擠出技術(shù)自1935年開始應(yīng)用于熱塑性塑料至今已有80多的歷史，伴隨著化工行業(yè)的突飛猛進(jìn)和新型熱塑性材料的不斷涌現(xiàn),，擠出技術(shù)也經(jīng)歷了多次技術(shù)迭代,，其制品更是廣泛的應(yīng)用于日常生活、國(guó)防軍工,、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域,，應(yīng)用面越來越廣，產(chǎn)量也越來越大,。伴隨著塑料工業(yè)的大規(guī)模興起，其能耗的使用效率就越發(fā)受到關(guān)注,，高效節(jié)能,、大產(chǎn)量、自動(dòng)化是當(dāng)今塑料擠出加工行業(yè)關(guān)注的三大重點(diǎn),，尤其是高效節(jié)能,，契合于國(guó)家的節(jié)能減排政策，尤為塑料加工行業(yè)關(guān)注,，本文重點(diǎn)講一下高效節(jié)能擠出技術(shù)在片板生產(chǎn)線的實(shí)際應(yīng)用,，并比較一下各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)該類生產(chǎn)線的生產(chǎn)企業(yè)或使用企業(yè)有一定的參考借鑒意義,。

一． 擠出機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

在擠出機(jī)的擠出塑化過程中,，10%-25%的能量來自于外部加熱圈（或?qū)嵊停┘訜幔溆嗄芰恐饕獊碜杂跀D出機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),，也就是由電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了塑化用的熱能（可能是摩擦生熱,，也可能是剪切生熱）。目前主流的結(jié)構(gòu)是由交（直）流電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速箱,，通過減速箱減速后驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng),。在這個(gè)子系統(tǒng)中，電機(jī)和減速箱的傳動(dòng)效率是我們關(guān)注的重點(diǎn),，但我們往往只關(guān)注速比選擇是否合適,，而忽略了電機(jī)的效率和減速箱的效率。國(guó)內(nèi)一般的中小型交流電機(jī)（三相異步）的效率為87%,，而變頻電機(jī)一般可以到90%,，國(guó)外先進(jìn)電機(jī)的效率可以到92%。減速箱的傳動(dòng)效率一般被人忽略，忽略的主要原因是大多數(shù)人的印象中好像沒有其他更好的替換部件來取代減速箱,。不同的傳動(dòng)比傳動(dòng)效率略有差異,，一般的傳動(dòng)效率可達(dá)95%以上?？戳松厦娴臄?shù)據(jù),，我們馬上意識(shí)到，很多司空見慣的零部件其實(shí)是有很大的效率提升空間的,，但效率的提升,，意味著采購(gòu)成本的提高，但更大的問題是設(shè)備供應(yīng)商有可能為了設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)力并不會(huì)把這些知識(shí)介紹給客戶或采用昂貴但節(jié)能的零部件,。直驅(qū)電機(jī)的出現(xiàn)改變了這個(gè)子系統(tǒng)的替換問題,，除了價(jià)格高，直驅(qū)電機(jī)在效率上有了大幅的提升,，達(dá)到95%左右,。但如果是常規(guī)的三相異步電機(jī)配減速箱，其傳動(dòng)效率為87% X 95%≈82.6%,，和直驅(qū)系統(tǒng)相比差距就非常大了,。很多使用者對(duì)這個(gè)差異沒有直觀的了解，我們舉一條常規(guī)的雙機(jī)共擠PP PS吸塑類生產(chǎn)線來說明一下,，就非常形象了,。國(guó)內(nèi)一般的此類生產(chǎn)線，采用φ120的單螺桿擠出主機(jī)和φ65單螺桿擠出輔機(jī),，其電機(jī)功率分別為132KW和55KW,，按生產(chǎn)時(shí)70%的平均負(fù)載計(jì)算，直驅(qū)系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)之間每小時(shí)的能耗差異為（132KW+55KW）X 70% X （95%-82.6%）=16.23KW,。由于擠出生產(chǎn)線都是24小時(shí)不停生產(chǎn)的,，這已經(jīng)是一個(gè)非常大的節(jié)能數(shù)據(jù)了，這意味著,，通過改變驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),，該生產(chǎn)線一年的節(jié)電數(shù)為16.23KW X 24 X300=116867KW（一年按300個(gè)工作日計(jì)算），一年節(jié)能的費(fèi)用超過10萬元,。雖然改直驅(qū)要增加約20萬的成本,，但這個(gè)改造顯然是劃算的，關(guān)鍵是設(shè)備制造商怎么和客戶來溝通這個(gè)問題,，從而最終獲得客戶的認(rèn)同,。

二． 擠出機(jī)加熱系統(tǒng)

相對(duì)于上面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的少有人識(shí)，擠出機(jī)加熱系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)卻廣泛被使用者熟知（供應(yīng)商推廣力度較大,，總體成本增幅不大）,，目前主流的兩個(gè)技術(shù)是電磁加熱技術(shù)和紅外加熱技術(shù),。電磁加熱原理類似于家里的電磁爐，通過線圈中的高頻交變電流給擠出機(jī)機(jī)筒加熱,，從而起到升溫的作用,。電磁加熱的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能、加熱快,、單位面積加熱功率大,。其缺點(diǎn)是硬件成本高（在這三種加熱方式中，硬件成本價(jià)格從高到低依次為：電磁加熱>紅外加熱>傳統(tǒng)云母或鑄鋁加熱）,，保溫能力差,。電磁加熱一般適合于物料從固態(tài)到半塑化態(tài)的加熱，不適合熔融態(tài)加熱,。紅外加熱是通過紅外輻照的方式把熱能傳遞到機(jī)筒上,，從而使機(jī)筒升溫。紅外加熱的特點(diǎn)是節(jié)能,、保溫和隔熱性能好,，缺點(diǎn)是硬件成本高、紅外加熱管易碎,、某些加熱區(qū)不能很好散熱,。在目前的應(yīng)用實(shí)踐中，電磁加熱的成本約為傳統(tǒng)加熱的5倍,，紅外加熱的成本約為傳統(tǒng)加熱2~3倍，節(jié)能效果大體較傳統(tǒng)加熱節(jié)電20%-40%,。但要澄清的是,，加熱圈的節(jié)電僅限于加熱系統(tǒng)的對(duì)比，由于整個(gè)擠出機(jī)加熱系統(tǒng)只占擠出機(jī)耗能的10%-25%,，比重較小,，加熱系統(tǒng)的節(jié)能效果從總體來看并沒有宣傳的那么明顯。

三． 擠出保溫系統(tǒng)

相對(duì)于擠出機(jī)的加熱系統(tǒng),，整個(gè)保溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來較為簡(jiǎn)單,，但效果卻非常明顯。我們知道,，在片板材生產(chǎn)線中,，尤其是多擠出機(jī)共擠系統(tǒng)中，流道非常多也非常長(zhǎng),，在設(shè)備生產(chǎn)過程中,，整個(gè)流道基本處于空氣的直接冷卻中，為了防止流道溫度過低,，流道的加熱圈要不斷的加熱,，來維持流道溫度的平衡,，在這個(gè)過程中需要浪費(fèi)不少的電能。保溫系統(tǒng)的初衷就是保持熱量,，使不易喪失,，同時(shí)也能大幅降低擠出機(jī)周邊的溫度，使操作人員的環(huán)境舒適度大幅提高,。該類產(chǎn)品類似于北方建筑中的保溫層,，起到隔熱和保溫的作用。對(duì)于長(zhǎng)流道有著較好節(jié)能效果且硬件成本提升不多,，值得廣泛推廣,。

四、高效螺桿及多螺桿技術(shù)

上面所述的三點(diǎn),，除了成本會(huì)有所提高,，節(jié)能的效果比較明確，使用者在權(quán)衡利弊后都可以通過改造來取得較為明顯的節(jié)能效果,。但在擠出生產(chǎn)中,，塑化和產(chǎn)量的核心還是體現(xiàn)在螺桿設(shè)計(jì)上，其節(jié)能效果往往要通過比較后才能確切的得出,，而國(guó)內(nèi)與國(guó)外擠出系統(tǒng)的差距往往體現(xiàn)在這上面,。以單螺桿片材擠出生產(chǎn)線為例，為了提高產(chǎn)能（從單機(jī)產(chǎn)量400KG/H提升到800KG/H甚至更高）,，國(guó)內(nèi)外走了兩條截然不同的道路,。國(guó)內(nèi)走的是傳統(tǒng)路線，為了提高產(chǎn)量,，最簡(jiǎn)單的方法是提高擠出機(jī)的直徑,，擠出機(jī)直徑由傳統(tǒng)的φ120增大到φ150，甚至φ180,。擠出機(jī)直徑的增加,，固然提高了產(chǎn)量，但擠出機(jī)的成本和體積都大幅增加,，單位能耗（單位能耗指的是熔融塑化1KG熱塑性材料需要的耗電）并沒有降低,，如果涉及到維護(hù)和更換配件，困難更是大幅增加,；在更換原料或切換顏色時(shí),，大螺桿擠出產(chǎn)生的廢料也會(huì)大幅增加。國(guó)外走的路線與我們不同,，他們不但沒有增加螺桿直徑,，反而減小了螺桿直徑，但大幅提高了螺桿轉(zhuǎn)速（最高螺桿轉(zhuǎn)速可達(dá)700-1000轉(zhuǎn)/分）,，同樣達(dá)到了高產(chǎn)的效果,，同時(shí)大螺桿擠出存在的缺點(diǎn),，這些高速小擠出機(jī)往往都可以避免，其單位能耗也有大幅的降低,，綜合能耗降幅到30%,，這個(gè)效果還是很驚人的。

既然高速小螺桿優(yōu)勢(shì)這么大,，為什么國(guó)內(nèi)沒人跟進(jìn),？調(diào)查發(fā)現(xiàn)這個(gè)看似簡(jiǎn)單的問題其實(shí)有著深層次的問題，并非表面看的這么簡(jiǎn)單,。首先,，國(guó)內(nèi)擠出機(jī)用的高速減速箱普遍不過關(guān)，超過120轉(zhuǎn)/分的減速箱,，振動(dòng),、漏油和長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性都不過關(guān)；其次,，螺桿設(shè)計(jì)不過關(guān),。擠出行業(yè)并非一個(gè)高附加值的行業(yè)，無法吸引高端人才的長(zhǎng)期堅(jiān)守,，國(guó)內(nèi)的螺桿設(shè)計(jì),，大多憑借的是經(jīng)驗(yàn)而非物料流動(dòng)的流變參數(shù)或者還是大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于這類顛覆性的螺桿設(shè)計(jì),，往往無從下手,； 再次，螺桿加工和材料不過關(guān),。固然國(guó)內(nèi)可以通過逆向工程測(cè)繪一下國(guó)外的螺桿,，但做出來之后發(fā)現(xiàn)，效果完全不一樣,，易斷、不耐磨似乎是常態(tài),，最終結(jié)論是我們的材料和熱處理都達(dá)不到要求,。

那是否我們就無路可走呢？也不盡然,！國(guó)外高速小螺桿的成功給了我們很大的啟迪：換條路走走或許就能走出傳統(tǒng)的誤區(qū),。首先，新型的螺桿結(jié)構(gòu)對(duì)我們改進(jìn)現(xiàn)有螺桿設(shè)計(jì)很有幫助,，雖然無法達(dá)到和國(guó)外完全一致的效果,，但很多原理是想通的，比如螺旋喂料套,、高效BM結(jié)構(gòu)螺桿的應(yīng)用,，極大的提升了現(xiàn)有的螺桿技術(shù),，產(chǎn)量和能效比都有了大幅的提升。其次,，在單螺桿領(lǐng)域或許國(guó)內(nèi)在短期內(nèi)無法達(dá)到國(guó)外的高度,，但沒有任何一家客戶強(qiáng)制要求我們一定要用單螺桿來生產(chǎn)，他們的要求只是高產(chǎn),、高效,、品質(zhì)達(dá)標(biāo)。我們知道,，對(duì)于擠出機(jī),，內(nèi)置螺桿的數(shù)量越多，其剪切效果和脫灰效果越好,，綜合能耗越低,，這對(duì)某些塑料制品的加工是及其有利的?；谶@個(gè)原理,，近幾年雙螺桿和多螺桿擠出機(jī)被大量應(yīng)用到了片板材生產(chǎn)線。以PET片材加工為例,，采用雙螺桿擠出機(jī)替代單螺桿擠出機(jī)后,，在原料適應(yīng)性、喂料穩(wěn)定性,、物料排氣脫水上都可以獲得非常優(yōu)異的性能,，尤其在喂料穩(wěn)定上，幾乎可以涵蓋所有厚度的PET瓶片料和回收料,，使設(shè)備的適應(yīng)性大幅提升,。另外，由于雙螺桿的排氣脫水性能要遠(yuǎn)比單螺桿優(yōu)異,，在塑化過程中可以很好的控制PET的粘度降,，從而獲得較高品質(zhì)的片材產(chǎn)品。目前業(yè)界普遍認(rèn)為,，雙螺桿免結(jié)晶設(shè)備生產(chǎn)的部分規(guī)格的PET產(chǎn)品(0.2mm-0.8mm),，已經(jīng)達(dá)到或超過了傳統(tǒng)單螺桿擠出生產(chǎn)線（帶結(jié)晶干燥系統(tǒng)）生產(chǎn)的片材品質(zhì)，加之其優(yōu)異的單位能耗和原料適用范圍,，該類設(shè)備獲得了廣泛的應(yīng)用,。同樣的，在PVC壓延行業(yè),，行星多螺桿擠出機(jī)早已大量使用,，其綜合效能是傳統(tǒng)的單螺桿和雙螺桿所無法比擬的。

五． 通過排氣系統(tǒng)簡(jiǎn)化原料處理系統(tǒng)

在塑料加工的過程中,，水分和揮發(fā)分對(duì)最終制品的品質(zhì)有著極大的影響,。一般來說,，水分越少，揮發(fā)分脫離（脫灰）越充分,，制品的品質(zhì)越好,。為了達(dá)到這個(gè)效果，往往在進(jìn)入擠出機(jī)之前,，原料要做烘干除濕的處理,，但這個(gè)工藝的耗能卻非常大。以PET為例,，每處理一噸PET,，傳統(tǒng)的結(jié)晶除濕機(jī)要耗能100-150度電，能耗占比非常大,。 而擠出機(jī)的排氣技術(shù),，可以大幅簡(jiǎn)化原料的處理系統(tǒng)，降低原料干燥（或除濕）的能耗,。單螺桿和多螺桿都可以實(shí)現(xiàn)排氣,，從結(jié)構(gòu)原理上說，內(nèi)置螺桿數(shù)量越多,，脫灰和排氣效果越好,。雙螺桿是最典型的脫灰類擠出機(jī)，在某些特殊的反應(yīng)擠出中,，可實(shí)現(xiàn)多次脫灰的功能,。 從節(jié)能的角度說，排氣脫灰能力越強(qiáng),，原料前道處理的要求就越低,，從而就越節(jié)能。

六． 一步法代替多步法成型

某些片材,，用傳統(tǒng)工藝需要多個(gè)步驟才能加工完成,，比如在擠片前需要多配方造粒、原料處理（例如：干燥,、除濕）,，在片材擠出后還需要有多層復(fù)合、涂膠,、印刷等多道工藝,，工藝成本高,。如能簡(jiǎn)化工藝步驟,，局部采用一步法成型，可以大幅降低生產(chǎn)成本,，增加產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,。在片材領(lǐng)域,，采用雙螺桿生產(chǎn)PET片材、PET片材成型和吸塑一體化,、PVC桌邊條成型,、涂膠一體化等都是典型案例，取得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果,。

目前在國(guó)內(nèi),，傳統(tǒng)片板材市場(chǎng)已經(jīng)趨于飽和，利潤(rùn)率逐年降低,，經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)越來越大,。隨著國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本的不斷提升，已經(jīng)成為各個(gè)行業(yè)都必須面對(duì)的難題,，而在塑料片材行業(yè)又尤其重要,。片材機(jī)械95%以上的加熱及驅(qū)動(dòng)都要靠電力，在行業(yè)里有“買得起設(shè)備用不起電”的戲言,，是典型的耗電大戶,，提高產(chǎn)量、降低單位能耗,，對(duì)提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力具有積極意義,，是我們“擠出人”孜孜以求的目標(biāo)。