潘貴勇

（合肥樂凱科技產(chǎn)業(yè)有限公司，安徽合肥230041）

一段時(shí)間以來，客戶對(duì)于雙向拉伸聚酯薄膜產(chǎn)品一種被稱為熔體斑弊病的投訴逐步增多，由此引起的退貨也增多。這種弊病通常發(fā)生在更換過濾器之后3～5天，重新更換過濾器后消失，但隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，該弊病再次出現(xiàn)，由此可以判斷，該弊病的產(chǎn)生與過濾器有關(guān)聯(lián)。

在弊病產(chǎn)生原因不明確的情況下，解決的辦法是更換過濾器。頻繁更換過濾器會(huì)造成生產(chǎn)時(shí)斷時(shí)續(xù)，不僅對(duì)客戶交單造成嚴(yán)重影響，而且生產(chǎn)效率降低，嚴(yán)重影響企業(yè)效益。同時(shí)，過濾器維修工作量加大，生產(chǎn)組織難以為繼，因而分析熔體斑弊病產(chǎn)生機(jī)理，提出解決方案刻不容緩。

1 熔體斑弊病產(chǎn)生的原因分析

1.1 熔體斑弊病描述

熔體斑是聚酯薄膜生產(chǎn)過程中表現(xiàn)出來的一種質(zhì)量弊病。它的形狀為圓形或橢圓形，直徑從毫米級(jí)至幾厘米不等，有芯核；芯核是一條細(xì)絲，絲可長(zhǎng)可短，形狀為無固定規(guī)律的曲線；細(xì)絲周圍的聚酯在制膜過程中厚度發(fā)生不規(guī)則變化，直觀看像水留下斑痕，故形象地稱這種弊病為熔體斑。在線弊病檢測(cè)儀可以捕捉到，在反射光、透射光下可見。熔體斑芯核在顯微鏡下觀看顏色為黃色或棕色，對(duì)芯核進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室剖析，確認(rèn)是非金屬碳化物質(zhì)。

1.2 熔體斑弊病統(tǒng)計(jì)

通過對(duì)熔體斑弊病發(fā)生相對(duì)集中的兩個(gè)年度的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，弊病通常在過濾器更換之后的第3～5 天發(fā)生，第8～10 天便無法維持生產(chǎn)，必須更換過濾器。熔體斑弊病統(tǒng)計(jì)見表1。

從表1 看出，上年度熔體斑發(fā)生頻次較高，通過分析弊病原因，采取相應(yīng)措施后，弊病暫時(shí)消除；但是下年度弊病再次發(fā)生，說明之前弊病原因分析并不充分。

表1 熔體斑統(tǒng)計(jì)表

1.3 熔體斑產(chǎn)生的原因排查

1.3.1 確定熔體斑產(chǎn)生的擠出系統(tǒng)

根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不同，雙向拉伸聚酯薄膜生產(chǎn)線的擠出系統(tǒng)配置通常為單層擠出和多層擠出兩種。單層擠出配置一套擠出系統(tǒng)，多層擠出配置有主擠出系統(tǒng)、輔助擠出系統(tǒng)，輔助擠出系統(tǒng)又可配置一套或多套擠出系統(tǒng)。熔體斑弊病排查時(shí)，首先要確定是主擠出系統(tǒng)還是輔擠出系統(tǒng)產(chǎn)生的，然后再進(jìn)行下一步排查工作。通過排查可以判定，產(chǎn)生熔體斑弊病的系統(tǒng)為輔助擠出系統(tǒng)。

1.3.2 觀察過濾器入口及出口熔體狀態(tài)

生產(chǎn)過程中發(fā)生熔體斑弊病時(shí)，有效的解決辦法是更換過濾器。熔體斑弊病原因排查時(shí)，過濾器是重要的排查點(diǎn)。拆卸過濾器時(shí)，過濾器中留存的熔體會(huì)從過濾器的入口、出口流出。觀察過濾器入口、出口流出的熔體狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，過濾器入口處流出的熔體清澈透明，出口處流出的熔體呈斷續(xù)的黃色或棕色線狀?？梢耘袛?，這種棕色熔體是熔體通過過濾器時(shí)，在過濾器內(nèi)部產(chǎn)生。

1.3.3 分析熔體黃變成分

對(duì)這些黃色或棕色線狀物取樣，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析比對(duì)，確定其成分與熔體斑線狀芯核相同。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室分析確認(rèn)，這些黃色或棕色線狀物是生產(chǎn)原料降解后的生成物。通過擠出過程分析可以判斷，熔體流經(jīng)過濾器時(shí)，部分熔體發(fā)生降解而生成黃色或褐色的降解生成物。熔體內(nèi)的降解物質(zhì)連同熔體一起流經(jīng)熔體管道、模頭過程中被拉伸、拉斷，經(jīng)模頭唇口部位擠出，形成斷續(xù)的、細(xì)小的線狀異物點(diǎn)。

1.3.4 壓力曲線排查

考量熔體通過過濾器的重要參數(shù)是過濾器入口壓力p1、出口壓力p2以及p1和p2之間壓差Δp。調(diào)取開機(jī)時(shí)刻至生產(chǎn)穩(wěn)定這一段時(shí)間內(nèi)的壓力曲線進(jìn)行分析，看到入口壓力值p1偏高，出口壓力值p2偏低，過濾器入口、出口壓差Δp較大。過濾器入口壓力p1、過濾器出口壓力p2的壓力曲線峰值明顯震蕩，且超出正常開機(jī)經(jīng)驗(yàn)峰值。壓力檢測(cè)點(diǎn)位置見擠出機(jī)流程圖1。

圖1 擠出流程圖

1.3.5 過濾器清洗排查

將過濾器芯柱表面熔體清洗后，發(fā)現(xiàn)過濾器芯柱中間部分的碟片有輕微變形，碟片之間縫隙不均勻，而底部和上部過濾碟片間的縫隙均勻。拆解過濾器芯柱，按清洗流程完成碟片的清洗工作。檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)有輕微變形的碟片損壞數(shù)量較多，冒泡點(diǎn)壓力值低，說明這部分過濾碟片工作時(shí)承受的壓力較高。

1.4 熔體斑弊病產(chǎn)生的原因分析

1.4.1 過濾器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

聚酯薄膜生產(chǎn)線上使用的過濾器結(jié)構(gòu)通常是圓筒狀殼體，殼體內(nèi)裝有數(shù)片碟狀過濾器的芯柱，通過連接螺栓連接成一體。見圖2。

1.4.2 物料通過過濾器發(fā)生降解的原因

聚酯在流經(jīng)過濾器時(shí)，在過濾器較高的工作溫度作用下有發(fā)生降解的傾向。在聚酯薄膜生產(chǎn)過程中，物料通過過濾器后，少量熔體降解變黃原因如下：第一，過濾器密封失效。過濾器密封失效后，一部分物料沒有經(jīng)過過濾碟片，而是從失效處旁通到達(dá)過濾器出口，另一部分流經(jīng)過濾器碟片的物料，流動(dòng)速度低于旁通的物料，通過過濾器時(shí)間長(zhǎng)而易發(fā)生降解。第二，過濾器在線使用時(shí)間過長(zhǎng)。過濾器在線使用時(shí)間超過預(yù)期時(shí)間后，過濾器堵塞嚴(yán)重，過濾器入口壓力p1升高，作用在過濾碟片上的壓力分布不均衡，物料經(jīng)過過濾碟片時(shí)速度不一致，流速慢的在過濾器內(nèi)滯留時(shí)間長(zhǎng)，易發(fā)生降解。第三，熔體在過濾器中流動(dòng)速度不一致，這種現(xiàn)象通常在新更換過濾器后發(fā)生，熔體在新更換的過濾器內(nèi)流動(dòng)速度不一致，部分熔體流動(dòng)速度慢，在過濾器中滯留時(shí)間長(zhǎng)，易發(fā)生降解。

1.4.3 熔體滯留是熔體斑弊病產(chǎn)生的原因

熔體在通過過濾器過程中，由于流動(dòng)速度不一致，流速慢的熔體在過濾器中發(fā)生滯留現(xiàn)象，部分滯留熔體在過濾器中停留時(shí)間過長(zhǎng)，在較高的工作溫度作用下發(fā)生降解而變成黃褐色物質(zhì)。降解的物料在快速流動(dòng)的熔體帶動(dòng)下，被拉伸、分割成非常細(xì)小、斷續(xù)的線狀異物。以線狀異物為芯核，芯核周圍熔體在表面張力作用下，厚度發(fā)生不規(guī)則變化，經(jīng)過鑄片、縱向拉伸、橫向拉伸過程形成熔體斑弊病。可見，物料在過濾器內(nèi)滯留是產(chǎn)生熔體斑弊病的根本原因。

本次熔體斑弊病顯著特征是更換過濾器后，短時(shí)間內(nèi)即出現(xiàn)熔體斑弊病，重新更換過濾器后弊病消除，之后弊病重復(fù)發(fā)生。這一特點(diǎn)排除了過濾器旁通、過濾器在線使用時(shí)間長(zhǎng)的因素。所以，本文重點(diǎn)討論更換過濾器后，熔體在過濾器中流動(dòng)速度不一致導(dǎo)致熔體滯留的原因及對(duì)策。

圖2 過濾器結(jié)構(gòu)圖

2 熔體在過濾器中發(fā)生滯留的原因推測(cè)

2.1 過濾器過濾面積余量過大

聚酯薄膜生產(chǎn)線設(shè)計(jì)時(shí)，通常根據(jù)擠出機(jī)能力設(shè)計(jì)過濾器的過濾面積。過濾面積過小，會(huì)導(dǎo)致過濾器更換頻率高，影響生產(chǎn)效率；過濾面積過大，會(huì)導(dǎo)致熔體在流經(jīng)過濾器時(shí)耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，容易降解。通過與設(shè)計(jì)能力相同，設(shè)備配置相似，產(chǎn)品規(guī)格相近的其他生產(chǎn)線過濾器面積對(duì)比，發(fā)現(xiàn)發(fā)生熔體斑弊病的生產(chǎn)線過濾器面積設(shè)計(jì)偏大。熔體通過過濾器需要更長(zhǎng)的時(shí)間，熔體發(fā)生降解可能性加大，導(dǎo)致熔體斑弊病產(chǎn)生的幾率加大。

2.2 過濾器入口端壓力P1升高過快

2.2.1 擠出量與過濾器壓力關(guān)系

更換過濾器后開機(jī)時(shí)，熔體進(jìn)入過濾器，在過濾器入口處建立一個(gè)壓力值p1。熔體在p1作用下通過碟片過濾到達(dá)過濾器出口，當(dāng)過濾器出口壓力p2值顯示為穩(wěn)定的數(shù)值后，表明熔體已經(jīng)通過過濾器。隨著擠出量的增加，p1數(shù)值同步增加，p2數(shù)值隨著p1數(shù)值的增加而增加。當(dāng)擠出機(jī)擠出量達(dá)到設(shè)定值Qs時(shí)，p1、p2數(shù)值不再增加，壓力值趨向水平直線。p1、p2壓力差值Δp 穩(wěn)定在一個(gè)固定的數(shù)值。見圖3。

擠出開機(jī)時(shí)刻為t0，壓力達(dá)到工作壓力的時(shí)刻為t1。從t0到t1時(shí)間段內(nèi)，擠出量由初始Q0逐步增加到設(shè)定擠出量Qs，p1、p2壓力值隨擠出量的增加沿一定斜率的直線增長(zhǎng)到工作壓力值。擠出量Q、過濾器入口壓力p1、出口壓力p2曲線均為一定斜率的直線。Q 效率越大，p1壓力曲線斜率越大，p2壓力曲線斜率越小。見圖3。

圖3 擠出量、過濾器壓力曲線

2.2.2 熔體滯留推測(cè)

在排查開機(jī)過程擠出量Q 從Q0到Qs曲線時(shí)，發(fā)現(xiàn)擠出量曲線斜率較大，說明擠出量增加的頻次較快或單次擠出量增加值較大。排查過濾器壓力曲線時(shí)發(fā)現(xiàn)，p1曲線斜率比較大，p2曲線斜率小，p1曲線峰值波動(dòng)較大；p1穩(wěn)定工作壓力偏高，p2穩(wěn)定工作壓力偏低，差值Δp較大。

由此推測(cè)，在過濾器通料操作過程中，擠出量增加頻率過快或者單次擠出量數(shù)值較大，導(dǎo)致過濾器入口壓力p1升高過快。在較高壓力p1作用下，熔體通過過濾碟片的速度不一致。過濾器阻力較小的部位通過速度快，阻力較大的部位通過速度慢，流動(dòng)速度慢的部分熔體在過濾器中滯留時(shí)間長(zhǎng)，發(fā)生降解。

2.3 過濾器溫度不均衡

更換過濾器時(shí)，需要提前將備用過濾器放入預(yù)熱站進(jìn)行預(yù)加熱。預(yù)熱站按一定的升溫程序?qū)溆眠^濾器加熱到工作溫度，并保溫足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使過濾器各個(gè)部位溫度均衡。造成過濾器預(yù)熱溫度不均衡的原因有：

（1）預(yù)熱站設(shè)定溫度低。預(yù)熱站通常設(shè)定溫度在280℃以上，如果低于280℃，過濾器達(dá)不到預(yù)熱效果。

（2）保溫時(shí)間短。過濾器在預(yù)熱站中達(dá)到設(shè)定溫度后，要保溫足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使過濾器各部位溫度均衡。保溫時(shí)間短，過濾器溫度不均衡。

（3）保溫效果不好。過濾器預(yù)熱站外殼需要作保溫工程，保溫工程質(zhì)量好既節(jié)省能源，也會(huì)使過濾器溫度均衡效果好。

通常情況下，過濾器的中部溫度均衡效果最好，上下端由于散熱較快，溫度均衡效果不好，溫度偏低。熔體流經(jīng)溫度高的部位時(shí)，阻力?。蝗垠w流經(jīng)溫度低的部位時(shí)，阻力大。這種情況下熔體在過濾器中流動(dòng)會(huì)先從過濾器中央部位通過過濾器，流經(jīng)中央部位碟片的熔體流速快，流經(jīng)上、下部位碟片的熔體流速慢，易形成滯留。在排查過濾器時(shí)發(fā)現(xiàn)，過濾器芯柱中間部分的碟片有輕微變形，碟片之間縫隙不均勻，而底部和上部過濾墊片間的縫隙均勻。說明熔體通過過濾器中間部位時(shí)速度快，通過量更多。

2.4 其他影響因素

（1）真空泵開啟時(shí)間。更換過濾器后開機(jī)通料時(shí)，真空泵不啟動(dòng)。當(dāng)熔體完全通過過濾器后，啟動(dòng)真空泵。啟動(dòng)真空泵的時(shí)刻，會(huì)造成過濾器壓力值p1、p2的波動(dòng)，可能帶來熔體流動(dòng)速度改變。

（2）過濾器出口至模頭段的滯留。過濾器出口至模頭段的溫控裝置出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致這一段溫度控制不均勻，影響熔體流經(jīng)該段時(shí)的速度，造成滯留。

（3）排料閥切換。切換排料閥時(shí)必須停機(jī)，在開機(jī)狀態(tài)下切換排料閥時(shí)，如果操作不當(dāng)會(huì)造成過濾器壓力瞬間升高，瞬間升高的壓力輕則改變?nèi)垠w在過濾器中的流動(dòng)狀態(tài)，造成滯留，嚴(yán)重時(shí)甚至毀壞過濾器。

3 解決熔體在過濾器中滯留的措施

3.1 減少過濾器安裝數(shù)量

針對(duì)過濾器過濾面積設(shè)計(jì)過大的現(xiàn)狀，減少過濾碟片的安裝數(shù)量是解決熔體斑弊病行之有效的辦法。過濾器在組裝過濾片時(shí)，裝入適當(dāng)數(shù)量的過濾器假體以達(dá)到減少碟片數(shù)量的目的，操作起來更容易實(shí)現(xiàn)。組裝過濾器過濾片時(shí)，均勻地加入適當(dāng)數(shù)量過濾碟片假體，將碟片組裝數(shù)量減少至與擠出量相適應(yīng)，使熔體均勻通過過濾器。

安裝過濾器碟片假體，存在熔體滯留風(fēng)險(xiǎn)，尤其是過濾器在線使用較長(zhǎng)時(shí)間以后，熔體斑弊病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)大大增加。這是因?yàn)檫^濾碟片假體部位沒有熔體通過，其他部位熔體流經(jīng)假體部位時(shí)受到阻力，容易產(chǎn)生滯留。最終安全的解決方案是重新設(shè)計(jì)過濾面積適當(dāng)?shù)倪^濾器。

3.2 控制過濾器前后端壓力及壓差

通過控制擠出量Q 控制過濾器前后端壓力及壓差。更換過濾器后開機(jī)時(shí)，熔體先以較小的擠出量通過過濾器，在過濾器出口側(cè)建立起穩(wěn)定的壓力前，維持?jǐn)D出量不變。每次增加擠出量時(shí)，增加的擠出量帶來的壓力p1升高值和壓差Δp 值不能超過過濾碟片的額定值，重復(fù)操作直到達(dá)到生產(chǎn)擠出量。在操作過程中注意觀察過濾器前端壓力p1數(shù)值及壓差值Δp 的變化，如發(fā)現(xiàn)壓力p1、壓差Δp變化出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，即停止增加擠出量。

在實(shí)際操作過程中發(fā)現(xiàn)，僅僅控制過濾器前端壓力p1和壓差Δp存在一定風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)擠出量增加的頻率較快時(shí)，過濾器前端壓力p1上升速度過快，而后端壓力p2并不能隨前端壓力同步上升，有明顯的滯后現(xiàn)象，這樣容易造成過濾器壓差Δp瞬間升高。所以在控制過濾器前端壓力p1和壓差Δp的同時(shí)，要觀察過濾器出口壓力p2，等p2壓力值穩(wěn)定后，再進(jìn)一步增加擠出量。

3.3 優(yōu)化開機(jī)程序

對(duì)開機(jī)過程的控制程序進(jìn)行優(yōu)化。開機(jī)過程中擠出量由Q0增加到Qs過程可以由寫入PLC 程序自動(dòng)完成，也可以由手動(dòng)操作完成。優(yōu)化開機(jī)程序即優(yōu)化擠出量從Q0增加到Qs的曲線斜率，從而控制壓力曲線的斜率。以手動(dòng)開機(jī)過程為例，在開機(jī)時(shí)，首先以較?。ㄈ?00 kg/h）的擠出量通過過濾器，這時(shí)要控制過濾器前端壓力p1不超過7 MPa，觀察過濾器后端壓力p2值，待p2建立穩(wěn)定并在趨勢(shì)圖上出現(xiàn)曲線平臺(tái)后，再以50 kg/次頻率增加擠出量。每次增加擠出量時(shí)控制壓差Δp不超過7 MPa，觀察過濾器后端壓力p2變化，當(dāng)過濾器后端壓力p2曲線出現(xiàn)穩(wěn)定平臺(tái)后，再進(jìn)行下一步增加擠出量操作，直到擠出量增加到生產(chǎn)設(shè)定值。在加擠出量過程中，如果過濾器前端壓力p1出現(xiàn)異常上升，壓差Δp超過7 MPa，應(yīng)將擠出量減小到增加前的數(shù)值，并維持該擠出量直到前后壓差穩(wěn)定后再進(jìn)行增加擠出量的操作。

采用優(yōu)化方案進(jìn)行開機(jī)，不僅避免過濾器在開機(jī)過程中產(chǎn)生壓力波動(dòng)，保證開機(jī)順利，而且，當(dāng)擠出量達(dá)到生產(chǎn)擠出量Qs以后，過濾器壓差Δp 維持在較小的數(shù)值（如4 MPa 左右），有效延長(zhǎng)過濾器在線使用時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

3.4 加強(qiáng)備用過濾器的預(yù)熱管理

3.4.1 提高預(yù)熱站溫度設(shè)定值

提高預(yù)熱站恒溫階段溫度的設(shè)定值。通常情況下，過濾器預(yù)熱站溫度設(shè)定值與生產(chǎn)線在線工作溫度設(shè)定值相同，考慮到過濾器在吊裝過程中溫度損失，適當(dāng)提高預(yù)熱溫度是有必要的。

3.4.2 延長(zhǎng)過濾器預(yù)熱保溫時(shí)間

過濾器在預(yù)熱站保溫過程中，由于預(yù)熱站頂部、底部與空氣的熱交換，導(dǎo)致過濾器頂部、底部溫度低于中部溫度。適當(dāng)延長(zhǎng)過濾器在預(yù)熱站中的保溫時(shí)間，使過濾器整體溫度均衡，有利于熔體在過濾器中均勻流動(dòng)。

3.4.3 加強(qiáng)過濾器在預(yù)熱過程中的溫度監(jiān)控

針對(duì)過濾器預(yù)熱站溫度檢測(cè)點(diǎn)的監(jiān)控溫度不能真實(shí)反映過濾器實(shí)際溫度的狀況，必須增加過濾器頂部、底部溫度監(jiān)控。如果檢測(cè)到過濾器頂部、底部穩(wěn)定值較低時(shí)，應(yīng)延長(zhǎng)過濾器保溫時(shí)間，推遲更換過濾器作業(yè)。

3.4.4 加強(qiáng)過濾器預(yù)熱站保溫工程

過濾器預(yù)熱站工作時(shí)會(huì)與周圍空氣產(chǎn)生熱交換，所以預(yù)熱站一般需作保溫工程，目的是與空氣隔絕，減少熱量損失，保證過濾器加熱效果。保溫工程做得好，不僅節(jié)省能源，而且過濾器預(yù)熱效果好，溫度均衡；反之，過濾器溫度均衡效果不好，影響熔體在過濾器中的流動(dòng)。所以需要檢查預(yù)熱站保溫質(zhì)量，改善效果不好的保溫工程。

3.5 消除影響熔體流速變化的因素

3.5.1 優(yōu)化真空泵開啟時(shí)間

為了避免開啟真空泵時(shí)熔體粘度變化而帶來過濾器壓力變化，可能造成熔體在過濾器流動(dòng)速度改變，從而帶來滯留風(fēng)險(xiǎn)，輔擠真空泵應(yīng)在物料以100 kg/h通過過濾器后開啟，開啟真空泵后再逐步增加擠出量。

3.5.2 正確開啟排料閥

物料通過后須正確開啟各級(jí)排料閥。開關(guān)排料閥時(shí)應(yīng)停機(jī)，并在短時(shí)間內(nèi)完成開啟動(dòng)作，禁止開機(jī)狀態(tài)下開關(guān)排料閥，防止熔體壓力波動(dòng)。

3.5.3 保證設(shè)備功能正常

為了避免擠出系統(tǒng)其他設(shè)備的功能性故障如加熱器損壞、溫度傳感器工作不正常等導(dǎo)致的熔體流動(dòng)速度的變化，在維修設(shè)備、更換過濾器等作業(yè)時(shí)，需要編制設(shè)備功能確認(rèn)表，逐項(xiàng)確認(rèn)相關(guān)設(shè)備、部件功能，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，并及時(shí)排除，消除影響熔體速度變化的設(shè)備因素。

4 結(jié)束語(yǔ)

熔體斑是聚酯薄膜產(chǎn)品的一種弊病，不僅給客戶帶來不良的使用體驗(yàn)，也給生產(chǎn)帶來極大困擾。分析弊病產(chǎn)生的原因，制定措施解決熔體斑弊病，為客戶提供滿意產(chǎn)品成為優(yōu)先攻克的課題。弊病攻關(guān)小組通過分析、實(shí)踐、總結(jié)、再分析、再實(shí)踐、再總結(jié)，逐步理清熔體斑弊病產(chǎn)生的機(jī)理。針對(duì)弊病產(chǎn)生機(jī)理采取對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施，成功攻克熔體斑弊病。

攻克熔體斑弊病過程中所采用的分析問題、解決問題方法在實(shí)踐中證明行之有效，為解決生產(chǎn)實(shí)踐問題提供了值得借鑒的思路。