紡絲組件、計量泵和熔體過濾器的清洗

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，再進行水洗、堿(酸)洗和超聲波清洗。

    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充清潔的要求；(2)設備投資費用對于碳鋼結構的較低，其運行費用屬低或中等；(3)環(huán)境保護差，大量廢氣發(fā)散污染空氣，炭黑粘附室內(nèi)墻壁機具，惡化環(huán)境；(4)應用范圍最廣，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)生金相結構的破壞與腐蝕。

    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。

    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。

    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。

    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。

    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到最短的清洗時間；(2)基建投資中等，運行費用最高。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用，在處理完畢后還要補充后清洗，整個系統(tǒng)維護費用高；(3)對環(huán)境保護不利，因為廢氣中混有無機鹽的蒸發(fā)氣體，通常需經(jīng)淋洗，但不能達到清潔空氣標準的規(guī)定，且系統(tǒng)里還有一定數(shù)量的固體廢物；(4)應用范圍廣，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，由于復雜結構的零部件會因熱沖擊而開裂或產(chǎn)生內(nèi)應力，易使焊接點腐蝕開裂，尤其在過濾器中表現(xiàn)較嚴重。

    三甘醇(TEG)清洗法具有溫度低、安全、無毒、清洗效果好、對設備無損壞等特點，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，則要求進行超聲波清洗，清洗介質為溫度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還原劑，使TIO2還原成低價的鈦，可達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)基建與設備投資高，溶劑清洗罐及其溶劑回收的費用是各種方法中成本最高的。其運行費用也高，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用；(3)環(huán)境保護難，三甘醇殘渣對人體有害，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反應，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。

    該法是利用聚酯在高溫下易水解和堿解生成低分子物，達到被除去之目的。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。

  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，使爐內(nèi)形成一個溫度均勻的浴床，被清洗物件上的聚酯、油污和有機物等迅速高溫分解，達到清洗之目的。

  清洗爐結構如圖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，下方設有氣帽風室，壓縮空氣由此進入。廢氣從爐膛上部側向排風道排出。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，以防止介質的飛濺及廢氣的泄漏。

    (1)三氧化鋁清洗介質：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不但有利于流化，而且節(jié)約能量；但為避免介質嵌入噴絲孔內(nèi)，選用的粒徑應遠小于孔徑；而過細的介質(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，故應綜合考慮。

    (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，當清洗溫度低于430℃時，即使延長清洗時間，也達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，這些因素又主要決定流化床內(nèi)氣體流量。當氣體流量增加時，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。

    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，進行第二階段的保溫。同時通入少量空氣，對殘留物進行氧化。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)生的氣體和灰分微粒可被抽走。整個過程大約6～8h即可完成。

    真空清洗爐過去依賴進口，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。爐底部有廢料收集罐?？刂乒裆涎b有微機溫度和程序控制儀、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、開關真空泵等均可自動進行。該設備清洗效果較好，對環(huán)境無污染，操作方便，近年來推廣很快。

    超聲波清洗器是一種對液體浴發(fā)出充分而強有力的機械振動的設備，這種設備以聲波來達到清洗的目的。聲波通過水浴運動引起空穴，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。

    起初，用含水或有機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20000次，對液體提供相當可觀的運動，從而產(chǎn)生洗滌的效應。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?？梢韵胂螅跉馀輭核榈乃查g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、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。

    在長絲成形工藝中，噴絲孔的形狀是關鍵，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面的磨損和扯裂。而氣壓法對孔毛細管長度的變化以及孔棱側面的磨損也沒有反應。

    近來有人提出了一種詳細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。它能夠給出毛細管的長度和截面的情況，以及毛細管通道的磨耗、損傷或沾污的詳細情況。

    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。這時在平底擴孔中壓力的減小，與毛細管通道上的特殊壓力損失相比較，前者是可以忽略的?？酌毠軌毫Φ淖兓敲毠芙孛婧烷L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管截面或長度的變化。

    細心觀察所得結果，就得到有關毛細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)反映出毛細管尺寸不夠精密，這將導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，毛細管尺寸的偏差導致粗細不勻長絲的形成。若油流試驗結果，給出帶有高偏差系數(shù)平均值的遞減，就可能是因為毛細管截面嚴重磨損，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，標準情況下，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，即使用標準公差制造的噴絲板，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。油流試驗能反映噴絲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。