熔體齒輪泵在丁基密封膠生產中的應用

趙 輝

（科梅林（南京）新材料有限公司，江蘇 南京 210061）

熔體齒輪泵在丁基密封膠生產中的應用

趙 輝

（科梅林（南京）新材料有限公司，江蘇 南京 210061）

通過增加熔體齒輪泵，增大擠出壓力，以改進丁基密封膠的傳統灌裝工藝，節約了灌裝時間，降低了能源消耗，提高了灌裝精度，對操作員的職業健康起到了幫助作用。

丁基密封膠；熔體泵；效率

丁基密封膠是一種熱塑性彈性體，具有優異的水蒸氣滲透阻隔性、出色的惰性氣體保持率，卓越的耐老化和耐熱性，可以在中空玻璃雙道密封中作為第1道密封膠使用[1，2]。由于其不含化學溶劑和低分子化合物，使用過程無VOC排放，自動化程度較高，屬于環境友好型膠粘劑，故近年來的市場需求一直持續增長。然而丁基熱熔膠的黏度較大，且流動性較差，造成灌裝過程緩慢，桶與桶之間的灌裝誤差也相差較大。本研究通過增加熔體齒輪泵，增大擠出壓力，改進了丁基膠的傳統灌裝工藝，節約了灌裝時間，降低了能源消耗，提高了灌裝精度，對操作人員的職業健康也大有裨益。

1 熔體齒輪泵

熔體齒輪泵在國內主要用在聚酯、化纖、紡織以及塑膠等化工領域，在塑料或化纖等高黏度聚合物生產過程中，通常將熔體齒輪泵與擠出機配合使用，在熔體輸送過程中起到熔體增壓作用[3]，有效地減少了出料的波動和不穩定型。在聚合物生產線中引入的熔體增壓系統通常包括3部分：熔體齒輪泵的泵頭以及減速電機驅動的機械系統，輔助加熱控制系統和計量擠出控制系統。其中輔助加熱分為保溫夾套和電加熱棒加熱；控制系統通常采用PLC控制模式，可以對壓力、溫度和流量等進行全面的控制，優化的人機互動界面可以有效保障設備運行的平穩和操作；熔體齒輪泵的泵體是整個系統的核心，齒輪泵的材質、密封以及可耐用性直接決定了生產的穩定和效率。

熔體齒輪增壓泵頭主要由泵體、主從動齒輪，滑動密封和軸封等部件構成，通過主從動齒輪的相互嚙合造成工作容積變化來輸送熔體或高黏度熔體，齒輪嚙合旋轉，從捏合機或者擠出機的擠出段吸入熔體，將熔體加壓后從泵的出口擠出，完成對熔體增壓、計量和輸送[4]。圖1為熔體齒輪泵的機械結構圖。

圖1 熔體齒輪泵的機械結構圖Fig.1 Mechanical structure of melt gear pump

2 熔體泵灌裝工藝

中空玻璃丁基密封膠是以聚異丁烯﹑丁基橡膠以及增黏樹脂為主體，炭黑及碳酸鈣等顏填料為補強劑，通過捏合機在200 ℃左右混合擠出而制得。整個生產過程中不添加液體原材料，無VOC排放，成品為100%固體產品。

傳統的丁基膠的制造過程包括配料，捏合機剪切分散到均一穩定狀態，通過換網器，后面連接灌裝機。由于丁基密封膠自身黏度較大，輸送管路越長、灌裝壓力衰減越明顯，加上需要通過換網器，導致最終灌裝口的壓力偏小，且不穩定。

新的生產工藝是在捏合機和換網器之間增加熔體齒輪增壓泵，并將增壓泵擠出控制系統與捏合機和灌裝機聯動，通過灌裝機的操作平臺控制捏合機和熔體泵。圖2為新型丁基密封膠生產工藝圖。

圖2 新型丁基熱熔膠生產工藝圖Fig.2 Improved production process of butyl hot-melt sealants

3 丁基密封膠新舊生產工藝效果比較

以容積為900 L的捏合機、每批次生產量為800 kg，單桶灌裝質量為7 kg的密封膠為例，通過對齒輪泵引入前后對灌裝時間，產品灌裝誤差等指標進行對比，結果如表1所示。系[5]，這是基于熔融流體是不可壓縮的，熔體泵的輪齒和熔體不能同時占據同一空間，輪齒的不斷嚙合為熔體泵出口提供了連續排

表1 丁基密封膠生產新舊工藝效果比較Tab.1 Comparison of butyl hot-melt sealants production processes before and after improvement

4 熔體齒輪泵轉速與流量的關系

熔體齒輪泵的轉速與流量基本呈線性關量，熔體泵的理論流量QT等于泵的排量乘以轉速，但鑒于泵的齒輪與泵體存在間隙，泵進出口壓力差較大，熔融態的彈性體在高溫下黏度變小，熔體泵后端的換網器是否堵塞等因素會造成泵的泄露[6]，因而導致實際容積效率略小于1。圖3為轉速與流量的對比圖。

圖3 熔體齒輪泵轉速與流量的對比圖Fig.3 Comparison digram of rotating speed and flux of melt gear pump

丁基密封膠灌裝過程完畢后，需要再經紙管頂部壓離型膜、紙管貼標簽和成品碼放等工序，流量以700～1 000 kg/h為宜，對應的轉速區間在65～90 r/min之間，熔體泵的容積效率為95%左右。

5 熔體泵選型注意事項

因為熔體泵一直在高溫高壓下輸送高黏度和高強度熔體，因此，首先需要考慮的是傳送的密封膠彈性體不能腐蝕到泵體（傳動軸，軸承和泵殼）；其次丁基密封膠的高粘性和高黏度導致增壓擠出的壓力非常高，傳動軸和軸承要具有優異的耐磨和耐壓性能；其次就是熔體泵具有自潤滑功能，通過輸送的高黏度物流來潤滑，泵體的密封性要好。

熔體齒輪泵的引入提高了丁基密封膠的灌裝壓力和灌裝精確度，生產效率明顯提升，在節能和職業安全方面也有明顯的優勢，在丁基密封膠以及類似熱熔膠產業中有了更廣闊的發展前景。

[1]黃應昌,呂正蕓.彈性密封膠與膠黏劑[D].北京:化學工業出版社,2003,9,586-589.

[2]趙輝.非金屬暖邊系統在中空玻璃行業的應用和發展[J].化工時刊,2016,30(9),38.

[3]鄭德.熔體增壓泵在工程設計選型中需要考慮的幾點工況[J].合成纖維,2014,43(12):45-46.

[4]劉永紅,熊偉.熔體齒輪泵國產化的探討[J].聚酯工業,2003,16(3):12-14.

[5]崴特泵業(上海)有限公司公司,擠塑機用計量齒輪泵,2014.5.

[6]董奇.熔體齒輪泵的設計研發與機理研究[D].北京:北京化工大學,2007,12-13.

Abstract：The melt-pump was introduced to the butyl hot-melt sealants discharging process, the new process showed higher efficiency and the filling time was saved by virtue of the increased extruding pressure, meanwhile, the energy cost was reduced, together with better filling accuracy and process safety.

Key words：butyl hot-melt sealant; melt-pump; efficiency

Application of melt gear pump in production of butyl hot-melt sealants

ZHAO Hui
(Koemmerling (Nanjing) Advanced Materials Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu 210061, China)

TQ436+.6

A

1001-5922（2017）08-0052-03

2017-03-06

侯露沙（1989-），女，化學師。研究方向：水性、油性壓敏膠的應用。E-mail：Lusha.Hou@azchem.com。

石一峰。E-mail：yifeng.shi@kraton.com。