计量泵

塑料薄膜的成型加工要拥有多种,例如有压延法、流延法、吹塑法、拉伸法等,最近几年来双向拉伸膜成为人们关注的焦点。今后,双向拉伸技能将更多地向着特种功效膜,如厚膜拉伸、薄型膜拉伸、多层共挤拉伸等方向发展。

最近几年来,顺应包装行业对包装物要求的不停提高,各种功效膜市场发展迅速。经过双向拉伸生产的塑料薄膜可有效改善材料的拉伸性能(拉伸强度是未拉伸薄膜的3-5倍)、阻隔性能、光学性能、耐热耐寒性、尺寸稳定性、厚度匀称性等多种性能,并具备生产速度快、产能大、效率高等特点,市场迅速发展。

双向拉伸原理

塑料薄膜双向拉伸的原理:是将高聚物树脂通过挤出机加热熔融挤出厚片后,在玻璃化温度以上、熔点以下的适当温度范围内(高弹态下),通过纵拉机与横拉机时,在外力效用下,先后沿纵向和横向进行必然倍数的拉伸,从而使高聚物的分子链或结晶面在平行于薄膜平面的方向上进行取向而有序排列;然后在拉紧状态下进行热定型使取向的大分子结构固定下来;最后经冷却及后续处理便可制得抱负的塑料薄膜。

双向拉伸薄膜生产设备与工艺

双向拉伸薄膜的生产设备与工艺,以聚酯(PET)为例简述如下:

配料与混合

平凡聚酯薄膜所施用的原料主要是有光PET切片和母料切片。母料切片是指含有添加剂的PET切片,添加剂有二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、高岭土等,应根据薄膜的不同用途选用相应的母料切片。聚酯薄膜一般接纳必然含量的含硅母料切片与有光切片配用,其效用是通过二氧化硅微粒在薄膜中的分布,增长薄膜表面微观上的粗糙度,使收卷时薄膜之间可容纳少数的空气,以防止薄膜粘连。

有光切片与必然比例的母料切片通过计量混合机混合后进入下一工序。

结晶和干燥

对有吸湿倾向的高聚物,例如PET、PA、PC等,在进行双向拉伸之前,须先进行予结晶和干燥处理。一是提高聚合物的软化点,避免其在干燥和熔融挤出过程当中树脂粒子互相粘连、结块;二是去除树脂中水分,防止含有酯基的聚合物在熔融挤出过程当中发生水分解降解和产生气泡。

PET的予结晶和干燥设备一般接纳带有结晶床的填充塔,同时配有干空气制备装置,包括空压机、分子筛去湿器、加热器等。

予结晶和干燥温度在150-170℃左右,干燥时间约3.5-4小时。干燥后的PET切片湿含量要求控制在50ppm以下。

熔融挤出

熔融挤出包括挤出机、熔体计量泵、熔体过滤器和静态混合器。

1 熔融挤出机

经过结晶和干燥处理的PET切片进入单螺杆挤出机进行加热熔融塑化。为了保证PET切片塑化良好、挤出熔体压力稳定,螺杆的结构很是重要。除对长径比、压缩比、各功效段均有必然要求外,还出格要求是屏障型螺杆,因为这类结构的螺杆具备以下几个特点:1)有帮助于挤出物料的良好塑化。2)有帮助于挤出机出口物料温度匀称一致。3)挤出机出料稳定。4)排气性能好。5)有帮助于提高挤出能力。

若挤出量不是太大,保举选用排气式双螺杆挤出机。排气挤出机有两个排气口与两套抽真空系统相毗连,具备很好的抽排气、除湿功效,可将物料中所含的水分及低聚物抽走,可以省去复杂的预结晶/干燥系统,既节省投资又可降低运行成本。

挤出机温度设定,从加料口到机头约为210℃-280℃左右。

2 熔体计量泵

熔体计量通太高精度的齿轮泵来实现。计量泵的效用是保证向模头供给的熔体具备足够而稳定的压力,以克服熔体通过过滤器时的阻力,实现薄膜厚度的匀称性。计量泵通常接纳斜的二齿轮泵,为了进一步提高计量精度,也有的选用三齿轮泵。因为三齿轮泵比二齿轮泵脉冲小,其泵出量的波动也小。计量泵的加热温度在270℃-280℃。

3 熔体过滤器

为了去除熔体中有可能存在的杂质、凝胶粒子、鱼眼等异物,常在熔体管线上计量泵的前后各安装一只过滤器。PET薄膜生产线通常接纳碟状过滤器,其材料为不锈钢网与不锈钢烧结毡组合而成。不锈钢碟片的尺寸为Φ12英寸,过滤网孔径一般在10-30μ。过滤器加热温度控制在275-285℃。

4 熔体管

熔体管的效用是将挤出机、计量泵、过滤器等与模头毗连起来,让熔体从中通过。要求熔体管内壁高度光洁且无角落,熔体管串连起来的长度应尽量短,以避免熔体在其中滞流、停留时间过长而产生降解。

来自挤出机的熔体进入熔体管后,分别流经粗过滤器、计量泵、精过滤器后进入模头。如是三层共挤生产线,在模头上方还配置一个熔体分配器。过滤器、计量泵和熔体管等可以用电加热,也可用导热油夹套加热。熔体管加热温度控制在275-285℃。

5 静态混合器

熔体流过熔体管时,沿着管壁的熔体温度与熔体中心的温度有较大的温差,为使进入模头的熔体温度匀称一致,以保证模头出料匀称,须在熔体管毗连模头的一端内部安装若干组静态混合器,熔体流过静态混合器时,会自动产生分—合—分—合的混互助用,从而到达熔体温度匀称化的目的。

铸片系统

铸片系统主要包括模头、急冷辊和铸片贴附装置等。

1 模头:是流延铸片的关键,它直接决定铸片的外形和厚度的匀称性。PET常接纳衣架型长缝模头,模头开度通过若干个带有加热线圈的推/拉式差动螺栓进行初调,并通过在线测厚仪的自动测厚、反馈给模头的加热螺栓进行模唇开度的微调。模头温度控制在275℃左右。

2 急冷辊(铸片辊、俗称冷鼓):是将流出模头呈粘流态的PET熔体在匀速转动的急冷辊上快速冷却至其玻璃化温度以下而形成玻璃态的厚度匀称的铸片。急冷的目的是使厚片成无定型结构,尽量减少其结晶,以避免对下道拉伸工序产生不良影响。为此,对铸片辊要求:一是其表面温度要匀称、冷却成效要好;二是要求急冷辊转速匀称而稳定。铸片辊内通30℃左右的冷却水,以保证铸片冷至60℃以下。

3 静电吸附装置:其效用是使铸片与急冷辊能紧密接触,防止急冷辊转动时卷入空气,以保证传热—冷却成效。静电吸附装置由金属丝电极、高压发生器及电极收放力矩电机等构成。其工作原理是哄骗高压发生器产生的数千伏的直流电压,使电极丝、铸片辊分别变成负极和正极(铸片辊接地),铸片在此高压静电场中因静电感应而带上与铸片辊极性相反的静电荷,在异性相吸的效用下,铸片与急冷辊表面紧密吸附在一起,到达排除空气和良好传热的目的。

对非极性高聚物如PP,接纳静电吸附的成效不及具备极性的PET,故BOPP双拉生产线铸片时,通常接纳气刀法贴附。

纵向拉伸(MDO)

纵向拉伸是将来自铸片机的厚片在加热状态下进行必然倍数的纵向拉伸。纵向拉伸机由预热辊、拉伸辊、冷却辊、张力辊和橡胶压辊、红外加热管、加内燃机组及驱动装置等构成。

预热辊:一般有8只,辊筒表面镀铬,一字形排列,温度 60℃-80℃。

拉伸辊:如是单点拉伸,有一只慢拉辊、一只快拉辊,表面镀铬。慢拉辊温度80℃-85℃,快拉辊温度30℃。

冷却辊:一般有4只,辊筒表面镀铬,一字形排列,温度30℃、50℃。

张力辊:二只,分别位于第一个予热辊和第四个冷却辊的上方。

纵拉比:一般在3-3.5倍,它是通过慢拉辊与快拉辊之间的速度差而产生的。

横向拉伸(TDO)

横向拉伸机结构比较复杂,它由烘箱、链夹和导轨、静压箱、链条张紧器、导轨宽度调治装置、开闭夹器、热风循环系统、润滑系统及EPC等构成。横拉机构有进膜、预热、拉幅、缓和冲突、定型和冷却等功效段。

横拉机的效用是将经过纵向拉伸的薄膜在横拉机内分别通过预热、拉幅、热定型和冷却而完成薄膜的双向拉伸。

横向拉伸的主要工艺参数有:

拉伸温度:因经过纵向拉伸的薄膜已有必然的结晶取向度,故横向拉伸温度要比纵拉高15℃-25℃,具体温度取决于薄膜的厚度和拉伸速度。

拉伸倍数:对均衡膜,横向拉伸倍数与纵向拉伸倍数基真相同或接近;对强化膜,纵向拉伸倍数要大于横向拉伸倍数。

热定型温度与时间:在生产非收缩性薄膜时,横向拉伸后必需进行热定型处理,目的是完善其结晶取向过程,消除内部策应力,增长尺寸稳定性。热定型温度应选择PET结晶速度最大的温度段,即190℃-210℃,热定型时间约需3-6秒。

冷却温度:热定型后的PET薄膜还要进行热松弛处理,最后进入冷却段风冷至100℃以下。

牵引收卷与分切

本工序由若干个牵引导向辊、冷却辊、展平辊、张力辊、跟踪辊及切边装置、测厚仪和电晕处理机等构成。

测厚仪是测量与调治薄膜厚度的重要设备,它不仅有显示薄膜厚度的功效,而且还具备自动反馈控制薄膜厚度的功效。反馈控制包括:控制模头膨胀螺栓的加热功率或温度,调治薄膜的横向厚度;控制计量泵或铸片辊的转速,调治薄膜的纵向厚度。在线测厚仪有多种:如β测厚摄谱仪、X射线测厚仪、红外线测厚仪等,因近红外测厚无环境污染、对人体无伤害,目前应用比较普遍。

电晕处理机的工作原理是通过在电极上施加高频高压电流,使电极产生电晕放电,气体电离产生高能离子,在强电场效用下冲击塑料薄膜表面,使薄膜表面活化,以增长薄膜的表面湿张力。例如PET在未处理前的表面湿张力为40-42达因/厘米,经电流通过晕处理的表面湿张力可达50-55达因/厘米,这样就可大大提高印刷油墨或真空镀铝层对PET表面的附出力。出格的BOPP和PE膜,因是非极性聚合物,如不经电晕表面处理,底子无法进行印刷或镀铝。

薄膜收卷:薄膜通过张力控制辊、展平辊、跟踪辊,最后完成收卷工作。收卷张力的控制包括张力的设定、张力衰减及张力补偿等,对薄膜收卷的质量影响很大。

分切机:从收卷机卸下的大膜卷,根据产品标准或用户的要求须在分切机上切成必然的规格,然后经过检验、包装即为成品。分切机的工艺参数主要是收、放卷张力,橡胶压辊结构及其压力,分切速度包括初始升速等的控制。

双向拉伸的发展方向

近几年,中国双向拉伸生产线发展很快,各种塑料薄膜大小双拉生产线已有近百条,但大部分是从外洋引进的。外洋薄膜双拉生产线供应商主要有Brückner、DMT、DORNIER、MITSUBIHI等。目前,国内薄膜双拉生产线也在突起,也有几家可以自主设计、制造薄膜双拉生产线,但生产线规模和技能水平另有必然的差距。

分析当前薄膜市场,今后薄膜双拉生产线的发展方向具备以下特点:

(1) 向薄型膜、厚型膜发展

以BOPET薄膜来说,目前国内双拉生产线所生产的规格大部分是在8-75μ范围内,在此厚度范围的产能已远远供大于求。但4μ以下或150-300μ的厚膜却有相当大的发展空间,出格是厚膜的应用范围在不停扩展,如液晶显示器及等离子显示装置的掩护屏膜对PET厚膜需用量相当大,值得关注。太阳膜、防爆膜在汽车和建筑物方面的应用也日益广泛,市场极其广漠。别的,许多厂家为了开发PET不夹杂产品,2米左右宽的小型双拉实验线也颇受欢迎,因为大线做新品开发实验华侈大、危害也大。

(2) 向多层共挤拉伸发展

为了提高薄膜的综合性能,此刻双拉生产线多接纳A/B/A、A/B/C甚或更多层的结构。接纳多层共挤可以生产多功效的、满足不同用途的薄膜,如热封膜、高阻隔膜、抗紫外线辐射膜等。

(3) 设计特种薄膜双拉生产线

热收缩薄膜在方便食品、饮料市场、电子电器、日用商品、收缩标签等方面都有广泛应用,而且只要求横向有大的收缩,这就需要拉伸设备的设计做相应的改变,以满足横向高收缩率的要求。

(4) PET薄膜直拉生产线

PET树脂是由PTA与EG直接酯化、缩聚后铸片、水下切粒、风干、包装而成PET切片商品出售。薄膜生产厂家购进PET切片(包括母料切片)后,需先进行混料、结晶干燥、加热熔融挤出、熔体计量、过滤、……铸片、直至最后双向拉伸成膜。但是,如果将PET树脂生产装置与PET薄膜双拉生产线毗连起来,即将聚酯缩聚釜的出料口通过熔体管与双拉生产线的模头、铸片装置、MDO、TDO等工序直接毗连拉膜,可以省去结晶干燥、熔融挤出、熔体过滤等工序,这不仅节省设备和厂房投资,节约能源,降低生产运行成本,而且能提高薄膜品质,减少PET切片二次加热氧化降解,这些都是直拉法的优势。为此,设计顺应直拉法制膜的双拉生产线,也是PET薄膜双向拉伸的一个发展方向。

作者:冯树铭

新闻来源:江阴金中达新材料有限公司