物料高精度处理，喂料装备从不缺席

塑料生产包括三个基本加工步骤：聚合，原材料处理或配混，最后成型为半成品或成品。把塑料从一种纯粹的化学物质起点，一直加工到有用产品的最终形式，涉及到许多操作，其中最重要的是调整其各种特性、属性和特征，以满足严格的最终产品要求，而这其中最重要的是精度。大部分的这种调节是通过使用喂料器来实现的，它根据指定的配方或配方比例，控制引入附加成分，如添加剂、着色剂、填料、稳定剂、润滑剂等，达到所希望的可靠性和精度标准，生产出颗粒状或球丸状的优质塑料材料。当然，喂料机也被用在薄膜、板材、型材和管材挤出生产线中发生的进一步加工。

喂料机是重要的物料处理装备之一，它必须灵活多变与功能多样，才足以对塑料行业持续开发出来的创新材料进行处理。
 
喂料速率的常识

控制喂料的速率相当重要，其主要目的是在造粒（配混）或最终产品成型作业之前实现配方成分（树脂和所需添加剂）的配比准确一致。喂料器可产生出对于它们待处理的材料而言精确又可控的出料速率，当多个喂料器协同操作时，会自动调整各自的出料速率，以保持所需的配方比例，而不管系统总产量有多少。

喂料速率可以通过两种方式来表示和控制：容积，如以cm3/min为单位；或重量，如以kg/hr为单位，两者之间的差异对于配比操作的质量至关重要。出于成本和质量的双重考虑，几乎所有的塑料喂料和配料应用都是基于重量的，因此称重式（基于重量）喂料被普遍作为首选方法。

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容积式喂料

根据原理，容积式喂料是最简单、最经济可行的喂料方法，且无高精度的喂料要求。在单位时间内，它将一定体积的材料均匀连续地喂入到工艺中，由料斗、出料装置和控制器组成。它依靠某种形式的“排挤”原理来产生出料流，无论是转动的螺杆将材料推向出料，旋转喂料器倒空其料包，还是振动槽向前推挤材料，所有这些皆为排挤的例子。

容积式喂料的特点如下：
◆ 开环控制；
◆ 无法自动补偿材料密度变化所造成的影响；
◆ 对材料堆积或其他影响校准的因素敏感；
◆ 没有直接测量材料的吞吐量；
◆ 对系统的非线性不敏感；
◆ 没有对材料供应中断的特别检测；
◆ 需要定期重新校准。

称重式喂料

称重式喂料机是在基础的容积式喂料机中增加了一个称重系统和新的控制方案，对喂出的物料进行实时称重，这样做可以直接测量和控制喂料速率。在实践中存在多种类型的称重式喂料机，它们都采用了称重式喂料相同的核心概念：以直接测量材料重量为基础，不断调整喂料机速度，以形成精确控制的喂料速率。

称重式喂料的属性如下：

◆ 闭环控制，直接测量和控制喂料速率；
◆ 在宽限度内，自动补偿材料密度变化所造成的影响，故喂料精度较高；
◆ 在宽限度内，对计量元件上的材料堆积不敏感；
◆ 直接测量材料速率和吞吐量；
◆ 自动检测断料；
◆ 无需校准（取决于供应商）。

喂料“铁三角”

所有称重式喂料机，无论其类型或工作原理如何，都必须满足三个核心要求，此处可用“铁三角”的三条边来作形象的表示。

(1) 物料处理：称重式喂料“铁三角”的第一条边，是指喂料机调节材料，将密度差异降至最小，产生可靠一致和均匀的出料流。如果喂料机的物料处理系统可以执行此基本任务，则可以应用适当的控制调整（基于连续的重量数据）以实现并保持所需的称重式出料速率。性能良好的材料，例如大多数胶粒或自由流动的非填充型粉末，通常很少出现处理问题，在处理时往往保持一致的密度，因此很容易得到控制。然而，较难处理的材料（压紧、流动性差、粘性、结块、吸湿、可浸水等）通常需要专门匹配的喂料元件和密度调节措施来应对物料处理上的挑战。

(2) 称重：“铁三角”的第二条边，是指喂料机对重量这个至关重要的变量持续进行准确、高分辨率的测量，这为精确确定和控制称重式喂料速率奠定了基础。

(3) 控制：大多数喂料器作为一个更大系统的其中一个组成部分在工作着，相互连接以产生出一个协调的配料。称重式喂料“铁三角”的第三条边也是最后一条边为控制，是指喂料机持续确定和执行恰当的控制动作，以达到或保持所需的称重式出料速率。控制、连通性和沟通是实现和保持最终产品质量的关键因素。

喂料“铁三角”的每条边都面临着一系列独特的挑战，并且每条边都与另外两条边互相作用。成功地产生准确和一致的喂料速率，需要细致的混料以及称重式喂料“铁三角”三边之间的平衡。

称重式喂料的操作原理

连续称重式喂料的目的是以精确控制的基于重量的速率（例如kg/min），均匀喂入工艺性材料。为实现此目的，在塑料工艺中常被应用到三种操作原理：失重（LiW）、皮带秤和称重计。

失重式喂料是一种称重式喂料，其对整个喂料机、料斗和物料进行连续称重。当喂料机排出物料时，系统重量的下降速率被计算出来，喂料机的速度被调节，以保持所需的以“重量/时间”为单位的喂料速率。失重式喂料拥有很多优势，比如，通常可以实现可靠的高度准确性；适宜于塑料配混和挤出操作中遇到的所有范围的速率；可以使用任何适合加工物料的喂料装置（例如螺杆式、振动式等），物料处理灵活性与生俱来；易于在涉及粉尘或安全/毒性问题的情况下完全控制住材料。再加上在称重等方面的进步，失重式喂料自近50年前被推出以来已经日趋成熟，成为重力式流量控制的主要方法之一。

皮带秤式喂料机主要由一个短的带式输送机组成，它将物料从入口移动到出口。当材料进入喂料机时，它通过入口剪切口，形成一个横截面积一致的浅床。在运输过程中，物料床被称重，皮带速度不断被调节，以产生恒定的重力排放率。皮带秤式喂料机能够保持较高的重量精度，通常将喂料速率控制在设定速率的+0.5%或更佳。在塑料加工操作中，皮带秤喂料最常见于初级树脂生产或更大的配混或挤出应用中，它可控制基础树脂的流动。适用于皮带秤喂料的物料种类较为有限：易于流动的物料，包括粉末、颗粒、丸珠等。然而，由于皮带秤的入口位置可调节和相对不受限制，它可以处理更大粒度的材料，使其特别适合用于一些初级树脂生产应用。如果需要，通常可以通过添加预喂料器来提高皮带秤式喂料机的处理能力，特别是在初级树脂配混的应用中，旋转阀几乎总是与皮带秤如影随行。多年来，在许多传统应用中，失重式喂料可能已经取代了皮带秤，但在那些失重式喂料器仍然无法触及的关键性细分性应用中，为人熟知且久经考验的皮带秤将继续作为一种具有成本竞争力的解决方案。

称重计喂料器提供了一种清洁、经济高效且基本免维护的方法，替代众所周知的皮带秤喂料器，提供类似的性能和阻碍少的流动。

喂料机在塑料业的多种应用

从塑料造粒、色母料，到汽车塑料内饰板、BOPP膜的生产，再到塑料回收，无论哪种塑料应用场合，但凡需要高精度处理散料，喂料机就有用武之地。

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◆ 塑料造粒应用
今天的塑料材料与所需的最终产品一样具体，无论是塑料袋、汽车塑料零部件还是一次性餐具，每种产品都具有不同的柔韧性、强度和耐久性要求。塑料造粒设备可根据PE、PP等常用塑料并辅以添加剂来满足这些不同要求。以这种方式生产的中间产品直接加工成最终产品，或在另外的加工步骤中进行改性以生产特殊用途的塑料材料。那么如何用基本塑料材料制成特殊原料呢？

测量与流程技术方案的全球市场领导者——申克集团（Schenck Process）的MULTICOR喂料系统，借助MechaTron失重加料器，将基本塑料粉末（如PE和PP）和添加剂直接送入挤出机或通过连续搅拌器，实现完美喂料。添加剂采用MechaTron®或MULTIGRAV失重秤来进给，这种失重秤配有经过特殊调整的称重配置，可进给从易于流动到流动性极差的添加剂。高压高温下粉末在挤出机中被塑化，然后在物理混合过程中改性。挤出机排料口的造粒机将塑料拉条切成粒状。易于流动的产品可通过插板阀或蝶阀直接添加，可采用给料螺杆、振动槽或搅拌器等喂料装置，把流动性不佳的添加剂添加到混合物中。

◆ BOPP薄膜生产中的应用
双向拉伸膜可分为两类：一类是商用膜，由于来自市场的强大价格压力，需要尽可能的经济高效地生产。另一类是特种膜，其价格可能会更高。然而，这通常与更高的技术需求有关，因此生产成本也更高。特种膜生产有明显向多层薄膜类型发展的趋势，采用越来越多的同向双螺杆挤出机。这使得薄膜制造商能够同时将多种多样的添加剂直接喂入挤出过程中，增加了灵活性，并降低了生产成本。

PP、PET、PS、PA等材料双向拉伸膜的生产是一个连续式工艺，多数情况是共挤过程，其中涉及多达6个单螺杆和/或双螺杆挤出机。通常，基础聚合物和添加剂通过一个连续工作的失重式喂料机被加进单螺杆挤出机。另一种经济高效的替代方法是将添加剂粉末直接称重式喂入双螺杆挤出机，以获得最佳分散。然后熔体直接在线通过常规工艺形成流延膜，随后再转移至纵向拉伸和横向拉伸元件。称重式喂料器的性能和精度是这一过程的关键，给了生产商较高的灵活性和高质量的最终产品，以及大幅的成本节约。当喂料机以± 0.5%的精度提供所需的质量流，抽样时间为5秒时，挤出机出口的压力变化最小，这造就了薄膜生产线的“丝滑顺畅”。

对于PP/PE基树脂颗粒和母料颗粒，全球工艺设备优秀供应商——科倍隆锴创（Coperion K-Tron）推出的柔性K4G连续混料系统可以很轻松地适应散料的特性和所需的喂料速率。K4G设计用于低中速下的在线混料。模块化的K4G设计还使得气动输送机可以直接集成到K4G的机位中，为喂料器补料。科倍隆锴创的各种螺杆式喂料器可用于K4G系统，新的散装固体泵（BSP）喂料器同样如此。

◆ 塑料回收应用
循环（或回收）经济是一种旨在减少资源消耗的新型经济体系，被认为是气候保护战略的关键要素。在过去几年中，鉴于专注于回收的喂料解决方案的需求稳步增长，在散装物料处理方面拥有60多年的经验和专业知识的德国Brabender Technologie（布拉本达技术）公司推出了源自这种创新理念的新工艺和产品，例如回收由PA纤维制成的地毯。

在欧盟，估计每年处理160万吨地毯，大约95%的地毯最终被送到垃圾处理场或焚化厂。焚烧的替代方法是回收由PA或PP等高级合成纤维制成的废地毯，可以化学回收成PA或机械加工成二次塑料。为此，PA地毯根据其纤维成分PA6或PA 6.6进行分类，然后切碎。分离后，它们通过料仓送入解聚过程。布拉本达的FiberXpert FX225失重式喂料机有处理长而不均匀的纤维，特别适合这项任务。专用的适用于纤维物料的螺杆，宽大的、垂直的陡壁料斗，设计新颖、特制的适用于纤维物料的搅拌单元。高精度数字称重单元，高分辨率应变称重传感器，确保高精度的计量。同步锥形双螺杆与大进料段相结合，可配备填充单元，喂料速度高达1000kg/小时，确保粒状PA6具有出色的熔融性能和卓越的品质。布拉本达喂料器正在为高科技回收或循环经济做着贡献。
 
喂料机的采购决策

工艺设备制造商们已经开发了大量的专业知识和广泛的喂料技术选择，以解决涉及散装固体的工艺操作中可能产生的众多挑战。不同散装固体的流动表现可以根据材料性质或颗粒几何形状而有极大地差异，没有一种喂料机的设计或尺寸可以处理所有不同的材料的特性。对于易于流动的材料，例如塑料粒料、丸珠和薄片，常用单螺杆喂料机进行处理，各种螺杆尺寸和几何形状可用于适应不同材料特性所需要的喂料速率。大容量固体泵喂料机和振动喂料机还可以温和、精确地为自由流动材料进行喂料。如果在选择过程中没有一致、可靠的喂料机精度和重复率，那么任何配方以至于最终产品的完整性都将会受到影响，而这将直接影响到系统的可靠性、产品优良率和整体运行的经济性能。

图源：美锴

与塑料加工所涉及到的任何基本系统或设备一样，喂料系统直接且持续地为作业的经济附加值做着贡献。就像采购挤出机或任何其它主机一样，公平又合理地做出喂料系统的采购决策，需要托付给一个从初始购买开始、持续整个系统使用寿命的成本收益分析，否则没有恰当考虑经济上的不确定影响而做出的决定，就会好似如履薄冰。

供料系统的采购、安装和启动成本可以被估算出来，并在各家候选供应商之间进行比较。以下是与喂料系统性能相关的一些典型因素，它们有助于形成持续的成本/收益流：

◆ 配方准确性，
◆ 最终产品的一致性，
◆ 灵活的物料处理，
◆ 换料效率，
◆ 操作简单性，
◆ 可清洁性/保养，
◆ 系统可靠度，
◆ 供应商支持。

最后，祝愿合适的喂料解决方案能让塑料生产与加工企业的物料高精度处理变得so easy！

作者：冯大勇

来源：荣格-《国际塑料商情》

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