双向拉伸聚酯薄膜生产设备与工艺

技术讲座连载(四)
双向拉伸聚酯薄膜生产设备与工艺
冯树铭
(中国包装联合会塑料包装委员会专家组)
(上接2010年 塑料包装 第5期)
第三章双向拉伸聚酯薄膜生产设备与工艺
第五节铸片系统
铸片是将挤出系统输送来的均匀稳定的熔体通过模头流延在转动的急冷辊上,使之形成无定型的厚片,供下道工序拉伸用。

铸片系统由模头、急冷辊(冷鼓)、静电吸附装置和驱动电机的组成。

5.1模头
模头是铸片系统最重要的设备。

模头按其流道形式分鱼尾型、支管型和衣架型三种,衣架型模头兼具前两种模头的特点。

衣架型模头的支管扩张角大,模头内压力分布均匀,是PET铸片常用的一种模头。

按模头与挤出机的方向和熔体在支管中流向又分T型和I型两种。

所谓T型是指挤出机与模头方向垂直,物料从支管中部进入;而I 型是指挤出机与模头方向平行,物料从支管的一端进入,支管的另一端封闭。

PET铸片的厚度调节主要取决于模唇间隙,其次是铸片辊的线速度。

在调节模唇间隙(开度)时,先用手工调节模头上的差动螺栓,一般差动螺栓有螺距为2.0m m外螺纹和螺距为1.75mm的内螺纹,则螺栓每转一周,模头开度便增加或减小2.0-1.75=0.25mm,这是模唇开度的粗调。

模唇开度的微调是靠薄膜在线测厚仪的扫描检测信号,自动反馈至模头以控制推拉螺栓的加热功率,使之产生细微的伸长或收缩而达到微调模头的目的。

对于三层共挤薄膜生产线,若是A/B/A结构,只需在普通单流道模头上方安装一只分配块,来自两台挤出机的物料在分配块中汇合后进入模头,并在冷鼓上铸片。

若是A/B/C结构,三种物料需三台挤出机并通过分配块进入三流道模头,最后在模头出口处汇合后流延在冷鼓上。

5.2冷却转鼓(铸片辊)
PET熔体流出模唇后便铸片于匀速转动的冷却转鼓上,被急冷至玻璃化温度T g以下并形成无定形的透明的厚片,此过程称之为铸片。

在铸片过程中,PET熔体发生如下的变化:!通过急冷,使PET熔体在几秒钟内从280∀左右的高温骤冷至50∀以下;#PET从粘流态转变成玻璃态;∃PET熔体由完全无定形变成有一点结晶度(<5%)的无定形厚片。

铸片过程的工艺和设备对拉伸工艺和产品性能的影响:
%冷却速度快慢的影响
冷鼓温度越低、厚片贴附冷鼓越紧密、热传导效果愈好,则铸片的冷却速度愈快,这样可使铸片的结晶度最小、球晶细而均匀,有利于下一步的拉伸和取向。

所以PET铸片应采用低温快速冷却,
冷却水温度控制在30∀以下。

当然,冷却水温度也不要过低,特别是对于厚度较厚的铸片,会造成铸片两面的温差过大,两面结晶情况不一样,甚至产生铸片脱离冷鼓的现象。

∋冷鼓表面温度均匀性影响
冷鼓表面温度均匀稳定,最终影响铸片结晶的均匀性。

因此冷鼓内循环水的走向和流量应能满足上述要求,即冷鼓表面温差(1∀,冷鼓进出水温差)∗1∀。

+冷鼓对PET熔体予拉伸影响
熔体流延速度低于冷鼓的表面线速度,这时熔体在粘流态下产生了一定程度的予拉伸,这种予拉伸有利于晶粒细化和生成准晶结构,从而可减少拉伸破膜的发生。

,颈缩现象
铸片在预拉伸的同时,由于冷鼓的拖拽作用,使冷却后的铸片产生颈缩现象。

其结果使铸片两个边部变厚,在纵向拉伸时会因边部变厚与预热辊、拉伸辊接触不良,导致拉伸不均匀。

减少颈缩的措施是尽量减小模唇与冷鼓之间的距离。

−冷鼓尺寸精度和运行稳定性的影响
冷鼓精度包括加工精度和安装精度,它们的精度要求<0.01mm,冷鼓运行时振幅要求<0. 02m m,为此冷鼓表面须进行精加工,并要做动/静平衡试验。

冷鼓表面光洁度则是影响铸片表观质量的重要因素,要求镜面抛光,镀硬铬厚度约0. 1mm。

5.3静电吸附装置
铸片时,高温熔体流延到光洁、低温、高速转动的冷鼓表面后,如果没有外力的作用,一方面经急冷的铸片不易贴附于冷鼓表面,另一方面,在厚片与冷鼓之间很容易夹入空气,降低传热效果,因而严重影响铸片质量,如结晶度高、结晶不均匀,颈缩大,甚至有水波纹等缺陷,所以在铸片系统都须配置铸片贴附装置,如静电吸附、气刀、真空吸嘴等。

下面介绍一下静电吸附装置。

静电吸附装置由静电吸附丝电极、高压发生器、电极丝放卷收卷马达等组成。

静电吸附铸片的原理:利用高压发生器产生的几千伏直流电压,使电极丝与冷鼓分别为负极和正极(冷鼓接地),铸片在此高压静电场中因静电感应而带上与冷鼓极性相反的静电荷,在异性静电荷相互吸引力作用下,于是铸片与冷鼓表面紧密吸附贴合在一起,达到排除空气和良好传热的效果。

静电吸附丝电极常用的金属丝有钨合金丝、镍铬丝、钼丝等,丝的直径一般为0.12~0.15mm。

静电吸附力F=K.V/ & 2
由上式可知,吸附力F与电压V成正比,与电极丝离铸片的距离 成反比,与电极丝直径的平方成反比。

为了增大吸附力,特别是为适应高速生产线的需要,例如当冷鼓线速度达到90米/分以上时,必须在提高直流电压的同时,应尽量减小电极丝直径才行。

但减小电极丝直径受到其拉伸强度的限制,因为吸附丝在工作状态下是在连续走动的,即一边放丝,一边收丝,要承受10~ 20N的拉力,为了进一步提高吸附力,于是出现了带状吸附装置。

带状吸附电极是在保证有足够拉伸强度的条件下,尽量减小其截面以达到提高F 值的目的,吸附带最小截面为0.05mm。

静电吸附丝在工作过程中,为保持其表面清洁,避免低聚物在吸附丝上的凝聚而影响吸附效果,电极丝须预先绕在金属盘上,再放入绝缘盒中。

放线盘与高压发生器相连,工作时,电极丝通过导向轮、端部绝缘套,在伺服电机的驱动下缓慢而连续地通过冷鼓铸片吸附区,以不断更新被污染的电极丝,然后经过端部绝缘套、布线器绕到收线轮上。

放线端的伺服电机设计成反力矩模式,电极丝运行过程中,给予一定的反向力,而收线端的伺服电机给电极丝一定的拉力,在它们的共同作用下,使电极丝完成平稳移动的放/收线过程。

拉力的大小通过变频来调节。

此外,也可采用双丝的办法来改善吸附效果,即在平行电极丝旁另外增加一根较粗的金属丝
(0.2mm),并通电加热使电极丝周围产生较高的温度场,其作用仍然是防止低聚物在电极丝上凝聚。

对于高速生产线,例如当生产线速度达到320米/分以上或冷鼓线速度在90米/分以上时,单靠吸附丝就显得不够了,于是有一种适合高速生产的PET切片(简称高速料)应运而生了。

所谓高速料是在聚酯切片生产过程中,加入某些金属离子如醋酸镁等,在熔融挤出铸片时,铸片中所含的金属离子在高压静电场作用下,同样因静电感应而带上与冷鼓相反的电荷,从而达到增加铸片的贴附效果。

5.4静电消除
铸片通过静电吸附后带有大量静电荷,它不仅容易吸附灰尘,而且对操作工的安全有影响,故在铸片离开冷鼓后须进行消静电处理。

这里的静电消除常采用带有金属刷的无源电极棒来去除薄膜表面所产生的静电。

常州钟恒铸片系统:
!模头部分:ABC三层共挤模头,三流道、衣架式平模头,模头体镀铬,模唇表面抛光,
模唇宽度:B层2540mm,A、C层2440mm,
模唇开度:0.7~ 2.5m m,可调,电加热,加热区27个,总加热功率70KW,
模头装有热膨胀螺栓,加热冷却自动控制,模头共有89只螺栓,间隔28.5mm,每只螺栓加热功率0.3KW,空气冷却,每个热膨胀螺栓的温度由电脑系统按照薄膜厚度自动控制,由测量仪测量。

#铸片机:冷鼓直径!2000m m,工作宽度2600mm,生产速度4-120m/min,温度范围25-50∀AC变频马达5.8KW,直接驱动,无齿轮箱,闭环速度控制。

∃贴附装置:双金属丝电极,DC电源,移动电极丝(0.12)通过侍服电机驱动/制动,固定电极(0.2)通过变压器供电加热。

/剥离辊:!300.2800,非驱动。

0静电消除器:无源电极棒装有金属刷。

第六节纵向拉伸(MDO)
铸片进入纵拉机后,在一定温度和外力作用下完成纵向拉伸过程。

纵拉机由预热辊、拉伸辊、冷却辊、张力辊、橡胶压辊、红外加热器及穿片机构、热水机组、驱动系统等组成。

6.1预热辊组
铸片在预热辊组间被逐步加热到玻璃化温度以上,接近高弹态,然后进入拉伸区。

预热辊一般为8~14只钢辊,表面镀铬,但在最后的几只予热辊表面可涂复陶瓷或Teflon,目的是防止薄膜粘连滚筒。

预热辊的排列方式有上下交叉排列和一字形排列两种。

上下排列时,膜片的包角大,传热面积大;一字型排列时,膜片受热面积较小,但其正反交替受热较快,相对受热比较均匀,同时也便于安装和维修。

膜片在预热过程中,因受热膨胀而有一定的伸长,为避免薄膜下垂、夹有空气而影响传热效果,在设计时须对预热辊逐个增速,滚筒的增速是通过齿轮或皮带轮实现的。

如果是每个滚筒单独驱动,则可通过变频马达来调节。

预热辊温度设定:70~80∀
6.2拉伸辊
纵向拉伸有单点拉伸和多点拉伸之分。

单点拉伸是在两只拉伸棍之间完成的,多点拉伸则是在几组拉伸辊之间进行的,多点拉伸比较适合高速生产线,因为多点拉伸时,冷鼓的速度相对可降低一些。

拉伸辊的直径一般比预热辊要小一些,例如预热辊和冷却辊的直径通常为∀300,而拉伸辊直径只有∀200,因为采用较小直径可加大薄膜对滚筒单位面积上的压力,因而增加摩擦力,防止在薄膜拉伸时打滑。

拉伸辊的温度设定:约高于高聚物玻璃化温度十几度即80~85∀的高弹态下拉伸,拉伸倍数3~3.6,最大可达4倍。

拉伸比越大,PET大分子取向越好,薄膜的拉伸强度也越大。

在拉伸区薄膜的两侧,另外配置有红外加热
器,对薄膜进行补充加热,并且在最后一只预热辊的两端部也配有半圆形红外灯管对薄膜边部补充加热。

在拉伸区红外加热灯管对薄膜表面的加热温度控制在130∀以下,红外灯管横向温差要求(∗2∀。

6.3冷却辊
有3~4只,使经过纵向拉伸的薄膜从拉伸温度迅速冷却下来,避免薄膜过度结晶而影响横向拉伸的顺利进行。

冷却辊温度设定:30~50∀。

冷却辊组也要考虑一定的速差,即减速比。

适当增大减速比,有利于薄膜的纵向松弛,以减小纵向收缩率。

6.4张力辊
在纵拉机的进出口各装有一只张力辊,其作用是调节铸片辊与M DO及M DO与T DO之间的薄膜张力,通过张力传感器对薄膜张力进行控制。

6.5橡胶压辊
通常在MDO的进出口和快慢拉伸辊各安装一对橡胶压辊,它们的作用是防止空气进入薄膜与滚筒之间影响传热,并可防止薄膜拉伸时打滑。

压辊的起落和压力的大小由气缸来完成。

6.6穿片装置
为了安全迅速地将厚片送入平行或交叉排列的众多辊筒之间进行纵向拉伸,在纵拉机入口的一侧装有一套机械穿片装置。

它是一条单独循环运行的套筒滚子链条,此穿片链条带动铸片运行于各辊筒之间而完成穿片操作。

链条的驱动可利用快拉辊驱动马达和一个附加离合器来动作或停止。

常州钟恒纵拉系统
MDO滚筒直径:预热!300,拉伸/冷却!220,工作宽度2600(辊面宽度2800),拉伸间隙:2,拉伸比1:1-1:6。

两点拉伸:第一点水平拉伸在S2 -S3之间,第二点斜拉伸在S3-S4之间。

慢速段:预热辊P1-P3镀铬,P4-P14喷涂T eflon,拉伸辊S1-S2、喷涂Teflo n
中速段:拉伸辊S3喷涂T eflon
快速段:拉伸辊S4镀铬,热定型辊A1-A5镀铬。

张力辊:进口!200,出口!220,均镀铬。

所有预热辊、拉伸辊和定型辊均单独各由一只AC变频马达驱动。

加热介质:加压热水。

破膜探测器:在MDO的出口。

(上接52页)
域延伸到整个标签、印刷及包装产业,涵盖整个标签上下游产业,从而推动中国标签行业的发展,致力成为中国乃至华南地区标签行业的龙头展。

12011中国国际标签展2的主办方已力邀和携手与多个印标和印刷协会及企业再度合作,包括广东省防伪协会、深圳市防伪协会、广州市包装印刷专业委员会、深圳市印刷行业学会、中山市包装印刷行业协会、广州市包装印刷行业协会、广东省江门市印刷协会、玉林印刷协会、厦门市印刷协会、佛山市南海区印刷包装协会、泉州市印刷行业协会、河北衡水印刷协会、北海印刷协会、福建省包装装潢印刷协会、广西省南宁市印刷协会、江西省印刷协会、广东省韶关市印刷协会、广东省鹤山市印刷协会、肇庆市印刷行业协会、顺德包装印刷协会、中国印刷技术协会凹版印刷分会、汕头市金平区印刷商会等。

12011年中国国际标签印刷技术展览会2将与1第十八届华南国际印刷工业展览会2、1第十八届中国国际包装工业展览会2和1第十四届中国国际啤酒、饮料及液态包装工业展览会2同场上演,协力打造全国最强势的标签、印刷、包装产业链行业盛会。

(记者缪惟民)。