金韦尔流延设备详细组成

流延基本概念

在流延薄膜挤出过程中，塑料树脂原料通过称重喂料系统被定量输送到一台或多台挤出机，然后材料被挤出机熔化和混合，过滤，然后熔融聚合物通过平模系统形成最终的平膜形状。模具系统由模具和分配器（如果工艺需要共挤）组成。离开模头后，熔融的薄膜立即流延到冷却辊进行冷却，冷却辊通水冷却使辊筒降低其温度从而使薄膜迅速定型。然后薄膜通过过渡辊并且在线修边，进行电晕处理（如果需要印刷或涂层等制造工艺）并将薄膜收卷成卷。下面介绍典型流延薄膜生产线的主要组件。

流延膜生产线组件

称重喂料系统

在许多情况下，薄膜是用基础聚合物与一种或多种次要组分的混合物制成的。通常这种混合是通称重喂料系统在线进行的。称重式喂料系统按重量而不是体积控制喂入挤出机的材料量。该系统比体积喂料更精确，误差容限降低到了 ± 0.5% 的量级。

在这种喂料系统中，需要特别注意防止颗粒过早熔化，特别是在加工熔化温度低的材料或颗粒尺寸较小时。建议采用振动和冷却进料斗来缓解这个问题。同样重要的是要确保被喂入的材料不携带水分，以免在最终薄膜中出现小气泡，也称为“鱼眼”。在某些情况下，需要对材料进行干燥。这可以通过除湿单元或具有内置干燥功能的料斗来完成。

挤出机

挤出机的主要功能是熔化塑料颗粒并将所得熔融聚合物混合以实现均匀熔体。这是通过使用旋转的螺杆在机筒内输送材料来完成的。挤出机机筒直径通常为 3½” (90 mm) 至 6” (150 mm)。螺杆根据挤出材料的特定特性和工艺参数进行定制。螺钉的长度很大程度上受其直径的影响。螺杆长度与直径 (L/D) 的比率通常在 26:1 到 30:1 的范围内。

确保流出挤出机的流量得到良好控制和恒定，螺杆转速的变化不超过±1%，这一点至关重要。未能准确控制螺杆速度通常会导致不希望的脉动流动，这会导致薄膜厚度在机器方向上发生周期性变化。 

计量部分或挤出机的最终部分旨在保证从挤出机中精确计量材料。为了达到上述目的，螺杆与机筒之间的间隙很小。这带来了另一个挑战，因为很难在旋转的螺杆和机筒之间保持恒定的间隙。

为了克服上述潜在问题，通常在挤出机下游使用熔体泵。该泵是一种容积式装置，无论挤出机的排放压力如何，都能产生一致的流量。该泵通过承担产生压力的工作减轻了挤出机的工作量。降低的挤出机头压力转化为能源消耗的节省、熔体温度的下降以及机筒和螺杆之间的磨损减少。

在共挤生产线中，挤出机的数量取决于被挤出的不同材料的数量，而不一定取决于层数。这是因为现有的分配器技术允许来自一台挤出机的流体在最终的共挤出物中分成两层或更多层。

过滤系统

过滤系统的目的是防止在挤出过程中形成的熔体杂质和/或凝胶向下游流动。在这个阶段进行适当的控制是防止熔体污染的必要条件。最常见的过滤器是那些包含金属网的过滤器。当承受挤压过程允许的最大压力时，承载过滤介质的外壳必须能够承受聚合物流施加的力。

强烈建议使用连续换网器，其中网孔不断再生，以最大限度地减少滤网组的更换时间。

平模系统

可以说，模具系统是任何共挤生产线的心脏。模头系统由共挤出进料块、平模和将不同熔融聚合物从挤出机输送到进料块入口的分配器形成。共挤薄膜的质量和工艺的生产率在很大程度上取决于模具系统的设计和性能质量。

模具系统的主要功能是形成多层薄膜，该薄膜均匀分布在模具宽度上，薄膜的厚度变化和每个单独层的厚度变化在行业可接受的公差范围内（不超过 ±2.5%总厚度，每层在 ±15 至 ±20% 范围内）。

分配器的上游是熔体流道。这种流道的设计标准必须考虑材料停留时间、压降和温度控制等参数。例如，可以通过增加管道直径来解决过大的压降；然而，这反过来又会增加材料的停留时间并增加材料降解的可能性。此外，需要准确的壁厚尺寸和适当的加热器规格，以防止管道加热或冷却它们输送的熔体。设计师的任务是在所有这些变量之间找到适当的平衡。

共挤分配器以预定的层顺序排列不同的熔体流，并产生与最终共挤出物中层数一样多的熔体流。一旦完成，每个流采用平面几何形状，与相邻层相遇并形成最终的平面共挤出物。

共挤分配器分为两类：固定喂料块和可变喂料块。在这些块的上游部分可以找到所谓的选择塞或选择阀芯。这个圆柱形可拆卸部件负责将每个熔体流引导到其在共挤出物中的最终位置。如果需要，塞子还可以将这些流与一种材料分开，该材料在结构中提供多于一层的材料。如果需要不同的层序，只需更换插头即可。

当生产线仅用于几种流变行为相似的不同产品时，固定几何块最有效。然而，值得注意的是，这些块具有可拆卸的流动插件，如果需要处理更广泛的材料，可以加工或更换。    

可变几何形状的喂料块非常适用于高附加值材料的共挤出或生产线范围更加多样化的情况。通常，这些块具有可移动的内部组件，可以在与相邻层相遇之前调整单个层的宽度分布和/或其速度，这反过来会影响其剪切速率和粘度。因此，共挤出固有的问题，例如层变形和界面不稳定性可以通过调整进料块来克服。  

尽管共挤喂料块技术具有解决共挤流固有的流动异常的所有能力，但只有当喂料块与为处理共挤流而设计和适当设计的模具结合使用时，才能生产出最佳的共挤出物。模具和送料块之间的完美协同作用将保证高质量的产品。

设计良好的模具必须保证在铺展来自喂料块的共挤出物的过程中，每个单独层的平整度保持在±15至±20％的公差范围内。它还必须设计成停留时间不会过长，以防止降解问题或在某些情况下防止层间不希望的热传递。模具的设计还必须使压降保持在挤出过程中的正常水平。

同样重要的是，模具的高精度尺寸、好的钢材材质和适当的流道设计，以保证热稳定性并最大限度地减少模具在成型时模唇的过度变形，承受薄膜挤压时所固有的模腔压力。    
模具技术的最新进展提高了流延膜生产线的生产力。插入模具两端的挡边允许改变薄膜宽度并随之减少修边。它们可以是固定的或可调节的，它们的长度可以超过 20 英寸。

近来引入了包边技术，以减少由于共挤出物的修边不可回收而造成的材料浪费。包边可以重新回到生产过程中，大大节省材料成本。而且包边不影响薄膜宽度的调整。

冷却装置

冷却装置包括一个主冷却辊、一个辅助辊、一个用于使辊正确垂直和横向对齐的电动辊定位系统，还包括一个真空箱和/或气刀。

冷却辊通常镀铬以实现更好的表面光洁度并增强薄膜冷却期间的传热过程。冷却介质通常是在辊内循环的水。主冷却辊冷却薄膜的一侧，而辅助辊冷却薄膜的另一侧。

模具以 45° 至 90° 的角度定位在主冷却辊上方。模唇出口与辊之间的距离为 0.8 至 2 英寸。冷却系统允许生产线高速运行。随着线速度要求的增加，为辊指定的直径也会增加。

辊筒必须与辊筒完美对齐，以保证均匀的张力并最大限度地减少薄膜宽度上的厚度变化。此外，必须很好地控制辊的角速度，以防止薄膜厚度在机器方向上的波动。

在某些需要更有效冷却的应用中，例如CPP流延膜，需要使用连接到模具固定体的真空箱。PP 材料如果不进行快速冷却，往往会形成晶体，最终会产生浑浊的薄膜。真空箱去除主冷却辊表面和薄膜之间的夹带空气，以最大限度地减少热卷材和辊之间的空气屏障。如果不减少这种空气屏障，它将充当阻碍薄膜冷却过程的隔热垫。该真空箱还减少了薄膜中的颈缩量和气隙，并允许使用更高的生产线速度。

真空箱可与气刀或气室结合使用，以进一步加强幅材冷却。

自动仪表控制系统

在线测量和控制沿其宽度的薄膜厚度分布是厚度控制系统。模唇手动调节可以使薄膜厚度变化控制在±3%到±5%的范围内。在自动模式下，可以将这些变化减少一半。

仪表控制系统包括辐射发射单元和控制台。辐射单元沿机器横向移动，循环扫描胶片（以分钟为单位）。通常，辐射来自β射线源。不过，也可以使用 X 射线和红外线源。一般而言，膜厚度被确定为膜辐射吸收率的函数。因此，吸收率的变化转化为薄膜厚度的变化。        
控制台是控制系统与自动模具之间的接口。管芯上的每个调整点或热转换器在空间上与薄膜上的位置相关。
控制系统根据需要向热转换器供电，并且通过调节元件的热膨胀来调节唇间隙。与 自动控制相关的一个重要变量是时间常数。它定义为调整元件拉长其最大伸长率的 62.3% 所需的时间。时间常数越短，系统响应越快，转化为生产力的提高。 

电晕处理

为了促进油墨或涂料在薄膜表面上的粘附，有必要进行表面处理。电晕处理是现有方法中最常用的。电晕处理增加了薄膜的表面能，从而增加了它的表面张力。该系统包括电源和处理站。电源将 50/60 Hz 工厂电源转换为 10 至 30 KHz 范围内的更高频率的电源。这种较高频率的能量被提供给处理站，并通过通常在 0.5 英寸到 1 英寸范围内的气隙通过两个电极施加到薄膜表面，一个具有高电位，另一个具有低电位。当产生的高电位差使空气电离时，薄膜表面的表面张力会增加。 
电晕处理可以在线进行，也可以在薄膜生产后作为单独的下游工艺进行。如果在线执行，必须特别考虑有毒臭氧的潜在产生。在某些情况下，有必要在生产区域提供通风系统。

收卷机

简而言之，收卷机用于将挤出的薄膜收成卷。收卷过程必须使成卷的薄膜在展开后并在其他下游过程中保持其特性和尺寸。收卷机有三种基本类型；表面（摩擦）收卷机、转塔或中心收卷机和中心/表面（摩擦）收卷机。

表面（摩擦）收卷机通过大直径辊筒和卷绕轴之间的接触收卷薄膜，卷绕轴以可变压力压在辊筒上。

转塔式收卷机或中心收卷机是任何类型的收卷机，它使用翻转气涨轴的中心或在支撑卡盘上驱动气涨轴的中心收卷。

中心/表面（摩擦）收卷机（或间隙收卷机）的组合方法中，在表面（摩擦）辊或叠层辊与摩擦辊之间保持小间隙。中心收卷独立于表面（摩擦）辊或者驱动辊。   
薄膜可以是粘性的或有一定程度的滑动性，有高弹性或低弹性，薄或厚，所需的卷径可大可小；卷可以是窄的或宽的，软的或硬的。收卷机技术很复杂，在特定应用中使用的适当类型的络筒机取决于上述所有变量。 
转塔或中心收卷机的使用在流延薄膜应用中是典型的。使用这种类型的收卷机，卷筒纸张力随着卷筒直径的增加而降低。这由收卷轴的转速控制。叠放可防止或允许在层间夹带少量空气。后者推荐用于缠绕高粘性薄膜或缠绕软卷。 
为了在挤出薄膜上均匀分布缺陷（厚度变化），使用了摆动装置。摆动装置在薄膜被切开和缠绕时来回移动薄膜。另一种方法是相对于薄膜来回移动分切机和收卷机。

电脑监控系统

已经列举和描述了铸造挤压生产线的主要部件。这些组件不单独行动，而是由计算机化的监督和控制系统集成和管理。主计算机是大脑，它以协调的方式耦合和驱动所有线路组件的控制。 
计算机的主要任务是：

·         控制线路的启动、关闭和速度；

·         监控喂入挤出机的材料重量并控制挤出机的速度以保持恒定的产量；

·         控制所有温区和所有材料的温度；

·         协调轨距控制系统、自动模具响应和线速度之间的相互作用；

·         控制幅面张力；

·         存储和处理所有产品配方、存储操作数据和控制报警系统。

一个好的控制系统必须为操作员提供易于操作的图形界面或监控系统。