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纵向拉伸机新进展 高德钧 侯双录 中国华陆工程公司 西安710054 现代化的双向拉伸膜生产线速度已由80年代的150m min提高到350m min 为适应这一要求 要求纵拉机能更精 确的控制拉伸温度和拉伸倍数 本文对纵拉机预热 拉伸及热定型辊 工作辊的直径和排列 拉伸间隙 夹辊 张力辊 单 点拉伸与多点拉伸技术 破膜检测装置和传动系统的技术进展作了简介 关键词 BOPP BOPET 纵向拉伸机 纵向拉伸机是双向拉伸薄膜生产线的主体设备 现代化的双向拉伸膜生产车速已从80年代的150m min提高到350m min 随着车速的高速化 纵向拉伸 机的结构 拉伸工艺出现了许多新特点 本文简要介绍 纵向拉伸机的新进展 供广大科技人员参考 1 高车速下的拉伸工艺 按照高聚物薄膜拉伸理论 为了提高薄膜的定向 程度 减少粘性变形 薄膜的拉伸过程必须遵循以下准 则 1 在拉伸比 拉伸速率给定的条件下 降低拉伸 温度并提高拉伸温度的精度 2 在拉伸比 拉伸温度给定的条件下 提高拉伸 速率并提高拉伸速率的精度 3 在拉伸温度 拉伸速率给定的条件下 提高拉 伸比并提高拉伸比的精度 4 纵向拉伸后薄膜的定向程度要适度 均匀 避 免结晶过度 对于BOPET薄膜 纵拉伸后的结晶度 常保持在17 由此出发 要求精确地控制拉伸温度 和拉伸倍数 2 现代纵拉机的结构 为了实现以上薄膜拉伸准则 现代化的纵拉伸机 大致应满足以下要求 211 对预热 拉伸及热定型辊的要求 1 辊面温度精度达 1 使拉伸时薄膜温度场 均匀 精确 2 预热辊数量及预热面积必须足以将薄膜加热 到拉伸温度 OPP的拉伸温度为 120 薄膜需预 热到125 OPET的拉伸温度一般为85 90 薄膜 的最高预热温度 95 3 钢质工作辊筒表面镀硬铬 抛光 并经动 静平 衡处理 磨后镀铬层厚度应 0105mm 抛光到镜面 光度 表面粗糙度为 预热辊Rz 1 m 拉伸辊Rz 0 5 m 冷却辊Rz 1 m 4 Teflon辊 近代纵拉伸机预热区段的最后 2 4个预热辊 甚至8个预热辊为Teflon辊 Teflon 层磨后最小厚度为80 m Teflon层的作用在于避免 粘辊 从而提高薄膜的表面质量 对于三层共挤PP 薄膜 纵拉伸温度一般为 120 薄膜的表层为热封 层 热封温度 110 预热辊表面温度为105 110 时便会粘辊 如果最后4个预热辊采用Teflon辊 便 能较好地解决粘辊和缠辊现象 泰氟隆辊磨后的表面 粗糙度Rz 4 m 5 陶瓷辊 近代双向拉伸聚酯薄膜拉伸机中 有 的拉伸辊表面还涂复金属陶瓷材料 陶瓷涂复层厚度 约60 80 m 陶瓷辊的主要优点是表面硬度高 不 会擦伤薄膜表面 所有工作辊筒安装在纵拉机上以后的径向跳动 包括两端支承轴承的跳动在内 要求 011mm 所 有这些工作辊筒安装在纵拉机上时要求严格保持平 行 平行度要求 0115mm m 工作辊筒的水平度要 求 0105mm m 一般说来 这些工作辊筒的安装调 整在制造厂出厂时都已调整完毕 现场安装时无需进 一步细调 设计纵拉伸机时要求采取定位措施 检修 装拆这些辊筒灵活方便 6 从拉伸工艺出发 纵拉伸机辊筒表面温度精度 为 1 辊筒结构与厚片成型冷却转鼓一样 需要有 足够高的传热系数及均匀的传热精度 近代纵拉机的 工作辊筒均采用双壳程螺旋通道式结构 辊筒的内外 圆表面一次装夹加工 保证辊筒壁厚均匀和内外圆表 面严格同心 流道一般采用三螺旋式 设计上保证每 个流道的流量相等 辊面轴向长度应至少大于片宽 150 300mm 第27卷第3期 1999年5月 塑料工业 CHINA PLASTICS INDUSTRY Vol 27 No 3 May 1999 作者简介 高德钧 男 1939年出生 教授级高级工程师 从事双向拉伸薄膜工程设计20余年 曾担任过数项大中型双 向拉伸薄膜项目的工程设计总负责人和设备设计负责人 辊筒内载热体 水或导热油 均匀加热薄膜 提高 薄膜表面温度精度和稳定性的另一重要措施是加大导 热油 水的流量 70 80年代所建生产线中 OPET 纵拉机每两辊一组的每组加热 冷却水回路的流量仅 为1 116m3 h 而现代纵拉伸则已提高到12 15m3 h以上 加热 冷却水在辊筒螺旋夹套内的流速 1m s 对于OPP纵拉机的予热段和定型段 每两个工 作辊筒组成的一组加热油路的加热功率为100 3 J h 相应的导热油流量约为6000L h 每个加热 冷却 回路各有其独立的温度控制系统 并包括在整条生产 线的IPC系统中 212 工作辊筒的直径和排列 生产BOPP与BOPET纵拉机的工作辊筒的直径 是不同的 对于OPP 预热辊和热定型辊的直径一般 为600mm 拉伸辊的直径一般为150mm 预热辊和热 定型辊呈交叉排列 而对于OPET 预热辊和冷却辊的 直径一般为300mm 拉伸辊的直径一般为180 200mm 预热辊和冷却辊呈 一 字型排列 这是因为 BOPP与BOPET薄膜的厚片厚度不同 BOPP的总拉 伸倍数通常为50倍 而BOPET的总拉伸倍数则为10 倍 即 如果生产同一厚度20 m的薄膜 则OPP与 OPET的厚片厚度分别为1mm和012mm 由于OPP 的厚片厚度较大 设计上必须采用大直径的预热辊和 热定型辊 对于OPET 由于采用小直径的预热辊和 冷却辊 且呈水排列 薄膜的正反两面迅速交替加热 使得温度均匀 从传热的角度出发 所需传递的热量主要取决于 预热温度 材料的比热容 材料相对密度 厚片厚度和 树脂固体的比热容 J kg k PET 1281 PP 1708 PET与PP的预热温度分别为95 和125 PP的 比热容和预热温度均高于PET 生产同一厚度薄膜 的厚片厚度 PP约为PET的5倍 虽然PET的相对 密度 1 1 45 大于PP 01 91 实际上PP所需传递的 热量仍远大于PET PP的预热面积也就远大于PET 这是PP采用大直径预热辊筒的另一原因 213 拉伸间隙可调 拉伸辊的切线距离 公切线 即拉伸间隙 拉伸间 隙的大小与生产车速 薄膜厚度 拉伸温度 及产品品 种有关 现代化的纵拉伸机的拉伸间隙 设计上多是 可调节的 例如OPP的拉伸间隙调节范围为30 105mm 有的最大拉伸间隙可达160mm 对于多点拉 伸OPET的拉伸间隙调节范围为30 105mm 有的最 大拉伸间隙可达160mm 对于多点拉伸OPET薄膜 的纵拉伸间隙调节范围 有的则为250 300mm 拉 伸间隙大小可用螺杆或垫块调整 经过生产摸索到最 佳拉伸间隙后 正常生产时便固定不变了 214 远红外加热 现代OPET纵拉伸机在其拉伸区段内常配置远 红外加热作为辅助加热 对于两点拉伸的结构 通常 使用3台远红外加热器 第一拉伸点处设2台 分别 位于薄膜的上 下方 另一台设置在第二拉伸点处 各 厂所用加热功率均不相同 例如 对于年产13kt的 BOPET包装膜生产线 第一拉伸点处的两台红外加热 器功率分别为60kW和30kW 而另一条幅宽2155m 的BOPET印刷片基生产线 三台红外加热器的功率 分别为 第一点10kW和6kW 第二点6kW 此外 为 了减少颈缩 在两端片边部位各设置1台片边红外加 热器 位于最后一个预热辊的两侧 加热功率均为1 8 kW 有的厂家还在拉伸点附近配置一台红外高温测 量计 用于测量拉伸温度 并可将拉伸温度输入IPC 系统中 有的国外公司的三点拉伸结构中 共设置了 六台远红外加热器 最后一个预热辊与第1拉伸辊之 间设置一台约14kW的远红外加热器 第1 2拉伸点 处薄膜的上 下方各设置一台 每台加热功率为 29kW 第三拉伸点处设置一台红外加热器 功率为 14kW 所有远红外加热器总的加热功率达86kW 远红外加热器支承架的结构设计要求断膜时能够翻 转 以免缠辊和处理断膜事故 215 夹辊 现代的纵拉伸机在其入口预热辊 出口热定型辊 和部分拉伸辊上 下方均配置气动夹辊 夹辊的辊径 一般均为 150mm 表面包复硅橡胶 肖氏硬度 60 耐热温度 160 磨后的表面粗糙度Ra 116 m 夹辊借助气缸升降 行程约100mm 为了调节夹辊在 预热辊 拉伸辊或热定型辊上作用点的位置 有的夹辊 还设计成沿辊筒圆柱面可手动调节90 入口预热辊 和出口热定型辊上的夹辊的作用在于使纵拉伸机的运 片张力与前后隔离 并防止空气窜入薄膜与辊面间形 成空气层 降低传热效果 拉伸辊上的夹辊还有防止 薄膜在拉伸辊上打滑的作用 216 张力辊 张力辊位于纵拉伸机的出 入口处 为 200mm 的镀铬辊 分别用来指示和控制纵拉伸机和横拉伸机 之间 以及铸片辊与纵拉伸机之间的运片张力和车速 张力辊有两种类型 一是负荷传感器 另一是浮动辊 式 217 单点拉伸与多点拉伸 随车速由80年代的150m min提高到230 250m min以上 为了减小纵拉伸颈缩 以及生产收缩 膜和高速膜 目前已发展为两点拉伸 有的甚至出现三 43 塑 料 工 业1999年 点拉伸的结构 三点拉伸的拉伸比分配是逐次递减 的 两点拉伸的拉伸比分配 第1点为纵拉伸比的3 4 3 5 第2点则为纵拉伸比的1 4 2 5 例如 OPP的纵拉伸比通常为515 则第1点拉伸比为411 413 第2点为114 212 单点拉伸的颈缩量大于两 点拉伸颈缩量之总和 减小颈缩量 有利于提高薄膜 横向的厚度公差 有人认为 生产高速膜和收缩膜时 纵拉伸比将达613 615 必须采用两点拉伸 如果采 用单点拉伸 就必须增加拉伸间隙 但随之颈缩量大大 增加 218 破膜检测装置 型式有超声波传感器式 位于纵拉伸机出口处 有 的为负荷传感器式 设在最后一个拉伸辊上 并将破膜 信号送往IPC系统 也有采用极限开关 装设在中间 的拉伸辊上 出现破膜信号时 破膜缠绕在拉伸辊上 迫使拉伸辊产生位移 于是极限开关动作 219 传动系统 1 纵拉伸机的传动系统配置两台以上电动机 调节电机的转速 实现调节生产车速和拉伸前后的车 速差和预定的拉伸比 对于单点拉伸 仅需两台电动 机即可满足要求 2 实现预热辊组的转速递增 适应拉伸薄膜在预 热过程中温度升高的热伸长 目前常用的增速方法仍 是改变皮带轮的直径 3 加大拉伸力和运片张力 对于OPP 收卷薄 膜幅宽412m 厚度为12 50 m 设计最大拉伸力约为 20kN 纵拉伸薄膜最大宽度为659mm 对于OPET 薄膜 收卷宽度为6 1m 厚度约为8 75 m 设计最大 拉伸力约为30kN 上述拉伸力 设计时用来计算拉伸 电机的功率 实际拉伸力是随拉伸材料的品种 分子 量 拉伸温度 厚片的结晶度等的不同而变化的 薄膜 靠运片张力在预热辊和拉伸辊上包紧 现代纵拉伸机 由于车速提高 要求薄膜与辊面间不窜入空气 以提高 传热效率 对OPET 纵拉伸机进口的运片张力可按 9 8MPa设计 4 对于多点拉伸 则相应增加拉伸电机 两点拉 伸则增加一台拉伸电机 也有多点拉伸采用拉伸辊配 置各自的电机减速机单独传动的 各级拉伸比可以单 独调节 改变车速时 各电机的速比是保持不变的 现代纵拉伸机都不采用单台电机传动 5 关于预热辊组的增速 有的纵拉伸机预热辊 组的圆周速度是按014 递增的 也有的纵拉伸机预 热辊组的递增率不是均匀分配的 从016 逐次递减 为011 与薄膜的伸长率相适应 本文于1999 01 11收到 Latest Development of Machine Direction Orienter Gao Dejun Hou Shuanglu China Hualu Engineering Corporation Abstracts The production speed of modern bi2orientated film production line has increased from 150 m min of 1980s to 350 m min and to meet the requirement of this increase the stretching temperature and multiple of machine direction ori2 enter MDO should be well controlled The preheating stretching and heat2set rolls the diameter and arrangement of working rolls stretching gaps nip roll and tensile roll technology for single multiple points stretching as well as the technical developent of broken film detector and transmission system are also introduced briefly in this paper Keywords BOPP BOPET Machine Direction Orienter 上接第26页 polyamide to 1138 10 8mm3 the use of graphite and carbon fiber d