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塑料薄膜的成型方法很多,如壓延法、流延法、吹塑法、拉伸法等。其中,雙向拉伸成為近年來(lái)頗受關(guān)注的方法之一。采用雙向拉伸技術(shù)生產(chǎn)的塑料薄膜具有以下特點(diǎn):與未拉伸薄膜相比,機(jī)械性能顯著提高,拉伸強(qiáng)度是未拉伸薄膜的3~5倍;阻隔性能提高,對(duì)氣體和水汽的滲透性降低;光學(xué)性能、透明度、表面光澤度提高;耐熱性、耐寒性能得到改善,尺寸穩(wěn)定性好;厚度均勻性好,厚度偏差?。粚?shí)現(xiàn)高自動(dòng)化程度和高速生產(chǎn)。
適用于雙向拉伸生產(chǎn)的塑料薄膜主要包括聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯乙烯和聚酰亞胺薄膜等?;驹硭芰媳∧るp向拉伸技術(shù)的基本原理為:高聚物原料通過(guò)擠出機(jī)被加熱熔融擠出成厚片后,在玻璃化溫度以上、熔點(diǎn)以下的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)(高彈態(tài)下),通過(guò)縱拉機(jī)與橫拉機(jī)時(shí)在外力作用下,先后沿縱向和橫向進(jìn)行一定倍數(shù)的拉伸,從而使分子鏈或結(jié)晶面在平行于薄膜平面的方向上進(jìn)行取向而有序排列,然后在拉緊狀態(tài)下進(jìn)行熱定型,使取向的大分子結(jié)構(gòu)固定,最后經(jīng)冷卻及后續(xù)處理便可制得薄膜。生產(chǎn)設(shè)備與工藝雙向拉伸薄膜生產(chǎn)線是由多種設(shè)備組成的連續(xù)生產(chǎn)線,包括:干燥塔、擠出機(jī)、鑄片機(jī)、縱向拉伸機(jī)、橫向拉伸機(jī)、牽引收卷機(jī)等。其生產(chǎn)流程較長(zhǎng),工藝也比較復(fù)雜。
以BOPET薄膜為例,將主要設(shè)備與工藝簡(jiǎn)述如下:
1、配料與混合普通BOPET薄膜所使用的原料主要是母料切片和有光切片。母料切片是指含有添加劑的PET切片,添加劑有二氧化硅、碳酸鈣、硫酸鋇、高嶺土等,根據(jù)薄膜的不同用途來(lái)選用相應(yīng)的母料切片。聚酯薄膜一般采用一定量的含硅母料切片與有光切片配用,其作用是通過(guò)二氧化硅微粒在薄膜中的分布,增加薄膜表面微觀上的粗糙度,使收卷薄膜之間容納有極少量的空氣,從而防止薄膜粘連。有光切片與一定比例的母料切片通過(guò)計(jì)量混合機(jī)進(jìn)行混合后進(jìn)入下工序。
2、結(jié)晶和干燥對(duì)于有吸濕傾向的高聚物(例如PET、PA、PC等),在進(jìn)行雙向拉伸之前,須先進(jìn)行預(yù)結(jié)晶和干燥處理。這樣做的目的是:提高聚合物的軟化點(diǎn),避免其在干燥和熔融擠出過(guò)程中樹(shù)脂粒子互相粘連或結(jié)塊;去除樹(shù)脂中的水分,防止含有酯基的聚合物在熔融擠出過(guò)程中發(fā)生水解或產(chǎn)生氣泡。PET的預(yù)結(jié)晶和干燥設(shè)備一般采用帶有結(jié)晶床的填充塔,同時(shí)配有干空氣制備裝置,包括空壓機(jī)、分子篩去濕器、加熱器等。預(yù)結(jié)晶和干燥溫度為150℃~170℃,干燥時(shí)間約3.5~4h,干燥后的PET切片濕含量要求控制在30~50ppm。
3、熔融擠出
●擠出機(jī)。經(jīng)過(guò)結(jié)晶和干燥處理后的PET切片進(jìn)入單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行加熱熔融塑化。為了保證PET切片良好的塑化質(zhì)量和穩(wěn)定的擠出熔體壓力,螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要。除對(duì)長(zhǎng)徑比、壓縮比、各功能段均有一定要求外,還特別要求是Barrier型螺桿,這種結(jié)構(gòu)的螺桿有利于保證擠出物料的良好塑化、擠出機(jī)出口物料溫度的均勻一致、擠出機(jī)的穩(wěn)定出料和良好排氣,并有利于提高擠出能力。若擠出量不是太大,推薦選用排氣式雙螺桿擠出機(jī)。這種擠出機(jī)有兩個(gè)排氣口與兩個(gè)抽真空系統(tǒng)相連接,具有很好的抽排氣、除濕功能,可將物料中所含的水分和低聚物抽走,因而可以省去一套復(fù)雜的預(yù)結(jié)晶/干燥系統(tǒng),節(jié)省投資并降低運(yùn)行成本。擠出機(jī)溫度設(shè)定從加料口到機(jī)頭約為210℃~280℃。
●熔體計(jì)量泵。熔體計(jì)量是通過(guò)高精度的齒輪泵來(lái)實(shí)現(xiàn)的。計(jì)量泵的作用是保證向模頭提供的熔體具有足夠而穩(wěn)定的壓力,以克服熔體通過(guò)過(guò)濾器時(shí)的阻力,保持薄膜厚度的均勻性。熔體計(jì)量泵通常采用斜的二齒輪,泵的加熱溫度控制在270℃~280℃。
●熔體過(guò)濾器。為了去除熔體中可能存在的雜質(zhì)、凝膠粒子、魚(yú)眼等異物,常在熔體管線上計(jì)量泵的前后各安裝一個(gè)過(guò)濾器。BOPET薄膜生產(chǎn)線通常采用碟狀過(guò)濾器,其材料為不銹鋼網(wǎng)與不銹鋼燒結(jié)氈組合而成。不銹鋼碟片的尺寸為φ12in(1in=25.4mm),過(guò)濾網(wǎng)孔徑一般在20~30μm,過(guò)濾器加熱溫度控制在275℃~285℃。
●熔體管。熔體管的作用是將擠出機(jī)、計(jì)量泵、過(guò)濾器等與模頭連接起來(lái),以讓熔體從中通過(guò)。熔體管內(nèi)壁要求非常光潔且無(wú)死角,熔體管串連起來(lái)的長(zhǎng)度盡量短一些,以免熔體在其中滯流,停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生降解。 來(lái)自擠出機(jī)的熔體被擠入到熔體管后,分別流經(jīng)粗過(guò)濾器、計(jì)量泵、精過(guò)濾器后進(jìn)入模頭。如果是三層共擠生產(chǎn)線,在模頭上方還配置一個(gè)熔體分配器。過(guò)濾器、計(jì)量泵和熔體管等可以用電加熱,也可用導(dǎo)熱油夾套加熱。熔體管加熱溫度控制在275℃~285℃。
●靜態(tài)混合器。熔體流過(guò)熔體管時(shí),沿著管壁的熔體溫度與熔體中心的溫度有較大的溫差。為使進(jìn)入模頭的熔體溫度均勻一致,以保證模頭出料均勻,須在熔體管連接模頭一端的內(nèi)部安裝若干組靜態(tài)混合器,熔體流過(guò)靜態(tài)混合器時(shí),會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生分-合-分-合的混和作用,從而達(dá)到均化熔體溫度的目的。
4、鑄片系統(tǒng)
●模頭。模頭是流延鑄片的關(guān)鍵模具,直接決定鑄片的外形和厚度均勻性。BOPET常采用衣架型模頭,模頭開(kāi)度通過(guò)若干個(gè)帶有加熱線圈的推/拉式差動(dòng)螺栓進(jìn)行初調(diào),并通過(guò)在線測(cè)厚儀的自動(dòng)測(cè)厚、反饋給模頭的加熱螺栓進(jìn)行模唇開(kāi)度的微調(diào)。