王文彦1，李世通2，张国强3
（1. 天华化工机械及自动化研究设计院，甘肃 兰州，730060；
2. 甘肃省聚合物配混改性成套技术及装备工程技术研究中心，甘肃 兰州，730060）
摘要：在聚丙烯（曲轴加工
PP）的改性加工中，熔融指数是一种非常重要的参数。本论文通过实验研究，讨论了啮合块和反向输入元件对聚丙烯熔融指数的影响。 关键词：熔融指数 聚丙烯 啮合块 反向输送元件
在聚丙烯的改性加工中，需要特别注意熔融指数的变化情况[1～2]。本文通过实验研究，讨论了啮合块的结构和位置，反向输送元件的数量和位置对聚丙烯熔融指数的影响。
1 实验部分
1.1 实验原料
聚丙烯（PP）：LI28F，中石油华北石化公司。
1.2 主要实验设备及仪器
平行同向双螺杆挤出机：SHJ-30H，长径比40：1，天华化工机械及自动化研究设计院。
熔融指数仪：ZRZ-400，深圳新三思公司。
1.3 试样制备
将聚丙烯原料颗粒加入SHJ-30H挤出机中，按照表1的工艺条件，使用不同结构的螺杆组合挤出并造粒，制得试样。
表1 挤出工艺参数
筒体温度（℃） | 螺杆转速 （r/min） | 喂料转速 （r/min） |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 滑水鞋 | 8 | 9 | 10 |
210 | 210 | 210 | 215 | 215 | 215 | 215 | 215 | 215 | 215 | 100 | 30 |
| | | | | | | | | | | |
1.4 熔融指数测定
熔融指数按照GB3682-2000测试，测试温度为230℃，砝码重量为2.16kg。
2 结果与讨论
2.1 不同结构的啮合块对熔融指数的影响
为了保证实验结果仅与螺杆组合有关，实验物料中没有添加任何助剂，并且每组实验都采用了如表1所示的工艺条件。
2.1.1 螺杆组合及实验过程
本项实验主要考察了啮合块的错列角和单片厚度对聚丙烯熔融指数的影响。
图1 螺杆组合A
如图1所示，螺杆组合A中有11个啮合块，分成三组，分别位于第3、4节筒体之间，第5、6节筒体之间以及病房呼叫系统7、8节筒体之间。
图2 号螺杆组合B
如图2所示，螺杆组合海绵真空吸盘B是在螺杆组合A的基础上，将真空排气口之前的90°/5/32更换为45°/5/32，用于实验不同角度的啮合块对聚丙烯熔融指数的影响。
图3 螺杆组合C
如图3所示，螺杆组合C是在螺杆组合A的基础上将两个45°/5/57更换为45°/5/32，用于实验
宽啮合块和窄啮合块对聚丙烯熔融指数的影响。
上述三个组合制得的试样的熔指如下表所示：
表2
用这个组合，我们在表1的工艺条件下挤出造粒聚丙烯（PP），然后测定熔融指数。
测得熔融指数为7.2g/10min
在表1工艺条件下挤出造粒。然后测定熔融指数。
工业合成氨测得聚丙烯（PP）的熔融指数为8.5g/10min。
在表1的工艺条件下挤出造粒，然后测定熔融指数。
测得聚丙烯（PP）的熔融指数为7g/10min。
2.1.2 组合机实验结果分析
比较螺杆组合1，螺杆组合2做出来聚丙烯（PP）的熔融指数，我们发现将真空排气口之前的啮合块从90/5/32更换为45/5/32，熔融指数从7.2g/10min增加到了8.5g/10min。这说明在聚丙烯（PP）熔融塑化之后45/5/32的剪切反而强于90/5/32，导致分子量变小，熔融指数增加。
比较螺杆组合1及螺杆组合3
组合1中利用了宽体啮合块，螺杆组合3中用常规啮合块代替了宽体啮合块，螺杆组合1所加工聚丙烯（PP）的熔融指数为7.2g/10min，螺杆组合3所加工聚丙烯（PP）的熔融指数为7g/10min，没有明显的变化。这说明宽体啮合块和常规啮合块对聚丙烯（PP）熔融指数的影响不是很明显。
2.2.1 螺杆组合及实验过程
反向螺纹元件的输送方向与挤出方向相反，作为阻力元件，用于形成密封和建立高压以利于排气，脱挥[1]。在如下的组合中我们主要考察反螺纹的位置及数目对熔融指数的影响。
图4：4号螺杆组合
如图4,4号螺杆组合中有3个反向螺纹元件，分别位于第4、6、8节筒体中。
用这个螺杆组合在表1的工艺条件下进出造粒，然后测定聚丙烯（PP）的熔融指数。
测得熔融指数为6.3g/10min。
图5：富氧设备5号组合
如图5，5号螺杆组合是在4号螺杆组合的基础上减少了真空排气口之前的反向螺纹元件，
保留了位于第4、6节筒体中的反向螺纹元件。用这个组合在表1的工艺条件下挤出造粒，然后测定聚丙烯（PP）的熔融指数。
测得熔融指数为5.7g/10min。
图6：6号螺杆组合
如图6，6号螺杆组合是在4号螺杆组合的基础上，取掉了塑化区最后段（第9节筒体），中段（第6节筒体）的两个反向螺纹元件，只保留了一个位于塑化区前段（第4节筒体）的反向螺纹元件。
4、5、6号螺杆组合及后面的8号螺杆组合用来考察反螺纹数目对聚丙烯（PP）熔融指数的影响。
用这个组合在表1的工艺条件下挤出造粒，然后测定聚丙烯（PP）的熔融指数。
测得聚丙烯（PP）的熔融指数为6.3g/10min。
图7：7号螺杆组合
如图7，7号螺杆组合和6号螺杆组合类似，其中只有一个反向螺纹元件，不同之处在于6号螺杆组合中反向螺纹元件位于塑化区前段（第4节筒体）而7号组合中反向螺纹元件位于塑化区后段（第9节筒体）中。通过这两个组合我们可以比较反向螺纹元件的位置对于聚丙烯（PP）熔融指数的影响。
用这个组合在表1的工艺条件下挤出造粒，然后测定聚丙烯（PP）的熔融指数。
测得聚丙烯（PP）的熔融指数为7.2g/10min。
图8：8号螺杆组合
如图8，8号组合中没有反向螺纹元件，用于和前面的4,5,6号螺杆组合比较，考察反向螺纹元件的数目对聚丙烯（PP）熔融指数的影响，用这个螺杆组合在表1的工艺条件下挤出造粒，然后测定聚丙烯（PP）的熔融指数。
测得聚丙烯（PP）的熔融指数为10g/10min
2.2.2
实验结果及数据分析
表2：反螺纹数目与熔融指数的关系
通过处理实验数据，我们得到表2.中的结果。表2中X轴表示反螺纹数目由多到少，从表中我们可以看出熔融指数并不是简单的随着反螺纹数目的减少呈线性的变化关系，需要比较不同的螺杆组合及熔融指数做进一步的分析。
比较螺杆组合4、5，及测试出来熔融指数，我们发现取掉塑化区后段（第9节筒体）中的反向螺纹元件时，螺杆组合明显的减弱，所以聚丙烯（PP）的熔融指数从6.3g/10min降低到5.7g/10min.
比较螺杆组合5、6、8及测试出来的熔融指数，我们发现在塑化区中段（第6节筒体），塑化区前段（第4节筒体）中安装反向螺纹元件对于并不能增强对聚丙烯（PP）的剪切使聚丙烯（PP）的熔融指数升高。不安装反向螺纹元件的8号组合做出来的熔融指数反而最高，达到了10g/10min。比本次实验聚丙烯（PP）原料的熔融指数高出了一倍。这一点和我们常规的理论分析不一致，值得进一步的实验研究。
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