聚乙烯吹塑薄膜成型

一、目的要求

1．了解单螺杆挤出机、吹膜机头及辅机的结构和工作原理。

2．了解塑料的挤出吹胀成型原理；掌握聚乙烯吹膜工艺操作过程、各工艺参数的调节及成膜的影响因素。

二、原理

塑料薄膜是一类重要的高分子材料制品。由于它具有质轻、强度高、平整、光洁和透明等优点，同时其加工容易、价格低廉，因而得到广泛的应用。

    塑料薄膜可以用多种方法成型，如压延、流涎、拉幅和吹塑等方法，各种方法的特点不同，适应性也不一样。压延法主要用于非晶型塑料加工，所需设备复杂，投资大，但生产效率高，产量大，薄膜的均匀性好。流诞法主要也是用于非晶型塑料加工，工艺最简单，所得薄膜透明度好，具各向同性，质量均匀，但强度较低，且耗费大量溶剂，成本增加，于环保也不利。拉幅法主要适用于结晶型塑料，工艺简单，薄膜质量均匀，物理机械性能最好，但设备投资大。吹塑法最为经济，工艺设备都比较简单，结晶和非晶型塑料都适用，既能生产窄幅，又能生产宽达10m的膜，吹塑过程塑料薄片的纵横向都得到拉伸取向，制品质量较高，因此得到最广泛的应用。

    吹塑成型也即挤出----吹胀成型，除了吹膜以外，还有中空容器成型。薄膜的吹塑是塑料从挤出机口模挤出成管坯引出，由管坯内芯棒中心孔引人压缩空气使管坯吹胀成膜管，后经空气冷却定型、牵引卷绕而成薄膜。吹塑薄膜通常分为平挤上吹、平挤平吹和平挤下吹等三种工艺，其原理都是相同的。薄膜的成型都包括挤出、初定型、定型、冷却牵伸、收卷和切割等过程。本实验是低密度聚乙烯的平挤上吹法成型，是目前最常见的工艺。

    塑料薄膜的吹塑成型是基于高聚物的分子量高、分子间力大而具有可塑性及成膜性能。当塑料熔体通过挤出机机头的环形间隙口模而成管坯后，因通人压缩空气而膨胀为膜管，而膜管被夹持向前的拉伸也促进了减薄作用。与此同时膜管的大分子则作纵、横向的取向作用，从而使薄膜强化了其物理机械性能。

    为了取得性能良好的薄膜，纵横向的拉伸作用最好是取得平衡，也就是纵向的拉伸比（牵引膜管向上的速度与口模处熔体的挤出速度之比）与横向的空气膨胀比（膜管的直径与

口模直径之比）应尽量相等。实际上，操作时，吹胀比因受到冷却风环直径的限制，吹胀比可调节的范围是有限的，而且吹胀比又不宜过大，否则造成膜管不稳定。由此可见，拉伸比和吹胀比是很难一致的，也即薄膜的纵横向强度总有差异的。

    在吹塑过程中，塑料沿着螺杆向机头口模的挤出以致吹胀成膜，经历着粘度、相变等一系列的变化，与这些变化有密切关系的是螺杆各段的温度、螺杆的转速是否稳定，机头的压力、风环吹风及室内空气冷却以及吹入空气压力，膜管拉伸作用等相互配合与协调都直接影响薄膜性能的优劣和生产效率的高低。

1．各段温度和机外冷却效果是最重要的因素。通常，沿机筒到机头口模方向，塑料的温度是逐步升高的，且要达到稳定的控制。各部位温差对不同的塑料各不相同。本实验对LDPE吹塑，原则上机身温度依次是130℃，150℃，170℃递增，机头口模处稍低些。熔体温度升高，粘度降低，机头压力减少，挤出流量增大，有利于提高产量。但若温度过高和螺杆转速过快，剪切作用过大，易使塑料分解，且出现膜管冷却不良，这样，膜管的直径就难以稳定，将形成不稳定的膜泡“长颈”现象，所得泡（膜）管直径和壁厚不均，甚至影响操作的顺利进行。因此，通常是控制稍低一些的熔体挤出温度和速度。

2．风环是对挤出膜管坯的冷却装置，位于离模管坯的四周。操作时可调节风量的大小

控制管坯的冷却速度，上、下移动风环的位置可以控制膜管的“冷冻线”位置。冷冻线对结晶型塑料即相转变线，是熔体挤出后从无定型态到结晶态的转变。冷冻线位置的高低对于稳定膜管、控制薄膜的质量有直接的关系。对聚乙烯来说，当冷冻线低，即离口模很近时，熔体因快速冷冻而定型，所得薄膜表面质量不均，有粗糙面；粗糙程度随冷冻线远离口模而下降，对膜的均匀性是有利的。但若使冷冻线过分远离口模，则会使薄膜的结晶度增大，透明度降低，且影响其横向的撕裂强度。冷却风环与口模距离一般是30～100mm。

3．若对管膜的牵伸速度太大，单个风环是达不到冷却效果的，可以采用两个风环来冷却。风环和膜管内两方面的冷却都强化，可以提高生产效率。膜管内的压缩空气除冷却外还有膨胀作用，气量太大时，膜管难以平衡，容易被吹破。实际上，当操作稳定后，膜管内的空气压力是稳定的，不必经常调节压缩空气的通入量。膜管的膨胀程度即吹胀比，一般控制在2～6之间。

4．牵引也是调节膜厚的重要环节。牵引辊与挤出口模的中心位置必须对准，这样能防止薄膜卷绕时出现的折皱现象。为了取得直径一致的膜管，膜管内的空气不能漏失，故要求牵引辊表面包复橡胶，使膜管与牵引辊完全紧贴着向前进行卷绕。牵引比不宜太大，否则易拉断膜管，牵引比通常控制在4～6之间。

三、仪器设备和原料(图略)

    主要仪器设备：

1．SJ－20单螺杆挤出机。

    主要技术参数：

    螺杆直径（D）
20mm

    螺杆长径比（L／D）
20

    螺杆转速（n）
12～120 r／min

    生产能力（Q）          （LDPE）3．6kg／h

    驱动电机（直流）
0 .8kw
l 500
r／min

    机筒加热（三段电阻加热器）每段0．3 kw，共0．9 kw

2．芯棒式吹膜机头口模（见图 33－ l）。

3．冷却风环。

4．牵引、卷取装置。

5．空气压缩机。

6．称量、测厚仪、实验工具等。

      原料为
LDPE（吹膜型）。

四、实验程序

1．挤出机的运转和加热。

    （l）螺杆转速控制。本机螺杆与电机之间，采用定比传动，无其他调变速装置。螺杆的转速稳定和升降取决于电动机的转数稳定和快慢。直流电动机调速是依靠桥式可控硅整流电路和触发电路来实现的。

    （2）温度控制。机筒分段进行加热和冷却的控制。每段分别设有电阻加热器及冷却风机。加热器及风机的接通和切断由三位手动转换开关控制。电阻加热器由动圈式温度指示调节仪自动控制。

    按照挤出机的操作规程，接通电源，开机运转和加热。检查机器运转、加热和冷却是否正常。机头口模环形间隙中心要求严格调正。对机头各部分的衔接、螺栓等检查并趁热拧紧。

    根据实验原料LDPE的特性，初步拟定螺杆转速及各段加热温度，同时拟定其他操作工艺条件。

2．LDPE预热。最好放在 70℃左右烘箱预热
1～ 2h。

3．当机器加热到预定值时，开机在慢速下投入少量的LDPE粒子，同时注意电流表、压力表、温度计和扭矩值是否稳定。待熔体挤出成管坯后，观察壁厚是否均匀，调节口模间隙，使沿管坯圆周上的挤出速度相同，尽量使管膜厚度均匀。

4．用手将挤出管坯慢慢向上使沿牵引辊前进，辅机开动。通入压缩空气并观察泡管的外观质量。根据实际情况调整各种影响因素，如挤出流量、风环位置和风量、牵引速度、膜管内的压缩空气量等。

5．观察泡管形状变化，冷冻线位置变化及膜管尺寸的变化等，待膜管的形状稳定、薄膜折径已达实验要求时，不再通人压缩空气，薄膜的卷绕正常进行。

6．以手工卷绕代替卷绕辊工作，卷绕速度尽量不影响吹塑过程的顺利进行。裁剪手工卷绕一分钟的薄膜成品，记录实验时的工艺条件；称量卷绕一分钟成品的重量并测量其长度、折径及厚度公差。手工卷绕实验重复两次。

7．实验完毕，逐步降低螺杆转速，挤出机内存料，趁热清理机头和衬套内的残留塑料。

8．注意事项：

    （1）熔体被挤出前，操作者不得位于口模的正前方，以防意外伤人。操作时严防金属杂质和小工具落人挤出机简内。操作时要带手套。

    （2）清理挤出机和口模时，只能用铜刀、棒或压缩空气，切忌损伤螺杆和口模的光洁表面。

    （3）吹胀管坯的压缩空气压力要适当，既不能使管坯破裂，又能保证膜管的对称稳定。

    （4）吹塑过程要密切注意各项工艺条件的稳定，不应该有所波动。

五、实验结果分析与计算

1．分析实验现象和实验所得的膜管外观质量与实验工艺条件等的关系。

2．通过计算求出实验过程的吹胀比、牵引比和薄膜的平均厚度等。

思考题

1．影响吹塑薄膜厚度均匀性的因素是什么？

2．聚乙烯吹膜时“冷冻线”的成因是什么？冷冻线的位置高低对所得薄膜的物理机械性能有何影响？

3．吹塑薄膜的纵向和横向的机械性能有没有差异？为什么？