Gneuss:纖維生產中的零廢棄物循環

透氣的運動服和戶外服裝受到人們的青睞。結合“快時尚”座右銘和“數量勝過質量”原則，全球范圍內對聚酯(PET)纖維的需求日益增長。反過來，這也導致了伴隨纖維生產自動產生的生產廢料的增加。基于生態和經濟考慮，必須對纖維殘留物進行適當的加工和再利用。這在某些情況下給纖維制造商和加工商帶來了具大挑戰。基于此，中國和白俄羅斯的一些大型纖維制造商決定采用德國Gneuss公司的關鍵組件，實現以較低的投資成本改造現有的纖維生產線的目的，將其全部的纖維廢棄物加工成高質量的纖維，甚至用纖維廢棄物加工預取向絲(POY)或全拉伸絲(FDY)。而此前，這兩種變形絲都不能通過這種方式制得。

過去的20年中，紡織品的總產量已翻了一番。2000年到2016年，全球范圍內僅用于服裝領域的PET量就從8.3 t增至2 130萬t。同時，廢止塑料垃圾的呼聲越來越高，歐盟(EU)等也頒布指令杜絕塑料垃圾。到2025年，所有歐盟國家將實施單獨的紡織品收集系統，實現高質量的回收利用。此外，歐盟國家還將通過生產者延伸責任制制度(EPR)等環境保護戰略，促使產品制造商承擔更多責任，以確保產品從生產到處置的整個生命周期的循環，從而更快地實現生態設計和資源效率等目標。除產品的可回收性外，使用回收材料也是實現這些目標的一種方式。但問題的癥結也在此：紡織行業對回收材料的需求日益增長，并要求能夠充足地定期供應這些材料。目前市場上較易獲得的回收PET(rPET)來源于飲料瓶，基于清潔的收集系統，其質量非常好。然而，近年來rPET使用量的不斷增加，導致對其需求強勁增長，尤其是在包裝應用和紡織纖維生產領域。因此，目前除了提高rPET的市場價格外，還必須考慮使用其他回收材料。

1 關鍵部件的可能改裝

設計用于原生材料加工的生產線，可在特定工藝條件下持續獲得高質量的產品。然而，受污染及回收材料質量大幅波動的影響，這些生產線已受到嚴重干擾或中斷。現有的生產線已無法生產出力學性能恒定且染色均勻性好的纖維，或其他有特定要求的纖維(如非常細的纖維或親膚面料用纖維)。因此，工廠一方面需要生產線能夠處理回收材料(即使質量較低)，另一方面還要能夠生產出沒有雜質的高質量終端產品。Gneuss公司用于PET加工的機器組件包括脫氣性好和去污性能強的多旋轉系統(MRS)擠出機、功能強大并可全自動運行的旋轉過濾系統(圖1)、在線黏度計，以及縮聚單元Jump，以確保PET熔體的黏度高達0.3 dL/g。這些機器組件中的每個元件均可單獨使用或組合使用，并且可方便地改裝到現有的生產線上，以適應不斷變化的需求，從而以相對較低的投資成本獲得理想的效果。

圖1 全自動旋轉過濾系統的過濾盤和過濾元件

2 主成分擠出機

在加工PET纖維殘留物時，擠出機還有一項特殊任務：對廢料進行熱清洗。因為塑料不僅必須融熔和均質化，而且如果可能，還應對其除濕并去除揮發性成分。消費后的塑料垃圾可能包含水分和各種固體污垢顆粒，而纖維制備過程中產生的生產廢料通常包含對加工非常重要但也造成回收更困難的紡絲油劑。Gneuss公司的MRS擠出機可用于各種形式廢料的熱清洗。這歸因于其對單螺桿擠出機特殊的加工工藝設計。由于在擠出機的多螺桿部分產生了非常大的熔體表面，因此可達到脫氣性好、去污性能強的效果，無需對殘留物進行熱處理。采用這種方式，首次實現了高回收率的拉伸變形絲的生產。

3 不可或缺的機械清潔

當加工污染嚴重的瓶片時，機械清潔必不可少，如，對帶有旋轉過濾盤的熔體過濾系統RSFgenius的清潔。在回收應用中，為確保整個過程的高效率，低材料損耗和不太頻繁的濾芯更換非常重要。RSFgenius不僅能穩定地控制壓力和工藝操作，還可通過集成的反沖洗系統實現濾芯的全自動清潔。系統通過高壓脈沖穿過狹窄豁口的方式，定期將少量過濾后的熔體噴射出廢料分離網。為達到理想的效果，清理的廢料量可按需調節，實際生產中通常約相當于產量的0.01%～1.00%(在非常嚴重的污染下)。過濾元件可重復使用多達400次，具體取決于過濾精度。這意味著在某些應用中，無需人工操作即可進行長達數周的全自動過濾。

4 其他關鍵組件

除了能記錄和控制生產過程中的熔體黏度，并通過控制系統調整整個過程中黏度的在線黏度計外，縮聚反應器Jump也是Gneuss公司的最新研發成果之一。縮聚反應器直接通過法蘭與擠出單元相連，并以其先進的技術理念，確保持續獲得目標黏度下的PET熔體。該縮聚反應器代表了一種緊湊、經濟和快速的替代方案，替代傳統的固相縮聚(SSP)系統，可使殘余材料直接返回到生產過程中。它可以隨時被改裝到現有的生產線上。