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如何解决常见的水下造粒问题?

发布日期:2019-05-09

如今的配混商们面临着许多挑战,而保持稳定的产品质量是成功的关键。在水下造粒过程中,最常见的问题之一是粒料的不一致,这可能是不正确的模头选择或定型以及出料波动等原因造成的。本文将针对造成粒料不一致的几个问题进行探讨,并介绍相应的解决办法。






不正确的模头定型
在水下造粒应用中,不适当的模头定型常导致模孔横截面处的聚合物流动不均匀,并使聚合物在模孔中凝固(有时称为冷固)。为了防止模头冻结,必须保证通过挤出孔的最低聚合物速度和正确的模头温度。






在大多数情况下,为防止聚合物在模孔中凝固,推荐其通过模孔的速度为0.76~0.91m/s。为了确保每个模孔处都拥有正确的速度,配混商必须根据所需的生产速率使用具备正确孔数的模板。






以直径为0.125in.的模孔为例,为达到推荐的速度,假定聚合物的比重为1,那么每个模孔的挤出效率约为50~60lb/h。在许多情况下,材料中含有大量的填料或颜料,比重较大,在定型模头时,这些条件都需要考虑。例如,一种材料的比重为1.8,则每个模孔的运行效率应该是50~60lb/h的1.8倍。






这种情况很容易迷惑人,配混商们可能认为有必要增加模头的孔数来减少其压降,但在实际生产中反而需要较少的孔数,以使每个模孔在运行时都保持“敞开”。下面的公式可用于判断所有的模孔是否都处于敞开状态:


X = R×7.6/(W×S×N)


式中X=开孔数目,


R =速率(lb/in),


W =每个粒料的质量,


S =造粒机的转速(r/min),


N =切割器轮毂上的刀片数目。






一般而言,水下切粒过程需要对聚合物的速度进行适当的管理,如此有利于干净地切割粒料。如果没有实现这样的控制或对此没有充分的理解,那么很少有过程设置或工程设备能为造成粒料不一致的过程问题提供完整的解决方案。






不适当的模头温度
不适当的模头温度会造成模头冻结。在大多数情况下,模头温度应比聚合物的熔融温度高14℃左右,当然根据产品的不同,这一数值也会有所变化,但这种做法无疑是一个很好的起点。模头的温度也会受到保温的影响。大多数模头会采用某种形式进行保温,除了切割面外,模头的其他部分应该避免与过程水接触,以防止热量损失。






一般,这种保温通过使用耐高温的室温硫化(RTV)硅橡胶进行密封而实现,配混商们应该知道温度的额定值。随着时间的推移,处于高温下的密封胶性能会下降,在此情况下,水会渗入到密封环境中并带走模头热量。如果模头温度与启动时的设定值相比下降非常明显,且即便控制系统加热,但模头仍只是勉强支持或无法回到原来的设定值,那么此情况非常清楚地说明了模板保温性已降低,或存在安装不当的问题。






另外,通过检查模头正在使用的电流功率也能发现此类问题。许多控制系统在每个模头的加热区域配备了电流表,计算每个加热区需要的电流,然后与实际读数进行比较,如果读数低于最佳值,那么可能有一台或几台加热器已失效。






模孔堵塞
由物料中的污染物或在基体中分散不均匀的矿物填料引起的模孔物理性堵塞也会造成不一致的粒料。在大多数情况下,可通过模头之前的换网器或其他类型的过滤方法解决此问题。在较小的系统上,可采用一种专用的清洁工具从模孔中去除这些堵塞物。在较大的系统上,模头通常需要拆卸下来进行清洗。






以上内容讨论了由于水下造粒机自身原因造成的粒料质量问题,但在加工过程中,可能还会有其他的因素导致粒料尺寸不一致。例如,原料在机筒中的壅塞会减少材料在挤出机中的流动,这也可能造成不一致的粒料或引起模头冻结。






另外,挤出机的温度设置不当会使挤出机中产生涌动,造成粒料尺寸的变化和过高的熔体温度,此情况不一定会影响粒料的尺寸,但会产生畸形粒料。






粒料上的微粒和尾巴
粒料上微粒和尾巴的产生可能和很多因素有关,但此问题常由模头或刀片的磨损而引起。如果模板切割面呈槽形,那么即便使用新的锋利刀片,也难以干净地切割聚合物,因为在切口处,会有少量的材料通过凹槽被拉起,导致粒料出现尾巴。在新的模面上采用呈槽形的刀片进行切割也会出现此类问题,这充分说明了选择由正确且相容的材料制造的模面和刀片是何等重要。采用过硬的刀片可能会在短期内使刀片的寿命延长,但却会加快模头表面的磨损。






造成粒料出现尾巴的其他原因还包括:过高的熔体温度、模头定位超出公差、由造粒机轴承上的机械磨损问题造成的过度轴径向跳动或过程水过热等。






还需要强调的是,如果不能使聚合物以适当的速度通过模板挤出孔,那么模孔处会产生一个流量梯度,形成一种套管效应,造成聚合物台肩(shoulder),而刀片靠着此台肩很难进行干净的切割。






当粒料通过一台离心干燥机时,其尾部会脱落,形成微粒。这些微粒会粘附在干燥机的换网器上,减少通过换网器的开放区域和空气流动,引起材料处理系统的问题,使粒料上的残余水分过高。






当然,微粒不是造成成品粒料上预期残余水分含量过高的唯一原因,其他的可能性还包括:熔体破裂、由高含量填料或纤维材料造成的多孔粒料、不规则的粒料形状及操作或环境参数等。






熔体破裂会造成粒料表面粗糙,当此类粒料通过离心干燥机时,粗糙的表面为水分提供了停留的地方,这些表面一般存在于粒料的侧壁,而不是在切割端。减少熔体破裂的一个方法是将粒料切割得薄一点,以缩小侧壁的面积。但需要明确的一点是,此方法会增加总表面积。除抛光或挤出珩磨模头外,另一种减少熔体破裂的方法是降低其通过模孔的速度。






高含量的矿物填料会造成很难干燥的多孔粒料,这种多孔性允许水进入孔隙,而单独通过离心作用很难将其除去。纤维填料(如玻璃或木头)会像灯芯一样将水分吸入粒料,这很难通过机械干燥实现理想的干燥效果,所以可能需要进一步的后干燥处理。






另外,环境条件在减少粒料表面水分方面也起到了重要作用。在一条位于潮湿的环境中的、用于处理熔体破裂或多孔粒料的过程线上,人们很难获得预期的粒料水分含量。另外,如果加工一种黏度大、需要冷却水温非常低的材料,且粒料在低于当前露点的温度下就离开干燥机,那么即使粒料在离开干燥机时很干燥,但还是会形成冷凝物,导致其在包装时拥有更高的含湿量。

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