薄膜挤出辅机优化方案
2025-09-29
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【摘要】：出风口与薄膜间的径向距离应调节到最佳长度，以得到最好的风速。图2-3 冷却水环结构1—冷却水槽 2—定型管溢流式水冷定型环的内径，主要根据薄膜规格和塑料的性能决定。图2-6 管泡内热交换器式空气内冷装置1—电风扇轴 2—热交换器 3—内风环 4—外风环图2-7 膜泡直径的定径框篮孔线控制系统1—定径框 2—监控阀 3—调节器 4—挤出机 5—节流阀 6—真空式鼓风机 7—外空气调节阀（3
（1）冷却装置 膜管刚从机头挤出时的温度较高，约为160℃，呈半流动状态，从吹胀到进入牵引夹辊的时间很短，仅几秒钟到一分钟。膜管要达到一定的冷却程度，单靠自然冷却是不够的，必须强行冷却。否则膜管不稳定，薄膜厚度和折径很难均匀，牵引、卷取时薄膜易粘连。
吹塑薄膜用的冷却装置应当满足生产能力高、制品质量好、生产过程稳定等要求，须有较高的冷却效率，冷却要均匀，能对薄膜厚度不均匀性进行调整，挤出过程中保证泡管稳定、不抖动，生产出的薄膜具有良好的物理力学性能。
吹塑薄膜常用的冷却装置有冷却风环、冷却水环、双风口减压风环和内冷装置四种。图2-2所示为普通风环的结构。
图2-2 普通风环的结构
1—内室 2—风环体 3—进风口 4—风环盖 a—出风口间隙 β—出风口角度
1）冷却风环。风环一般位于距离机头30～100mm的位置，薄膜直径增加时选大值。风环的内径比口模的内径大150～300mm，小口径时选小值，大口径时选大值。普通风环的作用是将来自风机的冷风沿着薄膜周围均匀、定量、定压、定速地按一定方向吹向管膜泡。普通风环由上下两个环组成，有2～4个进风口，压缩空气沿风环的切线方向或径线方向由进风口进入。在风环中设置了几层挡板，使进入的气流经过缓冲，稳压，以均匀的速度吹向管泡。出风量应当均匀，否则管泡膜的冷却快慢就不一致，从而造成薄膜厚薄不均匀。风环出风口的间隙一般为1～4mm，间隙大小可随时调节。实践证明，风从风环吹出的方向与水平面的夹角β（出风口角度，一般又称为吹出角）最好选择为40°～60°。如果该角度太小，大量的风以近似垂直方向吹向管泡，会引起管泡周围空气的运动。运动的空气引起管泡飘荡，使薄膜产生横向条纹，影响薄膜厚薄的均匀性，有时甚至会把管泡吹断。角度太大，会影响薄膜的冷却效果。另外，这些角度吹出的风还可以起到托住膜泡的作用，对管泡的冷却效果有利。出风口与薄膜间的径向距离应调节到最佳长度，以得到最好的风速。压缩空气的量常选定在5～10m3/min。通过调节风环中的风量，可适用于各种薄膜的冷却，还可控制薄膜的厚度。
2）冷却水环。在平挤下吹法的生产线中，熔体管泡刚离开口模时先用风环冷却，使管泡基本稳定后，再用水环冷却，以得到透明度比较高的薄膜产品。冷却水环的结构如图2-3所示。
由图2-3可知，冷却水环是内径与膜管外径相吻合的夹套。夹套内通冷却水，冷却水从夹套上部的环形孔顶点溢出，沿薄膜顺流而下。薄膜表面的水珠通过包布导辊的吸附作用把管泡表面的水点吸收。
3）溢流式水冷却定型环。对聚丙烯、聚酰胺等结晶性高聚合料，在熔融过程中需要吸收大量的热（包括显热和潜热两部分），且成型温度较高，因此在冷却定型时，需要放出大量的热。为了避免结晶速度不同引起的弊病（结晶度和晶体结构的差异会造成性能不一及外观质量下降），必须有效控制冷却速率。实践表明，采取水骤冷方式可以生产出透明度高、平紧度好、脆性低、物理机械性能均一的聚丙烯和聚酰胺薄膜，通常采用溢流式水冷却定型环，如图2-4所示。
图2-3 冷却水环结构
1—冷却水槽 2—定型管
溢流式水冷定型环的内径，主要根据薄膜规格和塑料的性能决定。对于聚丙烯吹塑薄膜可采用下式计算：水环内径=0.637×折径﹢2（后收缩量），溢流式水冷却定型环与口模直径的选取主要和吹胀比有关。
4）双风口减压风环。双风口减压风环是一种负压风环，结构如图2-5所示。它有两个出风口，分别由两个鼓风机单独送风，出风口的大小可调节。风环中部设置的隔离板分成上、下两个风室，在上、下风室间设置了降压室。
图2-4 溢流式水冷定型环
图2-5 双风口减压风环的结构
1—管泡 2—上风口 3—下风口 4—机头 5—减压风环 6—减压室 7—气流分布
双风口减压风环的主要结构参数包括风环内径和风口吹出角度。为使风环产生足够的负压，便于开机时的引膜操作，推荐下风口直径D下比口模直径大100mm。上风口的直径D上要根据薄膜的吹胀比而定，一般取（1.1～2.0）D下。当吹胀比较大时取上限值，当吹胀比较小时尽量取下限值。风口吹出的角度推荐如下：上风口吹出角为60°～70°，下风口吹出角为30°～40°。
双风口减压风环具有如下两方面的优点。
①充分利用负压效应使管泡在风环内提高膨胀程度，增加薄膜吹胀的换热面积。由于管泡提早膨胀，减少了熔膜的厚度，使换热效应得到加强，从而使管泡的冷却面积扩大，增加了管泡的刚度、强度及稳定性。
②通过“负压效应”，加快冷却空气的流动，使其沿着管泡的流动方向前进，确保管泡的流动稳定，达到流动状态最佳化，提高换热效应。
5）内冷装置。内冷装置从理论上讲，可分为水冷和空气冷却两种。从实际应用的角度出发，目前应用最多的是空气内冷装置。图2-6所示为管泡内热交换器式空气内冷装置。在机头芯棒上安装一个圆筒形的热交换器，顶部开有进风口，模体下面装备风机进风口，圆筒热交换器下端有一环形空气出口，开动风机就可向膜管内供应循环空气，使热循环器冷却。热交换器的冷却介质通常为常温的或经过冷却后的冷却水，通过流经机头芯棒的导管把热气排出到外面。因为内部和外部的空气都要从机头进出，因此在机头设计时一定要保证进出通道畅通。这种内冷装置的不足之处是模内的大型圆筒形冷却机件，在开机时要把熔融状态下的膜管坯从圆筒周边拉到人字板和牵引辊比较困难。
（2）定径装置 带内冷却的生产线需要定径装置来定外形。这种装置类似篮孔式结构，膜管直径的准确尺寸可以通过控制灵敏式接触扫描装置来获得，再通过调压阀开关确保内压稳定，并通过压缩空气的变化来快速改变膜管的直径。膜泡直径的定径框篮孔线控制系统如图2-7所示，利用定径控制系统，可把膜宽公差控制在±2mm内。通过增加膜泡内压力或减少内部空气体积，控制膜泡直径的大小。没有内冷却系统的吹塑薄膜生产线也可以用定径装置来控制膜管的尺寸。
图2-6 管泡内热交换器式空气内冷装置
1—电风扇轴 2—热交换器 3—内风环 4—外风环
图2-7 膜泡直径的定径框篮孔线控制系统
1—定径框 2—监控阀 3—调节器 4—挤出机 5—节流阀 6—真空式鼓风机 7—外空气调节阀
（3）牵引装置 定型好的膜管，由一对安装在牵引架上的牵引辊以恒定的速率牵引，经固定在牵引架上的、牵引辊一旁的人字板展平，最后进入牵引辊辊隙被压紧，成为连续的双层薄膜被送往卷取装置。牵引装置一般由牵引架、人字板、牵引装置的传动系统和一对牵引辊组成。
1）人字板。人字板的作用是稳定膜管形状，使其在晃动的情况下逐渐将圆筒形的薄膜经过人字板的导向，通过牵引辊将薄膜压扁折叠成平面而进入牵引装置。人字板的结构型式较多，常用的有导辊式、抛光的硬木夹板式和抛光的不锈钢夹板式。
图2-8所示为导辊式人字板结构。它由两块板状结构组成，因呈人字形，俗称人字板。
导辊式人字板，由铜管或钢管辊组成，其膜管的摩擦阻力小，散热快。但由于膜管内气体压力的作用，易使薄膜从导辊之间胀出，引起薄膜的皱折。此外其结构也比较复杂，制造成本较高。
硬木夹板式人字板散热效率差，表面粗糙度高，一般很少使用。为了降低薄膜表面粗糙度和提高冷却效果，大多数采用不锈钢夹板式。它不但散热条件好，还可通水冷却，使冷却效果更快也更好。
图2-8 导辊式人字板结构
人字板在压平膜管的过程中，由于膜管同一圆周上的各点与其接触前后不一致，因而冷却也有前有后，这样就造成薄膜收缩快慢不一致，易形成皱纹波折。特别是用冷却效果好的水冷却方式，人字板和膜管不稳定而振动时，薄膜产生的皱纹波折就更严重。这时必须使膜管在进入人字板之前就已经得到充分的冷却，在形状基本稳定时再进入人字板冷却，薄膜就不会皱叠、波折了。
另外，薄膜在光滑的人字板上移动时，由于摩擦阻力作用会发生静电，加上膜管内压缩空气的作用，使薄膜紧紧地贴合在两块夹板上面。当薄膜在牵引辊牵引时，薄膜受夹板表面摩擦阻力作用，贴合在夹板上的薄膜被牵引力拉长，这也是薄膜产生皱纹的重要原因。在薄膜被人字板从圆筒状压平成为两层贴合的平膜过程中，由于膜管上各点经过的距离不同，人字板的夹角通常设计为可调节式，用调节螺栓进行调节。夹角越大，膜管上各点通过的距离差值就越大，膜管表面与人字板之间产生的摩擦力大小差异也越大，在生产中产生皱纹的可能性也越大。如夹角太小，虽然膜管被压平时流滑顺畅不易起皱打折，但由于人字板的配置会过长，辅机的高度也要增加。通常，人字板夹角约为15°～45°。（平吹法人字板的夹角一般选为30°，上吹法和下吹法可取40°～50°）。人字板夹角、牵引辊长度及薄膜折径之间的关系见表2-2。
表2-2 人字板夹角、牵引辊长度及薄膜折径之间的关系
如果人字板的夹角是用金属辊组成，那么辊筒内还可以通冷却水，进一步对薄膜进行加速冷却。当薄膜的幅宽大于2m时，可不用人字板结构，而直接用导向辊，把很多导向辊组合排成人字形结构，导向辊的直径一般设计为ϕ50mm左右的不锈钢辊，或金属辊表面镀硬铬。
2）牵引机构。牵引机构的功能是把已经通过人字板变成扁形的薄膜压紧拉过去，使薄膜被牵引并送向卷取装置。在牵引过程中，薄膜受到拉伸，应设定合适的拉伸比（即挤出物料的速率和牵引速率的比例），这样才能保证管泡的形状及尺寸稳定。薄膜经拉伸后纵向强度大幅提高。通过对牵引速率的调节还可控制薄膜的厚度，牵引速率快薄膜厚度减少，牵引速率慢薄膜厚度增加。
薄膜的牵引机构是由一对牵引辊组成。主动辊是不锈钢辊或普通钢辊表面镀硬铬，从动辊是橡胶辊或钢辊包橡胶辊。主动辊的驱动装置采用无级变速。为保障管泡不歪斜，运行平稳，必须在开机前调节机头口模、人字板中心、牵引辊的接触中心，使它们都在一条直线上。否则会造成膜管周围各点到牵引辊入口距离之差扩大，引起膜管皱折变形。两牵引辊间隙应适宜，以保证对薄膜产生足够的压力，能牵引和拉伸薄膜前进。两膜管在牵引辊压扁贴合后应无间隙，以防止膜管漏气，保证气压和尺寸稳定。压力还可通过螺栓调节，以适应厚薄不同的薄膜。两牵引辊间的压力应在保障牵引和拉伸过程中不漏气的情况下尽可能小，因牵引辊是由钢辊和橡胶辊组成，两辊的压力过大，会使橡胶辊两边和中间变形不一致，从而形成薄膜两边压力大变薄、中间压力小变厚的现象，并且薄膜边的折缝处还可能有裂口。
口模与牵引辊之间的距离，最小为膜管直径的3～5倍。如距离太短，膜泡周围的各点到牵引辊入口的距离差会使薄膜在压扁时产生折皱和变形，并且冷却不充分，膜管膨胀度不够，薄膜形状也很难稳定。
为了让薄膜更充分、更快、更好地冷却，在牵引辊内孔也可通入冷却水进行冷却。目前已有新颖的可逆式牵引装置和摆动式牵引装置在生产中应用。
3）导向辊与展平辊。经人字板、牵引辊展平后，折叠了的薄膜在进入卷取装置前，需要完全冷却，达到形状基本稳定，才能避免在牵引压平中粘连。同时还要让薄膜离开牵引辊时得到松弛，防止后收缩。所以要在薄膜进入收卷前设置一定的距离，并在这段距离上设置若干导向辊。导向辊直径为50mm，起导向、展平、定型的作用。在卷取前必须展平，图2-9所示是几种展平辊结构，它们利用了与薄膜接触时对薄膜表面横向分力的作用，使薄膜展平。鼓形辊和螺纹辊在一定的拉紧力和摩擦因素下是固定的，而弯曲辊的弯曲变形量是可调的，根据需要在操作中可进行调节。导向辊的安装应保持相互平行，否则薄膜会左右移动不稳定，卷取的薄膜也不平整。
（4）卷取装置 薄膜从牵引辊出来后，经过导向辊展平后进入卷取装置，如图2-10、图2-11所示。
薄膜卷取质量好坏对以后的裁切、印刷等影响非常大。卷取时，薄膜应平整无皱纹，卷边应在一条直线上，薄膜在卷取轴辊上的松紧度也应该一致。因此，卷取装置应能提供可无级调速的卷取松紧度适度的张力。卷取装置从原理上分为表面卷取、中心卷取及接触式/中心式卷取三种结构型式。
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图2-9 展平辊结构
1）中心卷取装置。中心卷取装置又称主动卷取装置，如图2-10a所示，驱动装置直接驱动卷绕辊。这种装置可用于多种厚度的薄膜的卷取，薄膜厚度的变化对卷取影响不大。薄膜在收卷过程中，由于卷绕直径不断变化，为了保持恒定的收卷线速度和张力，卷取轴的转速应随着膜卷直径的增加而相对变小，采用力矩电动机作为收卷轴的动力即可满足这种需求。
最简单的办法是利用离合器调节卷取辊的转速，使其随膜卷直径的增大而减少。
2）表面卷取装置 表面卷取装置如图2-10b所示。电动机由传动带把运动和速率传到表面驱动辊，卷取辊与驱动辊相接融，靠两者中间的摩擦力带动卷取辊将薄膜卷在卷取辊上。卷绕速率由表面驱动辊的圆周速率决定，不受卷绕辊直径变化的影响，因而能与牵引速率保持同步。图2-11所示为表面摩擦卷取工作原理示意图。
图2-10 卷取装置
a）中心卷取 b）表面卷取
图2-11 表面摩擦卷取工作原理示意图
1—卷取主动摩擦辊 2—制品卷取辊 3—卷取被动托辊
这种卷取装置结构简单可靠，维修方便，卷取轴不易弯曲，但易损伤薄膜。它适合卷取厚膜，但不适合中心卷取的宽幅薄膜。
3）接触式/中心式卷取装置。当生产滑爽性薄膜（如EVA）时，可采用接触式/中心式卷取装置，其结构如图2-12所示。
4）薄膜卷取装置的功能。
①检测、控制薄膜张力。
②展平薄膜。
③自动调节收卷压力。
④双工位收卷功能，达到设定长度后，自动切断，自动换工位卷到新的卷芯上。
⑤收卷轴横向摆动功能，自动一层层排线卷取。
（5）辅助装置
图2-12 接触式/中心式卷取装置的结构
1—传递卷轴 2—接触辊 3—基料张力测量辊 4—卷轴盒 5—控制面板 6—收卷轴抽出装置
1）横向切割装置。横向切割装置用于切割上一料卷和下一料卷中间的薄膜。切割方式有两种：
①飞刀式切割。
②裁割刀式切割。
在设备简陋的情况下，也可手工用剪刀切割。
2）纵向切割装置。
纵向切割装置可切割进入收卷机的两个卷的双层薄膜。如果需要，可将每个膜卷分成若干个小膜卷。现在使用的纵向切割装置主要有两种：
①刮板式切割机。
②旋转式切割机。
3）电晕放电处理装置。经过电晕放电处理过的薄膜可以给印刷或粘合提供方便。
4）边料处理装置。通过吹风机把边料从卷取机中清除出来，或是直接回到挤出机中进行再生产利用。
（6）辅机设备（上吹式）完好要求
1）机架应稳固，地脚及连接部分无松动。
2）人字板应保持清洁无异物，调整灵活。
3）牵引辊无严重划痕，转动灵活，并能达到说明书标定的转速和转矩，牵引辊两端气缸或弹簧推力均衡。
4）各导辊无严重划痕，转动灵活，各辊轴线与牵引辊轴线保持平行。
5）展平辊调整灵活。
6）摩擦辊上无严重划痕和异物，转动灵活，并能达到说明书标定的转速和转矩，卷取轴与摩擦辊保持平行。
7）各减速箱、变速箱运转平稳，无异常声响和振动。
8）各传动链、带松紧度适度，传动平稳。
9）气动系统无泄漏、无堵塞，气动元件动作灵敏可靠。
10）水冷系统无泄漏、无堵塞，转动部位旋转接头转动灵活。
11）润滑系统管路畅通，无泄漏。油质合格，油量适中，油标醒目。
12）安全防护装置齐全、完好。
13）电器元件齐全完好，仪表指示准确。
14）测速元件安装正确，测量准确。
15）各电动机温升不超过电动机铭牌规定。
16）设备外观整洁，无黄袍，铭牌齐全、清楚。
17）随机附件齐全，保管妥善。
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