新型流延缠绕包装薄膜工艺概述

只看该作者 · 发表于 2016-1-7 18:17:16

1．概述
新型流延缠绕包装薄膜是以茂金属线性低密度聚乙烯为主要原料加工生产的一种塑料包装材料，它具有自粘性强，耐穿刺性能极佳，防老化性能优良，拉伸倍数高等优点，适合作为牧草的集合包装，可用于储存牧草并起到保鲜的作用。作为牧草包装其显著特点是：吨成本低、包装效率极高、所用劳动量少，且效果非常好，大大降低了牧草营养的浪费，提高了牧草的利用率，可缩短牲畜的出栏期，提高肉品质量。
我们在消化吸收BOPP、PP/PE、PVC、CPP等包装膜的生产技术的基础上，发挥自身行业和技术优势，成立课题攻关小组，组织专门力量、联合有关院所召开课题讨论，从原材料选择、母料研制、配方设计到生产工艺及控制等方面进行全面开发创新。我们熟悉掌握各种原材料及生产工艺、设备的静态和动态参数指标，分析研究各个环节的可靠性，最终确定各项控制指标和生产工艺及实施方案，生产出了合格产品，达到了设计要求。
2．生产线主要设备
主要由以下几部分组成：原料供给单元、挤出单元、多功能喂料块和共挤模头、流延成型单元、测厚单元、电晕处理单元、牵引冷却单元、在线分切单元、边条回收单元、收卷单元、自动控制系统等。
主要设备有：
① 三台挤出机，型号分别为：150/30D、90/30D、70/30D。
② 多功能喂料块，由料流分配选择塞、分布销、分流翼板和熔体流道腔组成。通过更换选择塞可以改变薄膜的层次顺序，如：BACAB、BCACB、ABBBC等；而分流翼板与分布销可以调整各层的层厚比例，这样就有了更多的选择余地，可以生产不同功能层的薄膜。
③ 共挤出模头，其设计是平肩膀式单流道式。在喂料块中按一定的层次顺序和层次比例分配的熔流在此均匀的叠加在一起，形成共挤熔流并以恒定的压力从模唇流出，它的优点在于模唇全宽上的熔体压力均匀一致，
这样使薄膜质量有了良好的基础保障。
④ 消光型流延辊：该辊是双层夹套螺旋流道式的骤冷辊，表面进行了消光处理，使得流延薄膜成型更佳，外观及内在质量更优秀。
⑤ 测厚仪：使用β射线，对薄膜进行无接触式连续测量，测量结果准确稳定，并以此进行厚度控制，使得薄膜厚度均匀稳定。
⑥ 收卷机：有表面收卷、中心收卷和表面中心收卷三种方式供选择。
3．工艺流程
生产基本工艺流程简图如下：

原材料和辅助材料经真空吸料装置输送到中间料斗，再经过称重元件的精确称量按设定的比例加入到挤出机中，原料在挤出机里熔融、塑化、混炼、压实，以恒定的压力与输出量进入喂料块；在此分配熔流的层次与比例，然后进入模头流道，分布到全宽的模头流道里，从模唇口流到流延辊上；由流延辊的速度与熔流的挤出量的比例来确定薄膜的平均厚度，而测厚仪测得的是薄膜的横截面曲线，并通过PLC控制对薄膜的厚度曲线进行快速调整，薄膜经过牵引装置的牵引进入收卷单元，可以通过在线分切装置将薄膜分切成用户要求的规格，并切出两个边条，边条经过风机的吹送进入粉碎机，被粉碎成绒毛并回送到挤出机里，这样大大地提高了投入产出比。而分切好的薄膜被收卷到纸芯上，按设定的长度或直径自动换卷，经过检验、贴上标签和合格证，作为成品入库。
4.主要工艺参数
经过多次实验、比较选优，我们得到最佳配方与生产工艺参数如下：
① 层次分配与工艺配方
对于多层共挤薄膜而言，其层次分配与配方是至关重要的，它从根本上决定了薄膜的性能。我们选择的层次分配与工艺配方是：
A茂金属线性低密度聚乙烯+增粘母料+防老化母料
B加有纳米蒙脱土的茂金属线性低密度聚乙烯+增粘母料+增白遮光母料+防老化母料
C茂金属线性低密度聚乙烯+防老化母料
这其中加入增粘母料是为了增加薄膜的表面自粘性，以防止薄膜在使用过程中由于自粘性不够而松捆，造成损失；防老化母料用来防止薄膜的老化,增强其耐候性,延长其使用期;增白遮光母料用来降低薄膜的透光率,以防止捆包中的牧草进行过多的光合作用而腐烂变质；而使用加入蒙脱土的茂金属线性低密度聚乙烯，是为了增加薄膜的强度。
② 主要生产工艺参数如下：
⑴ 薄膜厚度：18±2μm
⑵ 挤出机温度控制：
A：260—270℃
B：260—280℃
C：260—270℃
⑶ 模头温度控制：260—280℃
⑷ 流延辊温度：20—35℃
⑸ 收卷主要参数：
牵引张力60N
S—牵引张力80N
触辊驱动张力80N
中心驱动张力85N
中心驱动张力斜率0
膜卷压辊压力2.5bar
5.母料的研制开发
研制开发出了PIB增粘母料、并将聚乙烯和增粘母料按比例搅拌混合做成表面颗粒粘度低的母料；在茂金属线性低密度聚乙烯加入纳米蒙脱土，使用后大大增加了薄膜的强度。
6.试制中的关键技术问题
① 解决真空吸料堵塞问题
由于增粘母料粘度较大，母料互相粘结极易造成真空吸料管、称重装置及输送管道堵塞，从而严重影响母料的准确计量与喂入，导致产品性能不稳定。为了解决此难题，我们在塑料研究所多次实验，将聚乙烯和增粘母料按比例搅拌混合做成母料，使得表面颗粒粘度降低，再按比例与原料搅拌均匀，通过真空吸料管上料，这样就使得原料的供给顺畅准确，保证了产品性能的稳定；并且可以根据用户要求或季节变化调整增粘母料的比例，如：增粘剂的迁移和存放的温度有关，其夏天迁移析出速度较快、而冬季迁移速度慢，因此在生产牧草缠绕膜时加入增粘母料的比例因季节变化有所调整，即：冬季生产时加入量比夏季加入量要多1%左右，等等；也可以在两个表层都加入增粘母料，从而得到两面都具有自粘性的牧草缠绕膜。
② 控制薄膜的厚度
茂金属线性低密度聚乙烯的粘度很大，这使得挤出机里挤出的熔流从模唇口到流延辊后缩颈非常大：本生产线的模唇全宽为2700mm，而从模唇挤出的熔流到流延辊后的宽度仅为2500mm。这使得薄膜边部的厚度极难控制，从而影响到整个宽度的薄膜的厚度曲线。经过多次的思考、试验，我们终于摸索到了很好的解决办法，那就是：改变两边的静电压边器的位置与静电压边针同流延辊的角度，从而最佳地稳定住膜边，然后重新调整边部薄膜所对应的模头热膨胀螺栓：将边部螺栓（每边五到六个）完全松开后再重新调整，并将薄膜全宽的数值准确地输入到微机里，以确保模头热膨胀螺栓与其控制的薄膜的范围相对应，从而更好地控制薄膜的厚度，这样就保证了薄膜厚度曲线的均匀性。
③ 遮光度与防老化性能的平衡
我们所研制的牧草缠绕膜因为要降低薄膜的透光率而加入了增白遮光母料，所以其外观是白色的。但是，普通的增白遮光母料对薄膜的强度和防老化性能影响很大，通过对金红石型和锐钛型增白母料的对比分析，决定使用金红石型的增白遮光母料以解决这个问题。
通过多次技术交流与调研，我们选择了合乎要求的金红石型增白遮光母料，并且选用了合适的防老化母料以增强薄膜的抗老化性能。经过多次实验，筛选增白遮光母料和防老化母料的混合比例，从而达到了遮光度与防老化性能的平衡。
④ 收卷平整度
大家知道，用户不仅非常注重产品的内在质量，而且对产品的外观也是非常挑剔的。一件商品给用户的第一印象就是它的外观，第一印象的好坏，在很大程度上决定了用户对产品的好恶。
牧草缠绕膜因为其挺度很差且自粘性极强，在收卷时卷入的空气不易被排出，膜卷极易出折皱。另外，分切规格多，对收卷来说也是相当困难的。
本生产线有三种收卷方式可以选择：表面收卷、中心收卷即间隙收卷、中心表面收卷。
通过对比实验，我们选择了中心收卷，而且将膜卷压辊由原来硬度低的换成硬度高的，这样可以大大地减少收卷过程中卷入的空气量，使得膜卷平整。而表面收卷和中心表面收卷不易将换卷时及收卷过程中卷入的空气排出，产生严重的皱折，以致影响整个膜卷的质量。
7．产品主要技术指标对比
国际同类产品技术指标对比如下：

从上表可以看出，新型共挤流延缠绕膜企业标准的各项指标均高于或等同于国际同类产品标准，所试制的新产品经国家塑料制品质量监督检测中心检测，各项物理性能指标均超过产品标准要求。
8．结论
通过研制开发新型流延缠绕包装薄膜，我们已经基本掌握了生产不同性能的多层共挤流延缠绕包装膜的生产技术，摸索出了生产的最佳工艺条件。我们研制开发的新型缠绕包装膜填补了国内牧草包装贮藏这一空白，为我国畜牧业提供了一种较好的牧草贮存方法。同时在开发研制过程中，我们总结出技术创新点如下：
① 开发研制多种功能性母料，并且采用共混技术以发挥它们的综合性能，如：增粘母料、纳米材料的母料、液体添加剂母料、茂金属树脂载体母料等，它提高了母料加入的易操作性及分散性，控制了添加量和添加密度，使其根据需要均匀分布、均匀渗出，保持产品效能的恒定

项目名称	指标要求	实测结果
聚乙烯牧草膜 EN ISO527-3	农用牧草膜 Q/BSBCJ 02-10—2002	工业缠绕膜 Q/BSBCJ 02-10—2002	农用牧草膜	工业缠绕膜
拉伸强度Mpa≥	纵向	25	28	28	38	40
横向	23	25	25	38	38
断裂伸长率%≥	纵向	400	450	450	480	480
横向	600	500	500	560	560
直角撕裂强度 N/mm≥	纵向		80	80	110	92
横向		80	80	95	98
耐穿刺强度J≥		1.5	1.5	1.7	1.6
自粘性（剪切剥离强度） N/cm2≥		1.5	1.5	1.6	1.5

；还可有效降低产品成本，减少无用添加，使原料尽其所用，产出最大的效益。从技术上说，母料技术是该产品开发能否成功的关键，而在生产时采用共混技术，如：增粘母料与防老化母料的共混，增粘母料、防老化母料与增白遮光母料等的共混，使得薄膜的综合性能有了大幅度的提高。今后，我们计划再给每台挤出机增加两到三套辅料配剂装置（原设备有预留位），将会使原料共混更加准确、方便。
② 利用多功能的共挤喂料块，采用多层共挤的先进技术，配合共混技术与配剂装置，使得薄膜不同层次各自具有突出的不同的功能，如：A层自粘性优秀；B层的遮光防老化性能强、且强度与耐穿刺性能极佳，而C层相对自粘性小，使得缠绕顺利，提高了劳动效率。
我们计划增加两台50/30D挤出机(原设备有预留位)，通过更换选择塞可以改变层次顺序，可以生产五层以上的共挤不对称薄膜，可使不同的产品根据需要选择有效层数，不同的层次可采用不同原料和不同的功能母料，这样加大了原料的选择范围，增强了薄膜的功能性。
③ 更新配方设计理论
利用国际上先进的共挤复合膜生产中的各层密度控制法，使功能母料的渗透能力产生差别，采用特殊性能母料，如PIB母料，实现产品外层自粘性的差异，以利于产品不同用途和包装效果。
我们开发的新产品通过在国家塑料制品质量监督检验中心检测，各项物理性能指标均达到和超过标准要求，这充分证明我公司已具备大批量生产高质量的多层共挤流延牧草缠绕膜的能力。
“新型缠绕包装薄膜”新产品的研制开发是成功的，经“中国科学技术信息研究所”查新检索该产品填补了国内空白，达到了国际先进水平，已形成批量生产的条件。