​黑色母粒是一种常用的塑料着色剂和功能添加剂，主要由高比例的炭黑、载体树脂及分散剂等助剂经熔融混炼制成，具有着色均匀、提升力学性能等特点。黑色母粒的生产工艺需将炭黑、载体树脂、分散剂等原料通过混合、熔融塑化、分散造粒等步骤制成均匀颗粒，以下是详细流程及关键控制点：
一、生产工艺总览
黑色母粒的典型生产流程可分为原料预处理、混合塑化、挤出造粒、后处理四大环节，核心是通过螺杆挤出机的剪切力实现炭黑的均匀分散。以下为工艺流程图解：
二、具体生产步骤与工艺要点
1. 原料预处理
炭黑筛选与干燥：
选择高色素炭黑（如炉法炭黑，粒径 10~30nm）或功能型炭黑（导电炭黑需检测电阻率＜10⁴Ω・cm），过筛去除杂质（筛网目数≥200 目）。
炭黑吸湿性强，需在 80~120℃下干燥 4~6 小时（含水率＜0.5%），避免加工时产生气泡。
载体树脂与助剂准备：
载体树脂（如 PE、PP）需粉碎成颗粒（粒径≤5mm），与分散剂（硬脂酸、EVA 蜡）、抗氧化剂按配方称量（精度 ±0.5%）。
2. 混合搅拌
高速混合机预混：
将干燥后的炭黑、载体树脂、分散剂加入高速混合机（转速 800~1500r/min），混合 10~15 分钟，使炭黑初步被树脂包裹。
混合温度控制在 60~80℃（通过夹套冷却水调节），避免树脂软化结块。
3. 挤出熔融混炼（核心环节）
双螺杆挤出机工艺：
喂料段（温度160~180℃）→ 压缩段（180~220℃）→ 熔融段（220~240℃）→ 分散段（230~250℃）→ 排气段（220~230℃）→ 计量段（210~220℃）  
关键参数：
长径比（L/D）：≥30:1，长径比越大，剪切分散效果越好（如 36:1 的螺杆可使炭黑粒径＜5μm）。
螺杆转速：300~600r/min，高转速增强剪切力，但需匹配温度（转速每增加 100r/min，温度需提高 10~15℃），避免树脂降解。
压力控制：熔融段压力维持在 5~10MPa，确保物料充分塑化，排气段压力＜0.5MPa，排出挥发分（如水蒸气、低分子助剂）。
分散技术要点：
炭黑表面可预先进行氧化处理（如硝酸处理），增加极性基团，提升与树脂的相容性。
部分工艺采用 “两步法”：先将炭黑与少量载体树脂制成高浓度预分散体，再与剩余树脂混合挤出，改善分散均匀性。
4. 冷却切粒
水拉条切粒（传统工艺）：
挤出机模头挤出条状物料，经冷却水槽（水温 20~30℃）固化，通过牵引机（速度 5~10m/min）送入切粒机（刀片转速 1000~1500r/min），切成 2~3mm 颗粒。
缺点：水冷却易使颗粒表面吸湿，需额外干燥（50~60℃，2 小时）。
水下切粒（高端工艺）：
模头直接浸入循环水中，物料挤出即被高速旋转的刀片（转速 2000~3000r/min）切粒，颗粒尺寸更均匀（直径 ±0.1mm），无需额外干燥，适用于高浓度母粒（炭黑含量≥70%）。
5. 后处理与包装
筛分与干燥：
切粒后过筛（筛网目数 40~60 目），去除连粒和粉末；若采用水拉条工艺，需在流化床干燥机中干燥（温度 60~80℃，时间 1~2 小时），含水率≤0.1%。
质量检测：
检测黑度（分光测色仪 L 值≤10）、分散性（显微镜观察颗粒团聚情况）、熔融指数（与基材树脂熔融指数偏差≤10%）。
包装存储：
采用防潮塑料袋密封包装（每袋 25kg），存放于干燥通风处（温度＜30℃，湿度＜60%），避免炭黑吸潮影响使用效果。
三、关键设备与技术参数
1. 双螺杆挤出机核心部件
螺杆结构：采用 “螺纹块 + 捏合块” 组合，捏合块角度 30°~60°，增加剪切分散区域（如分散段捏合块长度占螺杆总长 20%）。
加热方式：电加热 + 导热油循环，控温精度 ±5℃，确保各段温度稳定。
2. 环保与安全配置
除尘系统：原料投料口安装布袋除尘器（除尘效率≥99%），防止炭黑粉尘污染（车间粉尘浓度≤10mg/m³）。
废气处理：挤出机排气口连接活性炭吸附装置，处理挥发的有机废气（如分散剂分解产物），符合 GB 31572-2015《合成树脂工业污染物排放标准》。
四、工艺优化方向
高效分散技术：引入超临界 CO₂辅助挤出，降低熔体黏度，提升炭黑分散性（粒径可减小至 2~3nm）。
智能化控制：通过在线红外光谱仪实时监测炭黑分散度，自动调节螺杆转速和温度，减少批次差异。
节能生产：采用电磁加热替代电阻加热（节能率 30% 以上），并回收挤出机冷却循环水的热量用于原料干燥。
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