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废旧塑料造粒机原理

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。有许多不同的废旧塑料造粒器设计,但一切造粒机可以分为两大类: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。

重量大.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。

塑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 kgh,而比较起来拉伸成条方法只有约1814.37 kgh,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 kgh

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。

造粒机(Granulators

破碎造粒机可以对热塑性塑料边角料进行再加工,将材料造粒成合适的尺寸。许多热固性塑料和合成材料制造厂商也使用造粒机进行边角料处理和再加工。

当今,废物利用非常重要,环境保护提倡者要求塑料制造厂商再使用所有的制品。因此,生产厂家只有通过造粒机对废弃的部件和边角料进行再加工而别无选择。这一过程可以降低产品成本并且提高树脂的利用率。

许多市政部门也利用造粒机和撕碎机,将塑料边角料卖给塑料产品制造厂商,以弥补填埋处理的成本。

设备

根据塑料边角料的尺寸、形状、数量以及型号的特殊要求,可以设计制造不同的造粒机。切粒刀的数量和设计以及造粒机的转速、转子类型和滤网尺寸对于获得高质量的边角料回收制品是至关重要的。造粒机应置于塑料制造机的旁边或下部,或者放在中心部位,以处理几台塑料制造机边角料。因此,最好是根据所要加工的边角料型号和位置,来合理选择造粒机。根据不同的应用,如胶片、型材、管材以及板材等,挤出加工机可以使用机侧式造粒机或中央式造粒机。

对于自动注塑成型和串联热成型,压机下式造粒机的使用较为普遍。注塑成型加工过程中的注道残料掉进造粒机,其制品被收集并且由传送带送到中央区域进行包装。热成型造粒机位于冲边机下方,取走冲出制件后剩下的边框料。边框料进入造粒机,而制件则被送至包装站。

中央式造粒机一般容积较大,电机功率通常为55kw,适用于管材、胶片、板材以及大型部件。

与被研磨处理的边角料不同,用于循环造粒的边角料必须满足较严格的要求尺寸。如果边角料的尺寸过大,会造成挤出机喉口堵塞,或者熔融过慢从而降低挤出量。但是,如果边角料的尺寸过小,会造成熔融过快,从而导致热降解。回用料的尺寸必须统一,以保证在挤出机内以恒定的速度熔融。并不是所有的热塑性塑料的边角料都可以被循环再造粒。一些较轻的物料,如热成型片卷边角料,在它与别的纯树脂混合前,必须通过离线再造粒加工使之压实。

造粒机的功率范围在0.37—7355 kw之间,但它们的工作原理都很相似。安装在转子(转速大约在400~700 rmin之间)上的切刀与安装在切料室外周的固定切刀作相对运动。造粒机一般有16个固定切刀,根据转子的不同,转动切刀的数量可达32个。所用造粒机都在固定切刀下面装有滤网。滤网使尺寸符合要求的回用料通过,并且留下尺寸大的回用料,直到它们在切料室内被切成足够小的尺寸。

造粒机的辅助设备有消声器(使噪音降至OSHA要求的标准之下)、防边角料回飞的料斗以及吸尘器。尽管边角料回飞(边角料从加料斗中回飞)不可能被完全制止,但特殊设计的料斗可以使回飞程度降至最低。

转子

转子的类型有开放式、封闭式和螺旋式。开放式主要在一般用途中使用,封闭式适用中央应用,而螺旋式则适用于工程塑料。

开放式转子将空气吸人造粒室,这样既可以帮助清理切料室内的残料,又能将边角料运送到滤网并使之通过,而且还能冷却造粒机。过热的造粒机将软化塑料造成堵塞和产品降解。当边角料被空气送进造粒机时,通常需要开放式转子将空气通过机器。

封闭式转子更加坚固耐用,因此它可以承受更大的冲击载荷。开放式转子一般用于挤出和注塑成型的边角料,而封闭式转子可以应用于中央研磨系统和厚交叉部件的造粒。螺旋转子和其它特殊转子如回旋抛物线转子,兼具有封闭式转子的坚固性和开放式转子的空气抽吸作用的特点。

使用造粒机处理厚料和清除废料时,要考虑到高冲击载荷对轴承及传动装置的作用影响。为了提高造粒机的使用寿命,多数大型造粒机使用227—681kg的飞轮,以减小冲击载荷和减少故障发生。因为封闭式转子质量大,所以也具备一些飞轮装置的作用。

切刀

典型的造粒机具有二三个或五个安装在转子上的切刀,以及一个或两个安装角度成180o的固定切刀。然而,有些型号的造粒机的转子上装有30个或更多切刀。切刀多的目的是为了保证传动装置上的应力均匀以及降低更换切刀的频率。

撕碎机

为了延长设备寿命、降低功率要求,许多生产厂商使用二步造粒法处理循环使用的大块边角料。二步造粒法的第一步通常使用撕碎机将大块边角料切成更小的尺寸,然后将边角料送进造粒机。与相应尺寸的造粒机相比,撕碎机所需要的功率非常低,并且能避免那些昂贵的大功率造粒机在加工大块边角料时常常遇到的应力问题。

循环使用的薄膜卷、大型挤出型材和管材,以及难处理的材料,经常需要使用撕碎机来处理,以便于造粒。

造粒机所需的功率与挤出量成正比关系,与滤网尺寸成指数关系。例如在相同的产量下4.76mm滤网的造粒机所需要的功率是9.52 mm滤网的3倍。

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