摘 要:不同类型的熔体过滤器有不同的结构和功能。文章介绍了国内纺粘法非织造布生产线中主要应用的三类熔体过滤器和过滤器中使用的不同过滤材料的特性指标,指出过滤器类型和过滤材料的选择与纺粘法非织造布的生产关系紧密。
关键词:熔体过滤器,纺粘法,非织造布,过滤材料,应用
在化纤纺丝和塑料挤出成型的生产过程中,混入熔体中的杂质不仅会影响产品质量,而且也会妨碍正常生产。为此,在挤出机后均设有过滤器,以分离熔体中的杂质,保证生产线的稳定生产。
除了熔体纯净程度对产品质量的直接影响外,还有一个重要因素就是随着原材料价格的上升,为了降低成本,增加利润,企业增加了回收料和次等料的使用比例,这样就对熔体过滤提出了更高的要求。因此,过滤技术已引起了国内外广泛的关注。
1 熔体过滤器的分类
按滤网载体的形状可分为圆盘式、滑板式、柱塞式、滤室式等;按换网时的生产状态可分为快速换网型、不停机换网型;按动力来源可分为手动、液压、气动、电动等。除此之外,也可按滤网种类、形状、流道数目等分类。下面将国内外应用的熔体过滤器按主要功能分成四类,列于表1。
1. 1 快速换网过滤器
快速换网是指利用手动杠杆、液压移动安装在圆盘或滑板上的过滤网,使用网片式过滤元件,比早期法兰紧固滤网换网时间短。
1. 1. 1 圆盘式快速换网过滤器
圆盘滑板呈扇形结构,板上有两个过滤元件。这种过滤器在挤出过程中由于过滤杂质逐渐堆积在过滤网表面,会使过滤网的孔眼部分被堵塞,导致在螺杆的推动下滤网前熔体压力迅速增高。当压力超过滤网的承受力时,过滤网会破裂,必将影响产品质量,造成废次品。当需要更换过滤网时,需先停止主机,然后操作杠杆,移动扇形滑板将堵塞过滤元件移出,换入干净过滤元件,因此其生产过程不连续。
1. 1. 2 单滑板快速换网过滤器
滑板呈长方形结构,板上开两个圆形孔,每个孔装有过滤元件。过滤元件由一个带有多孔的托网板和三片不锈钢网组成,其中中间的一片为细过滤网(滤网孔径小) ,熔体的过滤主要靠细过滤网来保证。细过滤网和托网板之间的过滤网是用于支撑细过滤网的骨架网片。骨架网的目数选择很重要,若目数大,网的金属丝直径小,承受的压力就有限,使用时容易被挤破;若所用的骨架网目数小,网的丝径大,则细过滤网可能从骨架网的孔眼部分破裂。这种过滤器在换网时也要先停主机,然后操纵电动丝杠或气动、液动活塞来移动滑板。
1. 1. 3 单柱塞快速换网过滤器
与单滑板过滤器结构不同之处在于将滑板换成了圆柱活塞。
以上产品换网时都需先停主机、中断熔体、再切换滤网,存在生产过程不连续的弊病,而且过滤元件都选用网片式,过滤面积较小,过滤精度不够高。
1. 2 不停机换网过滤器
不停机换网过滤器可在不停机、不中断正常生产的情况下更换过滤网。与快速换网过滤器比较,增加了一个滑板或一个柱塞,熔体分流到两个流道中并被过滤。换网时,只要将一个滑板或柱塞滤网移出,并切断流道,熔体可经另一滑板或柱塞上的滤网继续过滤。
1. 2. 1 双滑板式不停机换网过滤器
该过滤器中有两个滑板,每个滑板都装过滤网。利用滑板移动开闭熔体通道来更换滤网。工作时可一开一备,或两个滑板上的过滤网同时使用,从而保证了生产连续、增产、节能、无废料。
1. 2. 2 双柱塞式不停机换网过滤器
与双滑板式比较,该过滤器是用柱塞代替了滑板,其工作原理与双滑板式相同。
不停机换网过滤器在换网时有一个排气问题需要解决。通常在网前网后设有溢流排气沟道,换网时,被密封在滤网流道中的空气经网前网后的溢流口排出。当滤网流道被充满熔体并达到工作位置时,溢流口被堵塞,既保证了生产过程的连续性,又防止了因空气被密封在物料中而引起对生产的扰动。
以上两大类换网过滤器严格讲应叫换网器。本质问题是其过滤元件选用的网片过滤面积不能很大。一般网片直径在150 mm以下,即使是双柱塞四通道,面积也只在0. 1 m2 以下。由于科学技术的发展和褶叠网烛形滤芯的出现,使熔体过滤器的过滤面积有了一个飞跃。
1. 3 阀门切换过滤器
此种过滤器采用可供阀门切换的双过滤室结构,过滤室是不锈钢厚壁外壳,内装多根烛形滤芯,该滤芯系由褶叠式不锈钢网包覆在多孔不锈钢管上制成,双室两端出口通过阀门与熔体管道连接,阀门结构可以是2 个三通阀或4 个单通阀,双室排列分立式和卧式两种。过滤网做成褶叠的目的是为了增大过滤面积。过滤网有3 层～5层,熔体从过滤网流过,在管中心汇集并从一端流出。起过滤作用的是中间一层孔径最小的过滤网,一般根据要求选用方孔网、席形网、金属纤维毛毡、烧结金属网等。最外层网起保护细过滤网免受损伤的作用,内层网是骨架网。在使用中,滤室内的烛形滤芯由于过滤杂质的堵塞,过滤压力逐渐上升,在达到一定数值时,需要更换滤室。更换滤室时,操作滤室前后的阀门,把备用滤室切入使用,堵塞的滤芯和滤室取下清洗。
目前常用的褶叠式烛形滤芯的外径是35mm、50 mm 和60 mm ,长度范围是200 mm～500mm ,相应的每根滤芯面积范围是0. 1 m2～1 m2 。过滤孔径的种类是20 μm、25 μm、40 μm、60 μm、100μm。每个滤室装滤芯的数量一般是4、5、7、13 、15 、19 、31 、48 、61 、80 等,相应的过滤面积在0. 4m2～80 m2 。
由于采用了新型过滤元件,每台过滤器的过滤面积可以很大,过滤孔径可以很小,所以换网周期明显延长,提高了生产效率和产品质量。由于烛形滤芯价格较贵,不能像网片式过滤元件那样用后即弃,所以滤芯必须反复清洗和重复使用。滤芯的清洗检查非常重要,若清洗不彻底,会缩短使用周期。破损滤芯的检出也比较困难。纺制涤纶时的滤芯可以采用三甘醇清洗炉清洗,而纺制丙纶时的滤芯清洗目前还没有特别好的方法。
1. 4 高性能过滤器
为了克服快速换网过滤器需停机换网、不停机换网过滤器面积小和阀门切换过滤器滤芯清洗困难的缺点,研制开发出了高性能过滤器。
1. 4. 1 连续网带式过滤器
过滤器中由一带孔托网板支承的筛网带通过一个经冷却的入口导件进入熔体流道,筛网入口端与出口端的截面积差使网产生横向传输力,促使带状网向一端移动。在生产中,根据过滤网前压力,通过改变筛网进给区温度即可改变进给循环中筛网的前进速度,使筛网的消耗量减少到最小而不影响产品质量。此种过滤器制造成本较低,无机械密封,而是靠冷却水固化聚合物形成密封。该过滤器可自动移位更换滤网,不需人工操作。但其过滤面积较小,最大生产能力较低。
1. 4. 2 旋转圆盘式过滤器
旋转圆盘式过滤器的结构是有一个中心带轴的圆盘,圆盘的一侧放入熔体管道中,盘上分格,每个格上都放置有过滤网,盘的边缘有齿,利用液压棘轮或电动齿轮带动圆盘旋转,以达到换网目的。优点是更换滤网方便、不停机,而且避免了滑板和柱塞式换网过滤器换网时由于过滤面积减少带来的压力波动。
1. 4. 3 循环滤块式过滤器
该过滤器是网带式和旋转圆盘式的结合,能在生产中不停机换网,避免了漏换和错换现象。
1. 4. 4 反向冲洗式过滤器
该过滤器是在双柱塞式过滤器上增加了反向冲洗机构。工作原理为:当过滤网上积累的杂质增加并导致压力上升到某一定值时,柱塞自动地移至反向冲洗位置。滤网被从第二个柱塞过滤后清洁物料反向清洗,然后滤网上的杂质及冲洗物料一同经排泄口排出。达到预定的回冲时间后,柱塞移回工作位置,另一柱塞的滤网再进入回冲清洗状态。滤网可以反复冲洗多次后才开始换网。此种过滤器省去频繁的换网工作,减少了操作人员的劳动强度,降低了滤网消耗,特别适合于过滤严重污染、杂质含量较高的废旧回收料。据介绍,过滤废旧塑料时,一个滤网可以反复回冲清洗100 次以上而不换网。
2 纺粘生产线中应用的过滤器
目前国内引进和国产的30 余条纺粘法生产线中使用多种过滤器,表2 列出了部分国内纺粘生产线中应用的典型熔体过滤器。
除表2 所列之外,还有湖南益阳的ORV、广东开平的Reicofil 、江西南昌的Zimmer 以及绍兴涤纶厂研制的聚酯纺粘生产线。
2. 1 过滤器的分类
从表2 中可以看出,纺粘法生产线应用的熔体过滤器主要可分为三大类。
2. 1. 1 单滑板双片型过滤器
意大利NWE 公司和国产第一条生产线都使用这种过滤器。因其换网需停机、过滤面积小、换网周期短,所以国产第一条纺粘生产线的过滤器已改为双柱双片不停机换网过滤器,其过滤网直径96 mm ,过滤面积0. 015 m2 ,据说改造后效果很好。
2. 1. 2 双柱双片型不停机换网过滤器
杭州、南阳引进的STP 生产线和吉林白城引进的Mordern 生产线中都使用这种过滤器。STP过滤网直径150 mm ,过滤孔径90μm ,过滤面积0. 035 m2 ;Mordern 的过滤网直径113 mm ,过滤孔径是140μm ,相应的过滤面积是0. 02 m2 。由于这两种过滤器均可不停机换网,使用很方便。但由于两种过滤器过滤面积较小,特别是生产带颜色产品时原料中加入色母粒,换网周期较短。
2. 1. 3 双室烛形阀门切换过滤器
辽宁清原和广东中山引进意大利NWT 的生产线是采用双室烛形阀门切换过滤器,每个过滤室装有5 根褶叠烛形滤芯,滤芯直径35 mm、长425 mm、中心骨架管径21 mm ,包覆的褶叠网是23个波折,每个滤芯的过滤面积是0. 12 m2 ,过滤孔径是74μm。两个滤室并列立式安装,分别通过4个阀门与熔体管道连接,滤室外设有保温夹套,夹套中通有与纺丝箱体共用的导热油,整个过滤器结构紧凑,使用方便。国内近期新研制的生产线大部分使用威海市海达科技有限公司生产的这类过滤器,其两个滤室并列卧式安装,分别通过2 个三通阀与熔体管道连接,滤芯中心骨架管直径为17 mm ,相应的过滤面积是0. 15 m2 。由于所使用的过滤器面积较大,过滤孔径可以选得较小,过滤精度可以达到很高,换网周期明显延长。
山东莱州和河北山海关的NWT 生产线中使用的过滤器是双过滤室,过滤元件是桶形网片,包在中心的大骨架管上。滤网规格是Φ100 ×410 ,相应的过滤面积是0. 129 m2 ,该过滤器记录了过滤元件从片形滤网向烛形滤芯的发展过程,是烛形滤芯的萌芽。
目前纺粘法的纺丝多为气流牵伸,过滤孔径一般是40μm～100μm。按聚酯高速纺丝的经验选取,所需过滤面积应选择在200 kg/ h·m2 左右(以纺丙纶为例) 较合适,即规模为3 000 t/ a 的丙纶生产线,过滤面积选取2 m2 左右。
3 过滤材料的选择
过滤器中使用的过滤材料主要有方孔网、席型网、金属纤维毛毡和烧结金属网,其特性指标见表3 所示。
从表3 可以看出,每种过滤网都各有特点,金属纤维毛毡和金属烧结网价格较贵,只有在过滤精度要求较高时方才采用。席型网价格适宜、清洗能力较好、防孔变化能力较强、强度非常好,主要缺点是开孔率较低,片式过滤元件由于过滤面积较小,因此不宜采用,烛形滤芯使用席型网较多。方孔网是使用最多的一种,价格低廉,清洗能力很好,开孔率较大,其缺点是防孔变化能力较差,在过滤孔径较小时网的强度较低,一般在过滤元件中多采用方孔网作保护网和骨架网。
目前都习惯以目数来衡量方孔网过滤孔的大小,这是一个误解。目数是以1 英寸的网中所具有的孔数定义的。目数相同而采用不同的丝径,其孔的大小就不一样。表4 所示为方孔网的有关数据。
从表4 看出,过滤孔径同样是106μm ,而丝的直径可以从50μm 至80μm ,相应的目数是162. 82目至136. 56 目,所以用目数来衡量孔径的大小是错误的。过滤孔径和过滤精度的严格定义为:过滤孔径是指过滤网中正方形网孔的边长,而过滤精度是指滤网能过滤杂质大小的程度,是用过滤孔径来度量的。
4 结论
(1) 过滤器的技术已从快速换网型过滤器发展到自动反洗的高性能过滤器,过滤元件已从片式发展到褶叠烛芯式。
(2) 过滤器是纺粘生产线中的一个重要设备,对提高产品质量,降低消耗,增加产量起着重要作用。
(3) 过滤材料的选择要考虑多种因素。过滤网的目数仅是一种与孔径有关的量,用目数来度量孔径的大小是不科学的,应该用过滤孔径来度量网孔径的大小。
(4) 随着技术的进步,过滤器的过滤面积逐步增大,过滤孔径逐渐减小,可提高熔体质量、增强熔体的可纺性、延长纺丝组件的使用周期。
为了尽快缩短与国外的差距,提高我国的技术水平,应加强对纺粘法设备用过滤及清洗方法的研究,开发出能够适应今后发展的新型纺粘法生产线的专用过滤设备。
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