论文部分内容阅读
摘 要：因REPREVE再生纤维熔体过滤器使用周期短，频繁切换导致过滤器阀芯卡死。为解决这一难题，装置一是对损坏件进行国产化加工替代，恢复过滤器功能；二是优选母粒和清洗工艺，来延长滤芯在线使用天数和重复使用次数，最终让REPREVE生产线达到经济、稳定运行。
关键词：REPREVE 熔体过滤器 T型丝杠 石墨环 阀
1、前言
在熔融高速纺丝成形过程中，提高纺丝质量，降低纺丝成本，过滤器是必不可少的装置，由于所纺制丝条直径很细，单丝纤度dft在0.5～1之间，喷丝孔也很小，DN在0.16mm上下，不允许熔体中混有任何杂质或凝胶粒子，故提高熔体的纯度是保证纺丝正常进行和成品丝质量的关键之一。中心POY装置共有6条简接纺生产线，是90年代初意大利NOY公司设计的，熔体过滤器选用的是美国BRUNSWICK公司FLUID DYNAMICS分公司制造的CPF-135型产品，它是卧式双室可切换式，过滤面积为2㎡，流量为3～9t/d，常规PET-POY过滤器切换周期为6个月。为充分发挥简接纺优势，中心与美国Unifi合作开发的REPREVE-PET长丝，但因其原料来自后工业废料和废旧塑料瓶，如表1所示，REPREVE回收切片与纤维级PET切片相比杂质多，粘度高，熔体流动性差，过滤阻尼大，试纺初期，生产线运行仅十几小时过滤器就必须切换，这不仅连续化生产无法保证，而且滤芯更换成本也相当高。
表1 纤维级PET切片与REPREVE回收切片物理性能对比
2、问题提出
REPREVE-PET长丝生产初期，新滤芯上机，过滤器切换周期为24h，经清洗再上机的滤芯，过滤器切换周期为16h，由于切换操作频繁，组件操作人员发现，生产线过滤器切换经常出现手动切换不到位，须借助工具才能完成切换作业。生产线试纺前1个月，过滤器几乎天天切，最终熔体过滤器出现了切换卡死故障，生产也逼迫中断。为此，装置组织人员实施攻关，来解决过滤器切换卡死和切换频繁两大问题。
3、问题解决
3.1熔体过滤器切换卡死
CPF型卧式熔体过滤室如图1所示，滤芯通过螺纹安装在滤芯底板上，每组滤腔中安装四根过滤面积为0.5㎡的滤芯；腔体安装在过滤室中；阀芯的密封是通过压盖、石墨环和O型铝垫来实现；三通切换阀为独立、单边控制、螺旋推进式。
装置过滤器从95年投产至今，由于没有进行过大检修，其手轮机构、阀芯和密封装置的局部瑕疵对常规纺过滤器切换无特别影响，但对REPREVE-POY再生纤维的过滤器切换确影响深远，因REPREVE熔体中含有异物，过滤器切换频繁，一旦其部件性能异常，势必给切换带来困难，甚至卡死。
3.1.1手轮机构
手轮机构是由操作手轮、移动T型丝杠和定位板组成，经解除阀芯负载，转动手轮，丝杠在移动路径存在卡塞不畅且有晃动现象，经检查T型丝杠，发现卡塞点处螺纹变形，同时丝杠侧面与定位板导槽的定位销也磨损严重，导致丝杠在轴向移动的同时，存在径向晃动，对阀芯处密封存在致命破坏，究其原因一是丝杠等表面二硫化钼润滑脂长期暴露在外，并受高温影响而失效；二是丝杠老化磨损，过滤器再辅以外力切换，必然损伤丝杠螺纹，致其局部变形，给切换带来不便。于是，安排更换国产化T型丝杠两套，并对螺纹配合、销槽定位处进行二硫化钼定期专人润滑保养。
3.1.2阀芯组件
阀芯组件主要由阀套、阀芯、O型铝垫和内六角高强螺栓组成，过滤器在切换过程中，阀芯组件始终在过滤器A、B面切换通道内运动，阀套与石墨环、过滤器内腔壁和熔体直接接触，形成滑动摩擦副，必然产生磨损，导致阀套和阀芯表面粗糙度越来越大、甚至有磨划痕和变形，这都会影响切换。反过来，甚至借助外力切换阀芯又会导致其表面状况越来越差。另一方面，因保温材料久用未换，过滤器保温效果差，局部温度会出现偏低，必然给阀芯切换带来困难。经检查卡死下线的阀套和阀芯，发现其表面有划痕、磨损和结垢。于是，安排上机国产化的阀套和阀芯，刚开始，因材料选择和加工工艺不合适，阀套和阀芯上机使用仅1月，就又出现切换卡死，经再次下机拆卸分析，发现一是不锈钢材料偏软、硬度不够，阀套和阀芯已有严重磨划痕；二是材料热稳定性差，阀套也已变形；三是凹槽形阀芯结构不理想，熔体流动存在死点，易碳化。为此将阀套材料改成2Cr13，阀芯材料改成1Cr18Ni9Ti锻打料、硬度HRC从50提高到65、阀套外径下调0.01mm～0.02mm，目前，再上机的阀套和阀芯已在线安全稳定运行近2年。
3.1.3密封装置
过滤器密封是由平面、O型铝垫和石墨环来实现的，其中，平面密封要求密封面无划痕、无磨损，如图4，过滤器滤芯底板与封盖就是平面密封，滤芯底板虽不属易损件，但因频繁拆装、长久使用，板面磨损严重如图4，个别已出现凹槽，如随滤芯上机，必然会造成熔体泄漏，也将增加过滤器切换频率。现已实现了滤芯底板国产化，并已更换了所有磨损的底板。
阀芯的密封主要是石墨环密封如图5，因常规纺过滤器切换周期长达6月之久，阀芯处的石墨环几乎都没有出现过问题，更不用说O型铝垫，但REPREVE长丝生产之后，因频繁切换，过滤器出现了卡死。经拆卸检查，发现石墨环内外边出现破损，甚至环面有裂纹，同时失效硬化的环干磨阀套，损坏了阀套。究其原因，是因为石墨环弹性下降，老化发硬，引起熔体渗漏，导致密封面结垢。检修过程中，更换了国产石墨环和O型铝垫，同时，规范调整压盖螺栓力矩，要求用于0.5-20UN高强内六角螺栓的力矩控制在40～60Nm，以达到密封不泄漏熔体，且切换顺畅不卡。
3.2熔体过滤器切换周期短
REPREVE-POY长丝生产线，旧滤芯上机，熔体过滤器天天切，切换相当频繁，严重影响了生产的正常进行，而且还易造成切换跳停。为此，对影响滤芯使用周期的因素进行分析，并采取了针对性措施和改进，从而延长了熔体过滤器的使用周期，也提高了装置运行平稳性。 3.2.1选择优质TiO2母粒
REPREVE-PET切片属有光系列，在其长丝生产过程中，要加入TiO2母粒，来消除纤维表面光泽，让纤维表面变暗。生产过程中，发现不同生产厂家的TiO2对过滤器切换周期有影响，导致的原因是 TiO2在生产过程中产生的凝聚粒子会进入过滤器，堵塞滤芯，缩短滤芯使用周期。为此，需要使用优质TiO2母粒，目前装置使用优富专供TiO2母粒。
3.2.2选择烧结金属纤维网滤芯
滤芯结构是烛芯打褶式，REPREVE长丝试生产初期，试用原材质为40μm的钢丝网布，发现过滤器在线寿命短，仅为16h，就需切换，且下线滤芯不易清洗。通过改用烧结金属纤维网后，过滤器的使用周期显著变长，可达2～3天。通过对两种过滤材料的比较，可以发现，在相同过滤精度（40μm）下，烧结金属纤维比钢丝网布具有更优越的过滤性能。
二种过滤材料特性比较
3.2.3改变熔体过滤器清洗流程，提高清洗效果
熔体过滤器的清洗从TEG清洗、超声波清洗二个步骤调整成TEG清洗、真空锻烧炉和超声波清洗三个步骤，同时对各步的清洗工艺也进行优化调整。这样，不仅将旧滤芯上线天数延长2～3天，而且，也提高了滤芯重复使用次数，从6次提高到10次。
3.2.3.1延长TEG蒸煮时间
TEG即三甘醇，是一种无色透明的中性油状液体，沸点276℃，在加热情况下对REPREVE-PET有醇解及溶解作用。TEG清洗就是在TEG溶剂作用下，经加热蒸煮，溶解过滤器上的REPREVE-PET熔体。刚拆下的熔体滤芯，被熔体所包裹，必须整体在TEG蒸煮槽蒸煮，在285℃恒温4 h取出；拆下滤芯，发现仍有部分熔体未能完全溶解。为此，将恒温时间由4 h增加到6 h以上，使粘结在滤芯上的熔体全部溶解；同时，采取二次TEG蒸煮的方法，即将拆下的滤芯再装入吊筐，进行二次蒸煮，以进一步增加蒸煮清洗的效果。
3.2.3.2真空锻烧炉锻烧
TEG蒸煮过的滤芯，由于滤芯内壁仍残留有部分REPREVE-PET熔体 ，必须经真空锻烧炉锻烧，将滤芯放在真空锻烧炉中锻烧，在350℃恒温4 h，再升温到480℃保温6 h。
3.2.3.3加强超声波清洗
滤芯内部有小分子杂质，一般情况下很难将其冲出，因此必须进行超声波清洗，将滤芯置于22K振子头下清洗2 h，同时，一要将滤芯外铁罩取掉，更易于将滤芯清洗干净；二要清洗中途，安排专人将滤芯取出进行振动，以便于清除出乳白式小分子杂物；三要注意经振动后，再超不出乳白杂物才能说明滤芯已清洗干净。
4、结论
4.1通过找出产生过滤器切换卡死的机械部件，如手轮T型丝杠、阀套和阀芯，并进行国产化加工替换来消除故障点。
4.2通过更换老化易损件和磨损件，如石墨密封环、O型铝垫和滤芯底板，来恢复密封性能。
4.3通过优化调整清洗工艺来延长滤芯上线使用时间，达到经济稳定运行的目的。
4.4加强定期专人润滑保养，杜绝发生润滑失效引起不正常磨损。
4.5加强过滤器保温效果排差，杜绝进行低温切换操作。
参考文献
1、徐心等，涤纶长丝生产（第二版），北京：中国纺织出版社，1995：240-243
关键词：REPREVE 熔体过滤器 T型丝杠 石墨环 阀
1、前言
在熔融高速纺丝成形过程中，提高纺丝质量，降低纺丝成本，过滤器是必不可少的装置，由于所纺制丝条直径很细，单丝纤度dft在0.5～1之间，喷丝孔也很小，DN在0.16mm上下，不允许熔体中混有任何杂质或凝胶粒子，故提高熔体的纯度是保证纺丝正常进行和成品丝质量的关键之一。中心POY装置共有6条简接纺生产线，是90年代初意大利NOY公司设计的，熔体过滤器选用的是美国BRUNSWICK公司FLUID DYNAMICS分公司制造的CPF-135型产品，它是卧式双室可切换式，过滤面积为2㎡，流量为3～9t/d，常规PET-POY过滤器切换周期为6个月。为充分发挥简接纺优势，中心与美国Unifi合作开发的REPREVE-PET长丝，但因其原料来自后工业废料和废旧塑料瓶，如表1所示，REPREVE回收切片与纤维级PET切片相比杂质多，粘度高，熔体流动性差，过滤阻尼大，试纺初期，生产线运行仅十几小时过滤器就必须切换，这不仅连续化生产无法保证，而且滤芯更换成本也相当高。
表1 纤维级PET切片与REPREVE回收切片物理性能对比
2、问题提出
REPREVE-PET长丝生产初期，新滤芯上机，过滤器切换周期为24h，经清洗再上机的滤芯，过滤器切换周期为16h，由于切换操作频繁，组件操作人员发现，生产线过滤器切换经常出现手动切换不到位，须借助工具才能完成切换作业。生产线试纺前1个月，过滤器几乎天天切，最终熔体过滤器出现了切换卡死故障，生产也逼迫中断。为此，装置组织人员实施攻关，来解决过滤器切换卡死和切换频繁两大问题。
3、问题解决
3.1熔体过滤器切换卡死
CPF型卧式熔体过滤室如图1所示，滤芯通过螺纹安装在滤芯底板上，每组滤腔中安装四根过滤面积为0.5㎡的滤芯；腔体安装在过滤室中；阀芯的密封是通过压盖、石墨环和O型铝垫来实现；三通切换阀为独立、单边控制、螺旋推进式。
装置过滤器从95年投产至今，由于没有进行过大检修，其手轮机构、阀芯和密封装置的局部瑕疵对常规纺过滤器切换无特别影响，但对REPREVE-POY再生纤维的过滤器切换确影响深远，因REPREVE熔体中含有异物，过滤器切换频繁，一旦其部件性能异常，势必给切换带来困难，甚至卡死。
3.1.1手轮机构
手轮机构是由操作手轮、移动T型丝杠和定位板组成，经解除阀芯负载，转动手轮，丝杠在移动路径存在卡塞不畅且有晃动现象，经检查T型丝杠，发现卡塞点处螺纹变形，同时丝杠侧面与定位板导槽的定位销也磨损严重，导致丝杠在轴向移动的同时，存在径向晃动，对阀芯处密封存在致命破坏，究其原因一是丝杠等表面二硫化钼润滑脂长期暴露在外，并受高温影响而失效；二是丝杠老化磨损，过滤器再辅以外力切换，必然损伤丝杠螺纹，致其局部变形，给切换带来不便。于是，安排更换国产化T型丝杠两套，并对螺纹配合、销槽定位处进行二硫化钼定期专人润滑保养。
3.1.2阀芯组件
阀芯组件主要由阀套、阀芯、O型铝垫和内六角高强螺栓组成，过滤器在切换过程中，阀芯组件始终在过滤器A、B面切换通道内运动，阀套与石墨环、过滤器内腔壁和熔体直接接触，形成滑动摩擦副，必然产生磨损，导致阀套和阀芯表面粗糙度越来越大、甚至有磨划痕和变形，这都会影响切换。反过来，甚至借助外力切换阀芯又会导致其表面状况越来越差。另一方面，因保温材料久用未换，过滤器保温效果差，局部温度会出现偏低，必然给阀芯切换带来困难。经检查卡死下线的阀套和阀芯，发现其表面有划痕、磨损和结垢。于是，安排上机国产化的阀套和阀芯，刚开始，因材料选择和加工工艺不合适，阀套和阀芯上机使用仅1月，就又出现切换卡死，经再次下机拆卸分析，发现一是不锈钢材料偏软、硬度不够，阀套和阀芯已有严重磨划痕；二是材料热稳定性差，阀套也已变形；三是凹槽形阀芯结构不理想，熔体流动存在死点，易碳化。为此将阀套材料改成2Cr13，阀芯材料改成1Cr18Ni9Ti锻打料、硬度HRC从50提高到65、阀套外径下调0.01mm～0.02mm，目前，再上机的阀套和阀芯已在线安全稳定运行近2年。
3.1.3密封装置
过滤器密封是由平面、O型铝垫和石墨环来实现的，其中，平面密封要求密封面无划痕、无磨损，如图4，过滤器滤芯底板与封盖就是平面密封，滤芯底板虽不属易损件，但因频繁拆装、长久使用，板面磨损严重如图4，个别已出现凹槽，如随滤芯上机，必然会造成熔体泄漏，也将增加过滤器切换频率。现已实现了滤芯底板国产化，并已更换了所有磨损的底板。
阀芯的密封主要是石墨环密封如图5，因常规纺过滤器切换周期长达6月之久，阀芯处的石墨环几乎都没有出现过问题，更不用说O型铝垫，但REPREVE长丝生产之后，因频繁切换，过滤器出现了卡死。经拆卸检查，发现石墨环内外边出现破损，甚至环面有裂纹，同时失效硬化的环干磨阀套，损坏了阀套。究其原因，是因为石墨环弹性下降，老化发硬，引起熔体渗漏，导致密封面结垢。检修过程中，更换了国产石墨环和O型铝垫，同时，规范调整压盖螺栓力矩，要求用于0.5-20UN高强内六角螺栓的力矩控制在40～60Nm，以达到密封不泄漏熔体，且切换顺畅不卡。
3.2熔体过滤器切换周期短
REPREVE-POY长丝生产线，旧滤芯上机，熔体过滤器天天切，切换相当频繁，严重影响了生产的正常进行，而且还易造成切换跳停。为此，对影响滤芯使用周期的因素进行分析，并采取了针对性措施和改进，从而延长了熔体过滤器的使用周期，也提高了装置运行平稳性。 3.2.1选择优质TiO2母粒
REPREVE-PET切片属有光系列，在其长丝生产过程中，要加入TiO2母粒，来消除纤维表面光泽，让纤维表面变暗。生产过程中，发现不同生产厂家的TiO2对过滤器切换周期有影响，导致的原因是 TiO2在生产过程中产生的凝聚粒子会进入过滤器，堵塞滤芯，缩短滤芯使用周期。为此，需要使用优质TiO2母粒，目前装置使用优富专供TiO2母粒。
3.2.2选择烧结金属纤维网滤芯
滤芯结构是烛芯打褶式，REPREVE长丝试生产初期，试用原材质为40μm的钢丝网布，发现过滤器在线寿命短，仅为16h，就需切换，且下线滤芯不易清洗。通过改用烧结金属纤维网后，过滤器的使用周期显著变长，可达2～3天。通过对两种过滤材料的比较，可以发现，在相同过滤精度（40μm）下，烧结金属纤维比钢丝网布具有更优越的过滤性能。
二种过滤材料特性比较
3.2.3改变熔体过滤器清洗流程，提高清洗效果
熔体过滤器的清洗从TEG清洗、超声波清洗二个步骤调整成TEG清洗、真空锻烧炉和超声波清洗三个步骤，同时对各步的清洗工艺也进行优化调整。这样，不仅将旧滤芯上线天数延长2～3天，而且，也提高了滤芯重复使用次数，从6次提高到10次。
3.2.3.1延长TEG蒸煮时间
TEG即三甘醇，是一种无色透明的中性油状液体，沸点276℃，在加热情况下对REPREVE-PET有醇解及溶解作用。TEG清洗就是在TEG溶剂作用下，经加热蒸煮，溶解过滤器上的REPREVE-PET熔体。刚拆下的熔体滤芯，被熔体所包裹，必须整体在TEG蒸煮槽蒸煮，在285℃恒温4 h取出；拆下滤芯，发现仍有部分熔体未能完全溶解。为此，将恒温时间由4 h增加到6 h以上，使粘结在滤芯上的熔体全部溶解；同时，采取二次TEG蒸煮的方法，即将拆下的滤芯再装入吊筐，进行二次蒸煮，以进一步增加蒸煮清洗的效果。
3.2.3.2真空锻烧炉锻烧
TEG蒸煮过的滤芯，由于滤芯内壁仍残留有部分REPREVE-PET熔体 ，必须经真空锻烧炉锻烧，将滤芯放在真空锻烧炉中锻烧，在350℃恒温4 h，再升温到480℃保温6 h。
3.2.3.3加强超声波清洗
滤芯内部有小分子杂质，一般情况下很难将其冲出，因此必须进行超声波清洗，将滤芯置于22K振子头下清洗2 h，同时，一要将滤芯外铁罩取掉，更易于将滤芯清洗干净；二要清洗中途，安排专人将滤芯取出进行振动，以便于清除出乳白式小分子杂物；三要注意经振动后，再超不出乳白杂物才能说明滤芯已清洗干净。
4、结论
4.1通过找出产生过滤器切换卡死的机械部件，如手轮T型丝杠、阀套和阀芯，并进行国产化加工替换来消除故障点。
4.2通过更换老化易损件和磨损件，如石墨密封环、O型铝垫和滤芯底板，来恢复密封性能。
4.3通过优化调整清洗工艺来延长滤芯上线使用时间，达到经济稳定运行的目的。
4.4加强定期专人润滑保养，杜绝发生润滑失效引起不正常磨损。
4.5加强过滤器保温效果排差，杜绝进行低温切换操作。
参考文献
1、徐心等，涤纶长丝生产（第二版），北京：中国纺织出版社，1995：240-243