唐本州
(廣東省粵東高級技工學校,廣東 汕頭 515000)
多層共擠聚烯烴熱收縮膜(POF)是近年來出現(xiàn)的新型熱收縮包裝材料,是一種環(huán)保型包裝材料。塑料擠出成型是塑料制品的主要加工方法之一,它是通過擠出機的加熱和混煉使固態(tài)原料變成均勻的粘性流體,即在專用設備中將線性低密度聚乙烯(LLDPE)作為中間層,聚丙烯(PP)作為內、外層,經(jīng)特殊工藝將內、中、外三層共同擠壓,在擠壓系統(tǒng)的作用下,以一定的壓力和速度連續(xù)地通過機頭而獲得一定的形狀,從而制成的具有高透明度、高收縮率及熱封性能良好的熱收縮薄膜。
但在生產過程中怎么保證薄膜厚薄均勻度,是生產過程中最難解決的問題之一。某熱收縮膜有限公司的設備所生產出的薄膜就出現(xiàn)厚度不均勻的現(xiàn)象。因質量上出現(xiàn)問題,導致許多客戶的流失,嚴重影響企業(yè)的經(jīng)營發(fā)展。
筆者參與了對該設備的改進工作,對生產中遇到薄膜厚度出現(xiàn)不均勻的問題作出分析與調試,最后解決了這一生產難題。
在參與此次工作前,為了慎重及少走彎路,在開始解決問題之前,我查找了有關資料,進一步分析了該設備的結構原理、生產工藝及其它各種條件,以防盲目的開展此次工作,造成不良后果。
設備主要有以下幾部分組成;
主副塑料擠出機:高溫使塑料原料熔解擠出;
共擠模頭:熔解的原料通過模頭形成所需要的形狀(膜管成型);
冷卻風環(huán):由冷卻風環(huán)、鼓風機等組成,對共擠模頭出料口外風環(huán)冷卻;
冷卻水環(huán):利用水外冷式的方法將膜管激冷定型;
牽引裝置:膜管經(jīng)激冷定型后,引出輥對其第一次牽引,經(jīng)人字板除水,然后由上輥第二次牽引至加熱系統(tǒng);
吹脹加熱系統(tǒng):采用遠紅外線加熱,將膜管加熱至所需溫度;
急冷定型穩(wěn)泡冷卻:膜管經(jīng)加熱系統(tǒng)加熱后吹脹至所需厚度后經(jīng)第二膜泡牽引輥牽引至拉伸夾棍 (牽引拉伸過程自然冷卻),最后收卷等。
原料輸送——熔體擠出——機頭膜管成型——膜管激冷定型(第一膜泡)——膜管第一次牽引——膜管除水——膜管第二次牽引——膜管預加熱——膜管溫度檢測——膜管牽引拉伸吹脹為第二膜泡——第二膜泡冷卻——制品展平——切邊——制品收卷。POF薄膜生產工藝流程簡圖如(圖 1、圖 2)所示。
圖1 生產工藝流程簡圖
圖2 設備效果圖
膜管又稱第一膜泡成型的管坯,膜管的成型質量(如厚度偏差及物理和力學性能)直接影響第二膜泡能否正常成型及POF制品物理和力學性能及厚薄的均勻度。
傳統(tǒng)多層共擠模頭,雖然在??诔隹诘牡谝荒す芄芘骺偤穸饶芸刂凭鶆驅ΨQ,但因多層共擠收縮膜(POF)的生產工藝較為特殊,是由三層物料粘附而成。 PP/PE/PP三層物料在模頭內部流體壓力不同,模頭內部的三層液態(tài)物料在夾縫流道匯口處難以控制均勻,導致第一膜管在經(jīng)加熱通過第二次吹脹后,膜泡會出現(xiàn)厚薄不均勻的情況。因為PP、PE兩種料的膨脹系數(shù)不相同,PP與PE料在同等溫度加熱下,PP要比PE的膨脹比大,所以在二次吹脹時出現(xiàn)厚薄情況。
對于以上情況,傳統(tǒng)調節(jié)厚薄的方法是以第二次膜泡的厚薄程度,在第一膜泡成形處采用冷卻風環(huán)進行厚薄調節(jié)。即利用局部檔風的方式進行控制,原理就是當膜管在不吹風時的部位冷卻速度要稍慢,而膨脹快,從而增大膜管較厚部位膨脹系數(shù),以起到厚薄的調節(jié),但此方法缺點是冷卻時穩(wěn)定性差。
因常規(guī)企業(yè)應用的模頭都難以控制膜管局部厚薄情況,通過在生產過程中對設備結構的仔細研究,筆者發(fā)現(xiàn),通過改進模頭的??诮Y構,在??趫A周增加36顆內六角螺釘,起到調節(jié)??诔隽系暮癖《龋赃_到第二次膨脹時PP/PE層的膨脹收縮比。從而解決膜管的成型的厚薄均勻度,提高了生產質量。
多層共擠錐面疊加機頭是功能先進的塑料包裝薄膜成型的關鍵部件,是保證薄膜制品具有良好成型條件、優(yōu)異性能和質量的關鍵環(huán)節(jié)。機頭設計必須充分考慮主流道、分支流道、料流分布流道以及環(huán)形流道的設計應達到一定壓縮比,確保料流分布均勻、流速相等。
模頭結構原理:
第一擠出機3出來的物料是聚丙烯(PP料),經(jīng)過分配孔(6)-連接流道(21、19)-夾縫流道(9、7)-環(huán)形夾縫流道下部螺旋狀流道15。
圖3 模頭結構
第二擠出機2出來的物料是聚乙烯(PE料)。經(jīng)過分配孔(5)-連接流道(20)-夾縫流道(8)-環(huán)形夾縫流道下部的螺旋狀流道15,最后經(jīng)過匯流成形流道18出來形成PP/PE/PP薄膜,即內、外層為PP層,中間層為 PE層。(如圖3)所示。
通常模頭的出料口(模芯14與???7間的間隙)采用十二顆M16螺釘進行對膜管厚薄的調節(jié),但用此方法調節(jié)膜管時,厚薄范圍較難控制。因為這十二顆螺釘是用來調節(jié)模口相對于模芯的總體位移量。
針對??诮Y構,從原基礎上,在出口壁處車削出U型槽,并在??趫A周上等分鉆出36個M14螺紋孔,以利用M14內六角螺釘對??诘膱A周形狀進行微量調節(jié),(如圖4)所示,即通過用內六角板手對螺釘?shù)臄Q緊,改變??趦缺谛螤睿瑥亩{節(jié)??趦缺谂c模芯的局部間隙大小。
圖4 改進前
圖5 改進后
??诟倪M工藝:凹槽內側與外側尺寸比例應加工合理,內側太薄易產生塑性變形,損傷模口形狀。太厚則擰緊時,產生的反作用力會將凹槽外側頂變形,所以根據(jù)經(jīng)驗得出,外側尺寸為21.5mm,內側厚度為14mm。內側厚度為20mm。增加 36個調節(jié)螺釘后,為了保護在對??谠谶M行微調時不損傷??谝约案行У目刂剖芰佑|面積,固在凹槽處附上厚度為6mm的墊圈。 (如圖 5)所示。
墊圈的安裝:墊圈安裝在??赨型槽內壁,配合性質為過盈配合,通過查表,結合直徑250~315mm的最小過盈量為0.101mm,故墊圈的尺寸加工精度內徑可為 293,外徑為305±0.1(如圖 6所示)。
圖6 墊圈
圖7 模頭總裝圖
在對墊圈進行安裝前,先對墊圈進行電爐加熱,這樣能保證溫度的均勻。壓入前,結合面根據(jù)聯(lián)結要求均勻涂一薄層潤滑油,且控制墊圈與U型槽的垂直度,并控制足夠的壓入力。
U型槽內部安裝上墊圈的優(yōu)點是可以改善??谠跀Q緊受力變形時的彈性變形系數(shù),且能減小在擰緊時的板手的用力。
通過對模頭的改進,以??谙路?6顆M14螺釘作為微調,能對二次吹脹后收縮膜產生的不均勻度進行合理調節(jié)。如下圖8所示為模頭出料時的不良效果。管坯中間層PE料在模頭出料時圓周右側局部厚度超過總厚度70%,所以在經(jīng)過二次加熱吹脹成型后,收縮膜的右側厚度會超過平均值。
在對??谔幐倪M后,可根據(jù)紅外線測厚裝置對薄膜檢測出的數(shù)據(jù),利用內六角板手對管坯厚度不均勻的部位進行微調控制,保證膜泡在二次吹脹時厚度的均勻,調后產品成型結果達到如圖9所示。
圖8 PE層太厚
圖9 微調效果
紅外線測厚系統(tǒng)主要功能是實時測量出薄膜的厚度,并在電腦上顯示出圓周的厚薄軌跡,直觀的反映出當前生產薄膜的厚度和均勻情況。根據(jù)測量結果,生產人員可以在不用損傷薄膜產品的情況下方便地調整模頭,使產品具有更高的厚度均勻度,從而更好的保證產品質量及完整性。
這次在參與某熱收縮膜有限公司的生產改進中,我與該廠的技術員一起,通過了對模頭結構的改進,較好的解決產品厚薄的不均勻性,降低廢膜的產生率減少原材料的損耗。從而提高產品性能,確保熱收縮膜質量優(yōu)良,降低能量消耗,提高薄膜生產效率,為該廠創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。
【參考文獻】
[1]吳培熙,王祖玉.塑料制品生產工藝手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社(第二版),1996.
[2]曾兆華.環(huán)保型聚烯烴熱收縮膜的開發(fā)與應用展望[J].塑 料 加 工 ,2001(6):7-9.
[3]鄧瞬揚,王強,朱普坤.新型塑料薄膜[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1996.6.
[4]顏智偉編著.塑料模具設計與機構設計.北京:國防工業(yè)出版社,2006.