改性塑料推动，螺杆和料筒迎来新趋势

塑料改性能为一些要求严苛的的应用供更高水平的物理性能，同时也给塑料改性的生产机器带来了更大的压力。在改性生产领域，螺杆和料筒承受着最大的压力，要持续承受腐蚀和磨损。螺杆和料筒的挤出机制造商和供应商现在正在通过开发新的涂层和基材材料来应对这一挑战。

德国的C A Picard International 是挤出机磨损件的领先制造商，最近开发了一种适用于最恶劣加工环境的料筒内衬。

“新的应用需要能够保证稳定工艺的创新材料，”该公司的开发工程师工程博士Katharina Diehl 说。

“通常来说，材料或者抗腐蚀，或者耐磨。寻找一种既耐腐蚀又耐磨的材料一直是改性行业的愿望。然而，在过去十年中，随着新改性材料的发展，对其加工机器抗腐蚀和耐磨的要求不断增加，因为这些材料的加工过程通常会腐蚀和磨损机器部件”。她说。

“在大多数流程中，对高性能磨损保护的需求仅限于工艺中的特定区域。因此，必须定期更换该区域部件，从生产者的角度来看，这太频繁了。更换该磨损区的过程涉及机器停机，很容易就持续数天。由于无法弥补这种停机时间，整个工厂的产量都会降低，”Diehl 说。

作为对这一挑战的回应，CA Picard开发了一种用于高度耐磨保护区的耐磨衬里解决方案，其中包括一种涂层叫BX TapeTec，该涂层配方结合了耐磨性和耐腐蚀性。该公司表示，它采用嵌入韧性金属基体的超强碳化物，并声称这两种成分具有非常好的耐磨性和耐腐蚀性。

该公司表示，它已开发出一种特殊的涂层工艺，可以使用扩散键合使涂层具有极高的附着力。其他涂层方法通常会产生机械结合，具有较高的剥落风险。由于涂层内的残余应力，这种剥落也经常以厚层的形式发生。

据C A Picard称，虽然其BX TapeTec涂层的层厚仅为2-3毫米，但由于粘合的高度粘合性和涂层涂敷过程的特殊条件，不会发生剥落。为了评估涂层的性能，我们根据 ASTM G65-04 进行了磨损测试，并将耐磨性与公司其他标准材料的耐磨性进行了比较（图 1）。该公司声称，即使与高度耐磨的BG钢相比，刮擦磨损也已显著降低。

除了充满希望的实验室结果外，BX TapeTec 涂层在具有苛刻磨损挑战的实践项目中也表现出色。C A Picard引用了一个有高磨蚀性应用的工程塑料制造商的例子。它当时使用的是配备该公司标准 BG 衬里的 92毫米双螺杆挤出机，但发现这需要每三到四个月更换一次，并涉及与停机相关的相关成本。该公司选择在 2018年安装 BX TapeTec衬垫材料，他们也是最早这样做的公司之一，报告说目前为止它尚未需要更换。


另一家客户——索尔维特种聚合物，作为持续改进计划的一部分（其中包括为其料筒选择改进的耐腐蚀和耐磨合金），在 2019年年中安装了第一批BX TapeTech衬里。与之前的C A Picard 合金相比，料筒的寿命得到了改进。

据 C A Picard称，其实验室和实践结果表明BX TapeTec涂层能够满足广泛的性能要求。据称它的涂层结构还有一个好处是它可以定制特性以满足个别客户的需求。

硬组件：在涉及腐蚀性的困难应用中表现出色

改性设备制造商科倍隆开发了C-Rock耐磨材料，为其ZSK挤出机料筒提供最高的磨损保护和最大的耐用性。该公司表示，C-Rock耐磨材料的特点是具有高度耐磨和耐腐蚀的基体，由特别选择的硬质材料成分组成。它被应用于ZSK挤出机料筒的产品接触部分，据说能完全封闭螺槽表面，与螺杆基材材料的附着力非常好。

据科倍隆称，C-Rock为ZSK挤出机料筒提供了最高的磨损和腐蚀保护。据说它可以在涉及腐蚀性的困难应用中提高生产率并延长料筒寿命。据说C-Rock在加工中承受重压的区域（例如混合磨料颗粒、纤维或粉末时的熔化区）和压力积聚区特别有效。该公司表示，在这些区域应用C-Rock涂层可将料筒磨损降至最低，并最终提高整个挤出生产线的效率。

科倍隆表示，C-Rock涂层技术特别适用于PA、PBT、PP和高温塑料与玻璃、碳纤维以及陶瓷或金属粉末的复合改性。1.5 毫米厚的涂层与基材金属之间有着非常好的附着力，适用于科倍隆ZSK 70和ZSK 92 双螺杆挤出机的封闭标准料筒。它可以直接应用于新料筒或衬里，也可以用C-Rock改装衬筒。

改性钢：克服“普通”螺杆材料的已知限制

为双螺杆挤出设备制造各种磨损部件的德国Extruder Experts公司引进了氮改性钢（如 1.4108 级）以达到 58 HRc 的硬度以及双螺杆挤出机所需的良好耐腐蚀性和延展性。据该公司总经理Dirk Zimmermann 称，该系列钢克服了“普通”螺杆材料的已知限制，他说这些普通材料要么硬度好，耐腐蚀性低，延展性差，要么具有良好的耐腐蚀性和延展性，但硬度有限。

Zimmermann 表示，该公司目前还在为双螺杆挤出机开发一种新型螺杆轴设计，为改性生产提供显著优势。 这些开发项目计划于今年晚些时候推出。

德国双螺杆挤出机制造商 Feddem正在与Lanus-Simulation 合作开发新的计算方法，以优化改性生产过程中的螺杆元件。 “新开发的改性塑料需要进一步改进螺杆元件和配置。为了减少所需的测试或甚至不进行测试，使用新的或修改过的螺杆元件可靠地预测生产操作参数是一个很大的优势，”业务开发经理Klaus Hojer 说。

“能耗、压力曲线和混合质量的传统计算只能提供有限的精度。我们正与Lanus-Simulation 合作开发一种计算方法，可以准确地展示 Feddem 螺杆元件的优势，例如在降低能耗和降低熔体温度升高方面，”他说。

Feddem的FME混合块是传统捏合块的替代品，声称其具有的优势包括更低的比能量输入和更温和的混合。据说 Lanus 的仿真工作结果（图 2 和图 3）显示，与捏合块相比，采用FME 混合元件的熔体压力下降更多，从而混合更均匀。

新生产基地支持进一步扩张

克劳斯玛菲集团公司（KraussMaffei）的Burgsmüller 是一家挤出机备件专家，每年生产约 4万个螺杆元件，其位于德国 Einbeck 的新生产基地已竣工。该公司表示，搬迁将增强其竞争力并支持未来的增长。由于工厂面积增加，所有流程——从接到订单到成品的运输——都可以得到优化和简化。新基地显著扩大的生产区域也允许进一步扩张，而建筑结构有助于大力改善内部工作流程。

总部位于印度的复合机械制造商Steer Engineering 表示，其Omega 系列双螺杆挤出机的“分叶几何结构”特殊元件被证明非常适合用于生物基材料改性。 这些元件旨在提高流程效率和输出质量，同时提供更高的投资回报。据称，由于增加了体积和更高的扭矩，它们可以使改性厂商的产能提高多达 25%。

Steer声称该技术通过提供更好的控制来促进生物塑料的改性生产。它表示，带有特殊分叶结构的 Omega 挤出机可提高处理难以处理的材料（例如生物质）以及其他需要较短停留时间和/或收窄停留时间分布的应用的效率。

Steer最近向日本公司 Biomass Resin Holdings 提供了三台 Omega 60 级挤出机。据说这些挤出机有助于加速其大米树脂改性材料的开发和商业化，该材料将不可食用的大米与聚烯烃树脂相结合。这些材料适用于生产垃圾袋、购物袋、餐具和玩具等物品。

除气选项：用于高性能合金的先进激光焊接制造工艺

虽然 Reifenhaüser（莱芬豪舍）集团公司Reiloy不是双螺杆改性设备的主要参与者，但它表示，在某些塑料改性设备中，除气是一个重要元素。“在这方面，我们为除气装置开发了专门设计的螺杆，我们提供智能、高级和高级配置。这使我们能够根据要加工的材料单独响应客户的要求，”公司董事总经理 Ralf Pampus 说。

“Reiloy的核心竞争力是通过精密合金来提高螺杆和料筒的耐磨性，这一点我们在全球市场已经非常成熟，”Pampus说。 “我们的最新进展之一是用于高性能合金的最先进的激光焊接制造工艺。为此，我们定做了一个全新的设备，该设备使用高精度激光焊接来减少对基材的热影响并优化焊接合金粉末的铠装结构。 这使得无需对组件原始几何形状进行更改，并增加了磨损保护。”

Reiloy 表示将继续开发其耐磨技术。“为此，我们在德国特罗斯多夫（Troisdorf）的总部运营着自己的材料实验室，并进行相关的硬质材料生产，”Pampus 说。“这是市场上独一无二的卖点。它使我们能够提供质量 100% 稳定的合金，并在耐磨性、耐腐蚀性和粘附性的设计方面满足客户的个性化要求。在过去两年中，我们在新测试设备上进行了大量投资，例如新的扫描电子显微镜和用于确定螺杆和料筒磨损的测试设备。”

Reiloy 开发的最新螺杆材料是激光焊接 RC3 合金，同时该公司推出了 R131、R239 和 R241 合金用于料筒。 “除了合金，Reiloy 还开发了自己的生产设备，例如用于双金属筒的新型离心铸造线，”Pampus 说。“通过在硬质材料开发和生产以及工厂工程方面提供更大的附加值，我们可以为客户提供优质的产品，从而实现更高的挤出性能和更长的使用寿命。”

私人投资公司 Altair Investments 最近完成了对Nordson Corporation(诺信公司) Xaloy螺杆和料筒产品线的收购，该产品线以前是诺信聚合物加工系统 (PPS) 部门的一部分。Altair 合伙人 Andrew Brickman 表示：“Xaloy代表着真正的全球性企业，拥有市场领先的品牌以及在高质量产品和创新工程方面的长期声誉。” “我们打算在诺信进行的许多战略投资的基础上再接再厉，为未来的增长提供一个巨大的平台。”

近期，Xaloy宣布将投资 175 万美元重新开放其位于美国弗吉尼亚州一度关闭的Pulaski 工厂，并将其双金属筒制造厂从俄亥俄州的Austintown（奥斯汀敦）搬迁。 “随着需求的增加，我们在Austintown 的双筒生产线达到了产能极限，”Xaloy首席执行官Kamal K Tiwari 说。


本文翻译自AMI《配混世界》杂志

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