物料的干燥對(duì)于每一個(gè)塑料加工商來(lái)說(shuō)都是不可避免的。同時(shí)，為了生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，這一過(guò)程也是非常重要的。選擇合理的干燥技術(shù)有助于節(jié)約成本、降低能耗，而對(duì)干燥技術(shù)和成本的正確評(píng)估對(duì)于選擇合適的干燥技術(shù)具有重要的意義。
水含量的增加會(huì)逐漸降低物料的剪切黏度。在加工過(guò)程中，由于熔體流動(dòng)性能的變化，產(chǎn)品的質(zhì)量以及一系列的加工工藝參數(shù)也會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。例如，停滯時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使殘余水分含量太低從而造成黏度的增加，這將導(dǎo)致填模不充分，同時(shí)也會(huì)造成物料發(fā)黃。另外，某些性能的變化并不能直接用肉眼觀察到，而只有通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試才能發(fā)現(xiàn)，如機(jī)械性能和介電強(qiáng)度的改變。
在選擇干燥過(guò)程時(shí)，鑒別材料的干燥性能具有至關(guān)重要的意義。物料可以分成吸濕性和非吸濕性兩種。吸濕性物料能夠從周圍環(huán)境吸收水分，非吸濕性材料不能從環(huán)境中吸收水分。對(duì)于非吸濕性物料，任何環(huán)境中存在的水分都保留在表面，成為“表面水分”而易于被清除。不過(guò)由非吸濕性物料制成的膠粒也可能因?yàn)樘砑觿┗蛱盍系淖饔枚兊镁哂形鼭裥浴?/span>
另外，對(duì)一個(gè)干燥工藝過(guò)程的能耗的計(jì)算，可能會(huì)與加工作業(yè)的復(fù)雜程度以及其他因素有關(guān)，所以這里所介紹的數(shù)值僅供參考。
對(duì)流式干燥
對(duì)于非吸濕性物料，可以使用熱風(fēng)干燥機(jī)進(jìn)行干燥。因?yàn)樗种皇潜晃锪吓c水的界面張力松散地約束，易于去除。此類機(jī)器的原理是，利用風(fēng)扇來(lái)吸收環(huán)境中的空氣并將其加熱到干燥特定物料所要求的溫度，被加熱后的空氣經(jīng)過(guò)干燥料斗，并通過(guò)對(duì)流的方式加熱物料以除去水分。
對(duì)吸濕性物料的干燥一般分為三個(gè)干燥段：第一個(gè)干燥段是將物料表面的水分蒸發(fā)掉；第二個(gè)干燥段則將蒸發(fā)的重點(diǎn)放在材料內(nèi)部，此時(shí)干燥速度緩慢降低，而被干燥物料的溫度開始上升；在后一個(gè)階段，物料達(dá)到與干燥氣體的吸濕平衡。在這個(gè)階段，內(nèi)部和外部間的溫度差別將被消除。在第三段末端，如果被干燥物料不再釋放出水分，這并不意味著它不含水分，而只是表明膠粒和周圍環(huán)境之間已經(jīng)建立起了平衡。
在干燥技術(shù)中，空氣的露點(diǎn)溫度是一個(gè)非常重要的參數(shù)。所謂的露點(diǎn)溫度就是在保持濕空氣的含濕量不變的情況下，使其溫度下降，當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到100%時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。它表示空氣達(dá)到水分凝結(jié)時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度。通常，用于干燥的空氣的露點(diǎn)愈低，所獲得殘余水量就愈低，干燥速度也愈低。
目前，生產(chǎn)干燥空氣^為普遍的方法是利用干燥氣體發(fā)生器。該設(shè)備以由兩個(gè)分子篩組成的吸附性干燥器為核心，空氣中的水分在這里被吸收。在干燥狀態(tài)下，空氣流經(jīng)分子篩，分子篩吸收氣體中的水分，為干燥提供除濕氣體。在再生狀態(tài)下，分子篩被熱空氣加熱至再生溫度。流經(jīng)分子篩的氣體收集被除去的水分，并將其帶至周圍環(huán)境中。另一種生成干燥氣體的方法是降低壓縮氣體的壓力。這種方法的好處是供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的壓縮氣體有著較低的壓力露點(diǎn)。在壓力降低以后，其露點(diǎn)達(dá)到0℃左右。如果需要更低的露點(diǎn)，可以利用膜式或吸附式干燥器在壓縮空氣壓力降低之前進(jìn)一步降低空氣的露點(diǎn)。
在除濕空氣干燥中，生產(chǎn)干燥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)的溫度(約60℃)被加熱至再生溫度(約200℃)。為此，通常的做法是通過(guò)分子篩將被加熱氣體連續(xù)加熱至再生溫度，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其內(nèi)部吸附的水所需要的能量、克服分子篩對(duì)水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。
一般，吸附所得露點(diǎn)與分子篩的溫度與水分?jǐn)y帶量有關(guān)。通常，小于或等于30℃的露點(diǎn)可以使分子篩達(dá)到10%的水分?jǐn)y帶量。為了制備干燥氣體，由能量計(jì)算所得的理論能量需求值是0.004kWh/m3。但是，實(shí)際中這個(gè)數(shù)值必須稍高，因?yàn)橛?jì)算沒(méi)有把風(fēng)扇或熱量損失考慮在內(nèi)。通過(guò)對(duì)比，不同類型的干燥氣體發(fā)生器的特定能耗就可以被確定。一般來(lái)說(shuō)，除濕氣體干燥的能耗在0.04kWh/kg～0.12kWh/kg之間，這要根據(jù)物料和初始水分含量而變化。在實(shí)際操作中，也可能達(dá)到0.25kWh/kg或更高。
干燥膠粒所需的能量由兩部分組成，一部分是將物料由室溫加熱至干燥溫度所需要的能量，另一部分是蒸發(fā)水分所需要的能量。在確定物料所需的氣體量時(shí)，通常是以干燥氣體進(jìn)入或離開干燥料斗時(shí)的溫度為基礎(chǔ)。一定溫度的干燥空氣通過(guò)對(duì)流的方式將熱量輸送至膠粒中也是一種對(duì)流干燥過(guò)程。
在實(shí)際生產(chǎn)中，實(shí)際能耗值有時(shí)要比理論值高得多。例如，物料可能在干燥料斗中的停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，完成干燥所消耗的氣體量較大，或者分子篩的吸附能力未充分發(fā)揮等。?減少干燥氣體的需求量從而削減能源成本的可行方法是采用兩步法干燥料斗。在這種設(shè)備中，干燥料斗上半部的物料只是被加熱而并未被干燥，所以可以用環(huán)境中空氣或干燥過(guò)程的排氣來(lái)完成加熱。采用這種方法后，往往只需要向干燥料斗中供應(yīng)通常干燥氣體量的1/4?1/3，從而降低了能源成本。提高除濕氣體干燥效率的另一種方法是通過(guò)熱電偶和露點(diǎn)受控的再生，而德國(guó)Motan公司則利用天然氣作為燃料來(lái)降低能源成本。
真空干燥
目前，真空干燥也進(jìn)入到塑料加工領(lǐng)域當(dāng)中，例如美國(guó)Maguire公司開發(fā)出來(lái)的真空干燥設(shè)備就已被應(yīng)用到塑料加工之中。這種連續(xù)操作型的機(jī)器由安裝于旋轉(zhuǎn)傳送帶上的三個(gè)腔體組成。在第一腔體處，當(dāng)膠粒被填滿后，通入被加熱至干燥溫度的氣體以加熱膠粒。在氣體出口處，當(dāng)物料達(dá)到干燥溫度時(shí)即被移至抽成真空的第二腔體中。由于真空降低了水的沸點(diǎn)，所以水分更容易變成水蒸汽被蒸發(fā)出來(lái)，因此，水分?jǐn)U散過(guò)程被加速了。由于真空的存在，從而在膠粒內(nèi)部與周圍空氣之間產(chǎn)生了更大的壓力差。一般情況下，物料在第二腔體中的停留時(shí)間為20min?40min，而對(duì)于一些吸濕性較強(qiáng)的物料而言，^多需要停留60min。^后，物料被送到第三腔體，并由此被移出干燥器。
在除濕氣體干燥和真空干燥中，加熱塑料所消耗的能源是相同的，因?yàn)檫@兩種方法是在同樣的溫度下進(jìn)行。但是在真空干燥中，氣體干燥本身并不需要消耗能源，但需要用能源來(lái)創(chuàng)造真空，創(chuàng)造真空所需的能耗與所干燥物料的量以及含水量有關(guān)。
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，氣體與膠粒之間、膠粒與膠粒之間以及膠粒內(nèi)部的熱導(dǎo)率都很低，因此熱量的傳導(dǎo)受到極大的限制。而采用紅外線干燥時(shí)，由于分子受到紅外線輻照，所吸收的能量將直接轉(zhuǎn)換成熱振動(dòng)，這意味著物料的加熱比在對(duì)流干燥中更快。與對(duì)流加熱相比，在干燥過(guò)程中，除了環(huán)境空氣和膠粒中水分的局部壓力差以外，紅外線干燥還有一個(gè)逆向的溫度梯度。通常，干燥氣體和受熱微粒之間的溫度差愈大，干燥過(guò)程就愈快。紅外線干燥時(shí)間通常在5min～15min。目前，紅外線干燥過(guò)程已經(jīng)被設(shè)計(jì)為轉(zhuǎn)管模式，即順著一只內(nèi)壁有螺紋的轉(zhuǎn)管，膠粒被輸送和循環(huán)，在轉(zhuǎn)管的中心段有數(shù)個(gè)紅外線加熱器。在紅外線干燥中，設(shè)備的功率可以參照0.035kWh/kg?0.105kWh/kg的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。
如前所述，物料含水量的不同將會(huì)導(dǎo)致工藝參數(shù)的差別。一般，殘余水分含量的不同可能是因?yàn)椴煌锪系牧魍ㄋ俾什煌愿稍镞^(guò)程的中斷或機(jī)器的啟動(dòng)、停機(jī)都會(huì)引起停留時(shí)間的不同。在氣體流量固定的情況下，材料流通量的不同一般表現(xiàn)為溫度曲線的變化和排氣溫度的變化。干燥機(jī)制造商們以不同方法進(jìn)行測(cè)量，并將干燥氣體流量與被干燥物料的量相匹配，進(jìn)而調(diào)整干燥料斗的溫度曲線，從而使膠粒在干燥溫度下經(jīng)歷穩(wěn)定的停留時(shí)間。
另外，物料不同的初始水分含量也會(huì)導(dǎo)致殘余水分含量的不穩(wěn)定。因?yàn)橥Ａ魰r(shí)間是固定的，初始水分含量的明顯變化必將導(dǎo)致殘余水分含量發(fā)生同樣明顯的變化。如果需要穩(wěn)定的殘余水分含量，就需要測(cè)量初始或殘余的水分含量。由于相關(guān)的殘余水分含量低，在線測(cè)量不易進(jìn)行，而且物料在干燥系統(tǒng)中的停留時(shí)間較長(zhǎng)，把殘余水分含量當(dāng)作輸出信號(hào)會(huì)引起系統(tǒng)受控的問(wèn)題，所以干燥機(jī)制造商們開發(fā)出來(lái)一種新的控制概念，能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的殘余水分含量這一目標(biāo)。這種控制概念以保持殘余水含分量的穩(wěn)定為目的，將塑料的初始水分量、進(jìn)入和流出氣體的露點(diǎn)、氣體流動(dòng)量和膠粒流通率等工藝參數(shù)作為輸入變量，從而使干燥系統(tǒng)能夠根據(jù)這些變量的不同進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，以保持穩(wěn)定的殘余水分含量。
紅外線干燥和真空干燥是塑料加工中的新技術(shù)，這些新技術(shù)的應(yīng)用極大地縮短了物料的停留時(shí)間并降低了能源消耗。但是，創(chuàng)新的干燥工藝其價(jià)格也相對(duì)較高。因此，近些年來(lái)，人們也在努力地提高傳統(tǒng)除濕氣體干燥的效率。所以，在做出投資決策時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行^的成本評(píng)估，不僅要考慮采購(gòu)成本，還要考慮管路、能源、空間和維修保養(yǎng)等，以使小的投資得到大的回報(bào)。