當今的塑料行業，包括生產顆粒材料的改性材料生產商和再生材料生產商，不得不應對以經濟波動、用工和材料供應不穩定為特征的新營商環境。當前的供應鏈問題使生產計劃變得更加困難，并推動了對運作靈活性日益增長的需求，而這必須要得到人員和機器的支持。

　　
馬格集團（Maag Group）干切產品經理 Alexander Helm表示，面對這些挑戰，改性材料制造商應考慮全面看待下游設備，重點關注提供易于轉換、清潔、可訪問性和靈活性的系統?？紤]到人員短缺的問題，這一點尤為重要，應借助自動化機器來幫助大限度地減少操作員參與。

圖：馬格的P-JSG400干切拉條造粒系統。（圖片來源：馬格集團）

馬格集團近的造粒機開發包括將Automatik-Scheer產品線整合到新一代拉條造粒機中，以及引入在拉條造粒機上切割極細纖維的零間隙系統。例如，后者被用于作為建筑材料增強材料的特種PP纖維。

　　
“在傳統的拉條造粒應用中，必須在旋轉的輥刀和固定的定刀之間保持小的切割間隙。零間隙系統允許輥刀在操作過程中接觸定刀，因此即使是非常細的纖維也可以準確切割，”Helm 說。

　　
馬格還進一步優化了其Pearlo水下造粒機技術，該技術為球形顆粒高產能（高達36000公斤/小時或79200 磅/小時）而設計。這種靈活的系統可用于原生材料、改性材料、色母粒、工程塑料、木材和天然纖維填充聚合物復合材料以及熱塑性彈性體，以及各種回收應用的造粒。

　　
Helm說，Pearlo 造粒機在一個框架上集成了可移動和靈活的組件，從而確保正常運行時間的增加。“優化的模頭設計和渦輪式切割刀座的結合使一個切割刀座可以用于多項作業，從而帶來高達八倍的成本優勢，同時提高了操作員的安全性，并將使用壽命延長了一倍，”他說。

　　“在熱量方面，這種組合拓寬了操作窗口，同時熱損失減少了25%。結合Heat Flux模板設計，進一步拓寬了生產窗口并改善了許多敏感材料的操作。” Pearlo系統有手動或自動刀片調整功能。在全自動 Pearlo-EAC版本中，刀片在運行過程中進刀。

　　馬格的另一個新產品是eXso離心顆粒干燥機，據稱它以更緊湊和更易于清潔的形式提供更高的產量。 eXso顆粒干燥機適用于水下和濕切造粒機，并已在高達8200公斤/小時的生產率下進行了測試。

　　eXso設計的一個關鍵特點是三門外殼，據說可以改善對設備內部的訪問和可見性，以提供更快和更有效的清潔，從而大限度地降低交叉污染的風險。該設計將占地面積要求減少了約 20%，并且運行時更安靜（依所選配置可低至80dB）。

 

數字解決方案

　　Helm表示，該公司還看到對數字造粒解決方案的需求不斷增長。 “我們的技術專注于機器狀態和磨損監測、系統各個功能單元之間的通信以及綜合文檔，”他說。

　　將馬格的XANTEC控制系統與實時分析數據系統相結合，可提供在線顆粒質量功能，而人工智能的應用可提高可用于優化造粒線的程序洞察力。“我們正在朝著能讓客戶擁有更穩定和透明的流程方面取得進展，”Helm說。

　　根據科倍?。–operion）的說法，自動化是幾乎所有造粒系統應用領域的關鍵要求，無論是高性能改性材料生產還是再生聚合物的造粒。該公司聚合物部門的工藝技術和研發總經理Frank Lechner以自動料條輸送為例，它無需手動拉料條就能安全啟動造粒。

　　“（拉條）造粒的高度自動化不會因拉條斷裂而造成不必要的生產中斷。這提高了整個改性生產系統的效率，”Lechner說。

　　科倍隆近為朗盛（Lanxess)定制了一套交鑰匙系統，該系統圍繞科倍隆的高性能ZSK 92 Mc18雙螺桿擠出機建造，該擠出機配備了科倍隆造粒技術部門的SK92模頭和自動ASC料條輸送系統。據說，模具技術與高水平的造粒工藝自動化相結合使朗盛能夠在其聚酰胺改性的生產中實現更高的產量。

　　Lechner說，SK92模頭采用智能加熱/冷卻概念，得以產生均勻的溫度分布，這確保了料條在模頭的整個寬度上排布均勻，即使在高生產率下也是如此。 模頭中優化的流道幾何形狀通過減少熔體中的應力進一步提高了混煉質量。

　　全自動料條輸送系統從模頭取出料條，并通過冷卻水槽和下游傳送帶將它們引導至SP 700 HD料條造粒機的進料口。啟動是全自動的，斷條輸送和斷條再接也是。因此，Lechner說沒有產品損失或生產中斷。

 

精簡趨勢

　　美國造粒系統制造商 Bay Plastics Machinery（BPM）也認為人們對自動化生產設備日益增長的興趣是一個重要趨勢。 “公司正試圖簡化現有流程，目的是減少操作人員的數量。這包括重復性工作的自動化，這樣單個操作員就可以負責多條造粒線而不會忙得不知所措，”銷售副總裁James Forgash說。

　　然而，他認為造粒系統自動化提供了更多功能，例如，操作員無需與危險設備交互，這樣安全性就提高了，效率和質量也提高了。例如，將自動化與測量和數據收集相結合，為改進過程控制和更嚴格地遵守質量規范開辟了潛力。這種方法包括監測口模上游的熔體（使用水下造粒機的情況下）或從口模出來的料條（使用拉條造粒機的情況下），以及在線測量顆粒。

　　Forgash 表示，BPM 正在與多個合作伙伴合作開發可視化系統，從而實現更自主的造粒線。“這些系統將監控和控制從口模中出來的料條，確定是否存在幾個關鍵的質量問題（料條直徑、溫度、料條分離、掉線等）。該系統將在質量問題發生時就檢測它們，并進行調整或發出警報，以防止或減少下游廢品，”他說。

　　數據收集是改進控制的另一個關鍵步驟。Forgash說BPM正在努力讓設備用戶能夠存儲產品配方或輸入每克顆粒數的要求，然后系統可以使用該要求自動調整造粒線參數以達到目標規格。

　　應對粉塵

　　新的 BPM 設備開發目標之一是為造粒過程中產生粉塵這一老問題提供解決方案。“無論是在切割時顆粒破裂還是在輸送過程中尖角被“撞掉”，這些導致的粉塵都是下游生產的潛在問題，需要有效清除，”Forgash 說。

　　該公司的顆粒疏散系統將切割好的顆粒從切割室中轉移出來，通過防止顆粒被兩次切割減少了初產生的粉塵量。 “雙重切割產生的顆粒達不到預期大小，并且不符合規格。立即把顆粒抽走可減少顆粒在切割室周圍反彈并被切割兩次的機會，”Forgash 解釋道。

　　隨后顆粒被輸送到一個單獨的區域，在那里任何殘留的或切割后產生的粉塵都可以用二級除塵旋風器去除。“這種旋風分離器在合適的區域使用專有比例的逆流空氣將不需要的材料尺寸從終產品中去除，去除的材料數量是可控數量的，因為氣流在除塵階段分散得很薄，”他說。

　　細粉也是水下造粒的一個問題。 “產生大量細粉會降低終產品質量并增加設備維護工作，”諾信（Nordson）特殊項目總監Ralf Simon說。該公司通過其BKG Optigon自動水過濾系統來解決這個問題，它包含一個自清潔多邊形過濾器，該過濾器根據水箱中的壓差自動清潔。

 

改性商面臨的另一個挑戰是處理具有高殘留水分的材料。諾信為這一挑戰提供了多種解決方案，包括實現所需濕度水平的高效干燥器設計、具有優化絕緣的模板、可以控制停留時間的靈活旁路系統以及關鍵工藝參數的自動控制，業務發展經理Frank Asmuss說。

　　高度填充的改性材料會導致高壓，這對造粒工藝也具有挑戰性。 據Asmuss稱，諾信為應對這一挑戰提供了BKG熔體泵，它的間隙適應壓力積聚，精心設計的模板的鉆孔很精確且適應材料。

　　填料和其他有磨損性的添加劑會導引起磨損，這可以通過模板上的保護涂層和金屬處理來應對。另一種解決方案是自動刀片調整，它可對磨損持續補償，以及在線磨削工具，提供模板的自動磨削，以延長模板和刀片的使用壽命。

　　回收材料生產的需求

　　回收物的處理正變得越來越普遍。它給混煉和造粒工藝提出了更多要求，因為來料往往比原生聚合物波動更大、污染更多。 Asmuss說，諾信的BKG HiCon V-Type 3G系統熔體過濾器采用動力反吹技術，可提供有效的反吹，同時將損失降至低。

　　“即使使用高效的反吹換網器，濾網也會很快被污染物堵塞，因此與其他應用相比，需要更頻繁地更換濾網。 由于每次換網都會帶來壓力損失，即使是輕微的壓力損失，也可能需要在換網器和造粒機之間安裝增壓泵，”他說。“諾信的BKG齒輪泵可確保恒定的工藝壓力，因此送入造粒系統的熔體流均勻流暢，這是獲得高質量終產品的關鍵。”

　　奧地利造粒機制造商Econ也專注于高度自動化。其ECOnia全自動水下造粒機配備了Pellet Vision系統來監控顆粒，并在檢測到偏差時自動調整工藝參數。該公司表示，該系統可減少不合格材料并提高工藝穩定性。

　　ECONia生產線還配備了一個集成機器人，無需手動啟動和手動換刀，Econ稱這對操作員來說更安全，并減少了生產停機時間。該公司聲稱，一名操作員可以通過控制高效地操作和控制多達10條產線。

　　去年初，德國的 IPS（Intelligent Pelletising Solutions公司，智能造粒解決方案公司）向生物塑料生產商 Tecnaro提供了SG 220/2拉條造粒設備和ips-UWG 75 S水下造粒系統。新設備是Tecnaro生物聚合物生產擴張的一部分，其生產的生物聚合物包括用于汽車、建筑、太陽能、包裝和家具等市場的生物塑料和生物復合材料。

　　據說UWG 75 S水下系統特別適合生產球形顆粒，并且由于它的模塊化設計，可以針對客戶的應用和要求進行特別定制。在這種情況下，IPS針對Tecnaro的可持續材料產品系列優化了系統，包括一個特別改裝的穿孔模板，它允許天然纖維增強生物塑料在不受損的情況下進行造粒。

　　據IPS稱，UWG 75 S的產量高達700 kg/h。它配備了一個頻率控制的工藝水泵，可以對工藝用水量進行節能設置。水溫通過板式換熱器進行調節。

　　顆粒檢驗

　　據總部位于德國的Sikora稱，顆粒的在線檢測越來越多地用于質量控制，特別是在醫療和高壓電纜等領域。其Purity Scanner Advanced系統使用光學攝像頭檢測和分類顆粒表面的污染物或變色（包括黑點），并使用 X 射線技術在線檢測顆粒表面或內部的金屬雜質。“我們看到所有塑料制造商和加工商以及改性行業對高材料純度的強烈需求，”該公司銷售主管 Ralf Kulenkampff 說。

　　Sikora還提供兩個離線實驗室系統，帶有X射線攝像頭的Purity Concept X和帶有光學攝像頭的Purity Concept V。它們通常用于質量控制、進貨檢驗或交貨前的材料放行。

　　總部位于以色列的Inspection Technologies還提供在造粒過程中實時檢測和識別顆粒質量問題的系統，包括污染、尺寸和形狀變化或顏色偏移。 “大多數造粒生產線，無論是改性還是回收，都沒有使用在線顆粒檢測系統，”該公司業務發展經理Gilad Roter說。“更常見的是，生產人員將樣品帶到實驗室評估污染、大小和形狀。如果檢測到問題，則故障排除可能會延遲。把檢驗帶到生產線上可以在發現問題時立即進行糾正。”

　　據該公司稱，使用抽樣和離線測試時的另一個潛在問題是，樣本可能無法代表整個生產流程，因此問題可能會被遺漏。相比之下，持續的在線監控可以對任何問題立即發出警報。

　　Roter表示，Tofrat、Kafrit和Polyram等以色列改性材料制造商已在其在以色列的一些工廠中實施了該公司的技術，而幾家主要改性材料制造商也于 2021 年開始在其歐洲和遠東的生產線中實施該系統。

 

回收質量波動

　　根據Inspection Technologies的創始人兼席執行官Nadav Leshem的說法，在線檢測系統也有利于更容易受到污染的回收材料造粒。“使用回收材料的一個主要限制是產品質量和質量的波動性；在線檢測系統可以幫助縮小質量波動，”他說。

　　Inspection Technologies 可視化系統為承受塑料生產的惡劣環境而設計，惡劣環境可能包括高溫、防結塊添加劑產生的灰塵以及玻璃填充母粒和偶聯劑等磨蝕性或腐蝕性材料。

　　該設備使用面掃描攝像頭（而不是線掃描攝像頭）。這些攝像頭包含一個像素矩陣，而不是一條像素線，允許在圖像幀的不同部分使用不同的光照。“你可以在一幀中執行多個檢查任務，在上下部分使用不同的光照類型，”Leshem 說。“例如，對于尺寸，你需要看到良好的輪廓，因此你需要與背景形成高對比度。對于黑點等雜質檢測，系統將使用不同類型的光照。”

　　小的系統的設計產量為1000公斤/小時，但該公司有幾家客戶在使用該技術時高達2.8 噸/小時。該公司還提供兩倍產量的系統，很快就會提供產量達到三倍的設備。

　　除了雜質檢測外，該系統還分析顆粒大小和顆粒輪廓，可以檢測不適當的切割，例如“尾巴”。 “該系統顯示大小和形狀的分布，并顯示這種分布是否正在發生變化。你可以立即看到是否開始長出“天使毛”或“尾巴”，如果超出控制限制，你可以設置實時警報，”Roter 說。當需要執行與顆粒顏色相關的檢查任務時，可以將彩色攝像頭添加到系統中。

 

除了在線連續監控外，還可以增加一個分揀單元來分揀劣質顆粒。Leshem說，監控和離線分揀的應用可用于幫助更好地計劃和實施維護。“你無需在預定時間進行預防性維護，而是在監控提示你出現問題時進行維護，”他說。本文翻譯自AMI《配混》雜志 作者：Jennifer Markarian 翻譯：鄭日麗 編輯/排版：Lily Ban