造粒机头及切粒装置优化

根据粒料冷却方法的不同，造粒机头和切粒装置的配合各异，其造粒工艺流程与产量也不相同。下面分别介绍各种挤出造粒工艺方法及机头与切粒装置。

1.平板切粒机

平板切粒机可将挤出的片材或两辊机拉出的片材切割成方形颗粒。平板切粒机切割片材分两步进行，先按宽度要求切割成条状，然后用旋转刀切成方粒。

平板切粒机可以切割各种硬质及软质的塑料片材，粒子形状与尺寸规格均匀，产量较大，可达150～200kg/h；其缺点是噪声较大，切刀易损坏，需经常更换。目前制造的高速切粒机，产量已有很大提高，切割软质聚氯乙烯电缆包覆料时的产量达800～1000kg/h。进入平板切粒机的塑料片宽度≤220mm，厚度≤3mm，圆辊刀片间距为4mm；旋转甩刀2～4把，刀平面倾斜度为9°30′，以减少剪切时的冲击力。甩刀转速应与圆辊刀线速度配合，使切割的粒料长度为4mm，方粒尺寸为4mm×4mm×3mm。采用平板切粒方法时，必须先将塑料片材冷却后切粒，因而属于冷切法造粒，适用于PE、PP、ABS、PVC、PA及各种电缆包覆料的造粒。

2.拉条切粒

拉条切粒是将挤出的圆条塑料，经冷却后切断而造粒的方法。拉条切粒是挤出切粒方法中最简单、产量较低的一种造粒方法，其工艺流程如图2-3所示。

图2-3 拉条切粒的工艺流程

拉条切粒设备由造粒机头、冷却水槽、吹风干燥机、冷切粒机等部分组成，如图2-4所示。

图2-4 拉条切粒设备示意图

1—造粒机头 2—冷却水槽 3—吹风干燥机 4—冷切粒机

拉条切粒属冷切法造粒，适用于PVC、PE、PP、ABS、PS、HIPS等塑料的着色或与少量改性剂、填料的混合挤出造粒。

3.干热切粒

干热切粒是将切粒机旋转切刀紧贴在机头出料口模板上，直接将从机头出来的热的圆条状塑料切断成粒料，然后用冷风将粒料吹到储料仓，经风冷至常温后装袋。干热切粒的设备较简单，操作方便，其机头结构和切刀连接结构如图2-5所示。

由图2-5可知，干热切粒机头为带有分流器的多孔机头，分流器使得从过滤网出来的物料的料流逐渐减薄，并分流至多孔模板的出料孔。出料孔的中心为同心圆分布，一般为两圈排布，若机头尺寸较大时，出料孔也可多排几圈。从出料孔的放大图（图2-5b）可知，出料孔的直径由大（ϕ8mm）至小（ϕ4mm），对物料进行压缩，使出机头的粒料表面光滑、无凹陷和气泡、结构密实。

切刀轴上一般安装2～4把切刀，若机头尺寸较大，挤出量较多时，切刀数量可增加至6～8把。切刀形状可为长条形，也可为镰刀形，后者切粒效果较好，不易产生“连粒”现象。切刀轴与带轮连接，传动系统带动带轮旋转，切刀旋转将从机头出来的料条切成圆柱状颗粒料。切刀装置可以前后移动，以便于清洗机头。机头与挤出机一般用法兰连接，可采用图2-5中的哈夫锁紧法兰，由电动机带动丝杠正、反旋转来开启与封闭锁紧法兰，代替原来的人工操作，可减轻清洗机头的强体力劳动，并缩短清洗机头的时间。

干热切粒方法适合于熔体粘度较大的PVC塑料造粒。

图2-5 干热切粒机头与切刀连接结构

1—带轮 2—切刀轴 3—罩子 4—切刀 5—多孔模板 6—分流器 7—机头 8—丝杠 9—哈夫锁紧法兰 10—过滤板 11—螺杆 12—机筒 13—模板出料孔

4.水下热切粒

水下热切粒主要适用于PE、ABS、PP、PS、PVC等物料的造粒，其挤出造粒产量最高。由于聚烯烃熔体粘度较小，冷却速度较慢，用干热切粒造粒，粒子会粘结成团，无法生产。若聚烯烃树脂中加入大量填料或颜料时（加入量超过30%），可以用干热切粒造粒，但产量较低。

水下热切粒挤出机螺杆直径较大，一般为350～480mm，长径比L/D=25～28，是带混炼头的单螺杆挤出机。机头和切刀都在循环温水中工作，粒料离开机头后立即浸入冷却水中，不会发生粘结成团现象。水下热切粒的工艺流程如图2-6所示。

粉状聚乙烯或聚丙烯与添加剂加入料斗后，经螺杆熔融塑化，从机头多孔模板挤出，紧贴模板的旋转切刀将挤出的圆柱形塑料切断，呈圆柱状或药片状颗粒。因多孔机头和切刀均浸在温水中，塑料粒子落入温水中不会粘结成团，颗粒料随温水循环系统离开机头，进入脱水槽与水分离，经干燥器干燥后风送至料仓，然后称量、包装，温水经过滤、加热后可循环使用。由于水下热切粒是密闭式操作，颗粒料不会污染。(www.xing528.com)

5.水环热切粒

水环热切粒是水冷式模面切粒的一种形式，旋转的切刀体轴线与挤出机平行或垂直，如图2-7、图2-8所示。造粒机头使物料向下从模板处挤出，切刀体从机头中心穿过，在电动机的带动下旋转，切断从模板孔中挤出的料条。切断后的粒料同时经过水冷，故不易产生粘连。因机头与水直接接触，所以必须考虑密封。为防止切刀与模板间的磨损，模板的表面硬度要求比较高。粒料的形状可以是圆粒状、围棋子状或球状，长度由切刀速度确定，直径由出料孔确定。

图2-6 水下热切粒的工艺流程

1—脱水槽 2—干燥器 3—产品接收器 4—过滤器 5—挤出机 6—多孔模板 7—水下切粒机头 8—加热器

图2-7 水平水环热切粒机头结构示意图

1—机头 2—水环管壳体 3—切口 4—传动系统 5—水和粒料出口 6—高速水进口

6.空中热切粒

空中热切粒的设备和切刀与干热切粒相似，只是颗粒料冷却的方法不同。空中热切粒是将机头与切刀装入切粒罩内，在切粒罩下面鼓入冷风，防止颗粒料粘连，冷风将粒料吹走并冷却。粒料经冷风输送进入冷却装置，进一步冷却至室温后包装。

风冷空中热切粒的工艺流程如图2-9所示。为防止机头多孔模板被风冷却，应在机头处设置隔热装置。风冷空中热切粒比较适合软质聚氯乙烯、聚烯烃色母料和改性塑料的造粒。如果用喷淋水代替风冷，则称为水冷空中热切粒，适用于聚丙烯的造粒。

图2-8 垂直水环热切粒机头结构示意图

1—熔体 2—机头 3—模板 4—切刀体 5—电动机 6—水环室 7—进水口 8—料、水混合物排出口

图2-9风冷空中热切粒的工艺流程图

1—机筒 2—螺杆 3—过滤板 4—机头 5—多孔模板 6—玻璃罩 7—切刀 8—带轮 9—旋风分离器 10—冷却箱 11、12—鼓风机

以上各种切粒方法，各有优缺点，各自适用不同树脂的造粒。由密炼机塑炼或开炼机炼片后切粒的方法，塑炼与混合质量易于控制，但操作劳动强度大；挤出造粒操作连续、密闭，杂质易滤出，产量高，劳动强度小，环境洁净，噪声小，但塑炼质量不如炼片法那样易控制。表2-1列出了几种常见树脂的造粒方法，不同的切粒方法与颗粒形状见表2-2。

表2-1 几种常见树脂的造粒方法

注：○—最适宜；△—尚可；×—不适宜。

表2-2 不同的切粒方法与颗粒形状