連續(xù)密煉機(jī)在降解塑料中的應(yīng)用

饒樹德

（福建新迪集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361026）

0 引言

我司在上馬降解塑料生產(chǎn)線中，使用的是連續(xù)密煉機(jī)。該密煉機(jī)由南京永睿機(jī)械有限公司提供。該機(jī)為高產(chǎn)量高分散連續(xù)式雙轉(zhuǎn)子密煉機(jī)，是我司首次用在降解塑料生產(chǎn)線上。該設(shè)備在色母粒、填充母料、電纜、化學(xué)建材、功能母料等行業(yè)有過實(shí)際應(yīng)用，但很少應(yīng)用于降解材料。我司物料除PBS等顆粒料外，填充劑主要有竹粉需要分散在母料中。

目前，聚合物共混主要設(shè)備為單螺桿、雙螺桿擠出機(jī)和密煉機(jī)等。相比之下，單螺桿擠出機(jī)具有成本較低、結(jié)構(gòu)相對簡單、加工制造簡單等優(yōu)點(diǎn)，但混合能力較差；雙螺桿擠出機(jī)作為混煉設(shè)備，具有優(yōu)異的混合特性，但填充混合能力弱，能耗較高；密煉機(jī)在塑料混合方面應(yīng)用比較廣泛，但間歇式操作產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，能量利用不合理，單位產(chǎn)品能耗高。基于強(qiáng)混合的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)密煉造粒機(jī)不僅具有雙螺桿擠出機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)工作的優(yōu)勢還具備密煉機(jī)良好的混合優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中能夠發(fā)揮更好的節(jié)能效果，且對物料的填充、分散與混合能力更強(qiáng)。

1 連續(xù)密煉的基本原理

連續(xù)密煉機(jī)密煉工作腔形狀如圖1所示軸截面圖，它是由兩個相互平行的圓柱孔相貫而成。相貫部分的腔體為混合物的流動提供了空間。第一，采用基于高拉伸的強(qiáng)混合型轉(zhuǎn)子，這種轉(zhuǎn)子可以使連續(xù)密煉機(jī)中的塑料以離散狀態(tài)進(jìn)行熔融，從而極大的提高了傳熱系數(shù)增加了塑料熔融速度；第二，由于連續(xù)密煉機(jī)雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)內(nèi)部形成了能量耦合，使得混煉區(qū)與熔融區(qū)可利用混煉過程中產(chǎn)生的熔融耗散熱，進(jìn)而滿足固體樹脂熔融過程中對熱量的需求；第三，混煉效率經(jīng)由混煉場中高效的拉伸流動而獲得提升。這些原理極大的降低了混煉過程中的能量消耗[1]。

圖1 連續(xù)密煉機(jī)腔體

2 連續(xù)密煉機(jī)的結(jié)構(gòu)

在實(shí)際工作中，密煉機(jī)由加料段和混合段及出料段組成，如圖2所示。當(dāng)然混料區(qū)還可以增加，圖3為2個混料區(qū)的雙軸結(jié)構(gòu)。

圖2 單密煉段密煉機(jī)轉(zhuǎn)子

圖3 雙密煉段密煉機(jī)轉(zhuǎn)子

另外密煉機(jī)可以通過出料閥的調(diào)節(jié)控制產(chǎn)量和物料在密煉機(jī)里的停留時間（見圖4）。密煉機(jī)還可以采用帶襯套的密煉室，這樣可以針對物料性能選擇與物料相容的密煉室材質(zhì)（見圖5）。

圖4 出料閥

圖5 帶襯套的密煉機(jī)

3 工藝流程

以高效清潔化雙轉(zhuǎn)子連續(xù)密煉造粒機(jī)組成套生產(chǎn)裝置為核心主機(jī)的塑料共混加工過程的典型生產(chǎn)工藝流程，也是我司的生產(chǎn)流程（見圖6）。物料（包括各種粉料、粒料、添加劑等）經(jīng)過增重式計(jì)量秤計(jì)量后，進(jìn)入低速預(yù)混混合器混合。借助于失重計(jì)量秤，將混合后的物料以一定的比例和流率連續(xù)地加入到雙轉(zhuǎn)子連續(xù)密煉機(jī)中進(jìn)行混合，實(shí)現(xiàn)各組分的均勻分散[2-3]。熔融的物料通過出料口均勻流出并進(jìn)入到螺桿擠出機(jī)中建立足夠的壓力，通過模頭擠出，經(jīng)過造粒機(jī)切成所需要的顆粒，并經(jīng)過離心脫水機(jī)干燥，得到最終成品。

圖6 降解塑料生產(chǎn)流程圖

4 連續(xù)密煉機(jī)的主要參數(shù)及特點(diǎn)

4.1 連續(xù)密煉機(jī)的主要參數(shù)

雙轉(zhuǎn)子軸徑：102mm，工作長徑比：1∶10；

雙轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向：兩個轉(zhuǎn)子相對運(yùn)動，轉(zhuǎn)向如圖7所示；

轉(zhuǎn)速：0-600在此之間任意可調(diào)；

螺棱與軸非一體，采用的的是可拆結(jié)構(gòu)；

防錯控制系統(tǒng)通過對裝配結(jié)果的檢測可以有效地減少各個工作站的錯裝率，提高Rh，從而提高整個系統(tǒng)的可靠度。

我司使用的雙轉(zhuǎn)子為單個混煉區(qū)轉(zhuǎn)子；

電機(jī)功率：160KW。

該連續(xù)密煉機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。

圖7 連續(xù)密煉機(jī)軸向結(jié)構(gòu)示意圖

本設(shè)備的主要組成部分包括轉(zhuǎn)子、料筒以及卸料裝置。其中，設(shè)備料筒的混煉腔包含兩個相互貫通的、橫截面為∞形的孔。運(yùn)行時，混煉腔中的物料會經(jīng)由轉(zhuǎn)子進(jìn)行剪切、粉碎、捏合、以及混合。此外，料筒設(shè)備上配備有電加熱器和冷卻水孔，從而使系統(tǒng)能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝條件，對物料進(jìn)行冷卻或加熱操作。

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖3所示。根據(jù)功能可以劃分為加料段、混煉段和出料段。

轉(zhuǎn)子表面螺紋呈矩形狀，其加料段為一對雙螺桿，兩螺桿相互非嚙合，能夠?qū)⒂?jì)量加料機(jī)進(jìn)入的物料快速運(yùn)送到混煉段。轉(zhuǎn)子的混煉段裝設(shè)一對表面存在螺棱，其旋轉(zhuǎn)方向相反、轉(zhuǎn)動角度不一。與進(jìn)料段相連的螺棱將物料向前輸送，與出料段相連的螺棱則將物料向相反方向輸送[4]。物料在此被壓縮、熔融、剪切、伸展，從而最終被混煉與塑化；轉(zhuǎn)子的卸料段是橢圓形的，物料在此通過卸料口被排出料筒。卸料系統(tǒng)包括卸料門以及卸料調(diào)節(jié)裝置，生產(chǎn)運(yùn)行時，控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)卸料門開度來實(shí)現(xiàn)對混煉腔中物料的停留時間（見圖4）。將雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機(jī)與熱喂料雙螺桿擠出機(jī)組合在一起，構(gòu)成了一套具有連續(xù)混煉和擠出功能的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉造粒機(jī)組[5]。

4.2 連續(xù)密煉機(jī)的特點(diǎn)

連續(xù)密煉機(jī)與傳統(tǒng)的混合設(shè)備比較，具有以下特點(diǎn)：

（1）合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。運(yùn)用最新混煉理論，采用計(jì)算機(jī)全新設(shè)計(jì)的混煉段結(jié)構(gòu)，高拉伸混沌轉(zhuǎn)子構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)了在低溫下的高效混合，具有極強(qiáng)的填充混合能力，生產(chǎn)能力大；針對不同的生產(chǎn)工藝需求，合理采用多類轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)構(gòu)型的組合；剖分式料筒，清料方便快捷；雙階式布置，將機(jī)器的混煉功能與擠出功能分開，工藝適應(yīng)性廣，填充分散混合能力優(yōu)異；獨(dú)特設(shè)計(jì)的電加熱與閉路循環(huán)恒溫軟水冷卻系統(tǒng)，使得各段溫度的調(diào)節(jié)與控制更加靈活有效，并可以對混煉機(jī)轉(zhuǎn)子和擠出機(jī)螺桿的芯部分別進(jìn)行通水冷卻。

（2）可控變量多，萬用性好。在混煉機(jī)生產(chǎn)過程中，存在多個可以調(diào)節(jié)的參數(shù)，如加料速度的控制、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的控制、料筒溫度的控制以及卸料口開啟度的調(diào)節(jié)等。借助先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，能夠?qū)鞜挼恼麄€過程進(jìn)行動態(tài)實(shí)時性監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的快速性與高質(zhì)量性。

（3）填充混合效果強(qiáng)、生產(chǎn)過程穩(wěn)定、高效節(jié)能。專門設(shè)計(jì)的高拉伸混沌型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，賦予了設(shè)備極強(qiáng)的填充混合特性，可以在無低分子蠟的前提下實(shí)現(xiàn)超細(xì)無機(jī)填充顆粒在聚合物中的均勻分散，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，能耗低（同等工藝條件下，單位產(chǎn)品能耗較常規(guī)設(shè)備低30-50%）。

（4）維護(hù)方便。沒有復(fù)雜的推力軸承系統(tǒng)，操作、維護(hù)簡單方便，操作費(fèi)用低。料筒為剖分式結(jié)構(gòu)，清料方便徹底；轉(zhuǎn)子采用雙混煉段分段式結(jié)構(gòu)，拆卸轉(zhuǎn)子時無需拆卸軸承，維護(hù)、檢修快捷簡便。

（5）自動化程度高。全系統(tǒng)采用先進(jìn)的PCC集中控制，可以使設(shè)備的混合操作工藝始終處于最佳狀態(tài)；完善的聯(lián)鎖聯(lián)控，確保自動化、高效安全生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，徹底擺脫了人為失誤對生產(chǎn)過程的影響。實(shí)時操作工藝監(jiān)控記錄系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了操作參數(shù)的實(shí)時記錄、顯示和遠(yuǎn)程傳輸，為穩(wěn)定生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的控制提供了有力保障。

（6）混煉元件耐磨性能好。料筒混煉腔采用進(jìn)口硬質(zhì)合金鑲套，轉(zhuǎn)子采用優(yōu)質(zhì)氮化鋼制造，表面堆焊硬質(zhì)合金，解決了設(shè)備磨損的難題。

（7）切粒方式多樣化，可以適用不同工藝要求。本機(jī)組的造粒可以根據(jù)混煉物料選擇牽條切粒造粒設(shè)備、水下切粒造粒設(shè)備、風(fēng)冷熱切粒造粒設(shè)備與之配套。

5 應(yīng)用效果

我司應(yīng)用連續(xù)密煉機(jī)于降解塑料，根據(jù)產(chǎn)品要求，造粒前有3-6種物料（主要為粒料和粉料）經(jīng)由連續(xù)密煉機(jī)混合后直接進(jìn)入雙螺桿機(jī)造粒。其中2種粉料和2種粒料的產(chǎn)品，連續(xù)密煉機(jī)其主要工藝參數(shù)產(chǎn)能為300KG/HR時，腔內(nèi)溫度：145攝氏度，壓力為常壓。生產(chǎn)出的產(chǎn)品穩(wěn)定，符合質(zhì)量控制要求。

連續(xù)式密煉機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)：雙轉(zhuǎn)子連續(xù)密煉造粒機(jī)組技術(shù)應(yīng)用情況：與目前國內(nèi)常用的塑料混煉方法對比，單位產(chǎn)品能耗降低30%～50%，粉塵排放量降低90%～95%，減少有害異味氣體排放量。節(jié)能環(huán)保效益良好。

6 結(jié)語

綜上所述，基于強(qiáng)混合的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)密煉造粒機(jī)組及相關(guān)的高效連續(xù)混煉技術(shù)，不僅具備密煉機(jī)優(yōu)異的混合特性同時兼顧了雙螺桿擠出機(jī)可持續(xù)工作的特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于橡塑加工行業(yè)。該技術(shù)在提高共混塑料制品性能的同時，不僅可以大幅度降低現(xiàn)有橡塑加工過程中的能耗和運(yùn)行成本，還能有效提高自動化程度和生產(chǎn)效率，改善車間環(huán)境，有效粉塵排放量減少95%以上，推廣前景廣闊。