雙螺桿擠出機對聚甲醛產(chǎn)品質(zhì)量的影響分析

孟慶亮

(開封龍宇化工有限公司，開封市聚甲醛基新材料重點實驗室，河南 開封 475200)

聚甲醛作為一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性工程塑料，正在替代一些傳統(tǒng)上被金屬所占領的市場，尤其是替代銅、鋁、鋅等有色金屬材料。聚甲醛是摩擦副材料的首要選擇，其自潤滑特性為無油環(huán)境或容易發(fā)生早期斷油的工作環(huán)境。在聚甲醛行業(yè)，雙螺桿擠出機是將聚甲醛粉料與穩(wěn)定劑混合、混煉、熔融反應、剪切、擠出及造粒的設備，是產(chǎn)品成型的終端設備，其重要性是顯而易見的。因此如何使擠出機更為穩(wěn)定長周期運行顯得尤為重要。開封龍宇化工有限公司聚合廠雙螺桿擠出機組是從德國進口，型號為ZSK177，由加料系統(tǒng)、驅(qū)動裝置、機筒主體、切粒裝置和干燥分級系統(tǒng)等主要部分以及機簡冷卻水系統(tǒng)和直空抽氣系統(tǒng)等輔助部分組成。根據(jù)幾年的運行經(jīng)驗，現(xiàn)就該擠出機日常生產(chǎn)中對聚甲醛產(chǎn)品質(zhì)量的影響和技術(shù)改造要點及日常操作控制要點作簡單介紹。

1 影響原因分析

1.1 喂料器料斗聚甲醛(POM)粉料架橋?qū)D出機及產(chǎn)品質(zhì)量的影響

因粉料過細摩擦力不夠，在擠出機雙螺桿返料段的影響下不能將喂料器給定的粉料及時送到后端加熱融化，造成喂料器料斗POM粉料架橋、擠出機扭矩波動、主電機離合器因扭矩波動頻繁跳停等。需反復啟動主電機將料斗物料逐步送往后段，此時螺桿螺槽內(nèi)部物料充滿度高，物料在擠出機停留時間長等都會造成小黑粒、異型粒超標等。由于反復啟動電機會對電機及離合器和部分設備造成損壞。且料位過高時物料還會進入負壓廢氣管線，堵塞廢氣管線，造成物料浪費和料斗及給料器微正壓狀態(tài)。

1.2 擠出機真空泵負壓大對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

由于擠出機最初真空度可抵到0.080 MPa，因聚甲醛熱加工過程中的HCHO(GM)的釋放量有限，往往擠出機內(nèi)部熔融物料會被負壓抽至真空進口管線及洗滌塔內(nèi)部，造成真空管道堵塞及洗滌塔內(nèi)部積料等。而真空口積存的物料長時間受熱發(fā)黃、碳化后脫落之擠出機內(nèi)部，造成成品物料中小黃粒、小黑粒等超標，從而影響聚甲醛成品質(zhì)量。

1.3 聚合反應對擠出機及產(chǎn)品質(zhì)量的影響

因聚合反應不好GM(聚甲醛熱加工過程中的HCHO的釋放量)值偏高，造成擠出機真空洗滌塔濃度高、起沫、液泛、倒灌等。究其原因主要是洗滌液(WP)為手動閥門調(diào)節(jié)，人為調(diào)節(jié)不便于控制流量，屬于間歇式補水，在液位不高時受液位與外送調(diào)節(jié)閥的聯(lián)鎖原因，洗滌塔液位不能夠及時定量輸送出去，造成塔液濃度增高，溫度短時間內(nèi)急劇上升，出現(xiàn)上述倒灌等情況。另外為滿足生產(chǎn)節(jié)能降耗要求，WP用量一直處于偏低狀態(tài)，從而造成在聚合反應波動時，不能夠?qū)ο礈焖腤P用量根據(jù)實際情況進行精確調(diào)整。

1.4 擠出機切粒機對聚甲醛成品的粒型的影響

原切粒機存在的明顯缺陷：切刀傳動裝置只能實現(xiàn)上下方向擺動，不足以修正傳動軸與擠出機模頭的垂直度的偏差，對切粒情況有影響；成品物料中異型粒、骨頭粒、尾巴粒、三角粒過多，對成品物料的影響大。因骨頭粒、尾巴粒、三角粒、串聯(lián)粒多而造成纏刀及粒料輸送泵堵塞、振動篩堵塞、造成前系統(tǒng)頻繁停車等。

2 采取整改措施

2.1 給料器加炭料位器

喂料器料斗架橋主要是因粉料過細摩擦力不夠，采取的措施是在料斗底部加裝料位計，并且與擠出機給料器增加聯(lián)鎖控制，見圖1b。當料斗積料達到料位計時給料器聯(lián)鎖控制跳停，料斗料位不再增加。經(jīng)技術(shù)改造之后，減少了粉料浪費，減少了主電機因扭矩波動跳停次數(shù)，降低了螺桿螺槽內(nèi)物料充滿度、物料停留時間，減少了因扭矩波動產(chǎn)生的異型粒、機頭料、小黑粒等。

圖1 擠出機給料器改造前后效果圖

2.2 加裝管線控制真空負壓

在擠出機廢氣管線上接近真空泵進口處，增加一根DN20的對空管線并加裝球閥用于控制真空度-0.05～-0.08 MPa。在擠出機端蓋上加裝氮氣管線，用于置換機筒至真空泵的廢氣管線中的GM濃度，見圖2。

圖2 加裝管線后流程圖

改造后，由于真空泵進口對空管線的加入，可以根據(jù)球閥精準的控制系統(tǒng)負壓，滿足不同物料條件下(粉料中GM值的高低)對真空度負壓的要求，避免因負壓高造成擠出機內(nèi)部熔融物料被抽至廢氣管線及洗滌塔內(nèi)部，造成真空管道堵塞及洗滌塔內(nèi)部積料等。氮氣的加入，加大了廢氣管線的氣體流動性，降低了廢氣管線內(nèi)部GM氣體及低聚物的濃度，減少了真空口的附著物，同時因真空口附著物的減少，碳化物減少，成品中小黃粒、小黑粒明顯減少，提高了成品聚甲醛產(chǎn)品質(zhì)量，延長了擠出機的運行周期，延長了擠出機的清理真空周期，由原來的7～10日1次，延長至現(xiàn)在的15～20日1次。同時由于氮氣的加入，熔融物料因重力作用也不易進入廢氣管線和洗滌塔內(nèi)部。

2.3 洗滌塔增上監(jiān)控系統(tǒng)

在洗滌塔補液管線上增加遠程流量顯示及遠程控制調(diào)節(jié)，循環(huán)泵出口處增加在線濃度監(jiān)控，便于在正常生產(chǎn)時根據(jù)塔液濃度來控制洗滌液(WP)用量，同時可以在聚合反應波動時根據(jù)在線濃度進行調(diào)節(jié)和置換對洗滌塔的WP用量，盡可能地滿足生產(chǎn)需求及節(jié)能降耗的要求，并對WP用量實現(xiàn)精準控制。

經(jīng)技術(shù)改造后，通過增加遠程流量顯示及遠程控制調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)正常生產(chǎn)情況下的WP精確用量控制，減少因流量控制不好造成的塔液濃度高、起沫、液泛、倒灌及真空泵進口管線粉料多等。延長擠出機運行周期，提高水資源利用效率，清理真空周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.4 傳動裝置改為十字型萬向傳動

將原有切刀的傳動裝置由一字型改為現(xiàn)在的十字型萬向傳動，增多切粒機切刀的軸向擺角方向，增大切粒機的擺角角度，使切刀刀片完全貼合于擠出機模頭。

改造之后，雙螺桿擠出機的切粒機振動值變小、異響變小，運行更加穩(wěn)定，因串聯(lián)粒多而造成粒料輸送泵堵塞、振動篩堵塞、造成主電機跳車頻次明顯減少，纏刀現(xiàn)象更是未見再發(fā)生。切粒質(zhì)量得到質(zhì)的提升，原先成品粒料中的異型粒、骨頭粒、尾巴粒、三角粒、串聯(lián)料、片料明顯減少，外觀產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯提升。

3 雙螺桿擠出機日常操作控制要點

根據(jù)成品分析結(jié)果、清理真空周期，來跟蹤小黑粒上升指標，當小黑粒指標每10 kg接近于30粒時，應主動停車降溫清理真空及真空管線后再開車。在粉料中GM值偏高時，應適量提高螺桿轉(zhuǎn)速，控制加料量，控制物料在螺槽內(nèi)部的充滿度，提高螺桿轉(zhuǎn)速有利于揮發(fā)氣體氣泡形成、長大和破裂，有利于降低物料停留時間以及在螺槽中的充滿長度、增強物料質(zhì)量傳遞表面的更新作用，可以提高脫揮效率，但過高的轉(zhuǎn)速使物料在脫揮段的停留時間急劇減少(螺桿扭矩一般不能低于55%)，轉(zhuǎn)速過高脫揮效率反而下降。在切粒水槽連續(xù)出現(xiàn)串料、小塊料時，應主動停車，檢查原因及時更換切刀刀片。避免因串聯(lián)粒多而造成粒料輸送泵堵塞、振動篩堵塞、造成前系統(tǒng)停車，造成物料浪費，增加勞動量。

4 結(jié)束語

通過對聚甲醛產(chǎn)品質(zhì)量的影響和技術(shù)改造要點及操作控制要點分析，提出了技術(shù)改造和操作管理創(chuàng)新，在采取以上措施的同時，并對操作人員進行培訓，使其熟練掌握工藝條件和設備性能，定期對擠出機進行維護和清理，提高了聚甲醛外觀質(zhì)量和成品質(zhì)量，減少了殘次品的產(chǎn)生，降低擠出機脫鹽水的消耗，降低了生產(chǎn)成本，將設備對生產(chǎn)系統(tǒng)的影響降到最低。