ABS 裝置不同切粒工藝的應(yīng)用對(duì)比

李歆(萬(wàn)華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264000)

0 引言

ABS 樹(shù)脂即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是一種兼有丙烯腈剛性、丁二烯韌性和苯乙烯易加工性能的熱塑性工程塑料，廣泛應(yīng)用在電子、電器、汽車(chē)、建筑等方面。ABS 樹(shù)脂工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)比較成熟，其中乳液接枝-本體SAN 摻混技術(shù)普遍采用，由聚丁二烯膠乳(PBL)單元、高橡膠接枝(ABS 接枝)單元、苯乙烯-丙烯腈聚合(SAN)單元、摻混單元組成。

摻混單元生產(chǎn)最終ABS 樹(shù)脂成品，在工業(yè)化裝置中以水下拉條切粒為主，該切粒技術(shù)比較成熟，生產(chǎn)的圓柱型ABS 樹(shù)脂市場(chǎng)占有率比較高，但系統(tǒng)不是完全密閉，模頭處會(huì)產(chǎn)生模頭尾氣，擠出機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，模頭孔處會(huì)產(chǎn)生異色雜質(zhì)并隨拉條進(jìn)入切粒系統(tǒng)，污染最終成品而造成ABS 樹(shù)脂異色點(diǎn)偏高。為此，追求新技術(shù)創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝?yán)砟?，生產(chǎn)出高品質(zhì)ABS 樹(shù)脂是我們的努力方向。

1 切粒技術(shù)的流程及原理

1.1 水下拉條切粒的流程及原理

如圖1 所示，水下拉條切粒系統(tǒng)的主要設(shè)備包括模頭、導(dǎo)流槽、切割室、后冷卻段以及干燥機(jī)、振動(dòng)篩、水系統(tǒng)，導(dǎo)流槽長(zhǎng)度在SAN 切粒、ABS 切粒的應(yīng)用中一般為3m 設(shè)計(jì)。

圖1 水下拉條切粒流程

水下拉條切粒的工作原理是，熔融物料通過(guò)模頭后以料條的形狀進(jìn)入導(dǎo)流槽進(jìn)行冷卻，工藝水一般為40～60℃左右。當(dāng)料條冷卻到一定溫度后，通過(guò)切割室的上下喂入輥將料條喂入切割室，靠動(dòng)刀進(jìn)行切割成粒子，粒子通過(guò)后冷卻段冷卻后，被送入干燥機(jī)干燥，經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩篩分，最終合格物料送入料倉(cāng)，為下游的處理做準(zhǔn)備。

1.2 模面切粒的流程及原理

如圖2 所示，在模面切粒技術(shù)中，該切粒系統(tǒng)主要包括如下設(shè)備：換向閥、切割室、模板、帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的切粒機(jī)、冷卻管道以及包含水系統(tǒng)的干燥機(jī)、振動(dòng)篩等。隨著單線(xiàn)產(chǎn)能的不斷提高，目前應(yīng)用在SAN 切粒和ABS 切粒生產(chǎn)中的切粒機(jī)最大產(chǎn)能高達(dá)10000kg/h 以上。

圖2 模面切粒流程

模面切粒系統(tǒng)主要工作原理，即物料通過(guò)釜底泵或齒輪泵輸送到開(kāi)車(chē)閥和切割室，物料在熔融狀態(tài)下被帶有驅(qū)動(dòng)的切粒機(jī)動(dòng)刀切割，之后粒子在工藝水中冷卻，工藝水一般為40～60℃，粒子被工藝水送至干燥機(jī)進(jìn)行干燥，工藝水自循環(huán)到水系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)濾，換熱后重新回到工藝系統(tǒng)循環(huán)利用。

2 切粒的構(gòu)造

2.1 水下拉條切粒的構(gòu)造

水下拉條切粒生產(chǎn)的產(chǎn)品呈圓柱形粒子，生產(chǎn)過(guò)程中料條需要冷卻至一定硬度才可以切割，否則內(nèi)部溫度偏高、粘度低，有可能出現(xiàn)纏刀，切不斷的連?；蛄蠗l容易出現(xiàn)粘連現(xiàn)象。切粒機(jī)排布占地大，導(dǎo)流槽3m，后冷卻段盤(pán)旋長(zhǎng)度3～5m，干燥機(jī)、振動(dòng)篩總占地約12～15m。粒子切割時(shí)有一定硬度，圓柱形粒子有倒角/棱角，粒子與粒子之間接觸為點(diǎn)對(duì)面、面對(duì)面等多種接觸方式，連?；虿灰?guī)則粒子含量偏多。干燥和粒子冷卻過(guò)程中，粒子和管道設(shè)備、干燥機(jī)接觸，棱角處容易產(chǎn)生粉塵。料條在模頭孔處有可能出現(xiàn)牙簽料、細(xì)粒。圓柱形粒子比表面積相對(duì)較小，粒子模頭處需要安裝單體吸單設(shè)備，以確保無(wú)單體揮發(fā)而造成環(huán)境污染。更換模頭時(shí)需要停車(chē)，更換切刀、定刀、上下喂入輥時(shí)需要排廢，更換時(shí)間需要15～20min。水下拉條切粒應(yīng)用相對(duì)普遍，操作工熟練程度大。

2.2 模面切粒的構(gòu)造

模面切粒生產(chǎn)的產(chǎn)品呈圓形或橢圓形粒子，生產(chǎn)過(guò)程是高溫切割，粒子表面迅速冷卻，內(nèi)部熱量可以用于粒子自身干燥，對(duì)工藝水溫度要求不高。切粒機(jī)本身占地面積小，充分利用空中空間完成冷卻管道排布，總占地空間可降至3～6m。設(shè)備可安裝在不同樓層，避免直線(xiàn)排布以節(jié)約空間。粒子在熔融狀態(tài)下切割，表面迅速冷卻后在冷卻管道、干燥機(jī)內(nèi)輸送。圓形或橢圓形粒子接觸方式為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接觸，粒子在輸送過(guò)程中和管道、干燥機(jī)的接觸沒(méi)有棱角，產(chǎn)生粉塵的可能性降低，粉塵含量大約降低10%～15%，粒子為熱態(tài)切割且粉塵低，干燥機(jī)出口可以不安裝旋風(fēng)分離器。模面切粒系統(tǒng)為密閉系統(tǒng)，無(wú)需安裝吸單設(shè)備，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，同時(shí)不需要額外的輔助廢氣處理設(shè)備，在某種程度上對(duì)設(shè)備投資和環(huán)境保護(hù)有重要改進(jìn)。更換模板、更換刀片可能需要少量排廢。更換模板時(shí)間為15～30min，更換刀片時(shí)間在5min 左右。

3 模面切粒操作優(yōu)勢(shì)

通常水下拉條切粒需要多名操作工開(kāi)機(jī)，模頭處極易斷條，模面切粒開(kāi)機(jī)只需要一名操作工，并且一旦開(kāi)機(jī)成功后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性要高很多，基本無(wú)異常停機(jī)。水下拉條切粒和模面切粒都有非常高的自動(dòng)化程度。水下拉條切粒相對(duì)于模面切粒來(lái)說(shuō)，常用備件的壽命可能要稍短一些，模頭孔在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生雜色物質(zhì)，這就需要操作人員定期停掉生產(chǎn)線(xiàn)，對(duì)模頭板進(jìn)行更換，會(huì)造成原料上的損耗，增加生產(chǎn)成本，操作人員更換備件頻率可能會(huì)稍高一些。

4 模面切粒產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

水下拉條切粒生產(chǎn)過(guò)程中，動(dòng)刀切割的條形物料已經(jīng)具有一定硬度，極易產(chǎn)生粉塵，而模面切粒則是由刀片切割模頭處的熔體而成，切粒時(shí)產(chǎn)生的粉塵量較水下拉條切粒要少很多；圓形粒子的堆積密度更大，粒子間接觸面積更小，產(chǎn)生更少的粉屑，同樣質(zhì)量體積更小，圓形粒子表面光滑，更易于輸送。圓形粒子較水下拉條切粒后的圓柱形粒子，沒(méi)有棱角，所以在互相摩擦?xí)r不易產(chǎn)生粉塵，而水下拉條切粒的圓柱形粒子容易產(chǎn)生粉塵，由于表面是球形，在下游工藝對(duì)粒子熔融時(shí)速度更均勻，使用的能力也越少。具體對(duì)比如表1 所示。

表1 水下拉條切粒和模面切粒對(duì)比

5 模面切粒的成本優(yōu)勢(shì)

模面切粒的刀片成本非常低，因?yàn)槠涞镀馁|(zhì)普通，硬度要求也不高，模面切粒的模頭使用完后可以返修，大大節(jié)約了成本。

模面切粒水箱的材質(zhì)要選用加厚的材質(zhì)，這樣水箱不易變形，滾輪的磨損也會(huì)降低，后期不需要過(guò)多的維護(hù)成本。

6 ABS樹(shù)脂水下拉條切粒應(yīng)用

在水下拉條切粒系統(tǒng)中，ABS 熔融物料經(jīng)擠出機(jī)、模頭擠出后成為拉條，后經(jīng)水下拉條切粒機(jī)切粒，經(jīng)干燥器干燥，之后在粒子篩上進(jìn)行篩分。在日常生產(chǎn)中絕大部分的ABS 顆粒會(huì)通過(guò)粒子篩進(jìn)入成品料倉(cāng)，但會(huì)有尺寸不合格的粒子被分離出來(lái)，一般以長(zhǎng)條料、粘連料、斜切口料居多，這些不合格品一旦混入合格品中就會(huì)造成下游客戶(hù)的投訴，給公司品牌帶來(lái)負(fù)面影響。

為了減少不合格品的產(chǎn)生，生產(chǎn)裝置大多會(huì)定時(shí)更換切粒機(jī)壓輥和切刀，更換擠出機(jī)模頭板，這些操作都需要停掉生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)完成，每次開(kāi)停車(chē)的費(fèi)用也很大，產(chǎn)生的開(kāi)車(chē)料也很多，也增加了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而增加了生產(chǎn)成本。另外，擠出線(xiàn)剛開(kāi)車(chē)初期，模頭板兩側(cè)拉條還會(huì)帶有糊料，處理不當(dāng)，就會(huì)污染成品料倉(cāng)，給監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)麻煩。

7 ABS樹(shù)脂模面切粒應(yīng)用

SAN 樹(shù)脂的生產(chǎn)在模面切粒上應(yīng)用較多，基于模面切粒工藝的特殊性和SAN 樹(shù)脂物料本身的特性，生產(chǎn)過(guò)程中的主要問(wèn)題是SAN 樹(shù)脂中夾帶的粉末較多。另外，水箱的選材標(biāo)準(zhǔn)上要改進(jìn)，如果選材標(biāo)準(zhǔn)偏低、材質(zhì)不夠厚、硬度不夠及長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，水箱里的滾筒容易變形，滾輪磨損較大、使用壽命會(huì)降低，帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)也會(huì)損壞，設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就需要停車(chē)維修，生產(chǎn)負(fù)荷會(huì)隨之調(diào)整，給生產(chǎn)上帶來(lái)很多麻煩，生產(chǎn)上的波動(dòng)也會(huì)帶來(lái)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，會(huì)產(chǎn)生大量不合格品，造成生產(chǎn)成本增加。由于ABS 樹(shù)脂的韌性比較大，所以在切刀選型上要不同于SAN 樹(shù)脂，通常會(huì)選用具有角度的斜刀，具體材質(zhì)要根據(jù)不同牌號(hào)來(lái)確定，對(duì)擠出機(jī)的要求是模頭入口壓力80～120bar，換網(wǎng)器入口壓力180～220bar，增壓泵入口壓力為正壓即可，一般同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)均可滿(mǎn)足。

8 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)ABS 樹(shù)脂的生產(chǎn)工藝路線(xiàn)，在工業(yè)化應(yīng)用中，選擇水下拉條切粒工藝的路線(xiàn)比較多，也比較成熟，但該切粒系統(tǒng)不是密閉的，會(huì)有一些不確定的因素而導(dǎo)致產(chǎn)品污染，工業(yè)化擠出機(jī)模頭板、水浴等因素也會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。水浴溫度太低容易使拉條出現(xiàn)空心或開(kāi)裂，溫度太高會(huì)使顆粒粘連。圓柱形顆粒，由于粒子間接觸面積更大，在風(fēng)送過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)粘連。模面切粒系統(tǒng)，可有效解決水下拉條切粒的弊端，但解決過(guò)多粉末的產(chǎn)生是模面切粒能否全面應(yīng)用在ABS 樹(shù)脂切粒的難點(diǎn)。

對(duì)于新建ABS 樹(shù)脂生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品質(zhì)量的好壞關(guān)系到企業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)品市場(chǎng)占有率，生產(chǎn)出高標(biāo)準(zhǔn)的ABS 樹(shù)脂是工作重點(diǎn)，優(yōu)化生產(chǎn)工藝技術(shù)，做好設(shè)備選型，降低操作人員的工作強(qiáng)度，是提高產(chǎn)品質(zhì)量的有利保障。