黑色聚酯纖維通常是在PET配混中加入炭黑母粒來著色實現. 只有很少幾種炭黑適用於此應用, 它們極其純淨且粒徑很細. 一般需要滿足下列條件: 包含至少96%的C元素, 以及很少的O, H, N和S元素.
同向旋轉雙螺杆擠出機特別適用於炭黑的配混. 相關參數包括內外徑比Do/Di和比扭矩Md/a³. 科倍隆最新的ZSKMc18(見圖1)完全適用於PET基炭黑母粒生產. 它的Do/Di=1.55, 比扭矩為18Nm/cm³, 自由容積大且分散效果強.
圖1. ZSK Mc18, 為加工母粒提供很好的加工條件. (圖片: Coperion)
工藝段含有幾個工藝區: 從輸送區, 塑化區, 分散區和均化區到排氣區和建壓區. 齧合的雙螺杆保證了在整個工藝段沒有死區, 因為它們都有著很好的連續輸送效果以及最佳化的自清潔螺紋元件, 可以柔和的加工物料, 以達到很好的混合性能.
PET基炭黑母粒的配混有兩種工藝: 預混法和分步添加法.
在預混法中, 所有的組分, 包括樹脂, 助劑和炭黑混合好, 一起加入雙螺杆(見圖2). 為了避免在喂料區形成分層和炭黑團聚體, 使用的PET須是粉體. 由於市場上提供的PET只有粒子和片狀, 所以其須經過耗時耗能的磨粉處理. 然後混合後喂入擠出機, 經過熔融, 炭黑分散, 均化和排氣脫揮, 通過拉條擠出冷卻, 並切成粒子.
圖2. 預混法加工炭黑母粒
相比之下, 分步喂料工藝(見圖3)有較大的經濟優勢. 因為它沒有研磨, PET粉料和炭黑預混的時間和成本. 在此工藝中, 可使用任意形態的PET, 它都可以被喂入雙螺杆中, 然後被熔融. 炭黑將在下遊被單獨加入熔體中. 此時, 色粉將被柔和的推入熔體中並分散. 如果二者同時加入擠出機, 會導致對炭黑的壓縮. 考慮到此區有很強的徑向力, 還不夠濕潤的炭黑將形成團聚結構, 且此結構在後面將不能完全被破壞.
圖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實驗. 其結果表明使用以上兩種方法, 都能達到很滿意的結果. 包括分散效果和IV粘度降. 其中分步添加法有著巨大的優勢——可實現整個工藝的自動化.