紡絲組件、計量泵和熔體過濾器在使用一定時間后,均會被臟物堵塞,紡絲組件的壓力以及進(jìn)出熔體過濾器的壓差上升,故需切換清洗后,才能重新使用。清洗主要是用物理、化學(xué)的方法,將粘附的聚酯在高溫下煅燒、溶解、氧化或水解除去,再進(jìn)行水洗、堿(酸)洗和超聲波清洗。
一、煅燒法和水蒸氣保護(hù)煅燒法 煅燒法是用耐火材料砌成爐膛,采用電熱棒加熱,用白金電阻或熱電偶溫度計控制和指示溫度。煅燒時,將被清洗物放入爐內(nèi),在400~450℃,煅燒約6h后,除去灰塵即可。清洗噴絲板時,則再用酒精清洗、壓縮空氣吹干,鏡檢合格后備用。本法簡單易行,但勞動條件差,不易清洗干凈,組件等被清洗物易燒壞變形。因此,目前已逐步被其他清洗方法取代。為防止煅燒時,超過規(guī)定溫度而起火,損壞被清洗物,采用過熱蒸氣噴淋的方法,使整個煅燒爐內(nèi)不出現(xiàn)明火,這就是水蒸汽保護(hù)煅燒法。 煅燒法具有以下特點:(1)清潔效率較差,處理周期6~10h,甚至更長,煅燒時很難除盡碳的殘渣,這樣就會增加后道補(bǔ)充清潔的要求;(2)設(shè)備投資費(fèi)用對于碳鋼結(jié)構(gòu)的較低,其運(yùn)行費(fèi)用屬低或中等;(3)環(huán)境保護(hù)差,大量廢氣發(fā)散污染空氣,炭黑粘附室內(nèi)墻壁機(jī)具,惡化環(huán)境;(4)應(yīng)用范圍最廣,對所有的高聚物幾乎都能采用煅燒處理;(5)對組件有損傷,由于煅燒爐內(nèi)的工況不規(guī)律,產(chǎn)生明火時對其溫度控制困難,會導(dǎo)致組件的過熱,伴隨著產(chǎn)生變形和損傷,甚至使噴絲板微孔處產(chǎn)生金相結(jié)構(gòu)的破壞與腐蝕。 二、鹽浴法 該法是將紡絲組件、計量泵、熔體過濾器在溫度為250~350℃分解爐內(nèi)燃燒1~3h,再放入鹽浴中清洗。鹽浴是由亞硝酸鈉、硝酸鈉和苛性鈉組成的溶液。高溫時,硝酸鈉產(chǎn)生氧化能力較強(qiáng)的活性氧,將聚酯氧化分解成二氧化碳和水。它的清洗條件如下。 1 分解爐工藝條件 煅燒紡絲組件:350±10℃,3±20h; 煅燒計量泵:250±10℃,1±0.1h; 煅燒熔體過濾器濾芯:350±10℃,3±20h。 2 鹽浴的組成和清洗條件 組成:45%(重量)硝酸鈉,45%(重量)亞硝酸鈉,10%(重量)氫氧化鈉; 清洗溫度:410±5℃,時間:1±0.02h。 3 鹽浴清洗后的工序 ①噴絲板:鹽浴洗→熱水洗→酸洗→熱水洗→鹽浴洗→熱水洗→酸洗→熱水洗→鹽浴洗→熱水洗→酸洗→熱水洗; ②紡絲組件:鹽浴洗→熱水洗→堿洗→熱水洗→酸洗→熱水洗; ⑧紡絲計量泵:鹽浴洗→空氣中冷卻90min→熱水洗; ④熔體過濾器濾芯:鹽浴洗→熱水洗→堿洗→熱水洗→超聲波洗→熱水洗。 4 鹽浴清洗后各工序的工藝條件 熱水洗:溫度90±5℃,時間5±1min; 堿洗:溫度90±1℃,時間10±1min; 熱水洗:溫度60±5℃,時間3+lmin; 酸洗:溫度20+5℃,時間2±0.5min。 鹽浴法清洗效果好、成本低,但清洗物表面的氧化膜會逐步被銹蝕,亞硝酸鹽腐蝕設(shè)備,并對人體有害。 鹽浴法的特點為:(1)清潔效率高,快速的熱量傳遞能達(dá)到最短的清洗時間;(2)基建投資中等,運(yùn)行費(fèi)用最高。除非是長期停車,鹽浴平常需供給熱源,每清潔1kg高聚物要耗用2kg鹽類,鹽的殘渣處理需要附加費(fèi)用,在處理完畢后還要補(bǔ)充后清洗,整個系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用高;(3)對環(huán)境保護(hù)不利,因為廢氣中混有無機(jī)鹽的蒸發(fā)氣體,通常需經(jīng)淋洗,但不能達(dá)到清潔空氣標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,且系統(tǒng)里還有一定數(shù)量的固體廢物;(4)應(yīng)用范圍廣,可以清洗各種高聚物;(5)對組件損傷較大,大多數(shù)部件在鹽浴處理后,在冷水中快速冷卻,以便除去剩余的鹽分,由于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件會因熱沖擊而開裂或產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,易使焊接點腐蝕開裂,尤其在過濾器中表現(xiàn)較嚴(yán)重。 三、三甘醇法 三甘醇(TEG)清洗法具有溫度低、安全、無毒、清洗效果好、對設(shè)備無損壞等特點,它尤其適用于熔體過濾器濾芯的清洗,是目前世界上廣泛采用的清洗方法之一。它是利用在三甘醇沸點時(常壓時,為285℃)聚酯能被三甘醇溶解的原理達(dá)到清洗目的。清洗步驟是將被清洗物放入有加熱系統(tǒng)的三甘醇槽內(nèi),從室溫升至265±5℃,保溫約6h,再讓其自然冷卻到約100℃。取出被清洗物,放入95℃左右的熱水槽中清洗約20min,再在溫度為60~70℃的10%NaOH溶液中浸12h后,用熱水清熱。若是噴絲板和熔體過濾器濾芯,則要求進(jìn)行超聲波清洗,清洗介質(zhì)為溫度60~70℃的純水,清洗時間15~20min(過濾器濾芯須1~2h),最后用壓縮空氣吹干。 本法可省去酸洗,清洗后的噴絲板光澤明亮、對噴絲孔的損傷小,有利于延長噴絲板、計量泵、齒輪泵和過濾器濾芯的使用壽命。本法缺點為成本高,約為鹽浴法的6~7倍;無法清除TiO2凝聚粒子。但若在清洗時加上強(qiáng)還原劑,使TIO2還原成低價的鈦,可達(dá)到使其溶解而被除去的目的。這時,可省去超聲波清洗,并可使清洗后的熔體過濾器濾芯的使用壽命延長1倍以上。 三甘醇清洗法,屬于溶劑法,它的特點為:(1)清潔周期長需6~2h,清潔工序較多;(2)基建與設(shè)備投資高,溶劑清洗罐及其溶劑回收的費(fèi)用是各種方法中成本最高的。其運(yùn)行費(fèi)用也高,三甘醇類溶劑價格較貴,按現(xiàn)代的規(guī)范還要求支付高昂的廢物處理費(fèi)用;(3)環(huán)境保護(hù)難,三甘醇?xì)堅鼘θ梭w有害,要集中專門處理;(4)對組件的損傷較小,一般溶劑的工作溫度低于315℃,對金屬組件不起化學(xué)反應(yīng),是各種方法中對組件、噴絲板損傷最小的方式,它特別適用于熔體過濾器濾芯的清洗。 四、高溫水解法 該法是利用聚酯在高溫下易水解和堿解生成低分子物,達(dá)到被除去之目的。它是將被清洗物置于高壓釜內(nèi),通入0.3~0.6MPa的蒸汽,溫度約為130~160℃,時間為2~8h。在高壓釜內(nèi),若添加少量NaOH,則可縮短清洗時間。此后,被清洗物再經(jīng)與三甘醇法相似的清洗(即水洗、堿洗、超聲波洗等)即可。本法的優(yōu)點是成本比三甘醇法低;但需要高壓釜,TiO2凝聚粒子不能被除去。 五、三氧化鋁流動床法 它是將被清洗物放入清洗爐內(nèi),用壓縮空氣吹動經(jīng)電加熱的三氧化鋁微小粒子,使?fàn)t內(nèi)形成一個溫度均勻的浴床,被清洗物件上的聚酯、油污和有機(jī)物等迅速高溫分解,達(dá)到清洗之目的。 1 清洗爐結(jié)構(gòu) 清洗爐結(jié)構(gòu)如圖12-1所示,爐膛外壁用電阻絲加熱,底部裝有氣體分配板,分配板上均布著小氣帽,下方設(shè)有氣帽風(fēng)室,壓縮空氣由此進(jìn)入。廢氣從爐膛上部側(cè)向排風(fēng)道排出。爐頂裝有蓋子,被清洗物體放在吊籃內(nèi),爐口靠組件及蓋子的自重封閉,以防止介質(zhì)的飛濺及廢氣的泄漏。 2 清洗條件的選擇 (1)三氧化鋁清洗介質(zhì):最好粒徑為φ0.1~0.15mm,由30%α和70%γ型組成的實心氧化鋁顆粒。這種介質(zhì)對被清洗物的磨損最小,且控溫效果好。粒徑和堆積密度較小的介質(zhì)不但有利于流化,而且節(jié)約能量;但為避免介質(zhì)嵌入噴絲孔內(nèi),選用的粒徑應(yīng)遠(yuǎn)小于孔徑;而過細(xì)的介質(zhì)(如粉狀)因粘附力大,易產(chǎn)生溝流、騰涌現(xiàn)象,不利于熱的傳導(dǎo),故應(yīng)綜合考慮。 (2)清洗溫度和時間:由實驗得知,爐溫為470℃時的清洗時間比450℃時可縮短5~6h。溫度愈高,則清洗時間愈短。但溫度升高到一定程度,清洗時間近于平衡。如溫度從470℃增加到5lO℃,清洗時間僅縮短1~2h。此外,當(dāng)清洗溫度低于430℃時,即使延長清洗時間,也達(dá)不到良好的清洗效果,所以一般溫度選擇在470~480℃。 (3)氣體流量:清洗效果除與上述因素有關(guān)外,還與流化床內(nèi)的熱交換速度及聚合物的分解物是否完全排凈等因素有關(guān),這些因素又主要決定流化床內(nèi)氣體流量。當(dāng)氣體流量增加時,氣體傳熱速度增快。傳熱速度愈快,被清洗組件與爐溫達(dá)到平衡的時間也愈短,分解物便能迅速排出。但氣體流量不能過大或過小。過大,熱量損耗大,且在外壁加熱溫度相同時,達(dá)到平衡的中心溫度偏低;而過小,熱交換效果差。一般氣體流量在8~10m3/h為宜。在氣體流量恒定時,其壓力對流化質(zhì)量無明顯影響。 上述各種清洗方法的工藝比較如表12-1所示。 六、真空清洗法 真空清洗法又稱真空高溫分解法或真空煅燒法。它吸收了煅燒法最簡便、不需要任何溶劑和輔助材料的優(yōu)點,克服了煅燒法在空氣中煅燒處理噴絲板不易干凈和產(chǎn)生明火導(dǎo)致被處理件退火變形的缺點,是近年來發(fā)展起來的一種新型處理方法。它特別適用于處理異形、細(xì)旦等噴絲板,亦可處理過濾器濾芯、計量泵和其他紡絲部件。 其工作原理是先升溫到300℃,并保溫一定的時間,使被處理件上的聚酯(或其他高聚物)熔化。熔化的物料流下集中到爐體底部的廢料收集罐中。待基本流完以后,開始第二階段的升溫。大約在350℃左右,殘留的聚酯開始分解,此時打開真空泵抽真空,升溫到500℃左右,進(jìn)行第二階段的保溫。同時通入少量空氣,對殘留物進(jìn)行氧化。在真空狀態(tài)(-0.8~-0.7MPa)下,殘留聚酯的熱分解和氧化分解較快,產(chǎn)生的氣體和灰分微??杀怀樽摺U麄€過程大約6~8h即可完成。 真空清洗爐過去依賴進(jìn)口,現(xiàn)在國內(nèi)太原自動化儀表廠已研制成功并批量生產(chǎn)。國產(chǎn)真空清洗爐包括爐體和控制臺兩部分。爐體采用輻射加熱,真空泵與爐體連在一起。爐蓋密封圈用水冷卻保護(hù)。爐底部有廢料收集罐??刂乒裆涎b有微機(jī)溫度和程序控制儀、記錄儀。清洗溫度和時間等程序輸入電腦以后,升溫、保溫、降溫、開關(guān)真空泵等均可自動進(jìn)行。該設(shè)備清洗效果較好,對環(huán)境無污染,操作方便,近年來推廣很快。 七、超聲波清洗法 超聲波清洗器是一種對液體浴發(fā)出充分而強(qiáng)有力的機(jī)械振動的設(shè)備,這種設(shè)備以聲波來達(dá)到清洗的目的。聲波通過水浴運(yùn)動引起空穴,因而起到對被清洗物表面的洗滌作用,釋放出103350kPa(1500—Upsi)級的能量,以便松散、消除污物的污垢及雜質(zhì)。 起初,用含水或有機(jī)溶劑的新鮮清潔液浴激發(fā)超聲波清洗器時,首先必須排除多余的氣體,稱之為脫氣。當(dāng)氣泡生長變得十分大之前氣泡并不顯著,直到它們凝集在一起后,肉眼才能見到。 當(dāng)壓力或超聲波把一個氣泡壓入液體中時,氣泡的尺寸就縮小,起到輕微的洗滌作用。緊接著液體收縮,使氣泡膨脹得比它的周圍尺寸大得多。這樣的伸縮作用每秒反復(fù)20000次,對液體提供相當(dāng)可觀的運(yùn)動,從而產(chǎn)生洗滌的效應(yīng)。此時,同樣的作用將膨脹的氣泡并合,它們就變得很大足以上升到頂端。 一旦外加氣體從液體內(nèi)排出,就會發(fā)生蒸發(fā)氣穴,這樣一來壓力波將蒸發(fā)氣泡壓縮,直到壓碎。這種氣穴現(xiàn)象或稱負(fù)真空能夠清除表面污垢,還可沖刷殼體或凹陷金屬表面的污垢。可以想象,在氣泡壓碎的瞬間將產(chǎn)生沖擊而釋放出核心,這核心又形成新的蒸發(fā)氣泡,替代原來氣泡的作用。只要能量充足,每分鐘能誘發(fā)百萬次氣穴發(fā)生,提供一種不均勻的洗滌作用是有效的。這種洗滌作用的有效性是決定超聲波浴成功的主要因素之一。清潔系統(tǒng)中超聲波部分的特性受兩方面的制約。一是荷載的變化對超聲波作用的影響。在這方面要考慮的因素是荷載本身,例如合適的大小、材料和幾何形狀;吊籃和固定夾,以及在浴中或清洗罐底部污垢的積聚等。其二是超聲波洗滌作用的遞減率。超聲波源可以是振蕩器或轉(zhuǎn)變器,隨著容器的荷載,其空氣穴效力遞減;對于這種氣穴效力只能憑經(jīng)驗而無測定的設(shè)備及方法。為了確定它的存在,使用者憑它產(chǎn)生的超聲,判斷它工作是否正常。 相反,一些優(yōu)質(zhì)的超聲波清洗器,必將產(chǎn)生一種聽得到而又無害的咝咝聲。由氣穴效應(yīng)造成的咝咝聲,說明容器中有荷載存在;否則它將難以通過荷載而失去清潔能力。 使聲波產(chǎn)生阻尼的主要原因如下: ①添加劑中含過多的非正常去垢劑。 ②太多量的添加劑。 ③浴中產(chǎn)生的雜質(zhì)、懸浮的固體、容器底部的固體、乳化和皂化生成的“肥皂”的積聚物。 ④頻率的變化。 ⑤容器或荷載,比如吊籃或支架的特性,不銹鋼和其它金屬不吸收大部分的聲波,荷載將反射或散失聲波。 八、噴絲板檢驗的新方法 在長絲成形工藝中,噴絲孔的形狀是關(guān)鍵,單絲是在孔中形成的。尤其在紡制異形絲時要求更高,所形成的異形度完全取決于截面的完整;但在紡異形絲時,噴絲孔堵塞的機(jī)率最大。所以在噴絲頭長期使用時,檢查噴絲孔的形狀大小以及狀態(tài)是極重要的。 光學(xué)法是評價噴絲頭截面的十分快速的方法,但這些方法有局限性,也就是不能測得孔內(nèi)部的某些變化情況。即是不能勝任測定棱側(cè)面的磨損和扯裂。而氣壓法對孔毛細(xì)管長度的變化以及孔棱側(cè)面的磨損也沒有反應(yīng)。 近來有人提出了一種詳細(xì)檢驗紡絲組件的新方法,它是利用油貫穿噴絲孔的通道來檢測的。它能夠給出毛細(xì)管的長度和截面的情況,以及毛細(xì)管通道的磨耗、損傷或沾污的詳細(xì)情況。 在油流試驗中,一股穩(wěn)定的油流通過各個噴絲孔,測定所需的壓力。這時在平底擴(kuò)孔中壓力的減小,與毛細(xì)管通道上的特殊壓力損失相比較,前者是可以忽略的??酌?xì)管壓力的變化是毛細(xì)管截面和長度的函數(shù)。盡管它們在流速和粘度上都存在很大差異,但仍有相似之處。它們都是用低雷諾數(shù)流動來表征。因為加速的壓力損失是可以忽略的。油流的初程與毛細(xì)管總長度相比要短。其主要差別是聚合物熔體不是牛頓流體,而油流并不能真正代表通過噴絲孔的聚合物熔體流。 檢驗開始前,噴絲板先冷卻到室溫,以減小油流過噴絲孔運(yùn)動時油溫的變化。由于硅油的粘度受溫度影響最小,因而常采用硅油。噴絲板安裝在帶有對孔精確定位的坐標(biāo)移動臺上,用計量泵把油注入連接套頭,并使油高出噴絲孔口。因為壓力正比于油在毛細(xì)管流動中的阻力,所以通過壓力值的變化可直接反映出毛細(xì)管截面或長度的變化。 細(xì)心觀察所得結(jié)果,就得到有關(guān)毛細(xì)管可能變形的情況以及這種變化對紡絲可能產(chǎn)生的影響。例如,隨平均值輕微變化而變化的高偏差系數(shù)反映出毛細(xì)管尺寸不夠精密,這將導(dǎo)致纖度不勻長絲的產(chǎn)生。如果某些特殊數(shù)值超出范圍,在偏差系數(shù)和平均值上又無任何跡象,就可斷定,毛細(xì)管尺寸的偏差導(dǎo)致粗細(xì)不勻長絲的形成。若油流試驗結(jié)果,給出帶有高偏差系數(shù)平均值的遞減,就可能是因為毛細(xì)管截面嚴(yán)重磨損,因而在產(chǎn)生纖度不勻長絲的同時又引起截面的變化。 根據(jù)各噴絲板的壓力值讀數(shù)能畫出頻率分布圖,標(biāo)準(zhǔn)情況下,這些數(shù)值的分布類似于正態(tài)分布曲線。在高公差水平的情況下,將出現(xiàn)帶低范圍的分布。然而,即使用標(biāo)準(zhǔn)公差制造的噴絲板,也將觀察到稍寬范圍的分布。如果分布偏左邊,而CV%較高,表明噴絲孔邊沿極度損傷,若分布偏右,而CV%較高,表明噴絲孔嚴(yán)重堵塞。 典型情況下,若用新的和已磨損的兩種噴絲板紡制纖維,通過油流測試,很方便就能檢測問題。油流試驗?zāi)芊从硣娊z板的噴絲孔的不同壓力降,據(jù)此就得到長絲原始纖度的高偏差系數(shù),如果畫出該系統(tǒng)的油壓力降值,就得到一條雙系數(shù)曲線,表明兩種不同噴絲板中噴絲孔有差異。