黑色聚酯纤维通常是在PET配混中加入炭黑母粒来着色实现. 只有很少几种炭黑适用于此应用, 它们极其纯净且粒径很细. 一般需要满足下列条件: 包含至少96%的C元素, 以及很少的O, H, N和S元素.
同向旋转双螺杆挤出机特别适用于炭黑的配混. 相关参数包括内外径比Do/Di和比扭矩Md/a³. 科倍隆最新的ZSKMc18(见图1)完全适用于PET基炭黑母粒生产. 它的Do/Di=1.55, 比扭矩为18Nm/cm³, 自由容积大且分散效果强.
图1. ZSK Mc18, 为加工母粒提供很好的加工条件. (图片: Coperion)
工艺段含有几个工艺区: 从输送区, 塑化区, 分散区和均化区到排气区和建压区. 啮合的双螺杆保证了在整个工艺段没有死区, 因为它们都有着很好的连续输送效果以及最优化的自清洁螺纹元件, 可以柔和的加工物料, 以达到很好的混合性能.
PET基炭黑母粒的配混有两种工艺: 预混法和分步添加法.
在预混法中, 所有的组分, 包括树脂, 助剂和炭黑混合好, 一起加入双螺杆(见图2). 为了避免在喂料区形成分层和炭黑团聚体, 使用的PET须是粉体. 由于市场上提供的PET只有粒子和片状, 所以其须经过耗时耗能的磨粉处理. 然后混合后喂入挤出机, 经过熔融, 炭黑分散, 均化和排气脱挥, 通过拉条挤出冷却, 并切成粒子.
图2. 预混法加工炭黑母粒
相比之下, 分步喂料工艺(见图3)有较大的经济优势. 因为它没有研磨, PET粉料和炭黑预混的时间和成本. 在此工艺中, 可使用任意形态的PET, 它都可以被喂入双螺杆中, 然后被熔融. 炭黑将在下游被单独加入熔体中. 此时, 色粉将被柔和的推入熔体中并分散. 如果二者同时加入挤出机, 会导致对炭黑的压缩. 考虑到此区有很强的径向力, 还不够湿润的炭黑将形成团聚结构, 且此结构在后面将不能完全被破坏.
图3. 分步添加法加工炭黑母粒
科倍隆已使用ZSKMc18做了一系列炭黑母粒的实验. 其结果表明使用以上两种方法, 都能达到很满意的结果. 包括分散效果和IV粘度降. 其中分步添加法有着巨大的优势——可实现整个工艺的自动化.