基于绿色化原则的“十三·五”多层共挤吹膜设备的科学发展（一）

张友根

（宁波海达塑料机械有限公司）

基于绿色化原则的“十三·五”多层共挤吹膜设备的科学发展（一）

张友根

（宁波海达塑料机械有限公司）

分析了“十三·五”多层共挤吹膜设备绿色化科学发展原则，研究了多层共挤吹膜设备绿色化成型性能、生态技术、加工技术、现代控制技术的科学发展，提出了“Made in World”的全套解决方案的服务型制造理念，指出绿色化是多层共挤吹膜设备可持续发展的永恒主题。

吹膜设备；多层共挤；绿色化；科学发展

共挤多层复合薄膜由于能满足包装材料多方面的绿色性能的要求，成为多层薄膜中发展最快的品种，呈10%以上年增长趋势，“十三·五”将有更大的发展空间，推动绿色包装的健康发展。中国最初从上世纪八十年代中期由意大利引进的单层吹膜机，到九十年代初从德国巴马格引进的三层共挤吹膜设备，九十年代中后期引进的世界最先进的五层、七层、九层甚至十几层的多层共挤设备，发展速度越来越快。我国科技人员在引进国外设备的基础上，进行消化吸收与技术合作，能够自行设计与制造出较好的国产机械，部分取代了进口设备。但现实是国内多层共挤吹膜设备与国际先进水平的差距较大，主要差距是绿色化技术水平，处在模仿“取代”，而不是创新“领先”，附加值较低，出口的平均单价仅3万美元，为进口的平均单价84万美元的二十八分之一。本文分析了“十三·五”多层共挤吹膜设备绿色化科学发展原则，研究了多层共挤吹膜设备绿色化成型性能、生态技术、加工技术、现代控制技术的科学发展，提出了“Made in World”的全套解决方案的服务型制造理念，指出绿色化是多层共挤吹膜设备可持续发展的永恒主题。

1 “十三·五”多层共挤吹膜设备绿色化科学发展原则

多层共挤吹膜设备绿色化以现代能源技术、材料技术、生物技术、污染治理技术、资源回收技术、环境监测技术、清洁生产技术、网络技术、数字技术等科学技术为指导，围绕绿色材料、绿色结构、绿色制造、绿色成型加工、绿色能耗、绿色包装、绿色再制造、绿色维修、绿色服务等诸方面，预先防止多层共挤吹膜塑料工程对生态、环境、能耗、资源、清洁等产生负作用，向高能效、低能耗、低消耗、低碳排放的模式科学发展，提高能源及其他资源的利用效率、减少环境污染等技术体系，全方位达到设备与人、自然环境、社会环境的和谐共生，构建塑料包装的安全化、轻量化、减量化、服务化、资源节约化、可回收利用化、智能化等绿色“新常态”。

1．1 资源节约及利用率高效化

实现多层共挤吹塑薄膜最薄化达到最佳的包装功能，实现昂贵的阻隔材料最少化达到最优的性价比。创新实现薄膜成型的资源利用率高效化、薄膜性能参数的高稳定化。

资源消耗主要包括：原材料消耗、制造中的物料消耗、包装消耗、运输消耗、使用消耗、回收利用消耗等。

1．2 生产高效率及节能降耗化

实现最低的成型能耗达到最高的生产率、最低的瑕疵率，实现最高的能效达到设备最低的装载功率。吹膜成型能耗占总成本的3%～5%，是除原材料成本之外最大的生产成本支出项目。薄膜的大量使用的同时，产生大量的废弃物给节能的回收及利用也带来了新的课题。创新实现低温吹膜成型、精密计量成型，开发高效率能量系统，实现对能量的二次回归利用率最大化。

能耗包括：制造过程的能耗、成型加工的能耗、回收处理的能耗、物流的能耗以及能耗对生态环境的影响等。

1．3 低碳排放及清洁的环保化

实现污染物排放的最少化、污染物处理的最优化。多层共挤吹膜设备的整个装置占有空间大，动力驱动功率大且型式多样化，热能扩散点多，机械传动型式及机构复杂化，成型材料及品种多类化，这些给是生态环境保护带来了新课题。多层共挤吹膜设备在整个生命周期内，不得释放有害人体健康的受禁物质，不应对环境产生污染和对生态环境的破坏，洁净人类生存环境的健康化。突出微观污染的治理。

污染排放主要包括：废弃物、废水、废气、粉尘排放、高分子材料热分解污染、噪声污染、电磁电子干扰等。

1．4 制造成本与社会成本的绿色化

基于生态环境保护原则的多层共挤吹膜设备整个装置的绿色技术含量高，制造成本与社会成本之间产生了新的矛盾。传统成本效益着力考虑企业的成本效益，忽视用户的社会成本。绿色成本以用户需求的绿色社会成本效益为优先原则，通过绿色技术的创新，提高设备的生产性能，使得用户以最小的单位成本生产出最高质量的绿色制品，实现设备制造经济效益的最大化和科学化。

绿色化的成本不仅要考虑设计、制造和销售成本的核算，还有考虑包括使用和废弃／回收再生过程中用户和社会所承担的成本、污染物的替代、产品拆卸、环境成本等。

2 多层共挤吹膜设备绿色化成型性能的科学发展

塑料包装薄膜的绿色化科学发展推动了多层共挤吹膜设备绿色化成型性能的科学发展。

多层共挤吹膜设备绿色化成型性能实现塑料包装薄膜的绿色化的“现实需求”和“潜在需求”，主要表现在超宽低能耗化、高速节能化、资源节约化、群层性能化、功能细分化、寿命最大化、吹－印－压在线一体化、多能通用化等方面。

2．1 超宽低能耗化成型性能的科学发展

超宽薄膜实现多层共挤吹膜设备的最大生产率，降低单位能耗。现代控制、制造、检测等技术的科学发展，实现了超宽薄膜的成型。Reifenh user公司的Filmtec 7－1700IBC 7层共挤吹膜生产线的Filmtec 7－1700IBC 7层共挤吹膜生产线可生产宽1600mm，厚0．02mm～0．2mm薄膜，最大挤出量达600kg／h。布鲁克纳机械有限公司创出6．3m净宽度的CPP薄膜的世界纪录。世界最宽的6m复膜机加粘接机可拼成18m幅宽的复合膜生产设备全线运行，20m折径的多层共挤吹膜设备早已交付使用。

2．2 高速节能化成型性能的科学发展

高速提高多层共挤薄膜的生产率，降低无效能耗，提高能量利用率。奥地利SML兰精机械公司的五层共挤吹膜设备，配备5台挤出机，生产能力2500kg／h。其中，2台低能耗的HSE系列用于主料挤出的高速挤出机带有新型的驱动装置，1台辅挤出机可保证高速生产时膜边几何形状的精密性。下游设备包括大直径的冷却辊、具有表面高硬度高耐磨的薄膜导辊、塔式收卷机。各设备之间良好的协同作业，保证了生产线的有效的高速运转。佛山捷勒塑料设备有限公司配置为九台60mm光滑机筒挤出机、500mm机头的九层共挤吹膜设备，生产幅宽最大1，800mm的尼龙和EVOH对称和非对称高阻隔膜薄膜，产量最大可达450公斤／小时。

2．3 精密超薄化成型性能的科学发展

实现多层共挤吹膜的精密成型，严格控制各薄膜层及总体厚度的精密公差，有利于节约高分子材料，提高资源的利用率。德国W＆D公司的Varex吹膜生产线，九层阻隔膜的总体厚度只有0．030mm，EVOH阻隔膜的膜厚仅为0．001mm，宽度最大2400mm。加拿大MACRO公司的5层共挤吹膜设备，加工薄膜的厚度误差5%，比同类多层薄膜节约原料20%以上。佛山捷勒塑料设备有限公司的7层共挤吹膜设备，加工薄膜厚度范围0．025～0．200mm，幅宽最大1800mm，厚度公差±3%。

2．4 群层性能化成型性能的科学发展

更多种类材料、更多层数组成的阻隔薄膜，对气体有更高阻隔效果的要求，以此达到能更好地保护包装内容物的目的。同时，通过增加薄膜层数，使得减少昂贵材料如EVOH的厚度成为可能．并由此降低整个产品成本。

薄膜由单层发展到三层，现在五层逐渐成为主力，国际上已发展到11层，向更多层数的“群层化”方向发展。“群层化”不但提高薄膜的阻隔性能，而且有效降低薄膜厚度，即实现薄膜降低资源利用的减量化。佛山捷勒塑料设备有限公司的九层共挤高阻隔吹膜设备，用于生产高品质的对称如m－PE／Tie／PA／EVOH／PA／Tie／m－PE结构和非对称如PA／Tie／PE／Tie／PA／Tie／m－PE结构的高阻隔薄膜，可以很方便地在线更换薄膜层结构，使膜制品的成本更低，阻隔性能更优越。金明精机股份有限公司公司的九层共挤高阻隔吹膜设备，特殊设计的螺杆和模头适于加工PA、EVOH等具有气体阻隔性能的树脂，主要用于生产各种规格的五层及以上薄膜，满足用户对于气体（O2、N2、CO2．．．）高阻隔性能的包装要求达到保香、保鲜、防腐、气密、延长保质期的包装目的。广东金明精机股份有限公司亚太区首家具备生产十一层高阻隔薄膜流延设备的企业，M9L－2500代表国际最先进的制造工艺技术，模头宽度为2500（带单一材料包边装置），薄膜最大宽度为2200mm，薄膜厚度为60～250μm，最大挤出能力为80kg／h，对不同牌号的PE、PP、PA、EVOH具备良好的适应性。设备核心部件采用国际知名品牌，关键部位由金明设计加工。

美国已出现56层的微层吹膜设备及技术。

2．5 功能细分化设备的科学发展

绿色包装细分化推进了多层共挤吹膜设备功能细分化的发展。

2．5．1 石头纸专用吹膜设备

广东金明精机股份有限公司的三层共挤“石头纸专用吹膜设备”，用磨成粉末的石碳酸钙（石头）为主要原料，加上一定比例的塑料，用挤出、成型、吹胀、拉伸、冷却、卷绕的工艺方法生产“石头纸”，解决了传统造纸污染给环境带来的危害问题，又解决了大量塑料包装物的使用造成的白色污染及大量石油资源浪费的问题。三层共挤吹膜工艺增加＂石头纸＂的强度，采用小型体短流道模头设计有效改善低流动性石头纸的原料的流动性能，并降低熔体压力。通过带拉伸棒的吹塑方法来增大吹胀比和拉伸比，将拉伸棒和内冷风环结合在一起，达到在保证冷却的同时提高＂石头纸＂的断裂伸长率等物理性能。

2．5．2 重包装膜多层共挤吹膜设备

三层共挤PE重包装膜具有单层PE膜无法比拟的优良性能。在材料的应用上有广泛的选择性，可充分体现不同层次的功能，有较好的强度、韧性、开口性、防潮性、透明性和热封性等性能。广泛应用于化工原料、粮食、化肥等大宗产品的包装，适用于各种重包装袋、提袋、垃圾集运袋的制作，也可用作印刷、复合基本材料，具有很大的市场。

国内已有多家公司推出了塑料重包装薄膜设备，主要包括三层共挤吹塑包装薄膜机组和五层共挤重包装薄膜机组。其中三层薄膜生产技术已成熟，都采用了锥形和平面叠加机头、水平上牵引旋转器、自动卷取机、电晕处理机、内冷系统和纠偏装置等。

大连橡胶塑料机械股份有限公司的三层共挤重包装薄膜机组包括由自动称重上料系统、大功率高效率挤出机、平面叠加机头、自动风环、IBC系统、水平旋转牵引装置、德国纠偏装置、电晕处理装置和自动卷取装置。

汕头金明塑胶设备有限公司的三层共挤重包装薄膜机组由吹膜线和印刷线两大部分组成，实现制膜、印刷、压纹、插边、收卷等工序一次完成，适用于LDPE、LLDPE、MLLDPE、HDPE等的原料，包括旋转牵引系统、内冷系统，自动风环等。

Reifenhauser公司的三层共挤重包装薄膜机组：喂料采用重力计量喂料系统；挤出机采用两台60mm和一台70mm挤出机，长径比为30D，塑化能力为500kg／h；机头为低中心机头；冷却为双风口风环；牵引为6辊牵引，其中2个为气动牵引辊，4个为冷却辊，水平旋转；在纠偏装置和卷取之间，配有预热装置。穿孔装置的针入深度可调，且针可实现快速更换。

台湾汉王塑胶机械有限公司的超薄三层共挤重包装吹塑薄膜设备，采用了自动称重混料系统、低重心机头、连续在线测厚、水冷却牵引、水平旋转牵引装置以及最新的逆流式自动风KINGCOOL，产量达350kg／h，薄膜的厚度降低到125μm。三台挤出机螺桿直径：φ55 mm、φ75 mm、φ55 mm，使用原料：LDPE／LLDPE／MLLDPE／HDPE，薄膜寬度：550 mm。

2．5．3 医用输液膜多层共挤吹膜设备

多层的共挤吹塑医用薄膜成为医疗、医药软包装的发展趋势。随着医疗技术的发展，药液制剂也对包装材料提出了更高的要求，除了安全无毒和对药液稳定性外，还要求包装材料具有柔软、透明、物理机械强度高、耐低温、耐高温消毒、阻隔性好等多种功能，单一品种的高分子材料已难达到这种高功能化的需求。多层结构医用包装薄膜厚度通常为0．05～0．4mm。北美的医药包装复合膜大部分采用多层共挤复合生产，这主要由于该工艺生产的薄膜具有内在取向性及较高的撕裂强度。无溶剂残留和污染的水性型粘合剂的发展，为医用多层包装复合膜塑料薄膜包装袋的应用发展带来了新的发展空间。

医用输液膜多层共挤成型的净房生产标准是：必须达到美国US联邦标准209E和国际通用标准EN ISO 14644－1的要求，符合GMP认证标准要求。成形过程中不受经由空气传送的粒子（灰尘，细菌，病毒）污染，整个成形过程处于一个洁净的环境中，无尘室的能力达到ISO净房等级7级标准以及US FS10000中的规定：每立方米空气中，≥0．5μm的空气颗粒最多不超过352000个。设备按净房标准要求进行设计及制造，如，设备的动力驱动尽可能用伺服电机等直接驱动执行机构，无油润滑导向运动副，防静电感应设施，金属件防氧化防锈处理，设备表面不用油漆涂装等等。

医用输液膜的特殊性，要求主机厂商能够提供可实现洁净生产的全套生产线，包括多层共挤吹塑设备、洁净室、周边设备、包装、物流等全套解决方案。

国际上已有多家公司能够生产7层、9层甚至11层的医用包装薄膜多层共挤吹塑设备。加拿大Winpak有限公司生产基于尼龙的11层的医用包装薄膜，是当今世界上用于医用包装的层数最多的共挤出薄膜。医疗非PVC复合膜的多层共挤吹塑设备，利用药用级聚烯烃原料，在1万级洁净环境下，经100级洁净空气吹塑成筒膜，再分切成各种规格以制作输液软袋。医疗非PVC复合膜的多层共挤吹塑设备主要有两大类别：一类是以美国希悦尔为代表的采用五层共挤上吹风冷式；另一类是以德国玻利西尼公司为代表的采用三层共挤下吹水冷式。

广东金明精机股份有限公司自行研制的“MX5B－1200QA医用输液膜五层共挤水冷式薄膜吹塑机组”通过了科技成果鉴定，机组根据医用输液膜（袋）的要求，采用了多项自有专利技术，配备了五层平面式叠加模头、双风口风环、IBC内冷装置、电控稳泡器、水平旋转牵引装置、全自动双工位收卷机等多项先进技术配置，并且实现了整机计算机集中控制，整体技术水平处于国内领先地位，可代替进口的同类机械产品。用该机组生产的新型医用多层共挤薄膜厚薄均匀，透明度高，为医用输液市场提供了安全、优质的塑料包装材料，市场前景广阔。

2．5．4 生物基塑料多层共挤吹膜设备

生物基塑料的熔体强度低于石油基塑料。在挤出吹膜加工的过程中，熔体强度低容易造成膜泡形状不稳、褶皱、产能偏低等一系列加工问题，导致吹膜产品的外观甚至物性的重大缺陷。提高熔体强度，除了提高材料自身的支化度和分子量、降低熔体温度之外，在吹膜加工中最为有效的就是提高对熔体的冷却效果，其中以更改不同结构的风环最为有效。双风口风环装置的冷却效果大大高于单风口风环，其冷却效果大大高于单风口风环。双风口结构提高了对于生物基膜泡表面的冷却和整体的托付作用，具有对于生物基塑料膜泡的很好的稳定作用。在其他工艺条件不变的情况下，通过调整吹胀比和牵引比两个关键工艺参数，达到生物基塑料薄膜的纵横向拉伸强度、断裂伸长率和耐撕裂力等性能的最优化。

2．5．5 五层共挤PE吹膜设备［1］

PE原料类型较多，物理性能各异。五层共挤薄膜，赋予PE薄膜在原料的选择和配方设计方面更大的灵活性、原材料成本控制的最优性、应用的细分性。2010年德国K展上，德国W＆H展出了口模直径400mm、配置5台VAREX挤出机的五层共挤PE吹膜设备，产量达到1000kg／h以上，引起了市场的强烈反响。金明精机股份有限公司开发的五层共挤PE吹膜设备，研发了流道带有预分配、螺旋芯棒结构的五层共挤PE复合膜吹膜设备，最高产量680kg／h，单位能耗0．3k W／kg。

2．5．6 PVDC多层共挤高阻隔吹膜设备

PVDC多层共挤高阻隔吹塑薄膜，是以高阻隔MA—PVDC为阻隔层的新型包装材料，利用共挤的特点，可将MA—PVDC、PE、EVA、PP、PA等材料有机地结合起来，性能互补，成为一种综合性能俱佳的高阻隔包装材料。在美国，PVDC被认为安全无毒材料，符合FDA标准。在德国，政府大力倡导使用PVDC，并拥有“绿色标志”。在日本，已证实PVDC焚烧与产生二恶英无关。PVDC共挤膜中PVDC的含量约为10%，包装袋可以回收造粒作注塑用。使用PVDC可以数十倍地节约其它材料，具有积极的节能环保意义。目前主推MA—PVDC六层共挤膜透明基材和黑白牛奶膜（非对称结构）。

PVDC多层共挤的加工设备技术含量高，到目前为止世界上拥有该技术的公司仅有三、四家，PVDC共挤设备技术含量更高，吹膜设备达到正常应用并批量生产的仅有美国希悦尔公司和邢台威特塑业有限公司等少数几家公司。

2．5．7 多层农膜共挤吹膜设备

广东金明精机股份有限公司携手国际知名原料商埃克森美孚于2015年8月中旬在金明精机股份有限公司展示了中国首台五层20米农膜设备和16米PO涂布机组，配自动风环及在线测厚，能够满足PO膜配方加工要求，挤出螺杆适应适用多种原料加工，包括LLDPE、90%m LLDPE、LDPE、EVA，POE弹性体，超宽幅20米收卷，最大挤出量为2500kg／h，从制品宽幅及高自动化、稳定性等方面都有了明显地提升。

（未完待续：见本刊2016年第1期）

Scientific development of"十三·五"multi-layer coextrusion blown film equipment based on the principle of greening

Zhang you－gen
（Ningbo Haida plastic machinery co．，LTD）

the author analyzes the five＂＂thirteen，multi－layer co－extrusion blown film equipment greening principles of scientific development，the greening of multi－layer co－extrusion blown film equipment formability，ecological technology and processing technology，modern control technology of scientific development，put forward the＂Made in World＂a full set of solutions of a service－oriented manufacturing concept，points out that the green is multi－layer co－extrusion blown film equipment is the eternal theme of sustainable development．

blown film equipment；Multi－layer co－extrusion；Greening；Scientific development．