塑料配制车间工艺布置设计优化方案

塑料配制是指树脂与其他添加剂，如增塑剂、稳定剂、增强剂等通过混合、捏合、塑炼等工艺形成一种均匀的复合物的过程。根据塑料成型方法及制品的特点，塑料配制可采用不同的工艺，但一般都要经过原料的准备、混合与造粒过程。

（1）原料准备

原料的准备主要有原料的预处理、称量、原料输送等工序。

①原料的预处理，一般包括干燥、吸磁、除去杂质等前期工作。塑料成型加工一般允许含水量在0.05%～0.2%以下。含有超量水分的塑料，成型的制品会出现银丝、斑纹、气泡等疵点，甚至产生降解，因此，吸水性大的塑料一般要干燥处理。干燥方法根据具体情况进行选择，可以采用热风循环烘箱或红外及远红外加热烘箱进行处理。如果所用原料为单品种、大批量时，也可采用沸腾干燥或气流干燥方法进行处理。对于高温易氧化变色塑料（聚酰胺等），则要用真空烘箱进行干燥处理。干燥温度常压条件下一般100℃以上，但必须要控制在玻璃化温度以下，干燥时间根据原料不同选用最佳的时间段。

②称量分人工称量和自动称量。人工称量适合小规模的塑料制品生产，自动称量适合规模较大的情况。手工称量时，要根据原料种类选择称量衡器。助剂用量较少，但作用很大，应选用精度高的电子秤或天平称量，树脂和填料用量较大，可用电子磅秤称量。

③原料的输送有工具输送、机械输送和自动输送等方法。工具输送是将原料装在一定的容器中通过运输工具进行输送，该输送方法污染大，劳动强度大，但机动灵活，投资小，适合小规模的生产选用。机械输送或自动输送是原料在密闭管道中进行，污染小，自动化程度高，有些生产装置实现了密封贮存、密封称量、密封输送，大大改善了生产环境，降低了劳动强度，但只适合大规模、产品种类少的生产。

（2）原料混合

原料混合包括混合、捏合和混炼等过程。工业上的塑料有粉料、粒料、溶液和分散体等多种形状。不管哪一种状态的物料，一般都加有各种适量的助剂（添加剂），而不是单独的聚合物。它们配料的区别主要表现在混合、塑化和细分程度的不同。

塑料配制分粉料配制和粒料制备工序。图7-18原料配制工艺流程示意图。

图7-18 原料配制工艺流程

粉料配制若加入相当数量的液态助剂，所配制的物料常称为润性物料，不加液态助剂或加入量极少的，称为非润性物料。

非润湿性物料混合比较简单，一般只增加各组分微小粒子空间分布的无规程度，不减小粒子本身的尺寸。工艺程序一般是按聚合物、稳定剂、色料、填料，润滑剂等顺序，将称量好的原料加入混合设备中进行混合。一定时间后，将物料升温至规定温度（主要是熔化润滑剂），达到质量要求时停止混合，出料即得非润性粉料。

润性物料因加入了相当量的液态助剂，不但增加各组分微小粒子空间分布的无规程度，同时小粒子本身的尺寸也有所增大，工艺步骤如下：

①混合物加入混合设备中，升温不高于100℃，混合约10min。

注意：升温的主要目的是驱除树脂中的水分和易挥发组分，使其更有利地吸收增塑剂，温度过高树脂易出现塑化。

②将已预热至规定温度的增塑剂喷到聚合物中；

③加入稳定剂、染料和增塑剂配制的浆料；

④加入颜料、填料及其他助剂（其中润滑剂最好也用少量增塑剂进行调制）；

⑤混合料达到质量要求时，停车出料，如混合料需存放，则需冷至60℃以下。

（3）粒料的制备

粒料制备是在初混合好的粉料基础上进行塑炼和粒化。塑炼是借助加热和剪切力，使物料熔化、剪切、混合，形成塑化均匀混合物。塑料造粒的方法有挤出造粒和开炼——拉片——破碎造粒两种工艺，如图7-19。

图7-19 塑料造粒工艺示意图

开炼机压板切粒效率低，能耗大，而且造成粉尘飞扬，已基本被挤出机造粒所替代。

（4）塑料配制的设备介绍

塑料配制所用设备类型较多，常用主要有以下几种混合塑炼设备。(www.xing528.com)

①转鼓式混合机。适用于非润性物料的混合，其种类很多，共同特点是混合作用靠盛载混合物料的混合室的转动来完成。

②螺带式混合机。螺带式混合机结构是一个两端封闭的半圆筒形槽，槽上有可启闭的盖，作装料用。槽体附夹套，供加热或冷却用。在半圆形槽的混合室内一般装两根结构坚固、方向相反的螺带。当螺带转动时，两根螺带各按一定方向将混合室内的物料推动，使物料各部分的位移不一，从而达到混合的目的。螺带的转速一般为10～30r/min，混合室下部设有卸料口。混合机可用于润性或非润性物料的混合，容量范围从几十千克到几千千克。

③捏合机。主要由一个带有鞍形底钢槽的混合室和一对反向旋转的Z形搅拌器所组成。混合室槽壁附有夹套，供加热或冷却用。捏合机卸料用钢槽倾倒装置，可使钢槽倾倒120°。混合时，物料靠两个搅拌器的相反转动（一般主轴20r/min，副轴10r/min）沿混合室的侧壁上翻，在混合室的中间落下。物料受到重复的折叠和撕捏作用，达到均匀混合。捏合机可用于润性或非润性物料的混合，容量范围5～2500L。

④高速混合机。由回转盖、混合锅、折流板、搅拌装置、排料装置、驱动电机、机座等组成。锅体外附加热冷却装置（一般为夹套）。搅拌装置由一至三组叶轮组成（分别装置在同一转轴的不同高度上），每组叶轮的数目为两个。叶轮的转速有快慢两档，两者速度比为2∶1，高速约为860r/min。混合时，物料受到高速搅拌，在离心力的作用下，物料沿混合室侧壁上升，至一定高度时落下，然后再上升和落下，从而使物料颗粒间产生较高的剪切作用和热量。除起到物料混合均匀的效果外，还可使物料温度上升而部分塑化。混合时间缩短，一般仅需8～10min即可。高速混合机可用于润性或非润性物料的混合，容量范围10～500L。

⑤管道式捏合机。管道式捏合机主要用于粉料的初混合，作业可连续化，对提高生产率，保证混合料的质量均一有一定作用，有利于实现生产自动控制。管道式捏合机可用于润性或非润性物料的混合。

⑥开炼机。开炼机又称双辊筒塑炼机或开启式塑炼机，简称开炼机。设备中起塑炼作用的主要部件是一对转动方向相对的平行辊筒，其长径比约为2.5左右，转速17～20 r/min，前后辊速比为1∶1.05～1∶1.10，辊筒内有循环加热或冷却载体的通道。辊筒直径60～550mm。

开炼机主要使物料受剪切应力，对塑料起混合塑炼作用。对于物料在大范围内的混合均匀是不利的。工业上主要是将混合后的物料通过开炼机的混合塑化，制成压片半成品，为压延成型供料等。

⑦密炼机。密炼机主要由混炼室、转子、压料装置、卸料装置、加热冷却装置及传动系统组成。密炼机的转子多数为椭圆形，横断面呈梨形，按螺旋的方式沿着轴向排列。当移动时，被塑炼物料不仅绕着转子移动，也顺着轴向移动。两个转子的转动方向相反，转速也略有差别，两个转子的侧面顶尖及顶尖与塑炼室内壁之间的距离都很小。因此，当转子转动时，对物料施以强大的剪切力。塑炼室的顶部设有由压缩空气操纵的活塞，压紧物料使其更有利于塑炼。密炼机的特点是能在较短的时间内给物料较大的剪切能，在隔绝空气的情况下进行塑炼，所以在劳动条件、塑炼效果和防止物料氧化等方面都优于开炼机。密炼机的总容量4.3～75L。

⑧挤出机。挤出机是靠螺杆与料筒给物料剪切作用，达到混合塑炼的目的。混料用的挤出机规格较大，螺槽偏浅，以增大剪切力。目前一般都采用双螺杆挤出机作为造粒用，机头前方常带有转刀进行切粒。图7-20水环造粒机组。

图7-20 水环造粒机组

1—挤出机 2—水环切料装置 3—电动机 4—振动筛 5—振动装置

6—弹簧 7—循环水槽 8—鼓风风送装置 9—旋风分离器

⑨静态混合器。静态混合器通常都装在挤出机和机头之间，改进混合时垂直流动方向物料的均匀性，提高熔体温度均匀性，加强混合效果。

（5）配制车间工艺布置要点

塑料配制工艺车间包括原料预处理布置、粉料配制工序布置和粒料配制工序布置等。图7-21造粒车间部分设备布置。

图7-21 塑料配制造粒车间

根据塑料制品种类、原料、加工成型方法等不同，可设置或部分设置原料预处理、混合等工序。工艺布置要点如下。

①配制车间应布置在厂区的下风方向位置，在原材料仓库与成型车间之间，使物料流程合理。大规模生产的工厂可以单独布置原料配制车间，位置尽可能地靠近原材料仓库和使用混合料多的挤出、注塑等生产车间。中小型工厂一般在厂房一端布置原料配制车间。为防止粉剂对成品和成型生产环境的污染，应在与成型车间之间加一隔墙。

②塑料的配制设备除开炼机、密炼机外，一般都是轻型设备，在工艺布置时，较小、较轻的混合设备可以布置在二楼，以节约用地。

③配料车间一般会存放较多的树脂、增塑剂等易燃的化工原材料。因此，建筑设计应按照防火规范要求采取严格的防火措施。注意自然采光和通风条件设计，应避免阳光直接照射到各种化工原材料上。

④厂房内的墙柱表面均应抹平以免积尘，应采用油漆或瓷砖的墙裙，地面要求坚固耐用、光滑、便于冲洗，设计排水设施。加工食品、卫生用的塑料制品配制车间要达到无菌等要求。

⑤大规格密炼机多采用四层楼房布置。为降低工人劳动强度，改善操作环境，提高自动化水平和生产效率，多采用联动化的工艺流程设计。即：密炼机布置在单独平台上，密炼机平台下面布置挤出机或压片机。二层楼面为密炼机的操作位置，在三层楼装设自动秤和投料装置，在四层布置树脂和粉料等原料贮斗。

密炼机加料口应设除尘装置，压片机、挤出压片机和胶片冷却装置上方均应设置排烟或排风装置。

⑥车间内其他工艺设备、自动化、机械化设施的布置，排烟除尘装置、自控仪表维修站和生活室、办公室等，在保证生产工艺流程合理的前提下，综合考虑具体位置。