擠出技術(shù)自1935年開(kāi)始應用于熱塑性塑料至今已有80多的歷史，伴隨著(zhù)化工行業(yè)的突飛猛進(jìn)和新型熱塑性材料的不斷涌現，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用于日常生活、國防軍工、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域，應用面越來(lái)越廣，產(chǎn)量也越來(lái)越大。伴隨著(zhù)塑料工業(yè)的大規模興起，其能耗的使用效率就越發(fā)受到關(guān)注，高效節能、大產(chǎn)量、自動(dòng)化是當今塑料擠出加工行業(yè)關(guān)注的三大重點(diǎn)，尤其是高效節能，契合于國家的節能減排政策，尤為塑料加工行業(yè)關(guān)注，本文重點(diǎn)講一下高效節能擠出技術(shù)在片板生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)際應用，并比較一下各項技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，對該類(lèi)生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)企業(yè)或使用企業(yè)有一定的參考借鑒意義。

一． 擠出機驅動(dòng)系統

在擠出機的擠出塑化過(guò)程中，10%-25%的能量來(lái)自于外部加熱圈（或導熱油）加熱，其余能量主要來(lái)自于擠出機的驅動(dòng)系統，也就是由電機的機械能轉化成了塑化用的熱能（可能是摩擦生熱，也可能是剪切生熱）。目前主流的結構是由交（直）流電機驅動(dòng)減速箱，通過(guò)減速箱減速后驅動(dòng)螺桿轉動(dòng)。在這個(gè)子系統中，電機和減速箱的傳動(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，而忽略了電機的效率和減速箱的效率。國內一般的中小型交流電機（三相異步）的效率為87%，而變頻電機一般可以到90%，國外先進(jìn)電機的效率可以到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人的印象中好像沒(méi)有其他更好的替換部件來(lái)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95%以上?？戳松厦娴臄祿?，我們馬上意識到，很多司空見(jiàn)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(zhù)采購成本的提高，但更大的問(wèn)題是設備供應商有可能為了設備的競爭力并不會(huì )把這些知識介紹給客戶(hù)或采用昂貴但節能的零部件。直驅電機的出現改變了這個(gè)子系統的替換問(wèn)題，除了價(jià)格高，直驅電機在效率上有了大幅的提升，達到95%左右。但如果是常規的三相異步電機配減速箱，其傳動(dòng)效率為87% X 95%≈82.6%，和直驅系統相比差距就非常大了。很多使用者對這個(gè)差異沒(méi)有直觀(guān)的了解，我們舉一條常規的雙機共擠PP PS吸塑類(lèi)生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)說(shuō)明一下，就非常形象了。國內一般的此類(lèi)生產(chǎn)線(xiàn)，采用φ120的單螺桿擠出主機和φ65單螺桿擠出輔機，其電機功率分別為132KW和55KW，按生產(chǎn)時(shí)70%的平均負載計算，直驅系統和傳統系統之間每小時(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(xiàn)都是24小時(shí)不停生產(chǎn)的，這已經(jīng)是一個(gè)非常大的節能數據了，這意味著(zhù)，通過(guò)改變驅動(dòng)系統，該生產(chǎn)線(xiàn)一年的節電數為16.23KW X 24 X300=116867KW（一年按300個(gè)工作日計算），一年節能的費用超過(guò)10萬(wàn)元。雖然改直驅要增加約20萬(wàn)的成本，但這個(gè)改造顯然是劃算的，關(guān)鍵是設備制造商怎么和客戶(hù)來(lái)溝通這個(gè)問(wèn)題，從而最終獲得客戶(hù)的認同。

二． 擠出機加熱系統

相對于上面驅動(dòng)系統節能技術(shù)的少有人識，擠出機加熱系統的節能技術(shù)卻廣泛被使用者熟知（供應商推廣力度較大，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(lèi)似于家里的電磁爐，通過(guò)線(xiàn)圈中的高頻交變電流給擠出機機筒加熱，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(guò)紅外輻照的方式把熱能傳遞到機筒上，從而使機筒升溫。紅外加熱的特點(diǎn)是節能、保溫和隔熱性能好，缺點(diǎn)是硬件成本高、紅外加熱管易碎、某些加熱區不能很好散熱。在目前的應用實(shí)踐中，電磁加熱的成本約為傳統加熱的5倍，紅外加熱的成本約為傳統加熱2~3倍，節能效果大體較傳統加熱節電20%-40%。但要澄清的是，加熱圈的節電僅限于加熱系統的對比，由于整個(gè)擠出機加熱系統只占擠出機耗能的10%-25%，比重較小，加熱系統的節能效果從總體來(lái)看并沒(méi)有宣傳的那么明顯。

三． 擠出保溫系統

相對于擠出機的加熱系統，整個(gè)保溫系統實(shí)現起來(lái)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(xiàn)中，尤其是多擠出機共擠系統中，流道非常多也非常長(cháng)，在設備生產(chǎn)過(guò)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(guò)低，流道的加熱圈要不斷的加熱，來(lái)維持流道溫度的平衡，在這個(gè)過(guò)程中需要浪費不少的電能。保溫系統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周邊的溫度，使操作人員的環(huán)境舒適度大幅提高。該類(lèi)產(chǎn)品類(lèi)似于北方建筑中的保溫層，起到隔熱和保溫的作用。對于長(cháng)流道有著(zhù)較好節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，節能的效果比較明確，使用者在權衡利弊后都可以通過(guò)改造來(lái)取得較為明顯的節能效果。但在擠出生產(chǎn)中，塑化和產(chǎn)量的核心還是體現在螺桿設計上，其節能效果往往要通過(guò)比較后才能確切的得出，而國內與國外擠出系統的差距往往體現在這上面。以單螺桿片材擠出生產(chǎn)線(xiàn)為例，為了提高產(chǎn)能（從單機產(chǎn)量400KG/H提升到800KG/H甚至更高），國內外走了兩條截然不同的道路。國內走的是傳統路線(xiàn)，為了提高產(chǎn)量，最簡(jiǎn)單的方法是提高擠出機的直徑，擠出機直徑由傳統的φ120增大到φ150，甚至φ180。擠出機直徑的增加，固然提高了產(chǎn)量，但擠出機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(méi)有降低，如果涉及到維護和更換配件，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。國外走的路線(xiàn)與我們不同，他們不但沒(méi)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速（最高螺桿轉速可達700-1000轉/分），同樣達到了高產(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)勢這么大，為什么國內沒(méi)人跟進(jìn)？調查發(fā)現這個(gè)看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題其實(shí)有著(zhù)深層次的問(wèn)題，并非表面看的這么簡(jiǎn)單。首先，國內擠出機用的高速減速箱普遍不過(guò)關(guān)，超過(guò)120轉/分的減速箱，振動(dòng)、漏油和長(cháng)期使用穩定性都不過(guò)關(guān)；其次，螺桿設計不過(guò)關(guān)。擠出行業(yè)并非一個(gè)高附加值的行業(yè)，無(wú)法吸引高端人才的長(cháng)期堅守，國內的螺桿設計，大多憑借的是經(jīng)驗而非物料流動(dòng)的流變參數或者還是大量的實(shí)驗結果，對于這類(lèi)顛覆性的螺桿設計，往往無(wú)從下手； 再次，螺桿加工和材料不過(guò)關(guān)。固然國內可以通過(guò)逆向工程測繪一下國外的螺桿，但做出來(lái)之后發(fā)現，效果完全不一樣，易斷、不耐磨似乎是常態(tài)，最終結論是我們的材料和熱處理都達不到要求。

那是否我們就無(wú)路可走呢？也不盡然！國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的誤區。首先，新型的螺桿結構對我們改進(jìn)現有螺桿設計很有幫助，雖然無(wú)法達到和國外完全一致的效果，但很多原理是想通的，比如螺旋喂料套、高效BM結構螺桿的應用，極大的提升了現有的螺桿技術(shù)，產(chǎn)量和能效比都有了大幅的提升。其次，在單螺桿領(lǐng)域或許國內在短期內無(wú)法達到國外的高度，但沒(méi)有任何一家客戶(hù)強制要求我們一定要用單螺桿來(lái)生產(chǎn)，他們的要求只是高產(chǎn)、高效、品質(zhì)達標。我們知道，對于擠出機，內置螺桿的數量越多，其剪切效果和脫灰效果越好，綜合能耗越低，這對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被大量應用到了片板材生產(chǎn)線(xiàn)。以PET片材加工為例，采用雙螺桿擠出機替代單螺桿擠出機后，在原料適應性、喂料穩定性、物料排氣脫水上都可以獲得非常優(yōu)異的性能，尤其在喂料穩定上，幾乎可以涵蓋所有厚度的PET瓶片料和回收料，使設備的適應性大幅提升。另外，由于雙螺桿的排氣脫水性能要遠比單螺桿優(yōu)異，在塑化過(guò)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)界普遍認為，雙螺桿免結晶設備生產(chǎn)的部分規格的PET產(chǎn)品(0.2mm-0.8mm)，已經(jīng)達到或超過(guò)了傳統單螺桿擠出生產(chǎn)線(xiàn)（帶結晶干燥系統）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(lèi)設備獲得了廣泛的應用。同樣的，在PVC壓延行業(yè)，行星多螺桿擠出機早已大量使用，其綜合效能是傳統的單螺桿和雙螺桿所無(wú)法比擬的。

五． 通過(guò)排氣系統簡(jiǎn)化原料處理系統

在塑料加工的過(guò)程中，水分和揮發(fā)分對最終制品的品質(zhì)有著(zhù)極大的影響。一般來(lái)說(shuō)，水分越少，揮發(fā)分脫離（脫灰）越充分，制品的品質(zhì)越好。為了達到這個(gè)效果，往往在進(jìn)入擠出機之前，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，傳統的結晶除濕機要耗能100-150度電，能耗占比非常大。 而擠出機的排氣技術(shù)，可以大幅簡(jiǎn)化原料的處理系統，降低原料干燥（或除濕）的能耗。單螺桿和多螺桿都可以實(shí)現排氣，從結構原理上說(shuō)，內置螺桿數量越多，脫灰和排氣效果越好。雙螺桿是最典型的脫灰類(lèi)擠出機，在某些特殊的反應擠出中，可實(shí)現多次脫灰的功能。 從節能的角度說(shuō)，排氣脫灰能力越強，原料前道處理的要求就越低，從而就越節能。

六． 一步法代替多步法成型

某些片材，用傳統工藝需要多個(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)品競爭力。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，取得了不錯的經(jīng)濟效益和節能效果。

目前在國內，傳統片板材市場(chǎng)已經(jīng)趨于飽和，利潤率逐年降低，經(jīng)營(yíng)風(fēng)險越來(lái)越大。隨著(zhù)國內勞動(dòng)力成本的不斷提升，已經(jīng)成為各個(gè)行業(yè)都必須面對的難題，而在塑料片材行業(yè)又尤其重要。片材機械95%以上的加熱及驅動(dòng)都要靠電力，在行業(yè)里有“買(mǎi)得起設備用不起電”的戲言，是典型的耗電大戶(hù)，提高產(chǎn)量、降低單位能耗，對提高產(chǎn)品競爭力具有積極意義，是我們“擠出人”孜孜以求的目標。