水下切粒裝置在混煉擠壓造粒機(jī)的應(yīng)用

張福國

（大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司，遼寧 大連 116039）

水下切粒裝置在混煉擠壓造粒機(jī)的應(yīng)用

張福國

（大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司，遼寧 大連 116039）

水下切粒裝置作為混煉擠壓造粒機(jī)的重要組成部分，是PP或PE顆粒制品的終端產(chǎn)成設(shè)備，也是工藝流程中影響切粒外觀質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)。切粒裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能操作繁瑣，切刀、模板、壓力、溫度、安裝精度等均是影響顆粒外觀質(zhì)量的重要因素。

水下切粒；顆粒；切刀；模板；磨刀；外觀質(zhì)量

混煉擠壓造粒機(jī)（如圖1）是乙烯工程的下游設(shè)備，也是對石油化工、煤化工聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE）粉料進(jìn)行混煉改性、擠出造粒的終端設(shè)備。主要有主電機(jī)、減速機(jī)、加料系統(tǒng)、混煉擠壓系統(tǒng)和水下切粒裝置等組成。

圖1 大型混煉擠壓造粒機(jī)

水下切粒裝置作為擠壓造粒機(jī)的重要組成部分，是PP或PE顆粒制品的終端產(chǎn)成設(shè)備，也是流程中影響切粒外觀質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)。水下切粒裝置功能的好壞直接影響整套擠壓機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能操作繁瑣，切粒時(shí)對顆粒外觀質(zhì)量影響因素比較多，目前，國內(nèi)還沒有專著對其進(jìn)行比較詳細(xì)的闡述，現(xiàn)根據(jù)多年的研發(fā)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)對水下切粒裝置在混煉擠壓機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)的介紹和描述，同時(shí)對影響切粒外觀質(zhì)量的主要因素進(jìn)行分析，以供使用同類設(shè)備的同行參考。

1 水下切粒裝置工作流程簡介

聚丙烯或聚乙烯粉料經(jīng)過加料系統(tǒng)、混煉擠壓系統(tǒng)， 在200 ℃以上的高溫高壓下，通過螺桿的高速旋轉(zhuǎn)剪切、輸送、混煉、擠出，經(jīng)濾網(wǎng)后到達(dá)模板（如圖2），然后進(jìn)行水下切粒。水下切粒裝置（如圖3）主要包括水室、模板、切刀、刀盤、刀軸、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)等，在模板造粒帶上有圓周均勻分布的模孔，熔體在5～12 MPa的壓力下通過?？拙鶆驍D出，擠出的條狀物料進(jìn)入水室內(nèi)50～70 ℃循環(huán)冷卻水，熔料表面得到迅速冷卻硬化，再經(jīng)過切刀在密封水室內(nèi)旋轉(zhuǎn)剪切，變成直徑約Φ3 mm，長度3～5 mm的顆粒制品。由于粒子切斷后中心還未完全冷卻，處于半熔融狀態(tài)，為防止其黏連，需要冷卻水進(jìn)一步伴隨冷卻，然后粒子帶水一起輸送到干燥機(jī)、振動(dòng)篩進(jìn)行脫水分篩，最后成為合格的顆粒制品。

2 水下切粒裝置性能穩(wěn)定的宏觀表現(xiàn)

水下切粒裝置是顆粒制品的成型設(shè)備，如果其性能穩(wěn)定，溫度、壓力等工藝參數(shù)設(shè)定合適，則設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)體無異常振動(dòng)，進(jìn)刀退刀動(dòng)作正常，也不易產(chǎn)生細(xì)粉料、大粒料等殘次品。反之，則容易出現(xiàn)生產(chǎn)上常見的“碎屑”、 “墊刀”、“退刀”、“灌腸”等事故，致使整條生產(chǎn)線聯(lián)鎖停機(jī)，造成不可估量的損失。

粒子外觀質(zhì)量是衡量切粒裝置性能好壞的重要指標(biāo)，如果其性能穩(wěn)定，切出的合格顆粒制品應(yīng)該色澤圓潤、粒形飽滿、斷面平整、形狀規(guī)則，而且無縮孔、拖尾、毛刺、連粒。

圖2 模板

圖3 水下切粒裝置示意圖

圖4 切刀

3 影響粒子外觀質(zhì)量的主要因素及解決措施

切粒裝置中的模板、切刀、安裝調(diào)試精度、工藝參數(shù)設(shè)定、功能操作流程等均是影響粒子外觀質(zhì)量的重要因素。現(xiàn)對影響粒子外觀質(zhì)量的這些因素及解決措施進(jìn)行系統(tǒng)的分析說明。

3.1 切刀及磨刀操作對粒子外觀質(zhì)量的影響

切刀是水下切粒裝置的重要組成部分，如果切刀不夠鋒銳，或者刀刃崩口，切出的粒子就容易出現(xiàn)斷面不平整，有毛刺，而且碎屑多。切刀的安裝、磨刀效果、使用狀態(tài)是影響切粒外觀質(zhì)量的重要因素，因此要想得到合格的顆粒制品就需在切刀的使用上下功夫。

（1）切刀的安裝

對于大型擠壓機(jī)切粒裝置，切刀一般12～36把不等，主要根據(jù)機(jī)組規(guī)格大小和產(chǎn)量而定，由于切刀加工制造的誤差，厚度可能有所偏差，這就要求在安裝切刀前進(jìn)行逐個(gè)檢查測量，厚度誤差不應(yīng)超過0.02 mm，而且要求安裝在刀盤上的預(yù)緊力一致，一般控制在40～50 N·m。

切刀安裝在在刀盤上（如圖4），呈圓周均勻分布，通過刀軸與切粒電機(jī)相連，在水下切粒裝置安裝到位后需用百分表進(jìn)行刀軸和模板的對中找正，要求刀軸相對模板的垂直度小于0.03 mm，同時(shí)用塞尺檢測切刀與模板造粒帶的貼合間隙，一般要求小于0.05 mm。

圖5 切刀研磨情形圖

以上不論是切刀厚度的檢測還是安裝精度的找正，都是為了避免切刀與模板貼合不好，產(chǎn)生間隙，否則切出的粒子容易拖尾、帶毛刺，而且設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中也容易墊刀。

（2）磨刀操作

磨刀是為了使切刀更鋒利，使之與模板貼合的更好。磨刀是在冷卻水貫通的密閉水室內(nèi)進(jìn)行，是在熔體充滿模板，不帶負(fù)荷的情況下模擬工作狀態(tài)。切粒電機(jī)帶動(dòng)刀軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在一定壓力下驅(qū)動(dòng)刀軸前進(jìn)，使切刀緊靠模板進(jìn)行研磨，研磨時(shí)間一般約10～15 min，然后排水，打開水室檢查研磨狀態(tài)；如果需要，進(jìn)一步增加壓力，再研磨15～30 min，只有達(dá)到研磨（如圖5（f）、5（g）），研磨是成功的。

下面介紹幾種常見的磨刀狀態(tài)，如果切刀比較鈍，刀刃不鋒銳，這就需要對切刀進(jìn)行仔細(xì)檢查，根據(jù)情況調(diào)整狀態(tài)或者更改磨刀流程，以達(dá)到最佳的使用狀態(tài)。

①（如圖5（a））刀刃僅在外側(cè)接觸，壓力太低；

②（如圖5（b））刀刃接觸面形成，但不均勻，局部載荷集中在刀外端，壓力低；

③（如圖5（c））刀刃接觸面形成，但局部載荷不均勻，壓力太大；

④（如圖5（d））刀刃接觸面形成，接觸面過大，需修正壓力；

⑤（如圖5（e））刀刃接觸面沒形成，施加壓力太大，局部載荷集中在刀根，造成接觸面溫度過高，刀刃顯示退火色，內(nèi)部易產(chǎn)生裂紋或鋸口。

⑥（如圖5（f）、5（g））只有當(dāng)切刀的刀刃鋒銳且與模板的切削面完全接觸，研磨是成功的。

（3）切刀崩口

切刀崩口主要來自于安裝拆卸過程中的磕碰，或者是由于生產(chǎn)過程中與模板造粒帶磨削造成的。這就要求切刀在搬運(yùn)過程中輕拿輕放，安裝和拆卸過程中注意保護(hù)，更重要的是要求保證在有水的情況下進(jìn)行磨刀操作。由于水下切粒裝置調(diào)試時(shí)需要對水、刀、料進(jìn)行時(shí)間上的程序卡定，一般時(shí)間差不超過1 s，在保證工藝順序的情況下，時(shí)間差越短越好，這就要求冷卻水必須在進(jìn)刀、磨刀前充滿水室，然后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)研磨；否則在無水的狀態(tài)下，切刀靠近模板，刀刃干磨，容易火星四濺，退火崩口（如圖5（e））。

切刀崩口、刀刃鈍，切出的粒子就容易出現(xiàn)斷面不平整、拖尾、帶毛刺。如果崩口少可以用油石對崩口進(jìn)行研磨、拋順；如果崩口多，甚至出現(xiàn)連續(xù)的鋸齒狀，需要更換切刀。

圖6 磨削痕跡圖

3.2 切刀與模板間隙對粒子外觀質(zhì)量的影響

如果水下切粒裝置找正精度不好，切刀相對模板偏斜，一面貼靠，另一面還有很大間隙，在切刀靠近模板時(shí)就容易斷刀、墊刀；如果切刀和模板未貼靠，間隙大，在切刀旋轉(zhuǎn)切入擠出的料條時(shí)產(chǎn)生一定的力矩，由于物料處于半熔融狀態(tài)，在力矩的作用下容易扭曲料粒；當(dāng)間隙過大時(shí)，粒子不是被剪斷而是被拉斷，從而造成毛刺、拖尾、斷面不平整，嚴(yán)重時(shí)不能切斷，產(chǎn)生連粒料，甚至拉絲、團(tuán)成團(tuán)。

切刀與模板的間隙主要受到安裝時(shí)找正精度、刀軸前進(jìn)壓力大小的影響，通過模板造粒帶上的磨削痕跡可以得到判斷和糾正。

① （如圖6（a））切刀與模板貼合好，整個(gè)造粒帶基本上都有磨削的痕跡，間隙均勻；

② （如圖6（b））切刀與模板未接觸，間隙大。刀軸前進(jìn)壓力太小，需適當(dāng)增大壓力；

③ （如圖6（c））切刀與模板接觸，僅磨削外圓周，內(nèi)圓周間隙大。刀軸前進(jìn)壓力小，需適當(dāng)增大壓力；

④ （如圖6（d））切刀與模板接觸，僅磨削內(nèi)圓周，外圓周間隙大。刀軸前進(jìn)壓力大，需適當(dāng)降低壓力；

⑤（如圖6（e））切刀與模板接觸，僅局部磨削，偏斜。刀軸相對模板的垂直度不好，一側(cè)接觸，一側(cè)間隙大，需重新找正，要求垂直度小于0.03 mm；

⑥ （如圖6（f））切刀與模板接觸，僅磨削內(nèi)圓周和外圓周邊緣，中間環(huán)面間隙大。切刀或模板平面度不好，需對切刀或模板本體重新上機(jī)床研磨；

⑦（如圖6（g））切刀與模板接觸，僅磨削中間環(huán)面，內(nèi)圓周和外圓周邊緣間隙大。切刀或模板平面度不好，需對切刀或模板本體重新上機(jī)床研磨；

⑧（如圖6（h））切刀與模板接觸，有局部未磨削，局部間隙大。模板平面度不好，需對模板本體重新上機(jī)床研磨。

3.3 模板對粒子外觀質(zhì)量的影響

模板是水下切粒裝置的重要組成部分，屬于消耗品，在擠壓機(jī)連續(xù)運(yùn)行使用的情況下，一般壽命在6～8個(gè)月，需要定期的研磨或更換，因此模板的使用和維護(hù)值得重點(diǎn)關(guān)注。同時(shí)模板更是影響顆粒形狀、大小、品質(zhì)的決定性因素，現(xiàn)把與其相關(guān)的常見問題及通用解決措施列舉如下：

（1）顆粒有尾巴

除了切刀的問題外，模板的磨損和損壞，是產(chǎn)生帶尾巴顆粒的主要原因。因此應(yīng)仔細(xì)檢查出料孔邊緣棱角有無損壞，必要時(shí)需對模板進(jìn)行更換或修磨。

（2）顆粒長短不一

①加熱介質(zhì)流量不足，模板中的熱交換不夠——擠壓機(jī)啟動(dòng)之前或停止之后用紅外線檢測模板表面溫度，檢查加熱介質(zhì)的流量，檢查管道是否有泄漏以及管路保溫情況。

②啟動(dòng)程序中聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)間設(shè)定不合適引起模板凍結(jié)——修改程序，以保證切粒水和熔融物料到達(dá)模板的時(shí)間差最小。

③模板溫度太低——一般采用油加熱或蒸汽加熱，通過溫度設(shè)定，提高模板溫度。

④模板中加熱流道堵塞——在啟動(dòng)之前或擠出機(jī)停止之后用紅外線檢測模板熱流道進(jìn)出口溫度。如有必要，需吹掃或疏通加熱流道。

⑤沉淀物或降解聚合物使?？锥氯獧z查擠壓機(jī)沖模板時(shí)熔體的擠出狀態(tài)，直到流動(dòng)性好為止。

⑥檢查隔熱板——如果切粒水滲透到模板隔熱板后面，有可能使其熱交換超過設(shè)計(jì)要求，需重新更換隔熱板。

3.4 冷卻水溫度對粒子外觀質(zhì)量的影響

水溫對切粒外觀質(zhì)量的影響，在實(shí)際工作中是相當(dāng)大的，它涉及到高分子材料在不同溫度下的理化性能，只能依靠實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，做一下定性分析。

水溫太高，或是水流量太小，物料不能充分冷卻，因?yàn)槲锪系牧髯冃阅?，不容易被切斷，即使能切斷，粒子容易相互粘連，成團(tuán)狀，無法正常輸送和篩分。

水溫太低，物料在剪切時(shí)冷卻過于充分而發(fā)脆，在切粒過程中出現(xiàn)碎屑粉末，粉末在循環(huán)水中容易堵塞過濾器及管道，造成水量下降，從而使物料又不能得到適當(dāng)?shù)乩鋮s，造成切不斷的惡性循環(huán)。

水溫的控制跟生產(chǎn)物料的融指緊密相關(guān)，融指越高，熔體越稀，要求水溫就越低，否則不容易成粒；融指越低，熔體黏稠，要求水溫就越高，否則模板壓力大，擠出膨脹，切出的不合格大粒料就越多。水溫與融指基本上呈反比線性關(guān)系，需要在生產(chǎn)過程中逐漸摸索，一般情況下控制在50～70 ℃范圍內(nèi)。

3.5 其它影響因素

（1）水下切粒裝置之前的工藝段溫度、壓力的設(shè)定也是影響粒子外觀質(zhì)量的重要因素。

溫度過高，物料在混煉剪切過程中容易過熱分解，直接造成粒子發(fā)黃，表面不光澤。溫度過低，物料混煉的程度不夠，甚至夾生，有不熔融的粉料，造成熔體黏度大，模板壓力高，不但容易堵塞模孔，而且擠出膨脹后產(chǎn)生超規(guī)格的棒料，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以聚丙烯為例，工藝溫度最好控制在220～250℃，模板壓力控制在5～12 MPa為宜。

（2）粉料含水量的大小也是影響粒子外觀質(zhì)量的重要因素。

如果粉料含水量過大，或者填充氮?dú)庵袔?，在物料進(jìn)入混煉系統(tǒng)后，由于水分閃蒸，熔融物料將會(huì)發(fā)酵、膨化，不僅出現(xiàn)“放炮”的異常噪音，切出的粒子也容易出現(xiàn)空心，含氣泡、水泡，而且容易成球形，粒形不規(guī)則。

4 總結(jié)

本文從機(jī)械方面對水下切粒裝置的常見問題及應(yīng)對措施進(jìn)行了系統(tǒng)的描述，但由于水下切粒裝置自動(dòng)化程度比較高，程序的控制必不可少，儀表和電氣的完善參與也是提高設(shè)備性能的關(guān)鍵因素。隨著大型混煉擠壓造粒機(jī)國產(chǎn)化的推廣，水下切粒裝置的應(yīng)用定會(huì)得到更深層次的探討和研究。

南通星辰推出低揮發(fā)型PBT基礎(chǔ)樹脂

中國藍(lán)星集團(tuán)南通星辰合成材料有限公司推出一款低揮發(fā)型聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）基礎(chǔ)樹脂，商品牌號為Starester TM Xtrem VOC。該產(chǎn)品保持了PBT工程塑料優(yōu)異的物理機(jī)械性能和外觀品質(zhì)，同時(shí)有機(jī)可揮發(fā)物含量低，熱穩(wěn)定性優(yōu)異。該新產(chǎn)品VOC含量僅為通用級PBT基礎(chǔ)樹脂的50%，空氣條件下在熔融溫度范圍內(nèi)的熱損失重量低于普通PBT樹脂在氮?dú)夥諊碌臒釗p失重量，呈現(xiàn)良好的熱穩(wěn)定性和極低的VOC含量。該新型PBT基礎(chǔ)樹脂有效控制了有機(jī)可揮發(fā)物的生成與析出，主要面向汽車和高端電子電氣領(lǐng)域，應(yīng)用于對VOC（有機(jī)可揮發(fā)物）含量有較苛刻要求的領(lǐng)域，如汽車內(nèi)飾部和零部件、汽車前大燈飾框、高端電子電器等。

燕豐供稿

神華集團(tuán)開發(fā)出從聚丙烯生產(chǎn)尾氣中回收烯烴單體的設(shè)備和方法

神華集團(tuán)有限責(zé)任公司開發(fā)出一種從聚丙烯生產(chǎn)尾氣中回收烯烴單體的設(shè)備和方法。該設(shè)備包括烯烴單體回收塔和疏水性聚并填料組件。烯烴單體回收塔上具有尾氣入口、尾氣出口以及烯烴單體出口，尾氣出口高于尾氣入口，尾氣入口高于烯烴單體出口；疏水性聚并填料組件設(shè)置在烯烴單體回收塔的內(nèi)腔中，位于尾氣入口與尾氣出口之間，靠近尾氣出口設(shè)置。上述回收設(shè)備，通過在傳統(tǒng)的烯烴單體回收設(shè)備的內(nèi)部設(shè)置疏水性聚并填料組件，增加了丙烯微小液滴聚并的機(jī)會(huì)，減少了乙烯氣體夾帶丙烯液滴的機(jī)會(huì)，增加了丙烯溶解乙烯的機(jī)會(huì)，提高了回收設(shè)備中丙烯吸收乙烯的效率。降低了處理成本和能耗，簡化了工藝過程，易于規(guī)模化應(yīng)用。

燕豐供稿

Applications of underwater pelletizing device in compounding extrusion granulation machine

Applications of underwater pelletizing device in compounding extrusion granulation machine

Zhang Fuguo
(Dalian Rubber & Plastics Machinery Co., Ltd., Dalian 116039, Liaoning, China)

As an important part of compounding extrusion granulation machine, underwater pelletizing device is the terminal equipment of PP or PE granule products, and also the key equipment affecting the pelletizing appearance quality. The pelletizing device has complex structure and complicated functional operation. The important factors affecting pelletizing appearance quality include cutter, template, pressure, temperature, installation accuracy, etc.

underwater pelletizing; granule; cutter; template; sharpening; appearance quality（XS-05）

TQ330.6+4 TQ330.66+7

1009-797X（2015）02-0041-06

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.02.005

張福國（1981-），男，工程師，畢業(yè)于青島科技大學(xué)，主要從事橡膠塑料機(jī)械的設(shè)計(jì)工作。

2014-10-13