duì)性地控制熔體的溫度，因?yàn)榕c熔體接觸的所有表面的溫度都很容易控制。

得益于專/利多軸段，擠出滾筒提供了一個(gè)非常大的聚合物表面，從而允許脫氣性能非常杰礎(chǔ)，即使是在20 - 40mbar的適中的真空。

因此，MRS擠出機(jī)可以擠出未干燥的薄片或顆粒與高達(dá)1%的水分。這種脫氣技術(shù)的基本設(shè)置是基于可靠和已被確認(rèn)的單螺桿概念。軸段集中布置有8臺(tái)單螺桿擠出機(jī)。因此，MRS擠出機(jī)避免了替代多軸的問題。

這在PET瓶片回收中起著至關(guān)重要的作用。

MRS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)還包括，實(shí)現(xiàn)聚酯降解，以及實(shí)現(xiàn)非常恒定的特性粘度。

得益于多旋轉(zhuǎn)元件，用于可用的除氣的表面要比市場(chǎng)上常見的擠壓系統(tǒng)大很多倍。舉個(gè)例子，采用MRS技術(shù)制作的熔體交換面比同轉(zhuǎn)雙螺桿大25倍左右。

材料經(jīng)過這樣極其仔細(xì)的加工后，終產(chǎn)品的黃度指數(shù)特別高。

與其他多軸技術(shù)相比，MRS令人印象深刻的是其緊湊和堅(jiān)固的裝配。旋轉(zhuǎn)的螺桿運(yùn)行在單獨(dú)的軸承上，因此類似于一個(gè)帶多個(gè)單螺桿的滾筒。

除氣技術(shù)是模塊化設(shè)計(jì)，由于其非凡的效率，它可以完鎂地適應(yīng)工作的需要。MRS的不同模塊的長(zhǎng)度和配置均可改變。

真空區(qū)粘度的增加受不同真空的影響和控制。壓力對(duì)所得粘度的影響顯著。

隨著壓力的降低，成型之前熔體的粘度明顯增加。

4.2粘度測(cè)量

由于熔體壓力和溫度傳感器的巧妙連接，當(dāng)流動(dòng)和幾何結(jié)構(gòu)已知時(shí)，可以確定液體的流動(dòng)阻力和材料的動(dòng)態(tài)粘度。這是對(duì)聚合物的平均分子量的測(cè)量，從而描述了諸如彈性和拉伸等機(jī)械性能。

在線粘度計(jì)VIS能夠時(shí)時(shí)在線測(cè)量熔體粘度。在高精度、耐壓齒輪泵的幫助下，聚合物熔體的一小部分流動(dòng)被從主熔體通道轉(zhuǎn)移出來。記錄熔體溫度和熔體壓力(兩處測(cè)量)。根據(jù)內(nèi)部計(jì)算，在線粘度計(jì)記錄了代表剪切速率和相應(yīng)代表粘度的值。

熔體通道的設(shè)計(jì)尺寸可在0.5毫米至2毫米之間，符合客戶的規(guī)格要求。該設(shè)備提供完整的泵驅(qū)動(dòng)，泵，壓力傳感器，溫度傳感器和控制器。過程參數(shù)、評(píng)估和顯示都是在一個(gè)易于使用的觸摸屏面板上設(shè)置的，當(dāng)然也可以集成到現(xiàn)有的控制器中。

在在線粘度計(jì)的幫助下，當(dāng)加工聚酯時(shí)，現(xiàn)在可以在輸入條件(濕度)波動(dòng)時(shí)將熔體質(zhì)量保持在一個(gè)非常窄的公差范圍內(nèi)。在壓力和溫度傳感器的幫助下，粘度被記錄下來后，真空出現(xiàn)在疏散區(qū)，以便終產(chǎn)品的性能(粘度，分子量，因此機(jī)械性能)可以保持。

4.3 熔體過濾

在聚合物進(jìn)入模具之前，應(yīng)清除各種污染物，以達(dá)到對(duì)透明度(板材)或拉伸強(qiáng)度(熱成型板材、捆扎帶)的更高質(zhì)量要求，當(dāng)然也是保護(hù)下游部件不受損壞。Gneuss的旋轉(zhuǎn)熔體過濾系統(tǒng)特別適合于這一目的，因?yàn)樗鼈?自動(dòng)運(yùn)行，壓力恒定。

旋轉(zhuǎn)過濾系統(tǒng)由三個(gè)主要部分組成:入口塊、出口塊和在它們之間旋轉(zhuǎn)的過濾盤。系統(tǒng)密封采用金屬對(duì)金屬密封，間隙很窄，很堅(jiān)硬，并且表面平坦。保證了所有與熔體接觸的部件不與環(huán)境(如氧氣)接觸。

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濾網(wǎng)元件位于過濾盤上的環(huán)形圖案中，通過熔體通道移動(dòng)。當(dāng)熔體流經(jīng)篩管時(shí)，硬顆粒被捕獲，壓差略有增加。控制系統(tǒng)對(duì)這種壓力的增加作出反應(yīng)，使過濾盤指數(shù)增加1-2個(gè)角度。

因此，受污染的篩管區(qū)域不斷地從熔融通道中移出，而清潔篩管區(qū)域在不改變活性過濾區(qū)域的情況下被移進(jìn)熔融通道。通過這種操作方式，過濾系統(tǒng)不斷地進(jìn)行過程和壓力操作。過濾器壓差的變化(Δp)大2bar。

在被污染的濾網(wǎng)重新引入熔體通道之前，對(duì)其進(jìn)行清洗。然后通過高壓段清洗系統(tǒng)清洗污垢。已過濾的熔體從出口塊中抽出，虹吸到液壓驅(qū)動(dòng)活塞中，然后在高壓下從后面射出，穿過過濾盤，通過濾網(wǎng)進(jìn)入進(jìn)口塊。針對(duì)清洗壓力進(jìn)行測(cè)量，并進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，只有一小部分（大約是濾網(wǎng)區(qū)域的1%）通過已定義的高脈沖被清洗

反沖洗活塞的沖程(=要使用的熔體量)和清洗速度(=清洗強(qiáng)度)可以自由調(diào)節(jié)，從而達(dá)到更加優(yōu)化。因此，一方面清洗是非常有效的，另一方面，熔體用量是小的(反沖洗損失是小的)。

由于這種操作模式，篩網(wǎng)實(shí)際上可以被清洗*，并可重復(fù)使用，取決于過濾細(xì)度，高達(dá)400倍。這使得全自動(dòng)過濾(不需要任何操作員的注意)在某些應(yīng)用程序中可能長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月。

在此之后，由于機(jī)械方面的原因，屏幕需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的更換。得益于專/利技術(shù)的過濾系統(tǒng)運(yùn)作模式，更換濾網(wǎng)對(duì)生產(chǎn)過程沒有任何影響。根據(jù)線路的大小，濾網(wǎng)全部更換一次大約需要15分鐘。

4.4 格諾斯加工單元（GPU）

Gneuss加工單元(GPU)是不同的Gneuss產(chǎn)品和技術(shù)的模塊化配置，這些產(chǎn)品和技術(shù)結(jié)合在一起，形成一個(gè)高性能的擠出生產(chǎn)線，用于生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品。

4.5 聚合反應(yīng)釜JUMP

通過使用IV增壓器JUMP，熔體的IV值可以提升到給定應(yīng)用所需的水平。

在IV增壓器JUMP內(nèi)，聚合物經(jīng)過幾個(gè)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的元件，形成聚合物薄膜，其表面不斷更新。反應(yīng)容器保持在真空狀態(tài)，通過真空，乙二醇和其他揮發(fā)性物質(zhì)被可靠地除去。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)器停留時(shí)間、真空度、填充水平和攪拌裝置的旋轉(zhuǎn)速度，可以改變縮聚反應(yīng)以達(dá)到所需的產(chǎn)品性能。JUMP的設(shè)計(jì)防止了氧氣的進(jìn)入，保證了聚合物變色(變黃)的小化。此外，JUMP的設(shè)計(jì)使它很容易拆卸，內(nèi)部易于清潔。聚合物熔體在經(jīng)過反應(yīng)器內(nèi)的靜止部分后，被直接泵入生產(chǎn)過程或進(jìn)入制粒(切屑)系統(tǒng)。

JUMP工藝是固態(tài)聚合(SSP)的一個(gè)非常有效的替代方法，不需要能量來冷卻再重新加熱聚合物。此外，熔體相的反應(yīng)時(shí)間比固相的反應(yīng)時(shí)間要快得多，這提高了JUMP的性價(jià)比。在空間需求甚至維護(hù)方面，JUMP比SSP具有更大的優(yōu)勢(shì)。

5. 格諾斯工業(yè)廢料循環(huán)解決方案

格諾斯工業(yè)廢物回收系統(tǒng)的一個(gè)重要特點(diǎn)是單個(gè)組件的模塊化設(shè)置，與MRS擠出機(jī)相結(jié)合。平臺(tái)上設(shè)置了各種模塊，這些模塊將組件盡可能地組合在一起。

根據(jù)物料種類和需求，將“切碎”、“壓實(shí)”和“擠壓”三個(gè)部分組合成一個(gè)系統(tǒng)，為用戶提供各自更加優(yōu)化的系統(tǒng)解決方案。

擠出后，熔體可以加工成顆粒，可以是簡(jiǎn)單的線料切粒，也可以是水下切粒。在薄膜生產(chǎn)中直接添加修剪廢物，研磨材料，或添加添加劑也是可能的。格諾斯提供切粒系統(tǒng)和完整的薄膜生產(chǎn)線，這就是"一攬子"解決方案。在加工熔融生產(chǎn)纖維(無紡布、BCF、短纖維等)方面，我們已與著名的系統(tǒng)工程師合作多年。也可以將回收擠出系統(tǒng)與現(xiàn)有纖維生產(chǎn)線結(jié)合安裝，作為全面的一攬子解決方案。

模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的：

針對(duì)每一種產(chǎn)生的廢料，選擇出銫的進(jìn)給擠出機(jī)的工藝。MRS擠出機(jī)旋轉(zhuǎn)擠出水、油或其他秉承揮發(fā)組分，在后續(xù)的過濾過程后，固體污染物降到大約10μm , 其結(jié)果是，所生產(chǎn)的熔體幾乎具有新產(chǎn)品的性能。

格諾斯工業(yè)廢料回收利用系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)：

•為特定應(yīng)用量身定制的模塊化設(shè)置

•去污，紡絲油和氣味

•高IV穩(wěn)定性，即使是不同的濕度

•透明度高，黃度指數(shù)低

•粘度可控，恒定

•高質(zhì)量的熔體

•美國(guó)食品及藥物管理局(FDA)的LNO，用于二手回收物料(PET瓶片)

•節(jié)能顯著

6. 客戶案例

直接循環(huán)利用纖維廢物

美國(guó)一家纖維制造商決定建立一條直接回收PET纖維廢料的完整生產(chǎn)線。目的是將工廠內(nèi)部的廢物直接投入生產(chǎn)，因此幾乎*避免浪費(fèi)。

在整個(gè)纖維生產(chǎn)過程中收集的成捆的纖維廢料被送到回收線。包被打開并由帶金屬探測(cè)器的傳送帶運(yùn)送到碎紙機(jī)。碎紙機(jī)是專門為處理困難的材料，如纖維和薄膜廢料而開發(fā)的。碎紙機(jī)是專門為處理困難的材料，如纖維和薄膜廢料而開發(fā)的。這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是工作時(shí)只產(chǎn)生很少的熱量，因此在處理熱敏感的材料時(shí)，不造成任何損壞。

碎紙機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸使纖維體積變小。在MRS擠出機(jī)(這也是為了確保材料的溫和處理而設(shè)計(jì)的)中，纖維塊被塑化。MRS的多螺桿設(shè)計(jì)提供了真空下熔融聚合物的極大表面積交換率。這確保有效的提取水分和紡絲油。該系統(tǒng)提供的有效的水分提取確保了PET分子鏈的水解縮短被保持在小。熔體粘度均被實(shí)時(shí)監(jiān)控,由Gneus在線粘度計(jì)控制?？刂苹芈氛{(diào)節(jié)水環(huán)真空泵的真空水平與粘度水平的關(guān)系,從而確保了一致的粘度。

下一步,聚合物是流經(jīng)Gneuss輪式熔體過濾器RSFgenius， 過濾細(xì)度是150和20μm。隨后，PET熔體通過一個(gè)水下造粒系統(tǒng)，制造成為顆粒。顆?？梢耘c原始材料混合并重新投入生產(chǎn)。這條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力為每小時(shí)600公斤。

憑借創(chuàng)新的擠出技術(shù)，使得格諾斯獲得了眾多客戶的贊譽(yù)。由于MRS擠出機(jī)的發(fā)展和凈化能力，以及旋轉(zhuǎn)熔融過濾系統(tǒng)、在線粘度計(jì)的功效出色，格諾斯系統(tǒng)不僅在PET纖維的再加工方面，而且在PET瓶片到食品接觸應(yīng)用的再加工方面都有很好的應(yīng)用。

該體系還特別適用于PET/PP和PET/PE共混物的再加工。對(duì)于希望嘗試使用的客戶，格諾斯在德國(guó)總部有一套裝備精良的技術(shù)設(shè)施，擁有許多不同的試驗(yàn)線配置，供客戶試驗(yàn)。