多层共挤流涎膜机的设计与开发

朱 汉 林

（南通朗高石化设备有限公司，江苏 启东 226200 ）

多层共挤流涎膜机的设计与开发

朱 汉 林

（南通朗高石化设备有限公司，江苏 启东 226200 ）

多层共挤流涎膜机组是由定比分配上料、挤出、流涎、电晕、摆幅、三道恒张力控制牵引、自动计量长度、高速自动断膜、自动收卷 、自动翻转换卷装置等组成。整机用PLC实时监控、实现人机界面对话，中文彩色触摸屏、实现了数字化全自动控制。生产出来的膜的质量比传统工艺的吹膜要好的多。产出的膜柔软性好、密封性好、透明度好、热变形小，极端误差小等特点，同时可降低生产成本，成品膜有显著的性能价格优势，因此，有很强的市场竞争力。设备模块化组合可最大限度地满足客户生产不同品种膜的需求。本机组为目前国内同类设备中比是最高速，生产能力大幅度提高，有效降低了生产成本的高新机电一体产品。

多层共挤；流涎；塑料薄膜机组；高新机电产品

以往薄膜的生产都靠吹膜机为主，由于吹膜的生产速度较慢，故产量不高，而且质量也比流涎膜差。通过科技查新、市场调研的分析对比，目前采用计算机控制的全自动高效率（收卷最高线速度达到300 m/min，生产能力800 kg/h）的流涎膜机组的生产，国内还是空白，但国内流涎薄膜使用量每年以 20%~25%的速度在递增［1］，因此，技术先进的多层共挤流涎薄膜生产设备不得不从国外进口。由于进口设备价格昂贵，企业难以接受，这就阻碍了薄膜行业的发展。鉴于上述情况，为加速企业的发展，满足市场需要，本公司决定开发国产型多层共挤流涎薄膜机组。我公司就在国外的基础上进行了自己设计和制造。项目经过近几年的研究、试制、开发工作，目前产品已开发成功，产品已在江苏、浙江、安徽等地多家用户使用，反映良好。同时产品经南通市产品质量监督检验所检测，各项性能指标符合Q/320681LCRO2-2003标准的要求。可以说流涎机的开发成功，填补了国内在本行业的空白。

1 产品流程简介

备料→双组份负压吸料→进行配料→物料加热→A、B、C挤出机→熔体管道→换网器→分配器→三层共挤模头→流涎铸片成型机（正负压风刀、骤冷辊、清洁辊、冷辊等）→牵引装置→在线测厚装置→第一道切边装置→电晕装置→摆幅装置（自动纠偏装置）→牵引装置→双工位全自动收卷装置→成品膜→检验入库。

2 设备特性简介

目前，国内生产的塑料薄膜的设备，以工艺分类有压涎法、吹膜法和流涎法［1］。用流涎法的国产型多层共挤流涎薄膜机组主要由上料、挤出系统，模头、流涎骤冷成型、牵引、自动测厚、幅宽摆动、电晕处理、双工位收卷装置及自动控制系统组成。由于采用流涎工艺生产的薄膜有其显著特点，如柔软性好、密封性好、透明度好、热变形小，极端误差小等特点。且多层共挤流涎薄膜，又可根据薄膜的不同用途，采用2~9层共挤，按薄膜的使用功能不同，每层可选用不同的原材料和添加剂，此种薄膜可最大限度的满足用户需求，同时可降低生产成本，成品有显著的性能价格优势，因此，有很强的市场竞争力。

3 研制试验方法及技术路线

在市场调研、科技查新、资料收集汇总分析的基础上，确定产品的主要技术性能指标要达到国际先进，综合技术性能指标达到国内领先水平。根据指标要求，多次组织专家、科技人员进行方案设计和重要零部件结构的计算分析，精心设计产品图样和样机试制。在试制过程中特别对关键零部件精心操作，严格把关，认真按照加工、装配工艺进行加工生产。由于本机组有多个系统、部件组成，故调试和试验显得特别重要，首先要对系统进行单独调试，每个系统调试达到要求后，再对全机进行联机调试，保证系统的动作正确、工作正常，最后进行加料试验1小时，考核机组技术生产性能和薄膜产品的质量。在总结样机生产、试验的基础上，对产品进行进一步完善和改进，确保生产优质合格产品。

4 实施过程

首先设计的图形如下图1所示。

图1 多层共挤流涎膜机系统总图Fig.1 Multi-layer co-extruded Cast film machines overall system diagram

(1)机架和底脚都用大槽钢焊接拼装而成，而且连接螺栓都用高强度的［2］，因为考虑到安全性，平台下面可以走人，且要放一些水泵以及风机之类的东西，故特别加强。(2)设计时又考虑到挤出量的可调性，驱动装置选用直流电机。(3)为了减少空间，电机与减速机之间选用内齿式联轴器。(4)为了提高薄膜的整体性能，我公司把挤出用螺杆与料筒委托给专业生产螺杆的厂家（浙江舟山精密机械有限公司）设计与制造，把螺杆设计成大长径比（i=33︰1），增加了熔融、塑化、混炼、分散效果，而且螺杆在结构采取分段加工，渐变型，带屏障段专用螺杆［3］。在用材上采用高强度优质合金钢（38CrMoALA），而且表面进行渗氮热处理，料筒设计成大壁厚的无缝长圆筒。(5)料筒的加热方式采用高频陶瓷加热，外配冷却用的涡流式风机，加上温控探头，有效控制挤筒的工艺温度。(6)吸料采用台湾产的双组份真空吸料及强制进料，保证了出膜的不间断，有利于后续工艺流程的正常进行。(7)熔体管道、分配器具及自动换网装置委托给专业厂家（精诚模具）设计与生产。在设计过程中，他们用到了高压流体熔体流动理论，把流道设计的比较好，特别是模头的衣架式流道的设计,机头内部无死角，使物料温度均匀，机头一般采用节流块和弹性模唇共用的方式来调节挤出薄膜的厚薄均匀性。(8)流涎部件的骤冷辊内部采用夹层的螺旋冷却水道组成，减少水的阻力，减少压降，提高冷却效果，保证了辊面温度的一致性，使得整个辊面温差不超过±1oC。而且辊面进行一些特殊处理，比如：表面雾化等［4］。辊面外径根据薄膜性能要求，可加工到φ630 mm、φ720 mm、甚至可做到φ1 000 mm。(9)表面有一定形状和硬度的清洁辊将析出在雾面辊上的白色添加剂连续、均匀地转移至膜的表面，使辊面清洁，冷却均匀。(10)在紧贴模头的下侧面配有双腔室的负压风刀，它的作用有两点，一使薄膜与骤冷辊之间形成一个类似真空的空间，让薄膜一出模头就能迅速紧贴骤冷辊，保证薄膜的理化性能，增强了冷却效果。二使模头因高温产生的烟雾抽走。(11)在辊面的前方有一个全方位可调的正压风刀，风压一般为98～980 Pa。风刀风口一般做成鹰嘴式，保证出风量一致，同时也使薄膜与雾面辊紧贴，以获得均匀的冷却效果，一般采用两侧进风，使吹出气流分布于整个喷嘴平行的直线上，喷嘴间缝在0.5～2 mm间可调［5］。(12)高压电子锁边或高压气枪定边，它们的作用是将薄膜的两边紧压在雾面辊上，防止薄膜缩径, 避免了膜边翘屈, 一般枪嘴距膜面为5 mm左右,距膜边距为5 mm左右。(13)电晕处理是在薄膜表面通过的两电极间施加上高频、高压以致电极间放电，产生大量的等离子气体高速冲击被处理面，提高膜的理化性能，增加了膜的表面张力，为下一道复合工艺做好准备。电晕架的电极做成可翻转式的、可调节的机构。(14)自动纠偏的摆幅装置是用电动推杆与行程开关等组成，提高了后续收卷膜的平整性。(15)双工位全自动翻卷收卷装置，本装置中用到了直线导轨副，用到了气涨轴，快速换卷装置等［3］。(16)在电控部份采用高性能中型机PLC，中文彩色触摸屏，PID智能温控仪表，全数字调速装置等等。故本机组确实是高科技产品。

5 技术特点和技术创新

主要技术特点：收卷线速度最高可以达到 300 m/min，整套机组自动化程度高，技术先进，实现800 kg/h生产能力。同时在生产流程中采用自动可调速摆幅机构，提高了薄膜卷筒的外观质量，大功率电晕处理机一次性的对薄膜表面进行电晕处理，确保薄膜后道工序（印刷、胶合、涂覆）正常进行。本产品收卷机构是公司自行研究开发的全自动双工位收卷装置（已为专利）。该装置具有恒张力控制，自动计量长度，高速自动断膜，自动收卷，自动翻转换卷。

主要技术创新点：

（1）采用独立可编程控的全自动负压上料，定比分配送料。送料及时，配比准确，混合充分。

（2）使用了正负压风刀及电子锁边机构，确保薄膜充分贴辊，快速冷却定型。

（3）生产过程中设计了三组牵引装置及张力控制装置，使薄膜处于恒张力流涎状态，产品不易变形，保证产品质量。

（4）应用自动可调速摆幅机构，消除薄膜收卷时累积误差，提高了收卷平整度。

（5）全自动双工位收卷及稳定的收卷张力装置，确保了薄膜收卷恒张力，实现全自动翻卷收料。动作准确、可靠，保证了收卷稳定性，使收线速度从通常的180 m/min提高到300 m/min，为目前国内同类设备的最高速，生产能力大幅度提高，有效降低了生产成本。

(6)应用中型PLC对整机实行控制，采用人机界面（触摸屏）智能仪表、全数字调速装置组成通讯网络，完成工作指令及工作状态的适时监控。温度、速度、收卷张力、计米预置显示等均通过人机界面（触摸屏）进行设定、显示、诊断、记忆和远程监控［3］。实现了操作自动化。在控制系统采用高性能中型机PLC，中文彩色触摸屏和工控制，PID智能温控仪表，全数字调速装置，通过现场总线组成通信控制网络，对现场数据，控制命令进行采集、发送。对机组的有关温度、线速度，三组牵引张力、薄膜厚度、计米预置、收卷等均通过人机界面（触摸屏）进行在线控制、设定、显示、诊断、记忆和远程监控。机组操作直观方便，实现了数字全自动控制，减轻劳动强度，提高生产能力。

6 设备主要技术性能指标

生产线速度：20~300 m/min；

口模宽度：2 000～4 500 mm；

薄膜厚度：0.017~0.089 mm；

薄膜厚度误差：±5%；

生产能力：800 kg/h（max）；

共挤层数：3～9层；

卷取直径：1 000 mm(max)。

7 结束语

国产型多层共挤薄膜流涎机组的成功开发，改变过去主要靠国外进口的状况。由于我公司开发的产品的价格仅有进口价的11%，因此增强了生产企业的购买能力，也增加流涎薄膜产量，促进我国包装业的发展。产品除满足国内需求外，还可以产品出口，参与国际市场竞争。同时还可以带动国家材料工业、机电产品、电子、电器和计算机行业的发展，增加社会成员工作，为维护社会安定，推动经济、社会的全面发展作出了贡献。

［1］张振英.塑料挤出成型入门[M].杭州：浙江科学技术出版社，2000-03.

［2］成大先.机械设计手册(共 1-5卷)[M].5版.北京：化学工业出版社, 2007-11.

［3］余国琮.化工机械工程手册(上、中、下)[M].北京：化学工业出版社,2003-01.

［4］朱有庭 曲文海 于浦义.化工设备设计手册(上、下)[M].北京：化学工业出版社,2005-06.

［5］黄志坚.现代密封技术应用[M].北京：机械工业出版社,2008-06.

Design and Development of Multi-layer Coextrusion Salivation Film Machine

ZHU Han-lin
（Nantong Langgao Petrochemical Equipment Co.,Ltd, Jiangsu Qidong 226200，China）

The multi-layer co-extruded salivation film unit includes feed distribution by fixed ratio, extrusion, salivation, corona, swing, three constant tension control traction, and automatic measurement of length, high-speed auto-off film, automatic winding, automatic turn convert volumes devices and other components. PLC real-time monitoring of the machine with man-machine interface dialogue can be realized by the Chinese color touch screen and digital automatic control. The quality of the films produced by the unit is much better than that by traditional craft of blown film. The membrane produced by the unit is softness, good sealing, transparency, little thermal deformation, small extreme error, while the production cost is decreased, the finished film has significant performance and price advantage, strong market competitiveness. Modular portfolio of equipments can meet customer demand for different varieties of film.

Multi-layer co-extruded; Salivation; Plastic film unit; High-tech mechanical and electrical product

TQ 050

A

1671-0460（2012）05-0544-04

2012-05-04

朱汉林（1973-），男，江苏启东人，机械工程师，从事机电一体化专业，研究方向：物流新技术。E-mail：ntqdzhl@sina.com。