PET瓶綠色成型技術(shù)新動向

張友根

PET瓶綠色成型技術(shù)（Green Technology）主要指能減少污染、降低能耗的技術(shù)體系，根據(jù)環(huán)境價值并利用現(xiàn)代科技的全部潛力的技術(shù)，主要體現(xiàn)在提高能源和其他資源的利用效率、降低成型加工成本、減少對環(huán)境的污染、提高清潔度等方面。

一、PET原料自適應(yīng)節(jié)能干燥控制

干燥PET時，大約有60～65%的能量用于提高樹脂溫度以蒸發(fā)水分，30～35%的能量用于干燥劑的再生，僅有5～10%的能量用于鼓風(fēng)機(jī)和電機(jī)的運(yùn)行。Novatec公司推出了兩項干燥機(jī)控制技術(shù)，實現(xiàn)PET干燥過程的節(jié)能。

干燥溫度自適應(yīng)節(jié)能控制。最大限度降低加熱所消耗的能量。通過測量加入樹脂的溫度可離開干燥料斗的回風(fēng)溫度，調(diào)節(jié)送入干燥料斗的氣流量，使回風(fēng)（從干燥料斗返回干燥機(jī)中）溫度略高于加入干燥料斗中的樹脂溫度，達(dá)到在確保樹脂溫度情況下，將氣流量減到最少實現(xiàn)干燥加熱的能量最小化?？刂苹仫L(fēng)溫度即控制送入干燥料斗的氣流速率，也就是通過改變鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度通過變頻驅(qū)動裝置實現(xiàn)。干燥溫度自適應(yīng)控制與傳統(tǒng)技術(shù)相比，可降低30%的干燥能耗。

干燥劑再生自適應(yīng)節(jié)能控制，最大限度降低干燥劑再生過程所消耗的能量。通過變頻驅(qū)動裝置干燥輪轉(zhuǎn)速被控制在一個適當(dāng)?shù)乃剑还軜渲兴趾坑卸嗌?，干燥輪都能用最少的氣流來除去干燥過程中回風(fēng)中的所有水分，而不會有多余的氣體帶走熱量；同時確保干燥劑露點溫度維持在恒定的-400℃，從而減少每分鐘需要加熱的干燥劑的用量。變頻驅(qū)動裝置將氣流量控制在能夠確保充分吸收干燥劑中水分的最低水平，從而使干燥劑再生過程中在干燥輪上熱散失最小。該技術(shù)可節(jié)省30%的干燥劑再生能耗。

二、PET柔性干燥系統(tǒng)

在PET瓶坯生產(chǎn)中，30%的能耗是在干燥過程中被消耗的。意大利輔助設(shè)備生產(chǎn)商Moretto S.P.A新開發(fā)了幾種不同尋常概念的大型干燥系統(tǒng)，根據(jù)輸入原料的類型、成型干燥所需的數(shù)量、希望達(dá)到的生產(chǎn)速率，F(xiàn)lowmatik中央控制器就能自動運(yùn)行，提供的氣流可與生產(chǎn)速率相適應(yīng)，達(dá)到降低生產(chǎn)速率的同時節(jié)省更多的電能，故稱之謂“柔性”PET干燥系統(tǒng)。

Eureka系統(tǒng)包括新型的X Max干燥機(jī)、Flowmatik中央控制器和新型的OTX料斗。這一大容量系統(tǒng)可包括3～10臺干燥機(jī)，以及多達(dá)32個料斗，允許的最大加工能力達(dá)8000kg/h。與典型的雙床/雙塔設(shè)計不同，X Max干燥機(jī)采用了干燥面積比標(biāo)準(zhǔn)干燥床大50%的單干燥床設(shè)計，且不需要冷卻水和壓縮空氣。每個干燥機(jī)擁有獨立的空氣環(huán)路，并有一個露點儀控制，混合空氣的露點溫度始終保持在-65℃。多塔系統(tǒng)在整個運(yùn)行過程中，獲得比其它系統(tǒng)更好的露點一致性。干燥床由充滿干燥劑的金屬管和中心帶有加熱器的空氣流動通道構(gòu)成，可在更小的氣流下提供更均勻的加熱和更高的再生效率，由于內(nèi)部環(huán)路是一個熱交換器，使再生的能量得到完全回收，從而節(jié)省大量的能耗。

這種大型系統(tǒng)與小型系統(tǒng)一樣具有調(diào)節(jié)柔性，即在不犧牲效率的前提下，允許降低產(chǎn)量，以更好適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)。OTX料斗設(shè)計了中央更大的魚雷頭，干燥空氣從干燥床的四周而不是從中間進(jìn)入，增強(qiáng)了物料水分控制和干燥均勻性的控制水平，干燥溫度從180℃降至175℃，干燥時間從6h降至4h，并且節(jié)約了40%的干燥氣流。PET干燥過程需經(jīng)過兩個料斗：第一個料斗容量較大，干燥溫度相對較低；第二個料斗容量較小，干燥溫度為180℃，使氣流的需求量減少50%以上。Flowmatik中央控制器智能運(yùn)行，掌握每個料斗的容量和原料的堆積密度、被期望的停留時間、溫度以及空氣流動速率。

三、高質(zhì)量PET智能吹塑管理

Agr Internationnal公司的Process PilotR吹瓶機(jī)管理系統(tǒng)，與該公司的PETWall ProfilerR系統(tǒng)相結(jié)合，可對吹瓶機(jī)的生產(chǎn)運(yùn)行進(jìn)行自動管理。PETWall ProfilerR智能吹塑管理基于LED的傳感器，能夠從每個瓶子上獲取上千個壁厚測量數(shù)據(jù)，并構(gòu)建出完整的瓶形輪廓，即便瓶料的分布有極微小的變化，也能高度準(zhǔn)確的識別出來。Process PilotR吹瓶機(jī)管理系統(tǒng)根據(jù)PETWall ProfilerR測量系統(tǒng)提供的信息，管理和自動調(diào)節(jié)吹瓶機(jī)的可控參數(shù)，形成了從瓶料分配的測量和吹瓶運(yùn)行之間的有效閉環(huán)，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定和最佳的質(zhì)量控制。

赫斯基注塑系統(tǒng)有限公司Shotscope NX吹塑工藝監(jiān)控軟件，集成了工藝流程和生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，可以幫助生產(chǎn)商提高生產(chǎn)效率，同時最大限度地減少廢料和停機(jī)時間。測量和顯示出每公斤塑料所消耗的電量，生產(chǎn)商可根據(jù)能耗實際狀況，采取相應(yīng)的措施減少能源消耗，最終形成更有效的能源管理，達(dá)到提高能效、降低成本的目的。

四、擠出-壓縮成型PET瓶坯

意大利的Sacmi Imola S.C.推出Preform Advance Molding工藝，連續(xù)壓縮成型制造PET瓶胚，產(chǎn)量可高達(dá)100000個/h，而且能夠?qū)崿F(xiàn)前所未見的低成本、高品質(zhì)、高效率和輕量化。擠出機(jī)連續(xù)擠出PET料坯，隨后料坯被切成料塊，并被放入一個旋轉(zhuǎn)的壓縮成型轉(zhuǎn)盤中，壓塑成型預(yù)制件，然后被放置于一個后冷卻輪中進(jìn)行冷卻，隨后，瓶胚脫離系統(tǒng)，并按順序排列在運(yùn)輸帶上，傳送至拉吹設(shè)備上。成型后的瓶坯不會出現(xiàn)磨損或凹痕。注塑瓶坯成型瓶子50～60%的質(zhì)量問題都與注塑瓶坯的澆口有關(guān)，而該工藝成型的瓶坯沒有澆口，避免了瓶胚在澆口處出現(xiàn)孔隙、孔洞或結(jié)晶等問題，也避免了由于拉伸而形成的澆口痕跡；瓶胚可以做得更輕，瓶底可以被拉伸，降低了產(chǎn)品重量，節(jié)約了原料。新工藝相對于傳統(tǒng)的注塑成型，熔體在新工藝中產(chǎn)生的剪切力減少了，而且僅在260～280℃的溫度條件下就可以成型，這比通常的成型溫度低27～36℃，更有助于縮短成型周期，能夠顯著降低能耗。對黏度為0.8IV的PET瓶胚進(jìn)行測試，其AA含量僅為2.5～2.6ppm。瓶胚可以做得更輕，而且由于瓶底可以被拉伸，或許瓶底可以更薄。該系統(tǒng)允許使用傳統(tǒng)的注塑成型工藝無法使用的高黏度樹脂——樹脂的黏度預(yù)計可高達(dá)0.87IV，更高的樹脂黏度意味著能夠獲得更高的強(qiáng)度，而這將有助于產(chǎn)品的進(jìn)一步輕量化。

五、PET瓶坯節(jié)能干式殺菌

西得樂Combi Predis/CapdisTMFma干式殺菌技術(shù)，對PET瓶坯在吹塑之前，使用先進(jìn)的干燥的技術(shù)，無需用水，只使用少量的過氧化氫作為消毒劑，進(jìn)行消毒殺菌。由于瓶坯表面積要比成型后的瓶子的表面積約小10倍，節(jié)約了殺菌劑用量和能源消耗；而且殺菌后不需無菌水沖洗，避免了化學(xué)殘留的風(fēng)險，提高了潔凈度；消毒劑利用了瓶坯的熱調(diào)節(jié)的能量，從而實現(xiàn)了節(jié)能高效和清潔消毒。

六、多能化吹塑

PET瓶多樣化、系列化的發(fā)展要求成型設(shè)備多能化，以適合設(shè)備使用者的一機(jī)多能化的要求，單一功能的成型設(shè)備逐步淘汰出市場。

西帕公司SEL直線式吹瓶機(jī)系列產(chǎn)品，凸顯多功能化，可以生產(chǎn)橢圓形、帶手柄、帶定位瓶口、長頸形等的特殊形狀的PET瓶，還可生產(chǎn)熱灌裝瓶。

克朗斯第三代Contiform拉伸吹塑機(jī)：提高每個吹塑站的生產(chǎn)率；降低總體空氣消耗；降低總體能源消耗；提高清潔生產(chǎn)水平；縮短產(chǎn)品轉(zhuǎn)換時間及靈活性；提高可用性及可靠性。開發(fā)出了8個～36個吹塑站的不同產(chǎn)品，達(dá)到每小時可吹塑81000個瓶子。設(shè)備與一臺灌裝機(jī)、貼標(biāo)機(jī)連接。

七、氣體發(fā)泡成型的PET瓶

早在1998年，人們就開始使用化學(xué)發(fā)泡劑來生產(chǎn)HDPE洗發(fā)水瓶。不同于傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，Plastic Technologies公司開發(fā)出了“OPTI”工藝，即用MuCell微細(xì)發(fā)泡工藝(由Trexel公司授權(quán)許可)來發(fā)泡PET瓶。該工藝不需要對現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行任何改進(jìn)，而是在瓶坯成型設(shè)備上連接一個改進(jìn)過的料筒，使氮氣與熔融物料在此均勻混合。由于泡沫增加了瓶子的硬度，制得的發(fā)泡瓶的重量比傳統(tǒng)的發(fā)泡瓶輕了近5%,還能顯著增強(qiáng)瓶子的表面防滑性和工藝操作的可重復(fù)性。

八、空氣能量再生節(jié)能吹塑

空氣回收是吹塑過程中一個重要的成本降低因素。如果最終的吹塑空氣被回收，用于預(yù)吹制，那么能源成本就已降低了9%左右；如果回收空氣不僅用于預(yù)吹制功能，還用于拉伸，那么能源成本就可降低22%左右；如果將回收空氣送回操作空氣網(wǎng)，則可節(jié)能30%，而如果回收空氣直接被送回壓縮機(jī)，則每年甚至可節(jié)能40%。

九、個性化瓶坯加熱控制

克朗斯Flex Wave微波加熱系統(tǒng)能個別調(diào)節(jié)和監(jiān)控PET瓶坯的加熱過程，達(dá)到由于用回收料制成的瓶坯的熱性能不同對其加熱的要求而不同的缺陷；即使在變化的環(huán)境條件下，也能保證一致的瓶子質(zhì)量；適應(yīng)生產(chǎn)多色瓶的加熱。微波加熱與傳統(tǒng)的紅外線加熱技術(shù)相比，不但加熱速率快，僅需3s，而且比其他系統(tǒng)加熱時間縮短約80%，能耗降低50%。