小本體聚丙烯共混改性造粒工藝的設(shè)計(jì)

王佳群

【摘?要】聚丙烯以其低密度、低價(jià)格、優(yōu)良的加工性能和良好的機(jī)械性能在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。此外，聚丙烯的缺點(diǎn)是低溫脆性大、成型收縮率高、機(jī)械強(qiáng)度低、耐熱性差。基于此，本文對(duì)小本體聚丙烯改性造粒工藝的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的論述。

【關(guān)鍵詞】小本體;聚丙烯;改性;造粒

聚丙烯是由丙烯單體聚合而成的熱塑性聚合物，具有高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高耐熱性、高耐磨性及低蠕變性，還具有良好的抗張強(qiáng)度、剛性、耐應(yīng)力、電絕緣性等優(yōu)異性能。因此，它已滲透于工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防和民用塑料制品等各個(gè)領(lǐng)域，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展及科技進(jìn)步不可缺少的基礎(chǔ)原料與重要物資。

一、聚丙烯概述

聚丙烯簡(jiǎn)稱PP，是丙烯通過(guò)加聚反應(yīng)而成的聚合物。系白色蠟狀材料，外觀透明而輕。化學(xué)式為（C3H6）n，密度為0.89～0.91g/cm3，易燃，熔點(diǎn)165℃，在155℃左右軟化，使用溫度范圍為-30～140℃。在80℃以下能耐酸、堿、鹽液及多種有機(jī)溶劑的腐蝕，能在高溫和氧化作用下分解。聚丙烯廣泛應(yīng)用于服裝、毛毯等纖維制品、醫(yī)療器械、汽車、自行車、零件、輸送管道、化工容器等生產(chǎn)，也用于食品、藥品包裝。

二、小本體聚丙烯粉料改性的必要性

用小本體聚丙烯生產(chǎn)的聚丙烯粉料平均粒徑為0.5mm，表觀密度為0.45～0.47g/cm3，熔融指數(shù)為0.4～0.8。在光、熱、空氣中氧的作用下易老化，產(chǎn)品質(zhì)量低，不便于儲(chǔ)存及后加工。在150℃下連續(xù)受熱0.5h會(huì)變質(zhì)，暴露在大氣中12h則發(fā)脆，在室內(nèi)存放120d也會(huì)變質(zhì)。因此，在加工成品前，聚丙烯粉料必須摻入相應(yīng)的添加劑，如抗氧劑、氯吸收劑等，以防止加工中變質(zhì)及對(duì)后加工設(shè)備的腐蝕。添加劑的摻入在造粒工序中完成。這樣能提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，方便儲(chǔ)運(yùn)。

聚丙烯在耐熱性、耐腐蝕性、電絕緣性和機(jī)械性能方面優(yōu)于聚乙烯，大多用于注塑成型，也可用于擠出及吹塑。然而，小本體聚丙烯不僅品種少、質(zhì)量差，而且存在許多缺點(diǎn)，如成型收縮大、低溫易脆裂、不易染色等。為了克服這些缺點(diǎn)，需對(duì)聚丙烯進(jìn)行共混改性處理，以增加品種，提高性能。例如，聚丙烯與乙-丙共聚物、聚異丁烯和聚丁二烯等共混均可改善低溫脆裂性;與尼龍共混可提高韌性、耐磨性、耐熱性和染色性;與乙烯-醋酸乙烯共聚物共混可提高抗沖擊強(qiáng)度、加工性、印刷性和耐應(yīng)力開(kāi)裂性。

三、聚丙烯共混改性的方法

1、聚丙烯與聚乙烯共混。聚丙烯與聚乙烯共混可提高其韌性，例如，摻入10～40%高密度聚乙烯的共聚物，在-20℃時(shí)，落球抗沖強(qiáng)度是聚丙烯的8倍以上，且加工流動(dòng)性提高，適用于大型容器的注射成型。通常，聚丙烯和聚乙烯共混物的預(yù)期性能可通過(guò)改變其共混比例來(lái)調(diào)節(jié)。聚乙烯的加入可提高聚丙烯的抗沖強(qiáng)度、剛度、耐磨性能。

2、聚丙烯與乙-丙共聚物共混。聚丙烯與乙-丙共聚物共混可提高聚丙烯的抗沖擊性能和低溫脆性。這種共聚物也稱為PP/EPR共混物。聚丙烯的另一種多元共混PP/PE/EPR具有較好的綜合性能，隨著共混比例和PP熔融指數(shù)的變化，共混綜合性能范圍也變得更廣。EPR改性PP廣泛應(yīng)用于容器和建筑防護(hù)材料的生產(chǎn)，例如，PP/EPR共混物可用于生產(chǎn)勞動(dòng)安全帽。

3、聚丙烯與順丁橡膠的共混。PP/BR共混物的韌性能得到顯著提高，例如，將小本體聚丙烯粉料（熔融指數(shù)0.4～0.8）與國(guó)產(chǎn)順丁橡膠（門尼值44）以100：15（重量比）的比例共混，共混物的常溫懸梁抗沖強(qiáng)度是PP的6倍以上，脆化溫度從31℃下降到8℃。PP/PE/BR共混物的擠出膨脹率也較小，說(shuō)明產(chǎn)品加工成型后尺寸穩(wěn)定，不易變形。因此，PP/PE/BR三元共混物用于生產(chǎn)韌性好、抗張強(qiáng)度高、撓曲強(qiáng)度高的管材。

4、聚丙烯與其它聚合物的共混。除上述三種共混體系外，聚丙烯還可與其它一些聚合物共混。如聚異丁烯（PIB）、丁基膠（IIP）、熱塑性彈性體（TE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）等。這些共聚物能滿足不同產(chǎn)品的性能要求，極大地拓寬了聚丙烯的應(yīng)用范圍。此外，PP/PE/EVA/BR具有優(yōu)異的韌性及60kg/cm2以上的抗沖強(qiáng)度。

四、聚丙烯共混改性造粒工藝流程

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)與小本體聚丙烯配套的有5kt/a共混改性造粒生產(chǎn)線，適合5kt/a小本體聚丙烯裝置，不太適合10kt/a聚合裝置。本文設(shè)計(jì)提出的系統(tǒng)適用于10kt/a聚合裝置，所有設(shè)備均可在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，集共混改性造粒于一體。共混改性造粒生產(chǎn)線主要由共混系統(tǒng)及造粒包裝系統(tǒng)兩部分組成。

1、共混系統(tǒng)。聚丙烯粉料由閃蒸釜卸料口經(jīng)氮?dú)庀到y(tǒng)送至造粒車間頂層旋風(fēng)分離器，分離出的聚丙烯粉料進(jìn)入聚丙烯貯倉(cāng)，輸送氣體進(jìn)入袋式除塵器，除去殘留的聚丙烯粉料，返回氮?dú)庀到y(tǒng)，殘留的聚丙烯粉料也通過(guò)旋轉(zhuǎn)給料閥進(jìn)入聚丙烯貯倉(cāng)。

在進(jìn)料室內(nèi)，人工將共混料放入進(jìn)料倉(cāng)，用負(fù)壓吸引將共混料吸入高處填料真空倉(cāng)，物料在重力作用下進(jìn)入混料貯倉(cāng)，混煉真空倉(cāng)由真空泵抽空。

添加劑被放入進(jìn)料室的進(jìn)料倉(cāng)，通過(guò)換向閥被吸入高處的添加劑真空倉(cāng)。添加劑在雙螺旋錐混料機(jī)中通過(guò)重力充分混合。添加劑真空倉(cāng)由真空泵抽空。

由聚丙烯貯倉(cāng)出的聚丙烯粉料及混合貯倉(cāng)出的混料進(jìn)入主配料秤計(jì)量，再通過(guò)螺旋給料機(jī)輸送到主混合機(jī)混合。

聚丙烯粉料、混料和添加劑按一定比例配比。在主混合劑中充分混合，混合均勻的混合料進(jìn)入中間貯料倉(cāng)，然后進(jìn)入造粒包裝系統(tǒng)的造粒主機(jī)。

2、造粒包裝系統(tǒng)。來(lái)自配混料系統(tǒng)中間貯料倉(cāng)的聚丙烯混合料經(jīng)分配閥進(jìn)入造粒機(jī)料斗，由水平螺旋加料裝置輸送至雙螺桿擠出機(jī)。在機(jī)筒內(nèi)被電加熱熔融，隨著雙螺桿同向旋轉(zhuǎn)切刀在軟化水中將擠出料條切粒。料粒和軟化水的混合物在壓力下進(jìn)入靜篩。料粒與軟化水分離，軟化水返回水箱循環(huán)使用。粒料進(jìn)入離心干燥機(jī)，干燥后的粒料進(jìn)入振動(dòng)篩篩分。合格粒料由鼓風(fēng)機(jī)送至粒料倉(cāng)，不合格粒料回收。倉(cāng)中的粒料進(jìn)入雙筒自流式包裝機(jī)，包裝后運(yùn)至成品庫(kù)。

造粒機(jī)主機(jī)內(nèi)的潤(rùn)滑油由潤(rùn)滑油泵驅(qū)動(dòng)，由潤(rùn)滑油冷卻器冷卻循環(huán)使用。造粒機(jī)主機(jī)快速換網(wǎng)由液壓泵帶動(dòng)。水箱中的熱軟化水由切粒液力泵打入切粒冷卻器冷卻，冷卻后的軟化水返回造粒機(jī)主機(jī)循環(huán)使用。潤(rùn)滑油冷卻器及切粒冷卻器由循環(huán)水冷卻。

五、共混改性造粒生產(chǎn)線的特點(diǎn)

1、利用真空泵吸引填料機(jī)添加劑，可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度及環(huán)境污染。聚丙烯閃蒸釜出來(lái)的粉料，采用正壓氮送方式直接送至造粒車間，填料及添加劑采用真空負(fù)壓輸送至高位貯倉(cāng)。氣體輸送自動(dòng)化程度高，減少環(huán)境污染及物料損失。進(jìn)料倉(cāng)內(nèi)設(shè)有磁鐵及濾網(wǎng)，可去除物料中的多余物，保護(hù)造粒機(jī)。

2、自動(dòng)化程度高。用可編程控制代替繼電器控制，能提高裝置的可靠性。

3、高精度電子秤用于配料稱量。配料部分采用電子秤稱量，精度高，量程改變方便。聚丙烯與填料共用一套稱量系統(tǒng)，減少設(shè)備數(shù)量，降低成本。

4、低速混合機(jī)有利于節(jié)能降耗。低速混合機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)功率小，物料在混合機(jī)中的溫升小，有利于造粒機(jī)進(jìn)料。

5、操作安全，解決了填料難題?；旌蠙C(jī)后設(shè)一中間貯料倉(cāng)，配有垂直進(jìn)料器，與主機(jī)水平螺旋加料器配合使用，從根本上解決堵料問(wèn)題。

6、采用先進(jìn)高效主機(jī)。因主機(jī)采用直流電機(jī)及可控硅整流系統(tǒng)，調(diào)速范圍寬、體積小、重量輕、效率高。

7、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，噪音低。采用行星齒輪減速器及三軸傳動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，噪音小。傳動(dòng)箱還用作潤(rùn)滑系統(tǒng)的油箱，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭連奎.小本體聚丙烯生產(chǎn)疑難問(wèn)題及其解決策略[J].合成樹(shù)脂及塑料，2015（05）.

[2]王慧卉 良國(guó)正.聚丙烯共混改性研究進(jìn)展[J].廣東化工，2014（23）.

（作者單位：克拉瑪依鑫通遠(yuǎn)化工有限公司）