PA66黑芯切片的產(chǎn)生原因分析與控制

王 磊

平頂山神馬工程塑料有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467000

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PA66黑芯切片的產(chǎn)生原因分析與控制

王 磊

平頂山神馬工程塑料有限責(zé)任公司，河南 平頂山 467000

針對(duì)間歇法合成PA66樹脂實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的黑芯切片問題，從聚合過程和造粒系統(tǒng)兩方面對(duì)PA66黑芯切片的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并給出控制和預(yù)防措施。

PA66樹脂，黑芯切片，控制

PA66樹脂作為聚酰胺樹脂的品種之一，具有優(yōu)良的耐受性能、易改性(如添加Mg基阻燃劑來改善阻燃性、與聚烯烴接枝共聚來提高韌性等)，用途十分廣泛[1]。粒狀PA66樹脂，即PA66切片，其品質(zhì)分為內(nèi)在和外在兩個(gè)方面[2]。內(nèi)在品質(zhì)是指物化性能，主要取決于添加劑種類及性能；而外在品質(zhì)是指外觀形狀和大小、氣泡和黑芯等,主要取決于各項(xiàng)工藝參數(shù)的執(zhí)行情況和各設(shè)備的運(yùn)行及保養(yǎng)狀況等。PA66切片的外在品質(zhì)要求粒子規(guī)整、大小均勻、晶瑩飽滿，無氣泡和黑芯現(xiàn)象，無棱角帶尾現(xiàn)象，無松散和粘連現(xiàn)象[3]，以保證樹脂產(chǎn)品的包裝、運(yùn)輸及下游企業(yè)使用。其中，PA66黑芯切片的數(shù)量對(duì)下游企業(yè)中紡絲工序的影響最大。

若PA66黑芯切片的數(shù)量多，將使得PA66樹脂熔融后所形成的紡絲液通過紡絲組件的過濾裝置時(shí)負(fù)擔(dān)加重，加速其堵塞，紡絲時(shí)易出現(xiàn)飄絲、毛絲和弱絲，導(dǎo)致化纖企業(yè)在拉伸工序中出現(xiàn)斷頭，以及紡黏法錦綸非織造布企業(yè)在成網(wǎng)工序中出現(xiàn)纖網(wǎng)不勻[4]。另外，在PA66樹脂的合成過程中一旦檢測(cè)到出現(xiàn)大量PA66黑芯切片，會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)發(fā)生?，F(xiàn)在相關(guān)企業(yè)雖然使用了PA66黑芯切片篩選裝置，但耗時(shí)耗力。因此，為了樹脂廠家、化纖廠家及非織造布廠家的利益，在PA66樹脂的生產(chǎn)過程中要盡可能地預(yù)防并減少PA66黑芯切片的產(chǎn)生。

1 PA66黑芯切片的產(chǎn)生原因

平頂山神馬工程塑料有限責(zé)任公司采用間歇法和連續(xù)法制備原生PA66樹脂。其中，連續(xù)法為間歇法的優(yōu)化。間歇法由于是批量合成，具有易控產(chǎn)品質(zhì)量、易更改PA66樹脂牌號(hào)、易開停車等優(yōu)勢(shì)，所以仍是合成PA66樹脂的首選方法。間歇法制備PA66樹脂是采用PA66鹽溶液，經(jīng)過聚合過程(濃縮槽和聚合釜)和造粒系統(tǒng)，再經(jīng)干燥、檢測(cè)、包裝，得到各種牌號(hào)的PA66切片。下面從聚合過程和造粒系統(tǒng)兩方面對(duì)PA66黑芯切片的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。

1.1 聚合過程

間歇法制備PA66樹脂的聚合過程如圖1所示。采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的PA66鹽溶液和添加劑(消泡劑、增韌劑等)，分別經(jīng)過計(jì)量裝置、過濾器后進(jìn)入濃縮槽；濃縮槽和管式加熱器(蒸汽)在自流循環(huán)(分為六個(gè)階段：等待、加熱、濃縮、添加、過熱和排料入釜階段)的作用下使水分揮發(fā)而得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的PA66鹽溶液，并與添加劑混合；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的PA66鹽溶液依據(jù)造粒系統(tǒng)的時(shí)間安排，借助重力按時(shí)進(jìn)入聚合釜進(jìn)行聚合(分為七個(gè)階段：等待、進(jìn)料、加熱、預(yù)聚、減壓、完成和切粒排料階段)；然后，聚合形成的具有一定黏度的熔體進(jìn)入造粒系統(tǒng)。在間歇法制備PA66樹脂的整個(gè)聚合過程中，黑芯切片的產(chǎn)生主要源于PA66鹽溶液、添加劑的品質(zhì)及濃縮槽和聚合釜的料液位波動(dòng)。

圖1 間歇法制備PA66樹脂的聚合過程示意

1.1.1 鹽溶液、添加劑的品質(zhì)

鹽溶液的品質(zhì)(pH值、UV值及聚合度等)直接影響到PA66樹脂產(chǎn)品的各項(xiàng)物理、化學(xué)性能。同時(shí)，無論是固態(tài)還是液態(tài)PA66鹽，在運(yùn)輸、溶解過程中都會(huì)混入一些雜質(zhì)，如機(jī)械雜質(zhì)、水中雜質(zhì)及包裝碎屑等。所以，應(yīng)在物料源頭上加以控制，再采用過濾裝置，盡可能杜絕雜質(zhì)混入鹽溶液中而產(chǎn)生黑芯切片。

添加劑的種類不同導(dǎo)致生產(chǎn)出各種不同牌號(hào)的PA66樹脂。添加劑可以與鹽溶液混合后加入濃縮槽，或在濃縮槽濃縮一段時(shí)間后加入，或在聚合釜的預(yù)聚階段加入。然而，添加劑在調(diào)配時(shí)易混入雜質(zhì)，個(gè)別添加劑在水中會(huì)產(chǎn)生易聚沉等現(xiàn)象。這些雜質(zhì)可以通過濃縮槽前的過濾裝置等加以排除，效果非常好。但隨著大量雜質(zhì)不斷被過濾，不僅齒輪泵的負(fù)荷急劇加大，而且添加劑的聚沉部分未完全加入，從經(jīng)濟(jì)和安全方面考慮都不可取。所以，應(yīng)依據(jù)各種牌號(hào)的PA66樹脂的生產(chǎn)要求，調(diào)配新鮮的添加劑溶液并安裝控制攪拌器。

另外，在每種不同牌號(hào)的PA66樹脂的生產(chǎn)過程中需要添加1～5類不同的添加劑(如XIAMETER?ACP-0544消泡劑、HAc、H610等)，各批次生產(chǎn)的PA66樹脂的牌號(hào)也不盡相同。如圖2所示，添加劑在輸送過程中會(huì)帶入一些緩沖罐和濃縮槽的平衡管線上積攢的上一批次生產(chǎn)中的其他添加劑因高溫而分解所產(chǎn)生的雜質(zhì)，這很可能會(huì)導(dǎo)致PA66黑芯切片的產(chǎn)生。

圖2 間歇法制備PA66樹脂中添加劑加入濃縮槽示意

1.1.2 濃縮槽和聚合釜的料液位波動(dòng)

料液位波動(dòng)主要有：①局部物料在自流循環(huán)(蒸汽加熱)作用下因受熱沸騰而引起的料液位波動(dòng)；②聚合過程中因?yàn)榧訜峤橘|(zhì)THERMINOL?66合成導(dǎo)熱油(其應(yīng)用溫度范圍為-7～350 ℃)時(shí)出現(xiàn)溫度過高，導(dǎo)致物料暴沸所引起的料液位波動(dòng)。這種波動(dòng)使得濃縮槽和聚合釜中的料液位在很短的時(shí)間內(nèi)迅速上升或下降。尤其在濃縮槽和聚合釜的進(jìn)料階段，剛進(jìn)入的少量物料因受熱不勻，會(huì)沸騰起泡而產(chǎn)生虛假上升料液位；在聚合釜的預(yù)聚階段，攪拌器啟動(dòng)，料液位小幅度上升，若受熱不勻，也會(huì)沸騰起泡而出現(xiàn)虛假上升料液位；開停車時(shí)的頭尾批次料，會(huì)因管道存料不同而產(chǎn)生虛假上升或下降料液位。

某一批次的濃縮槽和聚合釜的料液位波動(dòng)為上升，具有一定黏度的少量半成品物料黏附在正常料液位以上的濃縮槽/聚合釜壁上，隨著聚合過程的進(jìn)行，水分越來越少，濃縮槽/聚合釜壁上的聚合物就會(huì)越來越干燥，最終因受熱不勻及過度受熱而變成黑色的炭化物。產(chǎn)生料液位波動(dòng)的批次數(shù)一旦過于頻繁，在這種大幅度的料液位波動(dòng)下產(chǎn)生的黑色炭化物的面積大、數(shù)量多，固化后會(huì)脫落至料液中，經(jīng)造粒系統(tǒng)后則會(huì)產(chǎn)生大量的PA66黑芯切片。

同理，某一批次的料液位波動(dòng)為下降，則高于低料液位的上一批次殘余的少量黏度等指標(biāo)達(dá)到要求的熔體又經(jīng)歷一次或多次聚合過程，起皮脫落或受

到振動(dòng)而進(jìn)入物料中，也會(huì)產(chǎn)生大量的PA66黑芯切片。

聚合過程是PA66切片生產(chǎn)的重要過程，一旦在該過程中產(chǎn)生黒芯切片，就會(huì)連續(xù)出現(xiàn)很長一段時(shí)間，直接影響PA66切片的外在品質(zhì)，黑芯切片數(shù)量多時(shí)會(huì)導(dǎo)致PA66切片成為等外品，極大地影響經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此，在聚合過程中，必須提前做好預(yù)防黑芯切片產(chǎn)生的措施，將損失降到最低。

1.2 造粒系統(tǒng)

間歇法制備PA66樹脂的造粒系統(tǒng)工藝過程如圖3所示。PA66熔體在聚合釜內(nèi)生成，在0.4～0.7MPa的N2(氮?dú)?作用下，經(jīng)鑄帶模板分股噴出，形成鑄帶條；鑄帶條經(jīng)導(dǎo)流板，由溢流水、噴淋水冷卻固化并輸送，再由引料輥送入切割室(由動(dòng)刀、定刀和引料輥組成)，生成粒狀PA66樹脂；粒狀PA66樹脂送入干燥器除濕后，通過振動(dòng)篩選擇并檢測(cè)合格后送入成品料倉包裝。

圖3 間歇法制備PA66樹脂的造粒系統(tǒng)工藝過程示意

間歇法制備PA66樹脂的造粒系統(tǒng)工藝過程是一個(gè)復(fù)雜的過程，所制成的PA66樹脂的外在品質(zhì)受到切粒機(jī)的切刀、鑄帶模板、切粒水(溢流水、噴淋水及輸送水)的溫度和清潔情況等因素的影響[5]。其中，鑄帶模板和溢流水的清潔情況是導(dǎo)致產(chǎn)生PA66黑芯切片的主要原因。

1.2.1 鑄帶模板

鑄帶模板是水下造粒系統(tǒng)的重要組成部分之一，是聚合過程和造粒系統(tǒng)的連接處，其穩(wěn)定安全運(yùn)行決定著鑄帶條的流暢性等，進(jìn)而影響PA66樹脂的外觀品質(zhì)。尤其是鑄帶模板的加熱是否均勻直接影響著PA66熔體能否順利、均勻地通過鑄帶模板的成型通道。若溫度控制不均勻，會(huì)造成部分鑄帶條的流速不均勻，切粒后的PA66切片會(huì)長短不一、不規(guī)則顆粒增多，即出現(xiàn)異型切片，嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞成型通道，影響鑄帶模板背面的高溫物料的壓力分布。因而，切粒前約1h要對(duì)聚合釜加熱盲區(qū)——鑄帶模板進(jìn)行均勻的加熱(一般采用電爐絲板)，以保證成型通道順暢。由于鑄帶模板的電加熱(目的是保證質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的鹽溶液不結(jié)晶)和聚合釜內(nèi)的聚合反應(yīng)加熱(目的是保證正常聚合反應(yīng))有著本質(zhì)的區(qū)別，所以進(jìn)入聚合釜底部鑄帶模板的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%的鹽溶液未參加聚合反應(yīng)，即為切片頭料。為保證切片的內(nèi)在品質(zhì)，要將切片頭料直接排到造粒系統(tǒng)以外(約排頭料3kg)。鑄帶模板排完頭料后，鑄帶模板整體未使用脫落清洗劑(如脫模劑)清洗干凈，殘余物在高溫烘烤下變成黑色炭化物，熔體物料從鑄帶模板噴出后，黏附在鑄帶條上形成黑芯鑄帶條，經(jīng)切粒形成黑芯切片。圖4中，(a)為全部黑芯鑄帶條，(b)為部分黑芯鑄帶條，(c)為1～2根黑芯鑄帶條。

圖4 鑄帶模板噴流鑄帶條示意

1.2.2 溢流水

溢流水由切粒機(jī)啟動(dòng)板上的翻板頂部流下，其作用包括：①冷卻鑄帶條；②借助水向下流的勢(shì)能將鑄帶條沿導(dǎo)軌沖下，防止產(chǎn)生PA66異型切片(并條切片或長條切片)，同時(shí)將鑄帶條與啟動(dòng)板隔開。

溢流水的雜質(zhì)情況也是導(dǎo)致PA66黑芯切片產(chǎn)生的原因。鑄帶模板噴流出來的鑄帶條首先被切粒機(jī)啟動(dòng)板承接，由溢流水初步冷卻和輸送，再經(jīng)導(dǎo)流板，送入切割室。若溢流水中的雜質(zhì)含量多，直接黏附在鑄帶條上形成黑芯鑄帶條，經(jīng)切粒則得到PA66黑芯切片，如圖5所示。

圖5 溢流水輸送冷卻鑄帶條示意

因此，為了保證PA66切片的外在品質(zhì)，在水下造粒系統(tǒng)的工藝過程中，也必須做好預(yù)防PA66黑芯切片產(chǎn)生的措施。

2 PA66黑芯切片的預(yù)防

在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，PA66黑芯切片在某一批次出現(xiàn)后，會(huì)連續(xù)多批次地出現(xiàn)，導(dǎo)致PA66樹脂由優(yōu)等品降為等外品，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大。要想杜絕PA66黑芯切片的產(chǎn)生，唯一的出路就是預(yù)防控制。

2.1 聚合過程

2.1.1 鹽溶液和添加劑

在鹽溶液的輸送過程中加強(qiáng)監(jiān)管，防止雜質(zhì)混入鹽液內(nèi)。輸送管及其管線上的過濾裝置應(yīng)定期清洗。另外，應(yīng)依據(jù)各種牌號(hào)的PA66樹脂的生產(chǎn)時(shí)間安排和各項(xiàng)要求，調(diào)配新鮮的添加劑溶液并安裝控制攪拌器；添加劑的輸送和稱量器具、緩沖罐和平衡管，要在調(diào)整PA66樹脂牌號(hào)前清洗干凈(采用脫鹽水沖洗)。

2.1.2 保證料液位穩(wěn)定

如料液位頻繁波動(dòng)，PA66黑芯切片的形成是不可能避免的，所以要保證料液位穩(wěn)定。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，只要工藝參數(shù)穩(wěn)定，濃縮槽和聚合釜有大的有效容積，料液位就能夠維持在一個(gè)很穩(wěn)定的范圍內(nèi)。同時(shí)，現(xiàn)在企業(yè)的供料取消了串級(jí)控制，料液位與進(jìn)料量無關(guān)，而且企業(yè)采用雙道線路，設(shè)備故障和停電引起的料液位波動(dòng)幾乎不存在，由局部受熱引起的“暴沸”而導(dǎo)致的料液位波動(dòng)是最主要的。所以要嚴(yán)格控制各項(xiàng)溫度指標(biāo)，一旦出現(xiàn)料液位波動(dòng)，迅速將DCS控制由自動(dòng)調(diào)為手動(dòng)[6]，調(diào)低溫度，等待料液位自行回落。

2.1.3 水洗和己內(nèi)酰胺洗滌

如果存在小范圍的料液位波動(dòng)，則產(chǎn)生炭化物是不可避免的。從實(shí)際生產(chǎn)中的觀察來看，大約半年時(shí)間就會(huì)在聚合釜的正常液面以上形成一層薄薄的炭黑層，而濃縮槽內(nèi)的形成則稍慢一些。時(shí)間越長，炭黑層越黑越厚。若不是連續(xù)批次的物料在濃縮槽和聚合釜頂部不斷地流過，炭黑層的形成不需要3個(gè)月。為了不讓炭黑層變厚，一般隔一段時(shí)間要加以去除，停車時(shí)(可選擇大修期間)采用水洗和己內(nèi)酰胺洗滌濃縮槽和聚合釜。為了讓每次進(jìn)入聚合的炭黑盡可能地少，以免產(chǎn)生PA66黑芯切片，一般6個(gè)月清洗1次聚合釜、10個(gè)月清洗1次濃縮槽，每次進(jìn)行2～3次水洗和1～2次己內(nèi)酰胺洗滌。

2.2 造粒系統(tǒng)

在水下造粒系統(tǒng)中，PA66黑芯切片的產(chǎn)生源自鑄帶模板和溢流水的雜質(zhì)情況。所以在切粒時(shí)，既要保證鑄帶模板受熱均勻，也要在鑄帶模板排完頭料后使用脫落清洗劑(如脫模劑)將鑄帶模板上的因高溫烘烤殘余物形成的黑色炭化物等清洗干凈，使PA66熔體從鑄帶模板噴出后形成透明的鑄帶條。

PA66熔體從鑄帶模板噴出后形成的鑄帶條首先接觸溢流水，所以要保證溢流水中的雜質(zhì)(如漂浮物、粉末等)在可控范圍內(nèi)，以預(yù)防PA66黑芯切片的產(chǎn)生。

3 結(jié)語

總之，為了預(yù)防PA66黑芯切片的產(chǎn)生，要做好以下工作：

(1) 嚴(yán)格執(zhí)行各階段的工藝指標(biāo)(尤其是溫度)，減少濃縮槽和聚合釜的料液位波動(dòng)；一旦出現(xiàn)波動(dòng)，迅速將DCS控制由自動(dòng)調(diào)為手動(dòng)，調(diào)低溫度，等待料液位自行回落。

(2) 停車大修時(shí)認(rèn)真檢查濃縮槽/聚合釜壁上是否有炭化物，進(jìn)行必要的清除。

(3) 鑄帶模板的溫度低時(shí)，PA66熔體流動(dòng)性差，阻力增加，導(dǎo)致鑄帶模板孔噴出的鑄帶條時(shí)粗時(shí)細(xì)，形成粒度不均勻的PA66異型切片；但溫度過高，易出現(xiàn)炭化粒子污染物料，直接形成PA66黑芯切片。一般來說，溫度宜控制在270℃左右。另外，要在切粒前確保鑄帶模板、溢流水及噴淋水、輸送水清潔。

(4) 保證PA66鹽溶液和添加劑品質(zhì)優(yōu)且新鮮，及時(shí)清洗輸送管線及過濾裝置等，定期對(duì)濃縮槽和聚合釜進(jìn)行水洗和己內(nèi)酰胺洗滌。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，還有聚合釜的加熱介質(zhì)——熱油滲漏到PA66熔體內(nèi)、各裝置的泵用機(jī)油漏至物料中等情況，都可能會(huì)引起大量的PA66黑芯切片產(chǎn)生。所以，在任何情況下，如果在切粒后檢測(cè)到大量的PA66黑芯切片，必須在最短的時(shí)間內(nèi)將本批次切片直接送往包裝倉，切忌不能送入混合料倉，以免大量的黑芯切片和優(yōu)等品切片混合后造成整個(gè)批次切片降為等外品；然后進(jìn)行原因分析和監(jiān)控，并采取相關(guān)措施，控制PA66黑芯切片的產(chǎn)生。

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[3] 陳俊鋒,張廣華,陳紀(jì)周,等.造粒系統(tǒng)對(duì)尼龍66樹脂粒子形狀的影響[J].工程塑料應(yīng)用,2008,36(10):56-57.

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Analysis and control of origination of PA66 resin black slices

WangLei

Pingdingshan Shenma Engineering Plastic Co.,Ltd.,Pingdingshan 467000,China

On the detected black slices in the actual production of batch synthesis of PA66 resin,the origination which led to PA66 black slices was analyzed from polymerizing process and dicing system,and the control and prevention measures were given.

PA66 resin，black slice，control

2015-12-30

王磊，男，1985年生，工程師，主要從事PA66樹脂生產(chǎn)與研發(fā)及合成樹脂生產(chǎn)工藝的節(jié)能與質(zhì)量成本控制工作

TS151.9

A

1004-7093(2016)08-0035-05