物料處理從點(diǎn)滴入手
最近，著名的意大利輔助設(shè)備供應(yīng)商PIOVAN集團(tuán)所屬的Universal Dynamics公司針對(duì)PLA加工推出了兩個(gè)系統(tǒng)化的解決方案：PLA片材加工和PLA瓶坯成型。其中對(duì)加工PLA物料的全過程進(jìn)行了詳細(xì)解析。筆者特摘錄部份要點(diǎn)為業(yè)界加工參考。
布魯克納為Taghleef工業(yè)公司改造的 BOPLA生產(chǎn)線。
原材料接收和貯存
從工藝觀點(diǎn)出發(fā)，PLA樹脂的采購、驗(yàn)收和貯存是開端，從這里開始，適當(dāng)?shù)奶幹眉夹g(shù)將對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。
1.新PLA樹脂（如NatureWorks公司的產(chǎn)品）一般是結(jié)晶產(chǎn)品，在離開生產(chǎn)裝置之前被乾燥至水分含量為400ppm。
2.如果收到PLA時(shí)包裝盒及襯里完全無損，則所需的乾燥工作量極少，但仍需進(jìn)行乾燥。如果薄膜襯里已打開，就需要進(jìn)行乾燥。
3.新的樹脂一般已結(jié)晶，以便于高效乾燥。未結(jié)晶PLA在溫度上升到140℃時(shí)會(huì)產(chǎn)生變粘、結(jié)塊。
4.粉碎PLA或回收PLA可能是結(jié)晶或非結(jié)晶的，由透明熱成型產(chǎn)品、修剪廢品或流延片材加工的碎片都是高度非結(jié)晶的，由拉伸薄膜或拉伸片材加工的碎片是結(jié)晶和非結(jié)晶材料的混合物，而由纖維加工的碎片則是高度結(jié)晶的。
5.在加工前，應(yīng)與樹脂供應(yīng)商進(jìn)行核實(shí)，驗(yàn)證將要投入加工設(shè)備中的樹脂的條件，從而可以相應(yīng)地對(duì)工藝進(jìn)行規(guī)劃。
6.如果使用速度過高的輸送管路輸送，在氣力輸送過程中樹脂粒料極有可能發(fā)生降解。PLA樹脂會(huì)在管道系統(tǒng)內(nèi)部形成細(xì)的流線，一般產(chǎn)生在彎管處以及緊靠彎管的地方。
7.罐車合理的卸料速度應(yīng)是每小時(shí)約2萬磅，將材料速度限定在每分鐘5000英寸或更低。罐車駕駛員手動(dòng)操作車輛風(fēng)機(jī)和閥，設(shè)置輸送系統(tǒng)來完成車輛的卸料。當(dāng)4”型輸送管線與車輛輸送裝置組合使用時(shí)，如果將風(fēng)機(jī)速度和壓力設(shè)置得夠高，則在不到1小時(shí)的時(shí)間內(nèi)就可以卸掉4萬磅原料。以這種配置操作時(shí)每次都會(huì)產(chǎn)生細(xì)粉或流線。
裝置布局
8.在PLA擠出加工行業(yè)，良好的布局可以提高設(shè)備的運(yùn)行性能。在選取擠出生產(chǎn)線所需的設(shè)備時(shí)，對(duì)可用建筑面積進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)備本身的采購?fù)戎匾?BR> 9.在工序起始端，材料輸送和貯存的位置是需考慮的第一步。選取的材料輸送位置和擠出機(jī)在生產(chǎn)線中的位置應(yīng)當(dāng)密切協(xié)調(diào)，從而使原材料能在合理的距離內(nèi)輸送。
10.分配材料準(zhǔn)備裝置的空間是下一個(gè)需關(guān)注的重點(diǎn)。如將擠出機(jī)置于材料源附近，則乾燥機(jī)、結(jié)晶器、粉碎機(jī)和混合設(shè)備應(yīng)盡可能位于最近的區(qū)域。將這些機(jī)器安排在擠出機(jī)附近，操作人員準(zhǔn)備和運(yùn)行生產(chǎn)線的所有操作都會(huì)很方便。
氣力輸送系統(tǒng)
向擠出機(jī)加料口供料的原料處理系統(tǒng)是每個(gè)塑料擠出系統(tǒng)的重要組成部分。在處理PLA時(shí)，對(duì)于常用氣力輸送系統(tǒng)有幾點(diǎn)需要注意。
11.盡可能在生產(chǎn)線內(nèi)部采用真空輸送工藝輸送材料。采用真空輸送系統(tǒng)，一旦系統(tǒng)發(fā)生泄漏，只會(huì)是少量室內(nèi)空氣被吸入輸送管線中。如果在高壓輸送系統(tǒng)中發(fā)生泄漏，系統(tǒng)中的粉塵就會(huì)從漏點(diǎn)處飛出，沉積在生產(chǎn)車間。
12.采用適當(dāng)設(shè)計(jì)的輸送動(dòng)力裝置，以推動(dòng)空氣在系統(tǒng)中運(yùn)行。
選用適當(dāng)?shù)亩ㄈ菔焦娘L(fēng)機(jī)，并使鼓風(fēng)機(jī)以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速運(yùn)行，產(chǎn)生規(guī)定的氣流量。在選定該裝置後，其僅適用于單個(gè)輸送管直徑，從而在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生特定的樹脂輸送速度。
盡管許多人認(rèn)為新粒料是無塵的，但實(shí)際中，在材料處理系統(tǒng)中總存在一定量的細(xì)粉，所以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理，盡可能減少細(xì)粉生成。通過選用選用適當(dāng)?shù)亩ㄈ菔焦娘L(fēng)機(jī)以仔細(xì)控制通過系統(tǒng)的氣流是解決這一問題的根本途徑。通過限制最高速度5000英尺/分(F/M)（約1000m/min），就可以減輕氣力輸送過程中材料的降解現(xiàn)象。
13.在系統(tǒng)的進(jìn)料端要保持足夠的速度，從而在系統(tǒng)的喂料端可靠地吸入樹脂。約3500F/M的起動(dòng)速度可保證PLA輸送系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
工藝水冷卻系統(tǒng)
PLA片材擠出工藝需要工藝水冷卻系統(tǒng)來保證擠出機(jī)和乾燥機(jī)的正常運(yùn)行。
14.擠出機(jī)上有進(jìn)料區(qū)水冷系統(tǒng)，以及機(jī)器液壓系統(tǒng)的冷卻裝置。這些裝置以及乾燥機(jī)中回風(fēng)冷卻螺管可以在一個(gè)水塔裝置中運(yùn)行。
15.片材擠出時(shí)與熱樹脂接觸的拋光輥需要冷卻水來實(shí)現(xiàn)足夠的片材冷卻速度。
這些要求是確定生產(chǎn)線冷卻水需求量的依據(jù)。
混合操作
PLA片材生產(chǎn)線在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢料，這些廢料的回用對(duì)片材質(zhì)量以及產(chǎn)品成本控制至關(guān)重要。
16.在運(yùn)行單線系統(tǒng)（只有一臺(tái)擠出機(jī)向模頭供應(yīng)樹脂）時(shí)，重新供入系統(tǒng)中的廢料量一般為總生產(chǎn)量的40%-50%。
17.精確、均勻地混合PLA原料可確保下游工序的順利進(jìn)行。
視所制造的產(chǎn)品，混料機(jī)需將新料與一種或多種來源的粉碎料均勻混合。還要用混料機(jī)混入所需的色料和其他工藝添加劑。
PLA結(jié)晶器的操作
在加工PLA樹脂時(shí)，擠出機(jī)所用的原料在熔化之前必須乾燥。如果不夠乾就會(huì)降低成品的機(jī)械性能。
18.乾燥前，PLA樹脂要進(jìn)行結(jié)晶，以保證傳統(tǒng)的料斗乾燥機(jī)能正常運(yùn)行
工藝乾燥系統(tǒng)
19.PLA樹脂的工藝乾燥是原材料準(zhǔn)備過程中最關(guān)鍵的步驟。為了制造良好的片材，工藝乾燥的標(biāo)準(zhǔn)是要達(dá)到250PPM或更低的水分含量。
20.只有在特定的溫度，相應(yīng)的處理時(shí)間和空氣質(zhì)量條件下才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。如果未滿足所需的乾燥因素中任一點(diǎn)，或未保持樹脂的乾燥度，產(chǎn)品質(zhì)量就會(huì)不合格。對(duì)于PLA，乾燥不良會(huì)使產(chǎn)品降解。
21.加工商在準(zhǔn)備和擠出PLA樹脂時(shí)應(yīng)極為小心，因?yàn)榛A(chǔ)樹脂受損後一般是不可逆的。
22.乾燥PLA的設(shè)備是具有低工藝溫度可選功能的除濕料斗乾燥機(jī)。在乾燥PLA時(shí)有4個(gè)主要因素。第一個(gè)是需要充足的氣流將熱能傳送給樹脂，并進(jìn)行充足的氣體交換，帶走所有水分。第二個(gè)要素是進(jìn)入工藝乾燥料斗的空氣的乾燥度或露點(diǎn)。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是露點(diǎn)-40℃。第三個(gè)要素是溫度，PLA的適用乾燥溫度是150℃-190℃。我們推薦采用能夠?qū)崿F(xiàn)充分乾燥的最低溫度，一般為150℃-160℃。第四個(gè)是乾燥工藝中最為重要的因素，即乾燥料斗。乾燥料斗看起來很簡(jiǎn)單，同樣有一些非常重要的因素需要注意，包括選擇合適的料斗容積。小的料斗，可能物料乾燥不足；過大的料斗，物料又在料筒內(nèi)停留時(shí)間過長(zhǎng)。加工料斗設(shè)計(jì)還要考慮熱的乾空氣的分布，以實(shí)現(xiàn)最有效的物流乾燥效率。如果以上四個(gè)要素完全滿足，就可以加入結(jié)晶樹脂，進(jìn)行預(yù)乾燥，并運(yùn)行擠出系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成功生產(chǎn)。
切換從BOPP生產(chǎn)線到BOPLA生產(chǎn)線
隨著傳統(tǒng)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化，可能部分公司希望利用傳統(tǒng)的生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)PLA的加工。原有的生產(chǎn)線可能是加工PET的，也可能是加工PP的。2010年8月，全球雙拉膜系統(tǒng)的領(lǐng)先供應(yīng)商BrücknerServtec（以下簡(jiǎn)稱：布魯克納）幫助意大利一家BOPP生產(chǎn)商完成了一條生產(chǎn)線的改造安裝。
全球BOPP領(lǐng)先生產(chǎn)商Taghleef工業(yè)公司和布魯克納公司聯(lián)合對(duì)Taghleef公司在意大利的一條現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行了改造，用于生產(chǎn)BOPLA。
布魯克納設(shè)計(jì)了特殊布局，并提供了現(xiàn)有擠出系統(tǒng)、流延裝置和TDO這些需改造的主要組件，以及外圍設(shè)備改造所需的零組件。為了以最有效的方式利用所有這些新組件，還將工藝控制系統(tǒng)升級(jí)改造成采用最新技術(shù)的類型。在布魯克納公司實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)線上進(jìn)行的廣泛試驗(yàn)證實(shí)了并行工序的配置數(shù)據(jù)。布魯克納還負(fù)責(zé)監(jiān)督指導(dǎo)生產(chǎn)線改造的安裝及調(diào)試過程。新生產(chǎn)線在2010年8月18日投產(chǎn)，一周以後就成功開始進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
高效生物聚合物回收系統(tǒng)
NGR開發(fā)的S-GRAN-HD回收裝置可以實(shí)現(xiàn)PLA的高性能回收。
最近，NGR公司成功開發(fā)了一種有效回收生物塑料的新技術(shù)。生物聚合物的回收通常被認(rèn)為面對(duì)極大的困難，許多專家甚至認(rèn)為由生物材料制造的塑料不能回收，NGR公司的最新技術(shù)證明這一認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的。
NGR公司從一開始就著眼于“一步法工藝”，采用該工藝，塑料在回收過程中不經(jīng)歷高溫。最重要的是，對(duì)于高價(jià)值的生物塑料（生物聚合物）的回收而言，不經(jīng)歷高溫具有更重要的意義。這是因?yàn)橛煽稍偕参镌现圃斓摹疤烊凰芰稀钡闹圃斐杀疽扔稍椭圃斓漠a(chǎn)品高2到3倍。此外，典型 NGR“一步法工藝”的能效高，運(yùn)行過程中電力成本較低也是其亮點(diǎn)之一。因?yàn)樵牧铣杀靖�，投資回報(bào)時(shí)間很短，而且，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢料量極少。
NGR公司CEOJosefHochreiter認(rèn)為該工藝大有用武之地：“在制造過程中，沖切操作會(huì)產(chǎn)生大量生產(chǎn)廢料。我們的目標(biāo)是要讓這些高價(jià)值的材料都能回收，并直接返回到生產(chǎn)過程中�！比欢撚�(jì)劃不適用于已向消費(fèi)者銷售的生物塑料：因?yàn)樯锼芰暇哂幸咨锝到獾奶匦�，通常�?huì)堆肥處理。
NGR發(fā)現(xiàn)，全球范圍內(nèi)生物材料呈現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，與基于原油的塑料相比，在將來生物塑料會(huì)愈來愈重要。歐洲和美國(guó)目前在生物聚合物技術(shù)方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，NGR技術(shù)的潛在市場(chǎng)將有可能重點(diǎn)在這些地區(qū)。
JosefHochreiter估計(jì)，由于需求不斷增長(zhǎng)，在2012年之前，用于粉碎這些高價(jià)值材料的裝備的全球需求量為每年100套：“因此，我們預(yù)計(jì)我們公司的產(chǎn)能利用率將會(huì)更高。”
采用這些新技術(shù)的首批生產(chǎn)裝置已經(jīng)在歐洲和美國(guó)的客戶處運(yùn)行。德國(guó)一家吹塑膜制造商已成功進(jìn)行了試運(yùn)行：20%-50%回收材料可以加到新材料中，對(duì)質(zhì)量特性沒有不良影響。後序工藝，如印刷、層合和沖切也未產(chǎn)生任何問題�；厥涨埃瑥U料可以貯存長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月，性能不會(huì)有損失。