双层共挤复合薄膜机头设计

1、关键词AbstractKey words:目录摘要IAbstractII第1章 前言111121.2.1多层共挤薄膜机械的技术特点 34第2章 配方设计446667778899101112第3章 共挤吹膜机头结构设计131313131515161617171819202121212323243.3.6口模、芯模定型部分长度252525252526262727第4章 其他辅助装置设计28292930313132323334第五章 挤出吹塑薄膜生产工艺34343636373737373838394040设计总结44参考资料45致 谢46外文原文47中文翻译48第1章前言1.1包装薄膜的现

2、状与发展1.1.1塑料包装薄膜的行业发展状况包装由于具备保护商品、便于流通、方便消费、促进销售和提升附加值等多重功能，在现代社会得到越来越广泛的应用，是商品流通中不可或缺的一部分，下游涉及食品饮料、电子、医药、日化、烟草、家电、机电等各行各业。根据世界包装组织统计，2009年全球包装行业市场规模为5,600亿美元左右，2002-2009年复合增长率为5.7%。包装行业的发展与人类社会和经济的持续发展息息相关，是现代经济体系中的“朝阳产业”包装行业按照包装材料可以分为塑料包装业、纸包装业、金属包装业、玻璃包装业和其他包装业，其中塑料包装材料凭借其良好的物理机械性能、阻隔性、抗化学药品性和加工适应

3、性，广泛应用于食品饮料、医药品、纺织品、日用品等消费品的包装。由于世界包装工业产品对塑料产品需求快速增长，塑料包装新材料、新工艺、新技术、新产品不断涌现，塑料包装近年来保持了高增长的态势，其年均增长速度领先于其它包装材料，如美国塑料包装年均增长率为6.4%，而纸和玻璃分别为2.2%和0.9%；又如日本塑料包装年均增长率为7.1%，而纸、金属、玻璃分别为4.7%、4.9%和3.3%。塑料包装材料包括塑料薄膜（通常指厚度以下的平整而柔软的塑料制品）、塑料容器、塑料丝绳及编织品、泡沫塑料，其中塑料薄膜是所有塑料包装材料中用量最大的。根据世界知名咨询机构Research and Markets 公司发

4、布的研究报告：包装薄膜已经成为世界塑料原料最主要消费领域，目前已超过全球塑料原料消费总量的25%。中国作为塑料生产和消费大国，2009年塑料消费总量超过6000万吨，约占世界消费总量的1/4，已成为世界第一大塑料消费国。但从人均水平看，与世界发达国家相比还差距很大。国内的塑料包装行业近年来在国家发展经济政策指引下，各生产企业大力调整产品结构，开发新技术、新产品，取得了持续、稳定的发展。我国已经成为全球最大的塑料包装生产国，其中塑料薄膜的年产量位居世界第一位。2009年我国塑料制品产量为4,479万吨，其中各类塑料包装材料的产量为1,734万吨，已经超过中国塑料加工工业协会提出的塑料包装材料“到

5、2010年产量达到1,100万吨”的目标。在各类塑料包装材料中，塑料薄膜的产量最大，达到了690万吨。1.1.2包装薄膜行业未来发展趋势中国塑料软包装在经过20 世纪90 年代的高速发展后，目前已经进入一个平稳发展的时期。利润率逐渐下降，竞争日益激烈。以下几项为国内塑料软包装的发展重点： (1)提高保护性能，延长货架期的高阻隔包装材料。如高阻隔共挤复合薄膜的开发应用等。高阻性塑料包装材料，因可赋予保质、保鲜、保风味以及延长货架寿命功能而获迅速发展和广泛应用，除目前广泛应用的聚偏氯乙烯(PVDC)、乙烯、乙烯醇共聚物(EVOH)外，近年来，开发环保适性材料，促使聚乙烯醇(PVA)、聚对苯二甲酸乙

6、二醇酯(PEN)、共聚酰胺(MXD6)、硅或铝氧化物蒸薄膜(软玻璃)、纳米无机材料等的发展将更引人注目。 (2)纳米复合包装材料将随纳米技术的迅速发展而迅速产业化，由于其耐磨性、硬度、强度、阻透性、可塑性均有明显增强和提高，除用于食品包装外，还可用于特种包装如防静电、防电磁、隐形、危险品包装等，适用于电磁灶、微波炉加热的耐热性包装材料，它将促使传统塑料包装材料产生巨大的变革。 (3)无菌包装材料、抗菌性包装膜、耐辐射包装膜的开发及应用；无菌包装材料和技术最大优点是在无菌条件下，不加防腐剂、无需冷藏、能最大限度地保留食品原有的营养成分和风味，可大大延长货架寿命，方便贮存和运输，市场发展十分迅速，

7、用途不断扩大，除已在奶制品、果汗饮料中占较大的份额外，将进一步拓展到医药品、化妆品及调味品领域。 (4)环境友好(环保适性)塑料包装材料(或绿色塑料包装材料)，随着环境管理标准IS 14000系列的实施成为全球关注的热点，其中易回收再利用的塑料包装材料如PET、PEN，易环境降解塑料(EDP)中的生物降解塑料，更成为热点中的热点，其它如零污染泡沫塑料、薄壁瓶及袋状包装容器也备受关注。1.2多层共挤吹塑薄膜的应用随着经济的发展及市场竞争的日趋激烈，用户对薄膜的使用功能要求越来越高。单层薄膜包装已无法满足包装水平提高的需要。发达国家共挤薄膜已占包装薄膜总量的38，目前中国市场的单层薄膜每年需求量明

8、显下降。多层共挤复合吹塑薄膜技术近年来得到很大的发展。多层共挤薄膜技术是把不同的塑料，用特殊的机头由两台甚至多台挤出机共同挤出成型具有一定功能的薄膜制品。以包装材料为例，其塑料薄膜要求兼备力学强度、耐热性、耐寒性、对气体和水蒸汽的气密性、光泽及透明性、印刷性等性能。用单一塑料制得的薄膜不可满足所有上述要求。通过共挤出，可实现一个塑料制品上具有多种颜色或宏观多组分的目的。多层共挤薄膜的主要特点是生产流程短、能耗少、成本低，能充分发挥各种塑料的固有属性，可构成品种多、花样新、性能优的各种材料，且其生产环境好，卫生性可靠。共挤薄膜可广泛用于食品、药品、日化产品包装、农业棚膜、水利工程、环境工程等领域

9、。1.多层共挤薄膜机械的技术特点 多层共挤薄膜机械包括高效塑化挤出机、多层复合机头、冷却系统、牵引及卷绕机构、控制系统等重要部分。近几年来，这些环节的技术创新设计促进了多层共挤技术的快速发展。设备的关键技术主要有：(1)挤出机挤出机的主要功能是输送、塑化、混炼塑胶。与单层挤出不同，共挤薄膜机械要求各层挤出机在塑化质量、塑化效率等方面，与多层复合机头具有一定的协调性。例如北美地区的挤出设备应用光滑料筒结构的较多，其输送效率的提高主要靠螺杆的设计。无论是开槽进料，还是光滑料筒结构挤出机，螺杆一般采用屏障式或分离式，螺杆加料段为双头螺纹，均化段有混炼单元，保证塑胶原料的高效塑化及混炼均匀。

10、(2)多层共挤机头多层复合机头是多层共挤薄膜设备最关键的技术。机头必须满足各层不同性质的原料“先进先出”，材料应用范围宽，停留时间短，特别是对于易降解的材料，应避免流道有角及滞留区。各层不同原料的加工温度范围不同，机头对各层温度能够单独控制。目前国际上多层共挤复合机头的最新结构有叠加式及管套式。叠加式共挤机头也称为积木式，每层流道串联叠回在一起，这是发展最快的一种，具有以下优点：可实现多层叠加，层数任意组合。结构单元化，各层温度能够单独控制。适应性强，可复合性能相关较大的材料。流道短，无死角。拆卸、清洗方便。管套式共挤复合机头是每层流道同芯装在一起，即每层流道是并联的。管套式复合机头的主要特点

11、是结构紧凑，流道长度小，熔体停留时间短。缺点是各层温度难以单独控制，每层流道的流量、压力、速度的平衡性设计较困难。这类机头在中空容器吹塑成型设备中应用较多。(3)冷却技术多层共挤薄膜生产中，冷却对产量及产品质量影响很大。冷却不均匀，会影响薄膜的厚度、透明度、表面光泽等。目前的冷却技术是采用外冷和内冷。外冷法是采用风环冷却，最新的外冷系统为双唇环冷却。双唇环冷却是在口模上安装一个附加风环，二次气流将部分冷却的膜泡快速向上引导，冷却气体采用制冷的空气，制造商认为这种新一代的冷却环可提高产量35。(4)电脑辅助工程（CAE）多层共挤薄膜的基本要求，是生产的薄膜每层厚度达到设计要求，不能出现断料、降解

12、等问题。决定这一问题的关键是机头的流道设计与制造。机头的每层树脂在复合位置的速度、流量、剪切速度、压力的径向分布必须平衡。采用常规的设计手段难以保证每层厚度在周向的均匀分布。国际一流的薄膜设备商均采用CAE 进行机头流道的分析优化。其中比较成熟的CAE 软件有FLOW2000 软件1.多层共挤薄膜机械的发展趋势随着社会经济的发展和消费模式的不断改变，包装行业需要各种不同类型的高功能、专用化的包装，例如提高易腐烂食品和乳制品的保鲜功能，延长各种物品的货架寿命的高阻隔性包装材料等。制品的高功能对薄膜设备提出更高的要求。多层共挤设备前景广阔，有以下内方面发展方向：(1)大型化发展趋势。国内已开发出宽

13、幅20 米三层共挤薄膜设备，国外已有24 米宽幅的共挤薄膜设备。该类设备主要用于生产温室大棚和土工膜。(2)共挤设备向更高效率、节能化发展。由于市场竞争激烈，薄膜生产商非常重视生产成本，高效、节能的挤出机及辅机是提高市场竞争力的关键。(3)共挤薄膜层数向更多化发展。国外最多做到11 层。折径5 米以上的大型单层设备几乎无人过问。层数越多，功能性越强。(4)高质量的薄膜生产要求。用于食品等包装的多层共挤薄膜外观光泽、平整度、壁厚均匀性、印刷性能要求越来越高。对薄膜设备的机械、电气系统的精密要求更高。第2章 配方设计2.1材料选择如前文所述，复合薄膜对食品的保鲜和贮存显得特别重要，本文拟设计一种透

14、明型冷冻食品包装袋及其共挤出机头, 以满足市场的需要。作为冷冻食品包装袋应具备的条件是: 卫生性和安全性; 被包装物的保护性; 稳定性; 作业性, 即具有良好的加工性, 可印刷性和热封性; 商品性, 即透明可显示内部物质, 易于标准化、连续化生产,价格便宜。又根据包装冷冻食品的工作条件, 我们确定选用HDPE 与EVA 进行复合, 其中HDPE 作为内层材料,EVA (VA 含量小于15% ) 作为外层材料。其理由如下:(1) EVA、HDPE二者相容性好。由于EVA 在VA 含量较低时, 其分子结构与HDPE 相似, 相互扩散能力强, 易于结合, 可以形成透明性复合薄膜, 符合冷冻袋要求透明

15、的条件; (2)HDPE、EVA 性能互补。HDPE物理机械性能均衡, 易成型加工且成本低廉, 无毒无味, 耐高低温性能均较好, 其缺点是热封性相对较差,印刷性差; EVA 的柔韧性较好, 粘合性高, 有良好的热封性和可印刷性, 其缺点是耐热、耐油性差。所以HDPE 与EVA 复合使用可以在性能上扬长避短、互相补充; (3) EVA 与HDPE 两者加工条件相近, 这给设计共挤出机头带来了方便, 设计时可以不直接考虑内、外层熔融树脂间的隔热问题, 简化了机头结构, 既便于生产操作, 又降低了成本。单一膜的主要性能如表2-1所示。表2-1 HDPE、EVA单一膜的主要性能性能HDPEEVA密度/

16、g·cm3-1拉伸强度/M Pa20402135撕裂强度/N·(25um)-11530510透湿量/g·m2·24h·25um(30, 90%RH)4.51060透氧气量/mL·m2·24h·25um(23, 90%RH)50020006002500热封温度/135180100140最高使用温度/12060最低使用温度/-50-50耐折性优优耐油性良一般从以上分析和性能数据不难看出, HDPE/EVA复合薄膜体系是性能协调、优势互补的良好匹配体系。2.2HDPE树脂的性能HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。

17、原态HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明状。PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀，例如腐蚀性氧化剂（浓硝酸），芳香烃（二甲苯）和卤化烃（四氯化碳）。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途。HDPE具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。中到高分子量等级具有极好的抗冲击性，在常温甚至在-40F低温度下均如此。各种等级HDPE的独有特性是四种基本变量的适当结合：密度、分子量、分子量分布和添加剂。不同的催化剂被用于生产定制特殊性能聚合物。这些变量相结合生产出不同用途的HDPE品级；在性能上达到最佳的平衡。2.

18、2.1HDPE的特性（1）比重，结晶性(90%)。（2）具有刚性，易加工成为成形材料。  （3）优异的耐冲击性能和耐寒性能。  （4）电机特性优异。（5）耐水、耐药品性优异,水蒸汽、空气无法透过胶布。   （6）成形品的表面较柔软,在125溶融,燃烧产生蜡臭味,不生烟。（7）不易接著,印刷、受日光、热(100)则逐渐老化.2.2.2HDPE的加工性PE可用很宽的不同加工法制造。以乙烯为主要原料，丙烯、1-丁烯、己烯为共聚体，在催化剂的作用下，采用淤浆聚合或气相聚合工艺，所得到的聚合物经闪蒸、分离、干燥、造粒等工序，获得颗粒均匀的成品。

19、包括诸如片材挤塑、薄膜挤出、管材或型材挤塑，吹塑、注塑和滚塑。（1）挤塑：用于挤塑生产的品级一般具有小于1的熔体指数和中宽到宽的MWD。在加工过程中，低的MI可获得适宜的熔体强度。更宽MWD品级更适于挤塑，因为它们具有更高的生产速度，较低的模口压力而且熔体断裂趋势减少。 PE有许多挤塑用途，如电线、电缆、软管、管材和型材。（2）吹塑：在美国销售的 HDPE1/3以上用于吹塑用途。这些范围从装漂白剂、机油、洗涤剂、牛奶和蒸馏水的瓶子到大型冰箱、汽车燃料箱和筒罐。吹塑品级的特性指标，如熔体强度、ESCR和韧性，与用于片材和热成型应用级相似，故相似品级可以采用。（3）注塑：HDPE有数不清的应用，范

20、围从可重复使用的薄壁饮料杯到5gsl罐，消费国内生产的HDPE的1/5。注塑品级一般熔体指数510，有具有韧性较低流动性品级和具有可加工性的较高流动性品级。用途包括日用品和食品薄壁包装物；有韧性、耐用的食品和涂料罐；高抗环境应力开裂应用，如小型发动机燃料箱和90gal垃圾罐。（4）滚塑：采用这种加工法的材料一般被粉碎成粉末料，使其在热循环中熔融并流动。滚塑使用两类PE：通用和可交联类。通用级MDPE/HDPE通常的密度范围从 0935到 0945g/CC，具有窄MWD，使产品具有高冲击性和最小的翘曲，其熔体指数范围一般为38。更高MI品级通常不适用，因为它们不具备滚塑制品希望的冲击性和抗环境应

21、力开裂性。 (5)薄膜：PE薄膜加工一般用普通吹膜加工或平挤加工法。大多数PE用于薄膜，通用低密度PE（LDPE）或线性低密PE（LLDPE）都可用。HDPE薄膜级一般用于要求优越的拉伸性和极好的防渗性的地方。例如，HDPE膜常用于商品袋、杂货袋和食物包装。树脂的性能EVA乳液是醋酸乙烯乙烯共聚乳液的简称，是以醋酸乙烯和乙烯单体为基本原料，与其它辅料通过乳液聚合方法共聚而成的高分子乳液。乙烯与醋酸乙烯共聚物是乙烯共聚物中最重要的产品，国外一般将其统称为EVA。但是在我国，人们根据其中醋酸乙烯含量的不同，将乙烯与醋酸乙烯共聚物分为EVA树脂、EVA橡胶和VAE乳液。醋酸乙烯含量小于40%的产品为

22、EVA树脂；醋酸乙烯含量40%70%的产品很柔韧；富有弹性特征，人们将这一含量范围的EVA树脂有时称为EVA橡胶；醋酸乙烯含量在70%95%范围内通常呈乳液状态，称为VAE乳液。VAE乳液外观呈乳白色或微黄色。2.3.1EVA的特性(1)耐水性：密闭泡孔结构、不吸水、防潮、耐水性能良好。(2)耐腐蚀性：耐海水、油脂、酸、碱等化学品腐蚀，抗菌、无毒、无味、无污染。(3)加工性：无接头，且易于进行热压、剪裁、涂胶、贴合等加工。(4)防震动：回弹性和抗张力高，韧性高，具有良好的防震、缓冲性能。(5)保温性：隔热，保温防寒及低温性能优异，可耐严寒和曝晒。(6)隔音性：密闭泡孔，隔音效果好。2.3.2E

23、VA的用途制作冰箱导管、煤气管、土建板材、容器和日用品等, 亦可制包装用薄膜、垫片、医用器材, 还可用作热熔胶粘剂、电缆绝缘层等。助剂的选用塑料助剂是为了改善树脂的加工性能和使用性能而加入的化学品。在塑料薄膜的加工和使用过程中要加入塑料助剂是因为有些树脂或薄膜产品其固有性能不适应其所需的加工工艺的要求，添加助剂仅仅是需要改变其加工性；而有些材料其加工性能较好，而产品性能却达不到我们的要求，这也要添加助剂，以改变其产品性能。当然这两种作用是相辅相成的，有时是为了同时达到这两种目的。通常所用的塑料助剂有十几类，随着塑料品种的增多，用途的扩大和加工技术的不断进步，助剂的类型和品种也日益增多。2.4.

24、1对助剂的一般要求(1)相容性一般来说，助剂只有与树脂间有良好的相容性，才能使助剂长期、稳定、均匀地存在于薄膜中，有效地发挥其功能。如果相容性不好，则易发生“迁移”现象。表现在液体助剂中就为“出汗”，表现在固体助剂中为“喷霜”现象。但有时在对薄膜要求不太严格时，仍然可以允许其相容性欠缺一些，如填充剂与树脂间相容性不好，但只要填充的粒度小，仍然能基本满足薄膜性能要求，当然若用偶联剂或表面活性剂处理一下，则更能充分发挥其功能。但是有一些改善薄膜表面性能的助剂如开口剂、抗静电剂等则要求其要稍微有一些迁移性，以使其在薄膜的表面发挥作用。(2)耐久性耐久性是要求助剂长期存在于薄膜中而基本不或很少损失，而

25、助剂的损失主要通过三条途径：挥发、抽出和迁移。这主要与助剂的分子量大小，在介质中的溶解度及在树脂中的溶解度有关。  (3)对加工条件的适应性    某些树脂的加工条件较苛刻，如加工温度高，此时应考虑所选助剂会否分解，助剂对加工设备有无腐蚀作用。    (4)薄膜用途对助剂的制约    不同用途的薄膜对助剂的气味、毒性、耐候性、热性能等均有一定的要求。例如装食品的塑料袋，因要求无毒，故所用的助剂与一般包装用的塑料袋的助剂是不同的。    (5)助剂配合中的协同作用和相

26、抗作用    在同一树脂体系中，有的两种助剂会产生“协同作用”，也就是比单独各用某一种助剂，发挥功能大的多。但如果配合不当，有些助剂间可能产生“相抗作用”，这样会削弱每种助剂的功能，甚至使某种助剂失去作用，这一点应特别注意，如炭黑与胺类或酚类抗氧剂并用就会产生对抗作用。2.4.2光稳定剂为了保护高分子材料薄膜免受紫外线与氧的破坏，延长它们的使用寿命，将光稳定剂添加于塑料材料中，使它们在树脂中吸收紫外线的能量，并将所吸收的能量以无害的形式转换出来。以抑制或减弱光降解的作用，提高材料耐光性。由于光稳定剂大多数都能够吸收紫外光，故又称光稳定剂为紫外线吸收剂。评定一种紫外

27、线吸收剂的好坏，要考虑到效能、加工、价格、无毒等，不能单独强调某一两项效果。这些条件综合起来为：能有效地吸收波长为290410nm的紫外线，且吸收带宽；能够有效地消除或削弱紫外线对聚合物的破坏作用，而对聚合物的其它理化性能没有影响；本身具有良好的稳定性，经紫外线长期曝晒，吸收能力不致下降；热稳定性良好，在加工成型时和使用过程中不因受热而失效，不变色；不影响聚合物的加工性能； 与聚合物相容性好，在加工和使用过程中不分离，迁移，不易被水和溶剂抽提，不易挥发；化学稳定，不与材料中的其他成份发生化学反应而损坏材料性能；无毒或低毒；价格便宜，制造方便，来源丰富。常用的光稳定剂很多，按照其不同的

28、作用机理及化学组成，主要包括：邻羟基二苯甲酮类(如UV-9，UV-531等)；苯并三唑类(如UV-P、UV-327、UV-326等)，水杨酸酯类(BAD、TBS等)；三嗪类；取代丙烯腈类有机镍络合物；受阻胺类。这几类吸收剂的效能，以苯并三唑类和三嗪类为最好。2.4.3抗氧剂对于大多数塑料品种来说，在其制造、加工、贮存及应用过程中，对氧化降解都有一定的敏感性，氧渗入塑料薄膜中几乎与大多数聚合物都能发生反应而导致降解或交联，从而改变材料的性能。这类反应如果不受阻止，可以很快使聚合物氧化并失去使用价值。抗氧剂的作用是捕捉活性游离基，使连锁反应中断，目的是延缓塑料的氧化过程和速度。抗氧剂的化学结构可分

29、为：.酚类，包括：单酚、双酚、三酚、多酚、对苯二酚、硫代双酚；.胺类，包括：萘胺、二苯胺、对苯二胺、喹啉衍生物，另外还有亚磷酸脂类、硫酯类以及其它一些种类。在以上几类中，酚类、胺类是抗氧剂的主体，约占总量的90%以上，一般来说，胺类抗氧剂的防护效能比酚类高，但由于胺类在受到光、氧作用下，发生不同程度的变色，不适用于浅色、艳色和透明薄膜，因此在塑料薄膜中应用较少。按照抗氧效果，将抗氧剂分为主抗氧剂和辅助抗氧剂。苯胺类抗氧效果较好，但污染性较大，主要用于橡胶制品；酚类抗氧效果稍差，但污染性较小，综合效果较好，多用于塑料薄膜中。通常将硫醇或硫代酯、亚磷酸酯划归辅助抗氧剂，与主抗氧剂并用，以产生协同效

30、果，延长抗氧剂的效能。2.4.4润滑剂高聚物的在熔融之后通常具有较高的粘度，在加工过程中，熔融的高聚物在通过窄缝、浇口等流道时，聚合物熔体必定要与加工机械表面产生摩擦，有些摩擦在对聚合物的加工是很不利的，这些摩擦使熔体流动性降低，同时严重的摩擦会使薄膜表面变得粗糙，缺乏光泽或出现流纹。为此，需要加入以提高润滑性、减少摩擦、降低界面粘附性能为目的助剂。这就是润滑剂。在塑料薄膜的生产中，我们还会遇到一些粘连现象，比如在塑料薄膜生产中，两层膜不易分开，这给自动高速包装带来困难。为了克服它，可向树脂中加入少量增加表面润滑性的助剂，以增加外部润滑性，一般称作抗粘连剂或爽滑剂。一般润滑剂的分子结构中，都会

31、有长链的非极性基和极性基两部分，它们在不同的聚合物中的相容性是不一样的，从而显示不同的内外润滑的作用。按照化学组分，常用的润滑剂可分为如下几类：脂肪酸及其酯类、脂肪酸酰胺、金属皂、烃类、有机硅化合物等。润滑剂在塑料的实际加工中具有多种效能，例如在混炼、压延加工时，能防止聚合物粘着料筒，抑制摩擦生热，减小混炼转矩和负荷，从而防止聚合物材料的热劣化。在挤出成型时，可提高流动性，改善聚合物料与料筒和模具的黏附性，防止并减少滞留物。另外还能改善薄膜的外观和光泽。从加工机械角度来看，在混炼、压延、搪塑等成型加工中，外润滑剂有重要作用，在挤出、注射成型中，内润滑剂则更有效果。润滑剂的用量一般在0.5%1%

32、，选用时应注意： (1)润滑效能高而持久； (2)与树脂的相容性大小适中，内部、外部润滑作用的平衡；不喷霜、不易结垢； (3)表面引力小，粘度小，在界面处的扩展性好，易形成界面层； (4)尽量不降低聚合物的各种优良性能，不影响塑料的二次加工性能； (5)本身的耐热性和化学稳定性优良，在加工中不分解、不挥发； (6)不腐蚀设备，不污染薄膜，没有毒性。但是，单纯使用一种润滑剂，往往难以达到目的，需几种润滑剂联合使用，近年来复合润滑发展很快，在选择时，可以多角度地来看待润滑剂的作用。常用的润滑剂有硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺等。防雾剂透明的塑料薄膜、片材或板材，在潮湿环境中，当湿度达到

33、露点以下时，会在其表面凝结一层细微水滴，使表面模糊雾化，阻碍了光波的透过，例如利用薄膜包装产品时，也会因结雾而看不见内装物，而且产生的雾滴还容易造成内装物的腐烂损坏。防雾剂就是防止上述结雾现象而使用的一类助剂。它们是一些带有亲水基的表面活性剂，可在塑料表面取向，疏水基向内，亲水基向外，从而使水易于湿润塑料表面，凝结的细水滴能迅速扩散形成极薄的水层或大水珠顺薄膜流下来。这样就可避免小水珠的光散射所造成的雾化，防止凝结的水滴洒落到被包装物上面，损害被包装物。按照防雾剂加入塑料中的方式，可将防雾剂分为内加型和外涂型两类。内加型防雾剂是在配料时加入到树脂中，其特点是不易损失、效能持久，但对于结晶性较高

34、的聚合物难以获得良好的防雾性；外涂型防雾剂是溶于有机溶剂或水中后，涂于塑料薄膜的表面，并使用简便、成本低，但耐久性差，易被洗去或擦掉，只有在内加型防雾剂无效的场合或不要求持久性时使用。防雾剂的效能可分为初期防雾性、持久防雾性、低温防雾性和高温防雾性四种，一种防雾性很难兼具四种效果，往往是根据薄膜对防雾效果的要求，选择几种配合使用。    防雾剂的化学组成主要是脂肪酸与多元醇的部分酯化物。常用的多元醇是甘油、山梨糖醇及其酸酐，常用的脂肪酸是C11、C12的饱和酸或不饱和酸、碳原子数为24以上的脂肪酸也可使用。一般来说，中链脂肪酸的酯初期防雾效果好；长链脂肪酸的脂持久

35、防雾效果好。实际上防雾剂往往是多种酸的混合酯，许多多元醇的脂肪酸酯缺乏亲水性，通过环氧乙烷加成，可提高亲水性，增大初期防雾性和低温防雾性。    防雾剂应具备以下性能：    (1)防雾效能高，生效迅速，耐久性好；    (2)热稳定性好，不易受热分解，而且分解物不导致聚合物的降解；    (3)与其它助剂的配合性好，不妨碍其它助剂的功能；   (4)不影响薄膜的透明性、电性能、粘着性、耐污染性等功能。    下面介

36、绍几种典型的防雾剂。甘油单油酸酯白色的蜡状物，可作为内加型防雾剂，具有良好的初期防雾性和低温防雾性，适用于食品包装薄膜，在聚乙烯中的一般用量为1份、在聚烯烃中为1份。山梨糖醇酐单棕榈酸酯为黄色粒状物，为内加型防雾剂，生效迅速持久，在聚氯乙烯中的用量为1份。    山梨糖醇酐单硬脂酸酯也是内加型防雾剂，它为黄色粒状固体，熔点约为60，效能持久，常用于农用薄膜，也可用于作食品包装材料，它在聚氯乙烯中的用量一般为份，在聚醋酸乙烯酯中为1份。聚环氧乙烷(20)甘油单硬脂酸酯也是内加型防雾剂，生效极快，具有良好的初期和低温防雾性。它是淡黄色液体，同时也有抗静电效能，适用于食

37、品包装薄膜。在聚氯乙烯中的一般用量为1份，在聚烯烃中为l份。抗静电剂工业用抗静电剂主要是一些非离子型与离子型表面活性剂的单一化合物或复配物。按其分子中亲水基能否电离，分为离子型和非离子型，而离子型又分为阳离子型、阴离子型和两性型。抗静电原理是利用其亲水基在塑料表面吸收空气中的水汽，或在表面排列形成一个导电层来降低表面电阻值。阳离子型抗静电剂抗静电性能优良，但通常热稳定性差，高温加工条件下易分解而致变色，一般只用于PVC制品中。而阴离子型抗静电剂由于会影响透明性不能用于薄膜制品。非离子型抗静电剂具有低毒、热稳定性好、不易引起塑料老化等特点，使之成为包装材料中主要的内添加型抗静电剂。主要品种有脂肪

38、酸多元醇酯，脂肪酸、醇、胺的环氧乙烷加成物。代表性产品有北京市化工研究院ASA-51、ASP-2等产品。在包装材料中，抗静电剂性能好坏的判定不仅要考察其抗静电效果，还要关注它对于制品性能的影响。正因如此，抗静电剂开发的技术关键集中在各类表面活性剂的结构设计和配伍性的考察。当前，开发系列化、专用化的产品是抗静电剂的一个重要发展方向。表2-2配方类别名称份数(质量份数)树脂ABS100助燃剂磷酸酯二苯异辛酯5抗氧剂1010DLTP光稳定剂三嗪-5填料碳酸钙20第3章共挤吹膜机头结构设计3.1挤出成型模具吹塑薄膜的成型原理塑料薄膜一般是指厚度在以下的平整而柔软的塑料制品，其生产方式大体可分为挤出法（

39、可分为挤出吹塑法、挤出拉伸法和挤出流延法），压延法和流延法三类。吹塑薄膜是塑料薄膜生产中应用最广泛的方法。用挤出机将塑料原料熔融塑化后，通过机头环形口模间隙形成薄膜管坯，趁热从机头中心通入一定量的压缩空气，使之横向吹胀到一定尺寸，同时借助牵引辊连续的进行纵向拉伸，经冷却定型后被人字板压叠成双层的薄膜，使膜管的空气不能越过牵引辊缝隙处，从而保持恒定的空气量，保证薄膜宽度不变。进入到卷曲装置的薄膜，当卷到一定量时，进行切割成为膜卷。与其他薄膜相比，吹塑薄膜具有以下优点：(1)设备简单，投资少，见效快；(2)挤出薄膜再经牵引和吹胀，获得双向拉伸和变形，使薄膜力学强度有所提高，纵向和横向强度较均衡；(

40、3)机器利用率高，同一台设备可生产多种规格的产品；(4)挤出吹塑所得的薄膜呈圆筒形，用于制作包装袋时可省去一道焊接线，使制袋容易。(5)生产过程中无废边料，无需切除边料，使成品率高，降低了制品成本；(6)操作简单，工艺易控制。挤出成型模具的组成图3- 1吹膜机组组成示意图1-卷曲装置 2-人字板 3-风环 4-机头 5-挤出机主机 （1）挤压系统主要由料筒和螺杆组成。塑料通过挤压系统塑化成均匀熔体，并在这一过程中产生的压力下，被螺杆连续的定压、定量、定温的挤出机头。（2）传动系统为螺杆提供所需的扭矩和转速。（3） 加热冷却系统通过对料筒（或螺杆）进行加热和冷却，保证成型工艺过程在工艺要求的温度

41、范围内完成。（4） 机头制品成型的主要部件，保证熔融物料获得一定的几何截面和尺寸。（5） 定型装置将从机头中挤出的塑料的既定形状稳定下来，并对其进行调整，从而得到更加精确的截面尺寸和光亮的表面。（6） 冷却装置将从定型装置中挤出的塑料在此充分冷却，获得最终的形状和尺寸。（7） 牵引装置均匀的牵引制品，并对制品的截面尺寸进行控制，使挤出过程稳定。（8） 切割装置将连续挤出的制品切成一定长度的产品。（9） 卷曲装置（10） 将软制品卷绕成卷 成型机头的设计原则内腔呈流线型。为使物料能沿着机头的流道充满并均匀地被挤出而成型，同时还需要避免物料发生过热分解，机头内腔流道应呈流线型，不能急剧地扩大和缩小

42、，更不能有死角和停滞区，流道应加工得十分光滑。机头内应有压缩区。压缩区的作用是通过截面变化对物料产生剪切作用，达到进一步塑化的目的。如果剪切力小，塑化不均匀，易发生熔接不良；剪切力过大，则会使物料发生热分解，并出现较大的残余应力以及产生涡流和表面变粗等弊病。选择正确的成型截面。熔融塑料在机头内处于受应力状态，所以挤出后因弹性恢复而产生变形，导致挤出制品发生膨胀或收缩。因此口模尺寸并不是挤出制品实际的截面形状尺寸，二者有相当的差异。制品的最后尺寸还与冷却收缩、定型以及牵引速度等有关，在设计时还应考虑留有试模后修整的余量。应有相应的调节机构。为了保证制品的形状、尺寸和质量，挤出时对挤出力、挤出速度

43、、挤出量等参数进行调节。此外如流量、温度、口模与芯棒各项间隙也应能正确控制和调节。结构紧凑。在满足强度和刚度的条件下，机头结构应紧凑。机头与机筒连接处要紧密，易于装卸，其形状应尽量规则而且对称，使传热均匀。选材合理。由于机头磨损较大，所以机头材料应选择耐磨性好、有足够的韧性、热处理变形小，抗腐蚀性好和加工与抛光性能好的钢材。其中尤以耐热性、韧性和耐磨性最为重要，有时还要表面镀铬，以提高其耐磨性与耐腐蚀性。共挤吹塑机头的设计要求在共挤吹塑中, 一般每层均形成一条汇合线, 影响汇合线排列的因素有多个。从制品强度的角度看, 使各层熔体的汇合线错开排列更可取, 但从制品的外观考虑, 最好把各汇合线排成

44、一线, 尤其对透明半透明制品, 另一优选方法就是使各汇合线与吹塑模具的分模线重合。吹膜机头类型芯棒式机头图3- 2芯棒式机头1-芯棒 2缓冲槽 3-口模 4-压环 5-调节螺钉 6-上机头体 7-机颈8-紧固螺母 9-芯棒轴10-下机头体芯棒式机头的优点是机头存料少，不易造成塑料过热分解，结构简单，易拆装，较适用于吹塑PVC薄膜；缺点料流在机头内流速不等，易使薄膜不均匀料流拼合处易造成薄膜厚度不均芯棒易产生偏中现象芯棒机头模口间隙不好控制十字形机头图3- 3十字形机头1-机颈2-十字形分流支架 3-锁压盖 4-连杆 5-芯模6-锁母 7-调节螺钉8-口模 9-机头座 10-气嘴 11-套 12

45、-过滤板 13-机头体 14-堵头螺旋式机头图3- 4螺旋式机头1-调节螺钉 2-口模 3-定型段 4-缓冲槽 5-合流部分 6-芯模 7-树脂流道8-模体 9-螺旋分歧点 10-树脂流入口 11-压缩空气进口螺旋式机头的优点是料流在机头内没有熔接痕由于机头压力大，薄膜的物理力学性能好薄膜厚度较均匀机头安装操作方便机头坚固耐用；其缺点是料在机头内停留时间较长，所以不能加工热敏性材料旋转式机头图3- 5旋转机头1-芯模 2-口模 3-齿轮 4-空心轴 5-外模支撑体6-机头螺旋体 7-螺旋套 8-绝缘环 9-铜环 10-碳刷11-铜环的输电结构;旋转式机头的优点是通过外套或芯棒的转动，对流道中压

46、力和流速不均衡的料层产生一个“抹平”的机械作用，使薄膜超差点均匀地分布到整个圆周上，于是大大改善了薄膜的收卷质量；同时可以改善薄膜厚度的不均匀性和消除熔接痕。多层共挤吹膜机头也称复合吹塑机头，是将同种（异色）或异种树脂分别加入两台以上的挤出机，经过同一个机头同时挤出，一次制成多色或多层薄膜。复合薄膜可以弥补单层薄膜的缺陷，发挥每层膜的长处，达到取长补短的目的，从而获得综合性能优越的薄膜材料。图3- 6多层薄模吹塑机头a)模内复合 b)模外复合1-外层树脂入口 2-内层树脂入口 3-压缩空气入口 4-调节螺钉在设计多层薄膜吹塑机头时，一般要求机头内的料流达到相等的线速度。其次，对模内复合机头应注

47、意接合部件形状，使之容易加工制造。另外，模外复合机头往往带有引入氧化性气体通道，使两层薄膜之间进行物理和化学的接合。常用吹膜机头的比较为了便于选用，将常用吹膜机头的比较列于下表。表3- 1常用吹膜机头的比较种类芯棒式机头十字形机头螺旋式机头旋转式机头受力情况芯棒受侧向力，当挤出量大时可能变形，影响薄膜厚度不受侧向力，出料均匀结构牢固，塑料内压较大当采用芯模旋转口模不动的结构时，芯模轴向力较大薄膜均匀性取决于设计易于调整取决于设计易于调整熔接痕一条多条无无可旋转性坏好好好薄膜厚度式中薄膜厚度（mm）；吹胀比； b牵引比； W机头环形缝隙宽度（mm）计算公式同左，厚度比较均匀，故可省料应用内部通道

48、空腔少，存料少，物料不易分解，适于加工氯乙烯塑料内部空腔大，存料多，料易分解，用于热稳定性较好的塑料由于塑料流程长，适于加工聚丙乙烯、聚烯烃类熔融粘度小、不易分解的塑料应用范围广，对热稳定性塑料、热敏性塑料均可加工表3- 2常用塑料的适用机头芯棒式机头十字机头螺旋式机头莲花瓣式机头PVC 膜适用可用（平吹）不可用不可用PE 膜适用适用适用适用PP 膜适用适用适用适用PS 膜适用可用可用可用PA 膜适用可用可用可用PC 膜适用可用可用可用机头工艺参数设计薄膜规格的确定挤塑机的匹配表3- 3挤出机规格和薄膜尺寸的关系（单位：mm）螺杆直径薄膜折径螺杆直径薄膜折径3050300120<2000

49、45100500150<300065450900200<4000907001200表3- 4螺杆直径与吹膜机头直径的关系（单位：mm）螺杆直径45506595120150机头直径<10075120100150150200200300300500表3- 5吹膜机头与挤塑机的关系（单位：mm）口模内径<12075220150300>220>250螺杆直径456590120150表3- 6挤出机基本参数螺杆直径D/mm30456090120长径比L/D2020202020螺杆最高转速nmax/rmin-1115100808064最高产量Qmax/kgh461061

50、60电动机功率N/kw1522106160比流量q/(kgh-1)/(rmin-1)机筒加热功率kw58122538中心高H/mm10001000100010001100综合以上信息，确定：HDPE层选用螺杆直径45mm挤出机，其产量h-1，机头直径80mm，口模内径100mm；EVA 层选用螺杆直径30mm挤出机，其产量Q=15.6 kgh-1，机头直径60mm，口模内径100mm；吹胀比（式3- 1）拉伸比（式3- 2）（式3- 3）（式3- 4）口模缝隙宽度（式3- 5）口模、芯模定型部分长度（式3- 6）缓冲槽尺寸流道扩张角主要结构零件设计机头结构设计螺旋芯棒机头的几何结构设计是一个非

51、常复杂的问题。螺旋芯棒机头的几何结构和尺寸合理, 才能实现熔体流动的均匀性和薄膜厚度的均匀性。因此在进行螺旋芯棒机头设计前, 我们应仔细分析各项结构参数对熔体流动均匀性和制品厚度均匀性的影响。螺旋芯棒式机头的主要结构参数有芯棒的外径、出料口的环形间隙、螺旋槽数、螺旋升角及环形流道的锥度等。其中下面三种机头设计参数对流体分布有较大的影响, 这三种参数是：螺旋槽的数量、芯棒和机头体之间的初始间隙、螺旋柑的螺旋升角。螺旋槽数对流动变化的影响图给出了一直径为100mm的螺旋芯棒机头螺旋槽数对流动变化的影响结果。图3- 螺旋槽数对熔体流动均匀性的影响从图中可以看出, 螺旋槽数的增加, 流动的均匀性就大幅

52、度提高。国外目前常采用的螺旋槽数为每直径的机头上有12个螺旋槽, 甚至更多。国内设计螺旋芯棒机头, 一般采用每100mm机头直径设置46个螺旋槽。显然螺旋槽数的增加, 使芯棒加工难度增大, 但却大大改善了熔体流动均匀性, 提高了制品的质量。有资料表明, 对一定直径的机头而盲, 熔体流动波动幅度近似与螺旋槽数的平方成反比, 即螺旋槽数越多, 熔体流动波动越小, 薄膜均匀性越高。芯棒和机头体之间的初始间隙对熔体流动变化的影响通过改变芯棒和机头体之间的初始间隙，机头的流动分布均匀性也可以得到改善。图3-给出了一个直径254mm的螺旋芯棒机头的初始间隙对熔体流动变化的影响结果。从图中可以看到随着芯棒和

53、机头体之间的初始间隙增大，熔体流动变化大幅度减小，.即流动均匀性大大改善，并且存在着一个最小值。但间隙增大且超过该值时, 熔体流动变化增加，即流动分布均匀性下降。原因是：若初始间隙足够大, 入口处的轴向漏流太多, 流动中的相当一部分熔体根本不参与螺旋槽中的螺旋流动, 而只是在轴向方向上形成了一环形流动, 这样就会形成熔接线。因此, 必须合理选择芯棒和机头体之间的初始间隙。图3-所示口模的最佳初始间隙值为。图3- 芯棒和机头体之间的初始间隙对流动变化的影响螺旋槽的螺旋角对熔体流动均匀性的影响减小螺旋槽的螺旋角也是提高熔体流动均匀性的一种有效办法。图3-给出了螺旋槽的螺旋角变化对熔体流动均匀性的影

54、响结果。从图中可见, 螺旋角减小使熔体流动变化率大大降低，即熔体流动均匀性大幅度提高。螺旋角太小的一个不利之处是增加了螺旋芯棒区的压力降。通过设计可知, 芯棒和机头体间的锥度的最佳值为15°。图3- 螺旋槽的螺旋升角对流动变化的影响其它参数的影响除上述主要参数外, 螺旋槽的深度也影响流动分布均匀性, 随着螺旋槽的深度的增加, 流体分布均匀性得到改善, 同时可以减小压力降。另外, 从压力降的角度分析, 提高熔体流动均匀性的最好办法是增加螺旋流道的数量, 关于这一点可分析如下：我们知道, 螺旋芯棒的几何形状常用螺旋圈数表示, 螺旋圈数和螺旋槽参数间的关系可由下式(3-)表示：式（3-）式

55、中 N0螺旋槽数 L螺旋槽轴向长度 A螺旋角 Ng螺旋槽数（螺旋流道数） D芯棒直径螺旋圈数越多, 薄膜厚度的均匀性受物料幂律指数及其机头模唇间隙的影响越小, 对一定直径的机头, 螺旋圈数越多越好。从上式可知, 增加螺旋槽的轴向长度、螺旋槽数、芯棒直径或减小螺旋角都可增加螺旋圈数, 但是增加轴向长度或减小螺旋角? 都会增加压力降, 因此从压力降考虑, 提高流动均匀性的最好办法是增加螺旋流道的数量。一般说来, 径向流道与螺旋流道的数目相同。不过在一些设计中也有一个径向流道为两个螺旋流道供料, 其中有一个三角过渡区。还有一种结构是一个径向流道各向两个螺旋流道供一半料, 这种结构可以克服因熔体温度差而造成的分层效应。第4章 其他辅助装置设计辅机的作用是将来自挤出机机头连续挤出已获得初步形状和尺寸的塑料熔融状态连续体进行冷却定型，使其形状和尺寸固定下来，达到一定的表面质量并经一定的工序，最终成为可供应用的薄膜制品或半制品。挤出吹塑薄膜辅机主要包括冷却定型装置、牵引装置、导向辊与展平辊、卷曲装置和切割装置。其基本参数见表4-1表4-1 国产吹塑薄膜辅机基本参数模口间隙/mm模口直径/mm风环直径/mm牵引驱动功率/kW卷曲速度/(m/min)牵引辊筒长度/mm牵引辊直径/mm牵引辊中心高/mm人字板长度/mm吹膜最大折径/mm螺杆直径/mm801602204001502