大沽一、二期ABS裝置MG29沖擊差異原因分析及優(yōu)化試驗

陳偉峰，劉格宏

（天津大沽化工股份有限公司ABS事業(yè)部，天津 300455）

天津大沽化工股份公司40萬t/aABS裝置是從前GE公司引進的乳液接枝本體SAN摻混專利技術，裝置分兩期建設，一期于2010年10月成功開車，二期于2012年6月成功開車，目前主要生產(chǎn)五大類(注塑、擠出、阻燃、電鍍、管材)ABS樹脂。MG29是一種高抗沖注塑級ABS牌號，含膠量約25%，通常擁有較高的沖擊性能。

ABS裝置按工藝流程共分四個單元：PBL、HRG、SAN和摻混單元。PBL單元生產(chǎn)的PBL膠乳送給HRG單元，HRG單元生產(chǎn)的接枝粉和SAN單元生產(chǎn)的SAN粒子在摻混單元擠出造粒生產(chǎn)最終的ABS。ABS一二期裝置完全獨立，一期生產(chǎn)的HRG和一期生產(chǎn)的SAN在摻混一期生產(chǎn)ABS，二期生產(chǎn)的HRG和二期生產(chǎn)的SAN在摻混二期生產(chǎn)ABS。ABS裝置各單元設備配置基本相同，但SAN單元一期使用的是Davis Standard造粒系統(tǒng)，二期使用的BKG造粒系統(tǒng)，摻混單元二期擠出系統(tǒng)比一期多一臺雙柱塞換網(wǎng)器。

摻混一期正式生產(chǎn)過大量MG29產(chǎn)品，質(zhì)量完全滿足指標，缺口沖擊均超過企標要求的31kJ/m2(ISO 180標準，23℃)，熔指為8～10g/10min（ISO 1133標準,220℃/10kg）。摻混二期生產(chǎn)的MG29缺口沖擊卻始終在28 kJ/m2左右，無法達到公司產(chǎn)品指標，為解決此問題,設計了一系列試驗，以找出問題根源并提高MG29的沖擊性能。

1 主要原因查找試驗

1.1 試驗方案

總體來看，一期產(chǎn)的HRG和SAN在一期擠出機上產(chǎn)MG29是合格的，二期產(chǎn)的HRG和SAN在二期擠出機上產(chǎn)的MG29是不合格的，雖然一二期生產(chǎn)的HRG和SAN從質(zhì)檢分析指標來看未見明顯區(qū)別，但為確認沖擊差異是一二期HRG和SAN原料的內(nèi)在性能不同引起的還是擠出系統(tǒng)不同引起的，在保持一二期擠出參數(shù)相同的情況下，設計了表1所列的試驗。

表1 MG29沖擊差異原因查找試驗

1.2 試驗情況

1號試驗已由摻混一期于2011年10月的生產(chǎn)得到證實，2號試驗已由摻混二期2012年9月的生產(chǎn)得到證實。3號試驗通過在摻混一期9線使用一期HRG和二期SAN生產(chǎn)MG29，取三個樣，測試結果見表2：

表2 MG29沖擊差異原因查找3#試驗結果

沖擊＞31，判定結果合格。

4號試驗，通過在摻混二期3線使用一期HRG和二期SAN生產(chǎn)MG29，測試結果見表3。

表3 MG29沖擊差異原因查找4#試驗結果

沖擊＜31，判定結果不合格。

5號試驗,通過在摻混二期6線使用二期SAN和二期HRG生產(chǎn)MG29，測試結果見表4。

表4 MG29沖擊差異原因查找5#試驗結果

沖擊＜31，判定結果不合格。

6號試驗,通過在摻混一期9線使用二期SAN和二期HRG生產(chǎn)MG29，測試結果見表5。

表5 MG29沖擊差異原因查找6#試驗結果

沖擊＞31，判定結果合格。

1.3 試驗結論

由以上試驗結果可見，二期HRG在一期生產(chǎn)（使用一期SAN和一期擠出機）沒有問題，故排除HRG質(zhì)量問題；二期SAN在一期生產(chǎn)（使用一期HRG和一期擠出機）沒有問題，故排除SAN質(zhì)量問題，故主要問題認為是二期擠出機系統(tǒng)的問題，為進一步驗證，使用二期SAN和二期HRG在一期擠出機生產(chǎn)MG29，測試同樣合格，故確認是二期擠出系統(tǒng)存在問題。比較摻混一二期配置，二期比一期多一個雙柱塞換網(wǎng)器，而試驗時一二期使用的工藝參數(shù)均一樣，因此認為是換網(wǎng)器的問題。結合廠家分析，認為換網(wǎng)器的增加，導致高膠熔融ABS在擠出系統(tǒng)中停留時間顯著延長，而擠出機筒節(jié)溫度高達260℃，因此HRG容易分解，對MG29等高膠ABS牌號，因含有更多的HRG，換網(wǎng)器的影響較對普通ABS牌號更嚴重，這也是大沽通用注塑級417在一二期上生產(chǎn)時缺口沖擊未見明顯區(qū)別的原因。

2 系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化試驗

2.1 試驗方案

影響擠出系統(tǒng)的常見因素有換網(wǎng)器柱塞數(shù)、進料量、螺桿轉速、筒節(jié)溫度、配方等，隨著這些變量變化，擠出機扭矩，功率，電流，背壓隨之改變,并影響最終的產(chǎn)品性能。雖然有擠出理論可以幫助調(diào)整這些參數(shù)，但是具體的變化規(guī)律和定量分析需要通過試驗來摸索，因此設計以下試驗以優(yōu)化MG29擠出條件，改善其沖擊：①試驗柱塞數(shù)的影響、②試驗進料量的影響、③試驗筒節(jié)溫度的影響、④試驗螺桿轉速的影響、⑤試驗配方的影響。

2.2 試驗情況

2.2.1 試驗柱塞數(shù)影響

第一次：擠出機螺桿轉700RPM,3540 kg/h負荷,使用雙柱塞；第二次：擠出機螺桿轉700RPM,3540 kg/h負荷,使用單柱塞。其它條件相同，每次試驗取二個樣，共4組測試數(shù)據(jù)，見表6。

表6 換網(wǎng)器柱塞數(shù)對沖擊的影響試驗A

由上表可見使用單柱塞比使用雙柱塞生產(chǎn)的MG29沖擊好，這與單柱塞流通面積小，背壓高，剪切充分有關。為進一步驗證，將螺桿轉速改為650RPM，其它條件不變，再次試驗單雙柱塞的影響，測試結果見表7。

考慮該患者有黑便史，發(fā)現(xiàn)肺栓塞后給予患者抗凝治療，應用抗凝藥物期間告知患者密切觀察身上有無散在出血點，有無黑便，應用軟毛牙刷，忌用力摳鼻。

表7 換網(wǎng)器柱塞數(shù)對沖擊的影響試驗B

由上表可見在650RPM下，單柱塞仍然比雙柱塞生產(chǎn)的MG29沖擊好。

2.2.2 試驗進料量的影響

第一次：擠出機螺桿轉700RPM,3540 kg/h負荷,使用雙柱塞；第二次：擠出機螺桿轉700RPM,2480t/h負荷,使用單柱塞。其它條件相同，每次試驗取二個樣，共4組測試數(shù)據(jù)，見表8。

表8 進料量對沖擊的影響試驗

可見在相同轉速下，進料量增大，螺桿充填度提高，扭矩增大，有利于剪切，最終的沖擊性能得到了提高。

2.2.3 試驗筒節(jié)溫度的影響

表9 筒節(jié)溫度對沖擊的影響試驗

由此可見,幾組沖擊都比較接近，溫度對沖擊的影響較小。

2.2.4 試驗螺桿轉速的影響

第一次：擠出機螺桿轉800RPM,3540 kg/h負荷,使用單柱塞；第二次：擠出機螺桿轉600RPM,3540 kg/h負荷,使用單柱塞。其它條件相同，每次試驗取二個樣，共4組測試數(shù)據(jù)，見表10。

表10 擠出機螺桿轉速對沖擊的影響試驗

由上表可見，進料量一定的情況下，轉速適當降低，扭矩升高，剪切加強，沖擊得到了提高。但轉速若太低，不利于物料在擠出機內(nèi)混合，沖擊會降低；若轉速太高，螺桿和物料間摩擦產(chǎn)生大量的熱，導致HRG易分解，也會影響沖擊。

3.2.5 試驗配方的影響

第一次：擠出機螺桿轉速600RPM,3540 kg/h負荷,使用單柱塞，配方為標準MG29配方，其中HRG份數(shù)39，SAN份數(shù)60.5，助劑份數(shù)0.5；第二次：擠出機螺桿轉速600RPM,3540 kg/h負荷,使用單柱塞，將配方中HRG份數(shù)提高至40.5，SAN份數(shù)降為59，助劑份數(shù)仍為0.5，其它條件相同，每次試驗取二個樣，共4組測試數(shù)據(jù)，見表11。

表11 配方對沖擊的影響試驗

比較上表數(shù)據(jù)可見HRG份數(shù)小幅提高，沖擊變化較小，這與文獻報道[1]也是一致的（見圖1），這是因為MG29中含膠約25%,在拐點處含膠量的微小改變對沖擊的影響較小。

圖1 ABS缺口沖擊強度與橡膠質(zhì)量分數(shù)的關系

2.3 試驗結論

通過上述系列試驗，認為對MG29產(chǎn)品，單柱塞、相對低的轉速（轉速太低不利于分散混合，導致沖擊低）、高扭矩對提高其缺口沖擊是有利的，而配方的改變（幅度較小時）和溫度的改變對沖擊的影響較小，考慮到實際的擠出機扭矩波動連鎖和下游粒子篩處理能力等限制條件，推薦以MG29原始配方（HRG份數(shù)為39，SAN份數(shù)為60.5，助劑份數(shù)0.5）,600RPM的螺桿轉速，單柱塞，扭矩在90%左右的生產(chǎn)負荷（3540kg/h左右）進行生產(chǎn)，最終MG29沖擊可達到31以上。