多层共挤出塑料薄膜机头的结构改进与发展

苗立荣,张玉霞,薛 平

(1.北京化工大学机电工程学院,北京100029;2.北京工商大学轻工业塑料加工应用研究所,北京100048)

多层共挤出塑料薄膜机头的结构改进与发展

苗立荣1,张玉霞2＊,薛 平1

(1.北京化工大学机电工程学院,北京100029;2.北京工商大学轻工业塑料加工应用研究所,北京100048)

介绍了多层共挤出塑料薄膜机头——多层共挤出流延塑料薄膜机头(平膜法)和多层共挤出吹塑塑料薄膜机头(管膜法)的结构、优缺点及其最近10年来的发展状况。在平膜法机头中主要介绍了多流道式机头和喂料块式机头及供料块与多流道组合式狭缝式机头;管膜法机头中主要介绍了套管式圆柱体多层共挤出机头和叠加型圆柱体多层共挤出机头。多层共挤出薄膜机头的发展主要体现在机头结构上的不断创新以及物料的适应性不断增强和薄膜层数的不断增加等方面。

多层;共挤出;机头;塑料薄膜;平膜法;管膜法;多流道式机头;喂料块式机头;螺旋芯棒式机头;叠加型机头

0 前言

随着食品与工业品等对包装薄膜、粮食生产与蔬菜大棚等对地膜和棚膜等性能要求的不断提高,单层塑料薄膜已无法满足需要,因此,集多种性能于一身的多层复合塑料薄膜应运而生。目前加工多层复合薄膜的方法主要有湿法复合、干法复合、挤出涂覆及共挤出复合等工艺[1]。其中共挤出复合是20世纪60年代开发出的技术,具有生产成本相对较低、薄膜层间结合力强、无溶剂污染等优点。经过几十年的发展,已成为多层复合薄膜的主要生产方法之一。按挤出工艺和机头口模形状分,共挤出复合又分为平膜法和管膜法。平膜法用于共挤出流延薄膜,管膜法用于共挤出吹塑薄膜[2]。前者所用机头称为共挤出流延薄膜机头,后者所用机头称为共挤出吹塑薄膜机头。

机头是共挤出设备中的核心装置,其结构决定着复合塑料薄膜的性能。近年来,为了满足对薄膜性能不断提高的要求,多层共挤出流延薄膜机头和多层共挤出吹塑薄膜机头在结构和共挤出薄膜层数及物料的适应性、薄膜厚度控制精度等方面都有很大发展。

1 平膜法

共挤出平膜法,即共挤出流延膜法,所用机头为狭缝式机头,主要有多流道式机头和供料块式机头以及二者的组合式,即供料块与多流道组合式狭缝式机头。此法的优点是薄膜厚度控制精度较高,厚度误差较小;容易通过辊筒对薄膜进行骤冷,制得透明性好的薄膜;生产效率高(线速度大),经济性好,有利于大批量生产[2]。近年来,在多层共挤出CPP、BOPP等薄膜中得到了广泛的应用,结构也有了很多新的突破。

1.1 多流道式机头

共挤出最早于20世纪50年代出现,平膜法最早使用的是多流道式机头,它具有和层数相对应的、与薄膜宽度等长的槽,通过各自的槽,熔体流扩宽后通过阻流条控制各层的速度和流量并合流,然后从模唇挤出。如图1所示,各层在最后出口缝处汇合,因此可以加工不同熔融特性的熔体,而且可以在汇合之前设定各层想要的厚度以及各层速度,这样可以维持各层之间流动的稳定性[1]。

图1 具有代表性的多流道式机头(MM机头)Fig.1 Typical manifold die

图2 可更换模唇的多层复合共挤出机头Fig.2 Manifold dies with exchangeable lips for multi-layer films

图3 双层共挤出机头Fig.3 Coextrusion dies for two layer films

图4 模唇可调并可更换的3层共挤出机头Fig.4 Coextrusion dies with adjustable and exchangeable lips for three layer films

贾润礼等[3]介绍了常用的多流道式共挤出机头及其结构特点,主要有3层共挤出机头(图1)、可更换模唇的多层复合共挤出机头(图2)、双层共挤出机头(图3)、模唇可调并可更换的3层共挤出机头(图4)等。3层共挤出机头仅能调节外层,中间层厚度不能调整,模唇可以有较大的变形量,膜片厚度范围大。但是由于3层流道间不隔热,仅适用于3层物料熔点非常接近的膜片的共挤出复合。而模唇可调并可更换的3层共挤出机头,模唇可调,可换,膜片厚度有一定的适应范围,机头可实现精度较高的3层共挤出膜片的挤出,容许3层物料熔点有一定差异。

近年来,多流道式机头薄膜在厚度精度控制上有了比较大的发展。同时,为了满足高速、高效、高产量、高品质以及节省原材料、降低材料成本等的要求,在机头机构上也有创新。

EDI公司是一家专业的机头供应商,长期以来一直致力于共挤出机头的研究[4-6],经过了3年的努力,成功研制了5层多流道式机头(图5),用于生产拉伸薄膜,代替了传统的5层喂料块式和单流道式机头。机头口模比单流道式机头要厚,但由于没有喂料块,其占用的整体空间较小,自动控制元件比喂料块式机头有着更精确的厚度控制。此外,该机头还采用了定型框使得宽度上的尺寸也更加精确,2005年时该机头口模宽度已达1000～1250 mm。为了更快地更换产品,该公司又开发出了Contour机头(图6),其倾斜的形状与传统的结构有很大的不同。这种机头采用的是衣架式流道,但改变了流道形状,减轻了料流的不均匀性,在整个机头宽度上的流量都很均匀,同时能避免产生非流线形流动,产生更多的流线形熔体流,物料换色时能更快地清洗机头。其特征是沿宽度方向在中间增加了机头体的厚度,厚度从中间到末端逐渐减小。此外,这种机头还大大提高了产量,薄膜厚度精度也较高。

图5 EDI公司的5层多流道式机头Fig.5 Manifold die for 5 layer films from EDI

图6 EDI公司的Contour多流道式机头Fig.6 Contour die from EDI

Takita等[7]在专利中介绍了一种新型结构的多流道式机头(图7)。第一个机头部分形成芯层,第二个机头部分形成第一个表层,机头的这一部分有1个横向的多流道,熔体流的一部分多次流经这一流道;第三个机头部分形成第二个表层,机头的这一部分也有1个横向的多流道,熔体流的一部分多次流经这一流道。第二部分的横向多流道和第三部分的横向多流道都很长,能从根本上消除挤出薄膜的形状记忆特性,提高薄膜品质。

我国多流道式共挤出机头供应商——中国精诚时代集团开发的多流道式共挤出机头(图8)具有快速开口模唇,下模唇柔性调节厚度范围0～4 mm,上模唇为微调柔性模唇,可控精度≤2%以内;可在线自由调节,调节时间由普通机头的20 min缩短至2 min[8],缩短了停留时间,提高了生产效率。该公司还开发了具有自动调节功能的多流道式机头(图9),可根据实际使用要求,经测厚仪自动横向往返准确检测后反馈数据。通过膨胀螺栓自动微调,快速有效控薄膜精度。模唇调节结构有推、拉式和全推式柔性模-微调多种。机头标准宽度有2000、2500、3000、4500 mm[9]。

(a)端面图 (b)1-1截面图 (c)2-2截面图

图8 具有快速开口模唇的多流道式机头Fig.8 Manifold die with rapid-open lip

图9 具有厚度自动调节功能的多流道式机头Fig.9 Manifold die with automatically adjustablefunction of thickness

1.2 喂料块式机头

1964年,道化学公司的Douglas Chisholm和Walter Schrenk提出了喂料块式共挤出技术,其与多流道式共挤出机头的不同点在于二者的物料复合方式不同,喂料块式共挤出机头是模内复合,而多流道式机头是模前复合。供料块按要求的顺序将熔体流分配,平衡各组分的速度,然后将熔体流并流,形成复合层,得到理想的复合薄膜[10]。如图10所示,这种机头的优点是体积较小,易变换层数,但和多流道式机头相比,供料块式机头制得的薄膜各层膜厚的均匀性较差。随着通过调节棒调节各层厚度的高精度供料块式机头的出现,其应用有所增多[1]。

图10 典型的喂料块式机头结构图Fig.10 Typical structure of feed-block dies

喂料式机头的改进型机头有翼式喂料块式多层共挤出复合平膜机头(图11)和滑块式喂料块式多层共挤出复合平膜机头(图12)[2]。前者的特点是,调节翼式元件,可在一定范围内调节熔体流量。因此,尽管其结构复杂、制造成本高于常用的喂料块式机头,但其运行费用相对较低,目前已成为喂料块式多层共挤出复合平膜机头的主流。滑块式喂料式机头通过滑块调节各层熔体的流速,进而精确调节各个熔体层的横向厚度分布。微调节各个熔体层。此外还消除了“黏度压缩”造成的变形。这种供料块的另外一个优点是,卷轴所形成的流动更具流线形,缩短了供料块的清洗时间[6,11]。

图13 EDI公司的Accuflow供料块Fig.13 Accuflow feed-block from EDI

对薄膜性能要求的提高以及复合层数要求的增加,催生了微层供料块技术。喂料块的另一个重要应用就是用于微米层/纳米层薄膜的共挤出。聚合物微米层/纳米层共挤出技术是指将两种或两种以上聚合物共挤出形成几十层乃至上千交替层的复合薄膜,所得挤出层的厚度可以是微米级甚至达到纳米级。该结构最早是由道化学公司以彩虹膜的形式提出来的,其关键技术就是供料块。微层膜有两种最基本的商用供料块。第一种是道化学公司在20世纪60年代发明的,第二种是机头制造商Cloeren公司于20世纪90年代制造的。道化学的供料块技术是中间层产生器或层增加器将微层分层并叠加,层的增加是顺序产生的,这样层几乎就可以无限增加。Cloeren的方法不同于道化学的层叠加技术。Cloeren的专利申请描述了一种熔体流分层技术(图14),在供料块中产生微层结构。每股熔体流能被分成很多股,然后在垂直方向将多层熔体流顺流,在供料块的末端与厚的表面层一起流到微层复合中心。最后将所有材料一起通过传统的流延薄膜机头挤出。Cloeren制造了一种供料块,用于生产450层的EVOH流延阻透微层薄膜,用的是11台挤出机共挤出,2003年开始了商业生产[12-13]。

Clemson大学开发的熔体叠层新技术——无序对流技术能在一种称为Smart Blender的类供料块中产生一种可重复性的叠加,得到层数多达1000的半连续微层[12]。

Battenfeld Gloucester工程公司用9台挤出机组成的生产线生产17层阻透薄膜,而且可以用Cloeren的供料块扩到34层[12]。

EDI公司在NPE2006展出了其80层的微层超薄高阻透性薄膜机头(图15),其主要部分是“层增加器”,成膜原理是:由两种材料组成的3层三明治式结构由层增加器变成微层结构,然后进入多流道式机头的中

图11 翼式喂料块式多层共挤出复合平膜机头Fig.11 Feed-block dies with wedge pieces for multi-layer films

图12 滑块式喂料块式多层共挤出复合平膜机头Fig.12 Feed-block dies with slides for multi-layer films

对薄膜生产的高效和高精度要求也是推动供料块发展的主要动因之一。

EDI公司开发出了一种新型结构的共挤出供料块——Accuflow(图13),其特点是可以在线调节薄膜各层厚度,而不需中断生产,提高了生产效率,避免开停机产生不合格薄膜。之所以能做到这一点,主要是因为这种供料块采用了组合卷轴装置,实现了在线、细心流道,与两种新的材料流结合,形成最终薄膜的外层。据说该技术生产的微层结构可以改善包装薄膜的湿气阻透性[14]。图16表明微层结构中凝胶等缺陷被其他层包围,因而降低了基材破裂的可能性,提高了薄膜的性能。

图14 Cloeren的微层薄膜供料块原理图Fig.14 Fundamental schematic of feed-block dies for micro layer films from Cloeren

图15 层增加器增层示意图Fig.15 Fundamental schematic of layer multiplier of feed-block dies for micro layer films

北京工商大学也开发成功了微层薄膜共挤出技术,并已转让,商业化生产已有多年[12],产品供不应求。

微层薄膜既可用作光学薄膜,也可用作阻透薄膜,市场前景广阔。

图16 微层结构中凝胶被其他层包围Fig.16 Gels encapsulated by other layers insidemicro multi-layer films

喂料块式机头和多流道式机头各有优缺点[3]18,如表1所示。实际使用时,应根据薄膜性能要求及成本等因素综合考虑。

表1 供料块式机头和多流道式机头的比较Tab.1 Comparison of feed-block dies and manifold dies

1.3 供料块与多流道组合式狭缝式机头

平膜法较新的发展是供料块与多流道组合式狭缝式机头(图17[10]),二者取长补短,从结构上看,喂料块恰到好处地伸到多流道式机头中,缩短了熔体流动行程,具有较好的综合性能,比较适用于复合4层以上或含热敏性物料的薄膜[3]34,提高了共挤出机头的适应性。

图17 供料块与多流道组合式狭缝式机头Fig.17 Feed-block-manifold integrated dies

供料块与多流道组合式狭缝式机头有多种,如喂料块与多流道组合式5层共挤出机头(图18)和翼式供料块与多流道组合式11层共挤出机头(19)。后者可以使热敏性阻透层位于中间,在多流道式机头内把高温熔体复合在表层,这样可使表层与中间层隔热。机头体和翼式元件内设置的冷却槽可提高某些层间的隔热性能,可用于PVDC与PET或PC或EVOH、聚酰亚胺复合在一起[3]34。

图18 喂料块与多流道组合式5层共挤出机Fig.18 Feed-block-manifold integrated dies for five layer films

图19 喂料块与多流道组合式11层共挤出机头Fig.19 Feed-block-manifold integrated dies for eleven layer films

2 管膜法

共挤出管膜法,即挤出吹塑薄膜法,所用机头为圆柱体机头,结构有多种,主要有套管式圆柱体多层共挤出机头、叠加型圆柱体多层共挤出机头等。套管式圆柱体多层共挤出机头主要有中心进料式、侧进料式等多种。叠加型圆柱体多层共挤出机头主要有平面叠加型、锥形叠加型和双螺旋形叠加型等多种。近年来,多层共挤出薄膜用的共挤出机头得到了很大的发展。叠加型圆柱体机头的研制成功,从理论上讲,薄膜可以实现任意层数的组合[15]。

2.1 套管式圆柱体多层共挤出机头

传统的套管式圆柱体机头(图20)的主要缺点是随着共挤出层数的增加,机头的外径将相应增大,从而熔体与机头表面的接触面积相应增大,熔体压力降增加,同时熔体在流道内的停留时间也相应延长,物料降解的可能性也不断增大[15-16]。

图20 套管式圆柱体机头示意图Fig.20 Schematic of cylindrical mandrel dies

为了解决这一问题,人们采用环形缓冲槽使熔体进一步均化,还开发出了各层可以分别调节温度的机头,但层数较少。为了消除传统套管式圆柱体机头薄膜上产生的熔接痕,出现了同心多螺纹芯棒式机头(图21)和叠层芯棒式机头(图22),其最大的优点是各层厚度的配置有可变性[3]102。

图21 同心多螺纹芯棒式机头Fig.21 Cylindrical mandrel dies

图22 叠层芯棒式机头Fig.22 Stack mandrel dies

在我国,多层共挤出吹塑薄膜机头得到了广泛的应用。为了提高吹塑薄膜的品质,很多新型共挤出吹塑薄膜机头在我国开发研制成功并得到应用。

为了解决套管式圆柱体机头出料均匀性问题,孙洪举[17]设计了一种均布进料多层共挤出吹塑薄膜机头并申请了专利,该机头合理地分布了进料结构,使得进料十分均匀(图23)。

马镇鑫[18]发明了一种多层塑料薄膜共挤出机头(图24),其主要特征在于熔体进入机头时采用多流道或改变流道结构和形状,克服了传统上由于机头内靠近入料口处与远离入料口处存在料压力差这一缺陷。

图23 具有均匀进料结构的机头Fig.23 Dies with even inflow structure for blown films

图24 新型结构的吹塑薄膜机头Fig.24 Dies with innovative structure for blown films

2006年,陶伟强等[19]设计了新型多层共挤出吹塑薄膜旋转机头,采用了短圆柱体式的芯棒结构(图25),芯棒上的多头螺纹沟槽的螺纹仅有0.75个导程,而且在芯棒上添加了与主螺纹沟槽同等数量的较小截面积的副螺纹。这种设计简化了机头结构,缩短了流道的长度,减小了机头体积和质量,降低了制造成本。

图25 新型螺旋芯棒结构图Fig.25 Dies with new spiral mandrel structure for blown films

2.2 叠加型共挤出机头

叠加型共挤出机头一般采用侧进料,熔体以中心轴对称,在每层的叠加面(平面和锥面)流动,而不是传统的筒状流动。叠加型机头的最大优点是机头层数可以任意组合,而且每层温度可以单独控制,这样可以根据不同的需要分别控制每层的温度,而且物料的停留时间较常规的机头要短而且均一,所以可以有效防止物料降解[15]。

张玉霞[15]介绍了平面叠加型机头(图26)、锥形叠加型机头(图27)和双螺旋叠加共挤出机头(图28)的结构特点及性能和应用范围。双螺旋形叠加共挤出机头每一层的上下两面都有螺旋流道,实质上每一层都是一个能生产两层膜的机头,机头整体高度低,流道短,熔体停留时间短,这对于加工易降解的材料是非常有优势的。该机头结构的主要结构特点是:(1)其层间隔热技术第一次真正做到了各原料层间的绝热;(2)每一层模板都有一套分流板,并用螺栓将它们连接成为一个整体,形成一个完整的机头系统;(3)每个模板都有一个单独的温控区域;(4)每层模板的两侧都有充满空气的间隙,在相邻的2个模板之间有可能存在最大60℃的温度差,这样高温树脂与低温树脂的模板可以相毗邻[20-21]。

图26 平面叠加型机头Fig.26 Pancake stack dies

图27 锥形叠加型机头Fig.27 Conical stack dies

图28 双螺旋形叠加型机头Fig.28 Coextrusion die with dual spiral system from Alpha[22]

大连橡胶塑料机械股份有限公司[21]研制了3层共挤出重包装膜吹塑机组SJ GZM-860×3-01,采用的就是双螺旋模块化叠加型共挤出吹塑机头。该公司设计制作的五层共挤出医用输液膜吹塑机组,在上海双鸽实业股份有限公司试车成功。该机组采用的也是双螺旋模块化叠加型共挤出机头[23]。

近年来,叠加型机头在多层共挤出吹塑薄膜中不仅得到了广泛的应用,而且得到了很大的发展。主要体现在降低机头体高度、缩短熔体流道长度及其在流道中的停留时间、优化流道设计、提高层间温度控制精度和密封性;提高薄膜厚度控制精度及自动化控制程度;增强物料的适应性;方便拆卸和清洗等。

2.2.1 优化流道设计,缩短熔体停留时间

Battenfeld Gloucester公司的径向叠加型机头的同心圆芯棒式设计使机头的高度和质量比常规的机头减少了50%。其改进后的螺纹和密封技术确保了层与层之间不会有任何污染,而且使加工的灵活性提高,熔体混合效果更好,吹塑出的薄膜的品质更高。缺点是熔体温度不能单独控制,特别是中间层的温度[24-26]。

Davison Randolph L和BL EMBERG Robert John公开了一种新型叠加型共挤出机头并申请了专利,其采用的是平面压应力封接技术,而且出口表面形状为锥形或其他角度。与传统的平面叠加型机头相比,该机头具有较好的流线形和物料融合性,而且整体直径和熔融面积较小,可以说是综合了平面叠加型机头和锥形叠加型机头的优点[27]。

Davis-Standard公司[28-29]研制了一种新型叠加型螺旋机头,其流道很短,可以成型各种PE树脂。2005年,该公司又推出了低体型共挤出机头(Lo-Pak机头),该机头生产的薄膜厚度偏差很小,品质高,并且产量也很高,可加工多种树脂和新型薄膜。该机头采用了剪切速率模型设计,减少了物料的停留时间和熔融面积。其另一特点是从合流处到出口间隙的距离短,因此适合加工各种黏度和各种类型的树脂。此外,所有的挤出机过渡管线都处于同一高度,这样便于维修和对树脂进行处理。Lo-Pak机头的直径在200～900 mm的范围内,最多可共挤出9层薄膜。

Brampton公司[30]称其流线形共挤出机头(SCD)在原有的基础设计上一直都在改进,截至2004年已经研制到SCD-3。该机头共挤出的薄膜尺寸精度高,各层之间隔热,流线形设计保证了流道内没有滞留点,聚合物不会在机头内降解,对于加工多种聚合物都有优异的表面稳定性。此外,其湿润面积小,各层流道清洗更快更经济。通过增加层数很快地改变薄膜结构,这样在同一条生产线上生产多种结构也就越来越实际。SCD机头的独特之处是各层之间可以按其理想温度加工,层间温差可以高达40℃,这样就可以很好地利用各种聚合物的性能。例如,可以紧挨着聚酰胺加工EVOH。此外,机头采用模块化设计,打开后,所有流道都露出来了,非常易于清洗。

利用MUL TICONE 技术,W&H公司开发了具有极佳性价比的新型模块化吹塑薄膜系统。在K2004上,W&H展示了其VAREX 5层吹塑薄膜生产线,该生产线装备有公司最新专利技术MAXICONE 机头(图29)。这一技术采用紧凑型设计,可以确保流动路径和物料停留时间最短,并保证每一层薄膜都具有完全可靠的流动分布,通过采取减少死角和减少压力损失实现节约物料[31]。2006年,该公司研制成功了其首台9层阻透薄膜机头,薄膜层数更多了,为薄膜加工厂商提供了更大的灵活性,可以构造出不同结构的阻透薄膜,满足包装产品的要求。其设计关键是熔体容积和停留时间都减少了,而这两个指标对于最终薄膜品质有着决定性的影响。因为在加工一些薄膜如EVOH时,如果与金属表面接触时间长了,就很容易分解,会造成大量原材料的浪费。其采取的主要解决措施是通过熔体再分配器实现熔体的再分配;通过其专利技术的螺旋芯棒分配器使熔体在圆周方向上均匀分配;通过锥形叠加螺旋芯棒分流器保证熔体流程最短,缩短了停留时间[32]。

图29 MAXICONE 9层机头示意图Fig.29 Schematic of MAXICONE 9-layer die

在K2007上,Hosokawa Alpine公司展示了其新型X系列3、5、7、9层共挤出机头,该系列机头采用了螺旋分流系统,流道短,熔体在流道内的停留时间短;而且流道表面经过涂覆,熔体可以自由流动。此外,机头内空气分布好,适用于内膜泡冷却。温度和分流容易控制;清洗和维修易于进行。9层共挤出工程阻透薄膜机头——NBF40-56X的直径在400～560 mm,最大工作压力可达60 MPa[33]。

广东金明塑胶设备有限公司开发的高性能多层共挤出中心进料机头[34],利用中心进料,螺杆心轴分配,双锥面叠加结构。优点是:熔体流程短,薄膜厚度精度高(图30)。

图30 双锥面叠加型共挤出机头部件Fig.30 Components of coextrusion dies with dual conical stack structure

2.2.2 提高物料的适应性

此外,共挤出机头还提高了加工物料的多样性。机头的流线形设计以及短的流动路径使得加工热敏性物料成为可能,机头的加工物料组合变得更随意化,如Macro公司用包裹技术生产吹塑薄膜的专利技术成功地将易降解材料在进入机头之前包裹,降低了降解的可能性。

2008年广东金明塑胶设备有限公司利用多层共挤出叠加型机头的结构优势,开发出了7层非对称结构的多层共挤出高阻透薄膜生产线,7层薄膜由1层EVOH、3层PA、2层黏合剂树脂和1层茂金属聚乙烯组成。其所采用的机头(图31)能够将温度不同、流变特性迥异的不同熔融态树脂复合,分层清晰,比例稳定[35]。

图31 7层非对称结构的多层共挤出高阻透薄膜机头Fig.31 Stack dies with asymmetrical structure for multi-layer blown films with high barrier property

2.2.3 提高薄膜厚度控制精度

大连东方橡胶塑料机械开发公司为了使多层共挤出叠加型机头生产的薄膜总厚度偏差缩得更小,在2001年成功开发了一种柔性模口机头[36],可分别独立调整圆周上24个点厚薄偏差,使叠加型机头更加完善。

在Chinaplas2008上,广东金明塑胶设备有限公司展出了一台可自动调节薄膜厚度的吹塑薄膜机头(图32)[37],机头直径为250 mm,周围均布56个加热元件(加热元件数量视机头直径和控制点精度要求增减),通过电加热方式调整控制机头内管坯料流的温度,与薄膜在线测厚仪和控制单元共同组成了一套薄膜厚度在线检测、调节的闭环系统。采用自动机头系统可以自动检测、调节、控制吹塑薄膜的厚度,提高了薄膜品质,在保证薄膜品质不变的条件下减少了原料消耗,降低了生产成本,同时减轻了操作人员的劳动强度。

图32 自动调节厚度的吹塑薄膜机头Fig.32 Stack die with automatically adjustable function of thickness

3 结语

从最近10年来的发展看,无论是在国内还是国外,机头作为挤出系统的重要组成部分,得到了长足的发展,“重主机,轻辅机”问题得到了很大程度上的解决。我们有理由相信,随着对塑料薄膜性能要求的不断提高以及机械制造技术的发展、自动化控制技术和CAD/CAM/CAE技术的广泛应用,多层共挤出薄膜机头将在下述几个方面取得突破:

多层塑料薄膜共挤出机头厚度控制精度还将不断提高,这在超宽平膜法共挤出机头和管膜法共挤出机头中尤为重要;不断创新机头结构,增加薄膜层数,满足薄膜性能要求;创新技术,不断提高机头对不同原料的适应性,这是高阻透等薄膜所要求的;高速、高产量仍将是多层塑料薄膜共挤出机的主要要求之一,机头结构如何满足高产量要求是设计者面临的巨大挑战之一;在满足薄膜性能要求的前提下,如何提高机头的热效率、降低能耗,实现高效节能也是未来机头结构设计必须解决的问题。

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Structure Improvement and Development of Coextrusion Dies for Multi-layer Plastics Films

MIAO Lirong1,ZHAN G Yuxia2＊,XUE Ping1

(1.College of Mechanical and Electrical Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,China;2.Institute of Plastics Processing and Application of Light Industry of China,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China)

Typical structure and features of coextrusion dies for multi-layer plastics films were introduced,including dies for casting multi-layer films(flat film method)and dies for blown multilayer films(tubular film method).Major dies for casting multi-layer films include manifold dies,feed block dies and feed-block-manifold integrated dies.Dies for blown films involve cylindrical mandrel dies and cylindrical stack dies.Development situation of them in recent 10 years were also described in detail,covering innovative structure,enhanced adaptability of polymers and increasing layers of the films.

multi-layer;coextrusion;die;plastics film;flat film method;tubular film method;manifold die;feed block die;spiral mandrel die;stack die

TQ320.66+3

A

1001-9278(2010)02-0011-10

2009-10-18

＊联系人,chinaplas@126.com