超声波技术在AF4设备增塑剂系统清洁中的应用*

俞裕波，苏小燕

（1.厦门卷烟厂，福建 厦门 361000；2.厦门兴才职业技术学院，福建 厦门 361000）

增塑剂系统的作用是使丝束在松弛区内喷上雾化的增塑剂，丝束纤维的表面被溶解并在喷涂点连成网状，由此得到一个硬固的滤嘴结构。未被喷涂到的滤嘴被追踪到滤嘴转交位置然后被剔除[1]。

1 AF4增塑剂系统的工作原理

设备启动时，当KDF所有必需的信号已经存在（滤嘴条切断器关闭，SCP节拍脉冲）时，喷涂工序即可开始[2]。增塑剂泵在电机M207驱动下以恒定转速运转，将增塑剂箱内的增塑剂经过过滤后抽吸上来，经过压力传感器后通过分油块将增塑剂均匀分配给7个喷嘴，由此在喷嘴处生成压力形成雾化效果。喷嘴压力随着泵的转速成比例地变化[3]。压力通过压力传感器监测，避免管道堵塞、增塑剂不足引起的质量问题，正常情况下喷嘴的压力为10 bar。压力实际值将在报告维修服务AF/喷涂中的VISU系统中显示在喷洒室内。增塑剂的喷涂量是通过喷洒室盖上的闸门开口大小来决定的[4]。闸门的开度是由增塑剂的喷涂量和KDF的滤嘴条速度计算得出的。另外，为了保证良好的雾化效果，喷嘴喷涂有一个内部温度调节功能，每个喷嘴单独加热[5]。运行时所有7个喷嘴都由一个恒温器监控，并通过加热器相应地调节温度。如果喷嘴温度过低，则所有7个喷嘴的加热器接通。如果某个恒温器关闭，而喷嘴已达到其温度，则所有7个喷嘴的加热器关闭[6]。如图1所示。

图1 增塑剂系统结构图

2 增塑剂系统管路的堵塞造成增塑剂雾化不良，引起滤棒产生胶孔质量缺陷

增塑剂的作用是使滤棒达到一定的硬度，目前厦门卷烟厂使用的增塑剂为三醋酸甘油酯。通过增塑剂施加装置将增塑剂均匀地喷洒在丝束带上，单丝表面会形成不均匀、间断的黏性流层，然后逐步扩散到丝束纤维结合点上，最后使得滤棒内成千上万根单丝通过一个个结合点粘连在一起，并固化，最终形成符合生产标准的滤棒[7]。但是当单位面积施加超量的增塑剂时，增塑剂首先软化丝束表面并且缓慢地向丝束内部渗透，逐步扩大到丝束的其他区域，随着增塑剂的更进一步渗透，整根丝束形成黏性流层，丝束数量越多，溶洞体积越大。滤棒在固化一定时间后，增塑剂融化丝束后形成的溶洞称为胶孔[8]。

因此，计量泵按照车速输送定量增塑剂，当增塑剂系统管道堵塞的时候，增塑剂在喷出时不能很好地形成雾状，增塑剂呈滴状或水柱状喷出，且喷出角度小，集中在很小的范围内，接触到增塑剂的丝束部分增塑剂量太大，胶孔滤棒大量出现。因此，操作者需要定期对增塑剂系统进行清洁保养，减少管道堵塞的问题[9]。通过对增塑剂系统的工作原理进行分析，增塑剂系统增塑剂输送过程包含过滤器、压力传感器、进油管、分油块、增塑剂加热器、增塑剂喷嘴和回油管。增塑剂是无色油状液体，且在制备的过程中含有杂质，像压力传感器、进油管、分油块和回油管这些孔径较大的通道，增塑剂很难出现堵塞问题。主要是过滤网、增塑剂加热器和增塑剂喷嘴，这些结构是致密小孔，当设备停止运行时，增塑剂黏附在小孔内侧壁上，丝束飞花和增塑剂内的杂质等形成表面污垢，需要定期进行清洁。正常的浸泡、气枪吹洗都很难将零件内孔内侧壁的污垢清洗干净。因此，操作者需要花费很大的成本对堵塞的零件进行更换，造成了极大的浪费。研究表明，超声波清洗技术对于缝隙和微小孔都有很高的清洗作用，本研究希望能将超声波技术应用到增塑剂系统清洗工艺上。

3 超声波清洗技术在AF设备增塑剂系统清洗工艺上的应用

3.1 超声波清洗技术的工作原理

超声波的频率高于20 000 Hz，是人的耳朵不能听到的声音。它的波长较短，近似于直线传播，且能量容易集中，因此能引起剧烈振动，产生许多特殊效应。而超声波清洗机就是利用超声波的空化作用，由于超声波频率高、能量大，在液体中传播时容易形成很多小空腔，这些小空腔在收缩的过程中，产生巨大的压强差，从而产生巨大的热能，形成局部的强压力，从而实现液体的变化。因此， 通过超声空化作用产生的巨大压力能破坏不溶性污垢，使其分化为溶液[10]。另外，气泡破裂时形成的射流所产生的微流化效应能，破坏污物，除去或削弱边界污层，使污物很好地与水基溶剂相结合，代替危险的卤代烃，为清洗物表面提供了更清洁的溶剂。而清洗困难的零件内部的致密小孔又细又长，通过浸泡和气枪清洗的话，孔内壁与液体和气体碰撞的能量不断减弱，很难将孔内壁的污垢清洗干净，而超声波清洗就不一样了，可以利用超声波的空化作用来去除油污，达到疏通管道的目的[11-14]。

因此，根据清洗零配件的尺寸，本研究选用一款内槽尺寸为330*150*100的超声波清洗机。

3.2 超声波清洗的工艺参数分析

超声波清洗主要依赖于超声波空化。为保证超声波清洗效果，必须选择合适的超声振动频率、清洗液的种类和温度。

第一，超声振动频率。一般来说，超声波清洗的振动频率需要控制在20 kHz~80 kHz。频率越低，空化的作用越好，清洁的效果也就越好。因此，为了保证清洁的效果，选用频率为40 kHz、功率为360 W的超声波电源，采用双频和多频，以避免清洗盲区。

第二，清洗温度和清洗液的选择。温度的升高能够强化清洗液的活性，降低污物的表面张力，增强清洗效果。但是并不是温度越高越好，需要根据清洗液的实际情况进行选择。例如，水基清洗液的最佳温度在35 ℃~60 ℃。三醋酸甘油酯为无色油状液体。熔点3 ℃，沸点258 ℃~259 ℃，能与乙醇、乙醚、氯仿和苯混溶，微溶于水和二硫化碳，25 ℃时在水中溶解度为5.9 g/100 mL。综上所述，根据三醋酸甘油酯的性质和零件特性进行选择。首先，对喷嘴加热器组件的清洗温度和清洗液进行选择。喷嘴加热器组件上有电子元件，在清洗的过程中需要避免电子元件接触到水，而且加热温度不能过高，防止水汽跑到电子元件内部。因此，选用乙醇清洗液，清洗温度25 ℃。其次，对过滤器的清洗温度和清洗液进行选择，过滤器内通过胶水进行黏合固定，过高的温度会产生脱胶现象，温度不宜过高。过滤器是网状结构，孔隙较大。因此选择水基清洗液，温度50 ℃。最后，对增塑剂喷嘴清洗的温度和清洗液进行选择，增塑剂喷嘴是金属零件，不易损坏。选择水基清洗液，温度60 ℃。

3.3 在设定工艺参数下，清洗过滤网、增塑剂喷嘴和喷嘴加热器

为了准确地测定超声波清洗对过滤网、增塑剂喷嘴和喷嘴加热器的使用价值，采用模拟实验的方式，将实验分成三组。分别对过滤网、增塑剂喷嘴和喷嘴加热器的清洗效果进行论证。清洗的时间设定为1个小时。

1）实验一：对喷嘴加热器的清洗效果进行论证。

将之前堵塞的废弃的喷嘴加热器分成两组，重新安装到设备上，当设备运行时，管道内的压力传感器将检测到的数值显示在VISU控制面板上。通过面板可以观测到检测到的压力为16 MPa（标准值10 MPa），超过设备的报警线，设备无法运行，说明喷嘴加热器内孔堵塞。

方法一：首先使用热水浸泡4个小时，然后使用气枪对喷嘴加热器小孔进行二次清洁，清洗完后安装到设备上。再次运行设备，管道内的压力传感器检测到的压力还是16 MPa，且增塑剂喷洒呈柱状，没有达到清洗效果。

方法二：将喷嘴加热器组件固定在篮子上，避免喷嘴加热器在清洗时晃动，导致喷嘴加热器的加热组件浸润到液体中，引起电子元件短路。将乙醇清洗液倒入，注意清洗液不要碰到电子元件，按设定好的温度进行清洗。清洗完后安装到设备上。再次运行设备，通过面板可以观测到检测到的压力为10 MPa，增塑剂喷洒呈雾状，清洗效果明显。

2）实验二：对增塑剂喷嘴的清洗效果进行论证。

将之前堵塞的废弃的增塑剂喷嘴分成两组，安装到设备上，当设备运行时，管道内的压力传感器将检测到的数值显示在VISU控制面板上。通过面板可以观测到检测到的压力为13 MPa（标准值10 MPa），且增塑剂喷洒呈柱状，说明增塑剂喷嘴内孔堵塞。

方法一：首先使用热水浸泡4个小时，然后使用气枪对喷嘴小孔进行二次清洁，清洗完后安装到设备上。再次运行设备，通过面板可以观测到检测到的压力为12 MPa，且增塑剂喷洒呈柱状，清洗效果没有达到要求。

方法二：将增塑剂喷嘴放在篮子内，倒入水，按设定好的温度60 ℃进行清洗。清洗完后安装到设备上。再次运行设备，管道内的压力传感器检测到的压力为10 MPa，且增塑剂喷洒恢复雾状，清洗效果明显。

3）实验三：对过滤器的清洗效果进行论证。

将之前堵塞的废弃的过滤器安装到设备上，当设备运行时，由于过滤器堵塞，导致管道内的流量变小，面板上显示的压力传感器检测到的压力为8 MPa（标准值10 MPa），且增塑剂喷洒角度变小。说明过滤器堵塞造成通道内增塑剂供给压力不足，造成喷洒压力不足，需要对过滤器进行清洗。

方法一：由于过滤器使用胶水黏合，使用热水清洁会导致脱胶。因此，使用清水浸泡1天后，通过气枪对过滤网进行二次清洁。清洗完后安装到设备上。再次运行设备，管道内的压力传感器检测到的压力为9 MPa，且增塑剂喷洒角度变小，清洗效果没有达到要求。

方法二：将过滤器放在篮子内，倒入水，按设定好的温度50 ℃进行清洗，清洗完后安装到设备上。再次运行设备，管道内的压力传感器检测到的压力为10 MPa。增塑剂喷洒角度恢复正常，清洗效果明显。

4 总结

通过实验数据得到超声波清洗技术很好地解决了增塑剂系统的过滤网、增塑剂喷嘴和喷嘴加热器清洗困难的问题。采用超声波清洗技术不仅方便了设备的维保清洁，延长了零件的使用寿命，而且还降低了维修的费用，值得推广。