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(yī)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(shù)人并不知道塑料是怎樣生產(chǎn)出來。本文將向您介紹齒輪泵在聚合物生產(chǎn)中的典型應(yīng)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(jì)初。第一個塑料專利是1859年John Wesley Hyatt獲得的，他發(fā)明了賽璐珞（celluloid），一種象牙的廉價替代品。他發(fā)現(xiàn)在硝酸纖維素中加入樟腦會發(fā)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(chǎn)品。1951年，Phillips石油公司的兩位化學(xué)家開發(fā)出了聚丙烯和聚乙烯，他們的發(fā)明成為了今天塑料產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。

    現(xiàn)今大多數(shù)塑料的生產(chǎn)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(chǎn)品，將原油置入罐內(nèi)加熱，根據(jù)各種成分沸點的不同進(jìn)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(dá)到150℃左右時，汽油從原油中被分離出來，氣相的副產(chǎn)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(jìn)入一個反應(yīng)釜。反應(yīng)釜內(nèi)的溫度和壓力根據(jù)生產(chǎn)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(yīng)的進(jìn)行，重質(zhì)量的聚合物沉到反應(yīng)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(yīng)釜內(nèi)大多為真空狀態(tài)，齒輪泵往往被螺栓直接連接在反應(yīng)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(shè)計，來適應(yīng)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(shè)計成錐形大敞口，可幫助物料進(jìn)入泵內(nèi)，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(yīng)釜。在這種工藝?yán)?，乙烯和催化劑在環(huán)式反應(yīng)器中循環(huán)，反應(yīng)溫度也稍低一些，為85~110℃，于是會引入溶劑來降低反應(yīng)釜散發(fā)的熱量。聚合物不再是熔融狀態(tài)，而是粉狀。粉料需經(jīng)再熔融后造粒。粉料通過漏斗進(jìn)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(jìn)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。

    混煉泵的大小由裝置其他設(shè)備的綜合能力決定，每小時生產(chǎn)量可小到3t，大到100t。由于在極高溫度下運轉(zhuǎn)，泵被水平安裝以補償鋼材的熱脹。物料有極高粘度和磨蝕性成分，因此混煉泵由同步齒輪箱驅(qū)動，使泵的兩齒輪之間沒有直接接觸。為了使泵達(dá)到額外的產(chǎn)量，也可裝配軸和軸承的冷卻系統(tǒng)以降低泵的部件溫度，加快轉(zhuǎn)速，提高生產(chǎn)率。因為泵需要在極高的溫度壓力和粘度下運轉(zhuǎn)，泵的尺寸和間隙就顯得尤為重要。

由粒料到最終產(chǎn)品
    最后的工序是把粒料變成最終產(chǎn)品。購買粒料的最終用戶或中間商把塑料粒料重新熔融并壓制成型。粒料可以被熔融后經(jīng)注塑機塑成各種復(fù)雜的形狀、經(jīng)吹塑機做成瓶子，或經(jīng)擠塑機成為型材、片材或薄膜。

    舉一個塑料管材的擠出工藝為例，粒料首先經(jīng)喂料漏斗進(jìn)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(jīng)水槽冷卻成型。

    盡管擠出生產(chǎn)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(wěn)定性和產(chǎn)出質(zhì)量。齒輪泵，這里常稱為熔體泵（如圖5），是正位移式泵，每轉(zhuǎn)的產(chǎn)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(tǒng)來自模頭和換網(wǎng)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(jié)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(tǒng)，包括驅(qū)動部分和控制部分，通常在幾個月內(nèi)就能由自身帶來的廢料減少和產(chǎn)能提升而收回成本。

    熔融聚合物齒輪泵是高端設(shè)計的正位移泵。為了應(yīng)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。