大沽一、二期ABS裝置MG29沖擊差異原因分析及優(yōu)化試驗(yàn)

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(jìn)的乳液接枝本體SAN摻混專利技術(shù)，裝置分兩期建設(shè)，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(jí)ABS牌號(hào)，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(gè)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(dú)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(shè)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(tái)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(biāo)，缺口沖擊均超過企標(biāo)要求的31kJ/m2(ISO 180標(biāo)準(zhǔn)，23℃)，熔指為8～10g/10min（ISO 1133標(biāo)準(zhǔn),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(dá)到公司產(chǎn)品指標(biāo)，為解決此問題,設(shè)計(jì)了一系列試驗(yàn)，以找出問題根源并提高M(jìn)G29的沖擊性能。

1 主要原因查找試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方案

總體來看，一期產(chǎn)的HRG和SAN在一期擠出機(jī)上產(chǎn)MG29是合格的，二期產(chǎn)的HRG和SAN在二期擠出機(jī)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(biāo)來看未見明顯區(qū)別，但為確認(rèn)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(shè)計(jì)了表1所列的試驗(yàn)。

表1 MG29沖擊差異原因查找試驗(yàn)

1.2 試驗(yàn)情況

1號(hào)試驗(yàn)已由摻混一期于2011年10月的生產(chǎn)得到證實(shí)，2號(hào)試驗(yàn)已由摻混二期2012年9月的生產(chǎn)得到證實(shí)。3號(hào)試驗(yàn)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(gè)樣，測(cè)試結(jié)果見表2：

表2 MG29沖擊差異原因查找3#試驗(yàn)結(jié)果

沖擊＞31，判定結(jié)果合格。

4號(hào)試驗(yàn)，通過在摻混二期3線使用一期HRG和二期SAN生產(chǎn)MG29，測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 MG29沖擊差異原因查找4#試驗(yàn)結(jié)果

沖擊＜31，判定結(jié)果不合格。

5號(hào)試驗(yàn),通過在摻混二期6線使用二期SAN和二期HRG生產(chǎn)MG29，測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 MG29沖擊差異原因查找5#試驗(yàn)結(jié)果

沖擊＜31，判定結(jié)果不合格。

6號(hào)試驗(yàn),通過在摻混一期9線使用二期SAN和二期HRG生產(chǎn)MG29，測(cè)試結(jié)果見表5。

表5 MG29沖擊差異原因查找6#試驗(yàn)結(jié)果

沖擊＞31，判定結(jié)果合格。

1.3 試驗(yàn)結(jié)論

由以上試驗(yàn)結(jié)果可見，二期HRG在一期生產(chǎn)（使用一期SAN和一期擠出機(jī)）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(jī)）沒有問題，故排除SAN質(zhì)量問題，故主要問題認(rèn)為是二期擠出機(jī)系統(tǒng)的問題，為進(jìn)一步驗(yàn)證，使用二期SAN和二期HRG在一期擠出機(jī)生產(chǎn)MG29，測(cè)試同樣合格，故確認(rèn)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(gè)雙柱塞換網(wǎng)器，而試驗(yàn)時(shí)一二期使用的工藝參數(shù)均一樣，因此認(rèn)為是換網(wǎng)器的問題。結(jié)合廠家分析，認(rèn)為換網(wǎng)器的增加，導(dǎo)致高膠熔融ABS在擠出系統(tǒng)中停留時(shí)間顯著延長，而擠出機(jī)筒節(jié)溫度高達(dá)260℃，因此HRG容易分解，對(duì)MG29等高膠ABS牌號(hào)，因含有更多的HRG，換網(wǎng)器的影響較對(duì)普通ABS牌號(hào)更嚴(yán)重，這也是大沽通用注塑級(jí)417在一二期上生產(chǎn)時(shí)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(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

影響擠出系統(tǒng)的常見因素有換網(wǎng)器柱塞數(shù)、進(jìn)料量、螺桿轉(zhuǎn)速、筒節(jié)溫度、配方等，隨著這些變量變化，擠出機(jī)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(yàn)來摸索，因此設(shè)計(jì)以下試驗(yàn)以優(yōu)化MG29擠出條件，改善其沖擊：①試驗(yàn)柱塞數(shù)的影響、②試驗(yàn)進(jìn)料量的影響、③試驗(yàn)筒節(jié)溫度的影響、④試驗(yàn)螺桿轉(zhuǎn)速的影響、⑤試驗(yàn)配方的影響。

2.2 試驗(yàn)情況

2.2.1 試驗(yàn)柱塞數(shù)影響

第一次：擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)700RPM,3540 kg/h負(fù)荷,使用雙柱塞；第二次：擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)700RPM,3540 kg/h負(fù)荷,使用單柱塞。其它條件相同，每次試驗(yàn)取二個(gè)樣，共4組測(cè)試數(shù)據(jù)，見表6。

表6 換網(wǎng)器柱塞數(shù)對(duì)沖擊的影響試驗(yàn)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(guān)。為進(jìn)一步驗(yàn)證，將螺桿轉(zhuǎn)速改為650RPM，其它條件不變，再次試驗(yàn)單雙柱塞的影響，測(cè)試結(jié)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(yīng)用抗凝藥物期間告知患者密切觀察身上有無散在出血點(diǎn)，有無黑便，應(yīng)用軟毛牙刷，忌用力摳鼻。

表7 換網(wǎng)器柱塞數(shù)對(duì)沖擊的影響試驗(yàn)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(yàn)進(jìn)料量的影響

第一次：擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)700RPM,3540 kg/h負(fù)荷,使用雙柱塞；第二次：擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)700RPM,2480t/h負(fù)荷,使用單柱塞。其它條件相同，每次試驗(yàn)取二個(gè)樣，共4組測(cè)試數(shù)據(jù)，見表8。

表8 進(jìn)料量對(duì)沖擊的影響試驗(yàn)

可見在相同轉(zhuǎn)速下，進(jìn)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(yàn)筒節(jié)溫度的影響

表9 筒節(jié)溫度對(duì)沖擊的影響試驗(yàn)

由此可見,幾組沖擊都比較接近，溫度對(duì)沖擊的影響較小。

2.2.4 試驗(yàn)螺桿轉(zhuǎn)速的影響

第一次：擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)800RPM,3540 kg/h負(fù)荷,使用單柱塞；第二次：擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)600RPM,3540 kg/h負(fù)荷,使用單柱塞。其它條件相同，每次試驗(yàn)取二個(gè)樣，共4組測(cè)試數(shù)據(jù)，見表10。

表10 擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)沖擊的影響試驗(yàn)

由上表可見，進(jìn)料量一定的情況下，轉(zhuǎn)速適當(dāng)降低，扭矩升高，剪切加強(qiáng)，沖擊得到了提高。但轉(zhuǎn)速若太低，不利于物料在擠出機(jī)內(nèi)混合，沖擊會(huì)降低；若轉(zhuǎn)速太高，螺桿和物料間摩擦產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致HRG易分解，也會(huì)影響沖擊。

3.2.5 試驗(yàn)配方的影響

第一次：擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速600RPM,3540 kg/h負(fù)荷,使用單柱塞，配方為標(biāo)準(zhǔn)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(jī)螺桿轉(zhuǎn)速600RPM,3540 kg/h負(fù)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(yàn)取二個(gè)樣，共4組測(cè)試數(shù)據(jù)，見表11。

表11 配方對(duì)沖擊的影響試驗(yàn)

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(xiàn)報(bào)道[1]也是一致的（見圖1），這是因?yàn)镸G29中含膠約25%,在拐點(diǎn)處含膠量的微小改變對(duì)沖擊的影響較小。

圖1 ABS缺口沖擊強(qiáng)度與橡膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

通過上述系列試驗(yàn)，認(rèn)為對(duì)MG29產(chǎn)品，單柱塞、相對(duì)低的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速太低不利于分散混合，導(dǎo)致沖擊低）、高扭矩對(duì)提高其缺口沖擊是有利的，而配方的改變（幅度較小時(shí)）和溫度的改變對(duì)沖擊的影響較小，考慮到實(shí)際的擠出機(jī)扭矩波動(dòng)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(zhuǎn)速，單柱塞，扭矩在90%左右的生產(chǎn)負(fù)荷（3540kg/h左右）進(jìn)行生產(chǎn)，最終MG29沖擊可達(dá)到31以上。