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发泡挤出生产中的熔体过滤器
作者:OLIVER SCHMIDT    来源:PT现代塑料
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膨胀发泡片材的生产。使用过滤系统能可靠地阻止由于原料中杂质或者污染物的存在而导致的在膨胀发泡片材生产过程中设备发生的故障。这样,改变过滤系统的步骤能确保生产膨胀泡沫这一压敏过程不被中断。

由于具有良好的机械和绝缘性能,由挤出聚苯乙烯泡沫制得的平板已在建筑工业被广泛当作绝缘材料使用。

这类片材材料的生产是以挤出工艺为基础的,其包括两个按前后顺序排列的挤出机。第一个挤出机(基本挤出机)用于熔化原料并生产包含添加剂和发泡剂的均一混合物。此时多选用具有优异混合性能的双螺杆挤出机。

基本挤出机口模处的熔体温度通常为230℃。然后材料被传送到第二个挤出机(次挤出机,冷却挤出机)。原则上讲,该部分用于传送和冷却熔体,以使熔体到达片材挤出口模处时其温度大约在120-130℃间。当前可用的与此类似的生产发泡片材的设备的输出产率为2000kg/h。

塑料熔体中的外来物质有可能会聚集在口模处或者损坏口模。如果这种情况发生的话则需要停止生产以更换口模。这些停工期和恢复生产所需的时间会带来大量经济上的损失并降低整个生产效率。

塑料熔体中外来物质的可能来源包括:

◆ 受污染的原材料或者添加剂(如由于运输或者进料操作不当而致使其受污染);
◆ 受污染的回收材料;
◆ 金属部件;
◆ 操作或者处理不当;
◆ 加工中的误操作(材料降解)。

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每种杂质的重要性或所占的比重很大程度上取决于精确的生产顺序和材料的流动情况。为了降低成本,实际生产中通常会加入边角料和挤出开始阶段产生的废料。这种情况下,污染物可能会混入熔融的原料流体中。

只有过滤生产设备中的熔体才可能同时去除各种来源的杂质并具有百分之百的可能性。为达到这个目的,取决于口模腔的尺寸,所需过滤筛网的尺寸大约是500mm。由于冷却挤出机中熔体粘度高,因此应该在初级和次挤出机之间的熔体线上优先对熔体进行过滤。

发泡生产过程的过滤系统具有如下的特征:

◆ 恒压更换原则。由于压力波动会导致泡沫结构的变化从而改变成品的物理性能,因此必须在恒压下更换过滤单元。

◆ 全自动过程。为了排出操作错误和由此带来的经济损失,过滤器单元的更换必须自动完成。

◆ 熔体停留时间短,流变优化。所有熔体的停留时间必须保持在尽可能短的范围内,以防止阻燃剂被激活。与所用的制剂有关,其分解可能导致腐蚀性物质被释放出来从而使得机器的使用寿命大大缩短。混合到最终产品中的阻燃添加剂是为了防火安全。阻燃剂在基本挤出机中融入熔体内,并且由于这个阶段挤出机内温度高,因此需要特别注意。

考虑到加入气体和温度相对较高,所以材料的粘度很低,但熔体的压力常高达300bar,从防止原料泄露的角度考虑,因而对过滤系统有很高的要求。这种需要限制了滤网交换器的选择范围。

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图1. 用于熔体过滤的压力消耗与不同熔体
温度下熔体流动率的函数关系

用于恒压过程的恒压过滤系统

恒压旋转过滤系统(类型:旋转,系列:SFXmagnus,制造商:Gneuβ)由三个必要的部分构成:一个入口格挡,一个出口格挡和旋转过滤盘。

旋转过滤盘包含大量由细骨架分出来的肾状腔。这些腔有传统滤网交换器中多孔板所起的作用,但其在旋转过滤盘上以环状的形式排列。过滤纤维(实际过滤媒介)被插入到这些腔内。过滤盘被安置在相对于熔体流道的轴偏心的位置,并且旋转使熔体通过。熔体通道经过流变优化,也就没有死角,从而避免了材料的降解。

熔体压力的测定是沿过滤器顺流和逆流方向来进行的。一旦压力落差超过了设定值,过滤盘就会相对于滤网的一部分被移动到一个固定的旋转角度。这就意味着被污染的滤网表面的很小一部分(<<10%)被移了出来,并且与之面积相同的干净滤网被移进去。利用这个技术,流体流动的整个通道的表面积保持不变,并且在更换过滤器的过程中能到达波动范围<1bar的恒压状态。压力落差也能在一个较窄的可控范围内保持恒压,这样获得稳定的泡沫结构的关键条件就得以满足。操作人员通过机器所发的警报来更换过滤单元(滤网)。无须中断生产就可对滤网进行更换,所以配有SFXmagnus的泡沫片材生产线从来不需要停产并且其生产过程保持在一个相对不变的状态。

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图2. SFXmagnus过滤系统(已申请专利保护)

坚固的结构

旋转盘和格挡由极端坚硬并经表面处理的工具钢制得,并且其尺寸误差被打磨到一个极小的公差范围内。这个两个格挡在张力下由专门的螺钉连在一起。以一层聚合物薄膜为润滑剂,旋转盘在两个格挡之间旋转。该密封系统对气体和聚合物而言都是不可通过的,这就使得流道内没有死点并另外使得机器具有无磨损的优点。于1983年开发的最初的SF系列原始旋转过滤器使得发泡片材工业成为最先认识并开发气密系统和恒压生产优点的业界。在此期间,有超过400个这种类型的过滤器用于发泡片材的生产领域。

阻燃剂的添加需要采取专门的措施来保护所用的刚才免受腐蚀。为了使阻燃剂的腐蚀性尽可能的低,熔体温度必须保持在一个很窄的范围内(最高温度大约是220℃)。阻燃剂的腐蚀性会随着熔体温度的每次上升而剧烈增加。此外,如果阻燃剂与空气中的氧气接触的话,其腐蚀性会增加。因此,当在一个串联挤出生产线上用于包含阻燃剂的材料的挤出生产时,熔体过滤系统必须被彻底地密封。

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图3. RSFgenius 60过滤系统(已申专利保护)
:在恒压下实现连续生产和全自动化

全自动滤网清洗

RSFgenius和SFXmagnus的过滤系统有同样优异的性能,但其还有另外一个优点,就是集成了全自动滤网清洗系统。在这种系统中,在重新进入熔体通道之前,脏滤网上的杂质颗粒被高压背冲系统所冲洗干净。这是通过出口格挡中抽取的一定(并且可调)体积的熔体来完成冲洗过程的,即以在过滤盘上保持一个高的压差(30到80bar),然后再将其移到外部。该清洗过程与加工条件相匹配并能实现自动化控制。每次冲洗过程中只有较少的大约1%滤网表面被冲洗到了,因此每次冲洗过程中都可用一固定的高功率脉冲。由于背冲活塞的行程(射出熔体用于冲洗)和其速度(清洗的强度)都是随意可调的,这就意味着实际生产中能设定优化并且是最小的熔体射出体积来用于清洗。利用这个清洗系统,实际上滤网能被100%的清洗并且过滤单元能使用数百次(取决于过滤单元)。这就使得该系统在回收材料百分含量高的生产和需要高度自动化的场合中尤其具有吸引力。

结论

使用过滤系统能防止在膨胀发泡片材的生产过程中由于杂质和污染物而使设备停机的情况。这样的话,更换过滤系统的过程确保压力敏感的膨胀泡沫的生产不会被中断。一条集成有滤网清洗装置的产品生产线的过滤系统能使用数个月,即便是在生产过程中污染程度高的情况下也是如此。在这种情况下,过滤系统操作的全自动模式也能满足整个生产设备高度自动化的需要。 (end)
文章内容仅供参考 (投稿) (9/20/2008)
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