杜賞（上海金發(fā)科技發(fā)展有限公司，上海 201714）

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捏合塊錯列角對滑石粉填充聚丙烯加工的影響

杜賞
（上海金發(fā)科技發(fā)展有限公司，上海 201714）

摘要：采用雙螺桿擠出機制備滑石粉填充聚丙烯，研究了特定部位捏合塊錯列角的變化對加工過程的影響。結果表明，改變捏合塊錯列角，最大喂料量可以從900 kg/h增加到2 500 kg/h，提高了177%，且降低能耗，排氣正常，生產(chǎn)穩(wěn)定。

關鍵詞：捏合塊；錯列角；排氣；喂料；扭矩；電流

滑石粉填充聚丙烯（PP）可以提高PP的硬度、抗沖擊力、剛性、耐化學藥品性、耐蠕變性、熱變形溫度，降低熱膨脹系數(shù)和產(chǎn)品成本，改善PP的工藝性能，已經(jīng)在汽車制造中大規(guī)模應用，例如空調(diào)外殼、汽車儀表板、立柱護板、內(nèi)門板、大燈托架、內(nèi)后視鏡殼等部件［1-4］。嚙合同向雙螺桿擠出機是PP造粒過程中常用的設備之一，其螺桿和機筒采用組合式設計，操作靈活，可以根據(jù)不同物料的要求，通過對有限種類和數(shù)量的螺紋元件和螺筒進行排列組合，優(yōu)化設計，具有很大的適應性［5-6］。

設備的各項技術水平及性能的提高是以增大生產(chǎn)能力、降低能耗、提高可靠性為目的，企業(yè)對現(xiàn)有設備進行技術改造，提高產(chǎn)量和工藝適應性，滿足生產(chǎn)需求，提高現(xiàn)有裝備的利用率，對提高經(jīng)濟效益有重要的意義［7-8］。筆者通過研究雙螺桿擠出機特定部位捏合塊錯列角的變化對滑石粉填充PP加工的影響，改善滑石粉加入時的排氣問題，提高了產(chǎn)能，降低了能耗，穩(wěn)定了生產(chǎn)。

1 實驗部分

1.1 主要原料

PP：中國石油蘭州石化公司；

聚烯烴彈性體（POE）：日本三井化學公司；

聚乙烯（PE）：中國石油蘭州石化公司；

滑石粉：5 μm （3 000目），遼寧北海實業(yè)（集團）有限公司；

其它助劑：市售。

1.2 實驗設備

同向雙螺桿擠出機：ZE75A×48D-UTX型，德國貝爾斯托夫公司；

計量秤：DDW-MS6FW80/5plus-200ISC（MIC）型，布拉本達技術（北京）有限公司。

本研究中黃連、黃芩、黃柏、梔子中化合物的OB和DL篩選閾值分別為OB≥30%、DL≥0.18。通過篩選，168個化合物中有66個符合條件。另外，通過文獻檢索發(fā)現(xiàn)4味中藥可能含有一些藥效成分，其OB值與DL值小于篩選條件而被系統(tǒng)刪除，考慮其潛在意義，故也將其中11個化合物納入，共77個作為候選化合物。

1.3 試驗方法

（1）捏合塊錯列角介紹。

捏合塊在螺桿組合中可以對物料起到混合分布作用，這是由于剪切片和機筒之間會形成若干分隔開的槽型通道，物料從捏合塊上一個剪切片流入下一個剪切片，物料會分流，各股料流會反復分流、換位和匯合、回流，從而提高物料表面更新能力和接觸界面，使物料得到混合［9］。

圖1為幾種典型捏合塊示意圖。捏合塊的錯列角不同，則對物料的輸送、混合和剪切能力不同，捏合塊錯列角沿螺桿旋轉方向小于90°，為正向捏合塊（如圖1a，上一個剪切片按螺桿旋轉方向旋轉45°到下一個剪切片），此類捏合塊將推進物料沿著螺桿前進，正向輸送能力較強；中性捏合塊相鄰兩個剪切片的夾為90°（圖1b），不具備輸送能力，依靠正向輸送的螺紋塊將物料輸送到此捏合塊，并迫使物料越過繼續(xù)向前輸送；捏合塊錯列角沿螺桿旋轉方向大于90°，稱為反向捏合塊，如圖1c，上一個剪切片沿螺桿旋轉方向旋轉135°（反方向旋轉45°）到下一個剪切片，此類捏合塊阻礙螺紋塊沿著螺桿前進，形成反壓，導致順流螺槽填充程度增加形成局部高壓和高剪切，回混作用強。隨著剪切片錯列角的增大，捏合塊對物料的分散混合能力提高［9］。

圖1 幾種典型捏合塊示意圖

螺筒開口布局見圖2，其中滑石粉經(jīng)側喂料機，從側喂料機接入口喂入。

圖2 螺筒布局示意圖

（3）捏合塊排列。

實驗將5個單片剪切片以相同的角度錯列固定組合成一個捏合塊，然后調(diào)整Ⅰ，Ⅱ處兩個捏合塊的錯列角，調(diào)節(jié)喂料，其它工藝均不改變的條件下，進行實驗，其排列組合見表1。

（4）加工過程。

表1 四種捏合塊組合1）

按照PP，POE，PE，滑石粉及其它助劑質量分數(shù)分別為56%，18%，11%，12%，3%稱取原料。將PP，POE，PE，其它助劑預混合后，經(jīng)過計量秤計量從主喂料下料口喂入，滑石粉通過計量秤計量后，經(jīng)側喂料機強制喂入擠出機，物料中的夾氣通過主喂料下料口、側喂料排氣口、側喂料機接入口、自然排氣口、真空口排出，物料經(jīng)過雙螺桿擠出機混合后通過模頭，經(jīng)拉條、水冷、風干、切粒、過篩后得到成品。

1.4 試驗表征

研究四種捏合塊組合下加工過程中的以下參數(shù)變化：（1）側喂料排氣口、側喂料機排氣口、自然排氣口的排氣和滑石粉堆積情況；（2）扭矩、電流；（3）最大喂料量。

2 實驗分析與討論

2.1 不同捏合塊錯列角對排氣的影響

表2示出不同捏合塊錯列角下的加工情況?；壑袏A有一定的氣體，其粒徑越小，夾雜的氣體越多，且越難排出，滑石粉喂入越多則需要排出更多的氣體。氣體從壓力最小、距離最近的排氣口排出，當滑石粉沒有和樹脂完全混合的情況下，氣體則帶著滑石粉從壓力小的開口處排出。由表2可以看到，側喂料機接入口的排氣量為：1#＜2#＜3#＜4#，側喂料排氣口排氣量為：1#＞2#＞3#＞4#；自然排氣口的排氣量為：1#＜2#＜3#＜4#。這是因為同厚度下，捏合塊錯列角135°，90°，45°的平均回流系數(shù)依次降低，物料前進的阻力依次降低，輸送能力依次提高［9-10］，由此分析，在1#組合下，當滑石粉從側喂料機強制喂入擠出機后，隨著螺桿往前輸送，碰到兩個反向捏合塊，阻力非常大，很難跨越阻力繼續(xù)前行，氣體回流，所以自然排氣口只是冒出極少量的熱氣，由于氣體受到反沖力度非常大，只有非常少的氣體從旁邊的側喂料機接入口溢出，而大量的氣體從壓力最小的側喂料排氣口排出。當喂料稍微開大時，氣體含量增加，此時滑石粉遇到兩個反向捏合塊則阻力非常大，大部分無法越過，無法全部喂入擠出機，于是在側喂料機中不斷堆積，氣體則帶著未與樹脂融合的滑石粉從側喂料排氣口噴出。和1#組合相比，捏合塊錯列角135°/90°的組合比135°/ 135°的組合平均回流系數(shù)小，阻力變小，所以當部分氣體到此處遇阻力時，會越過阻力往前輸送，所以自然排氣口噴出的氣體量增大，而側喂料排氣口排出的量相對減少，側喂料機接入口由于喂料通暢，回流的氣體沖力變小和速度變慢而溢出更多的氣體。當喂料開大到一定程度，側喂料排氣口和側喂料機接入口無法排出所有的氣體時，滑石粉不能完全喂入擠出機，則不斷在側喂料機中堆積，氣體則會帶著未和樹脂相容的滑石粉從阻力最小的側喂料排氣口噴出。和2#組合相比，3#捏合塊組合為45°/90°，則阻力繼續(xù)減小，回流系數(shù)繼續(xù)減小，回流的氣體沖力繼續(xù)變小，所以自然排氣口的排氣量繼續(xù)增加，側喂料排氣口的排氣量相對減小，側喂料機接入口的排氣量也繼續(xù)增加。和3#組合相比，4#捏合塊組合為45°/45°，阻力更小，回流系數(shù)也大大減小，在擠出機中前進的一大部分氣體越過捏合塊從壓力小的自然排氣口排出，但捏合塊剪切片間的錯列角仍然能阻擋氣體的前進，所以仍然有部分氣體回流，從側喂料排氣口排出，由于回流時的動力減小，速度變慢，所以會有更多的氣體從距離近的側喂料機接入口溢出；而當喂料開大到一定程度時，回流的氣體增加到一定程度，滑石粉又會在側喂料機中堆積，側喂料機接入口排氣量減小，側喂料排氣口返出滑石粉。

表2 不同捏合塊錯列角下的加工情況

2.2 不同捏合塊錯列角對產(chǎn)能和能耗的影響

圖3示出在產(chǎn)能為1 100 kg/h下不同捏合塊錯列角時的扭矩和電流，此時1#組合生產(chǎn)無法進行，側喂料機無法喂入滑石粉，側喂料排氣冒滑石粉。

由圖3可以看出，在同樣的產(chǎn)能情況下，扭矩和電流均是2#＞3#＞4#，由此說明2#，3#，4#能耗依次降低。其原因為：相同厚度的情況下，捏合塊角度的剪切力為135°＞90°＞45°［10］。2#捏合塊組合為135°/90°，3#捏合塊組合為45°/90°，4#捏合塊組合為45°/45°，剪切力不斷減弱，所以能耗不斷降低。

圖3 不同捏合塊錯列角下的扭矩和電流

圖4為不同組合下可以順利生產(chǎn)的最大喂料量。由圖4可以看出，1#，2#，3#，4#的最大喂料量依次增大，而且增大幅度越來越大。究其原因，實驗的最大喂料量制約于滑石粉能否順利加入到筒中去，并與PP基體樹脂相融合，在螺筒中順利輸送向前，不返粉，所以關鍵因素為螺桿的輸送能力。由于捏合塊錯列角的回流系數(shù)135°＞90°＞45°［10］，所以1#，2#，3#，4#捏合塊錯列角的組合輸送能力不斷增加，從而最大喂料量不斷增加。

圖4 不同捏合塊錯列角下的最大喂料量

3 結論

通過變換特定部位的捏合塊錯列角（自然排氣口前的兩個捏合塊），發(fā)現(xiàn)此特定部位的捏合塊錯列角對加工影響很大：捏合塊組合由135°/135°改為45°/45°的過程中，最大喂料量可以提高177%，并且排氣正常，能耗降低，生產(chǎn)穩(wěn)定。

參 考 文 獻

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聯(lián)系人：杜賞，工程師，主要從事改性塑料加工工藝研究與開發(fā)

Influence of Staggering Angle of Kneading Blocks on Process of Polypropylene Filled with Talcum Powder

Du Shang
（Shanghai Kingfa Sci & Tech Co.Ltd.， Shanghai 201714， China）

Abstract：Polypropylene composite filled with talcum powder was prepared with a co-rotating twin screw extruder，and the influence of staggering angle of kneading blocks on the process was studied.The results show that changing the angle of kneading blocks can raise max feeding 177% from 900 kg/h to 2 500 kg/h，and it can keep exhausting well，energy consumption reducing，production stability.

Keywords：kneading blocks；staggering angle；exhausting；feeding；torque；current

中圖分類號：TQ320.66

文獻標識碼：A

文章編號：1001-3539（2016）01-0068-04

doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2016.01.015

收稿日期：2015-10-19