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挤出机的模板由带有出料孔的模板体和隔热层组成,并用螺纹杆固定到模头上,只有在各个模孔的出料速度一致时,才能够切出大小均匀的颗粒。
在使用过程中,影响模板畅通的因素较多,当模板堵孔严重时会影响粒子外观、切刀使用寿命、导致停车等。
堵孔因素
设备停车、开车、正常生产过程中产生堵孔
加工段、出料段内的产品在设备停车期间若受到过度的热降解作用可造成临界状态的沉淀或碳化,产品的这种极端热降解可导致在启动、生产期间出现长期性问题,若碳化发生在模板内,将造成不可避免的模孔堵塞。
在开车过程中,冲洗模板不到位,也会影响模孔畅通。同时,产品、粒料水和造粒机刀片到达模板的时间设定对于保证均匀的产品流以及生产出均匀的粒料很关键。如果流向模板的水较之产品时间启动得太早,则有高达30%的模板孔会“冻结”。
正常生产时的堵孔主要发生在模板与切水接触面处,因温度的急剧变化和受切刀的影响,在此面上粘流态的高聚物迅速地发生高弹化转变和玻璃化转变,进而不断地形成堵孔与冲孔。随着时间的增长,部分低聚物和杂质便沉淀下来,形成类似“挂壁”导致模孔通流面积减小,正常生产时此类堵孔一般不会有影响,但是在降温转产高融指产品时,这种特性便会因高融指产品的高流动性直接影响到挤出机的运行状态。因此模板和切粒水温度在防止堵孔时具有关键的作用。切粒水温度过低会降低模板温度,增加堵孔率。但切粒水温度过高,颗粒达不到冷却效果,则可能产生粘料。
产品特性对模孔堵塞的影响
低融指产品
聚丙烯本身是各种分子量分子的混合物,低熔指产品中易存在大分子量部分,这些高分子量聚合物融指较低,不易混炼完全,当造粒产量低或生产波动特别是造粒机处于低速档运行时,就可能由于出料流速过低而堵塞模孔。
高融指产品
聚丙烯熔体在筒体内的流动可以看作粘性流体流动,即可按流体动力学求得流量方程式。
Q=K△P/μ(1)
式(1)中:Q为挤出机的流量;K为常数,与螺杆的结构尺寸有关;△P为熔体压差;μ为熔体粘度。当挤出流量不变,随着熔融指数的升高,即熔体粘度减小,熔体压差会相应地减小。当熔融指数不变时,随着流量的升高,熔体压差会相应地增大。
熔体压差增大,利于粘附在模孔上的低融指产品与杂质的清洁清理,而高熔融产品本身对模板的压力降低,不利于自身对模孔的冲刷能力。生产时要特别注意模头压力的变化,虽然模头压力主要受负荷、融指、换网器等元件处压降的影响,但是模孔堵塞严重时也会直接导致模头压力迅速上升。
转产方案对模孔堵塞的影响
改性工厂在柔性化生产过程中,往往需要进行牌号切换,这样就引起切粒机生产工况的改变:聚合物MFR在短时间内发生大的变化,造成挤出机筒体内聚合物流速不均进而导致出料不稳定,部分模孔“冻住”堵塞。在可控流变(CRPP)方案转产高融指产品时,若产品在混炼段混合不均匀,部分低融指产品进入模板,并且又因为在转产高融指产品时筒体、模板温度降低过快,低融指部分无法完全熔融,极易在模孔处堵塞。
负荷对模孔堵塞的影响
生产过程中经常需要调整生产负荷,高负荷而温度较低必然使混炼不完全从而导致模孔堵塞,较低的负荷而温度过高将会导致筒体内物料在模板处挤出速度过快,容易造成缠刀、垫刀等情况,负荷调整也应该避免幅度过快、过大,日常生产中除特殊需要,调整负荷幅度不应超过当前负荷的5%。
设备状况对模孔堵塞的影响
模孔本身内壁光滑,但在外力作用下,例如检修不当对模孔造成的机械损伤,或者添加剂喂料带来的杂质,虽然滤网器会将大部分杂质过滤下来,但是细微的例如金属杂质通过滤网器后也会造成模孔“挂壁”或“刮伤”,同时在滤网器堵塞时会造成滤网器处压降增大,对模板的冲洗压力降低。
堵孔现象存在的规律
当部分模孔“冻住”堵塞,即模板出料截面积减少,则造成剩余模孔出料速度快。随着挤出机运行时间的延长,会有部分模孔不畅甚至被完全堵塞。粒子形状往往也发生变化,趋向于长条粒,并且出现大量大小粒。
根据图片数据可得:
(1)挤出机开车正常后,模板堵孔会在一定时间内达到较平稳水平,在无大幅度调整操作情况下,随着运行时间增加,会出现部分模孔不畅。
(2)因转产需要等引起的降温、更换添加剂等操作会使模孔堵塞短时间加剧,在升温以后,部分模孔会被冲开。
在实际生产时应根据分析结果及时对模板运行状态进行分析,并确立解决方案。例如在转产高融指产品前,应提前提高模板温度和切粒水温度,改善因低融指产品生产阶段各个因素导致的模孔堵塞,再按照转产方案降温转产。
产品影响与解决措施
模孔堵塞时会产生大量细粒,造成产品颗粒大小不均,影响产品外观。在转产、生产高融指产品期间,模板不畅容易造成切刀、垫刀甚至引发切粒机扭矩高报联锁停车,影响生产、机组长周期运行以及装置效益。
针对以上情况,可采取以下几点措施:
(1)适当提高造粒筒体温度、模板温度,可增强物料的流动性能;转产高融指产品前可适当提高模板和切粒水温度,以熔通或改善已经堵塞的模孔。
(2)适当提高负荷有利于对模孔的冲洗,但必须适当提高筒体温度、模板温度,保证产品混炼完全。同时,若已经出现切刀扭矩波动的情况下,应及时降低负荷,高转速,以避免扭矩高高连锁停车。
(3)关小切粒节流阀,提高切粒机的混炼程度,特别是在高融指产品生产期间,必须确保产品混炼完全。
(4)如果发生较长时间的停产,必须降低加工段的温度,尤其是其中工作温度很高的区域,这样可避免停留在加工段内的产品在停产期间受到过度的热降解作用造成碳化沉淀。
(5)开车前应彻底检查并清理模板,冲洗模板时应确保模板已经冲洗干净,方可合上小车,开车过程中为防止切粒水与模板接触瞬时温度急剧变化,可以预先适当提高模板温度。
(6)要严格控制原料的杂质情况以及后续添加剂所有成分的熔点,同时添加剂添加量的波动也会直接造成模孔的不畅。
实际生产时,模板堵孔因生产工况的变化而异,特别是在生产不同特性的产品时,要抓住导致挤出机组失稳的主要矛盾,并根据挤出切粒机具体特性确定最佳工艺方案,以便提高产品质量并实现挤出机长周期运行。
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