小本體聚丙烯共混改性造粒工藝的設計

王佳群

【摘?要】聚丙烯以其低密度、低價格、優良的加工性能和良好的機械性能在許多領域得到了廣泛的應用。此外，聚丙烯的缺點是低溫脆性大、成型收縮率高、機械強度低、耐熱性差。基于此，本文對小本體聚丙烯改性造粒工藝的設計進行了詳細的論述。

【關鍵詞】小本體;聚丙烯;改性;造粒

聚丙烯是由丙烯單體聚合而成的熱塑性聚合物，具有高熔點、高強度、高耐熱性、高耐磨性及低蠕變性，還具有良好的抗張強度、剛性、耐應力、電絕緣性等優異性能。因此，它已滲透于工農業、交通運輸、國防和民用塑料制品等各個領域，成為國民經濟發展及科技進步不可缺少的基礎原料與重要物資。

一、聚丙烯概述

聚丙烯簡稱PP，是丙烯通過加聚反應而成的聚合物。系白色蠟狀材料，外觀透明而輕。化學式為（C3H6）n，密度為0.89～0.91g/cm3，易燃，熔點165℃，在155℃左右軟化，使用溫度范圍為-30～140℃。在80℃以下能耐酸、堿、鹽液及多種有機溶劑的腐蝕，能在高溫和氧化作用下分解。聚丙烯廣泛應用于服裝、毛毯等纖維制品、醫療器械、汽車、自行車、零件、輸送管道、化工容器等生產，也用于食品、藥品包裝。

二、小本體聚丙烯粉料改性的必要性

用小本體聚丙烯生產的聚丙烯粉料平均粒徑為0.5mm，表觀密度為0.45～0.47g/cm3，熔融指數為0.4～0.8。在光、熱、空氣中氧的作用下易老化，產品質量低，不便于儲存及后加工。在150℃下連續受熱0.5h會變質，暴露在大氣中12h則發脆，在室內存放120d也會變質。因此，在加工成品前，聚丙烯粉料必須摻入相應的添加劑，如抗氧劑、氯吸收劑等，以防止加工中變質及對后加工設備的腐蝕。添加劑的摻入在造粒工序中完成。這樣能提高設備的生產能力，方便儲運。

聚丙烯在耐熱性、耐腐蝕性、電絕緣性和機械性能方面優于聚乙烯，大多用于注塑成型，也可用于擠出及吹塑。然而，小本體聚丙烯不僅品種少、質量差，而且存在許多缺點，如成型收縮大、低溫易脆裂、不易染色等。為了克服這些缺點，需對聚丙烯進行共混改性處理，以增加品種，提高性能。例如，聚丙烯與乙-丙共聚物、聚異丁烯和聚丁二烯等共混均可改善低溫脆裂性;與尼龍共混可提高韌性、耐磨性、耐熱性和染色性;與乙烯-醋酸乙烯共聚物共混可提高抗沖擊強度、加工性、印刷性和耐應力開裂性。

三、聚丙烯共混改性的方法

1、聚丙烯與聚乙烯共混。聚丙烯與聚乙烯共混可提高其韌性，例如，摻入10～40%高密度聚乙烯的共聚物，在-20℃時，落球抗沖強度是聚丙烯的8倍以上，且加工流動性提高，適用于大型容器的注射成型。通常，聚丙烯和聚乙烯共混物的預期性能可通過改變其共混比例來調節。聚乙烯的加入可提高聚丙烯的抗沖強度、剛度、耐磨性能。

2、聚丙烯與乙-丙共聚物共混。聚丙烯與乙-丙共聚物共混可提高聚丙烯的抗沖擊性能和低溫脆性。這種共聚物也稱為PP/EPR共混物。聚丙烯的另一種多元共混PP/PE/EPR具有較好的綜合性能，隨著共混比例和PP熔融指數的變化，共混綜合性能范圍也變得更廣。EPR改性PP廣泛應用于容器和建筑防護材料的生產，例如，PP/EPR共混物可用于生產勞動安全帽。

3、聚丙烯與順丁橡膠的共混。PP/BR共混物的韌性能得到顯著提高，例如，將小本體聚丙烯粉料（熔融指數0.4～0.8）與國產順丁橡膠（門尼值44）以100：15（重量比）的比例共混，共混物的常溫懸梁抗沖強度是PP的6倍以上，脆化溫度從31℃下降到8℃。PP/PE/BR共混物的擠出膨脹率也較小，說明產品加工成型后尺寸穩定，不易變形。因此，PP/PE/BR三元共混物用于生產韌性好、抗張強度高、撓曲強度高的管材。

4、聚丙烯與其它聚合物的共混。除上述三種共混體系外，聚丙烯還可與其它一些聚合物共混。如聚異丁烯（PIB）、丁基膠（IIP）、熱塑性彈性體（TE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）等。這些共聚物能滿足不同產品的性能要求，極大地拓寬了聚丙烯的應用范圍。此外，PP/PE/EVA/BR具有優異的韌性及60kg/cm2以上的抗沖強度。

四、聚丙烯共混改性造粒工藝流程

當前，國內與小本體聚丙烯配套的有5kt/a共混改性造粒生產線，適合5kt/a小本體聚丙烯裝置，不太適合10kt/a聚合裝置。本文設計提出的系統適用于10kt/a聚合裝置，所有設備均可在國內生產，集共混改性造粒于一體。共混改性造粒生產線主要由共混系統及造粒包裝系統兩部分組成。

1、共混系統。聚丙烯粉料由閃蒸釜卸料口經氮氣系統送至造粒車間頂層旋風分離器，分離出的聚丙烯粉料進入聚丙烯貯倉，輸送氣體進入袋式除塵器，除去殘留的聚丙烯粉料，返回氮氣系統，殘留的聚丙烯粉料也通過旋轉給料閥進入聚丙烯貯倉。

在進料室內，人工將共混料放入進料倉，用負壓吸引將共混料吸入高處填料真空倉，物料在重力作用下進入混料貯倉，混煉真空倉由真空泵抽空。

添加劑被放入進料室的進料倉，通過換向閥被吸入高處的添加劑真空倉。添加劑在雙螺旋錐混料機中通過重力充分混合。添加劑真空倉由真空泵抽空。

由聚丙烯貯倉出的聚丙烯粉料及混合貯倉出的混料進入主配料秤計量，再通過螺旋給料機輸送到主混合機混合。

聚丙烯粉料、混料和添加劑按一定比例配比。在主混合劑中充分混合，混合均勻的混合料進入中間貯料倉，然后進入造粒包裝系統的造粒主機。

2、造粒包裝系統。來自配混料系統中間貯料倉的聚丙烯混合料經分配閥進入造粒機料斗，由水平螺旋加料裝置輸送至雙螺桿擠出機。在機筒內被電加熱熔融，隨著雙螺桿同向旋轉切刀在軟化水中將擠出料條切粒。料粒和軟化水的混合物在壓力下進入靜篩。料粒與軟化水分離，軟化水返回水箱循環使用。粒料進入離心干燥機，干燥后的粒料進入振動篩篩分。合格粒料由鼓風機送至粒料倉，不合格粒料回收。倉中的粒料進入雙筒自流式包裝機，包裝后運至成品庫。

造粒機主機內的潤滑油由潤滑油泵驅動，由潤滑油冷卻器冷卻循環使用。造粒機主機快速換網由液壓泵帶動。水箱中的熱軟化水由切粒液力泵打入切粒冷卻器冷卻，冷卻后的軟化水返回造粒機主機循環使用。潤滑油冷卻器及切粒冷卻器由循環水冷卻。

五、共混改性造粒生產線的特點

1、利用真空泵吸引填料機添加劑，可減輕勞動強度及環境污染。聚丙烯閃蒸釜出來的粉料，采用正壓氮送方式直接送至造粒車間，填料及添加劑采用真空負壓輸送至高位貯倉。氣體輸送自動化程度高，減少環境污染及物料損失。進料倉內設有磁鐵及濾網，可去除物料中的多余物，保護造粒機。

2、自動化程度高。用可編程控制代替繼電器控制，能提高裝置的可靠性。

3、高精度電子秤用于配料稱量。配料部分采用電子秤稱量，精度高，量程改變方便。聚丙烯與填料共用一套稱量系統，減少設備數量，降低成本。

4、低速混合機有利于節能降耗。低速混合機的優點是電機功率小，物料在混合機中的溫升小，有利于造粒機進料。

5、操作安全，解決了填料難題。混合機后設一中間貯料倉，配有垂直進料器，與主機水平螺旋加料器配合使用，從根本上解決堵料問題。

6、采用先進高效主機。因主機采用直流電機及可控硅整流系統，調速范圍寬、體積小、重量輕、效率高。

7、結構簡單，噪音低。采用行星齒輪減速器及三軸傳動系統，結構緊湊，工作平穩，噪音小。傳動箱還用作潤滑系統的油箱，簡化了系統。

參考文獻：

[1]郭連奎.小本體聚丙烯生產疑難問題及其解決策略[J].合成樹脂及塑料，2015（05）.

[2]王慧卉 良國正.聚丙烯共混改性研究進展[J].廣東化工，2014（23）.

（作者單位：克拉瑪依鑫通遠化工有限公司）