影響聚酯熔體過濾碟片清洗質(zhì)量的原因及對策

潘貴勇，吳清偉

（合肥樂凱科技產(chǎn)業(yè)有限公司，安徽合肥230041）

生產(chǎn)聚酯薄膜產(chǎn)品的過程中，聚酯切片在熔融擠出時，熔體中可能混有異物、雜質(zhì)、添加劑大顆粒粒子、輸送過程中混入的金屬顆粒以及在擠出機內(nèi)部、熔體管道內(nèi)產(chǎn)生的凝膠物質(zhì)。這些物質(zhì)一方面會帶來產(chǎn)品弊病，另一方面可能造成設(shè)備損壞。所以，生產(chǎn)線的擠出系統(tǒng)設(shè)置了熔體過濾器，將這些物質(zhì)過濾掉。

熔體過濾器是重復(fù)使用的。過濾器使用一段時間后會堵塞，過濾效率下降，需要更換，更換下來的過濾器需要按清洗流程進行清洗。過濾器清洗的效果好，重新安裝上線使用時，生產(chǎn)過渡僅需很短時間即可生產(chǎn)合格產(chǎn)品；清洗效果不好，生產(chǎn)過渡需要時間較長，過濾器在線使用時間短，更換頻繁。這些都會降低產(chǎn)品產(chǎn)量和收率，影響企業(yè)效益。

1 過濾器清洗存在的問題

1.1 過濾器簡介

聚酯薄膜生產(chǎn)線擠出系統(tǒng)通常配備兩臺過濾器，一臺位于計量泵之前，稱為預(yù)過濾器，過濾精度較低，主要阻擋尺寸大的異物，用于保護計量泵；另一臺過濾器位于計量泵之后，過濾精度高，稱為精過濾器，用于過濾細小的雜質(zhì)。精過濾器對于保證薄膜產(chǎn)品的質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。

1.1.1 過濾器結(jié)構(gòu)簡介

過濾器由圓筒狀殼體、安裝一定數(shù)量碟形過濾片的芯柱、上下封蓋組成，由螺栓連接成圓柱狀整體。過濾器圓筒四周有加熱器，工作時用于加熱并保持過濾器工作溫度。過濾器結(jié)構(gòu)見圖1。

過濾器碟片外形為圓盤形，圓盤中心為圓孔；碟片的外層是過濾層，材料為金屬纖維燒結(jié)而成的金屬氈，過濾層兩面帶有金屬保護網(wǎng)，與過濾層燒結(jié)在一體；過濾層之下是微孔板，是過濾層的支撐板；碟片芯部是金屬網(wǎng)骨架，保證碟片的剛度；碟片中央是金屬圓環(huán)，圓環(huán)內(nèi)壁有熔體流出的小孔；碟片外緣將過濾層、微孔板焊接封閉，中央部位與金屬環(huán)焊接封閉。過濾碟片結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 過濾器結(jié)構(gòu)

圖2 過濾碟片結(jié)構(gòu)

1.1.2 過濾器工作原理

過濾器工作時，熔體從過濾器底部進料口進入過濾器腔體內(nèi)，充滿過濾碟片與殼體之間的空間?？臻g充滿后，在擠出機壓力作用下，熔體會穿過碟片過濾器的過濾層，經(jīng)過微孔板層、金屬網(wǎng)骨架層，匯集到芯環(huán)，并經(jīng)芯環(huán)上小孔流出。熔體從芯環(huán)小孔流出匯集到芯柱外壁，穿過芯柱外壁上的集流孔，進入芯柱中空的流道中，從過濾器上部出料口流出過濾器，完成熔體過濾。

1.2 過濾器清洗質(zhì)量對生產(chǎn)的影響

1.2.1 生產(chǎn)過渡

使用后下線的過濾碟片清洗完成，組裝成一個完整的過濾器。過濾器更換上線工作后，熔體經(jīng)過濾器過濾后流經(jīng)熔體管道到達模頭，在模頭唇口流延，經(jīng)過鑄片、縱向拉伸、橫向拉伸、牽引拉伸到達收卷機收成母卷。

在收卷機上收成的膜卷還不是產(chǎn)品，需要經(jīng)過一段時間的過渡。待薄膜厚度指標(biāo)、表觀質(zhì)量、物化性能滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)后，方可轉(zhuǎn)到產(chǎn)品生產(chǎn)階段。過渡期間的薄膜性能指標(biāo)不能滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，是不合格產(chǎn)品。產(chǎn)品的過渡時間越短，過渡產(chǎn)品就會越少，收率就會越大，效益就會越好。所以，產(chǎn)品的過渡時間作為生產(chǎn)控制的重要指標(biāo)為生產(chǎn)企業(yè)所重視。

1.2.2 過渡階段薄膜存在的質(zhì)量缺陷

實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，膜內(nèi)異物點為過渡薄膜主要缺陷，是影響產(chǎn)品過渡時間的關(guān)鍵因素。收卷成膜后，薄膜的厚度、物化性能在較短時間內(nèi)達到指標(biāo)，而膜內(nèi)異物點的數(shù)量達到指標(biāo)所需要的時間較長。以某一光學(xué)級薄膜產(chǎn)品的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為例，從薄膜穿片到收卷機，再到滿足該光學(xué)級薄膜產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，所需要的時間為24～60 h，這嚴重影響了該產(chǎn)品的收率。

膜內(nèi)異物點視覺上看有兩類，黑色異物點和亮點。黑色異物點按尺寸可分為大、中、小三種，分析確認這類異物點是碳化的熔體；亮點一般為切片中添加劑顆粒。更換過濾器通料后，異物點數(shù)量較多，隨著生產(chǎn)的進行，點子數(shù)量減少。膜內(nèi)雜質(zhì)點滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)后，生產(chǎn)過渡結(jié)束。

1.2.3 過渡產(chǎn)品雜質(zhì)點產(chǎn)生的原因

排查產(chǎn)品過渡期間薄膜點子弊病產(chǎn)生的原因時，通常采用比較法。通過新采購、第一次使用的碟片和清洗后的碟片上線使用情況的比較可知，第一次使用的新碟片，生產(chǎn)過渡期時間很短，膜內(nèi)幾乎沒有雜質(zhì)點；清洗后重新按上使用的碟片，產(chǎn)品過渡時間較長，膜內(nèi)有雜質(zhì)點。由此判斷，碟片清洗后，內(nèi)部殘存一些雜質(zhì)，熔體通過過濾器時將這些雜質(zhì)帶出，從而導(dǎo)致膜內(nèi)夾雜一些雜質(zhì)點。也就是說，碟片沒有清洗干凈。

2 過濾碟片清洗不干凈的原因分析

從過濾碟片使用情況統(tǒng)計結(jié)果可知，產(chǎn)品過渡時間不完全相同，有時碟片過渡時間長一些，有時過渡時間短一些。也就是說，當(dāng)?shù)逑吹孟鄬Ω蓛粢恍?，過渡時間短；當(dāng)?shù)逑促|(zhì)量差一些，過渡時間長。分析碟片清洗干凈與否的原因，即找出碟片清洗效果的影響因素，并對這些因素進行有效控制。

2.1 現(xiàn)行碟片清洗工藝

碟片清洗過程比較復(fù)雜。碟片清洗工序較多，使用的設(shè)備、清洗原料種類不同，每道工序控制不嚴格都有可能造成清洗失敗。分析碟片清洗質(zhì)量問題，須先了解清洗工藝。目前，碟片清洗采用傳統(tǒng)的醇解法，即采用三甘醇對熔體進行溶解，再輔以堿洗、酸洗、水洗及超聲波清洗等方法進行清洗。碟片清洗工藝流程見圖3。

2.2 碟片清洗所用的設(shè)備、化學(xué)藥品及其功能

從碟片清洗流程圖可以看出，碟片清洗設(shè)備有三甘醇清洗槽、酸洗槽、堿洗槽、水洗槽，這些屬于容器類設(shè)備；清洗設(shè)備還包括超聲波機、烘干機、高壓水槍、泡點檢測儀等。清洗用化學(xué)藥品有三甘醇、硝酸、純堿及酒精等。碟片清洗所使用的設(shè)備、化學(xué)藥品及其功能見表1。

2.3 碟片內(nèi)殘留雜質(zhì)確認

圖3 碟片清洗工藝流程圖

表1 碟片清洗設(shè)備及功能

圖4 碟片清洗不良原因分析圖

過渡薄膜產(chǎn)品中可以檢測出大黑點、小黑點及亮點等雜質(zhì)點。對產(chǎn)生雜質(zhì)點的碟片進行解剖，可以發(fā)現(xiàn)碟片內(nèi)部金屬網(wǎng)骨架、碟片內(nèi)部邊緣處存在未溶解并且已經(jīng)碳化的物料顆粒，這些顆粒在生產(chǎn)過程中被熔體帶出，形成薄膜內(nèi)大黑點。將清洗完畢、待用的碟片再次進行超聲波清洗，仍然可以震出細小顆粒，這些顆粒包括黑色、白色顆粒，是膜內(nèi)小黑點、亮點的成分。

2.4 碟片內(nèi)殘存雜質(zhì)點產(chǎn)生的原因排查

碟片清洗完成后，為什么會有一些雜質(zhì)殘存在碟片內(nèi)部？QC小組結(jié)合碟片清洗工藝流程，采用魚骨法，從人機料法環(huán)五個方面，對雜質(zhì)點產(chǎn)生的影響因素進行分析，確定雜質(zhì)點產(chǎn)生的原因。見圖4。

2.5 確定雜質(zhì)點產(chǎn)生的主要原因

QC小組對魚骨圖中可能導(dǎo)致雜質(zhì)點產(chǎn)生的全部因素進行了認真分析，最終確認與雜質(zhì)點相關(guān)的因素。對這些因素采用調(diào)查分析、數(shù)據(jù)對比、現(xiàn)場驗證等方法逐一進行確認，最終確定產(chǎn)生雜質(zhì)點的主要因素有：①三甘醇無法熔解的堅硬的碳化料；②碟片水沖洗不干凈；③手工碟片敲打缺陷；④管理流程和作業(yè)文件不規(guī)范或缺少。碟片內(nèi)殘存雜質(zhì)點產(chǎn)生因素確認見表2。

3 解決碟片清洗質(zhì)量問題的對策

3.1 引進水解法清洗碟片

3.1.1 醇解法簡介

表2 雜質(zhì)點產(chǎn)生因素

傳統(tǒng)三甘醇清洗法的基本原理是在高溫狀態(tài)下，聚酯中的分子晶格破壞，分子鏈解纏，同時在高溫下分子發(fā)生降解，溶解于三甘醇中，達到清洗目的。其優(yōu)點是清洗時間短，效率高；缺點是由于清洗過程主要是物理過程，碟片內(nèi)部狹窄的角落殘留的聚酯，與三甘醇溶劑接觸面小，溶解不充分。這些物料長時間處在高溫環(huán)境中易發(fā)生碳化，形成堅硬的碳雜質(zhì)，而堅硬的碳雜質(zhì)不溶于三甘醇。三甘醇消耗高，廢三甘醇處理難度大，環(huán)保壓力大。

3.1.2 水解法原理

水解法是目前較先進的清洗技術(shù)，國外已經(jīng)廣泛用于聚酯行業(yè)的過濾器清洗。國內(nèi)聚酯合成廠家已經(jīng)廣泛應(yīng)用，制膜行業(yè)使用水解法清洗碟片已經(jīng)開始推廣并使用。其工作原理分為水解、氧化過程。

水解過程：過濾器中的聚酯殘留在高溫（大于等于400℃）、缺氧、過飽和蒸汽作用下發(fā)生降解反應(yīng)，生產(chǎn)小分子鏈的物質(zhì)；小分子的化合物進一步水解生成更小分子鏈的化合物，最后分解成酸、醇、醛類物質(zhì)。

氧化過程：水解過程完成后，過濾器內(nèi)殘留的一些小分子物質(zhì)、凝膠物質(zhì)在高溫下進行氧化反應(yīng)，最終生成水、二氧化碳，達到清洗目的。

水解法的優(yōu)點是聚酯分解比較徹底，不會殘存大塊堅硬的碳化物；不使用化學(xué)試劑，沒有后續(xù)廢棄化工原料的處置問題，符合環(huán)保要求。缺點是耗時比較長，清洗周期長，清洗工藝控制精度要求高。

3.1.3 引進水解設(shè)備

通過與水解設(shè)備供應(yīng)商進行充分技術(shù)交流，對市場上水解設(shè)備充分考證，對應(yīng)用水解法清洗碟片存在的風(fēng)險充分論證后，決定引進水解設(shè)備，替代三甘醇清洗工藝。水解爐投入使用后，碟片內(nèi)殘存的雜質(zhì)變得酥軟，經(jīng)敲擊工藝后，酥軟的殘留物很容易被震碎，再經(jīng)高壓水沖洗，碟片變得較干凈。三甘醇用量減少，降低清洗成本，較少環(huán)保壓力。

3.2 引進自動高壓水沖洗設(shè)備

現(xiàn)行的碟片清洗工藝中，水沖洗采用的是手持式高壓水沖洗機。沖洗時長、沖洗角度、沖洗壓力與人的因素關(guān)聯(lián)密切，不同的人操作，沖洗的效果差異很大，碟片的沖洗干凈程度也不相同。

全自動高壓水沖洗機可以有效避免人工操作的弊端。碟片的沖洗時長、沖洗角度、沖洗壓力固化下來，最大程度保證水沖洗的效果。其工作原理是機械手抓取碟片，自動行走至沖洗位置，高壓水嘴自動對準(zhǔn)碟片，以適當(dāng)?shù)慕嵌取⒁欢ǖ膲毫?、設(shè)定的時長自動噴水清洗碟片，碟片沖洗完成后，機械手自動送到碟片儲存架上。自動高壓水沖洗設(shè)備投入使用后，最大限度保證碟片沖洗干凈。

經(jīng)自動高壓水沖洗設(shè)備沖洗的碟片，雜質(zhì)的殘存量明顯減少，碟片重量比手動沖洗的碟片減輕約0.15～0.35 g，提高了碟片清洗的潔凈程度，節(jié)約了人工成本。

3.3 設(shè)計制作機械敲擊設(shè)備

過濾碟片經(jīng)過超聲波清洗、烘干后，碟片過濾層仍然有細微的雜質(zhì)顆粒附著，碟片內(nèi)部骨架邊緣角落存在沒有充分溶解、已經(jīng)碳化的物料，需經(jīng)過敲擊工序?qū)⑦^濾層附著的細小顆粒、碟片內(nèi)部碳化物料震松、震碎，以便進一步清除干凈。

傳統(tǒng)的敲擊工序由人工敲擊完成。操作者手持軟錘逐片敲擊，完成一側(cè)敲擊后，再敲擊另一側(cè)，勞動強度大，效率低。不同的人敲擊次數(shù)、敲擊力度、人的工作精力等因素不盡相同，敲擊的效果也不一樣，碟片的干凈程度也不相同。

機械敲擊設(shè)備原理是利用機械手將敲擊錘托舉到一定高度以后，敲擊錘自由落體沖擊下方的碟片，使附著的雜質(zhì)顆粒與碟片脫離，脫離的雜質(zhì)顆粒通過真空風(fēng)機吸走，從而達到清除雜質(zhì)顆粒的目的。

實際應(yīng)用證明，經(jīng)過機械敲擊設(shè)備完成敲擊工序后，附著在碟片上的雜質(zhì)顆粒很容易被震碎、震酥，一部分雜質(zhì)顆粒被真空風(fēng)機吸走，其余的再進行一次高壓水沖洗被水沖掉，提高了碟片干凈程度。敲擊設(shè)備敲擊次數(shù)、敲擊力量可以設(shè)定，易于保證敲擊效果，減少敲擊對碟片造成的傷害。同時，實現(xiàn)機械敲擊后，減輕了員工勞動強度，提高了工作效率。

3.4 規(guī)范碟片清洗流程

醇解法與水解法清洗熔體過濾器是兩種不同的技術(shù)路線。結(jié)合碟片清洗技術(shù)現(xiàn)狀，考慮清洗設(shè)備綜合效率，清洗工時對生產(chǎn)的保障程度，水解爐應(yīng)用存在的技術(shù)風(fēng)險，員工的操作熟練程度等因素，決定采用醇解法和水解法相結(jié)合的清洗路線。

碟片清洗工藝引入水解法意味著清洗技術(shù)的重大改變。新的清洗技術(shù)引進后，原來的清洗工藝發(fā)生了改變，因此需要對清洗流程做出相應(yīng)的修訂。引入自動高壓水沖洗機后，可以根據(jù)需要在不同清洗階段加入水沖洗工序，進一步提高碟片清洗干凈程度。敲擊工序引入機械敲擊設(shè)備后，結(jié)合自動水沖洗設(shè)備使用，需要調(diào)整敲擊工序的位置。

經(jīng)過工程技術(shù)人員、操作人員反復(fù)探討，并在碟片清洗實踐中驗證，確定了新的碟片清洗工藝流程。編制并規(guī)范作業(yè)指導(dǎo)書，編制碟片清洗記錄，完善碟片使用履歷，改進質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)，加強員工培訓(xùn)，提高員工綜合素質(zhì)。修訂的碟片清洗工藝流程見圖5。

圖5 改進后的碟片清洗工藝流程

4 碟片清洗效果驗證

產(chǎn)品過渡時間明顯縮短。新引進碟片清洗設(shè)備安裝調(diào)試完成后，按照新的清洗工藝流程清洗碟片，并對碟片的清洗效果進行追蹤。清洗后碟片安裝上線使用情況表明，生產(chǎn)過渡期間內(nèi)，膜內(nèi)雜質(zhì)點下降的速度很快，過渡時間明顯縮短。以某光學(xué)薄膜產(chǎn)品為例，清洗工藝改進前，產(chǎn)品過渡時間為24～60 h，清洗工藝改進后，過渡時間縮短至2～24 h，有效提高該產(chǎn)品的收率，提高了經(jīng)濟效益。

碟片在線使用時間延長。以某生產(chǎn)線輔擠過濾器在線使用時間為例，清洗工藝改進前，過濾器在線使用時間平均為32天，清洗工藝改進后，碟片在線使用時間平均為49.3天，提高了54%，大大提高了過濾器的使用效率。

提高過濾器維修合格率。過濾碟片清洗完成，重新安裝使用，如果產(chǎn)品不能滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，則認為過濾器清洗質(zhì)量不合格。清洗工藝改進后，碟片清洗質(zhì)量合格率由改進之前的86.2%提升到改進后的99%，為企業(yè)持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)出合格產(chǎn)品提供了保障。

5 結(jié)束語

碟片清洗工藝引進新的清洗技術(shù)和清洗設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上改進清洗工藝流程，有效提高碟片清洗的干凈程度。實踐證明，在分析碟片清洗不干凈的原因時，采用的分析工具是適當(dāng)?shù)模治鏊悸?、分析方法是正確的，分析得出的結(jié)論是可靠的。

針對分析得出碟片清洗不干凈四個主要因素——炭化料較堅硬，三甘醇無法熔解；碟片沖洗不干凈；手工碟片敲打缺陷；管理流程和作業(yè)文件不規(guī)范或缺少，所采取的改進措施可行，并在生產(chǎn)過程中得到驗證。

采用醇解法和水解法相結(jié)合的清洗工藝，醇解法所使用的設(shè)備可以繼續(xù)使用，僅需要購置關(guān)鍵設(shè)備即可實現(xiàn)新的清洗工藝。舊設(shè)備價值得到利用，節(jié)約了投資，為同類生產(chǎn)線改造提供了經(jīng)驗。

新的清洗工藝有效減少三甘醇的使用，減少廢三甘醇的產(chǎn)生量，減輕了環(huán)保壓力。在生產(chǎn)過程中，通過水解爐使用條件不斷地開發(fā)、完善，為水解法最終替代醇解法做好技術(shù)儲備。