关于干燥

聚合物干燥是一个复杂的过程，受到许多因素的影响。

我们需要理解，挤出材料可以通过多种方式吸收水分。水分可以物理吸附在挤出材料的表面，或吸附在其孔隙和微裂纹中——即使基于非吸湿性材料的复合材料也可以在一定程度上吸收水分。这也是不同制造商生产的 PETG 吸收水分速度存在差异的原因——这是生产中要求很高的材料，制造工艺的缺陷会增加结构缺陷。但更重要的是，水分可以被聚合物本身化学吸附，就像聚酰胺（尼龙）等吸湿性材料的情况一样，其中的机制非常复杂。为了不让本文过长，我们不会深入这些机制的细节。感兴趣的可以自行搜索**关于聚合物和聚合物机器设计的教科书**。

在简要阅读了相关文献后，可以说干燥过程取决于几个关键因素：相对湿度的差异、聚合物温度和空气对流。

关于相对湿度，或者更确切地说，关于材料和周围环境中水蒸气分压的差异，一切都很清楚。基本上我们需要周围大气的湿度低于塑料的湿度。在这种情况下产生的水蒸气浓度梯度迫使水分子从深层迁移到聚合物表面，然后蒸发到大气中。原则上，这个因素本身就足以使塑料开始干燥。这就是为什么基于珀尔帖元件的干燥器在某种程度上是有效的，它们本质上是从空气中冷冻水分。即使只是将相当潮湿的塑料放入装有硅胶的盒子中，它也会干燥（在一定限度内），特别是对于物理吸附的水分。

另一方面，没有加热的过程会非常低效，特别是在吸湿性材料的情况下，水分子与聚合物链化学结合。粗略地说，提高温度为我们提供了两个优势。首先，水分子和聚合物链的活动性增加。水分子获得额外的能量，使其更有可能克服化学键的能量并从聚合物链脱离。此外，温度影响相对湿度，增加材料和大气之间的水蒸气浓度梯度，迫使水分子更加活跃地从深层迁移到聚合物表面，在那里它们成功蒸发。

然而，没有对流，表面的蒸发过程会显著困难，特别是对于我们想要干燥的材料的更深层——在我们的情况下，线轴上的内层缠绕。此外，如果干燥发生在密闭空间中，塑料中蒸发的水分会增加大气中的湿度，逐渐减缓干燥过程，直到完全停止。也就是说，仅通过加热也只能将塑料干燥到一定程度，甚至不能完全干燥。同时需要理解，干燥过程中加热塑料绝非无害的程序，因为温度升高会导致聚合物加速老化和降解，特别是在水解过程中——聚合物链与水分子反应时的破坏。当我们通过简单加热干燥线轴的外层缠绕时，来自内层缠绕的水分几乎没有排出，它们会集中经历加速水解。经过几个干燥周期，差异可能不会很明显，但经过十多个这样的循环后，线轴深处的某些 PLA 会变得如此脆弱，以至于会在手中破裂。

这正是干燥的对流成分发挥作用的地方，即用热空气吹送。首先，空气流会更快地将已蒸发的水分从挤出材料周围的表层带走，并在一定程度上吹过绕线，从而加速蒸发并显著提高干燥效率，特别是对于内层缠绕。其次，通过将新的空气注入干燥器，我们排出已经受潮的旧空气，并在干燥器中保持低相对湿度。

当然，我们供入干燥器的大气有一定的初始湿度，其中的水蒸气进入干燥器后不会消失。所以我们仍然有一个下限，相对湿度不会低于这个下限，挤出材料也不会完全干燥。因此，在工业干燥装置中，例如干燥用于注射成型的聚合物颗粒时，他们会进一步处理——那里在加热和供入干燥室之前预先除湿空气。此外，实际装置可能结构相当复杂，具有多阶段或循环干燥，按照特定算法操纵温度和露点等。但无论如何，总是以某种方式确保被干燥聚合物周围的大气对流。

社区中经常有人提出"这个干燥器好吗？"的问题，展示来自速卖通的干燥器。其中被社区最广泛"认可"的现成中国干燥器之一是 Sunlu S2（新版本，内部配有小风扇）。这是有充分理由的。根据上述内容，这个干燥器可以干燥塑料。它很可能会相当有效地从挤出材料的上层缠绕中去除大部分水分，这足以在打印中看到差异——毕竟，这些外层缠绕首先进入挤出机，而且要进行正常打印，挤出材料不需要完全干燥，甚至在工业中，标准也允许各种聚合物中含有一定的可接受的（有时是必要的）水分含量百分比。但不同的是，没有良好的主动吹送，当我们用外层干燥的缠绕进行打印时，线轴深处的挤出材料会白白"在自己的汁液中烹饪"。

关于"通风"，在绝对密闭的干燥器中，大气迟早会饱和水蒸气，干燥效率会下降到零。不过，视频中显示的干燥器很可能不是完全密闭的，所以多余的水分仍然会逸出，至少是由于与大气的相对湿度差异。因此，我认为不需要额外的通风，但是更换提供对流的风扇，换成更强大的，如果原装的太弱，可能是有意义的。

所以具有良好吹送/热空气混合的干燥器设计将更快、更有效地干燥，并对塑料更安全，最终会更干燥，同时最大限度地保持聚合物的原始性能。

本文是 Victor Shapovalov 的适应版本（非常感谢他）对订阅者关于挤出材料干燥一般情况和 Sunlu S2 干燥器特别情况的提问的回答。在准备本材料过程中的咨询，特别感谢 Anton Sovetov (3d-club.ru) 和 Andrey "Kekht" Korolev（也感谢他的适应）。