高熔融指數(shù)聚丙烯對(duì)擠壓造粒機(jī)的影響

董少永，聶偉斌，楊艷君，曹 杰

（陜西延長(zhǎng)中煤榆林能源化工有限公司，陜西榆林 718500）

1 引言

聚丙烯是利用丙烯聚合反應(yīng)生產(chǎn)的，是塑料制品中發(fā)展最快的一種新型復(fù)合材料，工業(yè)生產(chǎn)中一般將聚丙烯產(chǎn)品分為通用料和專用料兩種。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)：陜西中煤榆林能源化工有限公司聚丙烯二線裝置自2014年投產(chǎn)以來(lái)，生產(chǎn)各種聚丙烯牌號(hào)共計(jì)24種，其中高熔融指數(shù)聚丙烯材料在生產(chǎn)過(guò)程中，利用擠壓造粒機(jī)生產(chǎn)的聚丙烯顆粒中小粒子較多，導(dǎo)致預(yù)脫水篩堵塞，擠壓造粒機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，造成了生產(chǎn)效率低下，整個(gè)生長(zhǎng)環(huán)節(jié)遲滯的問(wèn)題。因此分析研究高熔融指數(shù)聚丙烯對(duì)擠壓造粒機(jī)運(yùn)行的影響，優(yōu)化擠壓造粒機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，對(duì)于開發(fā)高性能的聚丙烯粒料、擠壓造粒機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、工業(yè)生產(chǎn)的效率提升和環(huán)節(jié)優(yōu)化具有非常重要的意義和影響。

物質(zhì)的熔融是一個(gè)化學(xué)過(guò)程，一般是指物質(zhì)在高溫環(huán)境下由晶相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合嗟囊粋€(gè)過(guò)程。本文的研究中，聚丙烯的熔融過(guò)程是指在擠壓造粒機(jī)中進(jìn)行的生產(chǎn)制造過(guò)程。在擠壓造粒機(jī)的內(nèi)部，當(dāng)聚丙烯處于高溫環(huán)境時(shí)，將聚丙烯粉料加入到擠壓機(jī)的進(jìn)料段，聚丙烯粉料通過(guò)輸送裝置進(jìn)入到造粒機(jī)的筒體段進(jìn)行熔化，變成熔融狀態(tài)的聚丙烯，再通過(guò)擠壓機(jī)螺桿的擠壓經(jīng)過(guò)節(jié)流閥、齒輪泵和過(guò)濾網(wǎng)，最后通過(guò)造粒機(jī)的模板擠出后切粒機(jī)切成合格的聚丙烯粒料。

擠壓造粒機(jī)中的聚丙烯處于熔融狀態(tài)，其中主要的參數(shù)是擠壓造粒機(jī)的流量（用Q表示），這里的Q值由三種流量決定，分別是正流量（用QZ表示）、逆流量（用QN表示）和漏流量（用QL表示），三者之間的關(guān)系是：Q=QZ-QN-QL。

2 高熔融指數(shù)聚丙烯對(duì)擠壓造粒機(jī)的運(yùn)行影響

主要對(duì)高熔融指數(shù)聚丙烯與擠壓造粒機(jī)之間的相互影響進(jìn)行探究，主要內(nèi)容包括高熔融指數(shù)與筒體溫度和擠壓造粒機(jī)主電機(jī)功率之間的關(guān)系，高熔融指數(shù)聚丙烯與筒體、過(guò)濾器和模板壓力的關(guān)系等。

2.1 高熔融指數(shù)與筒體溫度的關(guān)系

采用CMP335型擠壓造粒機(jī)，該類型的擠壓機(jī)筒體采用導(dǎo)熱油和脫鹽水來(lái)控制筒體的溫度。在熔融過(guò)程中，筒體溫度對(duì)高熔融指數(shù)聚丙烯的流動(dòng)性影響較大。當(dāng)聚丙烯粉料處于擠壓造粒機(jī)雙螺桿的作用下時(shí)，可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能，從而使聚丙烯粉料的溫度極大程度上升。當(dāng)溫度達(dá)到聚丙烯的熔點(diǎn)（160℃左右），就需要控制筒體的溫度，一般的方法是使用擠壓機(jī)筒體冷卻水。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，筒體的溫度與高熔融聚丙烯熔融指數(shù)成反比，也就是說(shuō)熔融指數(shù)越高，筒體需要的溫度就越低。

2.2 高熔融指數(shù)與擠壓造粒機(jī)主電機(jī)電機(jī)功率的關(guān)系

為了使主電機(jī)電機(jī)功率下降，先假設(shè)在擠壓造粒機(jī)中單位時(shí)間內(nèi)加入的聚丙烯粉料總量不變。熔融指數(shù)越高時(shí)，熔融聚丙烯的流動(dòng)性就越好，雙螺桿對(duì)聚丙烯熔融料的作用就會(huì)降低，主電機(jī)做功就會(huì)減小，從而達(dá)到主電機(jī)電機(jī)功率下降的目的。因此，在聚丙烯熔融的過(guò)程中，擠壓造粒機(jī)的主電機(jī)功率與聚丙烯熔融料的流量呈正比。當(dāng)知道主電機(jī)的運(yùn)行功率時(shí)，可以通過(guò)比例關(guān)系間接估算擠壓造粒機(jī)的負(fù)荷。

2.3 高熔融指數(shù)聚丙烯與筒體、過(guò)濾器、模板的壓力關(guān)系

聚丙烯熔融過(guò)程是以流體狀態(tài)在筒體內(nèi)流動(dòng)的，為了便于分析，把聚丙烯熔體看做是黏性流體。根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)原理，可以得出關(guān)于擠壓造粒機(jī)流量（用Q表示）和溶體壓差（用p表示）以及聚丙烯溶體的黏度（用U表示）之間的關(guān)系為：Q=K*p/U。

假設(shè)擠壓造粒機(jī)的流量保持不變，從關(guān)系式Q=K*p/U可知，融指升高，會(huì)使筒體黏度降低，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致熔體壓差減小。因此，高熔融指數(shù)與筒體壓力成反比。所以在聚丙烯顆粒生產(chǎn)過(guò)程中，就需要適當(dāng)增加擠壓機(jī)的負(fù)荷來(lái)提高筒體壓力，從而獲得高熔融指數(shù)的產(chǎn)品。

3 擠壓造粒機(jī)安全運(yùn)行解決辦法

3.1 控制擠壓造粒機(jī)筒體溫度

通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，高熔融指數(shù)聚丙烯的熔融狀態(tài)與筒體溫度有直接關(guān)系，而筒體溫度是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的量，主要是由擠壓機(jī)熱油和筒體冷卻水的溫度或流量來(lái)控制調(diào)節(jié)，兩者的綜合作用決定了筒體的溫度，從而間接控制了聚丙烯的熔融狀態(tài)。根據(jù)相關(guān)規(guī)律和資料可知：當(dāng)熔融指數(shù)升高時(shí)會(huì)導(dǎo)致熔體溫度和聚丙烯熔化溫度的降低，這樣不利于工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的控制。因此，需要適當(dāng)降低筒體溫度，來(lái)保持聚丙烯熔體良好的流動(dòng)性，進(jìn)而保證生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)于筒體溫度的兩個(gè)控制量而言，筒體溫度要低于熱油溫度。根據(jù)本文的實(shí)踐分析，如果想得到高熔融指數(shù)的聚丙烯產(chǎn)品，就需要控制擠壓造粒機(jī)筒體溫度在250℃左右。因此在實(shí)際過(guò)程中，需要對(duì)冷卻水的流量進(jìn)行調(diào)解控制，使筒體溫度在250℃左右，才能實(shí)現(xiàn)聚丙烯粒料較好的切粒效果。

3.2 調(diào)整節(jié)流閥的開度

通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料并結(jié)合自身工作實(shí)際發(fā)現(xiàn)，聚丙烯在生產(chǎn)過(guò)程中能夠根據(jù)混煉程度的不同得到不同質(zhì)量的產(chǎn)品。一般而言，混煉程度越高，得到的產(chǎn)品質(zhì)量越高。而擠壓造粒過(guò)程中節(jié)流閥的開度是影響物料混煉程度的主要因素。當(dāng)增加節(jié)流閥開度時(shí)，物料無(wú)法得到充分的混煉，產(chǎn)品質(zhì)量較差，反之，當(dāng)減小節(jié)流閥開度時(shí)，物料就可以得到充分的混煉，產(chǎn)品質(zhì)量可以得到一定程度的保障。因此，通過(guò)上述分析可以知道：要想得到高融指的產(chǎn)品，就需要適當(dāng)減小節(jié)流閥的開度。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)適當(dāng)減小節(jié)流閥的開度，能夠有效地提高筒體壓力和擠壓機(jī)造粒機(jī)的流量，進(jìn)而提高了物料的混煉程度。筆者在實(shí)際工作中對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)條件的統(tǒng)計(jì)分析得知，40°～45°是理想的節(jié)流閥開度，在該狀態(tài)下聚丙烯能夠得到程度良好的混煉，從而得到較高熔融指數(shù)的產(chǎn)品，即高質(zhì)量產(chǎn)品。但是這個(gè)開度是筆者所在工廠的各個(gè)綜合條件下確定的，其他工廠和機(jī)構(gòu)，要結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，綜合各個(gè)方面的因素和條件，合理有效地確定適合自己工廠和機(jī)構(gòu)的開度。

3.3 控制顆粒冷卻水的溫度

在聚丙烯生產(chǎn)過(guò)程中，顆粒冷卻水的作用是對(duì)聚丙烯顆粒進(jìn)行冷卻、固化和輸送，其中最重要的參數(shù)是顆粒冷卻水的溫度。如果溫度太高，就會(huì)導(dǎo)致聚丙烯顆粒的冷卻過(guò)程緩慢，造成顆粒粘連。如果溫度太低，就會(huì)導(dǎo)致聚丙烯顆粒的冷卻過(guò)程太快，造成切粒不平整。因此需要在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中嚴(yán)格控制冷卻水的溫度，這樣不僅可以確保聚丙烯顆粒的切粒質(zhì)量，而且能夠保護(hù)擠壓造粒機(jī)的切刀，延長(zhǎng)擠壓造粒機(jī)的壽命。

4 結(jié)論

通過(guò)調(diào)節(jié)擠壓造粒機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，可以很好地滿足高熔融指數(shù)聚丙烯的生產(chǎn)要求，保證擠壓機(jī)的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

1）梳理總結(jié)了聚丙烯作為化工產(chǎn)品原材料和加工制品的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景，并對(duì)加工制造的流程進(jìn)行了提煉和總結(jié)。

2）主要對(duì)高熔融指數(shù)聚丙烯與擠壓造粒機(jī)之間的相互影響進(jìn)行探究，主要內(nèi)容包括高熔融指數(shù)與筒體溫度和擠壓造粒機(jī)主電機(jī)功率之間的關(guān)系，高熔融指數(shù)聚丙烯與筒體，過(guò)濾器，模板的壓力關(guān)系等。

3）主要對(duì)擠壓造粒機(jī)的安全運(yùn)行提出一些意見(jiàn)和建議。主要的措施包括多措并舉調(diào)解控制擠壓造粒機(jī)筒體的溫度，綜合各個(gè)方面的因素調(diào)解節(jié)流閥的開度以及考慮工廠實(shí)際情況，控制顆粒冷卻液的溫度等等。

4）本文的研究對(duì)于高熔融指數(shù)聚丙烯的生長(zhǎng)加工、擠壓造粒機(jī)生產(chǎn)高熔融指數(shù)聚丙烯的過(guò)程和控制條件等具有一定的指導(dǎo)意義，對(duì)于提升產(chǎn)品質(zhì)量，改進(jìn)工藝流程，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局具有一定的參考，對(duì)于提高我國(guó)聚丙烯行業(yè)的加工效率和經(jīng)濟(jì)效益具有一定的幫助。