連續密煉機在降解塑料中的應用

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線中，使用的是連續密煉機。該密煉機由南京永睿機械有限公司提供。該機為高產量高分散連續式雙轉子密煉機，是我司首次用在降解塑料生產線上。該設備在色母粒、填充母料、電纜、化學建材、功能母料等行業有過實際應用，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、結構相對簡單、加工制造簡單等優點，但混合能力較差；雙螺桿擠出機作為混煉設備，具有優異的混合特性，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，但間歇式操作產品質量不穩定，能量利用不合理，單位產品能耗高。基于強混合的雙轉子連續密煉造粒機不僅具有雙螺桿擠出機能夠實現連續工作的優勢還具備密煉機良好的混合優點，在實際生產中能夠發揮更好的節能效果，且對物料的填充、分散與混合能力更強。

1 連續密煉的基本原理

連續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子，這種轉子可以使連續密煉機中的塑料以離散狀態進行熔融，從而極大的提高了傳熱系數增加了塑料熔融速度；第二，由于連續密煉機雙轉子系統內部形成了能量耦合，使得混煉區與熔融區可利用混煉過程中產生的熔融耗散熱，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 連續密煉機腔體

2 連續密煉機的結構

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。當然混料區還可以增加，圖3為2個混料區的雙軸結構。

圖2 單密煉段密煉機轉子

圖3 雙密煉段密煉機轉子

另外密煉機可以通過出料閥的調節控制產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（見圖5）。

圖4 出料閥

圖5 帶襯套的密煉機

3 工藝流程

以高效清潔化雙轉子連續密煉造粒機組成套生產裝置為核心主機的塑料共混加工過程的典型生產工藝流程，也是我司的生產流程（見圖6）。物料（包括各種粉料、粒料、添加劑等）經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地加入到雙轉子連續密煉機中進行混合，實現各組分的均勻分散[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，經過造粒機切成所需要的顆粒，并經過離心脫水機干燥，得到最終成品。

圖6 降解塑料生產流程圖

4 連續密煉機的主要參數及特點

4.1 連續密煉機的主要參數

雙轉子軸徑：102mm，工作長徑比：1∶10；

雙轉子轉向：兩個轉子相對運動，轉向如圖7所示；

轉速：0-600在此之間任意可調；

螺棱與軸非一體，采用的的是可拆結構；

防錯控制系統通過對裝配結果的檢測可以有效地減少各個工作站的錯裝率，提高Rh，從而提高整個系統的可靠度。

我司使用的雙轉子為單個混煉區轉子；

電機功率：160KW。

該連續密煉機結構示意圖如圖7所示。

圖7 連續密煉機軸向結構示意圖

本設備的主要組成部分包括轉子、料筒以及卸料裝置。其中，設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由轉子進行剪切、粉碎、捏合、以及混合。此外，料筒設備上配備有電加熱器和冷卻水孔，從而使系統能夠根據生產工藝條件，對物料進行冷卻或加熱操作。

轉子結構如圖3所示。根據功能可以劃分為加料段、混煉段和出料段。

轉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，能夠將計量加料機進入的物料快速運送到混煉段。轉子的混煉段裝設一對表面存在螺棱，其旋轉方向相反、轉動角度不一。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。卸料系統包括卸料門以及卸料調節裝置，生產運行時，控制系統通過調節卸料門開度來實現對混煉腔中物料的停留時間（見圖4）。將雙轉子連續混煉機與熱喂料雙螺桿擠出機組合在一起，構成了一套具有連續混煉和擠出功能的雙轉子連續混煉造粒機組[5]。

4.2 連續密煉機的特點

連續密煉機與傳統的混合設備比較，具有以下特點：

（1）合理的結構設計。運用最新混煉理論，采用計算機全新設計的混煉段結構，高拉伸混沌轉子構型，實現了在低溫下的高效混合，具有極強的填充混合能力，生產能力大；針對不同的生產工藝需求，合理采用多類轉子結構構型的組合；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異；獨特設計的電加熱與閉路循環恒溫軟水冷卻系統，使得各段溫度的調節與控制更加靈活有效，并可以對混煉機轉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。在混煉機生產過程中，存在多個可以調節的參數，如加料速度的控制、轉子轉速的控制、料筒溫度的控制以及卸料口開啟度的調節等。借助先進的數控系統，能夠對混煉的整個過程進行動態實時性監督，實現產品生產的快速性與高質量性。

（3）填充混合效果強、生產過程穩定、高效節能。專門設計的高拉伸混沌型轉子結構，賦予了設備極強的填充混合特性，可以在無低分子蠟的前提下實現超細無機填充顆粒在聚合物中的均勻分散，產品質量穩定，能耗低（同等工藝條件下，單位產品能耗較常規設備低30-50%）。

（4）維護方便。沒有復雜的推力軸承系統，操作、維護簡單方便，操作費用低。料筒為剖分式結構，清料方便徹底；轉子采用雙混煉段分段式結構，拆卸轉子時無需拆卸軸承，維護、檢修快捷簡便。

（5）自動化程度高。全系統采用先進的PCC集中控制，可以使設備的混合操作工藝始終處于最佳狀態；完善的聯鎖聯控，確保自動化、高效安全生產，產品質量穩定，徹底擺脫了人為失誤對生產過程的影響。實時操作工藝監控記錄系統，實現了操作參數的實時記錄、顯示和遠程傳輸，為穩定生產和產品質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合金鑲套，轉子采用優質氮化鋼制造，表面堆焊硬質合金，解決了設備磨損的難題。

（7）切粒方式多樣化，可以適用不同工藝要求。本機組的造粒可以根據混煉物料選擇牽條切粒造粒設備、水下切粒造粒設備、風冷熱切粒造粒設備與之配套。

5 應用效果

我司應用連續密煉機于降解塑料，根據產品要求，造粒前有3-6種物料（主要為粒料和粉料）經由連續密煉機混合后直接進入雙螺桿機造粒。其中2種粉料和2種粒料的產品，連續密煉機其主要工藝參數產能為300KG/HR時，腔內溫度：145攝氏度，壓力為常壓。生產出的產品穩定，符合質量控制要求。

連續式密煉機主要優點：雙轉子連續密煉造粒機組技術應用情況：與目前國內常用的塑料混煉方法對比，單位產品能耗降低30%～50%，粉塵排放量降低90%～95%，減少有害異味氣體排放量。節能環保效益良好。

6 結語

綜上所述，基于強混合的雙轉子連續密煉造粒機組及相關的高效連續混煉技術，不僅具備密煉機優異的混合特性同時兼顧了雙螺桿擠出機可持續工作的特點，因而被廣泛應用于橡塑加工行業。該技術在提高共混塑料制品性能的同時，不僅可以大幅度降低現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效率，改善車間環境，有效粉塵排放量減少95%以上，推廣前景廣闊。