吹膜法一次性成型定向交叉復合薄膜技術

楊濤 楊鑠冰

（1.宜興市光輝包裝材料有限公司；2.江南大學化學與材料工程學院）

定向交叉復合薄膜是一種新穎的包裝材料，它是由2層或多層具有不同取向方向的薄膜，通過粘合或其它方式復合而成的一種復合薄膜。相鄰兩層間的薄膜取向，可以是直角交叉，也可以是斜角交叉。單一方向取向的薄膜，其性能只在取向方向上得到增強，而另一方向難免降低，通過與不同取向薄膜的復合，形成一種定向增強的網(wǎng)狀應力支撐結(jié)構(gòu)，使交叉復合薄膜各個方向均有優(yōu)異的機械性能。實際應用中，復合薄膜表現(xiàn)為具有突出的高強度和抗刺穿、耐撕裂等性能，可以作為重包裝材料使用。

交叉復合薄膜最常用的成型方法，是利用單層薄膜先在不同方向拉伸取向，然后按照一定角度將2層或多層取向薄膜，熱粘合或?qū)訅杭庸こ山徊鎻秃媳∧?。無溶劑復合技術使這種加工方式變得更為環(huán)保。

吹塑成型是薄膜加工方法之一，是通過環(huán)形機頭將塑料熔體吹制成膜管，經(jīng)風環(huán)冷卻定型，由人字板逐漸壓疊成寬度為膜管周長一半的雙層薄膜，通過卷曲裝置收卷，獲得薄膜半成品。吹膜法是一種經(jīng)濟、簡單的薄膜成型加工方法。

采用共擠出技術，通過多層復合機頭可以吹塑成多層復合薄膜。但要在吹塑過程中實現(xiàn)定向交叉復合，還需要在吹膜裝備和加工技術方面有新突破。本文介紹兩種典型的定向交叉復合薄膜吹塑成型技術，供大家學習、參考。

一、垂直定向交叉吹塑復合薄膜成型技術

SUDEX定向交叉復合薄膜技術，由日本日交樹脂公司和三菱油化工業(yè)公司開發(fā)生產(chǎn)。該復合薄膜是由3臺擠出機吹制而成，內(nèi)層膜管被橫向拉伸，而中外層采用共擠出縱向拉伸方式，最后再熱壓貼合而成定向交叉復合薄膜產(chǎn)品。

1.工藝流程

圖1 SUDEX交叉復合薄膜生產(chǎn)工藝流程

表1 SUDEX定向交叉復合薄膜性能

如圖1[1]，擠出機1將聚乙烯粒料塑化擠出，采用下吹法吹制成以橫向取向為主的膜管，作為復合膜的內(nèi)層膜；中外層薄膜由擠出機2和擠出機3組成的共擠出吹膜機組完成，中外層共擠薄膜通過牽引裝置主要進行縱向取向。內(nèi)層管膜穿過中外層模頭中間的通孔，被導入中外層管膜內(nèi)部。內(nèi)層膜管由預熱芯軸5預熱，中外層膜管由遠紅外線外加熱器6預熱。被預熱的內(nèi)層及中外層薄膜在貼合芯軸7的錐面上，在橫向上適度拉伸后，再貼合芯軸的圓柱面上被進一步加熱，最后被貼合成外層縱向取向、內(nèi)層橫向取向的垂直交叉復合薄膜。預熱芯軸和貼合芯軸采用蒸汽加熱方式。復合薄膜經(jīng)熱處理和電暈處理后，在卷取機上收卷成膜卷。

2. SUDEX定向交叉復合薄膜性能

SUDEX定向交叉復合薄膜綜合性能優(yōu)良，熱封強度高，可以包裝溫度較高的物料，是比較理想的重包裝薄膜。同時，該薄膜作為礦井通風系統(tǒng)的風筒材料、建筑防潮防水材料等也有很好的實用價值。其性能及與LDPE薄膜對比情況，如表1[2]所示。

二、螺旋定向交叉復合薄膜吹塑成型技術

螺旋定向是一種新穎的吹塑薄膜定向技術。簡單地說，交叉定向就是在適宜的溫度下，使管膜母線與軸線成一定角度，并沿復合薄膜引出方向連續(xù)扭轉(zhuǎn)，實現(xiàn)螺旋式定向。與此同時，在定向后的管膜內(nèi)表面噴涂粘合劑，靠幾對夾輥加壓，使其層合在一起。

1.工藝流程

吹塑法交叉定向吹塑復合薄膜的生產(chǎn)裝置如圖2[3]所示。

圖2 螺旋定向交叉復合薄膜吹塑成型工藝流程圖

由擠出機1擠出的聚烯烴熔融樹脂經(jīng)環(huán)形機頭2制成薄壁管坯，同時從支撐軸5的軸向通孔16通入壓縮空氣，使管坯膨脹至所需直徑的膜泡。然后經(jīng)過固定芯軸6，并由芯軸內(nèi)部的加熱冷卻裝置調(diào)整其膜泡溫度。

為了使膜泡緊貼固定芯軸外表面，便于拉伸定向，膜泡直徑應比固定芯軸直徑小3～5%。

膜泡達到拉伸定向溫度后，被一組比擠出速度快0～10%的進給輥7壓送至連續(xù)扭轉(zhuǎn)機構(gòu)。此時膜泡在轉(zhuǎn)動芯軸9和旋轉(zhuǎn)輥17之間相對軸線成45°傾斜角扭轉(zhuǎn)。與此同時，上部的牽引裝置在牽引比≥2的情況下進行延伸。在這種連續(xù)而協(xié)調(diào)的扭轉(zhuǎn)和牽引作用下，獲得螺旋定向的管狀薄膜。

被扭轉(zhuǎn)定向的泡管，經(jīng)人字形螺旋導輥11逐漸壓扁，并通過噴射裝置12向膜泡內(nèi)表面噴涂粘合劑，經(jīng)夾輥13使膜泡交叉復合，最后由導向輥引至卷取機進行收卷，獲得復合薄膜半成品。

2.設備及裝置

吹塑螺旋定向交叉復合薄膜的設備及裝置由擠出、防扭、扭轉(zhuǎn)和牽引四部分組成。

（1）擠出裝置

螺旋定向交叉復合薄膜吹塑成型可采用普通吹塑薄膜的擠出設備，主要根據(jù)所加工物料性能和擠出量要求進行選型。

（2）防扭裝置

它包括膜管壓送機構(gòu)，固定芯軸和加熱冷卻部分。其主要作用是壓送管膜，防止在非扭轉(zhuǎn)部位和高速牽引作用下，使管膜發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

如圖2所示，壓送輥7的表面為凹弧形或圓柱形，其數(shù)量有三個，四個和八個不等。排列方式分為單層(同一平面)或雙層(兩個平面)相互交錯兩種。

固定芯軸是一個圓柱形空心體，下部可設計成球形或圓錐形。內(nèi)部設有加熱冷卻裝置，包覆于固定芯軸的管膜，先與冷卻部分接觸。所通入的冷水(或熱水、熱油等介質(zhì))經(jīng)支撐軸5上的通孔14往復循環(huán)。

冷卻部分的上方裝有電加熱器，用以調(diào)節(jié)固定芯軸的表面溫度，便于膜管順利拉伸定向。

（3）扭轉(zhuǎn)裝置

這是交叉定向設備的關鍵部分，為管膜產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)提供必要條件。

由圖2可知，這種裝置設在固定芯軸上面，由轉(zhuǎn)動芯軸9和很多呈凹弧形的旋轉(zhuǎn)輥17所組成，管膜4被夾在其中。為防止管膜起皺，旋轉(zhuǎn)輥傾斜安裝。

通常，轉(zhuǎn)動芯軸的直徑比固定芯軸的直徑大10～30%，以消除膜管在扭轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的相對滑移。為更加可靠，將轉(zhuǎn)動芯軸表面加工成沿軸向均勻等分的多槽形。槽深一般小于3mm，小于等于1mm的槽深多被實際使用。

（4）扭轉(zhuǎn)牽伸裝置

扭轉(zhuǎn)牽伸裝置包括人字形螺旋導輥和壓夾輥(牽引輥)。

螺旋導輥是一個重要部件，對膜管具有扭轉(zhuǎn)和導向作用，避免膜管起皺。

為獲得預期的傾斜定向角度，導輥螺旋角α2必須等于膜管的螺旋角α1，即：

而tgα2=S2/πd

所以d/D=S2/S1

式中d-螺旋導輥直徑

D-膜管直徑

S1-螺旋導輥的螺距

S2-管膜形成螺旋定向時的螺距

三、總結(jié)與展望

交叉定向復合薄膜，通過吹膜方式實現(xiàn)一次性成型，可將吹膜法的簡便化和經(jīng)濟性優(yōu)勢進一步發(fā)揮，為高強度薄膜的加工生產(chǎn)提供了一種新的選擇。

本文介紹的兩種典型的交叉復合薄膜吹塑成型技術，雖開發(fā)于上世紀70年代，但隨著技術的不斷完善與更新，目前仍有企業(yè)在使用該類技術生產(chǎn)高強度的薄膜產(chǎn)品，服務于市場。如美國Val éron（維羅朗）公司等。

同時，我們也該清楚的看到，該類成型技術使吹膜設備趨于復雜化，薄膜規(guī)格品種更換操作比較麻煩，并未在薄膜領域形成一種主流的高強度薄膜加工方式。自動化、簡便化依舊是吹膜法一次性成型定向交叉復合薄膜技術的改進與提高的方向。

[1]陳業(yè)學，管膜法聚烯烴交叉復合薄膜及其加工，現(xiàn)代塑料加工技術，1989（03）：32-37；

[2]周祥興，軟塑包裝講座（二十）交叉復合薄膜，中國包裝工業(yè)，2002（08）：7-10；

[3]于丁，吹塑薄膜，北京：中國輕工業(yè)出版社，1987：184-188。