多層共擠流涎膜機的設計與開發(fā)

朱 漢 林

（南通朗高石化設備有限公司，江蘇 啟東 226200 ）

多層共擠流涎膜機的設計與開發(fā)

朱 漢 林

（南通朗高石化設備有限公司，江蘇 啟東 226200 ）

多層共擠流涎膜機組是由定比分配上料、擠出、流涎、電暈、擺幅、三道恒張力控制牽引、自動計量長度、高速自動斷膜、自動收卷 、自動翻轉換卷裝置等組成。整機用PLC實時監(jiān)控、實現(xiàn)人機界面對話，中文彩色觸摸屏、實現(xiàn)了數(shù)字化全自動控制。生產出來的膜的質量比傳統(tǒng)工藝的吹膜要好的多。產出的膜柔軟性好、密封性好、透明度好、熱變形小，極端誤差小等特點，同時可降低生產成本，成品膜有顯著的性能價格優(yōu)勢，因此，有很強的市場競爭力。設備模塊化組合可最大限度地滿足客戶生產不同品種膜的需求。本機組為目前國內同類設備中比是最高速，生產能力大幅度提高，有效降低了生產成本的高新機電一體產品。

多層共擠；流涎；塑料薄膜機組；高新機電產品

以往薄膜的生產都靠吹膜機為主，由于吹膜的生產速度較慢，故產量不高，而且質量也比流涎膜差。通過科技查新、市場調研的分析對比，目前采用計算機控制的全自動高效率（收卷最高線速度達到300 m/min，生產能力800 kg/h）的流涎膜機組的生產，國內還是空白，但國內流涎薄膜使用量每年以 20%~25%的速度在遞增［1］，因此，技術先進的多層共擠流涎薄膜生產設備不得不從國外進口。由于進口設備價格昂貴，企業(yè)難以接受，這就阻礙了薄膜行業(yè)的發(fā)展。鑒于上述情況，為加速企業(yè)的發(fā)展，滿足市場需要，本公司決定開發(fā)國產型多層共擠流涎薄膜機組。我公司就在國外的基礎上進行了自己設計和制造。項目經過近幾年的研究、試制、開發(fā)工作，目前產品已開發(fā)成功，產品已在江蘇、浙江、安徽等地多家用戶使用，反映良好。同時產品經南通市產品質量監(jiān)督檢驗所檢測，各項性能指標符合Q/320681LCRO2-2003標準的要求?？梢哉f流涎機的開發(fā)成功，填補了國內在本行業(yè)的空白。

1 產品流程簡介

備料→雙組份負壓吸料→進行配料→物料加熱→A、B、C擠出機→熔體管道→換網器→分配器→三層共擠模頭→流涎鑄片成型機（正負壓風刀、驟冷輥、清潔輥、冷輥等）→牽引裝置→在線測厚裝置→第一道切邊裝置→電暈裝置→擺幅裝置（自動糾偏裝置）→牽引裝置→雙工位全自動收卷裝置→成品膜→檢驗入庫。

2 設備特性簡介

目前，國內生產的塑料薄膜的設備，以工藝分類有壓涎法、吹膜法和流涎法［1］。用流涎法的國產型多層共擠流涎薄膜機組主要由上料、擠出系統(tǒng)，模頭、流涎驟冷成型、牽引、自動測厚、幅寬擺動、電暈處理、雙工位收卷裝置及自動控制系統(tǒng)組成。由于采用流涎工藝生產的薄膜有其顯著特點，如柔軟性好、密封性好、透明度好、熱變形小，極端誤差小等特點。且多層共擠流涎薄膜，又可根據(jù)薄膜的不同用途，采用2~9層共擠，按薄膜的使用功能不同，每層可選用不同的原材料和添加劑，此種薄膜可最大限度的滿足用戶需求，同時可降低生產成本，成品有顯著的性能價格優(yōu)勢，因此，有很強的市場競爭力。

3 研制試驗方法及技術路線

在市場調研、科技查新、資料收集匯總分析的基礎上，確定產品的主要技術性能指標要達到國際先進，綜合技術性能指標達到國內領先水平。根據(jù)指標要求，多次組織專家、科技人員進行方案設計和重要零部件結構的計算分析，精心設計產品圖樣和樣機試制。在試制過程中特別對關鍵零部件精心操作，嚴格把關，認真按照加工、裝配工藝進行加工生產。由于本機組有多個系統(tǒng)、部件組成，故調試和試驗顯得特別重要，首先要對系統(tǒng)進行單獨調試，每個系統(tǒng)調試達到要求后，再對全機進行聯(lián)機調試，保證系統(tǒng)的動作正確、工作正常，最后進行加料試驗1小時，考核機組技術生產性能和薄膜產品的質量。在總結樣機生產、試驗的基礎上，對產品進行進一步完善和改進，確保生產優(yōu)質合格產品。

4 實施過程

首先設計的圖形如下圖1所示。

圖1 多層共擠流涎膜機系統(tǒng)總圖Fig.1 Multi-layer co-extruded Cast film machines overall system diagram

(1)機架和底腳都用大槽鋼焊接拼裝而成，而且連接螺栓都用高強度的［2］，因為考慮到安全性，平臺下面可以走人，且要放一些水泵以及風機之類的東西，故特別加強。(2)設計時又考慮到擠出量的可調性，驅動裝置選用直流電機。(3)為了減少空間，電機與減速機之間選用內齒式聯(lián)軸器。(4)為了提高薄膜的整體性能，我公司把擠出用螺桿與料筒委托給專業(yè)生產螺桿的廠家（浙江舟山精密機械有限公司）設計與制造，把螺桿設計成大長徑比（i=33︰1），增加了熔融、塑化、混煉、分散效果，而且螺桿在結構采取分段加工，漸變型，帶屏障段專用螺桿［3］。在用材上采用高強度優(yōu)質合金鋼（38CrMoALA），而且表面進行滲氮熱處理，料筒設計成大壁厚的無縫長圓筒。(5)料筒的加熱方式采用高頻陶瓷加熱，外配冷卻用的渦流式風機，加上溫控探頭，有效控制擠筒的工藝溫度。(6)吸料采用臺灣產的雙組份真空吸料及強制進料，保證了出膜的不間斷，有利于后續(xù)工藝流程的正常進行。(7)熔體管道、分配器具及自動換網裝置委托給專業(yè)廠家（精誠模具）設計與生產。在設計過程中，他們用到了高壓流體熔體流動理論，把流道設計的比較好，特別是模頭的衣架式流道的設計,機頭內部無死角，使物料溫度均勻，機頭一般采用節(jié)流塊和彈性模唇共用的方式來調節(jié)擠出薄膜的厚薄均勻性。(8)流涎部件的驟冷輥內部采用夾層的螺旋冷卻水道組成，減少水的阻力，減少壓降，提高冷卻效果，保證了輥面溫度的一致性，使得整個輥面溫差不超過±1oC。而且輥面進行一些特殊處理，比如：表面霧化等［4］。輥面外徑根據(jù)薄膜性能要求，可加工到φ630 mm、φ720 mm、甚至可做到φ1 000 mm。(9)表面有一定形狀和硬度的清潔輥將析出在霧面輥上的白色添加劑連續(xù)、均勻地轉移至膜的表面，使輥面清潔，冷卻均勻。(10)在緊貼模頭的下側面配有雙腔室的負壓風刀，它的作用有兩點，一使薄膜與驟冷輥之間形成一個類似真空的空間，讓薄膜一出模頭就能迅速緊貼驟冷輥，保證薄膜的理化性能，增強了冷卻效果。二使模頭因高溫產生的煙霧抽走。(11)在輥面的前方有一個全方位可調的正壓風刀，風壓一般為98～980 Pa。風刀風口一般做成鷹嘴式，保證出風量一致，同時也使薄膜與霧面輥緊貼，以獲得均勻的冷卻效果，一般采用兩側進風，使吹出氣流分布于整個噴嘴平行的直線上，噴嘴間縫在0.5～2 mm間可調［5］。(12)高壓電子鎖邊或高壓氣槍定邊，它們的作用是將薄膜的兩邊緊壓在霧面輥上，防止薄膜縮徑, 避免了膜邊翹屈, 一般槍嘴距膜面為5 mm左右,距膜邊距為5 mm左右。(13)電暈處理是在薄膜表面通過的兩電極間施加上高頻、高壓以致電極間放電，產生大量的等離子氣體高速沖擊被處理面，提高膜的理化性能，增加了膜的表面張力，為下一道復合工藝做好準備。電暈架的電極做成可翻轉式的、可調節(jié)的機構。(14)自動糾偏的擺幅裝置是用電動推桿與行程開關等組成，提高了后續(xù)收卷膜的平整性。(15)雙工位全自動翻卷收卷裝置，本裝置中用到了直線導軌副，用到了氣漲軸，快速換卷裝置等［3］。(16)在電控部份采用高性能中型機PLC，中文彩色觸摸屏，PID智能溫控儀表，全數(shù)字調速裝置等等。故本機組確實是高科技產品。

5 技術特點和技術創(chuàng)新

主要技術特點：收卷線速度最高可以達到 300 m/min，整套機組自動化程度高，技術先進，實現(xiàn)800 kg/h生產能力。同時在生產流程中采用自動可調速擺幅機構，提高了薄膜卷筒的外觀質量，大功率電暈處理機一次性的對薄膜表面進行電暈處理，確保薄膜后道工序（印刷、膠合、涂覆）正常進行。本產品收卷機構是公司自行研究開發(fā)的全自動雙工位收卷裝置（已為專利）。該裝置具有恒張力控制，自動計量長度，高速自動斷膜，自動收卷，自動翻轉換卷。

主要技術創(chuàng)新點：

（1）采用獨立可編程控的全自動負壓上料，定比分配送料。送料及時，配比準確，混合充分。

（2）使用了正負壓風刀及電子鎖邊機構，確保薄膜充分貼輥，快速冷卻定型。

（3）生產過程中設計了三組牽引裝置及張力控制裝置，使薄膜處于恒張力流涎狀態(tài)，產品不易變形，保證產品質量。

（4）應用自動可調速擺幅機構，消除薄膜收卷時累積誤差，提高了收卷平整度。

（5）全自動雙工位收卷及穩(wěn)定的收卷張力裝置，確保了薄膜收卷恒張力，實現(xiàn)全自動翻卷收料。動作準確、可靠，保證了收卷穩(wěn)定性，使收線速度從通常的180 m/min提高到300 m/min，為目前國內同類設備的最高速，生產能力大幅度提高，有效降低了生產成本。

(6)應用中型PLC對整機實行控制，采用人機界面（觸摸屏）智能儀表、全數(shù)字調速裝置組成通訊網絡，完成工作指令及工作狀態(tài)的適時監(jiān)控。溫度、速度、收卷張力、計米預置顯示等均通過人機界面（觸摸屏）進行設定、顯示、診斷、記憶和遠程監(jiān)控［3］。實現(xiàn)了操作自動化。在控制系統(tǒng)采用高性能中型機PLC，中文彩色觸摸屏和工控制，PID智能溫控儀表，全數(shù)字調速裝置，通過現(xiàn)場總線組成通信控制網絡，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)，控制命令進行采集、發(fā)送。對機組的有關溫度、線速度，三組牽引張力、薄膜厚度、計米預置、收卷等均通過人機界面（觸摸屏）進行在線控制、設定、顯示、診斷、記憶和遠程監(jiān)控。機組操作直觀方便，實現(xiàn)了數(shù)字全自動控制，減輕勞動強度，提高生產能力。

6 設備主要技術性能指標

生產線速度：20~300 m/min；

口模寬度：2 000～4 500 mm；

薄膜厚度：0.017~0.089 mm；

薄膜厚度誤差：±5%；

生產能力：800 kg/h（max）；

共擠層數(shù)：3～9層；

卷取直徑：1 000 mm(max)。

7 結束語

國產型多層共擠薄膜流涎機組的成功開發(fā)，改變過去主要靠國外進口的狀況。由于我公司開發(fā)的產品的價格僅有進口價的11%，因此增強了生產企業(yè)的購買能力，也增加流涎薄膜產量，促進我國包裝業(yè)的發(fā)展。產品除滿足國內需求外，還可以產品出口，參與國際市場競爭。同時還可以帶動國家材料工業(yè)、機電產品、電子、電器和計算機行業(yè)的發(fā)展，增加社會成員工作，為維護社會安定，推動經濟、社會的全面發(fā)展作出了貢獻。

［1］張振英.塑料擠出成型入門[M].杭州：浙江科學技術出版社，2000-03.

［2］成大先.機械設計手冊(共 1-5卷)[M].5版.北京：化學工業(yè)出版社, 2007-11.

［3］余國琮.化工機械工程手冊(上、中、下)[M].北京：化學工業(yè)出版社,2003-01.

［4］朱有庭 曲文海 于浦義.化工設備設計手冊(上、下)[M].北京：化學工業(yè)出版社,2005-06.

［5］黃志堅.現(xiàn)代密封技術應用[M].北京：機械工業(yè)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

朱漢林（1973-），男，江蘇啟東人，機械工程師，從事機電一體化專業(yè)，研究方向：物流新技術。E-mail：ntqdzhl@sina.com。