ABS 装置不同切粒工艺的应用对比

李歆(万华化学集团股份有限公司，山东 烟台 264000)

0 引言

ABS 树脂即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是一种兼有丙烯腈刚性、丁二烯韧性和苯乙烯易加工性能的热塑性工程塑料，广泛应用在电子、电器、汽车、建筑等方面。ABS 树脂工业化生产技术比较成熟，其中乳液接枝-本体SAN 掺混技术普遍采用，由聚丁二烯胶乳(PBL)单元、高橡胶接枝(ABS 接枝)单元、苯乙烯-丙烯腈聚合(SAN)单元、掺混单元组成。

掺混单元生产最终ABS 树脂成品，在工业化装置中以水下拉条切粒为主，该切粒技术比较成熟，生产的圆柱型ABS 树脂市场占有率比较高，但系统不是完全密闭，模头处会产生模头尾气，挤出机长时间运转，模头孔处会产生异色杂质并随拉条进入切粒系统，污染最终成品而造成ABS 树脂异色点偏高。为此，追求新技术创新，改变传统生产工艺理念，生产出高品质ABS 树脂是我们的努力方向。

1 切粒技术的流程及原理

1.1 水下拉条切粒的流程及原理

如图1 所示，水下拉条切粒系统的主要设备包括模头、导流槽、切割室、后冷却段以及干燥机、振动筛、水系统，导流槽长度在SAN 切粒、ABS 切粒的应用中一般为3m 设计。

图1 水下拉条切粒流程

水下拉条切粒的工作原理是，熔融物料通过模头后以料条的形状进入导流槽进行冷却，工艺水一般为40～60℃左右。当料条冷却到一定温度后，通过切割室的上下喂入辊将料条喂入切割室，靠动刀进行切割成粒子，粒子通过后冷却段冷却后，被送入干燥机干燥，经过振动筛筛分，最终合格物料送入料仓，为下游的处理做准备。

1.2 模面切粒的流程及原理

如图2 所示，在模面切粒技术中，该切粒系统主要包括如下设备：换向阀、切割室、模板、带驱动系统的切粒机、冷却管道以及包含水系统的干燥机、振动筛等。随着单线产能的不断提高，目前应用在SAN 切粒和ABS 切粒生产中的切粒机最大产能高达10000kg/h 以上。

图2 模面切粒流程

模面切粒系统主要工作原理，即物料通过釜底泵或齿轮泵输送到开车阀和切割室，物料在熔融状态下被带有驱动的切粒机动刀切割，之后粒子在工艺水中冷却，工艺水一般为40～60℃，粒子被工艺水送至干燥机进行干燥，工艺水自循环到水系统进行过滤，换热后重新回到工艺系统循环利用。

2 切粒的构造

2.1 水下拉条切粒的构造

水下拉条切粒生产的产品呈圆柱形粒子，生产过程中料条需要冷却至一定硬度才可以切割，否则内部温度偏高、粘度低，有可能出现缠刀，切不断的连粒或料条容易出现粘连现象。切粒机排布占地大，导流槽3m，后冷却段盘旋长度3～5m，干燥机、振动筛总占地约12～15m。粒子切割时有一定硬度，圆柱形粒子有倒角/棱角，粒子与粒子之间接触为点对面、面对面等多种接触方式，连粒或不规则粒子含量偏多。干燥和粒子冷却过程中，粒子和管道设备、干燥机接触，棱角处容易产生粉尘。料条在模头孔处有可能出现牙签料、细粒。圆柱形粒子比表面积相对较小，粒子模头处需要安装单体吸单设备，以确保无单体挥发而造成环境污染。更换模头时需要停车，更换切刀、定刀、上下喂入辊时需要排废，更换时间需要15～20min。水下拉条切粒应用相对普遍，操作工熟练程度大。

2.2 模面切粒的构造

模面切粒生产的产品呈圆形或椭圆形粒子，生产过程是高温切割，粒子表面迅速冷却，内部热量可以用于粒子自身干燥，对工艺水温度要求不高。切粒机本身占地面积小，充分利用空中空间完成冷却管道排布，总占地空间可降至3～6m。设备可安装在不同楼层，避免直线排布以节约空间。粒子在熔融状态下切割，表面迅速冷却后在冷却管道、干燥机内输送。圆形或椭圆形粒子接触方式为点对点接触，粒子在输送过程中和管道、干燥机的接触没有棱角，产生粉尘的可能性降低，粉尘含量大约降低10%～15%，粒子为热态切割且粉尘低，干燥机出口可以不安装旋风分离器。模面切粒系统为密闭系统，无需安装吸单设备，对环境无污染，同时不需要额外的辅助废气处理设备，在某种程度上对设备投资和环境保护有重要改进。更换模板、更换刀片可能需要少量排废。更换模板时间为15～30min，更换刀片时间在5min 左右。

3 模面切粒操作优势

通常水下拉条切粒需要多名操作工开机，模头处极易断条，模面切粒开机只需要一名操作工，并且一旦开机成功后设备运行稳定性要高很多，基本无异常停机。水下拉条切粒和模面切粒都有非常高的自动化程度。水下拉条切粒相对于模面切粒来说，常用备件的寿命可能要稍短一些，模头孔在生产过程中会产生杂色物质，这就需要操作人员定期停掉生产线，对模头板进行更换，会造成原料上的损耗，增加生产成本，操作人员更换备件频率可能会稍高一些。

4 模面切粒产品优势

水下拉条切粒生产过程中，动刀切割的条形物料已经具有一定硬度，极易产生粉尘，而模面切粒则是由刀片切割模头处的熔体而成，切粒时产生的粉尘量较水下拉条切粒要少很多；圆形粒子的堆积密度更大，粒子间接触面积更小，产生更少的粉屑，同样质量体积更小，圆形粒子表面光滑，更易于输送。圆形粒子较水下拉条切粒后的圆柱形粒子，没有棱角，所以在互相摩擦时不易产生粉尘，而水下拉条切粒的圆柱形粒子容易产生粉尘，由于表面是球形，在下游工艺对粒子熔融时速度更均匀，使用的能力也越少。具体对比如表1 所示。

表1 水下拉条切粒和模面切粒对比

5 模面切粒的成本优势

模面切粒的刀片成本非常低，因为其刀片材质普通，硬度要求也不高，模面切粒的模头使用完后可以返修，大大节约了成本。

模面切粒水箱的材质要选用加厚的材质，这样水箱不易变形，滚轮的磨损也会降低，后期不需要过多的维护成本。

6 ABS树脂水下拉条切粒应用

在水下拉条切粒系统中，ABS 熔融物料经挤出机、模头挤出后成为拉条，后经水下拉条切粒机切粒，经干燥器干燥，之后在粒子筛上进行筛分。在日常生产中绝大部分的ABS 颗粒会通过粒子筛进入成品料仓，但会有尺寸不合格的粒子被分离出来，一般以长条料、粘连料、斜切口料居多，这些不合格品一旦混入合格品中就会造成下游客户的投诉，给公司品牌带来负面影响。

为了减少不合格品的产生，生产装置大多会定时更换切粒机压辊和切刀，更换挤出机模头板，这些操作都需要停掉生产线来完成，每次开停车的费用也很大，产生的开车料也很多，也增加了操作工的劳动强度，从而增加了生产成本。另外，挤出线刚开车初期，模头板两侧拉条还会带有糊料，处理不当，就会污染成品料仓，给监控产品质量带来麻烦。

7 ABS树脂模面切粒应用

SAN 树脂的生产在模面切粒上应用较多，基于模面切粒工艺的特殊性和SAN 树脂物料本身的特性，生产过程中的主要问题是SAN 树脂中夹带的粉末较多。另外，水箱的选材标准上要改进，如果选材标准偏低、材质不够厚、硬度不够及长时间运转，水箱里的滚筒容易变形，滚轮磨损较大、使用寿命会降低，带动滚筒转动的电机也会损坏，设备不能正常运转，就需要停车维修，生产负荷会随之调整，给生产上带来很多麻烦，生产上的波动也会带来产品质量的影响，会产生大量不合格品，造成生产成本增加。由于ABS 树脂的韧性比较大，所以在切刀选型上要不同于SAN 树脂，通常会选用具有角度的斜刀，具体材质要根据不同牌号来确定，对挤出机的要求是模头入口压力80～120bar，换网器入口压力180～220bar，增压泵入口压力为正压即可，一般同向啮合双螺杆挤出机均可满足。

8 结语

针对ABS 树脂的生产工艺路线，在工业化应用中，选择水下拉条切粒工艺的路线比较多，也比较成熟，但该切粒系统不是密闭的，会有一些不确定的因素而导致产品污染，工业化挤出机模头板、水浴等因素也会影响产品质量。水浴温度太低容易使拉条出现空心或开裂，温度太高会使颗粒粘连。圆柱形颗粒，由于粒子间接触面积更大，在风送过程中也会出现粘连。模面切粒系统，可有效解决水下拉条切粒的弊端，但解决过多粉末的产生是模面切粒能否全面应用在ABS 树脂切粒的难点。

对于新建ABS 树脂生产企业，产品质量的好坏关系到企业的发展和产品市场占有率，生产出高标准的ABS 树脂是工作重点，优化生产工艺技术，做好设备选型，降低操作人员的工作强度，是提高产品质量的有利保障。