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张雪生:POM捏合机桨叶排列对聚合反应的影响研究
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POM捏合机桨叶排列对聚合反应的影响研究
张雪生
上海蓝星聚甲醛有限公司,上海201419)
摘要研究了聚甲慾(POM)聚合用捏合机的桨叶排列方式对POM聚合效果的影响。通过对捏合机桨叶排列
方式的调整,提高了POM生产的转化率,降低了150以m粒径以下聚合物的含量,稳定了HO曲线,从而改善了POM
的聚合效果。
关键词捏合机桨叶排列转化率聚合效果
聚甲醛(POM)是一种性能优良的工程塑料,在
国外有“夺钢”、“超钢”之称,具有类似金属的硬度、
强度和刚性,在很宽的温度和湿度范围内都具有很
好的自润滑性、良好的耐疲劳性,并富于弹性,此外
排列方式
排列方式
它还有较好的耐化学药品性。POM以低于其它许
多工程塑料的成本,正在替代一地传统上被金属所
占领的市场。但是,由于聚合反应条件的变化,可能
排列方式3
排列方式4
会导致POM成品粒子的各项物理性能波动较大り
图1一对桨叶的交装角度示意图
POM的聚合反应是在捏合机中进行的,捏合机制停留时间和物料的轴向压力分布。
的设备状态对聚合反应的转化率和反应效果有着重
(2)一对捏合桨叶和螺杆转动,同时捏合桨叶
要的影响。其中捏合机的米叶组合是设备最重要的的末端和该轴的螺杄刮擦另一捏合桨叶的末端及另
个方面,因此笔者采用捏合机进行不同的桨叶组一个轴的桨叶的外表面,末端也能刮擦筒体的内壁,
研究了不同的组合对POM聚合效果的影响
保持一定的清洁。这样就能避免捏合块和桨叶的外
1捏合机
表面和筒体内表面粘附物料。
笔者所使用的POM聚合捏合机是由日本
(3)一对捏合桨叶在垂直于两轴的壁面内转
KURIMOTO公司制造的,其主要设备参数为:螺杆动,物料就会在捏合桨叶产生的压缩和拉伸下发生
直径500mm、长5000mm、长径比为10,共分6段,体积变化,而且也会在轴向运动的作用下进行全面
转速为6~60r/min
的捏合
啮合桨叶组合
4)自清洁作用能有效地输送物料,降低停留
该捏合机有4种类型的桨叶,包括进料螺旋型时间和提高捏合效果
(FS型)、平板型(F型)、反向螺旋型(RS型)和反
(5)在筒体之间和毎根轴上的捏合桨叶之间的
向螺旋型(RH型)。随机安装的捏合桨叶排列如剪切作用能提高捏合效果、混合效果和分散效果
表1所示。
捏合机聚合效果评价因素
表1捏合桨叶的排列方式
(1)转化率
S型
F型Rs型
排列
1213
1~4重复
转化率是反映聚合效果的直接因素,较高的转
5段
化率可以降低企业生产成本,从而提高企业的市场
表1中各数字代表一对楽的安装角度,如图竞争力。
1所示。F型桨叶即是依1→23-4→1次序安装,
(2)150um粒径以下聚合物含量
相邻桨叶之间角度为45°。
反应聚合物的粒径分布能够反映聚合反应效
1.2捏合机工作特点
果,当粒径为150pm以下的聚合物粉料的质量分
该捏合机具有以下工作特点
数在15%以内时,下游工序的挤出机才能正常运
(1)捏合桨叶可以改变。这样可根据应用和目
的选择最适宜的捏合桨叶排列方式,从而有利于控
收稿日期:2010-1220
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工程塑料应用
2011年,第39卷,第4期
行;而当150pm粒径以下的聚合物粉料的质量分
表3方案2桨叶排列方式
数在20%以上时,挤出机的扭距就会出现较大的波类FS
F
RHIFRH F
动,同时运行负荷要比正常时小得多。
排列
方式
3121314113131214124121314111324
(3)HO曲线
螺杠
第一段
第二段
第三段
HO代表聚合物粉料的不稳定末端基含量,该
注:1-+3-→1,242排列中,相邻業叶之间的角度为90°,其
末端基在挤出过程会分解成甲醛或甲醛的聚合物,它桨叶的安装角度为459
造成POM粒子的各项分析指标和力学性能不在控3结果与讨论
制范围内。实际生产运行中当HO≤1.5%时,下
通过对两种方案的实施,笔者分别从三个评价
游设备的运行才能稳定,产品质量才能合格。
因素对原来以及改进方案的聚合效果进行了研究。
存在问题和解决方案
3.1转化率
2.1捏合机工作现状
图2所示为测得的未改进与改进方案的转化
实际生产中,在使用该捏合机过程中,多出现转率,其中n表示为每隔一定的时间第n次取样进行
化率较低的现象,只有62%左右;150pm粒径以下测试,n=1,2,3…,下同。
的聚合物的质量分数在20%左右,基本处于分界点
处,严重影响了下游工序设备的稳定运行;HO曲线
基本分布在1.5%左右,这就造成产品质量波动较
大,实际运行中产品的合格率也较低。
≥60
2.2捏合机改进方案
根据捏合机工作特点,结合生产经验,对捏合机
50…1ー
,,.
浆叶排列进行了不同组合,并在生产中进行了实践,
51015202530
共采用了两种组合方案。
未改进;ー方案一4ー方案二
(1)方案
图2未改进与改进方案的转化率
改变捏合桨叶的排列,并更换不同类型的桨叶。
从图2可以看出,方案一的聚合反应的转化率
在第二段设置了具有强剪切的F型桨叶排列(F1
为68%左右,比未改进状况高6%,实现了提高聚合
3/1/3),同时增加了反向推料的RH型桨叶(RH2/及成转化率的目标。而方案二的聚合反应的转化率
),也就延长了原料在捏合机中的停留时间。这样维持在72%~73%,比未改进状况高10%,这对
的优势有两点:①降低了催化剂的使用量,使聚合反
POM生产工艺来说可以使单体的生产能力得到较
应变得温和;②使原料在捏合机中的停留时间延长,大释放,因为未反应的单体物料要返回单体装置进
聚合生成物的剪切和混合更加充分该方案浆行回收,随着聚合转化率的提高,单体产生新的物料
叶排列方式如表2所示。
得以实现,为以后的扩产提供一定的空间。
表2方案1桨叶排列方式
3.2150um粒径以下聚合物含量
RH FRH
图3所示为测得的未改进与改进方案的150
排列
m粒径以下聚合物含量。
方式
131312l34l131i331l3123413
螺
段
第一段
第二段
第三段
注:1→3→]排列中,相邻桨叶之间的角度为90°,其它桨叶的
※30
安装角度为45°。
20
(2)方案
10
方案二是在方案一的基础上进行的改动,将捏
合机第二段的推料改変为强制混合,目的是进一步
678910
加强原料和聚合物在捏合机中的混合作用,使聚合
?未改进;一方案一;4一方案二
反应释放的热量更好地通过捏合机的夹套水带走
图3未改进与改进方案的150m粒径以下聚合物含量
减少由于温度过高带来的聚合物解聚,提高聚合物