多層共擠吹塑中空單純回收料循環(huán)利用的分析研究

劉軍強(qiáng) 張友根

（1.秦川機(jī)床工具集團(tuán)股份公司；2.上海浦東新區(qū)）

1.前言

多層共擠出吹塑中空容器具有優(yōu)異的高阻隔性能，特別在六層汽車燃油箱領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。廢塑料再生的單純回收料是多層共擠吹塑中空容器成型的主要原料，也是其結(jié)構(gòu)組分中回收料層的主要組分。

本文基于生態(tài)環(huán)境保護(hù)為準(zhǔn)則，以六層汽車燃油箱回收料層為研究對象，分析研究了多層共擠吹塑廢塑料單純回收料循環(huán)利用全套解決方案的驅(qū)動創(chuàng)新，指出廢塑料回收再生塑料資源化循環(huán)利用的持續(xù)創(chuàng)新，不僅僅實現(xiàn)塑料資源效益高值化，更重要的是減少碳排放，防范環(huán)境污染風(fēng)險高值化。

2.多層共擠出吹塑中空單純回收料資源化內(nèi)涵

單純回收（簡單回收）料指生產(chǎn)過程產(chǎn)生的邊角廢塑料，這種廢料較為潔凈，較少污染和含有雜質(zhì)，不必分撿、清洗等前期處理，破碎后毋需歷程化學(xué)法共混改性復(fù)合再生、物理法擠出造粒，破碎后即再生為持續(xù)加工的塑料原料。

多層共擠吹塑料制品的單純回收料包含以HDPE為主要組分的多種聚合物，難以實現(xiàn)分類回收。HDPE多次循環(huán)回收利用不會明顯影響其性能，創(chuàng)造了可多次循環(huán)利用的材料性能。多層共擠出吹塑單純回收料，直接送入料斗與新料混合成型加工為多層共擠吹塑容器回料層的共混原料，實現(xiàn)“制品—制品”的廢塑料循環(huán)利用的資源節(jié)約型綠色塑料工程技術(shù)，提高廢舊塑料的應(yīng)用價值，驅(qū)動多層化中空容器高值化可持續(xù)發(fā)展。

2.1 多層共擠出吹塑中空單純回收料資源化循環(huán)利用特點

多層共擠出吹塑中空單純回收料廢塑料資源一般來自于本企業(yè)在線回收，包括多層共擠出吹塑過程中的產(chǎn)生的飛邊、切割的料頭和殘次品，占制品重量的15%～40%。

單純回收料在線再生成型塑料原料，不經(jīng)過擠出造粒，減小了氧化的可乘之機(jī)。如單純回收料盛放時間較長，應(yīng)考慮使用穩(wěn)定劑來防止樹脂的氧化。特別是對于再生料，在多次加熱后，其穩(wěn)定性有所下降，需防范氧化風(fēng)險。

2.2 多層共擠吹塑中空單純回收料資源化再生特點

粉碎回收系統(tǒng)，貫徹清潔生產(chǎn)原則，廢塑料優(yōu)質(zhì)高值化破碎物理再生成型塑料：

1）廢塑料回收清潔度。粉碎前要保證飛邊、廢品中不含夾雜物或其他種類的塑料，否則影響到吹塑質(zhì)量，制品會出現(xiàn)氣泡、脫皮、表面粗糙、匯合線粘合性能差等缺陷。

2） 粉碎機(jī)的功率選擇。根據(jù)所粉碎的制品類別，選擇合適的粉碎機(jī)功率，但建議適當(dāng)留有余量。比如對于六層燃油箱的料頭、廢品粉碎，就需要功率大點，一般需要50kW以上，但實際中，有用戶選擇75kW甚至90kW粉碎機(jī)。選擇大功率的好處就是，無需再進(jìn)行預(yù)切割，可以把整個報廢制品進(jìn)行粉碎，方便了工人操作。

如若粉碎機(jī)功率太小，就需要根據(jù)粉碎機(jī)吃料大小，對太大的料頭，進(jìn)行預(yù)先切割，喂入適合粉碎能力的形狀大小合適的料頭。否則，將會造成粉碎機(jī)堵塞，過熱黏連，影響效率。

3） 清潔粉碎工藝技術(shù)。普通粉碎機(jī)，粉碎前材料的溫度應(yīng)該在40℃以下。嚴(yán)防粉碎過熱粘附在粉碎機(jī)金屬壁上產(chǎn)生結(jié)焦碳化、粉碎料黑斑而浪費塑料資源，影響回收質(zhì)量。粉碎料采用封閉盛儲，嚴(yán)防塑料微粒散射而污染周邊環(huán)境。

4） 出料粉碎顆粒大小。出料粉碎顆粒宜小不宜大，有利于提高擠出加料控制質(zhì)量及混煉穩(wěn)定性，推薦球徑均值＜5%D（擠出螺桿公稱直徑）。

2.3 多層共擠吹塑中空單純回收料資源化技術(shù)與設(shè)備的持續(xù)創(chuàng)新

設(shè)備自潔性技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新。設(shè)備的抗污染是環(huán)保屬性的重要組成部分。設(shè)備設(shè)置全封閉外罩達(dá)到塵埃治理要求。粉碎全程不見物料外露。自動收集及處理封閉罩內(nèi)部塵埃。在粉碎機(jī)設(shè)置粉塵收集系統(tǒng)，以減少回收料里的微細(xì)顆粒散射而污染環(huán)境。大功率粉碎機(jī)的噪聲治理是清潔生產(chǎn)的重點。

功能化高性能在線粉碎技術(shù)與設(shè)備的持續(xù)創(chuàng)新。實現(xiàn)在線粉碎，廢塑料在高溫下進(jìn)行回收，降低粉碎的剪切力，不但降低粉碎能耗，而且不易產(chǎn)生粉狀顆粒，實現(xiàn)綠色環(huán)保低碳粉碎作業(yè)。實現(xiàn)在線粉碎的技術(shù)關(guān)鍵如何克服廢塑料溫度太高問題，普通的回收設(shè)備不能滿足高溫塑料粉碎。意大利TRIA器亞公司吹塑中空在線回收邊料粉碎機(jī)，用于粉碎200L以下中空容器油桶、15kg燃油箱以及IBC容器等，無需預(yù)切，可在線粉碎溫度高達(dá)180℃的吹塑中空的廢物料以及流道。

3.多層共擠出吹塑中空制品單純回收料性能參數(shù)的研究

多層共擠出吹塑中空制品單純回收料的技術(shù)性能參數(shù)視其組分和破碎實際而有所差別，為循環(huán)利用多層共擠出吹塑中空技術(shù)與設(shè)備的持續(xù)創(chuàng)新提供技術(shù)依據(jù)。

3.1 回收料松密度測試

塑料的松密度，也即通常所說的堆積密度。由于塑料粒料的形狀不同，自由堆積起來后，顆粒之間的空隙體積則不一樣，其松密度 也不一樣。由于回收料的顆粒大小不一，因此其松密度與新原料的有所不同。這樣，不同松密度的顆粒加入同樣體積的螺桿加料段，將會得到不同的擠出量。表1是回收料與新料松密度實際測試數(shù)據(jù)。

表1 回收料與新料的松密度

表1數(shù)據(jù)來源于參考文獻(xiàn)[1]。筆者曾測過六層汽車燃油箱的回收料松密度，其值為0.4g/cm3。從以上數(shù)值可以看出新原料的松密度明顯高于回收料的松密度。在回收料專用擠出螺桿設(shè)計時，為了提高擠出產(chǎn)量的穩(wěn)定性，必須進(jìn)行縮容壓實的特殊設(shè)計。

3.2 回收料組分檢測

筆者曾做過六層汽車塑料燃油箱使用的粉碎回收再生料，對其組分進(jìn)行分類測試。隨機(jī)取出一定質(zhì)量的再生回收料，根據(jù)目測，按照顆粒大小分四類堆放。

圖1為六層燃油箱粉碎顆粒組分四類顆粒外形圖。表2為四類回收料顆粒外形尺寸、重量及百分比分布。

圖1 六層燃油箱粉碎顆粒組分四類顆粒外形圖

根據(jù)以上測試結(jié)果可以看出，粉碎回收料組分中，主要是第Ⅱ類和第Ⅲ類中等大小的顆粒，占61%。占總比例的29%的第Ⅳ類粉末及細(xì)小顆粒狀和9%的大顆粒第Ⅰ類，則是希望越少越好，這樣能更好地提高回收料的擠出混煉穩(wěn)定性。

表2 六層燃油箱回收料四類料顆粒外形尺寸、重量及百分比分布

表2反映出，粉末狀顆粒占回收利用料較大比例，加料系統(tǒng)必須密閉式，以防范粉末塵埃二次污染風(fēng)險。

表2反映出了粉碎顆粒與擠出螺桿兩者之間實現(xiàn)穩(wěn)定加料的尺寸參數(shù)的關(guān)系。粉碎料的顆粒用于擠出螺桿直徑150mm，顆粒球徑均值5.7mm，約為螺桿直徑的4%，最大顆粒最大尺寸小于螺桿加料段槽深。

3.3 回收料熔融指數(shù)測試

熔融指數(shù)是衡量聚烯烴塑料加工性能的一項重要指標(biāo)，一般熔融指數(shù)越大，塑料的熔體粘度越小，流動性能越好。

筆者和同事一起曾測試汽車燃油箱回收料的熔融指數(shù)。但由于回收料的組分含量不定，且大小不一，因此MFR及膨脹系數(shù)變化較大，很不穩(wěn)定。

表3為六層汽車燃油箱回收料熔融指數(shù)測試數(shù)值。表4為六層汽車燃油箱主料熔融指數(shù)實際測試數(shù)據(jù)。

表3 六層汽車燃油箱回收料熔融指數(shù)實際測試數(shù)據(jù)表

表4 六層汽車燃油箱主料熔融指數(shù)測試數(shù)值表

通過表3和表4的數(shù)據(jù)對比，可以看出，對于組分復(fù)雜的回收料，其熔融指數(shù)變小，說明熔體流動性能有所降低。

4.多層共擠出吹塑中空制品多層結(jié)構(gòu)組分的研究

多層共擠出吹塑中空制品多層組合都內(nèi)含單純回收料和新料混合組成的回料層，不但性能上有了很大的提高，而且既消化了料頭，又降低了成本。

4.1 多層共擠出吹塑中空制品多層組分功能分析[1]

具有回收料層是共擠出吹塑中空制品結(jié)構(gòu)的共同特征，也是實現(xiàn)資源節(jié)約型制造、循環(huán)經(jīng)濟(jì)綠色價值的體現(xiàn)。表5為六多層中空吹塑中空汽車燃油箱四類結(jié)構(gòu)方案。

表5 六多層中空吹塑中空汽車燃油箱四類結(jié)構(gòu)方案

從表5可看出：六層汽車燃油箱各層材料組成：新料層HDPE；回收料層為單純回收料和新料混合組成；粘結(jié)層為馬來酸酐接枝改性的LDPE，使相鄰不同材料的兩層實現(xiàn)良好的熱熔；阻隔層為EVOH，阻隔層約占總質(zhì)量的2～3%；力學(xué)性能由HDPE實現(xiàn)，占制品質(zhì)量93%以上；新料層約占制品質(zhì)量50%以上；回收料層處在中間，占制品質(zhì)量40%以上，實現(xiàn)單純回收料的循環(huán)利用，不影響制品的力學(xué)性能和阻隔性能。

4.2 多層共擠出吹塑中空制品回收料層組分及性能的分析

回收料層的單純回收料和新料的組成比例根據(jù)單純回收料的性能、成型性能要求、加工溫度、剪切歷程及停留時間等綜合因素而定。如果單純回收料加入太多，會影響最終制品的產(chǎn)品性能。這是因為回收料加入量增加時，型坯的熔體強(qiáng)度與離模膨脹率會減小，制品的某些性能，比如：耐環(huán)境應(yīng)力、沖擊韌性等會有所降低。

表5六層汽車燃油箱的五種方案說明，各層的比例具有持續(xù)創(chuàng)新的空間，方案Ⅱ的回料層所占比例比方案Ⅰ、Ⅴ高2%、比方案Ⅲ、Ⅳ高5%，有利于提高回收料的利用率。單純回收料比例的增加，回收料層的比例增加，必須進(jìn)行力學(xué)和阻隔性能的檢測，以不影響產(chǎn)品質(zhì)量為前提，適當(dāng)把新料及新料層的比例降低，增加單純回收料和回收料層的比例。

推薦回收料層中單純回收料的比例不超過40%。單純回收料循環(huán)利用次數(shù)增加，降低在回收料中的比例，有利于穩(wěn)定制品質(zhì)量。

新料與回收料兩類材料的熱收縮率不能有太大差異,粘結(jié)層和被粘結(jié)層的熔體粘度差異不宜過大，盡量做到收縮率完全匹配，實現(xiàn)物性變化質(zhì)量的一致性。

5.多層擠出吹塑中空制品單純回收料循環(huán)利用成型技術(shù)與裝備的持續(xù)創(chuàng)新

單純回收料不可避免含有粉塵和細(xì)小顆粒，即前文所述的第Ⅳ類狀態(tài)物質(zhì)（圖1及表2）；細(xì)小顆粒以及顆粒所帶絨毛狀態(tài)，有吸水效應(yīng)，因此粉碎好的回收料如若不能及時使用，就易受潮，影響最終制品質(zhì)量。成型加工技術(shù)與裝備必須考慮到上述因素，實現(xiàn)綠色成型加工。

5.1 上料系統(tǒng)持續(xù)創(chuàng)新要點

上料系統(tǒng)根據(jù)節(jié)3實際測試反映的回收料組分的實際情況持續(xù)創(chuàng)新，實現(xiàn)穩(wěn)定加料，防范加料產(chǎn)生的二次污染風(fēng)險?；厥樟蠈咏M分中單純回收料與新料必須在料倉中攪拌均勻，否則將會影響制品的性能與整機(jī)的效率。

1） 在線回收直接破碎的回收料，配有除塵環(huán)節(jié)，以減少粉塵污染。且必須配有磁力架，防止金屬異物混入回收料中，影響設(shè)備生產(chǎn)。

2） 儲存的回收料，在使用前應(yīng)對其進(jìn)行干燥處理，干燥溫度75℃～90℃，干燥時間一般選擇2h～3h，具體根據(jù)回收料的干燥程度進(jìn)行。

3） 如若采用真空上料系統(tǒng)，還需要考慮回收料架橋問題。由于直接粉碎回收料，顆粒大小不均勻，且顆粒表面不光滑，帶有細(xì)小絨毛狀，故易出現(xiàn)原料架橋，造成吸料不暢、斷料、管路堵塞等問題，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。因此，必須想法解決，通用做法是在回收料的上料系統(tǒng)中增加防架橋裝置，即在不同環(huán)節(jié)的儲料倉上面增加電機(jī)攪拌機(jī)構(gòu)，間隔一定的時間，電機(jī)帶動攪拌桿攪動料倉里的回收料，防止架橋。

5.2 擠出系統(tǒng)持續(xù)創(chuàng)新要點[2]

多層塑料燃油箱中各層的厚度比例由擠出系統(tǒng)控制。各擠出機(jī)穩(wěn)定的擠出性能是實現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)。多層共擠吹塑中空制品中各層的厚度比例直接與塑化混煉性能相關(guān)。由于回收料的松散、顆粒大小不均勻的特性，所以對于加工回收料的擠出機(jī)必須特殊設(shè)計，保證塑化混煉熔融體質(zhì)量的穩(wěn)定性。圖2為回收料擠出機(jī)加料段結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 回收料擠出機(jī)加料段結(jié)構(gòu)示意圖

5.2.1 擠出混煉系統(tǒng)持續(xù)創(chuàng)新要點

回收料擠出混煉系統(tǒng)根據(jù)節(jié)3反映的松密度實際及流動性能持續(xù)創(chuàng)新，提高混煉和輸送能力。回收料層中有多種原料成份，該層擠出機(jī)要有很好的混煉能力，使得EVOH在HDPE中以小于0.02 mm的微粒狀態(tài)均勻分布，提高兩者之間的混合結(jié)合力。

擠出混煉系統(tǒng)持續(xù)創(chuàng)新要點：

1）混送料系統(tǒng)

單純回收料組分中存在大尺寸顆粒、松密度較小、顆粒大小不均勻。圖2中下料座與擠出機(jī)進(jìn)料口相連接的下料口兩者的形狀一致，并可在條件允許下適當(dāng)加大進(jìn)擠出機(jī)的進(jìn)料口，達(dá)到增加回收料與螺桿的接觸面積，提高擠出加料的適應(yīng)能力，穩(wěn)定加料速率。

圖2中機(jī)筒加料段冷卻槽和冷水套組組成強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，使被輸送的物料的溫度保持在軟化點或熔點以下，避免熔膜出現(xiàn)，以保持物料的固體摩擦性質(zhì)，不但提高固體輸送量，而且擠出量對機(jī)頭壓力變化的敏感性較小。

2）回收料高質(zhì)量混煉性能

表3和表4說明，回收料的熔融指數(shù)小，所以熔融所需的剪切熱能大，材料保證熔融速率。單純回收料往往粉碎不均勻，造成該層的擠出壓力會波動，進(jìn)而影響到各層的比例關(guān)系。因此必須有針對性的設(shè)計，以提高混煉質(zhì)量。含有EVOH組分的回收料，EVOH與HDPE之間的相容性比較差，為提高混合料的物理性能，必須提高混煉性能，微細(xì)化成粒度小于10μm的微粒。上述三個方面說明，必須對回收料層的擠出系統(tǒng)，提高低溫剪切混煉性能。回收料層擠出系統(tǒng)必須采用帶強(qiáng)制喂料強(qiáng)制冷卻的高剪切“IKV”結(jié)構(gòu)：在機(jī)筒的加料區(qū)的襯套上開有形狀不同的深而寬的縱向溝槽，同時在加料區(qū)設(shè)計強(qiáng)制冷卻結(jié)構(gòu)，外加雙頭螺棱設(shè)計，加之合理的屏障段和混煉段的設(shè)計。BM混煉元件使擠出過程中充分利用高密度聚乙烯的高剪切物料特性，優(yōu)化熔融過程，均化回收料混合?！癐KV”擠出系統(tǒng)不但極大提高了混煉性能及分散效果，而且輸送效率由常規(guī)的0.3～0.5提高到0.6～0.85、塑化能力較常規(guī)設(shè)計的擠出機(jī)的塑化能力高50%以上，以及實現(xiàn)擠出量穩(wěn)定輸送?！癐KV”結(jié)構(gòu)也存在一些缺陷，比如螺桿與機(jī)筒磨損嚴(yán)重，冷卻水帶走的能量偏高等，在“IKV”結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上不斷研究和改進(jìn)，創(chuàng)新技術(shù)，提高塑化能力與塑化質(zhì)量。

持續(xù)創(chuàng)新混煉技術(shù)?；厥樟蠈又杏卸喾N原料成份，擠出螺桿頭部加裝靜態(tài)混煉器、新型的拉伸剪切混煉器等，進(jìn)一步提高回收料層熔融料的混煉質(zhì)量，實現(xiàn)更穩(wěn)定的壓力輸出。JEW公司為提高擠出混煉質(zhì)量，在擠出螺桿頭部，加裝了10道凹凸大環(huán)形破碎分散功能和3道凹凸小環(huán)形剪切功能的混煉螺桿頭，熔融料經(jīng)過再次拉伸、剪切、混煉，使回收料層的各種高分子材料以更小的微粒均勻分散捏合，提高回收料層的吹脹性能及制品的力學(xué)性能。

3）縮容排氣擠出

縮容排氣擠出將回收料層內(nèi)含的廢氣、水分在壓縮階段徹底排出，穩(wěn)定熔融料的密度質(zhì)量。

由表1，回收料的松密度比較小，特別是廢塑料粉碎后不經(jīng)過擠出造粒直接作為成型原料擠出吹塑，內(nèi)含空氣比率較大，如果廢塑料粉碎原料盛放一段時期后，還需考慮到內(nèi)含水分，擠出技術(shù)設(shè)計必須考慮到上述兩點對擠出質(zhì)量及擠出速率的影響。如果回收料層原料的干燥度達(dá)到要求，松密度不小于0.50g/cm3，可以適當(dāng)加深進(jìn)料段螺槽深度，增加螺桿的壓縮比，達(dá)到排氣縮容擠出混煉，保證熔融質(zhì)量。

廢氣、廢汽得不到排出，影響熔融料擠出的穩(wěn)定性，所以要有必要的排氣（汽）裝置/機(jī)構(gòu)。

4）熔融料自潔性擠出技術(shù)

如果回收料層熔融料有夾雜物，在機(jī)頭與擠出機(jī)之間，可在增加熔融料清洗的自動換網(wǎng)器，擠出熔融料輸出經(jīng)過過濾清洗提高清潔度，可進(jìn)一步提高壓力穩(wěn)定輸出、界面的粘合質(zhì)量及制品的力學(xué)性能。

Nordson全自動自清潔式換網(wǎng)器采用全新的、更精簡、更緊湊的設(shè)計，可實現(xiàn)更高的擠出熔融料清潔效率和質(zhì)量，穩(wěn)定輸出壓力。Nordson的BKG?HiCon?V型3G換網(wǎng)器使用液壓驅(qū)動的反沖洗系統(tǒng)自動去除污染物，同時還能保持恒定的擠出率及擠出壓力。新型換網(wǎng)器比Nordson早先的V型系統(tǒng)更精簡高效，整個反沖洗程序和換網(wǎng)程序（包括充注和通風(fēng)）可以自主地設(shè)置參數(shù)，反沖洗周期可縮短30%。在HiCon V型3G換網(wǎng)器中，從擠出機(jī)流出的熔體流在入口側(cè)分開，被引導(dǎo)到四個過濾室，每個柱塞上各有兩個過濾室。每對過濾室的位置使之可以過濾各自的熔體流，直到柱塞將一個過濾室從工藝中去除，以通過反沖洗清除積聚的污染物。在常規(guī)的操作中，聚合物會流經(jīng)所有四個過濾室。當(dāng)其中某個過濾室發(fā)生更換操作時，其他三個過濾室仍然留在生產(chǎn)位置。除了兩個用于支撐濾網(wǎng)的柱塞外，還有一個液壓驅(qū)動的，在反沖洗期間運行的柱塞。當(dāng)整個換網(wǎng)器上的壓差由于污染物積聚而提高到預(yù)設(shè)的水平時，反沖洗操作序列將針對所有過濾室自動啟動。每個過濾室對應(yīng)的柱塞將縮回并產(chǎn)生一個存儲腔，用于容納過濾后的聚合物熔體。這些物料會通過液壓方法進(jìn)行壓縮，然后從相反的方向排出，回流經(jīng)濾網(wǎng)，帶走系統(tǒng)中的污染物。

5）熔融料擠出安全技術(shù)

塑化不良、回收料內(nèi)含有不容易熔化的異物，引起擠出機(jī)頭堵塞，對設(shè)備及人員造成安全風(fēng)險。在國外設(shè)備上，一般還會在機(jī)頭與擠出機(jī)之間增加防爆裝置，增強(qiáng)設(shè)備的安全性。當(dāng)機(jī)頭壓力達(dá)到防爆壓力設(shè)定值時，防爆裝置啟動，設(shè)備自動停止運轉(zhuǎn)。處理方法：檢查加熱器，必要時更換；核實各段設(shè)定溫度；清理檢查擠壓系統(tǒng)及機(jī)頭。

5.2.2 成型控制技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新要點

智能控制系統(tǒng)通過加入智能化單元（包括機(jī)械、傳感、電氣和智能化軟件，具有記憶、感知、計算和決策功能），根據(jù)擠出速率設(shè)定值，自動管理各種工藝參數(shù)，實現(xiàn)動態(tài)設(shè)置和存儲，監(jiān)控生產(chǎn)運行狀態(tài)并自動調(diào)整，優(yōu)化處理各種運行參數(shù)。智能化單元內(nèi)置了人工智能算法，具備工藝參數(shù)學(xué)習(xí)能力，能夠通過有限試驗樣本訓(xùn)練，找到適合特定產(chǎn)品的設(shè)備最優(yōu)工藝參數(shù)，使設(shè)備操作更加便捷，以提高產(chǎn)品品質(zhì)和附加值。

1）智能擠出控制技術(shù)

精密控制擠出速率達(dá)到精密控制各層厚度，從而穩(wěn)定制品質(zhì)量。回料層塑料組分的不均勻度，增添了擠出速率穩(wěn)定性的技術(shù)控制的復(fù)雜性。擠出速率涉及到喂料速度、螺桿轉(zhuǎn)速、計量泵轉(zhuǎn)速、濾網(wǎng)、機(jī)筒各區(qū)的設(shè)定溫度、機(jī)頭壓力等工藝參數(shù)，智能才能實現(xiàn)對各工藝參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)整優(yōu)化達(dá)到最佳匹配，達(dá)到設(shè)定值。

2）智能回料層比例混合及輸送系統(tǒng)

智能混料加料系統(tǒng)。提高單純回收料和新料兩者之間混合比例的精度，提高回收料層性能的穩(wěn)定性。自動控制并監(jiān)視的智能比例混料上料輸送系統(tǒng)，包括吸料機(jī)到混料槽的完整的輸送系統(tǒng)，實現(xiàn)單純回收料和新料兩者之間按設(shè)定比例混合成回收料，采用自動控制運算方式，自動整定功能（自動精度校正），保證配料精度，計量能力可依據(jù)需求自行調(diào)節(jié)，輸送至加料系統(tǒng)。美鍇產(chǎn)品有限公司的新型WXB?重力擠出混料機(jī)包含一個增重式（GIW）重力秤和失重式（LIW）混料室，這些裝置集合在一臺配有Maguire?4088控制器的機(jī)器中，可用于多個擠出機(jī)執(zhí)行共擠出。4088控制器是美鍇最先進(jìn)的混料機(jī)控制器，專為與工業(yè)4.0環(huán)境下的其他系統(tǒng)進(jìn)行通信而設(shè)計。它使WXB?混料機(jī)能夠與Maguire+Syncro?監(jiān)控系統(tǒng)連接，通過單個觸摸屏HMI控制實現(xiàn)對生產(chǎn)線所有部分的控制。大量的信息包括參數(shù)設(shè)定以及各種原料進(jìn)入成型和擠出機(jī)的消耗量可以輕松地通過任何標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議與第三方設(shè)備共享。混料機(jī)可處理多達(dá)12種原料，每種原料均有獨立的分配閥。混料機(jī)可實現(xiàn)嚴(yán)格的公差±0.1%以內(nèi)。

圖3 失重式計量加料系統(tǒng)流量控制模式原理圖

智能失重式計量加料系統(tǒng)。圖3為失重式計量加料系統(tǒng)流量控制模式原理圖。失重式計量加料系統(tǒng)持續(xù)創(chuàng)新包括三個方面：螺桿槽；攪拌器及螺桿本身。提高擠出加料計量精度，達(dá)到擠出量及擠出壓力的穩(wěn)定性稱重傳感器安裝在計量料斗上，通過測量單位時間內(nèi)料斗內(nèi)物料重量的減少量，可以得到擠出機(jī)的即時產(chǎn)量。擠出機(jī)的PLC控制系統(tǒng)根據(jù)失重式計量料斗得到的即時產(chǎn)量值，實現(xiàn)擠出即時產(chǎn)量與擠出機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速的PID閉環(huán)控制。其中流量控制模式可根據(jù)預(yù)先設(shè)定產(chǎn)品產(chǎn)量，在自動模式中通過檢測電機(jī)實際轉(zhuǎn)速，根據(jù)實際產(chǎn)量與設(shè)定產(chǎn)量的偏差，通過自動調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速予以消除，計量加料系統(tǒng)的應(yīng)用可以很好地提高回收料擠出的穩(wěn)定性。

3）智能回料層擠出溫度控制技術(shù)

采用精度控制范圍達(dá)±1℃的智能溫度控制模塊，實現(xiàn)混煉熔融溫度達(dá)到期望值。吹塑成型的HDPE制品而言，氧化帶來的缺陷不可小覷。特別是回料經(jīng)多次循環(huán)利用后，氧化指數(shù)降低，對溫度更敏感。避免氧化對制品的危害，擠出溫度控制是關(guān)鍵。在實際生產(chǎn)過程中，要時刻注意回收料擠出機(jī)的設(shè)定溫度與實際溫度，特別注意0區(qū)和1區(qū)的溫度變化。溫度太高，則易堵塞，影響進(jìn)料；溫度太低，則影響塑化效果。溫度加熱系統(tǒng)采用高效率電磁感應(yīng)加熱裝置，提高溫度控制的靈敏度，不但降低能耗，而且降低熱污染。

表6 回收料專用擠出機(jī)筒加熱溫度參數(shù)設(shè)定推薦值

為了更精確的控制回料層擠出溫度，由于加料座有一定的長度，所以可以增加0區(qū)（加料座）的溫度檢測點，一般0區(qū)為1個熱電偶，回收料擠出機(jī)可再增加一個；第二是，溫度的PID控制，通過控制冷卻水的流量，達(dá)到對回收料擠出溫度的精確控制。表6為回收料專用擠出機(jī)筒加熱溫度參數(shù)設(shè)定推薦值。表6反映出，加料段的實際溫度與設(shè)定溫度之間的差距比較大，提出了一個問題，就是如何恒定原料溫度和加料段的強(qiáng)制冷卻控制性能，提高加料段的溫控性能。

4）網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)應(yīng)用是多層共擠中空塑料成型機(jī)綠色技術(shù)的智能控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是綜合自動化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，是控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)也發(fā)生了巨大的技術(shù)變革，網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)（Networked Control System，NCS）是在控制系統(tǒng)中引入了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，從而使得眾多的傳感器、執(zhí)行器、控制器等主要功能部件能夠通過網(wǎng)絡(luò)相連接，相關(guān)的信號和數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸和交換，避免了點對點專線的鋪設(shè)，而且可以實現(xiàn)資源共享、遠(yuǎn)程操作和控制，增加了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。秦川機(jī)床工具集團(tuán)股份公司遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過MODEM實現(xiàn)對設(shè)備PLC的遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以對PLC的程序讀寫，監(jiān)測運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程編程、調(diào)試、實時控制，及時消除隱患，提高系統(tǒng)的可靠性。

5.3 多層共擠摸頭熔體分配系統(tǒng)持續(xù)創(chuàng)新要點[3]

熔體分配系統(tǒng)是共擠出中空吹塑成型多層共擠機(jī)頭的核心部分，其功能是將熔體均勻分布在圓周上，從而形成合格型坯，以進(jìn)行吹塑成型。中空吹塑成型機(jī)的機(jī)頭無論是儲料式，還是連續(xù)式，其熔體分配部分關(guān)鍵在于合理的流道設(shè)計，使熔體分配均勻，各層壓力、流速相當(dāng)，以保證熔體在穩(wěn)定狀態(tài)下流動。

回收料組分不單一，流動性能下降，因此在流道體設(shè)計時需要注意以下幾點：

1）流道體流道型式技術(shù)設(shè)計

實際經(jīng)驗與計算機(jī)仿真模擬分析相結(jié)合實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動，模擬顯示熔體在流道內(nèi)流動時各處的溫度分布、壓力分布、剪應(yīng)力分布、流率分布、滯留時間，并可據(jù)此對流道的設(shè)計進(jìn)行指導(dǎo)，尋求最佳方案，減少設(shè)計風(fēng)險。先進(jìn)先出”原則的心形包絡(luò)曲線流道，恒定熔融料吹塑性能。

CAE和工匠精神相結(jié)合制造加工流道。流道中的所有流道半徑必須大于3㎜。流道制造必須光滑，不能有死角，不得有料流漩渦區(qū)和料流停滯區(qū)，這些都是保證物料充滿流道并能均勻流動、防止局部過熱甚至分解的重要條件。由于回收料的流動性能降低，衣架式旋流道或者雙螺旋復(fù)合流道，需特別注意熔接痕部位的制造加工，以免形成死區(qū)及熔接痕的出現(xiàn)。

2）流道體零件的表面處理

一般以表面鍍鉻和氮化處理為主。盡量鍍鉻，鍍鉻層將減少熔體粘附流道表面的傾向。

3）流道體零件制造材料

材料需滿足易加工；耐壓、耐溫、耐磨損；具有足夠的強(qiáng)度與剛度；具有足夠的表面硬度，便于拋光至滿意的表面質(zhì)量；能經(jīng)受適當(dāng)?shù)臒崽幚?，變形小、尺寸變化不明顯；具有良好的導(dǎo)熱性，且無內(nèi)應(yīng)力。選擇合適材料，為后序零件加工、熱處理的提供保證。常用的零件材料有40Cr、35CrMo、38CrMoAlA等。

5.4 多層共擠吹塑中空機(jī)頭持續(xù)創(chuàng)新要點

六層汽車燃油箱加工采用連續(xù)擠出式多層共擠機(jī)頭，其各層流道熔體分配均勻顯得尤為重要。

多層共擠出機(jī)頭的流變設(shè)計是關(guān)鍵，要能達(dá)到機(jī)頭不依懶于生產(chǎn)率和原料粘度，每一層中具有良好的圓周分布，而最終在匯合后，也能保持在穩(wěn)定的狀態(tài)流動。圖4為六層共擠出機(jī)頭。

圖4 六層共擠出機(jī)頭

多層共擠出機(jī)頭的特別要注意各單層料流匯合之處。一方面由于此處流道空間有變化，從而帶來料流速度變化；另一方面由于來自不同流道熔體壓力有差異，料流速度不一，黏度也不相同，匯合時，各熔體在流速分布上存在急劇的轉(zhuǎn)移，需要重新調(diào)整界面位置。鑒于以上兩點，就有可能在匯合處產(chǎn)生不穩(wěn)定流動。因此在設(shè)計時，必須要各層料流在匯合處壓力降要相等或接近，各層速度相等或接近。回料層流動性能低于新料，而且質(zhì)量所占比例大，流動速率和擠出壓力是擠出參數(shù)控制的重點，是共擠復(fù)合機(jī)頭設(shè)計的關(guān)鍵。

德國ETA公司采用螺旋形熔體流道系統(tǒng)，擠出機(jī)頭實現(xiàn)高性能資源節(jié)約型輕量化設(shè)計及制造技術(shù)，擠出機(jī)頭的重量僅為具有普通心型流道分配系統(tǒng)擠出機(jī)頭的1/3，實現(xiàn)高速靈敏的溫控性能及啟動性能，保證EVOH阻隔材料不會由于停機(jī)或預(yù)備時間過長而造成材料性能下降，從而達(dá)到制品高品質(zhì)的穩(wěn)定生產(chǎn)。

6.單純回收料循環(huán)利用六層共擠吹塑燃油箱解決方案的持續(xù)創(chuàng)新[4]

近年來，隨著世界各國對環(huán)保要求的日益提高，汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)也日益嚴(yán)格，持續(xù)創(chuàng)新六層塑料燃油箱的阻隔性能成為整車尾氣排放達(dá)標(biāo)的最直接、最有效和最重要的第一選擇。

阿托菲納公司從事高分子材料開發(fā)，開發(fā)多層塑料汽車燃油箱的新材料，用作外層低溫下沖擊阻力的功能層Finathene級MS B HDPE，用作中間阻隔層的索阿諾爾（Soarnol）EVOH，用作內(nèi)層阻隔層的具有最佳的阻氣性和阻芳族性能Orgalloy FT 104 PA。Orgalloy FT 104 PA不但具有出色的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，而且適合和回收料層熱粘合作為內(nèi)層直接與燃油持續(xù)接觸起到阻隔功能，并且由于Orgalloy FT 104 PA具備和HDPE共擠相容性，與回收料層之間不需要粘接層，還可降低生產(chǎn)成本。阿托菲納公司與汽車業(yè)的吹塑廠商TI Automotive合作一種內(nèi)含回收料層的雙阻隔層的六層結(jié)構(gòu)Permablock AS6[Finathene級MS B HDPE（外層）/LLHDPE（粘結(jié)層）/Soarnol EVOH（阻隔層）/LLHDPE（粘結(jié)層）/HDPE(回收料層)/Orgalloy FT 104 PA（阻隔層、內(nèi)層）]高阻隔性能的汽車燃油箱，符合美國加州空氣資源委員會“部分零污染車輛（PZEV）”法規(guī)40CFR 1051（燃油箱總成HC滲透量小于1.5g/m2/24h），并取得了專利。

秦川機(jī)床工具集團(tuán)股份公司自主開發(fā)的SCJC200×6六層汽車燃油箱共擠吹塑中空成型機(jī)，創(chuàng)新型“IKV”擠出混煉系統(tǒng)，不但具有對回料組分中單純回收料中未能塑化的EVOH料實現(xiàn)剪切、碾碎、混煉均勻的功能，而且具有較大的擠出率；CAD大型熔體流動分析軟件進(jìn)行優(yōu)化分析、設(shè)計的六層連續(xù)擠出機(jī)頭，使各層熔體流速相對穩(wěn)定一致實現(xiàn)緊密結(jié)合；六臺擠出機(jī)實現(xiàn)集中自動上料，確保供料系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性；智能100點型坯壁厚控制與擠出機(jī)聯(lián)控，保證燃油箱壁厚實現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。整套技術(shù)與設(shè)備完全滿足六層高檔轎車燃油箱35L-88L的規(guī)格的成型加工，已成為眾泰、北汽、廣汽、奇瑞等品牌的多個車型的配套設(shè)備。

廣東金明精機(jī)股份有限公司采用六層共擠技術(shù)研制的汽車油箱中空成型設(shè)備，具有低原料消耗、高阻隔性的優(yōu)點，經(jīng)檢驗油箱每天滲漏僅0.033g（單層油箱每天滲漏燃油20g），達(dá)到“零滲漏”的環(huán)保要求。

多層共擠吹塑單純回收料用于“國Ⅵ”油箱解決方案的創(chuàng)新驅(qū)動?！皣觥庇拖?020年開始使用，市場上還沒有真正達(dá)到“國Ⅵ”標(biāo)準(zhǔn)的燃油箱。提高燃油系統(tǒng)的阻隔性能，還必須從燃油箱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和其關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)、性能總體方案優(yōu)化，才能確保燃油系統(tǒng)CH化合物排放量達(dá)到“國Ⅵ”法規(guī)要求。根據(jù)TI Automotive公司開發(fā)了雙阻隔層（EVOH、PA）Permablock AS6塑料油箱及以往經(jīng)驗，“國Ⅵ”油箱結(jié)構(gòu)組分同樣有回收料層。原因一，“國Ⅵ”燃油箱生產(chǎn)比“國Ⅴ”燃油箱產(chǎn)生更多的料頭、飛邊，一般在20%～40%之間，這么多廢塑料必須循環(huán)利用才符合生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基本國策；原因二，擠出混煉技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，夾雜多種高分子材料的廢塑料的物理共混質(zhì)量得到進(jìn)一步提高，不會明顯降低其成型和物化性能；原因三，回收層夾在六層中間，不影響燃油箱的力學(xué)性能。

7.結(jié)語

作為綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要部分，回收塑料必將擁有更廣闊的市場。對于回收塑料的產(chǎn)業(yè)市場，一方面是開拓新的應(yīng)用市場，另一方面是開發(fā)專用終端設(shè)備，進(jìn)而推動整個塑料回收產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。