Gneuss:纖維生產(chǎn)中的零廢棄物循環(huán)

透氣的運(yùn)動(dòng)服和戶外服裝受到人們的青睞。結(jié)合“快時(shí)尚”座右銘和“數(shù)量勝過質(zhì)量”原則，全球范圍內(nèi)對聚酯(PET)纖維的需求日益增長。反過來，這也導(dǎo)致了伴隨纖維生產(chǎn)自動(dòng)產(chǎn)生的生產(chǎn)廢料的增加。基于生態(tài)和經(jīng)濟(jì)考慮，必須對纖維殘留物進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ず驮倮?。這在某些情況下給纖維制造商和加工商帶來了具大挑戰(zhàn)。基于此，中國和白俄羅斯的一些大型纖維制造商決定采用德國Gneuss公司的關(guān)鍵組件，實(shí)現(xiàn)以較低的投資成本改造現(xiàn)有的纖維生產(chǎn)線的目的，將其全部的纖維廢棄物加工成高質(zhì)量的纖維，甚至用纖維廢棄物加工預(yù)取向絲(POY)或全拉伸絲(FDY)。而此前，這兩種變形絲都不能通過這種方式制得。

過去的20年中，紡織品的總產(chǎn)量已翻了一番。2000年到2016年，全球范圍內(nèi)僅用于服裝領(lǐng)域的PET量就從8.3 t增至2 130萬t。同時(shí)，廢止塑料垃圾的呼聲越來越高，歐盟(EU)等也頒布指令杜絕塑料垃圾。到2025年，所有歐盟國家將實(shí)施單獨(dú)的紡織品收集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的回收利用。此外，歐盟國家還將通過生產(chǎn)者延伸責(zé)任制制度(EPR)等環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略，促使產(chǎn)品制造商承擔(dān)更多責(zé)任，以確保產(chǎn)品從生產(chǎn)到處置的整個(gè)生命周期的循環(huán)，從而更快地實(shí)現(xiàn)生態(tài)設(shè)計(jì)和資源效率等目標(biāo)。除產(chǎn)品的可回收性外，使用回收材料也是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的一種方式。但問題的癥結(jié)也在此：紡織行業(yè)對回收材料的需求日益增長，并要求能夠充足地定期供應(yīng)這些材料。目前市場上較易獲得的回收PET(rPET)來源于飲料瓶，基于清潔的收集系統(tǒng)，其質(zhì)量非常好。然而，近年來rPET使用量的不斷增加，導(dǎo)致對其需求強(qiáng)勁增長，尤其是在包裝應(yīng)用和紡織纖維生產(chǎn)領(lǐng)域。因此，目前除了提高rPET的市場價(jià)格外，還必須考慮使用其他回收材料。

1 關(guān)鍵部件的可能改裝

設(shè)計(jì)用于原生材料加工的生產(chǎn)線，可在特定工藝條件下持續(xù)獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。然而，受污染及回收材料質(zhì)量大幅波動(dòng)的影響，這些生產(chǎn)線已受到嚴(yán)重干擾或中斷?，F(xiàn)有的生產(chǎn)線已無法生產(chǎn)出力學(xué)性能恒定且染色均勻性好的纖維，或其他有特定要求的纖維(如非常細(xì)的纖維或親膚面料用纖維)。因此，工廠一方面需要生產(chǎn)線能夠處理回收材料(即使質(zhì)量較低)，另一方面還要能夠生產(chǎn)出沒有雜質(zhì)的高質(zhì)量終端產(chǎn)品。Gneuss公司用于PET加工的機(jī)器組件包括脫氣性好和去污性能強(qiáng)的多旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(MRS)擠出機(jī)、功能強(qiáng)大并可全自動(dòng)運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)過濾系統(tǒng)(圖1)、在線黏度計(jì)，以及縮聚單元Jump，以確保PET熔體的黏度高達(dá)0.3 dL/g。這些機(jī)器組件中的每個(gè)元件均可單獨(dú)使用或組合使用，并且可方便地改裝到現(xiàn)有的生產(chǎn)線上，以適應(yīng)不斷變化的需求，從而以相對較低的投資成本獲得理想的效果。

圖1 全自動(dòng)旋轉(zhuǎn)過濾系統(tǒng)的過濾盤和過濾元件

2 主成分?jǐn)D出機(jī)

在加工PET纖維殘留物時(shí)，擠出機(jī)還有一項(xiàng)特殊任務(wù)：對廢料進(jìn)行熱清洗。因?yàn)樗芰喜粌H必須融熔和均質(zhì)化，而且如果可能，還應(yīng)對其除濕并去除揮發(fā)性成分。消費(fèi)后的塑料垃圾可能包含水分和各種固體污垢顆粒，而纖維制備過程中產(chǎn)生的生產(chǎn)廢料通常包含對加工非常重要但也造成回收更困難的紡絲油劑。Gneuss公司的MRS擠出機(jī)可用于各種形式廢料的熱清洗。這歸因于其對單螺桿擠出機(jī)特殊的加工工藝設(shè)計(jì)。由于在擠出機(jī)的多螺桿部分產(chǎn)生了非常大的熔體表面，因此可達(dá)到脫氣性好、去污性能強(qiáng)的效果，無需對殘留物進(jìn)行熱處理。采用這種方式，首次實(shí)現(xiàn)了高回收率的拉伸變形絲的生產(chǎn)。

3 不可或缺的機(jī)械清潔

當(dāng)加工污染嚴(yán)重的瓶片時(shí)，機(jī)械清潔必不可少，如，對帶有旋轉(zhuǎn)過濾盤的熔體過濾系統(tǒng)RSFgenius的清潔。在回收應(yīng)用中，為確保整個(gè)過程的高效率，低材料損耗和不太頻繁的濾芯更換非常重要。RSFgenius不僅能穩(wěn)定地控制壓力和工藝操作，還可通過集成的反沖洗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)濾芯的全自動(dòng)清潔。系統(tǒng)通過高壓脈沖穿過狹窄豁口的方式，定期將少量過濾后的熔體噴射出廢料分離網(wǎng)。為達(dá)到理想的效果，清理的廢料量可按需調(diào)節(jié)，實(shí)際生產(chǎn)中通常約相當(dāng)于產(chǎn)量的0.01%～1.00%(在非常嚴(yán)重的污染下)。過濾元件可重復(fù)使用多達(dá)400次，具體取決于過濾精度。這意味著在某些應(yīng)用中，無需人工操作即可進(jìn)行長達(dá)數(shù)周的全自動(dòng)過濾。

4 其他關(guān)鍵組件

除了能記錄和控制生產(chǎn)過程中的熔體黏度，并通過控制系統(tǒng)調(diào)整整個(gè)過程中黏度的在線黏度計(jì)外，縮聚反應(yīng)器Jump也是Gneuss公司的最新研發(fā)成果之一?？s聚反應(yīng)器直接通過法蘭與擠出單元相連，并以其先進(jìn)的技術(shù)理念，確保持續(xù)獲得目標(biāo)黏度下的PET熔體。該縮聚反應(yīng)器代表了一種緊湊、經(jīng)濟(jì)和快速的替代方案，替代傳統(tǒng)的固相縮聚(SSP)系統(tǒng)，可使殘余材料直接返回到生產(chǎn)過程中。它可以隨時(shí)被改裝到現(xiàn)有的生產(chǎn)線上。