具有可变混炼螺纹的混配系统

AMI等市场研究机构认为聚合物行业在生产优质化合物方面存在巨大的创新和盈利潜力，例如：通过混配工艺实现聚合物的改性和改善。人们对具有改进性能产品的需求正在稳步增长，这些特性包括如：增强、耐刮擦、阻燃、耐候等，且同时满足节省资源的要求。这些性能只能通过均匀混入大量添加剂来实现。考虑到这一点，具有60多年历史的连续混配系统制造商瑞士布斯公司决定进一步开发其一直以来主要用于温敏塑料的温和加工的混炼机技术。

图1 Compeo试验工厂包含排放单元、侧进料器、带进料斗和控制面板的布斯混炼机（从左到右）（©布斯）

最新的Compeo系列产品的开发重点是通过全面调查确定以下客户要求：应用广泛、操作窗口大，具有灵活性、耐用性和优化的工艺稳定性，确保操作安全和人员安全，提高能源效率并降低运营成本。Compeo还充分利用了从一代又一代的布斯混炼机（MKS、quantec、MX）中获得的整合经验。最终产品是一个可通过标准化模块（图1）进行配置的系统，其应用范围远远超出了PVC、电缆化合物和热固性塑料等市场领域。利用高达400 ℃的工艺温度，它为多种工程塑料提供了混配可能性。

新系列的机器概念

借助模块化，Compeo系统可通过精确配置来适应特定的混配应用。基本版有两个进料区（图2），聚合物、添加剂和部分填料通过第一进料口进入工艺装置。聚合物在熔融区熔融并与添加剂混合。其他填料通过第二进料区进入并均匀地分布在下游混合区中。挥发物和空气在转移到排放单元之前在排气区中被排出。加工长度、进料器类型和数量、温度、排气和工艺几何均根据配混应用设定。

图2 工艺几何可通过不同螺杆元件的特殊排列来优化，从而适用于各种混配应用（©布斯）

该系统在设计过程中强调人体工程学、易维护性和能源效率。线路和电缆尽可能铺设在机器内易于清洁的面板后面。齿轮箱上覆盖着隔音罩，同时还能提高职业安全性。为了尽可能减少能量损耗，混炼机机筒增加了隔热功能。系统标准化的模块与前代机型相比可节省高达30%的投资成本。在工艺区使用高度耐磨的表面硬化材料可最大程度地减少维护费用。

改进的原料进料

工艺区最前面的进料口（图3）的长度比为4 L/D，因此可通过自由落体计量散装固体。此外，用于排出混入空气的通风管增强了进料区的填充能力并省去了齿轮箱密封。垂直入口螺杆或侧进料器可作为料斗的替代物，料斗通过多个给料器进行填充。

图3 工艺装置盖板的120°开度角极大地方便了维养工作以及对螺杆几何的调整，进料口标有箭头（©布斯）

根据不同应用的需求，还可沿着工艺区安装最多两个附加侧进料器。这些双螺杆侧进料器的输送效率（图4）确保了即便是高填料含量也能严格进料。背部通气能够去除被污染的空气或挥发物。垂直入口螺杆替代物更加适用于加工敏感填料。液体组分可通过打孔混炼销钉从任意位置注入产品。

图4 带通风装置的双螺杆侧送料器可实现高填料系数输入（©布斯）

工艺区的进一步发展

新混配机可灵活配置的工艺区（图2）通过具有两到六排螺杆螺纹的混合和混炼元件的可用性开辟了新的工艺工程可能性。通过结合现有螺杆技术（3或4螺纹）和新开发的元件（图5），先前相互矛盾的优化目标——可控的能量输入和高比产能可同时实现。混炼螺纹的几何设计基于自由曲面轮廓，它能够在材料流动过程中在混炼螺纹和混炼销钉之间保持恒定的剪切间隙，从而确保产品的均匀强力剪切并消除局部过热的风险。通过将新的螺杆几何与改进的原料进料相结合，早期型号的产量能够以比原先低20%的速度达到。与体积相关的扭矩增加了15%，因此可用于配置更长的混合区。这些调整提高了工艺稳定性而无需额外增加能量输入。

图5 螺杆几何细节：新的熔融元件在电缆等应用中替换了混配机外壳中的约束环（©布斯）

新系统能够在比旧系统更大的工艺窗口中运行（图6），因此其产量仅需单螺杆配置即可达到原先的6倍。这不仅增强了工厂灵活性而且提高了用户友好性，尤其是在启动期间或小批量采样等情况下。这种高产量比对于压延进料等在线工艺来说必不可少，因为其下游装置即使在生产率变化极大的情况下也需要一致的产品质量。

图6 与之前的型号相比，Compeo系列为PVC混配等应用提供了更大的工艺窗口（©布斯）

新型排放概念

布斯推出了一种独立于混配机之外的新型排放概念，确保了下游单元（如换网器和造粒机）所需的压力积聚。基于锥形双螺杆（图7）原理的排放单元进给不足，因此整个压力积聚发生在缓慢旋转的双螺杆中，从而降低了混炼机向排放单元过渡时的温升速度。根据反向旋转双螺杆的工作原理，输送刚性即使在较高的背压下也能得到保证，因此其速度及温度升高能够因为压力积聚降到最低程度。排放单元的外壳能够完全打开，方便所有系统组件的清洁和维护。

图7 Compeo系列的双螺杆排放单元可用于所有混配应用（©布斯）

工业4.0标准的控制界面

配备触摸屏的系统控制器（图8）基于先进的西门子S7控制器，拥有OPC-UA接口，可用于连接更高层级的IT架构。该界面使系统完全符合工业4.0标准。远程诊断和远程维护可选配。模块化软件根据系统配置构建并可直观地操作。控制器可与存储的配方参数集搭配使用，只需按下按钮即可切换配方。所有重要的系统参数——如填充水平、流速或流量、压力、温度和输出等均能够可视化并被记录和存档。它还能够持续监控设定的工艺参数，例如温度、能耗或特定的能量输入以及系统的效率等。

图8 开机界面：系统控制器即使在待机状态也会显示最重要的工艺参数（©布斯）

结语

该模块化系统概念在NPE 2018上首次展出，它能够为各种混配任务提供专门配置的生产线，包括热敏热固性材料和要求极高的高温应用。如有需要，Compeo混配机还能配置成混合系统来满足需要两条混配生产线的不同产品的需求。

除了多功能性之外，这一最新系列还保留了布斯混炼机技术的核心经典功能，如强力混合、高填充水平和精确温度控制等。