自2000年以來,美國商業用戶平均瓦千時漲幅超過20%,在歐洲這一數字更為驚心,節省能源成本成為全球塑料加工行業共同關注的焦點。
螺桿,料筒和閥門制造商Glycon(特庫姆塞,密歇根)總裁兼首席執行官Jeff Kuhman說:“銷售始終是產出和生產率的驅動。當你試圖銷售時,你就是在輸出商品。而最近我們談論得最多的是能源。”
能源這一新焦點,將在相當長時期內成為市場驅動器。E.ON英國分公司自2007年2月以來已提高電力批發成本88%。美國能源信息管理局預測,2008年美國平均電力成本為0.094美元/千瓦/小時,其它地區則更高,其中英格蘭為0.156美元,中大西洋地區0.129美元,太平洋地區為0.109美元。在此背景下,螺桿料筒供應商以及料筒加熱技術引入能量啜飲(energy-sipping)技術,在許多情況下,其產生的實際利潤相當于售出了一臺新機器。
■Mix masters 混配器
Glycon對其DM2(分布混合熔體)螺桿進行了能源審計計劃,數據將從六位客戶處進行收集。在機器安裝前后配備電表,Kuhman說,公司的目標是要創立一個衡量節能改善情況的基準。標準度量需要有具體利率,或螺桿加工中材料/時間/攪拌的數值,從而給出熔化率。Glycon也著眼于能源率,計算出每鎊樹脂加工中的能源消耗。
Kuhman說,DM2的設計針對從材料預熱至完全融化這一過程的熱能,而不是通用剪切加熱或用料筒加熱器進行外部加熱。這意味著,樹脂將會在比屏障螺桿狀態下低得多的整體溫度下溶化,因為這些螺桿主要采用高剪切加熱進行熔化。DM2(分布混合熔體)螺桿技術不斷混合顆粒,使已經融化的熔體可進一步熔融尚未熔化的固體。根據Kuhman的介紹,Glycon取代了“在熔體和未熔化材料之間可控制的前后交換”的應用方式。
關鍵的部分是熱“交叉區”,60-80%的聚合物在這一區域被熔化。這與常規或屏障螺桿90-100%的聚合物通過高剪切加熱熔化是不同的。Kuhman說:“雖然采用屏障螺桿,每個單元的產出都會上升。但無法計算它的熔體溫度,因為這通常需要采用高剪切加熱方法熔融塑料。”
Glycon的DM2(分布混合熔體)螺桿技術不斷混合顆粒,使已經融化的熔體可進一步熔融固體。
為展示DM2的可比效益,Glycon示范了聚乙烯片材擠出的例子。采用傳統的屏障螺桿,熔體溫度上升到500°F以上時,最高螺桿轉速為55轉/分,最終產品產能為1550磅/小時,生產率為28。而DM2的低剪切設計意味著轉速達到55轉/分時只需430°F的熔融溫度,換句話說,當螺桿轉速高至65轉/分時,熔體溫度仍然遠遠低于500°F。這個速度下的產能是2300磅/小時,生產率為35,比原來高出了25%。
今年夏天,Glycon希望改進版本的螺桿以促進市場穩定和開放制程窗口。這將特別適用于那些正在運行高產量消費后回收材料以及一切堆積密度和熔融行為多樣化給料的機器。
機械零件供應商Spirex公司(揚斯敦,美國俄亥俄州)提供了幾種低剪切分布攪拌設備,包括安裝在塑化螺桿排氣端附近的Pulsar II。Pulsar II的給料和熔融機理與壓縮螺桿是一樣的,Spirex指出,它的混合性能十分優越。除全面的混合以外,Pulsar II還具有低熔體溫度和較小的背壓,這兩方面都能節省能源。
■料筒技術
螺桿,料筒,機械零件制造商米拉克龍(辛辛那提,俄亥俄州)宣布向Rex獨家銷售其TCS(熱控制解決方案)技術,該技術采用陶瓷纖維輻射加熱料筒,完全不產生熱能浪費。
Servtek TCS可以將這一技術應用于其已經安裝好的機器,也可用于新機器,基于不同應用需要可訂制纖維配方和特定密度。米拉克龍注入端產品經理Ritch Waterfield說,TCS技術采用輻射加熱元件嵌入到低密度陶瓷表面。加熱環節是將線捆綁,包裹料筒外周和用高溫度維克羅緊固件固定。RMG技術已開發30多年,但用于塑料加工時間才剛剛超過三年。該公司宣布可節約能源30-50%,投資回報率低于18個月。
米拉克龍和RMG說該技術的不同在于完全包覆的料筒將所有的熱能封閉于內部,使料筒加熱更迅速。這不同于需要預先計算熱能來進行加熱的絕緣加熱和水冷式系統。TCS不依賴與料桶的緊密接觸來進行加熱,它甚至并不觸及料筒。輻射能量通過加熱器與料筒之間的小空間縫隙傳播熱能。每一料筒孤立于其它部分。加熱器加熱狀態下的氣隙,一直伸延至整個加熱區。如果需要冷卻,可選高吸風機通過端環吸取排氣口的熱空氣,將熱空氣排入到工廠其它地方或室外。需要的話,約有75%的料筒完全暴露在高流速的冷卻空氣中。公司承諾溫度控制在1華氏度以內,加熱控制可集成至機器控制系統。
米拉克龍營銷總監Bob Strickley說米拉克龍在其位于巴達維亞的工廠和一些客戶廠房對這一系統進行了廣泛的評估。米拉克龍開發TCS技術希望其成為“地球友善的技術”,聯同全電機,自動化系統以及Barr VBET螺桿。“能源成本越來越高,樹脂價格也一樣。對能源消耗越來越多的關注也直接造成了成型精度的改進,以及減少廢料。”
在去年的K展,機械元件供應商Xaloy展示了自己的筒加熱技術。名為nXheat的感應系統主要用于注塑成型,并承諾相比傳統加熱器,該筒加熱系統可節省能耗高達70%。Xaloy說,更多的能源節省來自減少空調負荷,高達35%。在今年四月的中國橡塑展上,Xaloy推出nXmix擠出配混器。
nXmix與傳統的單螺桿和雙螺桿擠出機協同工作,具有優異的分布混煉和強烈的分散混合作用,可以顯著改善添加劑和填料在聚合物中的分散,同時磨損小,工藝溫度低,能耗少。nXmix系統能高效地減小納米陶土和塊狀顏料等材料的粒徑、剝離聚集體,減輕熱敏感填料如木質纖維和PVC等材料的熱降解程度,在添加劑用量很小時也可良好地分散。
nXmix™是2段設備。第1段利用鋸齒狀轉子產生極短時間的高速剪切混煉作用,以此破碎聚集體,解纏聚合物鏈來降低粘度,從而為下一段混煉作好準備。第2段中配備有特殊形狀的轉子和定子,轉子和定子都具有螺旋狀排列的多個小腔室。在該段混煉中產生拉伸流,以很低的剪切速度和溫度進行充分的混煉。
市場上技術眾多,但米拉克龍的Waterfield說,無論何時對現有產品和技術進行改良都是必需的。“對注入端技術的工程重視將對機器帶來巨大的飛躍。”

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