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時間：2020-24-03
塑料是日常生活中最常用的材料之一，比如餐具、玩具、電腦、醫療器械、建筑材料、居家用品、工具和水管等都有塑料的身影。盡管塑料在我們的生活中無處不在，但大多數人并不知道塑料是怎樣生產出來。本文將向您介紹齒輪泵在聚合物生產中的典型應用。
塑料分為很多種，制備工藝也不盡相同。塑料的歷史可以追溯到18世紀初。第一個塑料專利是1859年John Wesley Hyatt獲得的，他發明了賽璐珞（celluloid），一種象牙的廉價替代品。他發現在硝酸纖維素中加入樟腦會發生“塑化”作用。于是賽璐珞大量用來制作臺球、梳子、紐扣、假牙及其他產品。1951年，Phillips石油公司的兩位化學家開發出了聚丙烯和聚乙烯，他們的發明成為了今天塑料產業的基礎。
現今大多數塑料的生產工藝始于原油。談到原油，一般我們會想到由它而生的汽油。實際上，一桶原油的收率大約只有40%為汽油。石化廠為了得到汽油及其他很多有用的副產品，將原油置入罐內加熱，根據各種成分沸點的不同進行分離。這些成分被稱為“餾分”，而這種工藝被稱為“蒸餾”。在溫度達到150℃左右時，汽油從原油中被分離出來，氣相的副產品乙烯和丙烯在加熱到840℃時從餾余物中被“裂解”出來，成為塑料的原料。
這些氣體成分，也叫做單體，將進入一個反應釜。反應釜內的溫度和壓力根據生產的聚合物的不同而各異。單體分子鏈之間在熱和壓力的作用下聚合形成長鏈，我們稱之為聚合物。隨著反應的進行，重質量的聚合物沉到反應釜底，于是適用于高溫、高壓、高粘度的齒輪泵就派上了用場（如圖1）。
抽出熔融聚合物
因為反應釜內大多為真空狀態，齒輪泵往往被螺栓直接連接在反應釜底以減少所需汽蝕余量。這時，由于聚合物中還含有大量的溶劑，物料粘度還不是特別的高，大約在150000cP左右。釜底抽出齒輪泵需要有特殊的設計，來適應入口的低壓及耐高溫性，以抵消鋼材在200℃高溫下的熱膨脹。泵的入口被設計成錐形大敞口，可幫助物料進入泵內，夾套可用蒸汽或熱媒加熱泵身。
另一種工藝“氣相聚合”使用稍有不同的反應釜。在這種工藝里，乙烯和催化劑在環式反應器中循環，反應溫度也稍低一些，為85~110℃，于是會引入溶劑來降低反應釜散發的熱量。聚合物不再是熔融狀態，而是粉狀。粉料需經再熔融后造粒。粉料通過漏斗進入雙螺桿擠出機或混合器，在其中被融化、均化（需用如圖3所示的泵加入添加劑），再進入一臺混煉泵，混煉泵將熔體推入前述的切粒機。粒子被冷卻、干燥、裝箱售賣。
舉一個塑料管材的擠出工藝為例，粒料首先經喂料漏斗進入單螺桿擠出機，從擠出機的一端向另一端逐漸被融化、混合（有時會添加色劑或其他添加劑）并均化，熔體被擠向模頭制成管材，最后經水槽冷卻成型。
盡管擠出生產可以不用齒輪泵，但在擠出機的末端加入一臺齒輪泵可以保持穩定性和產出質量。齒輪泵，這里常稱為熔體泵（如圖5），是正位移式泵，每轉的產出量是恒定的。齒輪泵在這里可承受高壓力，它能比擠出機更加有效地減壓以克服系統來自模頭和換網器的背壓。
Maag熔體泵的容積效率為98%~99%，而擠出機的效率僅有45%左右。這表明加入擠出泵后會節省總的電力消耗。同時擠出泵代受了擠出機承受的高壓力，昂貴的擠出機部件也就減少了磨損。擠出泵的整個系統，包括驅動部分和控制部分，通常在幾個月內就能由自身帶來的廢料減少和產能提升而收回成本。
熔融聚合物齒輪泵是高端設計的正位移泵。為了應對高溫、高壓和高粘度工況，聚合物泵制造商必須了解泵的各種材料性能，充分掌握聚合物本身以及它們在不同運行工況下的特性。
