浅谈聚丙烯造粒质量的影响因素

田 朴

(中国石化海南炼油化工有限公司，海南 儋州 578101)

聚丙烯是一种较为常见的塑料材料，属于热塑性塑料。由丙烯单体聚合而成的一种高分子聚合物，属于热塑性树脂，是五大通用合成树脂之一。按结构不同，聚丙烯主要可分为等规、间规及无规三类[1]。目前应用最多的主要为等规聚丙烯。英文名称为“Polypropylene”。因此，也被称之为PP。聚丙烯材料具有优良的性能!抗腐蚀能力较强，质量轻便。除此之外，对环境的污染程度低，可以通过化学以及物理的变化对聚丙烯的性能进行优化。

1 聚丙烯和挤压造粒概述

我国最早研发聚丙烯的企业为兰州化学工业公司。该企业1970年就开始对聚丙烯装置进行了投产修建，由此表明我国聚丙烯产业的正式开展。我国民营企业首次进行聚丙烯产业的投资开始于2006年，由此标志我国聚丙烯市场的正式发展[2]。2010年我国第一套煤制聚烯烃装置开始正式的运行。聚烯烃装置的正式运行带动了有关产业的进步。2019年我国工业水平飞速的发展，尤其是浙江地区，以石化以及恒力企业为主，开始进行大规模的聚丙烯装置的投产。除此之外，中安联合以及青海大美等企业也开始进行聚丙烯装置的投产。挤压造粒过程是聚丙烯与一定比例的添加剂融合，通过挤压机安全过滤器进入挤压机中，聚丙烯在挤压机中被同向旋转的双螺杆在220～250 ℃的高温中熔融混炼，配置一台齿轮泵给其一种强制向前的力，聚丙烯在换网器中过滤后从模板的孔中挤出，同轴旋转组合的切刀将聚丙烯切割成球形颗粒再由水下切粒机将其带出[3]。挤压机是由筒体、螺杆、节流阀、开车阀、齿轮式熔融泵、换网器、模板和水下切粒系统等组成。挤压机生产的粒子效果理想，粒子具有较高强度、成粒均匀且质量好等优点[4]。挤压机造粒的缺点是工艺流程比较复杂，所需要的设备造价高，安装与操作维护复杂，这也给聚丙烯的发展造成了一定难度，且在实际生产过程中，挤压造粒机易出现色粒、长须子颗粒和不规则粒型，影响产品的质量，严重时也影响挤压机的运行。为了提高聚丙烯颗粒的质量，明白形成质量缺陷的原因以及如何处理极为重要。本文将从以下两个方面分析其原因并阐述解决方法。

2 挤压机设备对质量的影响

在挤压造粒系统中，挤压机的模板、切刀和切粒机的转数的各种指标等都会对聚丙烯粒子质量产生不同的影响，生产出来的颗粒质量因操作条件不同而有差别，因此优化设备条件、排除因设备而造成的质量缺陷成为提高挤压造粒的颗粒质量的手段之一。

2.1 模板温度的影响

挤压机的模板的温度决定了聚丙烯颗粒是否可以顺畅地通过模孔，模板温度均匀则从模孔中出来的聚丙烯颗粒速度一样，且物料完全充满模孔，切刀在模板表面才能切出大小均匀的粒子。温度过高则易发生缠刀、“灌肠”等事故。过低又会使因树脂流动性差而堵塞模板，从模板出来的料速度不同，会被切刀切成不同形状的粒子，大大降低了聚丙烯产品的质量。熔融指数不同的聚丙烯牌号生产时模板温度不同，熔融指数的高低影响树脂在挤压机的流动速度，其决定了模板的温度。模板加热温度的均匀性直接影响着熔融物料能否顺利均匀地通过造粒模板的成型通道[5]。

应对措施：控制模板的温度，根据粉料的熔融指数调节模板温度。当生产熔融指数较高的产品牌号时，适当降低模板温度，反之亦然。由于模板堵塞而产生不同形状的粒子，可以适当提高开车冲模负荷，将模孔疏通；定期清理模板，使用专用的铜板小铲子将模板上的物料清理干净，使模板和切刀更贴合，如果情况特别严重则停车清理模板。我装置使用的模板是“热通道型模板”，高温热油从内部进行加热使树脂保持良好的熔融状态[6]。模板上均匀分散着直径为2.5 mm的模型孔，只有在各个模孔的出料速度一致时，才能够切出大小均匀的颗粒[7]。若切粒水温度控制不均匀，会造成物料从模板挤出时，由于流速不均匀而出现长短不同的聚丙烯颗粒。在实际生产中，挤压机的整体加工温度在220～250 ℃，而切粒端是60～70 ℃的脱盐水，切粒刀紧密地贴合在模板表面上高速旋转切断颗粒；因此要求造粒模板表面粗糙度及模板切刀匹配的对中度否则会引起垫刀、颗粒碎片多，并造成切刀磨损严重影响造粒模板与切粒刀的最佳匹配操作运行[8]。

2.2 切刀的影响

切刀对聚丙烯质量的影响主要是和切刀与模板之间的间隙、切刀的质量和磨损程度这几个因素有关。切刀与模板之间的间隙太大或太小，会导致模板温度分布不均匀，增加了刀具的磨损，容易产生长须子颗粒、较多链状树脂和大小不合格的颗粒。切刀磨损程度大会造成碎屑增多，串块料产生，严重时可能会发生打刀、断刀、灌肠等现象。切刀的质量好坏影响聚丙烯树脂是否被切刀及时切断，若切刀有缺口或切刀较为粗糙会导致切出的带尾巴的颗粒。切刀的磨损程度影响聚丙烯装置的平稳运行时间。进刀风压与切刀转速是否匹配影响到颗粒的长短、弯曲程度以及切刀的使用寿命。切刀风压过大时会严重损伤切刀和模板，切刀进刀风压过小会导致垫刀甚至缠刀事故，严重影响切粒状况。切刀的硬度必须和模板的硬度相匹配，切刀材料过硬会导致切刀和模板的过度磨损，切刀和模板的使用寿命缩短，切刀硬度过低，又会引起切刀的过度磨损造成产品不规则颗粒多粉尘多等问题。

应对措施：优化模板、切刀和操作，严格执行切刀和模板的安装检修，使刀轴与模板垂直，定期研磨模板[9]。选择质量良好的切刀，根据造粒生产的负荷来调整切刀转数，防止切刀磨损，定期磨刀。如果间隙合适，但切粒效果不好，需要停车检查切刀与模板的垂直度和刀轴的平行度，防止模面损坏和断刀[10]。切刀模板安装制定严格标准，严格找正；保证刀轴和模板的垂直度；定期清理模孔和研磨模板；选择优质切刀。

2.3 切粒机转速的影响

在正常生产中，切粒机的转数主要是取决于生产负荷和熔融指数，在生产中既要提高生产负荷，又要确保颗粒质量，则要提高切粒机的转数。切粒机的转数越高越容易产生羽状粒，切粒机转数偏低会拖尾料和粘连料，严重时还会缠刀。

应对措施：根据生产负荷和熔融指数来调节切粒机转速。在生产负荷一定的情况下，生产高熔融指数的聚丙烯牌号时，因树脂的流动性变好，为了保证颗粒质量，需要提高切粒机转数，反之亦然。

3 物料性质对质量的影响

在丙烯聚合过程中，如果粉料粒径偏大，那么大颗粒中会有气相，在挤压造粒过程中凝胶而导致颗粒成型不规则和形成鱼眼[11-12]。另外，聚丙烯粉料在高压汽蒸、低压回收、汽蒸干燥过程中效果不好，会导致粉料中含有微量的主催化剂、TEAL和少量的烃类化合物进入挤压机中，在挤压机及中熔融塑化过程中发生化学反应，导致聚丙烯树脂氧化降解，导致聚丙烯黄色指数超标，导致聚丙烯产品质量下降。

应对措施：(1)在保证聚合反应平稳的情况下，提高反应器浆液密度，提高聚丙烯在环管的停留时间，充分利用主催化剂和TEAL，减少主催化剂和TEAL带到下游设备。(2)在保证聚合反应的情况下，减少主催化剂和TEAL的加入量，TEAL的加入量越小，聚丙烯的黄色指数将降低。(3)在下游系统高压闪蒸、低压脱气和汽蒸干燥过程中尽量将主催化剂、TEAL和烃类完全去除，提高粉料的干燥效果，保证粉料的质量。

4 结 语

在挤压造粒的过程中，为了避免聚丙烯质量缺陷，首先得保证挤压机的设备状态良好，保证模板两侧温差合适均匀，选择质量优良的切刀并调节好切刀与模板的间隙，切粒机转数根据不同熔融指数调节，注意聚丙烯颗粒的质量，及时调整参数。其次，确保聚丙烯粉料各项指标在合格的范围内，减少粉料中的主催化剂、TEAL及烃类。模板和切刀是聚丙烯树脂造粒的关键部件，优化两者的操作、安装参数，不但直接影响到它们的使用寿命，而且也影响到产品质量和生产的正常运行，因此正确选择造粒模板与切刀的合理匹配及优化操作参数，对保证产品的质量和提高经济效益有着重要意义。