
在对聚合物树脂进行模塑或挤出加工时,对这些材料进行适当干燥至关重要,这能避免加工过程中出现操作失误以及成品产生缺陷。
树脂干燥机为注塑和挤出加工提供了简便、快速且高效的干燥处理。其类型多样,能为几乎所有应用场景提供高质量的干燥效果。其中一些最常见的类型包括:
热风干燥机:无干燥剂
压缩空气干燥器:无膜或低露点膜
干燥剂床/除湿型:单床或多床型
干燥剂转轮/除湿型:旋转转轮
真空型干燥机:利用热量和真空去除材料水分
干燥机适用于处理量低至每小时1磅到超过每小时6,000磅的成型机和挤出机。
可选方案从小型、节能的便携式设备到大型集中式系统不等。许多干燥解决方案采用紧凑设计并集成输送系统,确保干燥后的材料直接输送到加工机器。
干燥机类型
01
热风干燥机:
这是最经济的树脂干燥机,采用单程工艺,将大气吸入过滤器和加热器,将加热的空气推过干燥料斗并将其排放回大气中。
环境空气被加热并引入干燥料斗。从非吸湿性材料中去除表面水分,非吸湿性材料通常在 180º F(82.22º C)或更低的温度下干燥。对于吸湿性材料,空气加热颗粒,内部水分被带到表面,使其干燥。最高热风温度由材料的软化(而非熔化)温度决定。此类干燥机通常不用于吸湿性材料,除非是从密封树脂袋中取用少量材料。
02
压缩空气/除湿/膜式干燥机:
主要用于低处理量应用和小型机器应用,因为需要大量的压缩空气。高压压缩空气膨胀以产生更大体积的低压空气,膨胀后的空气经过加热器,然后进入干燥料斗,加热后的湿空气从干燥料斗排放到大气中。
非膜式版本将工厂(用于工艺的)空气露点40ºF 至 50ºF(约4.44º C至10º C)。工厂压缩空气通常提供大约 0 至 +15º F(约-17.8º C至-9.44º C)露点的空气。如果中央压缩空气系统配备了中央压缩空气干燥机,这可能会将压缩空气露点降低到足够低(0 至 -15º F(约-17.8º C至-26º C)),从而无需在干燥机上使用额外的膜即可实现适当的干燥。
膜版本使压缩空气通过膜,从而去除空气中的水分。使用膜的压缩空气干燥器可以产生 -40°F (-40º C)或更好的空气。
某些应用可能需要在干燥料斗的空气出口处安装HEPA过滤器,以捕获任何排出的粉尘颗粒,防止其进入大气。
03
干燥剂床/除湿型干燥机:
此类干燥机使用干燥剂材料(例如,珠粒)吸收水分。当珠粒饱和时,它们会经历再生过程以去除水分,从而使干燥剂再生并允许水分再次被吸收到珠粒中(吸附过程)。极热的空气(400至800°F,约204至427º C)通过干燥剂,将其从气流中吸收的水分释放出来。然而,珠粒在返回干燥过程之前必须冷却,以避免在床层上线处理时因温度骤升而熔化树脂。
多床干燥剂技术可以使用一个或两个鼓风机。鼓风机提供工艺用气、冷却用气和再生用气,利用切换阀引导空气通过干燥剂床。
04
干燥剂转轮转子式(蜂窝状)干燥机:
干燥剂转轮干燥机提供了一种不同类型的干燥剂干燥方式。它们的效率更高、更紧凑,且相比其它机型更少需要维护。传统的除湿干燥机使用大量由至少30%粘土组成的分子筛(颗粒形式)。这种干燥剂珠粒会随着时间的推移而降解。干燥剂转轮的设计则完全不同。它由纯分子筛浸渍在耐用的载体介质上构成。这种材料被成型为加强的蜂窝状结构。
干燥剂转轮干燥机在几乎任何环境条件下都能提供稳定、极其可靠的露点。稳定的工艺温度意味着没有床层温度峰值;这些干燥机从冷启动到开始干燥只需几分钟;由于转子压降低,它们能以最小的能量实现高于平均水平的工艺气流;干燥剂的大表面积与体积比提供了更快的吸附和解吸(再生)调节;蜂窝结构具有一层薄薄的干燥剂,能均匀吸收水分;在再生时,吸收的水分很容易从介质上蒸发掉,这使得干燥机能够在转轮缓慢旋转时实现有效的连续干燥。
车轮烘干机的工作原理
轮式干燥机同时通过三个过程运行:干燥、再生和冷却。
在干燥回路中,来自干燥料斗的潮湿空气通过过滤器、冷却器和鼓风机到达干燥剂轮,从工艺空气中提取水分,然后返回干燥料斗。
再生过程使用单独的过滤器、鼓风机和加热室去除干燥剂转轮中的水分,将热的湿空气排出干燥机外部。
再生过程使用单独的过滤器、鼓风机和加热室去除干燥剂轮中的水分,排出干燥机外部的湿热空气。
再生之后是冷却,一部分低露点的冷却空气被导向干燥剂转轮(在加热器之前),增强其水分吸收能力,为下一个干燥周期做准备。
05
真空干燥机:
真空干燥机降低了水的沸点。例如,在 90% 的真空度下,水在 122ºF(约50ºC)时沸腾。当前的设计采用绝缘真空容器;绝缘不锈钢料斗,干燥温度高达 662ºF(约350ºC);控制物料液位并显示物料消耗的称重传感器;用于吹扫真空容器的干燥空气膜;以及用于干燥材料的绝缘保留料斗。颗粒被加热到所需的温度。当施加真空时,树脂内部的水蒸气会沸腾。与传统干燥方式相比,树脂能在更短时间内准备好进行加工。真空干燥机的移动部件较少,适用于某些加工应用场景。
控制系统
控制系统监控并维持干燥过程中的最佳性能。当今的控制平台提供许多控制和诊断功能,包括气流和温度控制。一些平台能够调节露点参数,并将干燥机维护程序纳入常规操作和使用中。
干燥机控制系统通常配备彩色、易用的触摸屏,可直观显示干燥参数和过程。直观的布局使操作员能够快速学习并启动干燥机功能。
干燥机控制装置符合塑料行业使用的工业 4.0 的数据收集要求。先进的控制装置通过能量控制算法和具有吹扫起飞功能的集成输送控制等功能优化水分去除。
远程监控功能使操作员能够通过手机、平板电脑或计算机密切关注作。
现代干燥机控制器收集的过程数据可实现更智能的设施,并显示关键参数的趋势图。
干燥料斗
所有类型的干燥应用都需要干燥料斗。干燥料斗使适量的物料在其中停留适当的时间。这使干燥机能够从树脂中去除所需的水分。
树脂干燥料斗的设计是塑料干燥系统的另一个关键考虑因素。流动设计、尺寸确定和保温隔热是选择理想干燥料斗时需要理解的关键因素。
流量设计(质量流或漏斗流)会影响物料通过料斗。
在整体流设计中,所有物料以相同的速率流过料斗,且物料流动方向与干燥空气流向相反(逆流)。在漏斗流系统中,物料在料斗中心流动较快,在料斗侧边和壁附近流动较慢。整体流设计是必需的,以确保物料在进入加工设备喂料喉之前有适当的停留时间。
干燥料斗的尺寸可以按重量或体积来确定。小型干燥料斗的平均容量从0.1立方英尺到30.0立方英尺不等。这些通常安装在地面支架或便携式推车上,一般位于加工机器旁边或附近。对于一些处理量较低的应用,干燥料斗可以直接安装在机器喂料喉上。大型干燥料斗的平均容量为30至425立方英尺,由于设备占地面积要求较大,通常安装在地面支架或夹层平台上。
按重量确定干燥料斗尺寸时,其容量必须等于机器的处理速率(磅/小时)乘以物料停留时间(小时)。例如,如果您的机器每小时可处理100磅物料,且物料停留时间为4小时,则需要一个容量为400磅的干燥料斗。
按体积确定干燥料斗尺寸的计算公式是:机器处理速率(磅/小时)乘以物料停留时间(小时),再除以堆积密度(磅/立方英尺)。例如,100磅物料需要4小时停留时间,密度为40磅/立方英尺,则需要一个容量为10立方英尺的干燥料斗。
许多工程树脂可以参考35至40磅/立方英尺作为新料颗粒的堆积密度(参考材料供应商数据表)。填充树脂——例如,含40%玻璃填料的ABS——重量更大,而回料的密度往往较轻。回料的颗粒大小和形状也会影响材料密度。例如:
PET 原生颗粒:52 至 53 磅/立方英尺
板材 PET 再生料:通常为 17 至 23 磅/立方英尺,具体取决于板材厚度
PET 瓶坯再生料:平均 26 至 38 磅/立方英尺
PET 瓶片:通常为 18 至 23 磅/立方英尺
PE 原生颗粒:32 至 35 磅/立方英尺
PE薄膜:7至11磅/立方英尺(取决于规格)
由于多种原因,非绝缘干燥料斗不太受欢迎:
浪费能源
工艺区域过热
操作员安全受到影响
与料斗壁相邻的物料将处于低于所选设定点的温度
树脂水分测量设备
了解塑料树脂的初始水分含量对于确定其干燥时间至关重要。材料供应商提供的干燥时间和温度指导通常基于假设的初始水分含量,这可能导致树脂过度干燥或干燥不足,从而产生工艺和零件问题。
树脂水分测量设备有离线(实验室)或在线两种形式。实验室设备还可以提供完整的化学分析,而在线设备通常更便宜且更易于使用。
离线设备包括:
失重分析仪:测量树脂样品在特定温度下加热时材料重量的总变化。
水分专用分析仪:使用化学过程检测水分含量。
在线水分测定仪包括:
电容式传感器:测量由介电变化引起的电容变化。
微波:工作原理是水的介电常数明显高于大多数其他材料。由于水分子的偶极效应,微波谐振器的谐振频率随着水分含量的变化而变化。这些变化由传感器电子设备检测到,并通过校准过程进行缩放,以提供存在水分的精确读数。
近红外:用光束激发水分子,测量波长的光吸收,表示树脂水分含量。
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