PP熔噴料擠出機換網裝置的設計

田衛東，李世通

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

PP熔噴料擠出機換網裝置的設計

田衛東，李世通

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

針對聚丙烯（PP）熔噴料的生產特點，分析了原有單板式換網裝置的缺點，提出了更適用于PP熔噴料擠出生產的雙滑柱式換網裝置設計方案，并在實際應用中加以改進，由雙柱兩工位改為雙柱四工位，解決了換網時出現的斷條及漏料問題，實現了擠出生產的連續化，并降低了生產成本。

聚丙烯；熔噴料；擠出機；換網裝置

0 前言

近年來，隨著無紡布用量的不斷增長，對其專用樹脂PP熔噴料的需求也不斷增加。無紡布主要應用于衛生及過濾領域［1］。熔噴法無紡布工業化生產始于20世紀60年代末，當時只能采用已有的PP樹脂為原料，其熔體流動速率一般為12、25、35g/10min。1985年，熔體流動速率為90、150g/10min的PP樹脂進入市場。90年代后，熔體流動速率為400、800g/10min的PP樹脂成為熔噴法工藝常用的原料，現今這些產品仍在使用［2］。

隨著PP熔噴料的配方、生產設備及工藝的大幅度發展，其主要生產工藝發展為采用液體過氧化物等改性劑對選定的PP樹脂進行改性，熔體流動速率可達到1200～1500g/10min。此工藝的主要生產設備是雙螺桿擠出機。

PP熔噴料的改性過程是一種化學反應過程，最終得到的PP熔噴料的流動性極好，在擠出生產中存在料條不易牽引，常常因更換濾網造成斷條的問題，操作困難，產生大量的廢料。因此，開發適用于PP熔噴料的不停機、不斷條的換網裝置成為解決其正常生產的關鍵環節之一。

1 常用的換網裝置

塑料擠出機換網裝置的分類方法很多，從操作上講可分為2類，一類是非連續型換網裝置，在換網時熔體料流瞬時中斷或需停機換網；另一類是連續型換網裝置，可連續、自動、不停機換網，料流無中斷［3］。按結構形式可分為板式換網和柱式換網，通常采用雙柱式雙流道換網裝置適應連續不停車換網作業。

結合筆者的實際開發經驗，雙柱四工位換網裝置能較好地滿足PP熔噴料連續、節能的工業化生產要求，是適應于PP熔噴料生產的最佳換網裝置。

2 PP熔噴料換網裝置的開發

2.1 單板式換網裝置

單板式換網裝置是一種較為常見的換網形式，PP熔噴料擠出造粒生產線中原有的換網裝置為單板式換網裝置，如圖1所示。它通過液壓缸驅動，使裝有2個多孔板的滑板往復移動，實現瞬間快速換網，并通過2塊銅板壓緊滑板，實現滑板的往復移動與密封，其液壓系統配有蓄能器，可實現在不停機狀態下1～2s內完成換網［4］。

圖1 單板式換網裝置Fig.1 Single－plate screen changing device

單板式換網裝置的缺點主要有：（1）由于2個多孔板之間有一定的距離，換網時會斷條，需要重新進行料條的牽引，操作難度大，產生廢料多；（2）換網時出現料流中斷，網前壓力瞬間增大，導致排氣口冒料；（3）隨著換網次數的增加，滑板與銅板之間的間隙由于磨損而變大，導致漏料；（4）需定期更換銅板與四氟板，停車次數多，維護成本較高，并產生大量廢料，增加了生產成本。

2.2 雙柱兩工位換網裝置

針對單板式換網裝置在PP熔噴料生產過程中出現的問題，筆者設計了雙柱兩工位換網裝置，如圖2所示。該裝置通過液壓缸驅動滑柱，每個滑柱上安裝1個多孔板，通過滑柱的往復運動實現多孔板及濾網的更換。

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

雙柱兩工位換網裝置在工作時有2個通道，這樣就增大了換網面積，延長了換網周期。滑柱與換網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，防止滑柱與換網體之間的漏料，是一種熔體自密封系統，該設計還避免了因滑柱磨損引起的物料泄露問題。同時液壓系統不配備蓄能器，換網時滑柱保持勻速運動，保證氣體可以通過排氣槽順利排出，從而保證換網時料流不中斷。

雙柱兩工位換網裝置更換濾網時采取逐個更換的方式，由于此時只有1個通道在工作，網前壓力會升高，為了防止排氣口冒料，必須降低主機產量，待2個濾網依次更換完成后，再重新提高主機產量，實現正常生產。

在實際生產過程中，雙柱兩工位換網裝置解決了單板式換網裝置存在的換網時斷條以及磨損引起的泄漏問題。但在更換濾網時，為了防止冒料，需對主機產量進行調整，同時存在濾網更換操作時間長的缺點，不利于實際生產中的操作。

2.3 雙柱四工位換網裝置

在總結雙柱兩工位換網裝置使用特點的基礎上，筆者對其進行優化改進，設計開發了雙柱四工位的換網裝置，如圖3所示。該裝置的特點是換網時通過液壓缸驅動滑柱，每個滑柱上安裝2個多孔板，4個通道交替使用，始終保持有2個通道處在工作位置，解決了雙柱兩工位換網裝置需進行主機產量調整的問題，實現了連續化生產。

圖3 雙柱四工位換網裝置結構示意圖Fig.3 Double slides four stations screen changing device

筆者在網前還設置了料壓傳感器，通過實際摸索，可以設置最佳的壓力報警值。隨著生產過程的進行，濾網上雜質不斷積累，網前壓力會逐漸升高，當達到報警值時，擠出機會發出換網信號，此時即可操作液壓系統來進行換網。

結合PP熔噴料生產時的低溫擠出特點，擠出機最后幾段筒體及機頭溫度都應該設置在145℃左右，此溫度顯然低于物料的熔點，但由于物料是不斷流動的，因而它不會凝固。如果換網裝置的溫度也設定在該值，換網體與滑柱間隙中的物料就會固化，換網時會增大液壓系統的負荷，極易造成液壓系統密封件的損壞。實際生產中，應將換網裝置的溫度設置在170℃左右，保證物料處于軟化狀態，既不會產生漏料，又保證液壓驅動系統能正常工作。

實際應用表明，雙柱四工位換網裝置很好地解決了斷條、冒料及泄漏的問題，換網時無需對主機產量進行調整，完全滿足了PP熔噴料連續、穩定的生產要求。

以上所述各換網裝置的特點對比詳見表1。

表1 各種換網裝置的特點Tab.1 Characters of different screen changing devices

3 注意事項

在進行換網裝置開發時，應注意以下幾點：（1）滑柱與多孔板之間的配合尺寸，在設計時要充分考慮零件由于受熱后發生膨脹引起的結構尺寸的變化，以保證多孔板可以輕松地拆除與安裝；（2）滑柱與換網體的配合尺寸設計要兼顧熱變形及物料壓力流的影響，首先要對其熱變形進行計算，同時結合熔體在圓環中的流動［5］公式（1）來計算熱膨脹狀態下的環隙（圖4）泄露量，結合計算結果，進行滑柱與換網體的間隙設計，以保證滑柱的自由移動和換網裝置不漏料；（3）滑柱上排氣槽的設計既要保證排氣效果，又不能產生漏料，同樣要結合式（1）進行計算；（4）對于各結構件及螺栓連接，要在熔體高壓作用下進行強度的校核；（5）換網體、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）換網體與滑柱要采用耐磨及高溫性能良好的優質氮化鋼。

式中 V——熔體在環形縫隙中的流量，m3/s

Ri——滑柱熱膨脹后的半徑值，m

R——換網體滑道熱膨脹后的半徑值，m

L——環形縫隙的長度，m

k——常數

η——熔體黏度，Pa·s

ΔP——壓力差，Pa

4 實際應用效果

經過實際應用，雙柱四工位換網裝置可實現連續不停車的操作，大大提高了生產效率，減少了換網時的物料損耗，降低了廢品率。但是在使用過程中因間隙偏大存在漏料現象，有待進一步改進。

分析漏料的原因，主要是對滑柱和換網體之間的間隙控制不準，原因是對超高熔體流動速率樹脂在環形間隙的漏流計算和使用經驗不足。此外，滑柱與換網體之間的氣體沒有經過排氣槽徹底排凈，也會導致漏料，因此在換網完成、滑柱復位時應有間歇，使滑柱移動的速度放慢，以使氣體徹底排出，避免發生漏料。

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

5 結論

（1）雙滑柱式四工位換網裝置具有壓力波動小、無斷條、無泄漏等優點，為PP熔噴料的生產節約了原材料，提高了生產效率，降低了勞動強度，為企業帶來了經濟效益，得到了用戶的高度認可；

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

［1］ 徐險峰.PP無紡布專用樹脂的開發［J］.合成樹脂及塑料，2008，25（1）：47－50.

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

［3］ 姚祝平.擠出機換網器的應用與發展［J］.塑料包裝，2003，13（4）：33－36.

［4］ 戈大偉，吳宏武.一種擠出機換網裝置的改進設計［J］.塑料工業，2009，12（39）：69－70.

［5］ W 邁切里.塑料橡膠擠出模頭設計［M］.李 吉，譯.北京：中國輕工業出版社，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

聯系人，tianwd1002＠126.com