對(duì)于很多注塑加工商來說，干燥物料是個(gè)不可避免的麻煩，處理改性塑料這是特別需要的，目的是做出質(zhì)量良好的產(chǎn)品。就加工和能源消耗兩方面而言，干燥操作可以具有節(jié)省的潛力，使對(duì)不同機(jī)器相對(duì)優(yōu)點(diǎn)的評(píng)價(jià)富有價(jià)值了。在作出干燥機(jī)的投資決策之時(shí)，價(jià)格不應(yīng)當(dāng)是高于一切的要素。相反，決定必須建立于對(duì)成本和技術(shù)的充分評(píng)估基礎(chǔ)之上。
隨著工藝水分增加，材料的剪切粘度降低。加工過程中流動(dòng)性能的變化表現(xiàn)在一系列的工藝參數(shù)以及所制產(chǎn)品的質(zhì)量當(dāng)中。過多工藝水分的一般影響是過保壓或發(fā)泡。如果因?yàn)橥r(shí)間過長使殘余水分含量太低和粘度增加，這就會(huì)導(dǎo)致類似不充分填模的問題。其它由不恰當(dāng)干燥而引起的看得到的缺陷包括水紋或停滯時(shí)間過長造成的材料發(fā)黃。性能變化引起的主要問題在產(chǎn)品上不是能直接肉眼看得到的，而只能通過對(duì)成分進(jìn)行恰當(dāng)?shù)臏y試才能被發(fā)現(xiàn)，如機(jī)械性能和介電強(qiáng)度。
在選擇干燥過程時(shí)，材料的干燥性能是具有關(guān)鍵意義的。材料可以被分成吸濕性和非吸濕性兩種。因?yàn)槠湮锢砗突瘜W(xué)結(jié)構(gòu)，吸濕性材料從四周環(huán)境吸收水分，并把它們約束在其內(nèi)部。非吸濕性材料不能從環(huán)境中吸收水分。對(duì)于非吸濕性材料，任何環(huán)境中存在的水分保留在表面，成為“表面水分”，相對(duì)易于被清除。由非吸濕性材料制成的膠粒也能因?yàn)樘砑觿┗蛱盍系淖饔枚兊镁哂形鼭裥裕缓髲沫h(huán)境中吸收水分。對(duì)一個(gè)工藝的能耗的估計(jì)與加工作業(yè)的復(fù)雜程度有關(guān)系，所以這里所介紹的數(shù)值僅應(yīng)作為指導(dǎo)。
1、對(duì)流式干燥機(jī)
干燥非吸濕性材料，可以使用熱風(fēng)干燥機(jī)，因?yàn)樗种皇潜粌?nèi)聚力所松散地約束，因此易于清除。在這種機(jī)器中，環(huán)境中的空氣被風(fēng)扇所吸收，并被加熱到材料特定的干燥溫度，經(jīng)過的干燥料斗通過對(duì)流來加熱材料并除去水分。
用非除濕氣體干燥器來干燥吸濕性材料，基本上有三個(gè)干燥段。在頭一段里，水分只是在被干燥的材料表面蒸發(fā)掉。在第二個(gè)干燥段，蒸發(fā)點(diǎn)在材料內(nèi)部，干燥速度緩慢降低，被干燥材料的溫度上升。在最后一段，達(dá)到與干燥氣體的吸濕平衡。在這個(gè)階段，內(nèi)部和外部間的所有溫度差別被消除。如果在第三段末端，被干燥材料不再放出水分，這并不意味著它不含水分了，而只是在膠粒和周圍環(huán)境之間建立起了平衡。
在干燥技術(shù)中，空氣的露點(diǎn)常被當(dāng)作空氣帶上水分的手段。它代表的是達(dá)到承載飽和與水分凝結(jié)的溫度。用于干燥的空氣的露點(diǎn)愈低，所獲殘余水分量就愈低，干燥速度也愈低。
干燥用熱量與除濕空氣一起通過對(duì)流被輸送至膠粒里。就象熱風(fēng)干燥一樣，這是一種對(duì)流干燥過程。除濕空氣干燥中判斷標(biāo)準(zhǔn)是用于備制除濕氣體的方法。
至今生產(chǎn)除濕空氣的最為普遍的方法是利用除濕氣體發(fā)生器，它以吸附性干燥器進(jìn)行運(yùn)作(圖1)。這由兩個(gè)分子篩組成，被轉(zhuǎn)換至干燥和再生狀態(tài)。在干燥狀態(tài)，空氣流經(jīng)吸附劑(通常是一個(gè)分子篩)，它吸收工藝氣體中的水分，并為干燥提供已除濕氣體。在再生狀態(tài)，分子篩被熱空氣所加熱至再生溫度。流經(jīng)分子篩的氣體收集被除水分，并將其帶至周圍環(huán)境中。
另一個(gè)生成除濕氣體的可行方法是對(duì)被壓縮氣體進(jìn)行解壓。這種方法的好處是供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的被壓縮氣體有著較低的壓力露點(diǎn)。在壓力釋放以后，達(dá)到-20℃范圍的露點(diǎn)。如果需要較低的露點(diǎn)，膜式或吸附式干燥器可以在壓力釋放之前被用來進(jìn)一步降低壓力露點(diǎn)。
干燥膠粒所需的能量由兩種組成，一是將材料由儲(chǔ)存溫度加熱至干燥溫度所需的能量，二是蒸發(fā)水分所需的能量。以干燥所需能量流動(dòng)和干燥氣體進(jìn)入與離開干燥料斗時(shí)的溫度為基礎(chǔ)，材料所需的特定氣體量可以被確定。
在除濕空氣干燥中，生產(chǎn)除濕氣體所需的能量必須進(jìn)行額外計(jì)算。在吸附式干燥中，再生狀態(tài)的分子篩必須從干燥態(tài)的工藝溫度(約60℃)被加熱至再生溫度(約200℃)。為此，常見的做法是通過分子篩將被加熱氣體連續(xù)地送至再生溫度，直至它在離開分子篩時(shí)達(dá)到特定溫度。理論上再生所必要的能量由加熱分子篩及內(nèi)含水的能量、克服水對(duì)分子篩的附著力所需要的能量、蒸發(fā)水分和水蒸汽升溫所必需的能量幾個(gè)部分組成。
吸附所得露點(diǎn)與分子篩的溫度和水分?jǐn)y帶量有關(guān)。通常上，≤30℃的露點(diǎn)可以達(dá)到分子篩10%的水分?jǐn)y帶量。為了制備除濕氣體，由能量計(jì)算所得的理論能量需求值是0.004度/m3除濕氣體。但是，實(shí)際中這個(gè)數(shù)值必須稍高，因?yàn)橛?jì)算沒有把風(fēng)扇或熱量損失考慮在內(nèi)。通過對(duì)比，不同類型除濕氣體發(fā)生器的特定能耗就被確定下來。為此，假定能耗達(dá)到所需在額定能量的30%至50%之間。所以除濕氣體干燥可能用到的特定能耗在0.04kWh/kg和0.12kWh/kg之間，根據(jù)材料和初始水分量而變化。在實(shí)際操作中，也可以達(dá)到0.25kWh/kg和更高值，根據(jù)干燥機(jī)操作模式和干燥作業(yè)復(fù)雜程度而定。
在實(shí)際生產(chǎn)中，特定能耗值有時(shí)要比理論值高得多。例如，如果材料在干燥料斗中的停留時(shí)間過長，以太高的特定氣體量完成干燥，或者分子篩的吸附能力未充分發(fā)揮。提高除濕干燥的可能方法是通過熱電偶和露點(diǎn)受控的再生。德國摩丹(Motan)公司通過利用天然氣作為燃料來設(shè)法減低能源成本。
減少除濕氣體的需要量、從而削減能源成本的可行方法是利用雙步法干燥料斗。在這種機(jī)型中，干燥料斗上半部的材料只是被加熱，但并未干燥。所以可以用環(huán)境中空氣或干燥過程的排氣來完成加熱。通過采用這種方法，只要向干燥料斗供應(yīng)除濕氣體量的1/3至1/4是足夠的，從而因?yàn)樯沙凉駳怏w而降低了能源成本。
2、真空干燥
通過美國美奎(Maguire)公司開發(fā)出來的機(jī)器，真空干燥也進(jìn)入到塑料加工領(lǐng)域當(dāng)中。這種連續(xù)操作型機(jī)器由安裝于旋轉(zhuǎn)傳送帶上的三個(gè)小腔組成。在位置1處，小腔填滿了膠粒，然后加熱至干燥溫度的氣體被送至加熱膠粒。當(dāng)在氣體出口達(dá)到干燥溫度和周期時(shí)間用完時(shí)，容器移至有真空的位置2。真空降低了水的沸點(diǎn)，所以水分更早地進(jìn)入到水蒸汽狀態(tài)。因此，水分?jǐn)U散過程被加速，而且在膠粒內(nèi)部與周圍空氣之間有著更大的壓力差。因此，在位置2停留20-40分鐘時(shí)間，以及一些極吸濕性材料停留60分鐘，對(duì)于干燥是足夠的了。接著容器移至位置3，被干燥材料可以被清除。
在除濕氣體干燥和真空干燥中，利用了同量的能源來加熱塑料，因?yàn)閮煞N方法在同樣的溫度下進(jìn)行。但是在真空干燥中，氣體干燥不要消耗能源，但要用能源來創(chuàng)造真空。創(chuàng)造真空所需的特定能耗和材料用量有關(guān)。
3、紅外線干燥
干燥膠粒的另一種方法是紅外線干燥工藝。在對(duì)流加熱中，流到膠粒中的熱量被氣體到膠粒的傳熱和膠粒的低導(dǎo)熱性所限制。用紅外線干燥，分子被直接轉(zhuǎn)換為熱振動(dòng)，這意味著材料的加熱比在對(duì)流干燥中來得快。作為一種附加的加速力，除了環(huán)境空氣和膠粒中水分的局部壓力差以外，與對(duì)流加熱相比有一個(gè)逆向的溫度梯度。工藝氣體和受熱微粒之間的溫度差愈大，干燥過程就愈快。紅外線干燥時(shí)間通常在5至15分鐘之間。這種紅外線干燥過程已經(jīng)被設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)管概念。順著一只內(nèi)壁有螺紋的轉(zhuǎn)管，膠粒被輸送和循環(huán)。在轉(zhuǎn)管的中心段有幾個(gè)紅外線加熱器。在紅外線干燥中，可以采用0.035kWh/kg至0.105kWh/kg之間的能耗。
實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的殘余水分量
如前所述，工藝水分的差別導(dǎo)致工藝參數(shù)的差別，這對(duì)工藝和成分質(zhì)量可以產(chǎn)生反面影響。工藝水分量不同的原因可能有：
不同的改性塑料有不同的流通速率，所以工藝中斷或加工機(jī)器的啟動(dòng)或停機(jī)會(huì)引起停留時(shí)間的不同;不同的初始水分量。假定一個(gè)穩(wěn)定的氣體量，材料流通量的不同被表現(xiàn)為溫度曲線變化和排氣溫度的變化。它們被許多干燥機(jī)制造商以不同方法進(jìn)行測量，并被用來把干燥氣體流與材料用量匹配，進(jìn)而影響干燥料斗的溫度曲線，從而膠粒一直在干燥溫度下經(jīng)歷穩(wěn)定的停留時(shí)間。
假定或多或少的穩(wěn)定初始水分量，上述的方法會(huì)導(dǎo)致或多或少的穩(wěn)定殘余水分量。但是因停留時(shí)間穩(wěn)定，初始水分量的明顯變化導(dǎo)致殘余水分量同樣明顯的變化。如果需要穩(wěn)定的殘余水分量，除了要變化初始水分量以外，接下來有必要測量初始或殘余的水分量。因?yàn)橄嚓P(guān)的殘余水分量低，在線測量不易進(jìn)行，且成本高。
而且，因?yàn)樵诟稍餀C(jī)系統(tǒng)中的停留時(shí)間可觀，把殘余水分量當(dāng)作輸出信號(hào)會(huì)引起系統(tǒng)受控時(shí)的問題。所以一種被開發(fā)出來的控制概念能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的殘余水分量。它以試圖在穩(wěn)定值下保持殘余水分量的工藝模式為基礎(chǔ)。工藝模式的輸入變量是塑料的初始水分量、進(jìn)入和流出氣體的露點(diǎn)、氣體流動(dòng)量和膠粒流率。
紅外線干燥和真空干燥是在塑料加工中派上用場的新技術(shù)，用來縮短停滯時(shí)間和能源消耗。但是，近年人們也做出很大努力來提高傳統(tǒng)除濕氣體干燥的效率。毫無疑問，創(chuàng)新干燥工藝有他們的價(jià)格。在作出投資決策時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行精確的成本評(píng)估，不僅考慮采購成本，還要考慮管路、能源、空間需求和維修保養(yǎng)。
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