PP熔喷料挤出机换网装置的设计

田卫东，李世通

（甘肃省聚合物配混改性成套技术及装备工程技术研究中心，甘肃 兰州730060）

PP熔喷料挤出机换网装置的设计

田卫东，李世通

（甘肃省聚合物配混改性成套技术及装备工程技术研究中心，甘肃 兰州730060）

针对聚丙烯（PP）熔喷料的生产特点，分析了原有单板式换网装置的缺点，提出了更适用于PP熔喷料挤出生产的双滑柱式换网装置设计方案，并在实际应用中加以改进，由双柱两工位改为双柱四工位，解决了换网时出现的断条及漏料问题，实现了挤出生产的连续化，并降低了生产成本。

聚丙烯；熔喷料；挤出机；换网装置

0 前言

近年来，随着无纺布用量的不断增长，对其专用树脂PP熔喷料的需求也不断增加。无纺布主要应用于卫生及过滤领域［1］。熔喷法无纺布工业化生产始于20世纪60年代末，当时只能采用已有的PP树脂为原料，其熔体流动速率一般为12、25、35g/10min。1985年，熔体流动速率为90、150g/10min的PP树脂进入市场。90年代后，熔体流动速率为400、800g/10min的PP树脂成为熔喷法工艺常用的原料，现今这些产品仍在使用［2］。

随着PP熔喷料的配方、生产设备及工艺的大幅度发展，其主要生产工艺发展为采用液体过氧化物等改性剂对选定的PP树脂进行改性，熔体流动速率可达到1200～1500g/10min。此工艺的主要生产设备是双螺杆挤出机。

PP熔喷料的改性过程是一种化学反应过程，最终得到的PP熔喷料的流动性极好，在挤出生产中存在料条不易牵引，常常因更换滤网造成断条的问题，操作困难，产生大量的废料。因此，开发适用于PP熔喷料的不停机、不断条的换网装置成为解决其正常生产的关键环节之一。

1 常用的换网装置

塑料挤出机换网装置的分类方法很多，从操作上讲可分为2类，一类是非连续型换网装置，在换网时熔体料流瞬时中断或需停机换网；另一类是连续型换网装置，可连续、自动、不停机换网，料流无中断［3］。按结构形式可分为板式换网和柱式换网，通常采用双柱式双流道换网装置适应连续不停车换网作业。

结合笔者的实际开发经验，双柱四工位换网装置能较好地满足PP熔喷料连续、节能的工业化生产要求，是适应于PP熔喷料生产的最佳换网装置。

2 PP熔喷料换网装置的开发

2.1 单板式换网装置

单板式换网装置是一种较为常见的换网形式，PP熔喷料挤出造粒生产线中原有的换网装置为单板式换网装置，如图1所示。它通过液压缸驱动，使装有2个多孔板的滑板往复移动，实现瞬间快速换网，并通过2块铜板压紧滑板，实现滑板的往复移动与密封，其液压系统配有蓄能器，可实现在不停机状态下1～2s内完成换网［4］。

图1 单板式换网装置Fig.1 Single－plate screen changing device

单板式换网装置的缺点主要有：（1）由于2个多孔板之间有一定的距离，换网时会断条，需要重新进行料条的牵引，操作难度大，产生废料多；（2）换网时出现料流中断，网前压力瞬间增大，导致排气口冒料；（3）随着换网次数的增加，滑板与铜板之间的间隙由于磨损而变大，导致漏料；（4）需定期更换铜板与四氟板，停车次数多，维护成本较高，并产生大量废料，增加了生产成本。

2.2 双柱两工位换网装置

针对单板式换网装置在PP熔喷料生产过程中出现的问题，笔者设计了双柱两工位换网装置，如图2所示。该装置通过液压缸驱动滑柱，每个滑柱上安装1个多孔板，通过滑柱的往复运动实现多孔板及滤网的更换。

图2 双柱两工位换网装置Fig.2 Double slides two station screen changing device

双柱两工位换网装置在工作时有2个通道，这样就增大了换网面积，延长了换网周期。滑柱与换网体之间采用间隙配合，这样在它们之间便形成一层料膜，作为密封垫层，防止滑柱与换网体之间的漏料，是一种熔体自密封系统，该设计还避免了因滑柱磨损引起的物料泄露问题。同时液压系统不配备蓄能器，换网时滑柱保持匀速运动，保证气体可以通过排气槽顺利排出，从而保证换网时料流不中断。

双柱两工位换网装置更换滤网时采取逐个更换的方式，由于此时只有1个通道在工作，网前压力会升高，为了防止排气口冒料，必须降低主机产量，待2个滤网依次更换完成后，再重新提高主机产量，实现正常生产。

在实际生产过程中，双柱两工位换网装置解决了单板式换网装置存在的换网时断条以及磨损引起的泄漏问题。但在更换滤网时，为了防止冒料，需对主机产量进行调整，同时存在滤网更换操作时间长的缺点，不利于实际生产中的操作。

2.3 双柱四工位换网装置

在总结双柱两工位换网装置使用特点的基础上，笔者对其进行优化改进，设计开发了双柱四工位的换网装置，如图3所示。该装置的特点是换网时通过液压缸驱动滑柱，每个滑柱上安装2个多孔板，4个通道交替使用，始终保持有2个通道处在工作位置，解决了双柱两工位换网装置需进行主机产量调整的问题，实现了连续化生产。

图3 双柱四工位换网装置结构示意图Fig.3 Double slides four stations screen changing device

笔者在网前还设置了料压传感器，通过实际摸索，可以设置最佳的压力报警值。随着生产过程的进行，滤网上杂质不断积累，网前压力会逐渐升高，当达到报警值时，挤出机会发出换网信号，此时即可操作液压系统来进行换网。

结合PP熔喷料生产时的低温挤出特点，挤出机最后几段筒体及机头温度都应该设置在145℃左右，此温度显然低于物料的熔点，但由于物料是不断流动的，因而它不会凝固。如果换网装置的温度也设定在该值，换网体与滑柱间隙中的物料就会固化，换网时会增大液压系统的负荷，极易造成液压系统密封件的损坏。实际生产中，应将换网装置的温度设置在170℃左右，保证物料处于软化状态，既不会产生漏料，又保证液压驱动系统能正常工作。

实际应用表明，双柱四工位换网装置很好地解决了断条、冒料及泄漏的问题，换网时无需对主机产量进行调整，完全满足了PP熔喷料连续、稳定的生产要求。

以上所述各换网装置的特点对比详见表1。

表1 各种换网装置的特点Tab.1 Characters of different screen changing devices

3 注意事项

在进行换网装置开发时，应注意以下几点：（1）滑柱与多孔板之间的配合尺寸，在设计时要充分考虑零件由于受热后发生膨胀引起的结构尺寸的变化，以保证多孔板可以轻松地拆除与安装；（2）滑柱与换网体的配合尺寸设计要兼顾热变形及物料压力流的影响，首先要对其热变形进行计算，同时结合熔体在圆环中的流动［5］公式（1）来计算热膨胀状态下的环隙（图4）泄露量，结合计算结果，进行滑柱与换网体的间隙设计，以保证滑柱的自由移动和换网装置不漏料；（3）滑柱上排气槽的设计既要保证排气效果，又不能产生漏料，同样要结合式（1）进行计算；（4）对于各结构件及螺栓连接，要在熔体高压作用下进行强度的校核；（5）换网体、滑柱多孔板安装孔的距离及液压缸行程的选择要充分考虑多孔板的安装与拆卸操作空间；（6）换网体与滑柱要采用耐磨及高温性能良好的优质氮化钢。

式中 V——熔体在环形缝隙中的流量，m3/s

Ri——滑柱热膨胀后的半径值，m

R——换网体滑道热膨胀后的半径值，m

L——环形缝隙的长度，m

k——常数

η——熔体黏度，Pa·s

ΔP——压力差，Pa

4 实际应用效果

经过实际应用，双柱四工位换网装置可实现连续不停车的操作，大大提高了生产效率，减少了换网时的物料损耗，降低了废品率。但是在使用过程中因间隙偏大存在漏料现象，有待进一步改进。

分析漏料的原因，主要是对滑柱和换网体之间的间隙控制不准，原因是对超高熔体流动速率树脂在环形间隙的漏流计算和使用经验不足。此外，滑柱与换网体之间的气体没有经过排气槽彻底排净，也会导致漏料，因此在换网完成、滑柱复位时应有间歇，使滑柱移动的速度放慢，以使气体彻底排出，避免发生漏料。

图4 滑柱与换网体滑道的间隙Fig.4 Gap between slide column and slideway

5 结论

（1）双滑柱式四工位换网装置具有压力波动小、无断条、无泄漏等优点，为PP熔喷料的生产节约了原材料，提高了生产效率，降低了劳动强度，为企业带来了经济效益，得到了用户的高度认可；

（2）双滑柱式四工位换网装置不仅适用于生产高熔体流动速率的PP熔喷料，同样适用于超低熔体流动速率的物料的生产。

［1］ 徐险峰.PP无纺布专用树脂的开发［J］.合成树脂及塑料，2008，25（1）：47－50.

［2］ 李 民.熔喷法用高熔融指数聚丙烯［J］.合成纤维，2006，（12）：50－51.

［3］ 姚祝平.挤出机换网器的应用与发展［J］.塑料包装，2003，13（4）：33－36.

［4］ 戈大伟，吴宏武.一种挤出机换网装置的改进设计［J］.塑料工业，2009，12（39）：69－70.

［5］ W 迈切里.塑料橡胶挤出模头设计［M］.李 吉，译.北京：中国轻工业出版社，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

联系人，tianwd1002＠126.com