浅谈新材料生产设备的设计、制造及使用和维护

卫荣辉　张秋华　饶良波

摘要：近年来，我国新材料生产工艺技术随着经济的发展得以不断进步，在当前的市场体系中，高分子材料的生产和发展俨然已经占据了—部分市场。本文主要阐述了作为新材料之一的高分子材料其生产加工设备的设计、制NJR使用和维护等内容，以供业内人士交流探讨之用。

高分子材料在市场的广泛应用促使生产加工设备和工艺水平不断提升，近年来，多个新型成型装备得以研制成功，并逐一投入市场。所谓高分子材料生产加工设备自然是提升高分子材料生产质量和性能的关键所在，但是结合工艺要求，其结构设计的优良化和组装的合理性才是保证这一结果的中心。

1 高分子材料生产加工设备的设计和制造

高分子材料生产加工设备中主要构成部件有：聚合反应器、纺前设备、熔融纺丝设备和长丝后加工设备。本文主要以聚合反应器、纺前设备和熔融纺丝设备为例，探讨高分子材料生产加工设备的设计和制造中应当注意的要点

（1）聚合反应器的设计和制造

聚合反应器主要是由筒身、顶盖、底盖、夹套、蛇行管、搅拌器、传动装置、动密封、静密封等部分结构组成。每一部分都有其作用和功用，如：夹套和蛇形管的主要功用便是当原料进入蛇形管和夹套之中，对其进行加热或冷却，保证其达到加工标准。

根据当前我国市场现状，聚合反应器的设计和制造主要依循的标准包含以下方面：①结构强度值和刚度值较高；②设计使用材料不可与生产物质发生化学反应；③密封性好；④产量和长径比都应当符合市场需求；⑤设计和制造成本不宜过高；⑥结构应当简单，便于生产操作和后期维修。

目前，制造聚合反应器选用较多的不锈钢材一般为1Crl8Ni9Ti不锈钢、0Crl8Ni9Ti不锈钢、0Crl8Nil2M02Ti不锈钢、iCrl2M02Ti不锈钢等。但鉴于其成本费用过高，使用范围较小。至于复合钢板、普通低碳钢、低合金钢等材料则使用较多，这些材料成本低廉，但是也有其缺陷，如复合钢板焊接加工程序较为复杂。故而，在使用过程中应当注意规避其缺点，发扬其优势。

（2）纺前设备的设计和制造

纺前设备主要包含原液混合设备（原液脱单设备、原液脱泡设备）、切片干燥设备（切片干燥机、回转+充填式干燥机、充填式干燥机、KF干燥机、BM干燥机、吉玛干燥机）和熔体匀滤设备（熔体静态混合器、熔体过滤器）。其中，应当注意在原液脱单设备的设计和制造中，脱单体设备的结构应当尽量符合标准设计：①塔体直径一般为1.8米，高度在7米左右；②塔外应当安置蒸汽管予以保温处理；③脱单体塔内部伞面五个圆锥角应当呈120°，最上面的一层伞面应当作稳固处理，避免单体脱除；④选用材质应当保证其硬度和刚度，可选用1Crl8Ni9Ti不锈钢。至于切片干燥设备的设计和制造，应当注意以下要点：①根据生产的高分子材料性质选择是否应当安装搅拌装置②安装搅拌装置则需要安装炉栅等传动装置。且为了防止生产过程中切片粘连，应当在筒体上安置立式搅拌器，在筒体中部安装炉栅搅拌器。熔体匀滤设备的设计和制造应当坚持以化熔体温度和匀化添加剂为设计原则和标准。本处以静态混合器为例，静态混合器的设计中首要考虑的便是螺旋片式元件的料流分割层数，其计算方式如下：S=2n。其中，s代指料流分割层数，n指代螺旋片元件数。再次，将螺旋片的两端分别向不同的方向进行扭转，以180。为准。将左旋和右旋的元件行交替排列对接。最后，组装完毕之后，应当予以固定。

（3）熔融纺丝设备的设计和制造

结合化纤及工业纤维熔纺设备中纺丝箱体、计量泵和纺丝组件的结构原理进行熔融纺丝设备的设计和制造。

熔融纺丝设备的主要构件包含螺杆挤出机、纺丝箱体、计量泵、冷却吹风装置、卷绕成型装置以及纺丝组件。其中，纺丝箱体的设计要求为：①耐热性好；②密封性佳；③原材料在本组件设备中滞留时间尽量缩短；④结构组装简单；⑤机体材料耐腐性较好。纺丝箱体多采用厚度为8至10毫米的锅炉钢板焊接而成，这种钢板其抗腐蚀性较好，且成本低廉，目前应用较多。

2.高分子材料生产加工设备的使用和维护

高分子材料生产加工设备的使用和维护过程中，笔者认为应当注意以下要点：第一，对于功能不同的机械设备的灵活运用。如：聚合物或无机物复合材料物理场强化制备机械一一十螺杆挤出机。这种设备的使用就应当注意反应器的使用和操作，如果生产材料质量出现问题，就应当首先考虑到是否由原材料在机体内部连续反应不足或混炼完成度低所导致，因而，此时应当首要检查反应器。第二，高分子材料生产加工设备的密封性能应当列入日常维护范畴。由于高分子材料的生产是一个内部反应过程，因而其密封性是保证生产材料材质和性能的主要因素。生产加工设备中密封组件较多，如聚合反应器，以至于其组件中使用到密封装置。第三，生产加工设备制作材料的维护，为了防止制作高分子的原材料和机壁接触后发生化学反应，一般是使用钢材和化合性材料，且在材料外壁上涂装涂料以防腐蚀。仪器设备生产加工时间过久，其防护层难免会脱落，加之生产过程中的摩擦和撞击，也都会走造成机体内壁受损。因而，在生产加工设备使用一段时间之后，都应当拆卸机体，检查内壁是否受损。第四，传热装置的维护。一般情形下，使用过程中若出现成品材料出现被污染的情形，推测其原因可能是反应器传热装置出现故障。具体而言，可能由反应器密封性被破坏所致，也有可能缘于由机体内部粘附物。因而，在使用过程中，应当严格控制聚合的温度，且在后期维修过程中，定期拆卸清洗。

结束语

随着我国市场经济的持续发展，科学技术水平的不断提升，工业生产领域也得到了长远的进步和发展。由此，只有做好新材料生产加工设备的设计、制造、使用和维护工作，方可有效促进高分子材料研究的发展和进步。

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