概 述 擠出復(fù)合工藝是使用1臺(tái)或多臺(tái)擠出機(jī)和T型模頭,把一種或多種熱塑性塑料樹脂用擠出熔融塑化的方法通過T型模頭流延到另一種基材的表面上,并在熱黏狀態(tài)下壓合成復(fù)合薄膜的過程。 1.擠出復(fù)合工藝的特點(diǎn) 擠出復(fù)合工藝的成本相對(duì)較低。目前一些較為先進(jìn)的擠出復(fù)合機(jī)配備了薄邊機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了免切邊,使邊料的損失降到最低,進(jìn)一步提高了擠出復(fù)合工藝在成本上的優(yōu)勢(shì)。同時(shí),擠出復(fù)合工藝還具有生產(chǎn)速度快、可供選擇的基材范圍廣、復(fù)合制品殘留溶劑少、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。 但擠出復(fù)合工藝也存在一些缺點(diǎn),如設(shè)備初期投資較大,在升降溫或更換樹脂時(shí)損耗較大,生產(chǎn)和質(zhì)量控制相對(duì)比較復(fù)雜,易產(chǎn)生高溫異味和產(chǎn)品平整度差等問題。另外,擠出復(fù)合工藝的復(fù)合強(qiáng)度相對(duì)較低,尤其是擠出復(fù)合速度較快時(shí)更容易出現(xiàn)這種情況。但隨著塑料樹脂擠出復(fù)合設(shè)備和技術(shù)的不斷發(fā)展,擠出復(fù)合工藝的缺點(diǎn)逐漸被克服。同時(shí),擠出復(fù)合產(chǎn)品的范圍也在進(jìn)一步擴(kuò)大,其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)越來越明顯。 2.擠出復(fù)合機(jī)的基本類型 隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,擠出復(fù)合機(jī)出現(xiàn)了高速化、多層化、自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化、連線生產(chǎn)等發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)功能結(jié)構(gòu),擠出復(fù)合機(jī)分為單面一次涂覆復(fù)合型(普通型)、單面兩次涂覆復(fù)合型(串聯(lián)型)、兩面各一次涂覆復(fù)合型、單面兩次和兩面各一次涂覆復(fù)合兼用型、擠出與干式兩用復(fù)合型等。在軟包裝領(lǐng)域,單面一次涂覆復(fù)合型(普通型)和單面兩次涂覆復(fù)合型(串聯(lián)型)占絕大多數(shù)。 (1) 單面一次涂覆復(fù)合型 該類型是擠出復(fù)合機(jī)基本的構(gòu)成裝置,在軟包裝領(lǐng)域使用最多。在生產(chǎn)線中,它主要由兩部分組成:①樹脂的熔融流延制膜裝置,包括擠出機(jī)、連接器、T型模頭、擠出機(jī)移動(dòng)裝置、擠出機(jī)附屬裝置、加熱與溫控裝置等。②涂布復(fù)合裝置,包括放卷裝置、底涂涂布干燥裝置、預(yù)熱或電暈處理裝置、涂覆復(fù)合裝置、噴粉裝置、收卷裝置等。 通過配置第二基材放卷,可實(shí)現(xiàn)三層復(fù)合(三層夾層復(fù)合)。 (2) 單面兩次涂覆復(fù)合型 最近在軟包裝領(lǐng)域,該類型裝置的使用越來越多。在生產(chǎn)線中,它由兩臺(tái)涂覆復(fù)合裝置、兩臺(tái)擠出機(jī)組成,在基材的同一面上可以連續(xù)兩次涂覆?;慕?jīng)過第一臺(tái)擠出機(jī)高溫熔融樹脂復(fù)合后,再經(jīng)過第二臺(tái)擠出機(jī)復(fù)合,這樣就能一次生產(chǎn)三層、四層或五層的復(fù)合薄膜。單面兩次涂覆復(fù)合型擠出復(fù)合機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn): ①在同一加工中,可以涂覆兩種樹脂。 ②可以變換同種(或異種)樹脂的溫度。 ③同種(或異種)樹脂的涂覆厚度可自由組合,通過添加著色母料,可實(shí)現(xiàn)上下兩層不同顏色。 ④可有效兼顧加工速度和擠出涂覆厚度。 擠出機(jī)和機(jī)頸 1.擠出機(jī)的功能要求 擠出機(jī)應(yīng)具有以下功能: (1) 混煉分散能力良好、擠出均勻。 (2) 脫氣性良好,不混入氣泡。 (3) 擠出能力較大,節(jié)約能源。 (4)溫控精確、穩(wěn)定。 (5) 適應(yīng)多種樹脂。 (6) 螺桿和料筒之間不會(huì)產(chǎn)生磨損,且維修簡(jiǎn)單、耐久性好。 2.擠出機(jī)的螺桿 擠出機(jī)的類型很多,單螺桿擠出機(jī)的使用最為普遍。一根普通螺桿包括供料段、壓縮段和均化段。供料段起固體輸送作用,塑料在供料段中呈未塑化的固態(tài);壓縮段起塑料熔融作用,塑料在壓縮段中逐漸由固態(tài)向黏流態(tài)轉(zhuǎn)變,這一段中的攪拌、剪切、摩擦作用都比較復(fù)雜;均化段的主要作用是增大對(duì)壓縮段送來的熔融塑料的壓力,進(jìn)一步均勻塑化,并使其定壓、定量地從機(jī)頭擠出。樹脂的混煉塑化程度是影響擠出復(fù)合剝離強(qiáng)度的重要因素。 擠出復(fù)合用的擠出機(jī)螺桿其直徑一般為45~200mm,目前以直徑為90mm和65mm的螺桿最為普遍,直徑為200mm的螺桿主要用于3m以上的寬幅材料的涂覆。 擠出復(fù)合機(jī)所用的螺桿長徑比較大(L/D=25~30),要求有足夠的強(qiáng)度,螺桿壓縮比為3.5~4。螺桿的結(jié)構(gòu)類型一般為突變螺桿或漸變計(jì)量型螺桿,計(jì)量段長為全長的1/3,以保證熔融樹脂出料均勻、壓力穩(wěn)定。常用于擠出復(fù)合的90mm擠出機(jī),直徑為90mm,長徑比為25,壓縮比為3.85,擠出量約為150kg/h。 3.擠出量與加工速度的關(guān)系 擠出量是由螺桿直徑、轉(zhuǎn)速、螺桿形狀、樹脂溫度、背壓等條件決定的。擠出量與加工速度之間的關(guān)系如下式所示: Q=B×T×D×V V=Q/(B×T×D) 式中,Q為擠出量(g/min),B為薄膜寬度(cm),T為薄膜厚度(cm),D為樹脂密度(g/cm3),V為加工速度(cm/min)。 4.機(jī)頸 機(jī)頸即為連接擠出機(jī)和T型模頭的部分,該部分應(yīng)具有以下功能: (1) 可根據(jù)需要方便地進(jìn)行調(diào)整轉(zhuǎn)向螺桿的背壓,以改善熔融樹脂的混煉效果。 (2) 更換過濾網(wǎng)方便,有效清除熔融樹脂中的異物。 (3) 樹脂滯留少。$分頁符$ T型模頭 1.T型模頭的功能要求 T型模頭是擠出復(fù)合機(jī)的核心部件,T型模頭的質(zhì)量對(duì)擠出產(chǎn)品的質(zhì)量有著決定性影響。 T型模頭應(yīng)具有以下功能: (1) 具備均勻的厚度和成型所需要的溫度,在較寬的樹脂加工溫度、熔融黏度和剪切速率范圍內(nèi)均有高度的均勻性和穩(wěn)定性;模唇厚度的調(diào)節(jié)應(yīng)具備高精度、方便等特點(diǎn)。 (2) 有非常方便的薄膜寬度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 (3) 有良好的薄膜邊緣端部調(diào)整和邊部穩(wěn)定功能及防止或控制縮頸的功能。 (4) 沒有熔體的熔融定向,沒有或盡量少的熔體部分滯留及異物黏附。 (5) 拆卸、裝配方便。 2.T型模頭流延寬度和模唇間隙的調(diào)整 在擠出復(fù)合中,用得最多的是直接支管式T型模頭,模唇大部分呈V型。采用V型的目的是可縮短模唇到冷卻輥與壓輥接觸線之間的距離。這種模頭有利于調(diào)整寬度、厚度和縮頸,而在控制邊部穩(wěn)定性和漏料等方面相對(duì)較難一些。 為適應(yīng)不同厚度和寬度的要求,模唇間隙和流延熔融樹脂的流出寬度應(yīng)可方便調(diào)節(jié)。一般來講,模唇間隙為0.3~1.0mm, 使用調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)。涂覆厚度可通過調(diào)節(jié)速度來調(diào)整,當(dāng)擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速一定而復(fù)合線速度即收卷速度提高時(shí),涂覆厚度變薄。相反,如果收卷速度不變,提高螺桿轉(zhuǎn)速,則涂覆量提高、涂覆厚度增加。涂覆薄膜的寬度可用插入金屬棒的方法來調(diào)節(jié)。但模頭設(shè)定寬度即可涂覆材料的寬度,通常受到擠出機(jī)直徑或擠出量的限制。擠出機(jī)直徑越大、擠出量越大,模唇寬度也越大,一般寬度為600~1500mm,最寬的已達(dá)2600mm以上。 3.T型模頭的縮頸現(xiàn)象 縮頸是樹脂在高溫和壓力狀態(tài)下從T型模頭流出后,流延的片狀熔體兩邊發(fā)生的收縮。除了這種橫向的收縮,縱向邊緣上也發(fā)生收縮增厚現(xiàn)象,但主要是橫向的收縮,形成的增厚尺寸應(yīng)在切邊時(shí)切去。近年來,擠出機(jī)T型模頭薄邊機(jī)構(gòu)開始得到越來越多的應(yīng)用,一些先進(jìn)的模頭甚至實(shí)現(xiàn)了免切邊。由此減少了因切邊所造成的樹脂和基材薄膜的浪費(fèi),很大程度上降低了擠出復(fù)合工藝的成本。縮頸的主要影響因素見表1。 4.模頭的移動(dòng)和氣隙調(diào)整 為了保護(hù)涂覆用橡膠壓輥,便于清理調(diào)換螺桿、機(jī)頭而不損壞涂覆裝置,擠出機(jī)應(yīng)裝在導(dǎo)軌上,以便于其在模頭方向上的前后移動(dòng)。為了調(diào)節(jié)氣隙(氣隙是指熔融狀的樹脂離開T型模頭模唇到達(dá)另一基材接觸線即復(fù)合輥和橡膠壓輥接觸線之間同空氣相接觸的一段距離),機(jī)座上還需有上下升降的機(jī)構(gòu)。氣隙愈大,樹脂熔體表面氧化程度愈高,樹脂同基材面之間的黏結(jié)力愈大,復(fù)合牢度愈好,但熱封性能愈差。因此,擠出復(fù)合時(shí),要根據(jù)擠出復(fù)合樹脂的用途來調(diào)節(jié)氣隙長短,此距離通常在50~150mm。$分頁符$ 復(fù)合部分 復(fù)合部分的主要作用是把熔融的片狀樹脂熔體均勻、平整地涂覆在基材薄膜上。在此部分,擠出機(jī)T型模頭擠出的熔融片狀樹脂熔體引入橡膠壓力輥和冷卻輥之間,經(jīng)展平輥展平的基材薄膜也進(jìn)入橡膠壓力輥和冷卻輥之間,片狀樹脂熔體與基材薄膜在壓力作用下實(shí)現(xiàn)復(fù)合。復(fù)合部分主要由冷卻輥、橡膠壓力輥、支撐輥、修邊裝置、防粘噴粉撒布裝置(通過防粘噴粉撒布,防止擠出復(fù)合薄膜產(chǎn)生層間粘連)等組成,它們是影響復(fù)合質(zhì)量好壞的主要部件。其中,冷卻輥的冷卻效果與表面狀態(tài)對(duì)平膜擠出復(fù)合的質(zhì)量有著特殊的關(guān)系。 1.冷卻輥 在復(fù)合部分的各組成部件中,冷卻輥是最重要的。冷卻輥為表面鍍鉻的鋼輥,其作用是將熔融薄膜的熱量帶走,并在冷卻和定型涂覆薄膜過程中通過與橡膠壓力輥之間的壓力作用使涂覆薄膜與基材薄膜相粘合。冷卻輥的表面狀況幾乎決定了復(fù)合膜制品的透明性。因此,冷卻輥應(yīng)具備以下功能: (1) 具有均勻、有效的冷卻能力,即冷卻輥冷卻效果好、溫度分布均勻。 (2) 表面光滑,給予復(fù)合產(chǎn)品良好的透明性、光澤度、爽滑性及耐粘連性。 (3) 能承受復(fù)合壓輥壓力和冷卻水的壓力。 (4) 復(fù)合過程中與樹脂膜的剝離性良好、作業(yè)性良好。 (5) 冷卻輥的更換較為方便。 為了提高冷卻效果,使輥的表面溫度均勻,大多采用雙層夾套螺旋式冷卻輥。冷卻輥直徑較大,一般為450~600mm,最大為1000mm。冷卻輥長度比復(fù)合機(jī)T型模頭寬度稍長一些。 冷卻水溫度一般要求不高于10~20℃(如用低于10℃的冷卻水效果更好),水溫過高會(huì)使復(fù)合膜透明度降低并產(chǎn)生粘輥現(xiàn)象。水的流速為0.3~0.5m/s,流速過低易使水垢沉積于輥內(nèi)壁而降低冷卻效果。一般均需配備專用水泵供水。 冷卻輥的冷卻速度、表面情況對(duì)涂布層薄膜的性能和表面狀態(tài)有著直接的影響。各種冷卻輥的表面情況及用途如表2所示。 另外,值得一提的是,冷卻輥表面如果壓出或刻出圖案,則可使復(fù)合膜制品的表面呈現(xiàn)出特殊的花紋。 2.橡膠壓力輥 橡膠壓力輥的作用是將基材和熔融塑料膜以一定的壓力壓向冷卻輥,使基材和熔融塑料薄膜壓緊、粘住并冷卻、固化定型。壓力輥與冷卻輥及機(jī)頭模唇的相對(duì)位置對(duì)于涂覆薄膜與基材薄膜之間的黏結(jié)牢度即復(fù)合強(qiáng)度有著較大的影響。 從機(jī)頭擠出的熔融狀薄膜的溫度高達(dá)300℃以上,它首先與壓力輥接觸,因此要求壓力輥所采用的材料具有耐熱性、耐磨性、與樹脂的剝離性、抗撕性好及橫向變形小等特點(diǎn)。 壓力輥是將鋼輥外面包裹20~25mm厚的橡膠制成。包裹壓力輥的橡膠一般是硅橡膠,其耐熱性和耐磨性好、不易與聚乙烯黏附,易剝離,無毒,操作方便。 橡膠壓力輥的硬度一般為HV75~85,過低或過高都會(huì)對(duì)復(fù)合質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。為防止出現(xiàn)壓力輥受熱劣化、收縮、變形等現(xiàn)象,橡膠壓力輥表面溫度應(yīng)保持在40℃以下,內(nèi)開槽通冷卻水。 3.支撐輥 支撐輥即金屬壓輥。它具有對(duì)橡膠壓力輥加壓和外冷卻的雙重作用。支撐輥對(duì)壓力輥施加壓力一般是通過壓縮空氣加壓的,一般壓力泵的壓力選用范圍為0~0.8Mpa。 4.修邊裝置 擠出熔融薄膜(片狀熔體)由于縮頸現(xiàn)象,會(huì)使薄膜兩側(cè)偏厚,這樣收卷就不平整,涂覆材料易起皺褶。因此,必須將涂覆材料兩邊厚的部分修去。常用的修邊裝置有3種,其中,刀片切割用于薄膜生產(chǎn)和紙基復(fù)合、剪刀式用于厚紙板復(fù)合、劃線刀用于一般涂覆材料。修邊的廢料可用鼓風(fēng)機(jī)吹走,回收。底涂涂布裝置及干燥裝置 為了提高擠出樹脂同基材表面的黏結(jié)力,對(duì)于表面粗糙的紙類材料而言,使用機(jī)械的方法就可以得到牢固的黏結(jié)力。而對(duì)于塑料薄膜、玻璃紙、鋁箔等表面光滑的基材來說,則需進(jìn)行化學(xué)處理,即通過涂布AC劑(底涂)的方法來提高復(fù)合牢度。 底涂涂布裝置及干燥裝置的主要功能是在基材薄膜上涂布底涂劑并進(jìn)行干燥。所以,擁有下述性能很重要。 (1) AC劑涂布均勻,涂布量調(diào)節(jié)方便。 (2) 干燥能力強(qiáng)以減少復(fù)合制品的殘留溶劑。 (3) 不產(chǎn)生熱風(fēng)干燥而引起間距變化。 (4) 對(duì)有機(jī)溶劑實(shí)施防爆安全措施。 (5) 減少有機(jī)溶劑的室內(nèi)揮發(fā),提供良好的作業(yè)環(huán)境。 (6) 底涂劑的更換和設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)方便。放卷部分及張力控制系統(tǒng) 放卷部分包括第一基材放卷和第二基材放卷。放卷裝置分為單軸式、雙軸固定式和雙軸旋轉(zhuǎn)式等,一些先進(jìn)的放卷裝置還帶有自動(dòng)接卷系統(tǒng)。 1.放卷部分的功能要求 放卷部分應(yīng)具有以下功能: (1) 給予基材適當(dāng)?shù)膹埩σ詫?shí)現(xiàn)平整、穩(wěn)定的放卷。 (2) 新基材切換時(shí),接卷容易、接卷損失少。 (3) 確?;脑谝欢ǖ奈恢蒙希ㄍㄟ^EPC裝置實(shí)現(xiàn)良好的邊緣位置控制)。 (4) 上卷容易。 2.放卷張力控制 在放卷過程中,放卷的張力受到多方面因素的影響。如:生產(chǎn)過程中啟動(dòng)、增減速、停止等速度的變化以及阻力的變化都可以直接影響到張力的變化。另外,新、舊膜卷換卷時(shí),新膜卷在短時(shí)間內(nèi)由靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到運(yùn)行速度需要很大的張力甚至?xí)^彈性極限。所以在進(jìn)行自動(dòng)換卷時(shí),應(yīng)有新膜卷預(yù)驅(qū)動(dòng)裝置,使新、舊膜卷線速度基本一致(同步)后進(jìn)行接卷。所以,人工接卷只能用于低速復(fù)合,中高速復(fù)合均采用自動(dòng)或半自動(dòng)接卷,這樣有利于提高正品率。 為了得到良好的產(chǎn)品,就必須保持穩(wěn)定合適的張力,所以要對(duì)放卷部分的張力進(jìn)行控制。放卷部分張力控制的主要目的有以下兩點(diǎn): (1) 根據(jù)膜卷直徑的變化調(diào)整適當(dāng)?shù)膹埩Α?nbsp; (2) 自動(dòng)接卷時(shí)實(shí)現(xiàn)新膜卷的預(yù)驅(qū)動(dòng)同步控制。 放卷張力控制有多種方式,目前廣泛使用的是通過給基材的放卷施加制動(dòng)而獲得。制動(dòng)又分為磁粉制動(dòng)器、盤型制動(dòng)器、電磁板制動(dòng)器、電磁粉制動(dòng)器、DC直流馬達(dá)或交流馬達(dá)與變頻器控制組合等形式。一般以使用磁粉制動(dòng)器方式較多(容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的張力控制)。收卷部分及張力控制系統(tǒng) 1.收卷部分的功能要求 收卷部分的結(jié)構(gòu)與放卷部分相同,主要有以下功能要求: (1) 收卷良好,卷硬度適中,無皺褶。(2) 換卷時(shí)制品損失少。(3) 紙管安裝和下卷方便。 2.收卷張力控制 收卷張力的控制通常有直流馬達(dá)電流控制、微變位型檢測(cè)器張力控制、浮動(dòng)輥張力控制等形式。 收卷張力控制的目的是將復(fù)合好的基材卷成狀態(tài)最好的膜卷。一般來說,在能夠得到良好收卷的情況下,收卷張力應(yīng)盡量減小。張力控制不好,就會(huì)產(chǎn)生收卷不齊、硬卷、卷芯部變形等一系列問題,同時(shí)也會(huì)嚴(yán)重影響正品率。 為有效地減少上述問題,業(yè)內(nèi)正不斷開發(fā)收卷的張力控制技術(shù)。通過錐度(梯度)張力控制、接觸壓控制來得到良好的收卷?xiàng)l件,可有效減少卷芯部的皺褶。 在錐度(梯度)張力控制方式中,隨著膜卷直徑的增大,張力逐漸縮小。如下式所示: Tx=Ts〔l-(φx-φmin/φmax-φmin)×KT〕 Tx:收卷直徑為φx的收卷張力(kg) Ts:自動(dòng)張力設(shè)定值(kg) KT:梯度設(shè)定值(%) φx:收卷直徑(mm) φmin:最小收卷直徑(紙管直徑,mm) φmax:最大收卷直徑(紙管直徑,mm) 作 者: 馬平東 轉(zhuǎn)載自:印刷技術(shù)
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