挤出吹塑薄膜机组优化方案

时间：2023-06-20 理论教育 版权反馈

【摘要】：随着多层共挤吹塑薄膜的出现，使用多台挤出机，将不同性能的材料通过一个共挤螺旋式机头可吹塑成多层薄膜。PA的包裹主要是为了解决机头难以清理的问题。包裹技术需要增加一台挤出EVA的挤出机。在生产多层共挤吹塑薄膜中，加拿大的MACRO公司在下斜叠加式机头中最先获得成功。早期的吹塑薄膜采用外冷法冷却膜泡。

挤出吹塑薄膜机组优化方案

挤出吹塑薄膜是最常用的生产塑料薄膜的工艺方法，设备简单，投资小，能够适应多种塑料，操作容易，被广泛用来生产农用薄膜、工业薄膜、包装薄膜等制品。典型的吹塑薄膜机组主要由挤出机、机头、冷却风环、吹膜架、人字板和牵引装置、收卷装置等组成（图2-76），另外还有上料系统、测厚（测宽）装置、电晕处理装置等辅助装置。吹塑薄膜机组依据不同材料和不同产品的要求，有上吹、下吹、平吹之分（图2-77），各种方法的区别及特点见表2-24。

图2-76 吹塑薄膜机组

1—交流主电动机 2—减速器 3—挤出机 4—换网器 5—自动称量喂料系统 6—模头 7—带非接触式超声波探头的IBC内冷系统 8—电动鼠笼式稳泡器 9—薄膜厚度检测 10—旋转牵引和人字夹板 11—膜泡宽度测量和控制系统 12—自动纠偏装置 13—双面电晕处理机 14—全自动低张力收卷系统 15—控制柜

表2-24 上吹、下吹、平吹各种方法的区别及特点

（续）

图2-77 吹塑薄膜机组的形式

a）上吹 b）下吹 c）平吹

1—挤出机 2—进气管 3—机头 4—风环 5—膜泡 6—卷取辊 7—牵引辊 8—人字板 9—牵引架 10—导向辊 11—收卷机 12—平台

吹塑薄膜最初是用于生产农用薄膜及一般用途的包装薄膜，使用心棒式或者十字形式机头，当所生产的薄膜折径比较大时，要使用莲花瓣式机头（图2-78）。这些种类的机头都能够将熔融塑料形成完整均匀的膜管，使之能够吹胀成型。吹塑机头必须能够形成一定的压力，以保证塑料能够均匀密实的挤出。但是这类机头最大的问题在于所形成的膜管有合料缝，这会造成薄膜强度的薄弱环节。因此后来又开发了无接缝的螺旋式机头。随着多层共挤吹塑薄膜的出现，使用多台挤出机，将不同性能的材料通过一个共挤螺旋式机头可吹塑成多层薄膜。利用不同层材料的不同性能（主要是阻隔性能），可获得具备所需要的综合性能的阻隔薄膜。图2-79是三层共挤螺旋机头。

图2-78 不同的吹塑薄膜机头

a）心棒式机头 b）十字形机头 c）螺旋机头 d）莲花流道机头

图2-79 三层共挤螺旋机头

生产多层共挤吹塑薄膜为了把阻隔层分成为若干薄层，以减少昂贵的阻隔材料的消耗，也是为了能使薄膜变得柔软一些。多层共挤吹塑薄膜从3层，5层，现在已经发展到7层，9层，甚至11层，这要归功于叠加式机头，图2-80是平面叠加式机头的原理图。料从机头侧面进料，在各层间叠加面流动，叠加面上设有能够使料流均匀流向出料缝的流道。叠加式机头最大的优点是机头的层数可以任意组合，层数的变化不会影响机头内外径尺寸；并且每层的温度可以单独控制，能够根据不同料层的不同工艺温度分别控制，防止物料分解并获得最佳的层间结合。常见的多层复合膜的结构有三种。

图2-80 平面叠加式机头

1—模口间隙 2—绝热气隙 3—挤出机进料口 4—独立控制温度的模层组件（10件） 5—层组件连接螺栓 6—膜芯加热器 7—膜泡内冷却用大中心孔

（1）3层复合膜结构为：PA/粘合层/PE、EVOH/粘合层/PE。

（2）5层复合膜结构为：①LDPE/粘合层/EVOH/粘合层/LDPE；②PP/粘合层/PVDC/粘合层/PP；③LDPE/粘合层/PA/粘合层/LDPE。

（3）7层复合膜结构为：①PE/粘合层/PA/EVOH/PA/粘合层/PE；②PP/粘合层/PA/EVOH/PA/粘合层/PE。

还可以把叠加式机头叠加面设计成锥面，即锥形叠加式机头。锥形叠加面比平面叠加面密封性能更好，且机头本体的强度更好，能够承受更大的挤出压力，径向尺寸也比较小。锥形叠加式机头又有上斜叠加式（图2-81）和下斜叠加式（图2-82）之分。

图2-81 上斜叠加式

图2-82 下斜叠加式

上斜叠加式是分层进料，一次分流，适合较小直径（<500mm的机头），用在大直径机头上会使熔融物料的流动路程过长，引起物料压力损失和降解。下斜叠加式是从机头底面同一平面分别进料，流到相应的层面，进行分流，因此流道最短，并且每层流道螺旋线数量可以设计得比较多，从而得到均匀的厚度。下斜叠加式机头可以实现PVDC或者PA的包裹技术。由于PVDC的强腐蚀性，因此在进入机头前需要用EVA包裹。包裹以后的PVDC可以减少其他层塑料高温的影响，延长连续生产的时间。PA的包裹主要是为了解决机头难以清理的问题。包裹技术需要增加一台挤出EVA的挤出机。这一技术，首先在多层流延膜生产中得到应用。在生产多层共挤吹塑薄膜中，加拿大的MACRO公司在下斜叠加式机头中最先获得成功。

为了生产厚薄更加均匀的薄膜，采用旋转式机头是必要的。当然旋转机头结构比较复杂，造价也比较高，并且还容易出现漏料的问题，但是现在的加工技术，制造一个旋转式机头已经不是很困难的事情了。图2-83是旋转式机头结构。

图2-83 旋转式机头

1—调整垫块 2—轴承 3—传动链轮 4—电动机 5—转盘 6—加热圈 7—螺钉

还有采用机头不转，整个机架转动的。这种方式所生产的产品彻底消除了荷叶边和膜卷大小头等不良情况。

早期的吹塑薄膜采用外冷法冷却膜泡。图2-84所示为各种不同的风环设计，有普通风环（单风口）、多风口风环、旋转的单、双风口风环。多风口风环和旋转风环有利于膜泡的稳定，特别是对含有PA、EVOH等阻隔层的多层共挤膜，能够获得很好的效果。后来出现的内冷法，是吹塑薄膜技术的一次飞跃，大大提高了吹塑薄膜的生产效率以及适用材料的范围。内冷法有开式和闭式之分。开式内冷系统（图2-85）的冷风通过芯棒中的通道进入膜泡，冷却膜泡内壁，并且起支撑膜泡的作用，受热的气体通过与进气管同轴的管道排出，在稳泡架上设置有传感器，来自动控制进出气量。闭式内冷系统（图2-86）空气通过芯棒中的通道进入膜泡，在膜泡内强制循环，膜泡内有筒状热交换器，通水冷却空气。

图2-84 不同的风环设计

a）普通风环 b）多风口风环 c）旋转式风环（左为单风口，右为双风口）

1—风室 2—风环盖 3—进风口 4—风环体 5—膜泡 6—风环 7—机头

膜管离开机头后，在吹胀的同时进入稳泡装置。稳泡装置是为了稳住已经吹胀的膜泡，尽量不发生膜泡抖动，有利于控制薄膜厚度的稳定性。稳泡装置大部分是外置式的，其形式主要有：井式、滚动式、钢丝光圈式（图2-87）等。它们的使用范围见表2-25。

图2-85 开式内冷系统

1—挤出机 2—冷却空气连管 3—旋转螺旋机头 4—外风环 5—具有同步调整装置的径框 6—人字板 7—牵引辊 8—薄膜 9—控制膜泡大小的电子传感器 10—排风管 11—内风环 12—外风环鼓风机 13—抽气鼓风机 14—电子控制阀 15—内冷却系统鼓风机(www.daowen.com)

图2-86 闭式内冷系统

1—牵引辊 2—排气口 3—热交换器 4—膜泡 5—透平机 6—外风环 7—挤出机 8—电源线 9—接套 10—机头

图2-87 不同的稳泡装置

a）井式 b）滚动式 c）钢丝光圈式

表2-25 不同稳泡装置的使用范围

当吹塑HDPE薄膜时，为适应过程中产生较长的膜泡颈现象，宜选择内置稳泡装置（图2-88）。内置稳泡装置用木材或者铝棒制成圆柱形零件，外面包覆以绒布。当吹塑重包装膜时，应该是倒锥体形。

膜泡离开稳泡装置，即进入人字板，人字板把膜泡折成两层，宽度即薄膜的折径，这是薄膜重要的规格。薄膜辅机的规格与薄膜的折径密切相关。表2-26列出了与此相关的参数。

人字板有不同的形式，常用的有导辊式、木条栅格式、不锈钢板式，还有带水冷夹层的。图2-89表示了人字板不同的形式。在生产中常见在人字板上覆上绒布或者牛皮纸，这是为了减小对膜泡的摩擦。

图2-88 内置稳泡装置

1—内稳泡器 2—颈径

表2-26 与薄膜的折径相关的参数

当吹塑折径2m以上薄膜时，为了减小牵引辊的长度和膜卷的宽度，经常采用插板结构（图2-90）。插板安装在人字板中间、牵引辊之下，可以把膜泡的两侧折成四层，大大减小薄膜的牵引和收卷宽度。只是在使用插板时，要特别注意不能影响到牵引辊对膜泡的密封效果。

图2-89 人字板不同的形式

a）导辊式 b）不锈钢板式 c）水冷夹层式

图2-90 插板

吹塑薄膜辅机中最重要的是牵引装置。牵引装置由电动机、减速箱、传动链轮、牵引辊（光辊）、压紧辊（胶辊）、气动压紧装置组成。牵引辊（光辊）由电动机、减速箱、传动链轮带动，气动压紧装置将薄膜压紧在压紧辊（胶辊）和牵引辊（光辊）之间。牵引装置要求牵引辊安装水平，并且和胶辊平行。传动系统要求运转平稳，速度均匀，能够无极调速，并且要求有较强的自锁能力，以弥补负荷变化时对牵引稳定性的干扰。图2-91所示是牵引装置的简图。

图2-91 牵引装置简图

1—直流电动机 2—传动带 3—蜗轮蜗杆减速器4—链轮 5—链条 6—橡胶辊 7—光辊 8—活塞杆 9—活塞 10—牵引辊推顶气缸 11—牵引架平台

薄膜的卷曲要求平整，张力不变。卷曲主要有中心卷曲和表面摩擦卷曲两种。

表面摩擦卷曲是由动力传动带动主动摩擦轮，利用与卷曲辊之间的摩擦力，将薄膜卷在卷曲心轴上，由于此时的卷曲速度取决于主动摩擦轮的表面速度，而与所卷曲的膜卷直径无关，因此这是一种简单又实用的卷曲方式，被广泛应用于农膜、包装膜生产中。图2-92是单工位的表面摩擦卷曲，图2-93是多工位表面摩擦卷曲，图2-94是多主动摩擦轮的表面摩擦卷曲，这种结构是地膜机组常用的形式。