ABS 裝置不同切粒工藝的應用對比

李歆(萬華化學集團股份有限公司，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，廣泛應用在電子、電器、汽車、建筑等方面。ABS 樹脂工業化生產技術比較成熟，其中乳液接枝-本體SAN 摻混技術普遍采用，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。

摻混單元生產最終ABS 樹脂成品，在工業化裝置中以水下拉條切粒為主，該切粒技術比較成熟，生產的圓柱型ABS 樹脂市場占有率比較高，但系統不是完全密閉，模頭處會產生模頭尾氣，擠出機長時間運轉，模頭孔處會產生異色雜質并隨拉條進入切粒系統，污染最終成品而造成ABS 樹脂異色點偏高。為此，追求新技術創新，改變傳統生產工藝理念，生產出高品質ABS 樹脂是我們的努力方向。

1 切粒技術的流程及原理

1.1 水下拉條切粒的流程及原理

如圖1 所示，水下拉條切粒系統的主要設備包括模頭、導流槽、切割室、后冷卻段以及干燥機、振動篩、水系統，導流槽長度在SAN 切粒、ABS 切粒的應用中一般為3m 設計。

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流槽進行冷卻，工藝水一般為40～60℃左右。當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，經過振動篩篩分，最終合格物料送入料倉，為下游的處理做準備。

1.2 模面切粒的流程及原理

如圖2 所示，在模面切粒技術中，該切粒系統主要包括如下設備：換向閥、切割室、模板、帶驅動系統的切粒機、冷卻管道以及包含水系統的干燥機、振動篩等。隨著單線產能的不斷提高，目前應用在SAN 切粒和ABS 切粒生產中的切粒機最大產能高達10000kg/h 以上。

圖2 模面切粒流程

模面切粒系統主要工作原理，即物料通過釜底泵或齒輪泵輸送到開車閥和切割室，物料在熔融狀態下被帶有驅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，工藝水自循環到水系統進行過濾，換熱后重新回到工藝系統循環利用。

2 切粒的構造

2.1 水下拉條切粒的構造

水下拉條切粒生產的產品呈圓柱形粒子，生產過程中料條需要冷卻至一定硬度才可以切割，否則內部溫度偏高、粘度低，有可能出現纏刀，切不斷的連粒或料條容易出現粘連現象。切粒機排布占地大，導流槽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，連粒或不規則粒子含量偏多。干燥和粒子冷卻過程中，粒子和管道設備、干燥機接觸，棱角處容易產生粉塵。料條在模頭孔處有可能出現牙簽料、細粒。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備，以確保無單體揮發而造成環境污染。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。水下拉條切粒應用相對普遍，操作工熟練程度大。

2.2 模面切粒的構造

模面切粒生產的產品呈圓形或橢圓形粒子，生產過程是高溫切割，粒子表面迅速冷卻，內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。設備可安裝在不同樓層，避免直線排布以節約空間。粒子在熔融狀態下切割，表面迅速冷卻后在冷卻管道、干燥機內輸送。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，產生粉塵的可能性降低，粉塵含量大約降低10%～15%，粒子為熱態切割且粉塵低，干燥機出口可以不安裝旋風分離器。模面切粒系統為密閉系統，無需安裝吸單設備，對環境無污染，同時不需要額外的輔助廢氣處理設備，在某種程度上對設備投資和環境保護有重要改進。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備運行穩定性要高很多，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，模頭孔在生產過程中會產生雜色物質，這就需要操作人員定期停掉生產線，對模頭板進行更換，會造成原料上的損耗，增加生產成本，操作人員更換備件頻率可能會稍高一些。

4 模面切粒產品優勢

水下拉條切粒生產過程中，動刀切割的條形物料已經具有一定硬度，極易產生粉塵，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，產生更少的粉屑，同樣質量體積更小，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，所以在互相摩擦時不易產生粉塵，而水下拉條切粒的圓柱形粒子容易產生粉塵，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 模面切粒的成本優勢

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

模面切粒水箱的材質要選用加厚的材質，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用

在水下拉條切粒系統中，ABS 熔融物料經擠出機、模頭擠出后成為拉條，后經水下拉條切粒機切粒，經干燥器干燥，之后在粒子篩上進行篩分。在日常生產中絕大部分的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，給公司品牌帶來負面影響。

為了減少不合格品的產生，生產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線來完成，每次開停車的費用也很大，產生的開車料也很多，也增加了操作工的勞動強度，從而增加了生產成本。另外，擠出線剛開車初期，模頭板兩側拉條還會帶有糊料，處理不當，就會污染成品料倉，給監控產品質量帶來麻煩。

7 ABS樹脂模面切粒應用

SAN 樹脂的生產在模面切粒上應用較多，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，水箱的選材標準上要改進，如果選材標準偏低、材質不夠厚、硬度不夠及長時間運轉，水箱里的滾筒容易變形，滾輪磨損較大、使用壽命會降低，帶動滾筒轉動的電機也會損壞，設備不能正常運轉，就需要停車維修，生產負荷會隨之調整，給生產上帶來很多麻煩，生產上的波動也會帶來產品質量的影響，會產生大量不合格品，造成生產成本增加。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，具體材質要根據不同牌號來確定，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 結語

針對ABS 樹脂的生產工藝路線，在工業化應用中，選擇水下拉條切粒工藝的路線比較多，也比較成熟，但該切粒系統不是密閉的，會有一些不確定的因素而導致產品污染，工業化擠出機模頭板、水浴等因素也會影響產品質量。水浴溫度太低容易使拉條出現空心或開裂，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，在風送過程中也會出現粘連。模面切粒系統，可有效解決水下拉條切粒的弊端，但解決過多粉末的產生是模面切粒能否全面應用在ABS 樹脂切粒的難點。

對于新建ABS 樹脂生產企業，產品質量的好壞關系到企業的發展和產品市場占有率，生產出高標準的ABS 樹脂是工作重點，優化生產工藝技術，做好設備選型，降低操作人員的工作強度，是提高產品質量的有利保障。