1.簡介

包裝工業(yè)對熱成型容器的需求持續(xù)增長。主要是兩個原因。一方面，PET具有優(yōu)異的機械和光學性能。另一方面，用回收PET瓶片制造高質量的熱成型板材，能夠極大地節(jié)省原材料成本。

利用德國格諾斯Gneuss的創(chuàng)新工藝，回收的PET瓶片甚至可以加工成薄片，用于熱成型。熱成型容器質量高，甚至可以用于直接接觸食品的包裝。對材料進行優(yōu)化的加工能夠得到性能汲好的熱成型板材，因為板材具有更好機械性能，即使PET密度更高，也能加工出更輕的容器。

PET板材可熱塑加工成多種產品，包括從電子產品的吸塑包裝到食品容器。食品容器可與食品一起加熱 (微波爐/烤箱)。

PET包裝的優(yōu)勢還包括良好的透明度和優(yōu)異的表面光澤，能夠增加消費者的好感。

2. PET加工

2.1 脫揮 / 去污和擠出

PET擠出工藝中水分抽取的重要性

現今通常采用的方法是在單一螺桿擠出機加工前先將物料干燥。PET干燥過程復雜，維護成本高，投資成本高，廠房面積大，運行成本高，一般采用干燥空氣在180°C干燥。事實上，材料必須干燥長達8小時，降低了PET處理工藝的靈活性。

用擠出機加工PET材料的過程中，在正常的加工溫度下，任何可能存在的水分子都會降低PET鏈的長度，使得粘度的降低，導致降低終產品的機械性能。

為了避免這個問題，PET顆粒通常會預先干燥很長一段時間，其作用是在擠出工藝前去除水分，防止水解。然而這個化學反應是可逆的，減少或增加水的含量會導致朝平衡點左右兩個不同方向發(fā)展。

這種現象可以在擠出過程中起到積極的作用。通過去除加工過程中的水分子，受損的PET分子鏈可以自我重建。

擴散過程描述了去除水分子的物理先決條件，通過菲克珶一定律可以看出。

2.1.1 MRS擠出概念的脫揮應用

使用MRS擠出機可以直接加工PET顆粒，無需進行預先干燥。在擠出過程中(熔體階段)，聚合物表面被大幅度地擴大并高速交換，從而使揮發(fā)物得以提取。

MRS擠出機可以被視為帶著非常特殊的排氣單元的單螺桿擠出機。聚合物熔體被輸送到一個很大的單螺桿滾筒中。

滾筒包括8個或10個（取決于不同的型號尺寸）小的擠出料筒，與主螺桿軸平行。

在小的料筒里的是“衛(wèi)星”螺桿，它由主筒中的環(huán)形齒輪驅動的。“衛(wèi)星”螺桿繞螺桿軸旋轉時，與主螺桿方向相反。這種不對稱的運行設計能夠增加聚合物熔體的表面交換。

擠出機料筒被分割為多旋轉系統的滾筒，約30%筒體打開，確保聚合物在進入料筒時為出銫的熔融狀態(tài)，實現不受限制的抽干。此外，可以實現精確的溫度控制，即接觸熔體的所有表表溫度都可以精確控制。

得益于獲得專/利技術的多螺桿單元，MRS擠出機在多領域中廣泛使用。即使真空僅有20 - 40 mbar，排氣功能依舊表現優(yōu)異。

這種抽真空技術是基于可靠的單螺桿擠出機概念。在多回轉部分，主滾筒中有以環(huán)形方向排列的8個衛(wèi)星螺桿。

MRS擠出機的*設計避免了傳統多軸或多螺桿設計中的(嚙合)問題，傳統設計由于其緊密的間隙，擠出機很容易受到損傷。MRS擠出機的設計尤其適用于PET瓶片再加工工藝，因為PET瓶片通常含有粗污染。

MRS技術優(yōu)勢還包括*PET除濕，增加材料的固有粘度。

多旋轉組件的設計使得熔體表面比傳統擠出機大很多。例如:MRS系統產生的熔體表面交換率是同向旋轉雙螺桿擠出機的25倍。

熔體處理過程極其溫和的結果便是出銫的質量的終產品，比如黃度。

與其它多螺桿系統相比，MRS具有結構緊湊、堅固耐用的特點。旋轉的衛(wèi)星螺桿在獨立軸承上運行，與包含多個單螺桿的料筒相容。

出銫的性能，模塊化的抽空或排氣系統，可以更大地滿足客戶的不同需求。模塊的位置、長度和設計是多種多樣的。

一位南美洲的客戶使用100%回收瓶片制造熱成型板材。雖然瓶片濕度高達10.000 ppm，但是整個生產沒有任何預干燥步驟，在擠出的多個階段分析材料的I.V.值，脫揮單元的上游和下游，同樣分析終產品的I.V.值。

在擠出的第/一個單元中聚合物的粘度很明顯地降低了，這是因為水的含量被整合到PET的鏈中。輸入的水分越多，下降的幅度越大。在排氣單元中，通過化學反應水分子被真空抽干(由擴散驅動)。也就是說，MRS能夠增加聚合物的鏈長、分子量、粘度和機械性能。此外，真空度可以控制粘度的增加，因此，可以實現使用在線粘度測量來控制真空，通過閉環(huán)控制來穩(wěn)定粘度水平。

真空液位是影響和控制脫揮段粘度增加的主要因素。真空對粘度的影響非常大。

可以清楚地看到，粘度隨真空度增加而增加的現象。

2.2用格諾斯在線粘度計VIS進行過程控制

一小部分聚合物熔體從主熔體通道轉移出來，用高精度齒輪泵將其泵入精密制造的狹槽毛細管中。測量了熔體溫度和熔體壓力(在兩個位置)。基于內部計算，粘度計監(jiān)測代表性剪切速率的值和相應的粘度。可以設定不同的剪切速率，并通過相應的修正得到粘度和剪切速率的真實值。

產品設計非常緊湊。可安裝在兩個法蘭連接件之間。可根據客戶要求設計0.5 - 2mm的熔體通道。該產品單元包括一個泵驅動器、一個泵、壓力傳感器、溫度傳感器以及控制和評估電子設備。工藝參數的設置、評價和顯示，可以通過通過用戶友好的觸摸屏面，也可以集成到現有的控制系統中。

結合格諾斯多年的技術測量和加工技術，產品能夠實現無論材料條件（有水分殘余）都能夠在非常窄的帶寬中保持熔體質量

粘度是通過熔體壓力和溫度來測量的，以此作為控制值，自動調節(jié)MRS擠出機下放段的真空，從而保證恒定的熔體性能(粘度、分子量以及由此產生的機械性能)。

上圖顯示了真空(紅色)和熔體粘度(藍色)隨時間的變化。可以清楚地看到11:00時輸入材料的變化。物料筒倉發(fā)生了變化，但在此之前，物料是從筒倉下部抽出來的，該物料殘余含水率較高。變化后，薄片的殘留水分水平會立即降低。通過增加MRS擠出機脫揮段的真空，可以保持物料的粘度和分子量，從而保持機械性能，即終產品的質量不變。

2.3熔體過濾器：工藝-壓力恒定熔融過濾一體化自清洗

在聚合物進入模具之前應清除各種污染物，其目的是達到對透明度(板材)或拉伸強度(熱成型板材、捆扎帶)的更高質量要求，同時保護下游部件不受損壞。全自動操作和壓力恒定格諾斯的旋轉熔體過濾系統能夠*勝任以上要求。

旋轉過濾系統由三個主要部分組成: 進口模塊、出口模塊和在它們之間旋轉過濾盤。系統是金屬間密封，間隙非常狹小，表面十分平坦、堅硬，保證與熔體接觸的所有部件均不與環(huán)境接觸（例如氧氣）。

濾網位于過濾盤中間的環(huán)形中穿過熔體流動通道。當熔體流經濾網時，污染物被攔截，壓差略有增加。控制系統對壓力的增加作出反應，將過濾盤轉位調整1-2個角度。

在重新進入熔體通道之前，帶有污染物的濾網需要清洗。通過高壓部分沖凈系統清洗。已過濾的熔體從出口模塊中抽出，虹吸到液壓驅動活塞中，然后在高壓下從后面射出，通過過濾盤和濾網進入進口模塊。沖凈壓力是經過測量且可調節(jié)的，確保高質量。利用確定的高脈沖，每次僅清洗小部分（大約是濾網面積的1%）。

反沖洗活塞的沖程(=要使用的熔體量)和速度(=清洗強度)可以自由調節(jié)，確保高質量。因此，一方面可實現有效的清潔，另一方面僅使用小量的熔體（反沖洗損失小）。

基于這種操作模式，濾網達到*的實際清洗，并可以重復使用，根據不同的過濾細度，可高達400倍。在某些應用中，全自動過濾(沒有任何操作員的注意)可能長達幾個月。

在此之后，由于機械方面的原因，濾網不得不進行簡單的更換。得益于格諾斯專/利技術的濾系統運作模式，更換濾網對生產工藝流程沒有任何影響。根據生產線的規(guī)模大小，所有過濾部件的濾網更換需要大約15分鐘，操作人員可以在不影響生產過程的情況下進行。

2.4 德國格諾斯Gneuss擠出生產線(GPU)

德國格諾斯Gneuss的處理單元(GPU)是不同Gneuss產品和技術的模塊化配置，將其組合在一條高性能擠出生產線上，以制造高質量的產品。

2.5 泡沫板生產

德國格諾斯Gneuss PET板材擠出生產線以其在原材料和成品方面的靈活性而聞名。采用德國格諾斯Gneuss加工單元的PET板材擠出生產線可以快速靈活地切換到生產物理發(fā)泡PET板材。利用MRS泡沫模塊進行生產加工，泡沫板重量能夠減少50%以上，且具有良好的泡沫結構和力學性能（取決于工藝）。可以使用回收料，包括邊角料，骨架廢料以及混合物。

重量減少50%以上的泡沫板可以用一致的泡沫結構和力學性能來制造(取決于工藝)。使用回收料，邊角料/研磨的骨骼廢物和這些的組合物。

得益于MRS擠出機汲好的混合性能，成核劑和發(fā)泡劑能夠在熔體中*且均勻地分布。線粘度計確保粘度保持在要求的水平。經過擠壓和過濾的熔體具有出銫的的粘度和強度。確保當從模具中出來時聚合物的發(fā)泡密度已降低。

2.6 德國格諾斯GneussPET板材擠出技術的優(yōu)勢

• 透明度高，光澤好，黃度低

• 高韌性，耐沖擊，低脆性

• 分子分布優(yōu)異，熱成形性良好

• FDA的LNO(Letter of Non Objection)認證的再生料。EFSA認證可直接與食品接觸的單層和共擠片材

• 快速更換原材料，靈活度高

• 省電節(jié)能，占地面積小，維護簡單

技術方案

•測重量的多組分定量給料機

•共擠(MRS，單螺桿擠出機)

•分層薄板片材

•防阻塞/防靜電涂層

•厚度測量，可選自動調整模具機頭口型

•板材質量監(jiān)控系統

•應力分析儀

•Viscosmeter在線粘度計

•泡沫板模塊

3. 應用案例

3.1 東歐某客戶的帶有共擠的完整德國格諾斯GneussTurn-Key生產線

一家位于東歐的PET板材制造商，采用無烘干機技術，將PET瓶片加工成熱成型板材，節(jié)省大量能源的同時，具有出銫的生產靈活性。

該PET片材擠出生產線用于PET片材的熱成型加工。片材卷在卷筒上。該片材隨后被制造成一系列不同的熱成型容器，用于食品包裝(鍋、桶和托盤、帶密封層的蓋子和金屬化托盤，用于巧克力糖果等)。由于產品種類繁多，對板材的性能要求非常嚴格，從擠出機到絡筒機，德國格諾斯Gneuss擠出生產線都能達到高性能要求。

三層ABA和單層薄板都可以通過這條產線生產。該產品適用于食品接觸(FDA和EFSA認證)， PET瓶片可用于任何一層。共擠外層是功能層(如反結塊，著色)，母粒的使用僅限于共擠機。

該產線的總吞吐量為1.750 kg/h。主擠出機的吞吐率可達1.400 kg/h。MRS 90共擠機的吞吐率為350 kg/h。典型的板材厚度是150 - 1.200μm板寬度是450和1.800毫米之間。

由于MRS擠出機具有*的塑化、去污和均質性能，它可以加工多種材料。回收PET瓶片、邊角料、預成型重磨、結塊的PET材料、顆粒以及這些材料的共混物都可以簡單直接地加工(無需預干燥或結晶)。

擠出機的MRS部分通過真空系統從熔體中去除有害的揮發(fā)物，德國格諾斯Gneuss旋轉熔體過濾系統能夠或多或少地從聚合物熔體中去除固體污染物。全自動旋轉式熔體過濾系統RSFgenius過濾器加工過程中的熔體，根據片材的質量要求，在常數條件下，常用過濾細度為40至75μm。

PET材料的粘度值由德國格諾斯Gneuss在線粘度計實時監(jiān)測和記錄。實現對這一重要參數進行長期監(jiān)測。在線粘度計是常用的質量監(jiān)控儀器，同時可以通過真空系統來控制粘度，從而確保一致的高質量片材。

利用薄板模具的內部毛邊系統，薄板的凈寬度可減到300毫米。輪輻葉片的調整是通過一個操作方便的手動曲柄軸進行外部。

該模具配備了一個自動模具機頭口型調整系統，從厚度掃描儀控制，以確保致密的板厚公差，并達到出銫的厚度剖面從而啟動更快。

材料從模具進入三輥拋光堆棧，這是*匹配的模具。熔簾以40度角進入下兩個輥之間的間隙J- stack。聚合物以切向的方式進入間隙，這對PET尤其高效。

這條德國格諾斯Gneuss片材生產線的輥子堆的下游是一個內嵌的層壓站。客戶可將PE密封膜層壓在PET片上。可以自由應用膜的種類，除了密封膜外，例如還可以應用阻隔膜。

該客戶利用MRS擠出機不需要預干燥和/或結晶的優(yōu)勢，加工中產生的層壓PET / PE邊角料，直接重新研磨回擠出機。如果是傳統加工工藝，重新利用這種PET / PE邊角料是有問題的，因為PE薄膜在正常的PET預干燥溫度下變得粘稠并粘在一起。MRS擠出機在PET / PE重磨方面具有優(yōu)勢，PET和PE在MRS擠出機段混合得非常均勻。由PET / PE重磨而成的板材可用于一系列不需要透明板材的產品(如單色板材、雞蛋包裝等)。客戶甚至可以利用這種重磨工藝到高質量產品的加工應用中，無需處理。

后但并非不重要的是，該繞線機提供了各種不同的薄板格式的精確繞線。圓刀(帶傳動裝置)確保切割干凈。可以一次性纏繞多達4層的板材，因為該系統每個分離的共同軸帶有各自獨立的驅動器。因此，無需摩擦纏繞軸，就可以在一個A型框架上以確定的恒定纏繞張力纏繞兩個腹板。

3.2 美國客戶的部分德國格諾斯GneussTurn-Key生產線

近年來，德國格諾斯Gneuss的PET熱成型板材生產線被大量應用于使用*PET瓶片的食品包裝加工領域。

這些生產線的生產能力從400公斤/小時到2000公斤/小時不等。板材寬度為720至1.950毫米。在這些生產線上使用的PET瓶片均符合FDA標準要求，生產線上能夠使用各種混合物，包括PET瓶片、再研磨的邊角廢料、未使用的顆粒原料等。

Gneuss在美國的一位老客戶已經擁有5條Gneuss PET板材生產線，利用Gneuss MRS 130和MRS 160擠出機，生產能力達到每小時1.000至1.400公斤。該客戶主要使用回收PET瓶片和研磨邊角料生產水果、蔬菜、雞蛋的殼型包裝盒。

由于MRS擠出機具有FDA的LNO認證，客戶了單層線。防堵塞涂層是通過硅浴涂敷器來實現的。沒有任何共擠，確保擠出線簡單，操作簡單。

作為一項全定制方案，Gneuss向美國客戶交付了一臺緊湊的MRS 200擠出機。定制的難點在于擠出機需要安裝在極其緊張的空間內。該擠出機的生產能力為每小時2000公斤。并用于制造成卷的PET片熱成型成容器的食品包裝。該客戶使用性質各異的回收瓶片以及工業(yè)再研磨料作為原料。

熔體過濾決定了片材的光學質量，確保擠出機生產的終產品具有高質量。生產線采用全自動、自動清洗的Gneuss旋轉熔體過濾系統，RSFgenius 200型，污染的材料能夠進行有效的過濾，使板材具有優(yōu)異的清晰度且不含的夾雜物。

同時，Gneuss在線粘度計實時記錄粘度值，客戶重視這些數據。操作人員利用數據調整擠出機，補償輸入原料的變化。

食品包裝容器制造商青睞德國格諾斯Gneuss板材生產線的原因在于，能夠跟隨在快速變化的市場定制的不同的容器，確保了高水平的靈活性。

基于如上原因，一位美國客戶特意為此選擇了德國格諾斯GneussPET板材擠出系統。這家公司生產各種各樣的產品，如鍋、托盤和帶有多個隔間的容器。所有產品的原料都是不同的混合后的彩色PET瓶片，食物接觸兼容性是選購的另一個重要的標準。客戶使用單層生產線，以保持材料的快速和簡單的變化。客戶重視靈活性，利用此套系統，不同顏色的PET瓶片都無需預干燥/預結晶，滿足客戶重視靈活性的需求。單層生產線配備MRS 130擠出機，生產能力為1.000 kg/h。

特別是在美國，有明顯的更高的吞吐量的需求趨勢，但當涉及到特定的產品時，吞吐量較小的生產線的價格更加合理，這正是德國格諾斯Gneuss系統的*優(yōu)勢。使用回收PET瓶片制造高質量的片材，用于吸塑和翻蓋包裝，吞吐量是400公斤/小時。該生產線由MRS 90擠出機和RSFgenius 75過濾器組成，滿足客戶對能效、靈活性、食品接觸兼容性(FDA)的要求，重要的是滿足片材的高質量要求。

3.3 南美客戶使用德國格諾斯GneussPET片材擠出生產線

很多南美客戶選擇購買德國格諾斯GneussPET片材擠出機。這些公司選擇單層生產線進行PET食品包裝的生產加工。得益于MRS擠出機有美國FDA的LNO（Letter of Non Objection）認證，*回收瓶片能夠用在直接接觸食品的包裝片材的生產中。

南美客戶通常采購的擠出機型號是MRS 90, 110 and 130，PET瓶片率分別為400kg /h、600kg /h和1.000 kg/h。

然而每個客戶都有其*的需求。例如，阿根廷的一位客戶使用配備了MRS 110的生產線，不僅使用回收瓶片生產APET片材，也生產C-PET產品，這些產品適用于微波爐加熱(即食食品)。

一些客戶擁有自己的分揀和清洗生產線，自行制造PET瓶片原料。這些原料在他們自己的片材擠出生產線上加工成片材 和/或 包裝。

巴西的一個客戶案例是，一家客戶擁有自己的工廠，將PET瓶片加工成板材擠出生產線的原料。片材擠出生產線配備MRS 130擠出機，用于生產PET片材，經熱成型后可用于烘焙產品、水果、壽司等的包裝容器。

另外一家來自秘魯的客戶應用與之相同，將自己的瓶片直接加工成食品包裝片。

南美客戶特別看重德國格諾斯Gneuss擠壓系統的靈活性，各種不同的材料和產品都能夠在同一條生產線上生產的。

哥倫比亞的一位顧客使用的是Gneuss MRS 130擠出機，原料不僅有回收PET瓶片，還有PP。由于德國格諾斯Gneuss擠出系統不需要預干燥PET，因此可以快速地從PET轉換到PP，反之亦然。該客戶可以在同一條生產線上生產大量不同的產品，并實現轉換時間短。

在巴西，一位客戶將PET / PETG料和PET加再研磨的PE薄膜料加工成熱成形片材。這種再研磨料能夠直接進入MRS擠出機，進行溫和的加工，不需要預干燥或通過摩擦熱干燥。這是傳統的擠出機不能實現的。

另一位哥倫比亞客戶甚至使用德國格諾斯GneussMRS 90擠出機，以PS, PP和PET回收瓶片為原料加工板材，生產加工的靈活性至關重要。這些片材用于蛋糕、沙拉和水果的食品包裝容器。

3.4英國客戶將共擠系統集成至現有的片材生產線

Pactiv餐飲服務公司是認同德國格諾斯Gneuss技術的公司之一。德國格諾斯Gneuss為其定制的包裝生產線包括兩臺MRS擠出機和RSFgenius型全自動換網熔體泵、在線粘度計和熔體管。這些設備與一個全新的共擠喂料模塊和模具，與現有的下游設備整合。

在這條生產線上生產的是符合FDA和EFSA標準的用于食品包裝的3層片材。3層均使用回收PET瓶片為原料。共擠外層是功能層，加入顏色和防結塊色母。主擠出機為MRS 130型，生產能力為1.000 kg/h。PET瓶片和共擠機是MRS 90，吞吐率高達400公斤/小時。兩臺擠出機均配備全自動、自潔的德國格諾斯Gneuss RSFgenius旋轉過濾系統，使PET瓶片經過精細過濾獲得良好的片材品質。

4. 結論

德國格諾斯Gneuss的MRS技術為高效生產高質量的熱成型板材提供了可能，不需要預干燥 和/或 結晶，可以從多種輸入材料中獲得。由二手PET瓶片制成的薄片符合FDA和EFSA標準。因此，采購Gneuss擠壓系統的廠商能夠從更短的加工鏈中獲利。用該系統加工的材料為原料的板材，具有高光澤，透明度和低黃度的特點。

真空條件下聚合物的強化表面積更新不僅提供了出銫的脫揮：聚合物的低剪切和強化混合意味著在PET中有良好的分子分布，這是加工優(yōu)異熱成型板材的必要條件。此外，還能夠實現不同類型的聚合物(如PET與PE)均質化和母粒的有效分布。

Gneuss處理單元專門為回收料生產加工而設計的。擠出和過濾兩個階段都保證了完鎂的去污和熔融過濾，從而保證了優(yōu)良的板材質量。