多層共擠片材設(shè)備智能化改進(jìn)探討

楊偉光 鄭旭山 李意明

（汕頭市達(dá)誠環(huán)保精機(jī)科技有限公司）

一、設(shè)備的市場需求

塑料包裝片材主要用于生產(chǎn)一次性塑料杯、盤、碗、碟、盒等熱成型制品，廣泛應(yīng)用于食品、疏菜、水果、飲料、乳品、工業(yè)零件等領(lǐng)域的包裝。它具有柔軟性、透明性好，易制成各種形狀的流行款式，它與玻璃相比不易破碎，重量輕，運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)，而包裝行業(yè)通常要求塑料包裝片材兼?zhèn)錂C(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、耐寒性、對氣體和水蒸氣的阻隔性、光澤透明性、熱封性、印刷性及無毒性等性能。單層片材顯然不能滿足所有這些性能，如對氧敏感商品包裝阻隔性不及金屬和玻璃容器，因此，需要生產(chǎn)多層復(fù)合片材，以使不同原料的各種性能體現(xiàn)在制品上，集中體現(xiàn)多種樹脂的優(yōu)點(diǎn)，使制品的性能進(jìn)一步滿足各種包裝物使用要求。

二、多層共擠出片材設(shè)備生產(chǎn)工藝介紹

1.多層共擠出復(fù)合優(yōu)點(diǎn)

1）生產(chǎn)流程短，能耗少，成本低，據(jù)報(bào)道，共擠復(fù)合法制作復(fù)合的方法比其他方法制作復(fù)合片材的成本可降低20～30%；

2）能充分發(fā)揮各種塑料的固有特性，使其在復(fù)合塑料中起到應(yīng)有的作用；

3）硬質(zhì)材料和軟質(zhì)材料復(fù)合，集強(qiáng)度與彈性于一體，構(gòu)成特殊用途材料；

4）將多孔材料與密實(shí)材料復(fù)合在一起，賦予材料特殊性能；

5）可構(gòu)成品種多、花樣新、性能優(yōu)的各種包裝片材，以滿足特殊場合的要求；

6）共擠出復(fù)合法的生產(chǎn)環(huán)境衛(wèi)生性好，不僅生產(chǎn)過程不產(chǎn)生三廢物質(zhì)。而且在制品中也無殘留溶劑，衛(wèi)生性可靠。在包裝行業(yè)中顯示了無可比擬的優(yōu)越性。

下圖中是國內(nèi)專業(yè)片材設(shè)備供應(yīng)商提供多層共擠片材設(shè)備，適合生產(chǎn)對氧敏感商品的塑料包裝容器片材，是高阻隔多層共擠擠出片材設(shè)備。它采用阻隔性樹脂生產(chǎn)多層共擠片材的方法來改善氣體阻隔性，解決塑料包裝容器對氧敏感商品的貯存期不及金屬和玻璃容器的問題。

2.設(shè)備主要工藝路線

厚度大的一層物料通過主擠出機(jī)（C）加熱熔融擠出，經(jīng)過液壓快速換網(wǎng)器，抵達(dá)分配器，與厚度較小的另幾層物料通過輔機(jī)（A）和輔機(jī)(B)擠出機(jī)加熱熔融擠出，經(jīng)換網(wǎng)器在分配器中會合，平穩(wěn)進(jìn)入共擠機(jī)頭成型，在三輥壓片機(jī)定型冷卻，再經(jīng)自然冷卻后切邊，片材經(jīng)牽引輥送入卷繞裝置，成卷包裝為成品(CBABC片材結(jié)構(gòu))，而切邊廢邊料直接進(jìn)入粉碎機(jī)后回到擠出主機(jī)料斗再生產(chǎn)，也可以把邊料由廢邊收卷裝置收繞成捆。

高阻隔性樹脂原料選擇，常規(guī)阻隔性樹脂品種有PA、PVDC、EVOH等。其中EVOH的阻氧性最好，且具有耐油脂性及大多數(shù)化學(xué)品，透明性和光澤好，良好的耐紫外線及其它射線的性能，機(jī)械性能，拉伸強(qiáng)度及拉伸模量較高，但EVOH不具備單獨(dú)作為包裝容器的物性，必須與PE、PP、PS、PET等塑料進(jìn)行復(fù)合。而多層共擠技術(shù)關(guān)鍵是粘合劑(AD)，EVOH的復(fù)合包裝材料通常有PPEVOH，但PP與EVOH不能直接熱粘合，必須PP與EVOH之間加粘合劑(AD)，其粘合劑選擇時(shí)需考慮PP作為基體材料的粘合劑，其次跟PP與EVOH熔體粘度的匹配，第三拉伸性能要求，以免在二次加工時(shí)引起脫層。所以其共擠片材多為五層共擠片材（PPADEVOHADPP），若邊切回料R加入層中間，就變成七層共擠片材機(jī)，PP/R/AD/EVOH/AD/R/PP，其中最外層為PP新料，另緊靠兩層是PP的破碎回收料R(PP)。

五層共擠片材結(jié)構(gòu)

七層共擠片材結(jié)構(gòu)

多層共擠技術(shù)關(guān)鍵是分配器，從ABC三臺擠出機(jī)擠出的PP、AD、EVOH的熱融料通過一臺分配器，形成PP/AD/EVOH/AD/PP結(jié)構(gòu)層，分配器關(guān)鍵是流道設(shè)計(jì)，使PP層均勻地分為一、五層，AD層分為二、四層，EVOH層為中間層。分配器流道設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)葉片，用來調(diào)節(jié)兩層之間的厚度均勻度，各層的厚度比例由各自的擠出量來控制，由于擠出機(jī)的擠出量波動(dòng)較大，在擠出機(jī)后用熔體齒輪泵來定量控制。處于模頭設(shè)定溫度下的PP、AD、EVOH的熔體粘度不同，這會使片材各層斷面的厚度分布不均勻，可以通過在分配器中采用局部開槽的方法，增加某處的料流量來矯正，調(diào)節(jié)料層中間處的厚薄。

三、多層共擠片材設(shè)備智能化改進(jìn)

在工業(yè)4.0和中國制造2025浪潮持續(xù)涌動(dòng)的市場環(huán)境中，以新一代信息通信技術(shù)與制造業(yè)融合發(fā)展為主要特征的產(chǎn)業(yè)變革在全球范圍內(nèi)孕育興起，智能制造已成為制造業(yè)發(fā)展的主要方向。

互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)化的推廣應(yīng)用，促進(jìn)產(chǎn)品的升級換代，產(chǎn)品生產(chǎn)從原料改性、工藝優(yōu)化、設(shè)備精密制造，操作模式等智能應(yīng)用，突破原來模式，通過加入智能化單元（包括機(jī)械、傳感、電氣和智能化軟件，具有記憶、感知、計(jì)算和決策功能），使得設(shè)備操作更加便捷，提高產(chǎn)品品質(zhì)和附加值。能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備健康狀態(tài)自動(dòng)檢測；能夠根據(jù)制品及原料要求自動(dòng)管理各種工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)置和存儲；能夠監(jiān)控生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)并自動(dòng)調(diào)整；能夠智能優(yōu)化處理各種運(yùn)行參數(shù)。

智能化單元內(nèi)置了人工智能算法，具備工藝參數(shù)學(xué)習(xí)能力，能夠通過有限試驗(yàn)樣本訓(xùn)練，找到適合特定產(chǎn)品的設(shè)備最優(yōu)工藝參數(shù)，各功能裝置協(xié)同配合，確保產(chǎn)品的質(zhì)量，降低能耗，突出綠色化、智能化特點(diǎn)。

1.智能化設(shè)備改進(jìn)方向應(yīng)從下面幾個(gè)方面

1）產(chǎn)品系列化分類，片材設(shè)備供應(yīng)商應(yīng)在行業(yè)原有基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品進(jìn)行分門別類，系列化；

2）設(shè)計(jì)上，采用模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，組合成各種柔性化的設(shè)備，滿足客戶的個(gè)性化需要；

3）選材上，對關(guān)鍵零部件盡量優(yōu)質(zhì)材料，配套熱處理工藝，確保材料性能要求，堅(jiān)固，耐磨；

4）采用高精度加工裝備，各零部件實(shí)現(xiàn)精益化生產(chǎn)，使各部件質(zhì)量穩(wěn)定，整機(jī)動(dòng)作可靠，才能對設(shè)備電氣系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)化、自動(dòng)化改進(jìn)；

5）設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體現(xiàn)高效節(jié)能、環(huán)保、緊湊特點(diǎn)，如加熱器采用保溫措施，減少熱散失；在確保質(zhì)量情況下采用高速螺桿來提高擠出產(chǎn)量，配套一系列高性能元器件及材料，如高扭減速箱，扭矩保護(hù)裝置等，設(shè)備占地面積減少也有利于生產(chǎn)車間凈化投入成本；

6）通過添加智能化單元，采集在線數(shù)據(jù)信息，監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備的效能，提高生產(chǎn)過程透明度、縮短生產(chǎn)數(shù)據(jù)反饋周期、提高全程生產(chǎn)管理可控性，通過收集大數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)深層次內(nèi)容，改善設(shè)備設(shè)計(jì)流程，實(shí)現(xiàn)機(jī)器設(shè)備的智能運(yùn)轉(zhuǎn)，為企業(yè)創(chuàng)新生產(chǎn)方式、優(yōu)化生產(chǎn)流程、提升生產(chǎn)效能發(fā)揮了極大的促進(jìn)作用，使設(shè)備操作更加簡單，人員減少；

7）通過網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程操控，能有效監(jiān)控生產(chǎn)流程，協(xié)助客戶減少前置作業(yè)和停工時(shí)間，并減少無謂的浪費(fèi)。其次，發(fā)現(xiàn)潛在問題，實(shí)現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)。第三，透過統(tǒng)計(jì)分析和關(guān)鍵績效指標(biāo)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)擠出片材生產(chǎn)工廠系統(tǒng)的透明化管理和智能化提升；

8）設(shè)備連網(wǎng)上云，利用先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算與存儲，大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，深度融合互聯(lián)網(wǎng)+智能制造，實(shí)現(xiàn)多層共擠片材設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測、診斷、維護(hù)、控制、升級等功能，構(gòu)建塑料加工裝備的大數(shù)據(jù)及智能服務(wù)平臺，促進(jìn)產(chǎn)品創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、服務(wù)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新，加快企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，符合時(shí)代的發(fā)展要求。

表1 常規(guī)EVOH多層共擠設(shè)備系列規(guī)格

多層共擠流程圖

2.多層共擠設(shè)備系統(tǒng)組成部分

原料系統(tǒng)：原料配方比例及輸送，破碎料回收裝置；

擠出系統(tǒng)：各擠出機(jī)、過濾、計(jì)量、共擠分配至模頭出片；

三輥壓光系統(tǒng)：片材壓光及切邊裝置；

牽引系統(tǒng)：動(dòng)力牽引裝置；

收卷系統(tǒng)：片材成卷收卷；

水循環(huán)系統(tǒng)：輥筒水溫控制；

電氣控制系統(tǒng)：整套設(shè)備電氣控制。

3.多層共擠片材設(shè)備智能化改進(jìn)內(nèi)容

1）各擠出機(jī)的原料供給系統(tǒng)可選配自動(dòng)配料系統(tǒng)，按各組合配比要求自動(dòng)計(jì)量，適應(yīng)于新料、回料、色母等比例的控制，與主擠聯(lián)動(dòng)配合，提高配料準(zhǔn)確性及大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，能在料位降低情況下提前預(yù)警并反饋補(bǔ)償措施；

2）優(yōu)化設(shè)計(jì)高效擠出螺桿，采用計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過不同原料組合及工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)不同的螺桿結(jié)構(gòu)，達(dá)到制品塑化好、能耗低、產(chǎn)量高的高效螺桿；

3）片材擠出粘度能在線測量并實(shí)現(xiàn)反饋補(bǔ)償措施，確保擠出片材符合質(zhì)量要求；

4）選配高性能減速箱，確保高扭矩、高轉(zhuǎn)速、能耗低、噪音小，體積小、使用壽命高；

5）可采用高效同步電機(jī)，提高電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，減少能耗；

6）各擠出機(jī)配套計(jì)量泵定量穩(wěn)壓輸送，并配備壓力傳感器，壓力與轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制；

7）共擠混合采用精密多層分配器，采用流量比例與葉片間隙比例雙調(diào)節(jié)技術(shù)，分層更加均勻；

8）配套扭矩保護(hù)器，在出現(xiàn)異常情況，保護(hù)機(jī)筒螺桿及減速箱免受損傷；

9）采用反沖洗換網(wǎng)器及熔體過濾技術(shù)裝置，換網(wǎng)時(shí)間長及濾網(wǎng)壽命高，實(shí)現(xiàn)在線不停機(jī)過濾雜質(zhì)及節(jié)省人工，提高產(chǎn)量；

10）選用高效節(jié)能機(jī)筒加熱圈，確保加熱系統(tǒng)的節(jié)能及穩(wěn)定性，并配套高低溫報(bào)警及補(bǔ)償裝置；

11）可選配全自動(dòng)調(diào)節(jié)模頭，配套測厚儀，實(shí)現(xiàn)厚度反饋控制，確保擠出片材厚薄均勻度；

12）三輥壓光輥筒壓合采用伺服電機(jī)控制裝置，配套輥筒間隙光柵測量，閉環(huán)反饋，結(jié)構(gòu)緊湊，輔助設(shè)施布置方便，操作簡單；

13）輥筒水溫系統(tǒng)采用伺服比例閥自動(dòng)水溫調(diào)節(jié)，加熱冷卻溫度雙PID控制技術(shù)等；

14）在線切邊、破碎、輸送回收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廢料自動(dòng)回收，環(huán)保衛(wèi)生；

15）特殊收卷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在線不停機(jī)換卷及卸卷裝置，節(jié)省大量的作業(yè)時(shí)間和人工消耗；

16）在線涂布復(fù)合系統(tǒng)，提高片材適應(yīng)性及保護(hù)作用，提高產(chǎn)品競爭力；

17）選用雙面表面瑕疵檢測系統(tǒng)，在線檢測產(chǎn)品表面質(zhì)量；

18）整機(jī)采用PLC控制，數(shù)據(jù)化信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)運(yùn)算及反饋、報(bào)警等功能的自動(dòng)化控制；

19）先進(jìn)雙PID控制算法技術(shù)，對技術(shù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)時(shí)提供改進(jìn)措施，確保生產(chǎn)過程始終處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)，以提高制品的質(zhì)量、精度、能耗等性能指標(biāo)；

20）遠(yuǎn)程控制技術(shù)，通過服務(wù)器中心工業(yè)數(shù)據(jù)中心和工業(yè)數(shù)據(jù)采集與分析軟件、遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)健康檢測分析系統(tǒng)、設(shè)備能源管理優(yōu)化系統(tǒng)等，對在客戶工廠的供應(yīng)商設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和對各種工藝數(shù)據(jù)采集和存儲，并進(jìn)行工藝數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化生產(chǎn)工藝配方。

四、市場未來發(fā)展方向

塑料機(jī)械工業(yè)的發(fā)展依賴塑料原料工業(yè)、塑料制品加工工業(yè)的發(fā)展。在塑料工業(yè)迅速發(fā)展的今天，塑片成型使用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，中國塑料機(jī)械總的發(fā)展趨勢是朝著系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化方向發(fā)展，同時(shí)要滿足節(jié)能、環(huán)保、高效的要求，以適應(yīng)塑料原料、塑料制品加工企業(yè)節(jié)約成本的需要。隨著中國制造業(yè)技術(shù)水平的整體提升，擠出設(shè)備全面發(fā)展，國際競爭力也明顯提高，但與國外行業(yè)先進(jìn)設(shè)備價(jià)格仍有差距。設(shè)備附加值不高，如何提升共擠片材擠出設(shè)備附加值，實(shí)現(xiàn)中國擠出設(shè)備的“優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)”，依然是中國擠出片材設(shè)備的最大挑戰(zhàn)。也指明擠出設(shè)備發(fā)展的主要方向——大力開發(fā)高水平，高擋次的高附加值多層共擠片材智能設(shè)備，適應(yīng)市場需求，是多層共擠智能片材設(shè)備的發(fā)展方向。

國內(nèi)需求的日益增長，包裝塑料熱成型片材用途也越來越廣泛，復(fù)合高阻隔保鮮包裝片材用量也在逐年增加，在高檔肉食品、快餐米飯等食品包裝，藥品、化妝品等具有更優(yōu)異的性能，前景看好。

近年來，國外眾多塑料片材擠出先進(jìn)設(shè)備進(jìn)入中國的同時(shí)，國內(nèi)片材包裝設(shè)備廠家也在快速掘起，推動(dòng)著片材包裝領(lǐng)域行業(yè)快速發(fā)展及裝備需求增長，而國內(nèi)勞動(dòng)力成本的不斷增加，人們對設(shè)備的產(chǎn)量、能耗、環(huán)保和自動(dòng)化提出了更高的要求，國內(nèi)多家片材高端設(shè)備制造廠家，依據(jù)可持續(xù)綠色發(fā)展需要，集中優(yōu)勢資源，與國內(nèi)外多家先進(jìn)的原料供應(yīng)商、研究院與產(chǎn)品生產(chǎn)商等共同研發(fā)，充分運(yùn)用現(xiàn)代高精尖設(shè)備，提高裝備零部件加工精度，設(shè)計(jì)優(yōu)化各類零件結(jié)構(gòu)，優(yōu)化加工工藝，提升設(shè)備整體性能。

目前，擠出設(shè)備市場需求正凸現(xiàn)三個(gè)顯著特點(diǎn)：節(jié)能高效，數(shù)據(jù)化、自動(dòng)化、智能化擠出片材機(jī)是成為技術(shù)創(chuàng)新的方向，智能化引領(lǐng)產(chǎn)品的發(fā)展未來；其次，食品、飲料以及新能源等工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω咝阅馨b行業(yè)需求持續(xù)高漲，推動(dòng)多層共擠技術(shù)不斷推陳出新；第三、擠出設(shè)備的各種配套零部件加工領(lǐng)域的開發(fā)力度，新技術(shù)應(yīng)用與拓展步伐加快，推動(dòng)整體裝備技術(shù)水平的迅速提高。

正因如此，積極開發(fā)多層共擠出智能化片材機(jī)是行業(yè)搶占市場的商機(jī)的重要措施。朝著數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化挺進(jìn)，力諸打造高效節(jié)能、智能高品質(zhì)多層共擠片材擠出裝備，同時(shí)滿足產(chǎn)品綠色包裝，技術(shù)創(chuàng)新，可持續(xù)發(fā)展方向，不斷拓展設(shè)備應(yīng)用市場，增加產(chǎn)品附加值，以綜合的性價(jià)比優(yōu)勢和過硬的質(zhì)量保障與國外企業(yè)分庭抗禮，為中國制造助力升威。