短玻璃纤维增强聚丙烯板材生产双螺杆挤出造粒分析综述
1.1增强粒料工艺方法的选择
生产热塑性增强塑料粒料的工艺方法有许多种，实际生产中要根据树脂、玻璃纤维等原材料的形态和性能，以及工厂本身所具有的设备条件而定。但最终目的是要将结构疏松、体积庞大的玻璃纤维加入到基体树脂中去。对于制造增强粒料有以下要求：
（1）玻璃纤维能均匀地分散于树脂之中。
（2）玻璃纤维与树脂应尽可能黏结牢固或包覆，以避免烘料、成型过程、包装运输中玻璃纤维飞扬，影响车间操作条件。
（3）生产过程中应尽可能减少对玻璃纤维的机械损伤，尽可能降低对树脂分子量的降解。
表3.1双螺杆挤出机的类型及其适用情况
类型
适用情况
啮合同向旋转单头螺纹深螺槽
加工RPVC，不适用于普通树脂
啮合同向旋转螺纹等深螺槽
适用于混料，自洁性能和高速挤出性能优异
啮合异向旋转
剪切作用强，适用于加工PVC，塑化均匀
制造短玻璃纤维增强聚丙烯粒料的设备很多，常用的生产设备有单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、Buss混合机和传递式混合机等。本工艺设计选用同向旋转啮合型双螺杆挤出机。因为它可采用后续进料，纤维是直接加到熔体中，对纤维起到保护润滑作用，大大降低了纤维的过度磨损和摩擦热，并有利于纤维在熔体中的分散分布。同向旋转双螺杆挤出机装有捏合盘，故能使纤维和树脂很好地混合在一起，纤维长度能保证在合适的范围之内，分布也均匀，因而能生产出高质量的粒料。
采用同向旋转啮合型双螺杆挤出机制备短纤维增强塑料粒料，聚丙烯树脂经计量加料装置加入到挤出机第一加料口，在外加热器和螺杆旋转所产生的剪切热作用下逐渐熔融塑化。增强短纤维或连续纤维则在第二加料口加入，并被旋转的螺杆搅断。纤维进入挤出机后立即与聚丙烯熔体混合，经过下游挤出段，由机头排出已混合好的混合物，经冷却、切粒、输送，即可制得短玻璃纤维增强聚丙烯粒料。
1.2切粒方法及设备选择
热塑性树脂的切粒方法可分冷切法和热切法两大类。冷切法又可分挤片冷切、拉片冷切、挤条冷切，热切法则可分为空中热切、水下热切、干热切等。实际生产中要求粒料的颗粒大小均匀，色泽一致，外形尺寸不超过3~4mm。为防止粒料过大导致成型时加料困难，因此粒料形状以球形或药片形较好。
1.2.1冷切法
（1）拉片冷切
物料通过捏合机后，经开炼机塑炼成片，冷却后进行切粒。所用的切粒装置为平板切粒机。将一定宽度的料片送入平板切粒机，经上、下圆辊刀纵向切割成条状，然后通过上、下侧梳板经压料辊送入回转甩刀与固定底刀之间，横向切断成颗粒状。粒料经过筛斗，将长条和连粒筛去，落入料斗，风送至储料斗。拉片冷切造粒适用于聚氯乙烯粒料的生产。
（2）挤片冷切
捏合好的物料经挤出机塑化，挤出成片再经风冷或自然冷却后进入平板切粒机切粒。对于不易采用开炼机塑炼拉片的聚乙烯、聚酰胺等树脂，多用挤片冷却造粒。
（3）挤条冷切
挤条冷切是热塑性塑料最普遍采用的造粒方法，其设备和工艺都比较简单。捏合料经挤出机塑化成圆条状挤出，圆条经风冷或水冷后，通过切粒机切成圆柱形颗粒。圆条切粒机的结构比平板切粒机少一对圆辊刀，主要部件是固定底刀和2~8片回转刀。该方法的优点是设备简单、可调换色泽，适宜多品种少批量生产，所有热塑性塑料都能用这种方法造粒。其缺点为颗粒外观质量差。
1.2.2热切法
（1）干热切
将旋转的切刀紧贴在机头模板上，直接将机头挤出的圆条状热料切成粒料，而后冷却。该方法的优点是：所用设备简单，操作方便；其不足之处是产量高时，易出现粘粒现象。
干热切法可用直径为40~250mm的挤出机，螺杆为等距不等深，螺杆头部可以是鱼雷头或多头螺纹。
（2）水下热切
水下热切法是聚烯烃造粒的一种新技术，机头和切刀在循环温水中进行工作。其工作原理是树脂以条状挤出后，立即送入水中被高速旋转的切刀切成粒子，由循环水泵输送到离心干燥机中脱水、干燥。此种方法的优点是：粒料均匀、外形美观、质量好；缺点是附属设备庞大。该方法可用于大中型热黏性树脂造粒。
（3）空中热切
空中热切和干热切相似，为了防止颗粒黏结，在切粒罩内通过鼓冷风或喷淋温水冷却粒料。
空中热切法比干热切产量高，不需要像水下热切法有复杂的加热系统。但空中热切法仍不能完全消除粘粒现象，产量比水下热切法低。
表3.2各种树脂适用的造粒方法
树脂
拉片冷切
挤片冷切
挤条冷切
干热切
水下热切
空中热切
软聚氯乙烯
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○
○
○
○
○
硬聚氯乙烯
○
○
○
○
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聚乙烯
△
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×
○
○
聚丙烯
×
△
○
×
○
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ABS
○
○
○
△
○
○
聚酰胺
×
△
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×
○
×
聚碳酸酯
×
×
○
×
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△
颗粒形状
长方形
正方形
长方形
正方形
圆柱形
球形
药片形
球形
药片形
圆柱形
注：○—最适宜△—尚可×—不适宜
通过对比，本论文采用水下热切