淺談聚丙烯造粒質量的影響因素

田 樸

(中國石化海南煉油化工有限公司，海南 儋州 578101)

聚丙烯是一種較為常見的塑料材料，屬于熱塑性塑料。由丙烯單體聚合而成的一種高分子聚合物，屬于熱塑性樹脂，是五大通用合成樹脂之一。按結構不同，聚丙烯主要可分為等規、間規及無規三類[1]。目前應用最多的主要為等規聚丙烯。英文名稱為“Polypropylene”。因此，也被稱之為PP。聚丙烯材料具有優良的性能!抗腐蝕能力較強，質量輕便。除此之外，對環境的污染程度低，可以通過化學以及物理的變化對聚丙烯的性能進行優化。

1 聚丙烯和擠壓造粒概述

我國最早研發聚丙烯的企業為蘭州化學工業公司。該企業1970年就開始對聚丙烯裝置進行了投產修建，由此表明我國聚丙烯產業的正式開展。我國民營企業首次進行聚丙烯產業的投資開始于2006年，由此標志我國聚丙烯市場的正式發展[2]。2010年我國第一套煤制聚烯烴裝置開始正式的運行。聚烯烴裝置的正式運行帶動了有關產業的進步。2019年我國工業水平飛速的發展，尤其是浙江地區，以石化以及恒力企業為主，開始進行大規模的聚丙烯裝置的投產。除此之外，中安聯合以及青海大美等企業也開始進行聚丙烯裝置的投產。擠壓造粒過程是聚丙烯與一定比例的添加劑融合，通過擠壓機安全過濾器進入擠壓機中，聚丙烯在擠壓機中被同向旋轉的雙螺桿在220～250 ℃的高溫中熔融混煉，配置一臺齒輪泵給其一種強制向前的力，聚丙烯在換網器中過濾后從模板的孔中擠出，同軸旋轉組合的切刀將聚丙烯切割成球形顆粒再由水下切粒機將其帶出[3]。擠壓機是由筒體、螺桿、節流閥、開車閥、齒輪式熔融泵、換網器、模板和水下切粒系統等組成。擠壓機生產的粒子效果理想，粒子具有較高強度、成粒均勻且質量好等優點[4]。擠壓機造粒的缺點是工藝流程比較復雜，所需要的設備造價高，安裝與操作維護復雜，這也給聚丙烯的發展造成了一定難度，且在實際生產過程中，擠壓造粒機易出現色粒、長須子顆粒和不規則粒型，影響產品的質量，嚴重時也影響擠壓機的運行。為了提高聚丙烯顆粒的質量，明白形成質量缺陷的原因以及如何處理極為重要。本文將從以下兩個方面分析其原因并闡述解決方法。

2 擠壓機設備對質量的影響

在擠壓造粒系統中，擠壓機的模板、切刀和切粒機的轉數的各種指標等都會對聚丙烯粒子質量產生不同的影響，生產出來的顆粒質量因操作條件不同而有差別，因此優化設備條件、排除因設備而造成的質量缺陷成為提高擠壓造粒的顆粒質量的手段之一。

2.1 模板溫度的影響

擠壓機的模板的溫度決定了聚丙烯顆粒是否可以順暢地通過模孔，模板溫度均勻則從模孔中出來的聚丙烯顆粒速度一樣，且物料完全充滿模孔，切刀在模板表面才能切出大小均勻的粒子。溫度過高則易發生纏刀、“灌腸”等事故。過低又會使因樹脂流動性差而堵塞模板，從模板出來的料速度不同，會被切刀切成不同形狀的粒子，大大降低了聚丙烯產品的質量。熔融指數不同的聚丙烯牌號生產時模板溫度不同，熔融指數的高低影響樹脂在擠壓機的流動速度，其決定了模板的溫度。模板加熱溫度的均勻性直接影響著熔融物料能否順利均勻地通過造粒模板的成型通道[5]。

應對措施：控制模板的溫度，根據粉料的熔融指數調節模板溫度。當生產熔融指數較高的產品牌號時，適當降低模板溫度，反之亦然。由于模板堵塞而產生不同形狀的粒子，可以適當提高開車沖模負荷，將模孔疏通；定期清理模板，使用專用的銅板小鏟子將模板上的物料清理干凈，使模板和切刀更貼合，如果情況特別嚴重則停車清理模板。我裝置使用的模板是“熱通道型模板”，高溫熱油從內部進行加熱使樹脂保持良好的熔融狀態[6]。模板上均勻分散著直徑為2.5 mm的模型孔，只有在各個模孔的出料速度一致時，才能夠切出大小均勻的顆粒[7]。若切粒水溫度控制不均勻，會造成物料從模板擠出時，由于流速不均勻而出現長短不同的聚丙烯顆粒。在實際生產中，擠壓機的整體加工溫度在220～250 ℃，而切粒端是60～70 ℃的脫鹽水，切粒刀緊密地貼合在模板表面上高速旋轉切斷顆粒；因此要求造粒模板表面粗糙度及模板切刀匹配的對中度否則會引起墊刀、顆粒碎片多，并造成切刀磨損嚴重影響造粒模板與切粒刀的最佳匹配操作運行[8]。

2.2 切刀的影響

切刀對聚丙烯質量的影響主要是和切刀與模板之間的間隙、切刀的質量和磨損程度這幾個因素有關。切刀與模板之間的間隙太大或太小，會導致模板溫度分布不均勻，增加了刀具的磨損，容易產生長須子顆粒、較多鏈狀樹脂和大小不合格的顆粒。切刀磨損程度大會造成碎屑增多，串塊料產生，嚴重時可能會發生打刀、斷刀、灌腸等現象。切刀的質量好壞影響聚丙烯樹脂是否被切刀及時切斷，若切刀有缺口或切刀較為粗糙會導致切出的帶尾巴的顆粒。切刀的磨損程度影響聚丙烯裝置的平穩運行時間。進刀風壓與切刀轉速是否匹配影響到顆粒的長短、彎曲程度以及切刀的使用壽命。切刀風壓過大時會嚴重損傷切刀和模板，切刀進刀風壓過小會導致墊刀甚至纏刀事故，嚴重影響切粒狀況。切刀的硬度必須和模板的硬度相匹配，切刀材料過硬會導致切刀和模板的過度磨損，切刀和模板的使用壽命縮短，切刀硬度過低，又會引起切刀的過度磨損造成產品不規則顆粒多粉塵多等問題。

應對措施：優化模板、切刀和操作，嚴格執行切刀和模板的安裝檢修，使刀軸與模板垂直，定期研磨模板[9]。選擇質量良好的切刀，根據造粒生產的負荷來調整切刀轉數，防止切刀磨損，定期磨刀。如果間隙合適，但切粒效果不好，需要停車檢查切刀與模板的垂直度和刀軸的平行度，防止模面損壞和斷刀[10]。切刀模板安裝制定嚴格標準，嚴格找正；保證刀軸和模板的垂直度；定期清理模孔和研磨模板；選擇優質切刀。

2.3 切粒機轉速的影響

在正常生產中，切粒機的轉數主要是取決于生產負荷和熔融指數，在生產中既要提高生產負荷，又要確保顆粒質量，則要提高切粒機的轉數。切粒機的轉數越高越容易產生羽狀粒，切粒機轉數偏低會拖尾料和粘連料，嚴重時還會纏刀。

應對措施：根據生產負荷和熔融指數來調節切粒機轉速。在生產負荷一定的情況下，生產高熔融指數的聚丙烯牌號時，因樹脂的流動性變好，為了保證顆粒質量，需要提高切粒機轉數，反之亦然。

3 物料性質對質量的影響

在丙烯聚合過程中，如果粉料粒徑偏大，那么大顆粒中會有氣相，在擠壓造粒過程中凝膠而導致顆粒成型不規則和形成魚眼[11-12]。另外，聚丙烯粉料在高壓汽蒸、低壓回收、汽蒸干燥過程中效果不好，會導致粉料中含有微量的主催化劑、TEAL和少量的烴類化合物進入擠壓機中，在擠壓機及中熔融塑化過程中發生化學反應，導致聚丙烯樹脂氧化降解，導致聚丙烯黃色指數超標，導致聚丙烯產品質量下降。

應對措施：(1)在保證聚合反應平穩的情況下，提高反應器漿液密度，提高聚丙烯在環管的停留時間，充分利用主催化劑和TEAL，減少主催化劑和TEAL帶到下游設備。(2)在保證聚合反應的情況下，減少主催化劑和TEAL的加入量，TEAL的加入量越小，聚丙烯的黃色指數將降低。(3)在下游系統高壓閃蒸、低壓脫氣和汽蒸干燥過程中盡量將主催化劑、TEAL和烴類完全去除，提高粉料的干燥效果，保證粉料的質量。

4 結 語

在擠壓造粒的過程中，為了避免聚丙烯質量缺陷，首先得保證擠壓機的設備狀態良好，保證模板兩側溫差合適均勻，選擇質量優良的切刀并調節好切刀與模板的間隙，切粒機轉數根據不同熔融指數調節，注意聚丙烯顆粒的質量，及時調整參數。其次，確保聚丙烯粉料各項指標在合格的范圍內，減少粉料中的主催化劑、TEAL及烴類。模板和切刀是聚丙烯樹脂造粒的關鍵部件，優化兩者的操作、安裝參數，不但直接影響到它們的使用壽命，而且也影響到產品質量和生產的正常運行，因此正確選擇造粒模板與切刀的合理匹配及優化操作參數，對保證產品的質量和提高經濟效益有著重要意義。