Introdução

O PET (polietileno tereftalato) é um plástico termoplástico amplamente utilizado nos setores de embalagens, têxteis e plásticos de engenharia. O masterbatch de PET é um produto granular obtido pela dispersão uniforme de pigmentos ou aditivos de alta concentração em resina portadora de PET, que pode ser utilizado para a coloração e modificação funcional de produtos de PET. O extrusor contínuo de dois parafusos é o equipamento chave para a produção de masterbatch de PET. Possui as vantagens de produção contínua, mistura de alta eficiência e boa adaptabilidade, o que pode atender às necessidades da produção em grande escala.

Fórmula de proporção

A relação da fórmula do masterbatch de PET depende principalmente do tipo e da concentração dos pigmentos, do tipo e do desempenho da resina portadora e das exigências do produto final. A seguir estão apresentadas as relações de fórmula de vários tipos comuns de masterbatch de PET:

1. Masterbatch PET de cor geral: The pigment content is generally 10% – 30%, and the carrier resin content is 70% – 90%. For example, the formula ratio of white PET masterbatch may be 20% titanium dioxide and 80% PET resin; the formula ratio of blue PET masterbatch may be 15% blue organic pigment and 85% PET resin.

2. Masterbatch de PET de alta concentração: The pigment content can be as high as 40% – 60%, and the carrier resin content is 40% – 60%. This kind of masterbatch is suitable for occasions with high requirements for color concentration, which can reduce the amount of masterbatch added and reduce production costs.

3. Masterbatch PET funcional: Além dos pigmentos e das resinas de transporte, são adicionados vários aditivos funcionais, como antioxidantes, estabilizadores de luz, retardadores de chama, etc. A proporção da fórmula é determinada de acordo com as exigências funcionais. Por exemplo, a proporção da fórmula do masterbatch PET antistático pode ser de 15% de pigmento, 80% de resina PET e 5% de agente antistático.

Processo de produção

O processo de produção de masterbatch de PET inclui principalmente a pré-tratamento da matéria-prima, a dosagem e mistura, a fusão e plastificação, a extrusão e granulação, e o pós-tratamento. A seguir, apresentamos o processo de produção detalhado:

1. Preparação da matéria-prima

– Secagem da resina: PET resin has strong hygroscopicity, so it needs to be dried before processing to remove moisture and avoid problems such as bubbles and degradation during extrusion. The drying temperature is generally 160°C – 180°C, and the drying time is 4 – 6 hours.

– Preparação do pigmento: Para alguns pigmentos difíceis de dispersar, como o negro de carbono e o dióxido de titânio, é necessário um pré-tratamento para melhorar sua dispersibilidade. Os métodos de pré-tratamento incluem moagem, modificação da superfície, etc.

– Adição de aditivos pré-misturados: Misture vários aditivos funcionais com uma pequena quantidade de resina portadora para garantir que os aditivos estejam uniformemente dispersos na mistura principal.

2. Doseamento e mistura

– Cooperação entre a alimentação principal e a alimentação lateral: A resina (componente principal) é adicionada da porta de alimentação principal, enquanto as fibras e os aditivos de alto ponto de fusão (como retardantes de chama) geralmente são adicionados da porta de alimentação lateral para evitar que as fibras sejam quebradas devido a um tempo de cisalhamento muito longo e perdam o efeito de reforço.

– Controle do tempo de mistura: The mixing time of the high-speed mixer (rotating speed 800 – 1500rpm) is generally controlled at 5 – 8 minutes. If the time is too short, the components will be unevenly dispersed; if the time is too long, some additives may decompose due to frictional heat.

3. Fusão e plastificação

– Combinação de parafusos: Different screw elements are selected according to the material properties. For example, for filling modification (adding calcium carbonate), strong shear kneading blocks (staggered angle 30° – 45°) are required; for elastomer toughening (adding POE), weak shear conveying blocks (staggered angle 60° – 90°) are needed to avoid excessive fragmentation of the elastomer.

– Distribuição de temperatura: From the feeding section to the die head, the temperature generally shows a “low – high – low” distribution. The temperature of the feeding section (zone 1) is relatively low (10 – 20°C lower than the melting point of the resin) to prevent the material from melting prematurely and “bridging”; the temperature of the compression section (zones 2 and 3) rises above the melting point (such as 270°C – 290°C for PET) to ensure sufficient melting; the temperature of the homogenization section (zones 4 and 5) is slightly lower (5 – 10°C lower than the compression section) to avoid material degradation due to excessive heating.

– Velocidade do parafuso: The higher the screw speed, the stronger the shear force and the more uniform the mixing, but the shorter the material residence time (usually 30 – 90 seconds for twin screw extruders). Generally, the screw speed is controlled between 300 – 600rpm, and the specific speed is adjusted according to the material properties and formula requirements.

4. Extrusão e granulação

– Cortamento subaquático: Suitable for high-viscosity and sticky materials (such as PET). The die surface is directly immersed in warm water (water temperature 50 – 80°C), and the cutter rotates at a high speed (300 – 1000rpm). The particles are cooled and formed in water, with a smooth and burr-free surface. However, the equipment cost is high, and the water temperature needs to be strictly controlled. If the water temperature is too low, the particles are prone to cracking; if the water temperature is too high, the particles are prone to adhesion.

– Cortador de areia refrigerado a ar: Suitable for low-viscosity and tough materials (such as PP and PE). After the material is extruded into strands, it is first solidified through a cooling water tank (water temperature 15 – 25°C), and then guided into the cutter (rotating speed 50 – 200rpm) by a traction machine. When operating, attention should be paid to the “strand pulling speed”. If the speed is too fast, the strands are easy to be pulled thin or even broken; if the speed is too slow, the strands will accumulate, resulting in uneven particle size.

5. Pós-tratamento

– Secagem e desidratação: The particles from underwater cutting have water attached to the surface, which needs to be dried by a centrifugal dryer (rotating speed 1000 – 2000rpm) or a fluidized bed dryer (inlet air temperature 60 – 80°C). If moisture remains, the particles are prone to caking during storage and will produce “water marks” during injection molding.

– Triagem e classificação: Remove oversized or undersized particles through a vibrating screen (screen mesh size 10 – 20 mesh) to ensure uniform particle size.

Introdução ao equipamento de produção

1. Extrusor de dois parafusos

As unidades de extrusão paralelas co-rotantes de parafusos gêmeos da série KTE da Nanjing Kerke Extrusion Equipment Co., Ltd. são equipamentos ideais para a produção de masterbatch de PET. Esta série de extrusoras adota um design modular. De acordo com o sistema de material de processamento e a fórmula do processo, a relação comprimento-diametro, a estrutura do tambor, a disposição dos parafusos, o material dos parafusos e do tambor, o método de alimentação, a posição e o número de escape, o método de controle elétrico, etc., podem ser projetados de forma razoável para realizar o processamento multifuncional e multiuso de materiais poliméricos.

– Principais parâmetros técnicos: Taking KTE – 75B as an example, the screw diameter is 71mm, the length-to-diameter ratio is 28 – 60, the screw speed is 400 – 600rpm, the motor power is 110 – 132kW, and the output is 300 – 800kg/h.

– Características: Possui um excelente desempenho de mistura, que pode dispersar uniformemente pigmentos e aditivos na resina portadora; alta produção, atendendo às necessidades da produção em larga escala; boa adaptabilidade, que permite processar diferentes tipos de fórmulas de masterbatch de PET; fácil de operar e manter.

2. Outros equipamentos

– Misturador de alta velocidade: Utilizado para a pré-mistura de matérias-primas para garantir a dispersão uniforme de cada componente.

– Equipamento de secagem: Como secador a vácuo, secador de leito fluidizado, etc., utilizado para remover a umidade das matérias-primas.

– Cortador: Corta o material extrudado em partículas uniformes. Existem diferentes tipos, como cortador submerso e cortador de fio refrigerado a ar.

– Tela vibratória: Utilizada para triagem e classificação para remover partículas não qualificadas.

Configuração de parâmetros

1. Configuração de temperatura: According to the melting point of PET resin, the heat resistance of pigments and process requirements, the temperature of each section is reasonably set. Generally, the temperature of the feeding section is 250°C – 260°C, the temperature of the compression section is 270°C – 290°C, the temperature of the homogenization section is 260°C – 280°C, and the temperature of the die head is 260°C – 270°C.

2. Configuração da velocidade do parafuso: According to the viscosity, formula and output requirements of the material, set the appropriate screw speed. Generally, it is adjusted between 300 – 600rpm.

3. Configuração da velocidade de alimentação: De acordo com a velocidade do parafuso e as exigências de produção, ajuste a velocidade de alimentação para garantir que o material entre no extrusor de forma uniforme e estável.

4. Ajuste do grau de vácuo: During the extrusion process, turn on the exhaust system and set the appropriate vacuum degree to remove volatile substances and moisture in the material and improve the product quality. The vacuum degree is generally 0.06 – 0.09MPa.

Preço do equipamento

: O preço dos extrusores de parafusos gêmeos da série KTE da Nanjing Kerke Extrusion Equipment Co., Ltd. varia de acordo com o modelo e a configuração. A seguir estão os preços de referência de alguns modelos:

1. KTE – 20B: The price is between 18,000 – 22,000 US dollars.

2. KTE – 36B: The price is between 42,600 – 45,000 US dollars.

3. KTE – 65B: The price is between 45,000 – 55,000 US dollars.

4. KTE – 75B: The price is between 60,000 – 100,000 US dollars.

Os preços de outras máquinas variam muito devido a diferentes marcas, modelos e configurações. O preço específico deve ser consultado de acordo com a demanda real.

Problemas que podem ocorrer durante o processo de produção e suas soluções e métodos de prevenção

1. Problema: ocorre degradação durante a extrusão

– Análise da causa: Principalmente devido a uma temperatura de extrusão muito alta, uma velocidade do parafuso muito rápida, um tempo de permanência do material muito longo e outras razões que levam à degradação da resina de PET; também pode ser devido a impurezas contidas nas matérias-primas, que iniciam reações de degradação durante a extrusão.

– Solução: Reduza a temperatura de extrusão, reduza adequadamente a velocidade do parafuso, curta o tempo de permanência do material; selecione estritamente as matérias-primas para remover as impurezas.

– Método de prevenção: Controle estritamente a temperatura de extrusão e a velocidade do parafuso, e faça ajustes razoáveis de acordo com as propriedades do material e as exigências do processo; fortaleça o controle de qualidade das matérias-primas para garantir a pureza das matérias-primas.

2. Problema: Cor irregular do masterbatch

– Análise da causa: Uma dispersão inadequada de pigmentos pode ser causada por uma pré-tratamento insuficiente dos pigmentos, tempo insuficiente de mistura, combinação inadequada de parafusos, etc.; também pode ser devido a uma alimentação irregular, resultando em uma distribuição irregular dos pigmentos no material.

– Solução: Trate completamente os pigmentos, como moagem e modificação da superfície; prolongue o tempo de mistura para garantir a dispersão uniforme dos pigmentos; ajuste a combinação de parafusos para aumentar o efeito de trituração e mistura; verifique o sistema de alimentação para garantir uma alimentação uniforme e estável.

– Método de prevenção: Escolha pigmentos de boa qualidade e dispersibilidade; siga estritamente os requisitos do processo para as operações de mistura e extrusão; verifique regularmente o funcionamento do sistema de alimentação e ajuste a velocidade de alimentação em tempo hábil.

3. Problema: Baixa produção do extrusor

– Análise da causa: Pode ser devido a uma velocidade do parafuso muito baixa, uma velocidade de alimentação muito lenta, uma alta viscosidade do material, etc.; também pode ser devido a um desgaste grave do parafuso do extrusor, resultando em uma redução da eficiência de transporte.

– Solução: Aumentar adequadamente a velocidade do parafuso e a velocidade de alimentação; ajustar a fórmula para reduzir a viscosidade do material; verificar o desgaste do parafuso e substituir o parafuso seriamente desgastado a tempo.

– Método de prevenção: Definir razoavelmente a velocidade do parafuso e a velocidade de alimentação de acordo com as propriedades do material e os requisitos do processo; manter regularmente o extrusor e substituir as peças desgastadas a tempo.

4. Problema: Superfície áspera das tiras extrudadas

– Análise da causa: Pode ser devido a uma temperatura de extrusão muito alta, resultando na degradação do material; também pode ser devido a uma combinação inadequada de parafusos, excesso de cisalhamento, resultando na decomposição do material; também pode ser devido ao bloqueio da cabeça do matriz, resultando em uma má extrusão do material.

– Solução: Reduzir a temperatura de extrusão para evitar a degradação do material; ajustar a combinação de parafusos para reduzir a intensidade de cisalhamento e mistura; limpar a cabeça do matriz para garantir uma saída lisa.

– Método de prevenção: Controlar estritamente a temperatura de extrusão para evitar temperaturas muito altas; escolher a combinação adequada de parafusos de acordo com as propriedades do material; limpar regularmente a cabeça do matriz para evitar o bloqueio do mesmo.

Manutenção

1. Manutenção diária

– Limpeza do equipamento: Após a produção diária, limpar a superfície e o interior do extrusor, do misturador, do cortador e de outros equipamentos a tempo para remover os materiais e impurezas residuais.

– Verificação do equipamento: Verificar os vários componentes do equipamento, como o parafuso, o cilindro, o sistema de alimentação, o sistema de corte, etc., para garantir o seu funcionamento normal; verificar o sistema elétrico, o sistema hidráulico, etc., para garantir sua conexão firme e sem vazamentos.

– Lubrificar o equipamento: De acordo com as exigências do manual do equipamento, lubrificar regularmente os vários pontos de lubrificação do equipamento para garantir a operação flexível das peças móveis do equipamento.

2. Manutenção regular

– Manutenção semanal: Verifique o sistema de transmissão do equipamento, como a caixa de velocidades, o rolo, etc., para garantir o seu funcionamento normal; limpe o filtro para evitar obstruções.

– Manutenção mensal: Verifique os selos do equipamento, como anéis de vedação, juntas, etc., e substitua-os em caso de danos; verifique o sistema de refrigeração do equipamento para garantir o seu funcionamento normal.

– Manutenção trimestral: Realizar uma inspeção e ajuste abrangentes dos diversos componentes do equipamento, como a espaçamento da rosca, o espaçamento da faca do cortador, etc.; realizar um teste de isolamento no sistema elétrico para garantir sua segurança e confiabilidade.

– Manutenção anual: Realizar uma desmontagem, limpeza e revisão completa do equipamento, substituir as peças gravemente desgastadas; realizar um teste de desempenho no equipamento para garantir que seus diversos indicadores atendam aos requisitos.

FAQ

1. P: Qual é a vida útil do masterbatch de PET?

A: Under dry and sealed conditions, the shelf life of PET masterbatch is generally 12 – 24 months. After the shelf life, the performance of the masterbatch may decline, so it is recommended to use it within the shelf life.

2. P: Como escolher a fórmula adequada do masterbatch de PET?

R: A escolha da fórmula de masterbatch de PET adequada deve levar em consideração vários fatores, como o tipo e a concentração dos pigmentos, o tipo e o desempenho da resina portadora, as exigências do produto final, etc. Recomenda-se realizar testes e avaliações suficientes antes de escolher a fórmula, para garantir a racionalidade e viabilidade da mesma.

3. P: O que devo fazer se houver diferença de cor durante a moldagem por injeção do masterbatch de PET?

R: Em primeiro lugar, verifique a qualidade do masterbatch para garantir que a cor seja uniforme; verifique os parâmetros do processo de moldagem por injeção, como temperatura, pressão, velocidade de injeção, etc., para garantir sua estabilidade e racionalidade; verifique o molde de injeção para garantir que esteja limpo e sem impurezas. Se o problema da diferença de cor ainda existir, pode ser necessário ajustar a fórmula do masterbatch ou substituí-lo.

4. P: Como melhorar a dispersibilidade do masterbatch de PET?

R: As medidas seguintes podem ser tomadas para melhorar a dispersibilidade do masterbatch de PET: escolher pigmentos de boa qualidade e dispersibilidade; tratar completamente os pigmentos, como moagem e modificação da superfície; otimizar o processo de mistura, prolongar o tempo de mistura e melhorar o efeito de mistura; ajustar a combinação de parafusos para aumentar a intensidade de corte e mistura.

Resumo

O extrusor contínuo de dois parafusos desempenha um papel importante na produção de masterbatch de PET. Seu desempenho excelente pode atender às diferentes exigências de fórmula e processo, produzindo masterbatch de PET de alta qualidade. Durante o processo de produção, é necessário controlar estritamente a relação de fórmula, o processo de produção e os parâmetros do equipamento, reforçar a manutenção do equipamento e resolver os problemas que ocorrem durante o processo de produção a tempo para garantir o bom andamento da produção e a estabilidade da qualidade do produto. Ao mesmo tempo, é necessário otimizar continuamente o processo de produção e a fórmula, melhorar a eficiência de produção e o desempenho do produto, e atender à crescente demanda do mercado por masterbatch de PET.