李歆(萬華化學(xué)集團股份有限公司，山東 煙臺 264000)

0 引言

ABS 樹脂即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是一種兼有丙烯腈剛性、丁二烯韌性和苯乙烯易加工性能的熱塑性工程塑料，廣泛應(yīng)用在電子、電器、汽車、建筑等方面。ABS 樹脂工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)比較成熟，其中乳液接枝-本體SAN 摻混技術(shù)普遍采用，由聚丁二烯膠乳(PBL)單元、高橡膠接枝(ABS 接枝)單元、苯乙烯-丙烯腈聚合(SAN)單元、摻混單元組成。

摻混單元生產(chǎn)最終ABS 樹脂成品，在工業(yè)化裝置中以水下拉條切粒為主，該切粒技術(shù)比較成熟，生產(chǎn)的圓柱型ABS 樹脂市場占有率比較高，但系統(tǒng)不是完全密閉，模頭處會產(chǎn)生模頭尾氣，擠出機長時間運轉(zhuǎn)，模頭孔處會產(chǎn)生異色雜質(zhì)并隨拉條進入切粒系統(tǒng)，污染最終成品而造成ABS 樹脂異色點偏高。為此，追求新技術(shù)創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝?yán)砟睿a(chǎn)出高品質(zhì)ABS 樹脂是我們的努力方向。

1 切粒技術(shù)的流程及原理

1.1 水下拉條切粒的流程及原理

如圖1 所示，水下拉條切粒系統(tǒng)的主要設(shè)備包括模頭、導(dǎo)流槽、切割室、后冷卻段以及干燥機、振動篩、水系統(tǒng)，導(dǎo)流槽長度在SAN 切粒、ABS 切粒的應(yīng)用中一般為3m 設(shè)計。

圖1 水下拉條切粒流程

水下拉條切粒的工作原理是，熔融物料通過模頭后以料條的形狀進入導(dǎo)流槽進行冷卻，工藝水一般為40～60℃左右。當(dāng)料條冷卻到一定溫度后，通過切割室的上下喂入輥將料條喂入切割室，靠動刀進行切割成粒子，粒子通過后冷卻段冷卻后，被送入干燥機干燥，經(jīng)過振動篩篩分，最終合格物料送入料倉，為下游的處理做準(zhǔn)備。

1.2 模面切粒的流程及原理

如圖2 所示，在模面切粒技術(shù)中，該切粒系統(tǒng)主要包括如下設(shè)備：換向閥、切割室、模板、帶驅(qū)動系統(tǒng)的切粒機、冷卻管道以及包含水系統(tǒng)的干燥機、振動篩等。隨著單線產(chǎn)能的不斷提高，目前應(yīng)用在SAN 切粒和ABS 切粒生產(chǎn)中的切粒機最大產(chǎn)能高達(dá)10000kg/h 以上。

圖2 模面切粒流程

模面切粒系統(tǒng)主要工作原理，即物料通過釜底泵或齒輪泵輸送到開車閥和切割室，物料在熔融狀態(tài)下被帶有驅(qū)動的切粒機動刀切割，之后粒子在工藝水中冷卻，工藝水一般為40～60℃，粒子被工藝水送至干燥機進行干燥，工藝水自循環(huán)到水系統(tǒng)進行過濾，換熱后重新回到工藝系統(tǒng)循環(huán)利用。

2 切粒的構(gòu)造

2.1 水下拉條切粒的構(gòu)造

水下拉條切粒生產(chǎn)的產(chǎn)品呈圓柱形粒子，生產(chǎn)過程中料條需要冷卻至一定硬度才可以切割，否則內(nèi)部溫度偏高、粘度低，有可能出現(xiàn)纏刀，切不斷的連粒或料條容易出現(xiàn)粘連現(xiàn)象。切粒機排布占地大，導(dǎo)流槽3m，后冷卻段盤旋長度3～5m，干燥機、振動篩總占地約12～15m。粒子切割時有一定硬度，圓柱形粒子有倒角/棱角，粒子與粒子之間接觸為點對面、面對面等多種接觸方式，連粒或不規(guī)則粒子含量偏多。干燥和粒子冷卻過程中，粒子和管道設(shè)備、干燥機接觸，棱角處容易產(chǎn)生粉塵。料條在模頭孔處有可能出現(xiàn)牙簽料、細(xì)粒。圓柱形粒子比表面積相對較小，粒子模頭處需要安裝單體吸單設(shè)備，以確保無單體揮發(fā)而造成環(huán)境污染。更換模頭時需要停車，更換切刀、定刀、上下喂入輥時需要排廢，更換時間需要15～20min。水下拉條切粒應(yīng)用相對普遍，操作工熟練程度大。

2.2 模面切粒的構(gòu)造

模面切粒生產(chǎn)的產(chǎn)品呈圓形或橢圓形粒子，生產(chǎn)過程是高溫切割，粒子表面迅速冷卻，內(nèi)部熱量可以用于粒子自身干燥，對工藝水溫度要求不高。切粒機本身占地面積小，充分利用空中空間完成冷卻管道排布，總占地空間可降至3～6m。設(shè)備可安裝在不同樓層，避免直線排布以節(jié)約空間。粒子在熔融狀態(tài)下切割，表面迅速冷卻后在冷卻管道、干燥機內(nèi)輸送。圓形或橢圓形粒子接觸方式為點對點接觸，粒子在輸送過程中和管道、干燥機的接觸沒有棱角，產(chǎn)生粉塵的可能性降低，粉塵含量大約降低10%～15%，粒子為熱態(tài)切割且粉塵低，干燥機出口可以不安裝旋風(fēng)分離器。模面切粒系統(tǒng)為密閉系統(tǒng)，無需安裝吸單設(shè)備，對環(huán)境無污染，同時不需要額外的輔助廢氣處理設(shè)備，在某種程度上對設(shè)備投資和環(huán)境保護有重要改進。更換模板、更換刀片可能需要少量排廢。更換模板時間為15～30min，更換刀片時間在5min 左右。

3 模面切粒操作優(yōu)勢

通常水下拉條切粒需要多名操作工開機，模頭處極易斷條，模面切粒開機只需要一名操作工，并且一旦開機成功后設(shè)備運行穩(wěn)定性要高很多，基本無異常停機。水下拉條切粒和模面切粒都有非常高的自動化程度。水下拉條切粒相對于模面切粒來說，常用備件的壽命可能要稍短一些，模頭孔在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生雜色物質(zhì)，這就需要操作人員定期停掉生產(chǎn)線，對模頭板進行更換，會造成原料上的損耗，增加生產(chǎn)成本，操作人員更換備件頻率可能會稍高一些。

4 模面切粒產(chǎn)品優(yōu)勢

水下拉條切粒生產(chǎn)過程中，動刀切割的條形物料已經(jīng)具有一定硬度，極易產(chǎn)生粉塵，而模面切粒則是由刀片切割模頭處的熔體而成，切粒時產(chǎn)生的粉塵量較水下拉條切粒要少很多；圓形粒子的堆積密度更大，粒子間接觸面積更小，產(chǎn)生更少的粉屑，同樣質(zhì)量體積更小，圓形粒子表面光滑，更易于輸送。圓形粒子較水下拉條切粒后的圓柱形粒子，沒有棱角，所以在互相摩擦?xí)r不易產(chǎn)生粉塵，而水下拉條切粒的圓柱形粒子容易產(chǎn)生粉塵，由于表面是球形，在下游工藝對粒子熔融時速度更均勻，使用的能力也越少。具體對比如表1 所示。

表1 水下拉條切粒和模面切粒對比

5 模面切粒的成本優(yōu)勢

模面切粒的刀片成本非常低，因為其刀片材質(zhì)普通，硬度要求也不高，模面切粒的模頭使用完后可以返修，大大節(jié)約了成本。

模面切粒水箱的材質(zhì)要選用加厚的材質(zhì)，這樣水箱不易變形，滾輪的磨損也會降低，后期不需要過多的維護成本。

6 ABS樹脂水下拉條切粒應(yīng)用

在水下拉條切粒系統(tǒng)中，ABS 熔融物料經(jīng)擠出機、模頭擠出后成為拉條，后經(jīng)水下拉條切粒機切粒，經(jīng)干燥器干燥，之后在粒子篩上進行篩分。在日常生產(chǎn)中絕大部分的ABS 顆粒會通過粒子篩進入成品料倉，但會有尺寸不合格的粒子被分離出來，一般以長條料、粘連料、斜切口料居多，這些不合格品一旦混入合格品中就會造成下游客戶的投訴，給公司品牌帶來負(fù)面影響。

為了減少不合格品的產(chǎn)生，生產(chǎn)裝置大多會定時更換切粒機壓輥和切刀，更換擠出機模頭板，這些操作都需要停掉生產(chǎn)線來完成，每次開停車的費用也很大，產(chǎn)生的開車料也很多，也增加了操作工的勞動強度，從而增加了生產(chǎn)成本。另外，擠出線剛開車初期，模頭板兩側(cè)拉條還會帶有糊料，處理不當(dāng)，就會污染成品料倉，給監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量帶來麻煩。

7 ABS樹脂模面切粒應(yīng)用

SAN 樹脂的生產(chǎn)在模面切粒上應(yīng)用較多，基于模面切粒工藝的特殊性和SAN 樹脂物料本身的特性，生產(chǎn)過程中的主要問題是SAN 樹脂中夾帶的粉末較多。另外，水箱的選材標(biāo)準(zhǔn)上要改進，如果選材標(biāo)準(zhǔn)偏低、材質(zhì)不夠厚、硬度不夠及長時間運轉(zhuǎn)，水箱里的滾筒容易變形，滾輪磨損較大、使用壽命會降低，帶動滾筒轉(zhuǎn)動的電機也會損壞，設(shè)備不能正常運轉(zhuǎn)，就需要停車維修，生產(chǎn)負(fù)荷會隨之調(diào)整，給生產(chǎn)上帶來很多麻煩，生產(chǎn)上的波動也會帶來產(chǎn)品質(zhì)量的影響，會產(chǎn)生大量不合格品，造成生產(chǎn)成本增加。由于ABS 樹脂的韌性比較大，所以在切刀選型上要不同于SAN 樹脂，通常會選用具有角度的斜刀，具體材質(zhì)要根據(jù)不同牌號來確定，對擠出機的要求是模頭入口壓力80～120bar，換網(wǎng)器入口壓力180～220bar，增壓泵入口壓力為正壓即可，一般同向嚙合雙螺桿擠出機均可滿足。

8 結(jié)語

針對ABS 樹脂的生產(chǎn)工藝路線，在工業(yè)化應(yīng)用中，選擇水下拉條切粒工藝的路線比較多，也比較成熟，但該切粒系統(tǒng)不是密閉的，會有一些不確定的因素而導(dǎo)致產(chǎn)品污染，工業(yè)化擠出機模頭板、水浴等因素也會影響產(chǎn)品質(zhì)量。水浴溫度太低容易使拉條出現(xiàn)空心或開裂，溫度太高會使顆粒粘連。圓柱形顆粒，由于粒子間接觸面積更大，在風(fēng)送過程中也會出現(xiàn)粘連。模面切粒系統(tǒng)，可有效解決水下拉條切粒的弊端，但解決過多粉末的產(chǎn)生是模面切粒能否全面應(yīng)用在ABS 樹脂切粒的難點。

對于新建ABS 樹脂生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品質(zhì)量的好壞關(guān)系到企業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)品市場占有率，生產(chǎn)出高標(biāo)準(zhǔn)的ABS 樹脂是工作重點，優(yōu)化生產(chǎn)工藝技術(shù)，做好設(shè)備選型，降低操作人員的工作強度，是提高產(chǎn)品質(zhì)量的有利保障。