排除活塞式熔体过滤器中的压力波动

作者: Nordson公司 Oliver Brandt 文章来源:PT塑料网 发布时间:2021-03-12
活塞式熔体过滤器与其他系统相比有许多优势。虽然压力波动会被视为其弱点,但是从机械和工艺角度来看,有很多方法可用来避免波动。小的调节就可以极大地改变系统的整体性能和效率。

选择活塞式过滤系统有很多充分的理由。首先,这类系统提供了较大的过滤面积,这不仅具有成本效益,而且还确保了软启动、较小的剪切速率和较低的压差。这样就能保证良好的过滤效果,因为较小的力可防止灰尘颗粒通过过滤器滤芯。

活塞系统的另一个优点是可以提供有效的保护,防止异物损坏。活塞腔中有足够的空间,使金属污染物等无法通过滤料网屏障,在滤料网轴承活塞的变速运动过程中对系统造成损坏。还有一个优点是在熔体正常操作期间的连续流动能够防止熔体停滞和聚合物降解。与其他过滤系统不同,活塞式换网器没有会残留物料并发生降解的死区。

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该活塞式换网器有两个活塞(在最右边可见),每个活塞带有两个滤网腔,总共4个

过滤系统通常是针对非常特定的过程而设计的。如果客户的材料或其特性发生变化,则必须进行调整来获得相同的良好结果。对一种材料非常有效的参数可能不适合另一种材料,这也适用于压力波动。挤出模头或造粒系统中的恒定压力是聚合物加工系统中最重要的参数之一。只有均匀、恒定的聚合物流动才能产生均一的产品。

在一个活塞过滤系统中,活塞的每个运动都伴随着压力的变化。通常,这并不是一个问题,可以通过设定把变化控制在较小的范围内。但是,如果这些压力波动过大,则产品就可能会受到诸如薄膜撕裂、片材中的薄点或者形状、大小不规则颗粒的损害。在经过良好调节的系统中,根据工艺条件来设定反冲和排气止动的活塞运动,这些波动就能保持在最低水平。

那么,如果仍然出现压力波动该怎么办呢?让我们来审查一些解决方案,看看其中的关键过程变量:

1.材料

在故障排除中,最好是从头开始——在这里,先从材料开始。是块状还是潮湿的?块状物料很难计量,导致挤出机出现不均匀的聚合物流动。潮湿的材料不仅会结块,而且残留的水分还会降低黏度。

2.泄漏

第二步,对设备进行外观检查,以发现是否有明显的泄漏。生产线通常是一个密封系统,以保持聚合物均匀流动。如果材料通过泄漏逸出系统,则压力可能会波动。

接头螺栓紧固不充分会造成泄漏。由于热膨胀,必须在换网器加热到工作温度后重新拧紧螺丝。

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在正常操作中,熔体流动(以红色显示)分为4个路径,每个路径都设置一个滤网腔

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在正常操作中,熔体流动路径在熔体过滤后会重新结合。由于污染物沉积在滤网叠上,压差增加,导致流动阻力增加


另一方面,螺丝太紧也可能是问题所在。如果系统承受的压力过大,则单个零件的对中就会受到影响,并且可能产生泄漏。

3.温度

检查聚合物加工温度是否过高。这通常导致较低的黏度,设备和密封系统可能没有对此进行设计。降低过程温度可以解决这个问题。在这种情况下,检查温度传感器也是有益的。如果它们无法正常工作,则系统可能会过热,而你却没有意识到。低温也可能是压力波动的原因。为此,检查周围环境,看看是否有冷却机器的气流。

4.传感器系统

确保整个传感器系统正常工作。压力传感器位置错误或校准不正确,就可能会在没有压力峰值的地方出现压力峰值。

5.过程

如果材料无缺陷,没有可检测到的泄漏,并且传感器系统工作正常,那就必须进行更深的挖掘。为了进行有效的故障排除,重要的是要知道过程中何时发生问题。你应该问自己的第一个问题是过程中是否有任何变化。例如:

(1)你正在加工与众不同的材料吗?

(2)操作温度是否升高?

(3)在每次活塞移动时你是否遇到麻烦?

(4)在换网过程中问题会出现吗?

(5)每个反冲步骤都会造成系统中压力下降吗?

(6)当挤出机或齿轮泵达到最大速度时,波动是否变得明显了?

要始终与操作人员保持沟通,了解他们观察到了什么。如果系统配备了控制器,请仔细检查压力趋势。如果没有适当的控制系统,则几乎每条线路都要用传感器来监控压力。如果通过增加挤出机或泵的转速来提高物料流量,则可能会在生产线下游失去压力。

6.换网

每次活塞运动都会导致系统中的压力变化。在换网过程中,活塞移出至换网的位置,并关闭腔体,使之不与流道相通。熔体以增加的压差流过剩余的一个或多个腔体。更换过滤器后,活塞返回到生产位置,并通过所谓的排气步骤将聚合物充满腔体。如果活塞移动得太快且腔体填充得太快,熔体压力就会下降。只需要降低活塞速度即可解决该问题。

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更换滤网时,将被清洁的滤芯从换网器外壳中移出足够的距离,以便拆下滤网叠更换一个新的

在挤出机无法通过提高速度来补偿物料损失的过程中,以精调的过滤器腔体填充

来防止换网后的压力波动特别重要。对于极低黏度的聚合物也是如此。

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在换网过程中,3个滤网腔保留在生产线中。换网过程中,所有4个滤网都得到成功更换

7.排气

换网后,当腔体移回到流道中时,确保腔体中没有空气十分重要。如果气泡被夹带到最终产品中,就可能会产生孔洞并使生产线中断。

为了避免这种情况发生,活塞要有排气槽,以使空气能够在填充过程中逸出。更换滤网后,要确保正确清洁这些凹槽,以便有足够的空间容纳熔体。目的是使熔体均匀地分布在所有的排气槽中且没有任何气泡。每种材料都有其理想的排气时间和位置,需要花费一些时间来寻找。

检查第一个排气位置的压力是否正在下降。如果发生这种情况,请降低活塞的速度,这样腔体填充得不会太快。第一个排气位置最重要。如果此处的速度设置正确,后序排气位置跟从该设置,生产线的性能就会大大提高。

当加工低黏度聚合物时,精调的排气非常重要。压力波动也是需要填充的腔体内出现湍流的信号。快速填充引起的湍流会导致所谓的“香槟奶油”,即小气泡分布在腔体内。这将导致最终产品出现问题。因此,通过调节使填充非常平稳是有好处的,这样在熔体和空气之间保留一个相位屏障,从而实现完美的排气效果。

与“快速肮脏的”排气相比,花时间实施精调的排气步骤可以节省费用。当今最先进的活塞过滤系统提供自动排气功能,不需要操作人员采取任何措施。

8.反冲

在通过反冲清除污染物的系统中,熔体流反向流动并逆着挤出方向流过滤料网。污垢颗粒从滤料网上脱落,并通过一根反冲管从腔体中转移出来。这增加了滤料网的寿命和整个过程的稳定性。

但是同时,由于物料返回,每次反冲都会改变系统内的压力。反冲的目标是在不损坏滤料网清洁效果的情况下将材料损失降至最低。

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当达到一个确定的压力极限时,反冲自动开始。待清洁的滤网叠移至其清洁位置,除去4个熔体路径中的一个熔体流

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在反冲中,移动活塞填充熔体,以便在液压辅助下快速移动冲洗滤料网腔体。污染物从滤网叠上剥离下来并通过冲洗通道。之后,以相同的方式清洁同一活塞上的相邻滤网叠。在整个周期中,3个滤料网腔体保持在生产线中

如果反冲过程导致压力峰值过高,进而影响最终产品,请尝试通过调节活塞参数来减少物料损失。稍微缩短反冲间隔可能是有益的。如果滤料网太堵塞,需要更大的熔体压力使污垢颗粒脱开,那就会损失更多的物料。

在低黏度聚合物或挤出机无法通过增加挤出速度来补偿物料损失的过程中,对反冲设置进行精细调节尤为重要。为获得十分平稳的反冲进行调节总是有好处的,这样污垢颗粒可以通过低速的反冲钻孔而被排出。

7.滤网叠

滤网叠是进行过滤的地方,它也是失去压力最大的地方。熔体流必须通过一个屏障,因此滤网叠前后的压力不同,产生压差。过滤等级越高、过滤网的开放面积越小或黏度越高,相应的压差就越大。

具有高编织质量和对称设计的滤料网,与腔体匹配性好,有助于将压差保持在最低水平并确保过程顺畅。对称设计有助于平衡滤料网前后的压力差。高质量的滤料网和良好的配合确保了聚合物在过滤区域的完美分布。

关于作者

Oliver Brandt在塑料行业服务了将近20年。他于2002年加入Kreyenborg公司(现在是Nordson公司聚合物加工系统业务的一部分),担任过程工程师,专注于泵和过滤技术。2018年,他接任了回收市场开发经理一职。Brandt拥有德国Paderborn大学的塑料技术学位,主功挤出机技术、聚合物流变学和塑料机械设计。

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