擠出技術自1935年開始應用于熱塑性塑料至今已有80多的歷史，伴隨著化工行業(yè)的突飛猛進和新型熱塑性材料的不斷涌現(xiàn)，擠出技術也經(jīng)歷了多次技術迭代，其制品更是廣泛的應用于日常生活、國防軍工、航空航天等多個領域，應用面越來越廣，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)受到關注，高效節(jié)能、大產(chǎn)量、自動化是當今塑料擠出加工行業(yè)關注的三大重點，尤其是高效節(jié)能，契合于國家的節(jié)能減排政策，尤為塑料加工行業(yè)關注，本文重點講一下高效節(jié)能擠出技術在片板生產(chǎn)線的實際應用，并比較一下各項技術的優(yōu)缺點，對該類生產(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． 擠出機驅(qū)動系統(tǒng)

在擠出機的擠出塑化過程中，10%-25%的能量來自于外部加熱圈（或?qū)嵊停┘訜?，其余能量主要來自于擠出機的驅(qū)動系統(tǒng)，也就是由電機的機械能轉(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）。目前主流的結構是由交（直）流電機驅(qū)動減速箱，通過減速箱減速后驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動。在這個子系統(tǒng)中，電機和減速箱的傳動效率是我們關注的重點，但我們往往只關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(nèi)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%，國外先進電機的效率可以到92%。減速箱的傳動效率一般被人忽略，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。不同的傳動比傳動效率略有差異，一般的傳動效率可達95%以上?？戳松厦娴臄?shù)據(jù)，我們馬上意識到，很多司空見慣的零部件其實是有很大的效率提升空間的，但效率的提升，意味著采購成本的提高，但更大的問題是設備供應商有可能為了設備的競爭力并不會把這些知識介紹給客戶或采用昂貴但節(jié)能的零部件。直驅(qū)電機的出現(xiàn)改變了這個子系統(tǒng)的替換問題，除了價格高，直驅(qū)電機在效率上有了大幅的提升，達到95%左右。但如果是常規(guī)的三相異步電機配減速箱，其傳動效率為87% X 95%≈82.6%，和直驅(qū)系統(tǒng)相比差距就非常大了。很多使用者對這個差異沒有直觀的了解，我們舉一條常規(guī)的雙機共擠PP PS吸塑類生產(chǎn)線來說明一下，就非常形象了。國內(nèi)一般的此類生產(chǎn)線，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70%的平均負載計算，直驅(qū)系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)之間每小時的能耗差異為（132KW+55KW）X 70% X （95%-82.6%）=16.23KW。由于擠出生產(chǎn)線都是24小時不停生產(chǎn)的，這已經(jīng)是一個非常大的節(jié)能數(shù)據(jù)了，這意味著，通過改變驅(qū)動系統(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個工作日計算），一年節(jié)能的費用超過10萬元。雖然改直驅(qū)要增加約20萬的成本，但這個改造顯然是劃算的，關鍵是設備制造商怎么和客戶來溝通這個問題，從而最終獲得客戶的認同。

二． 擠出機加熱系統(tǒng)

相對于上面驅(qū)動系統(tǒng)節(jié)能技術的少有人識，擠出機加熱系統(tǒng)的節(jié)能技術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），目前主流的兩個技術是電磁加熱技術和紅外加熱技術。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機筒加熱，從而起到升溫的作用。電磁加熱的最大優(yōu)點是節(jié)能、加熱快、單位面積加熱功率大。其缺點是硬件成本高（在這三種加熱方式中，硬件成本價格從高到低依次為：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筒上，從而使機筒升溫。紅外加熱的特點是節(jié)能、保溫和隔熱性能好，缺點是硬件成本高、紅外加熱管易碎、某些加熱區(qū)不能很好散熱。在目前的應用實踐中，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)的對比，由于整個擠出機加熱系統(tǒng)只占擠出機耗能的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)

相對于擠出機的加熱系統(tǒng)，整個保溫系統(tǒng)實現(xiàn)起來較為簡單，但效果卻非常明顯。我們知道，在片板材生產(chǎn)線中，尤其是多擠出機共擠系統(tǒng)中，流道非常多也非常長，在設備生產(chǎn)過程中，整個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，在這個過程中需要浪費不少的電能。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。對于長流道有著較好節(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

上面所述的三點，除了成本會有所提高，節(jié)能的效果比較明確，使用者在權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)在螺桿設計上，其節(jié)能效果往往要通過比較后才能確切的得出，而國內(nèi)與國外擠出系統(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（從單機產(chǎn)量400KG/H提升到800KG/H甚至更高），國內(nèi)外走了兩條截然不同的道路。國內(nèi)走的是傳統(tǒng)路線，為了提高產(chǎn)量，最簡單的方法是提高擠出機的直徑，擠出機直徑由傳統(tǒng)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，大螺桿擠出產(chǎn)生的廢料也會大幅增加。國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700-1000轉(zhuǎn)/分），同樣達到了高產(chǎn)的效果，同時大螺桿擠出存在的缺點，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(nèi)沒人跟進？調(diào)查發(fā)現(xiàn)這個看似簡單的問題其實有著深層次的問題，并非表面看的這么簡單。首先，國內(nèi)擠出機用的高速減速箱普遍不過關，超過120轉(zhuǎn)/分的減速箱，振動、漏油和長期使用穩(wěn)定性都不過關；其次，螺桿設計不過關。擠出行業(yè)并非一個高附加值的行業(yè)，無法吸引高端人才的長期堅守，國內(nèi)的螺桿設計，大多憑借的是經(jīng)驗而非物料流動的流變參數(shù)或者還是大量的實驗結果，對于這類顛覆性的螺桿設計，往往無從下手； 再次，螺桿加工和材料不過關。固然國內(nèi)可以通過逆向工程測繪一下國外的螺桿，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)，最終結論是我們的材料和熱處理都達不到要求。

那是否我們就無路可走呢？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(tǒng)的誤區(qū)。首先，新型的螺桿結構對我們改進現(xiàn)有螺桿設計很有幫助，雖然無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(xiàn)有的螺桿技術，產(chǎn)量和能效比都有了大幅的提升。其次，在單螺桿領域或許國內(nèi)在短期內(nèi)無法達到國外的高度，但沒有任何一家客戶強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)達標。我們知道，對于擠出機，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，這對某些塑料制品的加工是及其有利的。基于這個原理，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。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(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(guī)格的PET產(chǎn)品(0.2mm-0.8mm)，已經(jīng)達到或超過了傳統(tǒng)單螺桿擠出生產(chǎn)線（帶結晶干燥系統(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(tǒng)的單螺桿和雙螺桿所無法比擬的。

五． 通過排氣系統(tǒng)簡化原料處理系統(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。為了達到這個效果，往往在進入擠出機之前，原料要做烘干除濕的處理，但這個工藝的耗能卻非常大。以PET為例，每處理一噸PET，傳統(tǒng)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，可以大幅簡化原料的處理系統(tǒng)，降低原料干燥（或除濕）的能耗。單螺桿和多螺桿都可以實現(xiàn)排氣，從結構原理上說，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，在某些特殊的反應擠出中，可實現(xiàn)多次脫灰的功能。 從節(jié)能的角度說，排氣脫灰能力越強，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(jié)能效果。

目前在國內(nèi)，傳統(tǒng)片板材市場已經(jīng)趨于飽和，利潤率逐年降低，經(jīng)營風險越來越大。隨著國內(nèi)勞動力成本的不斷提升，已經(jīng)成為各個行業(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(qū)動都要靠電力，在行業(yè)里有“買得起設備用不起電”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。