循环利用聚酯熔融挤出技术

干燥后的再生聚酯原料在下料管道中靠自重进入螺杆挤出机加料口。螺杆挤出机主要负责物料的输送、加热熔融、混炼、熔体计量、均化、输送。它由套筒（含加热套）、螺杆、测量头、减速机、驱动电动机及其控制系统组成。

（一）螺杆挤出机的工作原理

如上所述，螺杆挤出机的主要任务是将再利用聚酯颗粒输送、加热熔融、熔体计量、均化与输送。它由三个分区组成：一区为加料区，主要负责输送颗粒原料，固态原料在输送过程逐渐被均匀加热并软化；二区为加热压缩区，主要是颗粒原料由固态转化为液态的区域，聚酯颗粒在套筒内一方面受套筒传热熔融，另一方面受到摩擦力与剪切力的作用所产生的热量熔融成液体，固态物料开始熔融后，在其周围有少量的熔体包覆，随着熔融过程的进行，出现熔池，固态物料体积减小，液态物料容积增大，最后固态物料完全熔融，变为均相的液态，因而此区为固液混合区；三区为计量区，主要负责按工艺要求对熔体进行均化、计量和输送。

近年，为了提高熔体的质量和产量，并在大容量下提高熔体的混合均匀性，开发了新型的螺杆，其前端增设了混炼头，它可以改变螺杆出口的流体流线，使熔体进一步均化。

（二）螺杆挤出机的构造

螺杆挤出机主要由螺杆、套筒、加热套、测量头、电动机驱动系统、控制系统等部分组成，如图6-5所示。

图6-5　螺杆挤出机的结构示意图

1—皮带轮　2—齿轮箱　3—冷却水套　4—保温罩　5—中心支架　6—加热套　7—套筒　8—螺杆　9—机架　10—温度传感器　11—挤出头

下面详细介绍具体结构特征。

1.套筒

套筒材质为380Cr MALA，采用离心浇铸，具有很高的硬度与耐磨性，传热均匀，使用寿命长。套筒有5～6个加热区，由铸铝包覆加热棒制成，近年也出现了高频加热的套筒。加热温度采用各区独立、整组连接式串级控制，各加热区都有铂电阻进行测温和控温，控温精度可达±1℃。通常根据螺杆直径确定加热功率，前两区功率大，后四区功率小。

套筒前端为冷却区，防止聚酯颗粒突然受热软化粘连，此区温度一般控制在35℃以下，水压控制在2～3kg/m2，一般采用自来水做冷却介质。考虑到再生聚酯的熔点低、形状不一、黏度不均匀等的差异，套筒进口宜适当加大，并可开沟槽，加大物料与套筒的摩擦力，保证下料通畅，防止此处物料堆积、过早软化产生架桥堵料。

2.螺杆

目前常用的螺杆有销钉型与分离型，下面分别介绍这两种螺杆。

（1）销钉型螺杆。所谓销钉型螺杆，就是在螺杆的某一位置或某几个位置上设置一定数量的销钉。销钉形状有圆形、矩形、菱形或铆钉形。这些销钉在螺杆上的位置不同，其作用原理也不完全相同。

当销钉设置在熔融区时，其所在位置尚有部分未熔融固态物料，此时销钉的主要作用是将固体床破碎成有规律的细小颗粒，使固态物料与熔体充分混合，以增加固相与液相的接触面积，加强传热作用。同时，当物料通过销钉之间的狭小缝隙时，熔体还受到一定的剪切作用，增强物料剪切所产生的热量。销钉的作用加快了物料的熔融。

当销钉设置在均化区时，物料几乎全部变为熔体，但熔融过程不均匀，销钉就可以将不均匀的熔体反复分割细化和合并汇合，使物料得到充分的混合，减小了熔体在温度和熔融程度上的差异。

（2）分离型螺杆。分离型螺杆就是将熔融的液体与未熔化的固体分离开，常用的方法是在普通的螺杆上增加一条副螺纹。副螺纹具有三个作用：

①使固、液相分开，避免固体床破碎固体进入计量区，保证挤出物料熔融的质量。

②当液相及时分离后，固体床上升速度稳定，熔膜不会大量增加，保持了固体床与套筒壁的接触，加速固体的熔融。

③副螺纹与套筒壁的间隙较小，对熔体起到屏障元件的混炼作用。

（3）螺杆的分段。螺杆整体划分为三段：加料段、压缩段、计量混合段，新型螺杆还增加了混炼段。

①加料段：为等螺距，螺纹最深。加料段长度一般为8D（D为螺杆直径），根据物料不同，一般应比压缩段长2～3D。加料段过短，易造成堵料，机头压力波动大，影响生产。

②压缩段：此段的螺纹深度是变化的，加料段槽深渐变到计量段槽深。螺杆加料段第一个螺槽容积与计量区最后一个螺槽容积之比，称为几何压缩比。螺杆的几何压缩比小，则物料中的气体不易排出，造成供料不均匀，机头压力波动；几何压缩比大，未熔融的切片可能堵塞螺杆，也会造成机头压力波动。聚酯常用的压缩比为2.5～3.5，压缩段长度一般选5～6D。

③计量混合段：此段螺纹深度不变，但其长度对机头压力影响很大。当计量段长度增加，熔体在计量段的停留时间增加，熔体熔融更均匀，压力波动很小；而且随着计量段加长，熔体在套筒内的逆流和漏流量减少，产量增加。但计量段的总长度是有限的，一般在11～16D之间。

混炼段的长度一般固定为3D。(www.xing528.com)

螺杆的长径比一般为（24～25）∶1，但大容量螺杆长径比通常选（28～30）∶1。

3.套筒与螺杆间隙的控制

熔体在挤出机套筒中的流动是螺旋状的复杂运动，一般有正流、逆流、横流和漏流四种状况，漏流发生在套筒与螺杆间隙，其他三种发生在螺槽中。套筒与螺杆的间隙直接影响生产效率，间隙过大，形成漏流会混杂固态物料，在螺杆内部造成环结阻料，严重时会引起飞车，影响正常生产；间隙过小，物料通过困难，将影响挤出机的产量。表6-2给出螺杆与套筒间隙控制精度检验表。

表6-2　螺杆与套筒间隙控制精度检验表

续表

4.挤出机驱动与控制

螺杆挤出机为大型转动机械，在工作中会产生强大的轴向力，因此必须选用合适的推力轴承。挤出机的驱动采用交流电动机，变频调速。泵前压力与机头压力形成反馈控制，来调整螺杆转速。

5.再利用聚酯用挤出机与原生切片用挤出机的差异

（1）由于再利用聚酯物料的径向尺寸是原生切片的2～3倍，而堆积密度约为切片的1/2，特性黏度高，熔点低，因此挤出机的加料段应该加长，以保证有足够的低温区，防止物料提前软化粘连；也可以加大加料段的螺杆槽深或在螺杆上开槽，加大螺杆的瞬间进料量，避免因供料不足造成飞车。

（2）由于再利用聚酯物料成分复杂，形状不一，因此物料间的熔融状态有很大差异，适当地加大压缩比并加长压缩段，可使不同的物料缓慢均匀地熔融并逐渐压缩，在进入计量段前形成均一熔体。

（3）为使熔体在离开螺杆前充分熔融混合，减少压力波动，采用加长计量段的办法，有利于提高熔体质量，稳定纺丝。

（4）由于再利用聚酯的物料特性差异大，在固液相转化过程中难以进行彻底，为防止小颗粒夹杂在回流熔体中造成环结阻料，可采取缩小螺杆与套筒间隙的办法防止漏流。

以上四种改造，使得螺杆的长径比达到（28～30）∶1，再利用聚酯的受热熔融、挤压、混炼的过程更长，因而熔融更充分，混合更均匀，机头压力波动就更小；同时间隙缩小到0.25mm以内，也有效抑制了熔体的回流，使螺杆工作更稳定，为后续稳定纺丝及提高产品质量奠定了基础。但即使这样改造，相同直径的螺杆用于纺制再利用聚酯时，也达不到原生切片纺的产量，一般会低15%～20%，所以选型时，相同产能，再利用聚酯用的螺杆要适当选大一点。

（三）再利用聚酯用螺杆挤出机的工艺特点

由于再利用聚酯非均一性的特点，干燥后的再利用聚酯物料仍难以达到原生切片的结晶度，而且再利用聚酯相比于原生切片，熔点和软化点都较低，因此其熔融条件需要更温和，即熔融区温度要更低一些，停留时间应稍长一点。

（四）循环再利用聚酯用挤出机的技术参数（ϕ170mm，长径比28∶1）

（1）最大生产能力：900kg/h。

（2）螺杆长径比：28∶1。

（3）螺杆设计转速：20～60r/min。

（4）电动机功率：160kW/380V，交流四极电动机。

（5）机筒加热功率：91kW（分七个区），加热圈电压220V。

（6）减速箱：ZLYJ395-16。

（7）进料口冷却形式：水夹套冷却。