解决7种常见的切粒问题
解决7种常见的切粒问题
作者：文/Reduction Engineering Scheer John Bell 文章来源：PT《现代塑料》2013年2月刊 发布时间：2013-03-15
本文以线料切粒与水下切粒两种工艺为出发点，详细分析了常见的7种切粒问题及相应的解决方案，为您的切粒生产线能持续大量生产出优质产品提供了一些建议。
通常，塑料粒料在模面切粒机上生产，呈阿司匹林药片的形状，或者在一条线料生产线上制造，呈直角圆柱形。但无论采用哪种生产方式，它们对注塑成型商、型材挤出商和配混商（他们把再生废料引入到新料加工体系中）而言都是进行生产的首选材料。
如今已有数十种切粒技术，并在众多工艺中得到应用，如高出料量的聚合/精加工生产线、专用的高出料量和小批量订制配混及母料和微切粒的生产与回收。在这些技术中，有两种工艺十分引人注目，并能较广泛地满足加工商们的要求，它们分别是线料切粒机（其中包括自动线料管理设计）与模面切粒机（包括水下和水环式设计）。这两种技术各自具有独特的功能与优点，能满足特定的加工需求。当然，它们也有自身的缺陷，并面临着某些挑战。为了更好地理解与解决这些问题，操作者不仅要具备一定程度的专业技术与知识，还需要进行特别的关注与细心的分析。
了解你的切粒方案
传统的线料切粒机是一种古老的切粒机类型，通常被认为是十分简单的一类，其加工的聚合物通常具有高熔体强度和耐破损的特点。树脂制造商和配混商可以在这些系统中加工绝大多数的材料——从未填充的聚烯烃类树脂到重量百分比达90％的填充工程树脂。这些粒料是圆柱形的，边缘呈直角，具有良好的粒形均一性。
伴随其广泛的应用，这些传统的线料切粒机要求尽可能大的安装基座，其具体的生产过程是，熔融聚合物从一系列模孔中挤出形成线料，然后落入水槽中退火（水槽退火停留时间由该聚合物的冷却特性来决定），最后再通过一个喷气刮刀进入切粒机。
多年来，机器的设计一直进行不断地优化，其结果是显著降低了维护和清洗的劳动量。减少工具进入切粒机的机会，切刀拆卸时间不超过2min，长期耐磨的四刃底刀，同心刀具调整，耐磨且低偏转的滚刀，这些不过是更新式切粒机上的一些特征。
值得一提的是，在过去30年中，水下切粒机技术得到了极大发展，已成为反应器卸料，聚合物精加工、配混，特别是塑料回收的主要选择。从操作的观点来看，水下切粒机系统的启动可能是所有切粒机中较为复杂的，但事实上，这一观点是有所诟病的，水下切粒机一旦启动并运行后，通常在无人值守的情况下运行，除非生产线停机或生产中断。无论哪种情况，如同启动一样，复杂的PLC基控制系统可以用于自动控制该过程并提供报警。
在启动时，加压的加工水被泵入与模板连接的切粒室，穿过切粒室的切刀-刀轴组件在模面上旋转着刀轴，从模孔中挤出的聚合物线料被扫过的刀片切成均一的粒子，然后，粒子立即被水包住进行冷却，再被输送到上端的输送管道，以便给予进一步的冷却。在生产中，切粒机作为一个没有空气的闭环系统运转。粒子经过冷却流出输送管道时，粒子浆液会被清空到一个离心干燥机中，在这里被分离的水会流进循环箱中，而粒子会被旋风送料机提送到干燥器，最后在一个集料仓中卸料。
有一类水下切粒系统采用了一种专利口模技术，使得切粒系统不再敏感于一些制造商遇到的熔体流动的波动问题和启动问题。无论是在启动还是在运行期间，这种口模技术不需要像别的设备那样安装旁通水管，从而大大简化了操作人员与设备的相互作用。
常见切粒问题及解决方案
线料切粒和水下切粒都为树脂制造商、配混商和回收操作提出了一些独特的挑战，包括以下几类经常遇到的问题：
1. 处理料末
对于许多结晶性材料而言，如通用聚苯乙烯，料末似乎是一种常见且特有的危害。它们之所以成为加工商需要面对的问题，是因为它们会改变材料的体积密度，在挤出机机筒中降解或烧焦，为输送过程带来麻烦。树脂生产商的主要目标是生产均一的粒形，即具有既定的长度和直径，没有来自料末或外来物质的污染。
针对此问题，可通过调节设备并控制一些重要的工艺参数，达到减轻料末的目的。当进入切刀时，线料生产线的温度应尽可能接近材料的维卡软化点，以确保线料尽可能受到热切，从而避免破裂。
针对特定的聚合物，选择带有适当切粒角度的滚刀，在减少料末方面发挥着重要作用。对于未填充聚合物，应尽量使用司太立合金钢（Stellite）或工具钢滚刀，并使滚刀和底刀刀口保持锋利，以避免弄碎聚合物。对于切粒之后的后续设备，无论加压还是真空设备，都要避免裹入空气。
对于水下切粒线，要确保在加工过程中保持足够的顶住模面的刀压，并适当调节切粒后的停留时间，以确保粒子进入干燥机时是热的。
2. 解决拖尾问题
所谓拖尾，就是粒子边缘有些突出，切割边缘就像曲棍球杆的形状，它看起来像一个位于切口底部的污染物或者撕扯物。其产生的原因是，切割装置在此处没能进行干脆利落的切割。一般情况下，从线料切粒机出来的正确切割粒子应该是一个直角圆柱体，从水下切粒机出来的正确切粒应该是一个近乎完美的球形。
通常，不容易出现料末的材料也会因为拖尾而产生料末。假定所有的加工参数都经过了检查，拖尾一般可能被诊断为切割问题。对于线料切粒生产线而言，其解决方法是更换滚刀与底刀以提供崭新且锋利的切刃；或按照制造商手册规定的数值重新确定设备间距。对于水下切粒线而言，需要检查模板与刀刃，以确保没有刻痕，因为刻痕和沟槽常常引起拖尾。
3. 改进线料控制
细长条（Jack straws）是切粒机生产出的一类非正常的产品，顾名思义，其长度比常规粒子尺寸长，长出的尺寸通常在几英寸范围内变动。细长条（也称为斜角切割粒子）的出现表明线料喂入滚刀时的线料姿态控制不好，具体而言是由于线料在喂入滚刀时并非处于垂直角度，因此在切割时，线料末端将出现一个倾斜角度。
喂入辊（咬入点）和滚刀（切割点）之间的距离称为压进距离，在这个跨度上没有任何东西用以控制线料。切粒机不同于木板刨床，如果喂入辊安装不正，或者工况差，那么塑料线料将不会以垂直于切割面的角度喂入到切割装置中，如此一来，线料开始彼此交叉，引起切割质量的进一步恶化，最终产生严重问题。交叉的线料将迫使两个喂入辊彼此分开，使线料失去张力，进而导致线料暂时垂落，使线料偏向喂入辊的两边。
出现上述问题的预警信号是，上喂入辊处于糟糕的工况，存在沟槽、裂纹或者变色（老化或热导致的硬化）等现象。其他线料控制方面的常见问题还包括：下喂入辊磨损，这将引起牵引力的损失；不正确的线料淬火工艺，这将会导致线料象蛇一样剧烈弯曲；还有磨损的线料模板，它将产生各种直径不同的线料。不仅如此，制造商们还要警惕极端磨损的滚刀和顶住线料的底刀，因为底刀负责把线料推到切割点，防止切刀在超高转速下运转，因为这种超高转速会引起线料摇摆。
在水下切粒系统中，细长条产生的主要原因是由于喂入速度与切刀速度不匹配，在此情况下，需要增加切刀速度来匹配喂入速度，或者减小喂入速度来匹配切刀速度。另外，在加工过程中还要确保切割刀头上有足够的刀片，以保证粒子具有正确的几何形状，并检查是否有模孔发生聚合物料流的慢动或阻塞。
4. 线料漂移
线料漂移是线料在喂入平台上存在的向一边集束的倾向状态，它会引起料粒质量变差、存在细长条和加工紊乱等问题。如果切粒机切割平面没有平行于挤出机挤条模板，那么线料将会出现向左边或右边拥挤的趋势，最终导致线料漂移。另外，造成线料漂移的其他原因还包括下喂入辊与刮刀的间隙不恒定、下喂入辊的直径不一致等。
5. 避免收缩空隙
收缩空隙和空心粒料表明线料的回火不恰当。收缩空隙轻微时可能只是粒子端面上的一个小坑，而严重时可能会产生空心粒子，就象调酒棒一样，这种现象出现的情况是，线料的芯部温度接近熔融状态，且线料被切粒后马上收缩。而得到正确回火的线料，其界面的温度梯度会保持恒定，且其被切割时对冷却介质（空气或水）没有响应。
收缩空隙出现的具体原因是，当加工水对特定的聚合物太热或太冷时，线料的外表层冷冻住，产生了一个硬壳，而把热量留在了线料芯部；另外，线料在空气或水中没有足够的浸泡时间，导致线料芯部的热量不能转移到线料表面，从而无法进行良好的截面冷却。
水下切粒生产的粒子，由于熔体中存在被困的挥发物，也会出现收缩空隙，一种有效的预防措施是检查挤出机上的真空孔。
6. 工艺调整防止连粒
连粒是指一系列粒子彼此相连的情形，即在某些情况下，粒子之间通过薄膜端面对端面或者以切向的方式连接在一起。在加工过程中，几个工艺问题可能独自或共同导致此种现象的发生。例如，加工水太热就是造成连粒的一个原因，在此情况下，应该降低水温以给予粒子表面足够的淬冷；另外，水流速度过低也是引起连粒的一个原因，它会导致粒子切粒室速度减慢，进而出现粒子团聚。此外，如果模头的孔眼距离过近，在加工过程中出口膨胀将会造成粒子触碰，其解决方法就是采用大间距、孔数少的模头替换现有模头。
7. 破刀可能更费钱
切粒设备的底刀是一种坚硬的碳化钢片，在其适当位置上焊有因瓦合金，能使它通过螺纹安装到支架上。通常，底刀的刀刃转动后就会出现底刀破裂的现象，对此，可采取适当措施来避免这种问题，在此过程中需要仔细遵照制造商设备手册上推荐的办法进行。在此，需要特别强调的一点是，有螺纹的因瓦合金芯棒是通过银焊固定到位的，它有一个剪切限制，容易在安装时被过大的转矩破坏。另外，在旋转或安装中，破裂的底刀易发生移位，并会在切粒机中飞散，破坏滚刀的刀刃，提高维修费用。
