随着水下切的普及，水下造粒机越来越多地受到酸的侵蚀。生物聚合物的使用不断增加是加深这一趋势的原因之一，因为 PLA 等材料可能含有游离乳酸。然而，问题也涉及商品树脂，因为它们的化学性质不断发展和复杂。
在过去的五年里，笔者一直在与聚烯烃造粒客户合作，这些客户常常报告造粒机模面和其他部件出现异常的局部损坏。最初被认为仅限于少数孤立案例的问题现在变得越来越普遍。根本原因是生产过程中使用或产生的酸，以及冷却水中的抗氧化剂或其他添加剂。
在最坏的情况下，化学侵蚀会损坏模板并导致生产停止（图1）。特别是在大规模生产中，造粒机可能一次运行数月，这种计划外停机的成本极高。
就生物聚合物而言，制造商和加工商承认还有很多东西需要学习，因此腐蚀问题并不令人意外，而且规模通常相当小。另一方面，对于聚烯烃生产商来说，意外的腐蚀可能是非常坏的消息。因更换模板而发生的计划外停机通常需要24小时或更长时间，而在100吨/小时的情况下，这可能会对上游炼油厂产生严重的连锁反应。显然，最好在腐蚀问题引发意外停机之前对其进行预测。
图1 酸腐蚀对该造粒机的切削面造成了严重损坏。照片：马格
不断发展的添加剂是主因
问题在于当今不断发展的聚合物配方和添加剂包，以及生物聚合物的日益普及。不可否认，这些新产品技术性更强、更复杂，也带来了生产挑战。就腐蚀而言，这些挑战经常出现在造粒过程中——即聚合物生产和塑料成品之间。
关键问题是，这些新配方可能会引入足以在关键位置引起腐蚀的酸，同时在散装材料中仍然难以检测。
通常，造粒机周围循环的冷却水保持中性或碱性，因此制造商可能不认为他们存在酸性问题。然而，在模面本身，即使整体pH值变化很小或没有变化，非常局部的酸侵蚀也会损坏挤出尖头周围的关键区域。
水下切割头由挤出机侧的模板和切粒机侧的刀架和刀具组成，形成一组磨损部件。它们的性能主要取决于它们支持热和机械应力循环的能力，从而实现同样可预测性的维护和生产连续性。然而，随着新聚合物或添加剂的开发，新的限制和现象正在出现。
图2 新模板的切割面。注意碳化钨上孔的锋利边缘。
即使在不像图1那样极端的情况下，新模板中挤出喷嘴的锋利边缘（图2）也可能会变钝（图3），从而导致切割质量下降和颗粒不合格。反过来，这可能会将设备寿命从几年缩短到几个月，甚至迫使设备意外停机。加速磨损还会导致颗粒质量差，制造商或许可以通过添加其他化学物质来控制尾料的硬度和温度来解决这个问题。讽刺的是，这很可能会使问题变得更糟，因为这一添加剂也会导致模板腐蚀。
图3 切削面显示由于局部化学附着而加速磨损，这降低了挤压孔边缘的锋利度。
选择耐腐蚀材料
早在1979年，领先的造粒供应商就开始在造粒机尖端使用碳化钨，这是加工过程中聚合物挤出的区域。由于这种硬质合金材料具有极高的硬度，这在设备寿命方面是一个突破。
然而，事实证明，在某些情况下，碳化钨很容易受到酸的侵蚀。碳化钨不是均质材料；通常，微观碳化物晶粒嵌入金属或陶瓷基体中，以提供机械强度和韧性。而并非所有等级的碳化钨都是一样的，在错误的条件下，颗粒结构代表了化学侵蚀的可能性。
传统上，模板的大部分由不锈钢制成，并且不锈钢和碳化钨笔尖之间的接头也容易受到腐蚀。 解决方案是用哈氏合金或铬镍铁合金等超级合金制造模板，并用因其耐腐蚀性而选择的碳化钨等级制造挤压尖头。我们还关注用于连接尖端的钎焊工艺。
由此产生的混合耐酸 (HAT) 模板（图4）将标准不锈钢与铬镍铁合金和高性能碳化钨相结合，以提高强度，从而实现终极耐腐蚀性。
图4 模板包含由固体铬镍铁合金制成的部件，以实现最大的耐腐蚀性。
由于使用固体材料而不是表面处理，HAT模板已被证明可以显着延长模板寿命，同时减少停机和不合格颗粒。实际上，模板的使用寿命可以延长10倍，前提是它们是腐蚀条件下的传统同类产品，并且在某些情况下，改进非常显着。例如，一家PLA制造商最初只能运行五天，然后模板就需要重新研磨。通过更新材料，材料供应商现在可以在重新研磨前六个月实现连续生产。
完整的造粒系统
当然，模板只是整个造粒系统的一部分，尽管是一个非常重要的部分。例如，另一个关键的工程决策是 用硬度低于碳化钨刀尖的碳化钛复合材料制造切割刀。使刀具以受控的速度磨损，使其能够自动保护昂贵的模板。
图5所示的中央喷射系统 (CIS) 就是一个例子。采用直径1,500毫米的模板和中央注水系统，处理量高达100吨/小时，与传统的相比，使用寿命延长了 30%解决方案。
图5 带中央注水的切割头系统。
CIS包括一个带有凹槽锥体和剑形刀具的自对准刀架。它 是高熔融指数或过氧化物聚合物的有效解决方案。 水通过模板流向切割面，改善颗粒冷却和喷射。通过利用现有的工艺供水，CIS系统有助于减少废物和水消耗。
新聚合物、新共混物和新添加剂产生的微量酸可能会对造粒机模板造成昂贵的损坏，在某些情况下还会对生产链上的其他设备造成昂贵的损坏。为了减少代价高昂的停机，仔细选择材料可以提高模板和其他关键部件的耐腐蚀性。