PP熔噴料擠出機(jī)換網(wǎng)裝置的設(shè)計(jì)

田衛(wèi)東，李世通

（甘肅省聚合物配混改性成套技術(shù)及裝備工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州730060）

PP熔噴料擠出機(jī)換網(wǎng)裝置的設(shè)計(jì)

田衛(wèi)東，李世通

（甘肅省聚合物配混改性成套技術(shù)及裝備工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州730060）

針對(duì)聚丙烯（PP）熔噴料的生產(chǎn)特點(diǎn)，分析了原有單板式換網(wǎng)裝置的缺點(diǎn)，提出了更適用于PP熔噴料擠出生產(chǎn)的雙滑柱式換網(wǎng)裝置設(shè)計(jì)方案，并在實(shí)際應(yīng)用中加以改進(jìn)，由雙柱兩工位改為雙柱四工位，解決了換網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)的斷條及漏料問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了擠出生產(chǎn)的連續(xù)化，并降低了生產(chǎn)成本。

聚丙烯；熔噴料；擠出機(jī)；換網(wǎng)裝置

0 前言

近年來(lái)，隨著無(wú)紡布用量的不斷增長(zhǎng)，對(duì)其專(zhuān)用樹(shù)脂PP熔噴料的需求也不斷增加。無(wú)紡布主要應(yīng)用于衛(wèi)生及過(guò)濾領(lǐng)域［1］。熔噴法無(wú)紡布工業(yè)化生產(chǎn)始于20世紀(jì)60年代末，當(dāng)時(shí)只能采用已有的PP樹(shù)脂為原料，其熔體流動(dòng)速率一般為12、25、35g/10min。1985年，熔體流動(dòng)速率為90、150g/10min的PP樹(shù)脂進(jìn)入市場(chǎng)。90年代后，熔體流動(dòng)速率為400、800g/10min的PP樹(shù)脂成為熔噴法工藝常用的原料，現(xiàn)今這些產(chǎn)品仍在使用［2］。

隨著PP熔噴料的配方、生產(chǎn)設(shè)備及工藝的大幅度發(fā)展，其主要生產(chǎn)工藝發(fā)展為采用液體過(guò)氧化物等改性劑對(duì)選定的PP樹(shù)脂進(jìn)行改性，熔體流動(dòng)速率可達(dá)到1200～1500g/10min。此工藝的主要生產(chǎn)設(shè)備是雙螺桿擠出機(jī)。

PP熔噴料的改性過(guò)程是一種化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，最終得到的PP熔噴料的流動(dòng)性極好，在擠出生產(chǎn)中存在料條不易牽引，常常因更換濾網(wǎng)造成斷條的問(wèn)題，操作困難，產(chǎn)生大量的廢料。因此，開(kāi)發(fā)適用于PP熔噴料的不停機(jī)、不斷條的換網(wǎng)裝置成為解決其正常生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

1 常用的換網(wǎng)裝置

塑料擠出機(jī)換網(wǎng)裝置的分類(lèi)方法很多，從操作上講可分為2類(lèi)，一類(lèi)是非連續(xù)型換網(wǎng)裝置，在換網(wǎng)時(shí)熔體料流瞬時(shí)中斷或需停機(jī)換網(wǎng)；另一類(lèi)是連續(xù)型換網(wǎng)裝置，可連續(xù)、自動(dòng)、不停機(jī)換網(wǎng)，料流無(wú)中斷［3］。按結(jié)構(gòu)形式可分為板式換網(wǎng)和柱式換網(wǎng)，通常采用雙柱式雙流道換網(wǎng)裝置適應(yīng)連續(xù)不停車(chē)換網(wǎng)作業(yè)。

結(jié)合筆者的實(shí)際開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，雙柱四工位換網(wǎng)裝置能較好地滿(mǎn)足PP熔噴料連續(xù)、節(jié)能的工業(yè)化生產(chǎn)要求，是適應(yīng)于PP熔噴料生產(chǎn)的最佳換網(wǎng)裝置。

2 PP熔噴料換網(wǎng)裝置的開(kāi)發(fā)

2.1 單板式換網(wǎng)裝置

單板式換網(wǎng)裝置是一種較為常見(jiàn)的換網(wǎng)形式，PP熔噴料擠出造粒生產(chǎn)線(xiàn)中原有的換網(wǎng)裝置為單板式換網(wǎng)裝置，如圖1所示。它通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)，使裝有2個(gè)多孔板的滑板往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)瞬間快速換網(wǎng)，并通過(guò)2塊銅板壓緊滑板，實(shí)現(xiàn)滑板的往復(fù)移動(dòng)與密封，其液壓系統(tǒng)配有蓄能器，可實(shí)現(xiàn)在不停機(jī)狀態(tài)下1～2s內(nèi)完成換網(wǎng)［4］。

圖1 單板式換網(wǎng)裝置Fig.1 Single－plate screen changing device

單板式換網(wǎng)裝置的缺點(diǎn)主要有：（1）由于2個(gè)多孔板之間有一定的距離，換網(wǎng)時(shí)會(huì)斷條，需要重新進(jìn)行料條的牽引，操作難度大，產(chǎn)生廢料多；（2）換網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)料流中斷，網(wǎng)前壓力瞬間增大，導(dǎo)致排氣口冒料；（3）隨著換網(wǎng)次數(shù)的增加，滑板與銅板之間的間隙由于磨損而變大，導(dǎo)致漏料；（4）需定期更換銅板與四氟板，停車(chē)次數(shù)多，維護(hù)成本較高，并產(chǎn)生大量廢料，增加了生產(chǎn)成本。

2.2 雙柱兩工位換網(wǎng)裝置

針對(duì)單板式換網(wǎng)裝置在PP熔噴料生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)了雙柱兩工位換網(wǎng)裝置，如圖2所示。該裝置通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)滑柱，每個(gè)滑柱上安裝1個(gè)多孔板，通過(guò)滑柱的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)多孔板及濾網(wǎng)的更換。

圖2 雙柱兩工位換網(wǎng)裝置Fig.2 Double slides two station screen changing device

雙柱兩工位換網(wǎng)裝置在工作時(shí)有2個(gè)通道，這樣就增大了換網(wǎng)面積，延長(zhǎng)了換網(wǎng)周期。滑柱與換網(wǎng)體之間采用間隙配合，這樣在它們之間便形成一層料膜，作為密封墊層，防止滑柱與換網(wǎng)體之間的漏料，是一種熔體自密封系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)還避免了因滑柱磨損引起的物料泄露問(wèn)題。同時(shí)液壓系統(tǒng)不配備蓄能器，換網(wǎng)時(shí)滑柱保持勻速運(yùn)動(dòng)，保證氣體可以通過(guò)排氣槽順利排出，從而保證換網(wǎng)時(shí)料流不中斷。

雙柱兩工位換網(wǎng)裝置更換濾網(wǎng)時(shí)采取逐個(gè)更換的方式，由于此時(shí)只有1個(gè)通道在工作，網(wǎng)前壓力會(huì)升高，為了防止排氣口冒料，必須降低主機(jī)產(chǎn)量，待2個(gè)濾網(wǎng)依次更換完成后，再重新提高主機(jī)產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)正常生產(chǎn)。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，雙柱兩工位換網(wǎng)裝置解決了單板式換網(wǎng)裝置存在的換網(wǎng)時(shí)斷條以及磨損引起的泄漏問(wèn)題。但在更換濾網(wǎng)時(shí)，為了防止冒料，需對(duì)主機(jī)產(chǎn)量進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)存在濾網(wǎng)更換操作時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，不利于實(shí)際生產(chǎn)中的操作。

2.3 雙柱四工位換網(wǎng)裝置

在總結(jié)雙柱兩工位換網(wǎng)裝置使用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，筆者對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了雙柱四工位的換網(wǎng)裝置，如圖3所示。該裝置的特點(diǎn)是換網(wǎng)時(shí)通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)滑柱，每個(gè)滑柱上安裝2個(gè)多孔板，4個(gè)通道交替使用，始終保持有2個(gè)通道處在工作位置，解決了雙柱兩工位換網(wǎng)裝置需進(jìn)行主機(jī)產(chǎn)量調(diào)整的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)。

圖3 雙柱四工位換網(wǎng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Double slides four stations screen changing device

筆者在網(wǎng)前還設(shè)置了料壓傳感器，通過(guò)實(shí)際摸索，可以設(shè)置最佳的壓力報(bào)警值。隨著生產(chǎn)過(guò)程的進(jìn)行，濾網(wǎng)上雜質(zhì)不斷積累，網(wǎng)前壓力會(huì)逐漸升高，當(dāng)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，擠出機(jī)會(huì)發(fā)出換網(wǎng)信號(hào)，此時(shí)即可操作液壓系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行換網(wǎng)。

結(jié)合PP熔噴料生產(chǎn)時(shí)的低溫?cái)D出特點(diǎn)，擠出機(jī)最后幾段筒體及機(jī)頭溫度都應(yīng)該設(shè)置在145℃左右，此溫度顯然低于物料的熔點(diǎn)，但由于物料是不斷流動(dòng)的，因而它不會(huì)凝固。如果換網(wǎng)裝置的溫度也設(shè)定在該值，換網(wǎng)體與滑柱間隙中的物料就會(huì)固化，換網(wǎng)時(shí)會(huì)增大液壓系統(tǒng)的負(fù)荷，極易造成液壓系統(tǒng)密封件的損壞。實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)將換網(wǎng)裝置的溫度設(shè)置在170℃左右，保證物料處于軟化狀態(tài)，既不會(huì)產(chǎn)生漏料，又保證液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能正常工作。

實(shí)際應(yīng)用表明，雙柱四工位換網(wǎng)裝置很好地解決了斷條、冒料及泄漏的問(wèn)題，換網(wǎng)時(shí)無(wú)需對(duì)主機(jī)產(chǎn)量進(jìn)行調(diào)整，完全滿(mǎn)足了PP熔噴料連續(xù)、穩(wěn)定的生產(chǎn)要求。

以上所述各換網(wǎng)裝置的特點(diǎn)對(duì)比詳見(jiàn)表1。

表1 各種換網(wǎng)裝置的特點(diǎn)Tab.1 Characters of different screen changing devices

3 注意事項(xiàng)

在進(jìn)行換網(wǎng)裝置開(kāi)發(fā)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）滑柱與多孔板之間的配合尺寸，在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮零件由于受熱后發(fā)生膨脹引起的結(jié)構(gòu)尺寸的變化，以保證多孔板可以輕松地拆除與安裝；（2）滑柱與換網(wǎng)體的配合尺寸設(shè)計(jì)要兼顧熱變形及物料壓力流的影響，首先要對(duì)其熱變形進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)結(jié)合熔體在圓環(huán)中的流動(dòng)［5］公式（1）來(lái)計(jì)算熱膨脹狀態(tài)下的環(huán)隙（圖4）泄露量，結(jié)合計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行滑柱與換網(wǎng)體的間隙設(shè)計(jì)，以保證滑柱的自由移動(dòng)和換網(wǎng)裝置不漏料；（3）滑柱上排氣槽的設(shè)計(jì)既要保證排氣效果，又不能產(chǎn)生漏料，同樣要結(jié)合式（1）進(jìn)行計(jì)算；（4）對(duì)于各結(jié)構(gòu)件及螺栓連接，要在熔體高壓作用下進(jìn)行強(qiáng)度的校核；（5）換網(wǎng)體、滑柱多孔板安裝孔的距離及液壓缸行程的選擇要充分考慮多孔板的安裝與拆卸操作空間；（6）換網(wǎng)體與滑柱要采用耐磨及高溫性能良好的優(yōu)質(zhì)氮化鋼。

式中 V——熔體在環(huán)形縫隙中的流量，m3/s

Ri——滑柱熱膨脹后的半徑值，m

R——換網(wǎng)體滑道熱膨脹后的半徑值，m

L——環(huán)形縫隙的長(zhǎng)度，m

k——常數(shù)

η——熔體黏度，Pa·s

ΔP——壓力差，Pa

4 實(shí)際應(yīng)用效果

經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，雙柱四工位換網(wǎng)裝置可實(shí)現(xiàn)連續(xù)不停車(chē)的操作，大大提高了生產(chǎn)效率，減少了換網(wǎng)時(shí)的物料損耗，降低了廢品率。但是在使用過(guò)程中因間隙偏大存在漏料現(xiàn)象，有待進(jìn)一步改進(jìn)。

分析漏料的原因，主要是對(duì)滑柱和換網(wǎng)體之間的間隙控制不準(zhǔn)，原因是對(duì)超高熔體流動(dòng)速率樹(shù)脂在環(huán)形間隙的漏流計(jì)算和使用經(jīng)驗(yàn)不足。此外，滑柱與換網(wǎng)體之間的氣體沒(méi)有經(jīng)過(guò)排氣槽徹底排凈，也會(huì)導(dǎo)致漏料，因此在換網(wǎng)完成、滑柱復(fù)位時(shí)應(yīng)有間歇，使滑柱移動(dòng)的速度放慢，以使氣體徹底排出，避免發(fā)生漏料。

圖4 滑柱與換網(wǎng)體滑道的間隙Fig.4 Gap between slide column and slideway

5 結(jié)論

（1）雙滑柱式四工位換網(wǎng)裝置具有壓力波動(dòng)小、無(wú)斷條、無(wú)泄漏等優(yōu)點(diǎn)，為PP熔噴料的生產(chǎn)節(jié)約了原材料，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，為企業(yè)帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益，得到了用戶(hù)的高度認(rèn)可；

（2）雙滑柱式四工位換網(wǎng)裝置不僅適用于生產(chǎn)高熔體流動(dòng)速率的PP熔噴料，同樣適用于超低熔體流動(dòng)速率的物料的生產(chǎn)。

［1］ 徐險(xiǎn)峰.PP無(wú)紡布專(zhuān)用樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)［J］.合成樹(shù)脂及塑料，2008，25（1）：47－50.

［2］ 李 民.熔噴法用高熔融指數(shù)聚丙烯［J］.合成纖維，2006，（12）：50－51.

［3］ 姚祝平.擠出機(jī)換網(wǎng)器的應(yīng)用與發(fā)展［J］.塑料包裝，2003，13（4）：33－36.

［4］ 戈大偉，吳宏武.一種擠出機(jī)換網(wǎng)裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)［J］.塑料工業(yè)，2009，12（39）：69－70.

［5］ W 邁切里.塑料橡膠擠出模頭設(shè)計(jì)［M］.李 吉，譯.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2000：32－34.

Design of Screen Changing Devices for Extrusion of PP Melt－blown Resin

TIAN Weidong，LI Shitong
（Gansu Research Center of Polymer Compounding Modification Technology and Equipment Engineer，Lanzhou 730060，China）

The disadvantages of single－plate screen changing devices were analyzed based on the characteristic of polypropylene melt－blown resin.A double－plate screen changing device was proposed in which the original two－station design was replaced with a four－station one.The problems such as breakage and leakage of polypropylene melt during the screen changing were avoided，and continuous and low－cost production was achieved.

polypropylene；melt－blown resin；extruder；screen changing device

TQ320.66＋3

B

1001－9278（2011）10－0095－03

2011－06－21

聯(lián)系人，tianwd1002＠126.com