饒樹德

（福建新迪集團有限公司，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。該密煉機由南京永睿機械有限公司提供。該機為高產(chǎn)量高分散連續(xù)式雙轉(zhuǎn)子密煉機，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、化學建材、功能母料等行業(yè)有過實際應用，但很少應用于降解材料。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、雙螺桿擠出機和密煉機等。相比之下，單螺桿擠出機具有成本較低、結(jié)構(gòu)相對簡單、加工制造簡單等優(yōu)點，但混合能力較差；雙螺桿擠出機作為混煉設(shè)備，具有優(yōu)異的混合特性，但填充混合能力弱，能耗較高；密煉機在塑料混合方面應用比較廣泛，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?；趶娀旌系碾p轉(zhuǎn)子連續(xù)密煉造粒機不僅具有雙螺桿擠出機能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)工作的優(yōu)勢還具備密煉機良好的混合優(yōu)點，在實際生產(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。

1 連續(xù)密煉的基本原理

連續(xù)密煉機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混合型轉(zhuǎn)子，這種轉(zhuǎn)子可以使連續(xù)密煉機中的塑料以離散狀態(tài)進行熔融，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)密煉機腔體

2 連續(xù)密煉機的結(jié)構(gòu)

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

圖2 單密煉段密煉機轉(zhuǎn)子

圖3 雙密煉段密煉機轉(zhuǎn)子

另外密煉機可以通過出料閥的調(diào)節(jié)控制產(chǎn)量和物料在密煉機里的停留時間（見圖4）。密煉機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

3 工藝流程

以高效清潔化雙轉(zhuǎn)子連續(xù)密煉造粒機組成套生產(chǎn)裝置為核心主機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)過增重式計量秤計量后，進入低速預混混合器混合。借助于失重計量秤，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)密煉機中進行混合，實現(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入到螺桿擠出機中建立足夠的壓力，通過模頭擠出，經(jīng)過造粒機切成所需要的顆粒，并經(jīng)過離心脫水機干燥，得到最終成品。

圖6 降解塑料生產(chǎn)流程圖

4 連續(xù)密煉機的主要參數(shù)及特點

4.1 連續(xù)密煉機的主要參數(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；

電機功率：160KW。

該連續(xù)密煉機結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。

圖7 連續(xù)密煉機軸向結(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。運行時，混煉腔中的物料會經(jīng)由轉(zhuǎn)子進行剪切、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嬃考恿蠙C進入的物料快速運送到混煉段。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)運行時，控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)卸料門開度來實現(xiàn)對混煉腔中物料的停留時間（見圖4）。將雙轉(zhuǎn)子連續(xù)混煉機與熱喂料雙螺桿擠出機組合在一起，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)混煉造粒機組[5]。

4.2 連續(xù)密煉機的特點

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

（1）合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計。運用最新混煉理論，采用計算機全新設(shè)計的混煉段結(jié)構(gòu)，高拉伸混沌轉(zhuǎn)子構(gòu)型，實現(xiàn)了在低溫下的高效混合，具有極強的填充混合能力，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，將機器的混煉功能與擠出功能分開，工藝適應性廣，填充分散混合能力優(yōu)異；獨特設(shè)計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，并可以對混煉機轉(zhuǎn)子和擠出機螺桿的芯部分別進行通水冷卻。

（2）可控變量多，萬用性好。在混煉機生產(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。借助先進的數(shù)控系統(tǒng)，能夠?qū)鞜挼恼麄€過程進行動態(tài)實時性監(jiān)督，實現(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、生產(chǎn)過程穩(wěn)定、高效節(jié)能。專門設(shè)計的高拉伸混沌型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，賦予了設(shè)備極強的填充混合特性，可以在無低分子蠟的前提下實現(xiàn)超細無機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）維護方便。沒有復雜的推力軸承系統(tǒng)，操作、維護簡單方便，操作費用低。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、檢修快捷簡便。

（5）自動化程度高。全系統(tǒng)采用先進的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。實時操作工藝監(jiān)控記錄系統(tǒng)，實現(xiàn)了操作參數(shù)的實時記錄、顯示和遠程傳輸，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。本機組的造?？梢愿鶕?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、風冷熱切粒造粒設(shè)備與之配套。

5 應用效果

我司應用連續(xù)密煉機于降解塑料，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)密煉機混合后直接進入雙螺桿機造粒。其中2種粉料和2種粒料的產(chǎn)品，連續(xù)密煉機其主要工藝參數(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)式密煉機主要優(yōu)點：雙轉(zhuǎn)子連續(xù)密煉造粒機組技術(shù)應用情況：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，基于強混合的雙轉(zhuǎn)子連續(xù)密煉造粒機組及相關(guān)的高效連續(xù)混煉技術(shù)，不僅具備密煉機優(yōu)異的混合特性同時兼顧了雙螺桿擠出機可持續(xù)工作的特點，因而被廣泛應用于橡塑加工行業(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。