让熔体过滤更加智能

作者:马格澳迈(Maag Automatik)公司 Dan Smith 文章来源:PT《现代塑料》 发布时间:2016-04-25
由于质量规范日益严格以及使用更多再生材料的要求变得更加突出,越来越多的挤出加工商开始检查他们的熔体过滤技术选择。本文可为这些选择的评估提供一些帮助。

一般来说,挤出加工商需要熔体过滤的基本原因有3种:1.产品质量规范要求的外观或力学性能不进行过滤就不能保持;2.下游设备可能被熔体中的污染物损坏;3.需要额外的熔体压力,以改善熔体质量。

大多数挤出加工商采用熔体过滤都是基于这3种原因。而且,他们会发现一个简单的多孔板并不令人满意,因为拆卸和重新组装该装置需要花费额外的时间。虽然其他类型的过滤器可以被用于特殊的用途,如高输出率和非常严格的过滤要求,但是这里所考虑的替代方案是各种不同类型的换网器。

换网器的类型

换网器的基本类型分为4类:非连续式、半连续式、连续式和回流连续式。所谓的手动不连续式换网器是成本最低的类型。它们利用一个杆、棘轮或螺杆装置将熔体过滤器移入或移出熔体流。这些换网器称为不连续式,是因为它们需要生产线停下来进行过滤网的更换。其优点是低成本和直通、低压力损失的设计,但也存在明显的缺点:当过滤网需要更换时,完整的生产过程就被中断了。

手动不连续式换网器是成本最低的类型。它们利用一个杆、棘轮或螺杆装置将熔体过滤器移入或移出熔体流。这些“不连续”的设备需要生产线停下来更换过滤网(图片来源:马格澳迈公司)

半连续液压滑板式换网器采用一个快速作用的液压缸将过滤叠网移入和移出熔体流。这些设备可以定义为半连续式,因为它们可以在不停止生产线的情况下更换过滤网。这种类型设备的优点是相对低的成本、直通和低压力损失的设计,以及可在不停止生产线的情况下更换过滤网;缺点是由于暂时中断和空气夹带,会产生一些不合格的材料。

液压滑板式换网器采用了一个快速作用的液压缸将滤网叠移入和移出熔体流。这些半连续式设备使过滤网的更换可以不停止生产线,但是它们会造成一些不合格的产品(图片来源:马格澳迈公司)

连续活塞式换网器有单活塞或多活塞两种形式,并且通常在流动中采用一个以上的多孔板,使每个多孔板在过滤网更换时可以一次拿掉一个,不会中断流动。活塞式设备还包括一个排气/脱气过程,以确保没有夹带的空气进入流体中,形成不合格的产品。

活塞式换网器通常在熔体流中使用一个以上的破料板,更换过滤网时由于每个破料板可以依次被移走,从而使熔体流动不会中断(图片来源:马格澳迈公司)

自20世纪60年代以来,连续换网器被制造并在挤出行业中获得很好的证明。它们不含有密封,依靠活塞和外壳之间的紧密配合。虽然在更换一个或多个过滤网时会产生一些流量的变化,但是总的流动面积通常大于类似的不连续式或半连续式设计。而这种更大的过滤网面积可以补偿更换过滤网时减少的流动面积。

连续旋转式换网器使用一个包含多个过滤叠网的移动圆盘,这样在任何时候都有一个相对相等的过滤面积暴露于熔体流,因而当过滤网转换位置时,只产生极小的压力变化。因此说,相对恒定的压力是这种设备的主要优点。自20世纪80年代末以来,旋转式换网器得到了较多的应用,但是从20世纪90年代中期到末期它才获得了很好的改进。这些换网器没有有效的密封,依靠旋转圆盘和外壳之间的紧密配合形成密封。它们最大的缺点是相对高的初始成本,以及要求能在宽泛的挤出产品的生产中维持过滤网承载圆盘和外壳之间的适当配合。

旋转式换网器因采用了一个包含多个滤网叠的移动圆盘,使得任何时候都有一个相对相等的过滤面积暴露于熔体流。这样,更换过滤网时只产生极小的压力变化(图片来源:Patt过滤公司)

连续带式换网器使用一个与施加在一个熔体插件上的流动压力相关的网辊。当需要过滤网表面更新时,熔体插件上的温度升高,一旦新的过滤网被换到位后,通过降低熔体插件上的温度,使换网器停止工作。自20世纪60年代以来,这种换网器在市场上随处可见,但在应用上受到一些限制。它的优点是直通、低压力设计以及相对恒定的流量和压力;但最大的缺点是对各种聚合物特性的灵敏度较高和不能用于纯净度不高的物料,以及因为速度的限制导致过滤网不能突破聚合物的密封。

带式换网器使用一个通过熔体流动压力来转换位置的网卷,该压力被施加在一个熔体插件上。当需要更换过滤网时,熔体插件上的温度升高,一旦新的过滤网到位后,通过降低熔体插件上的温度,使运行停止。(图片来源:High-Technology公司)

连续回流换网器通常是活塞式或旋转式,它允许熔体压力逆转通过过滤网以清除污染物。回流的压力和流量也可以通过积聚料流中物料的液压缸来生成。回流换网器一般只在加工再生料或非常脏的材料中使用。

连续回流式换网器一般是活塞式或旋转式的变种,它能使熔体压力逆转通过过滤网以清除污染物(图片来源:马格澳迈公司)

4种方案

由于与工厂的管理费用、人工和原材料相比设备是生产过程中成本最低的部分,所以应该考虑选用最佳的过滤解决方案。

虽然还没有一种特定类型的换网器被某种工艺类型指定,但是在一个工艺过程中选择一种特定类型的换网器比在另一个工艺过程中更占优势却是事实。

以下是一些假设的应用以及选择适当换网器的过程和方法。

1.方案一

应用:订制型材生产;挤出机型号/尺寸:单螺杆,直径89mm; 过滤网目数:100;速率:最高272kg/h;聚合物:PP、PE、ABS和HIPS;生产线停机的间隔时间:最多24h;过滤网更换的间隔时间:48h;换网器的选择:手动,杠杆式,约102mm直径。

这是一台相对较小的挤出机,使用清洁材料,根据需要最多每48h更换过滤网,而生产线在正常停机之间只能最多运行24h。挤出机的尺寸足够小,使采用手动换网器成为可能。选择略大于螺杆尺寸的过滤网,以允许拉过。

2.方案二

应用:订制片材生产;挤出机型号/尺寸:单螺杆,直径152mm;过滤网目数:100;速率:最大907kg/h;聚合物:PP、PE、ABS和HIPS;生产线停机的间隔时间:最多24h;

过滤网更换的间隔时间:48h;换网器的选择:液压滑板式,直径165mm。

这是一台相对较大的挤出机,使用清洁材料,根据需要最多每48h更换过滤网,而生产线在正常停机之间只能最多运行24h。由于挤出机的尺寸太大,不容易手动更换过滤网。选择略大于螺杆尺寸的过滤网,以允许拉过。

3.方案三

应用:用50%的回收料吹膜;挤出机型号/尺寸:单螺杆,直径152mm;过滤网目数:100;速率:最大907kg/h;聚合物:LLDPE;生产线停机的间隔时间:两周;过滤网更换的间隔时间:8h;换网器的选择:连续式,在熔体流中采用直径约203mm或以上的过滤网。

这是一台比较大的挤出机,采用较脏的材料,根据需要每8h更换过滤网,同时这条生产线在正常关机之间可运行长达2周。由于成本太高,所以更换过滤网时不能允许生产损失。指定采用一台略微超大的设备,以减少使用脏的材料引起的过滤网压力损失。

4.方案四

应用:采用80%回收料进行水下切粒;挤出机型号/尺寸:单螺杆,直径152mm;过滤网目数:100;速率:最大907kg/h;聚合物:HIPS;生产线停机的间隔时间:48h;过滤网更换的间隔时间:30min;换网器的选择:连续回流型,在熔体流中采用直径约203mm或以上的过滤网。

这是一台相对较大的挤出机,采用相对脏的材料,根据需要每30min更换过滤网,同时生产线在正常关机之间可运行长达48h。由于成本太高,所以更换过滤网时不能允许生产损失。这种回注自洁功能使每个过滤网可以被重新使用20次左右,以致过滤网和劳动力成本大幅降低。

使用真实的数据

当然,由于不明确的数据,过滤网的选择可能会变得模糊,导致不那么精确。有时候,出于经济上的考虑,挤出加工商不能购买最好的换网器。其他的考虑因素可能是熟悉(或不熟悉)一种特定类型的过滤设备以及工厂级别的维护复杂性。在其他工厂设备很简单的情况下,指定复杂的电脑控制设备是不明智的,维护人员和操作人员可能无法应付。在这种情况下,应选择偏向一种更简单的解决方案。

如果不是对纯树脂在过滤网尺寸等于或小于200目的情况下进行常规过滤,通常最好是将现有的操作数据进行按比例放大,而不是依靠猜测。在这种情况下,如果一个换网器尺寸必须按照推测的数据来确定,那么应该至少采用25%的安全系数。

挤出加工商应该要求设备供应商推荐换网器的尺寸,然后通过自己的分析来确定适当的尺寸。通过这种方式,挤出加工商将拥有独立分析的优势,最重要的是,没有任何额外的费用。

挤出加工商也需要了解价格和成本之间的差异,即通过考虑所有变量并考察所有因素,来确定换网器真正的拥有成本。一些需要考虑的隐藏变量可能包括以下几点:

1.产品质量;

2.维护、时间和部件成本;

3.生产过程中的停机时间和成本;

4.设备的预期寿命和所有权的摊余成本;

5.过滤介质的成本和可获得性;

6.压力损失和对生产线产量和产品质量的影响;

7.操作人员的安全;

8.所需的操作员干预和劳动力成本。

如果考虑了所有的这些因素以及其他因素,挤出加工商就可以期待一个更好的投资回报。

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