连续密炼机在降解塑料中的应用

饶树德

（福建新迪集团有限公司，福建 厦门 361026）

0 引言

我司在上马降解塑料生产线中，使用的是连续密炼机。该密炼机由南京永睿机械有限公司提供。该机为高产量高分散连续式双转子密炼机，是我司首次用在降解塑料生产线上。该设备在色母粒、填充母料、电缆、化学建材、功能母料等行业有过实际应用，但很少应用于降解材料。我司物料除PBS等颗粒料外，填充剂主要有竹粉需要分散在母料中。

目前，聚合物共混主要设备为单螺杆、双螺杆挤出机和密炼机等。相比之下，单螺杆挤出机具有成本较低、结构相对简单、加工制造简单等优点，但混合能力较差；双螺杆挤出机作为混炼设备，具有优异的混合特性，但填充混合能力弱，能耗较高；密炼机在塑料混合方面应用比较广泛，但间歇式操作产品质量不稳定，能量利用不合理，单位产品能耗高。基于强混合的双转子连续密炼造粒机不仅具有双螺杆挤出机能够实现连续工作的优势还具备密炼机良好的混合优点，在实际生产中能够发挥更好的节能效果，且对物料的填充、分散与混合能力更强。

1 连续密炼的基本原理

连续密炼机密炼工作腔形状如图1所示轴截面图，它是由两个相互平行的圆柱孔相贯而成。相贯部分的腔体为混合物的流动提供了空间。第一，采用基于高拉伸的强混合型转子，这种转子可以使连续密炼机中的塑料以离散状态进行熔融，从而极大的提高了传热系数增加了塑料熔融速度；第二，由于连续密炼机双转子系统内部形成了能量耦合，使得混炼区与熔融区可利用混炼过程中产生的熔融耗散热，进而满足固体树脂熔融过程中对热量的需求；第三，混炼效率经由混炼场中高效的拉伸流动而获得提升。这些原理极大的降低了混炼过程中的能量消耗[1]。

图1 连续密炼机腔体

2 连续密炼机的结构

在实际工作中，密炼机由加料段和混合段及出料段组成，如图2所示。当然混料区还可以增加，图3为2个混料区的双轴结构。

图2 单密炼段密炼机转子

图3 双密炼段密炼机转子

另外密炼机可以通过出料阀的调节控制产量和物料在密炼机里的停留时间（见图4）。密炼机还可以采用带衬套的密炼室，这样可以针对物料性能选择与物料相容的密炼室材质（见图5）。

图4 出料阀

图5 带衬套的密炼机

3 工艺流程

以高效清洁化双转子连续密炼造粒机组成套生产装置为核心主机的塑料共混加工过程的典型生产工艺流程，也是我司的生产流程（见图6）。物料（包括各种粉料、粒料、添加剂等）经过增重式计量秤计量后，进入低速预混混合器混合。借助于失重计量秤，将混合后的物料以一定的比例和流率连续地加入到双转子连续密炼机中进行混合，实现各组分的均匀分散[2-3]。熔融的物料通过出料口均匀流出并进入到螺杆挤出机中建立足够的压力，通过模头挤出，经过造粒机切成所需要的颗粒，并经过离心脱水机干燥，得到最终成品。

图6 降解塑料生产流程图

4 连续密炼机的主要参数及特点

4.1 连续密炼机的主要参数

双转子轴径：102mm，工作长径比：1∶10；

双转子转向：两个转子相对运动，转向如图7所示；

转速：0-600在此之间任意可调；

螺棱与轴非一体，采用的的是可拆结构；

防错控制系统通过对装配结果的检测可以有效地减少各个工作站的错装率，提高Rh，从而提高整个系统的可靠度。

我司使用的双转子为单个混炼区转子；

电机功率：160KW。

该连续密炼机结构示意图如图7所示。

图7 连续密炼机轴向结构示意图

本设备的主要组成部分包括转子、料筒以及卸料装置。其中，设备料筒的混炼腔包含两个相互贯通的、横截面为∞形的孔。运行时，混炼腔中的物料会经由转子进行剪切、粉碎、捏合、以及混合。此外，料筒设备上配备有电加热器和冷却水孔，从而使系统能够根据生产工艺条件，对物料进行冷却或加热操作。

转子结构如图3所示。根据功能可以划分为加料段、混炼段和出料段。

转子表面螺纹呈矩形状，其加料段为一对双螺杆，两螺杆相互非啮合，能够将计量加料机进入的物料快速运送到混炼段。转子的混炼段装设一对表面存在螺棱，其旋转方向相反、转动角度不一。与进料段相连的螺棱将物料向前输送，与出料段相连的螺棱则将物料向相反方向输送[4]。物料在此被压缩、熔融、剪切、伸展，从而最终被混炼与塑化；转子的卸料段是椭圆形的，物料在此通过卸料口被排出料筒。卸料系统包括卸料门以及卸料调节装置，生产运行时，控制系统通过调节卸料门开度来实现对混炼腔中物料的停留时间（见图4）。将双转子连续混炼机与热喂料双螺杆挤出机组合在一起，构成了一套具有连续混炼和挤出功能的双转子连续混炼造粒机组[5]。

4.2 连续密炼机的特点

连续密炼机与传统的混合设备比较，具有以下特点：

（1）合理的结构设计。运用最新混炼理论，采用计算机全新设计的混炼段结构，高拉伸混沌转子构型，实现了在低温下的高效混合，具有极强的填充混合能力，生产能力大；针对不同的生产工艺需求，合理采用多类转子结构构型的组合；剖分式料筒，清料方便快捷；双阶式布置，将机器的混炼功能与挤出功能分开，工艺适应性广，填充分散混合能力优异；独特设计的电加热与闭路循环恒温软水冷却系统，使得各段温度的调节与控制更加灵活有效，并可以对混炼机转子和挤出机螺杆的芯部分别进行通水冷却。

（2）可控变量多，万用性好。在混炼机生产过程中，存在多个可以调节的参数，如加料速度的控制、转子转速的控制、料筒温度的控制以及卸料口开启度的调节等。借助先进的数控系统，能够对混炼的整个过程进行动态实时性监督，实现产品生产的快速性与高质量性。

（3）填充混合效果强、生产过程稳定、高效节能。专门设计的高拉伸混沌型转子结构，赋予了设备极强的填充混合特性，可以在无低分子蜡的前提下实现超细无机填充颗粒在聚合物中的均匀分散，产品质量稳定，能耗低（同等工艺条件下，单位产品能耗较常规设备低30-50%）。

（4）维护方便。没有复杂的推力轴承系统，操作、维护简单方便，操作费用低。料筒为剖分式结构，清料方便彻底；转子采用双混炼段分段式结构，拆卸转子时无需拆卸轴承，维护、检修快捷简便。

（5）自动化程度高。全系统采用先进的PCC集中控制，可以使设备的混合操作工艺始终处于最佳状态；完善的联锁联控，确保自动化、高效安全生产，产品质量稳定，彻底摆脱了人为失误对生产过程的影响。实时操作工艺监控记录系统，实现了操作参数的实时记录、显示和远程传输，为稳定生产和产品质量的控制提供了有力保障。

（6）混炼元件耐磨性能好。料筒混炼腔采用进口硬质合金镶套，转子采用优质氮化钢制造，表面堆焊硬质合金，解决了设备磨损的难题。

（7）切粒方式多样化，可以适用不同工艺要求。本机组的造粒可以根据混炼物料选择牵条切粒造粒设备、水下切粒造粒设备、风冷热切粒造粒设备与之配套。

5 应用效果

我司应用连续密炼机于降解塑料，根据产品要求，造粒前有3-6种物料（主要为粒料和粉料）经由连续密炼机混合后直接进入双螺杆机造粒。其中2种粉料和2种粒料的产品，连续密炼机其主要工艺参数产能为300KG/HR时，腔内温度：145摄氏度，压力为常压。生产出的产品稳定，符合质量控制要求。

连续式密炼机主要优点：双转子连续密炼造粒机组技术应用情况：与目前国内常用的塑料混炼方法对比，单位产品能耗降低30%～50%，粉尘排放量降低90%～95%，减少有害异味气体排放量。节能环保效益良好。

6 结语

综上所述，基于强混合的双转子连续密炼造粒机组及相关的高效连续混炼技术，不仅具备密炼机优异的混合特性同时兼顾了双螺杆挤出机可持续工作的特点，因而被广泛应用于橡塑加工行业。该技术在提高共混塑料制品性能的同时，不仅可以大幅度降低现有橡塑加工过程中的能耗和运行成本，还能有效提高自动化程度和生产效率，改善车间环境，有效粉尘排放量减少95%以上，推广前景广阔。