高分子材料造粒技术

高分子材料造粒技术

大多数聚合物在制成最终产品之前，必须配合混炼，然后造粒，成为可销售的原料。有许多不同的造粒器设计，但一切造粒器可以分为两大类：冷切粒系统和模面热切粒系统。二者的主要区别在于切粒过程时间的安排。冷切粒系统，在加工过程的末了从已固化的聚合物切粒；而在模面热切粒系统中，当熔融状态聚合物从口模出现时即进行切粒，而在下游对粒料进行冷却。两种切粒系统各有其优缺点。

冷切粒系统

冷切粒系统包括口模、冷却区（风冷或水冷）、干燥区（如果采用水冷）和切粒室。冷切粒系统有两大类，即片料造粒机和条料造粒机。

片料造粒机熔融的聚合物从混炼设备流经一个带式口模或辊炼机压延成一定厚度的聚合物片料。片料在运输过程中通过一段距离凝固并冷却，然后在一个仓室中用切粒刀切成圆形或方形粒料。

片料造粒是制造粒料最老的方法，可用于从尼龙到聚氯乙烯各种不同聚合物.据报道精确度相当好，造粒能力可达1843.69kg/h.这是一种冷切粒方法，噪声散发比从熔融聚合物切粒的方法为高。凝固态切割聚合物切刀寿命较短，生成粉末常成为问题。对有些聚合物可以见到某些“粒链”现象。

条料造粒机的使用历史几乎与片粒造粒机同样悠久。包括口模、冷却段（水浴或鼓风机）、干燥段（如果采用水冷）和切粒刀。用挤出机或齿轮泵挤出熔融的聚合物通过一个水平安装的口模而形成条料（现

代化的口模经过精密机械加工，均匀加热，以产出质量稳定的条料）。条料从口型排出后，即用鼓风机或空气／真空设施进行冷却，或用水浴冷却。如果采用水冷，条料需通过一个干燥段，用强制通风吹除水分，然后将条料送至切粒室。利用一对固定刀和旋转刀的剪切作用，把条料精确地切成所需长度。粒料的直径为 3.175 mm，长3.175mm，棱角清晰。

传统的拉制条料方法是拉伸条料通过冷却段（最常用的是水浴），有时造成条料跌落或尺寸不一致。这最常见于熔融态强度较差的聚合物，如聚丙烯、聚酯和尼龙等。当条料跌落时，材料即报废，因此操作工需密切注意。如果条料拉制不一致，下游粒料需过筛。

其它模式的成条方法可无需操作工密切监视，其办法是采用电动机驱动的有槽进料输送机，在从口模到切粒机处支承和分割条料。这种被旋力输送的条料尺寸比较均匀，不会跌落因而报废较少。这类方法有些可使其生产能力达6803.89 kg／h，而比较起来拉伸成条方法只有约 1814.37 kg／h，因为操作工只能看管有限数目的条料。条料生产线成本不高，操作简便，且清洗便捷。这对色料配混来说有其优点，因为两批不同色料的更换必须彻底清洗设备。但是，造条方法的缺点是冷却段需占用空间，其长度按聚合物的温度要求来确定。

模面热切系统

模面热切系统有三种基本型式，即气流造粒机，喷水（水环）造粒机和水下造粒机。虽然这类系统可以有不同设计，但典型的系统包括口模、切料室、电动旋转叶刀、冷却介质和干燥粒料的方法（如果

采用了水冷）。

口模是模面热造粒系统的重要部件。它垂直或水平安装，通常用油、蒸汽或筒式或带式电热器加热。电热通常用于较小型的口模；但较大型的口模通常用蒸汽或油加热。口模结构材料有不同的材质，但不管采用何种材料或何种加热介质，口模孔口直径必须均匀；要有足够的热量来维持整个挤出过程中聚合物的温度；切粒刀对着旋转的模面必须坚韧光滑——这些是制造均匀的粒料所必需的。

当熔融的聚合物被挤出口模时，以很高转速旋转的切粒刀将其切成粒料。典型的情况是切粒刀或接触或十分贴近模面。粒料被切下后，即被离心力的作用被抛离刀，并输送至冷却介质处。切粒刀的尺寸、形状、材质和安装方式可以有所不同。有些系统中切粒刀有弹簧施加载荷自动调整切粒刀、口模间的间距；而有些系统必须用手工调节切粒刀至口模的间距。由于切料刀寿命取决于刀一模对中精度、聚合物的磨蚀性和操作工的进取性，在熔融状态下切割聚合物粒料是可取的。

气流造粒机推荐用于对热和长停留时间敏感的聚合物，例如聚氯乙烯、TPR和交联聚乙烯。切粒速率高达4989.52kg/h聚合物从挤出机至切粒室的流径要保持得尽可能短，并采用最少的热量。当聚合物通过口模挤出时，贴模面旋转的旋力即将它切成粒料。粒料切下后，随即被抛离旋转刀，为在专门设计的切粒室中强制循环流动的空气所捕获。空气流对粒料表面进行初步淬冷，并把它带出切粒室而送至冷却区。

流化床干燥器常被采用来冷却粒料。粒料沿着一个可调节的斜面溜下，而循环风机则鼓风通过这些粒料。调节斜面倾角可延长或缩短粒料在干燥器中的停留时间。另一个通用的冷却方法是把粒料从切粒室中卸出送入一个水槽，然后用流化床干燥器或离心干燥器脱除水分。

喷水造粒机，除熔体粘度低或具有粘性的聚合物之外，适用于大多数聚合物。这类设备又称为水环切粒机，造粒速率达到 13607.77 kg／h。

熔融的聚合物从热口模挤出，被地着模面旋转的旋转刀切成粒料。这种甘粒系统的特色是其特殊设计的喷水切粒室。水呈螺旋线绕因流动，直至流出甘粒室。粒料切下后，即被抛入水流，进行初步淬冷。粒料水浆排入粒料浆槽被进一步冷却，然后送入离心干燥器脱除水分。

水下造粒机与气流造粒机及喷水造粒机类似，不同的是它有一股平稳的水流流过模面，而与模面直接接触。切粒室的大小以恰足以使切粒刀自由地转动越过模面而不限制水流为度。熔融聚合物从口模挤出，旋转刀切割粒料，粒料被经过调温的水带出切粒室而进入离心干燥器。在干燥器中，水被排回贮罐，冷却并循环再用；粒料通过离心干燥器除去水份。水下造粒机需使用热分布均匀并有特殊绝热设施的口模。小型切粒刀采用电热；大型切粒刀需采用油热或蒸汽加热的口模。工艺用水常规情况下加热至最高温度，但其热度应不足以对粒料的自由流动造成有害影响。水下造粒机用于极大多数聚合物，有些机

型能达到22679.62kglh的造粒能力。当用于低粘度或粘附性聚合物的切粒时水流过口模模面的方式是一大优点，但对有些聚合物如尼龙和某些品牌的聚酯这一特点可能引起口模冻结。其他优点有：因为在熔融状态下切粒，而水又起着声障作用，噪声散发较低；与冷切系统比较起来更换切粒刀的次数较少。

离心力造粒机

离心力造粒机由于口模只使用或只需要最低程度的热量，而不是热模面切粒机，又由于是对熔融态的聚合物切粒，也不是冷切系统，而是自成一类。这类造粒机的特点是采用圆柱形口模，挤出孔沿其圆周分布。熔融的聚合物在常压下喂入。由转子上熔体的深度、转子转速和聚合物的相对密度等形成挤出压力。随着圆柱形口模随其心轴以高速旋转，离心力作用使熔融的聚合物均匀地流至口模上的各个孔口。当聚合物从挤出孔流出后，旋转的口模将流出的条料地向切粒刀。切粒刀可以用固定式的，区常按“带锯”形式使它在两个转盘上十分缓慢地转动。这样的慢转有助于使切粒刀的磨损均匀并保持低温。切下粒料后，粒料由于其本身动量的作用，沿着一直线轨迹抛入一个仓室内喷水进行冷却，然后采用类似于其他热模面造粒机所应用的方法进行干燥。