聚醚醚酮熔体过滤换向阀的设计与应用

王树江 张洪刚

（长春工业大学 化工学院 130012 长春）

摘 要：聚醚醚酮过滤生产过程中需要物料换向，由于操作温度、压力较高，物料粘度较大，市场及生产厂家提供不了需要的相应装置。根据实际生产条件及物料特性，仿照三通阀的原理，设计、制造了一种换向阀。通过试车、调整，成功实现了聚醚醚酮过滤生产的物料换向，解决了实际生产的物料换向问题。同时，对其他高温、高压过程的熔体换向具有一定适用性。

关键词：聚醚醚酮 过滤 高温高压 换向阀

中图分类号 TQ55.8 文献标识码 A 文章编号

Design and Application of Reversing valve of Melt Peek Filter

WANG Shu-Jiang ZHANG Hong-Gang

（School of Chemical Engineering, Changchun University of Technology, Changchun 130012 China)

Abstract: Because of Peek filter needing change of direction in the production process, and the operation temperature and pressure being higher, viscosity being bigger, markets and manufacturers can not provide the needs of the corresponding device. It designs and manufactures a kind of reversing valve according to the actual production conditions and material properties, modeling on the three-way valve principle. Through the test, adjustment, the successful implementation of the peek is filtered to produce a material change, solve practical production material reversing problem. At the same time, it has certain applicability to other melt reversing which are high temperature, high pressure process.

Key words: Peek; Filter; High temperature and high pressure; Reversing valve

聚醚醚酮是近年开发出的一种机械强度、热稳定性十分优良的先进高分子材料。在聚醚醚酮合成过程中由于氧化等原因，会产生粒度不等的胶体。同时，其原料、精制过程也会带入一些灰尘等杂质。这些杂质虽然很细小，但对于高科技领域，尤其航空航天、仪器仪表、军事等领域，对其应用受到一定程度的限制，因此，除掉一定粒度的固体杂质是生产高端聚醚醚酮产品必要过程。

笔者曾长时间参加聚醚醚酮生产工作，并参考普通高聚物过滤设备、过滤方法^[1]，成功建立一套聚醚醚酮挤出过滤装置，实现了聚醚醚酮的连续过滤生产。其工艺基本与图1（除换向阀以外）相同。但生产中发现，过滤网使用时间较短，生产成本太高。尤其在停车十几个小时以后再开车，前一次停留在管路中的物料须经过几个小时才熔融，且在熔融过程中有少许物料碳化。加过滤网过滤，由于过滤精度高，换网时间更短，不然，由于网前压

图 1 聚醚酮过滤装置构成图

力过高，开不起来车。不加过滤网，使用物料硬性冲顶，由于熔体聚醚醚酮粘度较大，处理时间较长，物料浪费较多。最后采用物料换向方式解决此问题，即在熔体泵与换网器之间加一个物料换向装置。当新开车时，物料含杂质较多，不让其经过换网器直接从另一口将物料排出，并经挤出机头造粒，此物料作为一般物料处理。一段时间后，改变物料流向，使其经过过滤网，截除前几分钟流出的物料，此后作为高端产品。

经过咨询厂家，没有厂家能够制造耐压40MPa,温度400℃的三通阀，但有厂家可提供图2的换向装置。

图 2 熔体过滤换向装置图

此装置与换网器原理相同^[2]，不同的是物料始终有一流通管路，即开车后的前一段时间，物料从造粒口流出，待杂质基本排除，再由液压装置推动滑板，接通过滤管路，将物料进行过滤。

此装置虽然可解决物料换向，但结构相对复杂。有滑动板及液压装置^[3]，整体较大，造价较高，使用也不方便。

基于以上状况，为解决实际生产之急需，我们特设计、加工了聚醚醚酮熔体过滤换向阀。

此换向阀的原理是三通阀的制作原理。由于物料温度较高，375℃，压力较大，40MPa，因此，制作此换向阀的材质选取要严格,采用A1A合金钢，并经高温渗碳等处理。一方面保证高温时阀芯能转动；另一方面要确保材质对物料无污染。根据生产需要，结合三通阀原理，设计了图3的换向阀。其中重点环节有几点：1）、阀体下端是一体的，防止高压时有物料渗漏。阀体下端设有电加热保温板，一旦有物料渗出，就会产生烟气，污染操作环境及危及操作人员的身体健康，同时，也有可能污染过滤后的物料，因此要绝对避免物料渗出。2）、阀盖上端设有循环水冷却室，防止物料从阀杆与阀盖之间的间隙有物料渗漏。为避免与阀体下端加热保温相矛盾，阀盖的上部相对长一些。3）、由于使用中换向并不频繁，采用直杆手柄。考虑阀芯与阀体间隙较小，且处于高温状况，阀芯旋转阻力会较大，因此手柄要粗一些，长度要大一点，必要时还可加套管转动。4）、为防止阀芯上下串动，阀体中流道不同心，阀芯与阀盖之间设有石棉垫片。此垫片除阻止阀芯上下串动外，还不妨碍阀盖的紧固，确保阀盖与阀体之间不漏料。阀体与管路采用法兰及高强螺栓连接，连接部位无任何垫片，完全靠精细加工阻止物料外泄。另外，物料通入初期，使用电加热板将阀体加热到375℃，然后通入物料。

经过加工制作、安装后，在无物料通入情况下，将阀体加热到400℃，旋转手柄，阀芯相对较紧。冷却，取下阀芯，做进一步表面处理，确保375℃及有物料通过时阀芯能够转动。经投料试车，此阀不漏料，操作简单，造价又低，成功解决了聚醚醚酮生产过滤的物料换向问题。

此换向阀的有益效果是：解决了高温高压时的熔体物料换向问题，从而延长过滤网的使用时间，降低了生产成本。同时，对其他高温、高压过程的物料换向具有一定适用性。

图3 聚醚醚酮熔体过滤换向阀主视图 图4 聚醚醚酮熔体过滤换向阀俯视图

图1说明：1-阀体；2-接管螺栓口；3-物料流通管；4-测温孔；5-阀盖螺栓；6-阀盖；7-冷却水出口；8-螺旋上升阀芯段；9-金属垫片；10-手柄；11-手柄紧固螺栓；12-冷却水入口；13-冷却水室紧固螺栓；14-垫片；15-阀芯；16-造粒物料出口；17-过滤物料出口。

具体操作过程：设备运转前，要对阀体（1）、阀盖（6）下部加温，通过在测温口（4）的测温探头将温度控制在375±5℃，并在此时，打开冷却水，使冷却水由冷却水入口（12）流入，由冷却水出口（7）流出，并由红外测温枪检测螺旋上升阀芯段（8）的下端表面温度，调节水速，保证此处的温度不高于250℃（250℃后，物料变软）.

此时，经挤出机加热挤出的物料从物料流通管（3）进入过滤换向阀后，当换向阀出口对准造粒物料出口（16）时，此时，过滤物料出口（17）被堵死，物料不能通过此口。经过造粒物料出口流出的物料直接由机头造粒，并作为一般产品处理。一段时间后，管路中物料杂质相对较少，旋转手柄（10），使阀芯（15）对准造粒物料出口被堵死，物料由过滤物料出口流出，再经其后的精密过滤网过滤，造粒，作为高纯产品。

换向阀组装时通过阀盖螺栓（5）将阀体（1）与阀盖（6）紧密连接起来，并由石棉垫片（9）的厚度掌控阀芯（15）上下松动程度.换向阀安装时通过接管螺栓口（2）将阀与管路连接。循环水管路漏水与否可通过冷却水室紧固螺栓（13）调整。手柄（10）可由金属垫片（9）及手柄紧固螺栓（11）调整。

参 考 文 献

[1] 王振保，张华林．挤出机用熔体过滤装置的种类及发展[J]．中国塑料，2002，16(11)：13～16.

[2] 姚祝平，换网技术的开发与应用[J]，中国塑料，1999．(10)：74.

[3] 王振保，王振宇，王建科．挤出机新型过滤器的结构与特点[J].塑料加工,1998,26(3):52～56.

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联系人：王树江（1964年4月出生），男，硕士，副教授，系主任。从事精细化工研究、生产及设备设计工作。E-mail:wsj20091010 @163.com

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