可變拉伸倍率雙向同步拉伸軌道調(diào)節(jié)方法分析

胡曉強(qiáng) 王博 宋曉亮 張宏展

摘要：雙向同步拉伸機(jī)是薄膜同步拉伸生產(chǎn)線的核心設(shè)備，本文主要介紹新一代縱向可變拉伸倍率機(jī)械式同步拉伸機(jī)的拉伸原理并分析軌道寬度調(diào)整的方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)械式同步拉伸? ? 縱向拉伸可變倍率? ? 軌道寬度

在塑料薄膜生產(chǎn)設(shè)備中（以聚酰胺尼龍薄膜為例），平膜法雙向同步拉伸技術(shù)是一種工藝過程比較先進(jìn)的薄膜生產(chǎn)技術(shù)，其特點(diǎn)是克服了異步拉伸法縱向拉伸后在橫向拉伸時(shí)破壞定向的缺點(diǎn)，極易獲得厚度尺寸穩(wěn)定、表面十分平整且兩個(gè)方向上物理性能比較均衡的薄膜，有利于上下工序的印刷、復(fù)合、包裝等應(yīng)用。相對已經(jīng)很成熟的異步式拉伸生產(chǎn)技術(shù)來說，雙向同步拉伸技術(shù)有著更廣闊的應(yīng)用開發(fā)空間，可應(yīng)用在絕大多數(shù)不同種類的薄膜生產(chǎn)上，如高性能聚酰胺（PA）薄膜、高質(zhì)量聚丙烯（PP）薄膜、高品質(zhì)聚酰亞胺（PI）薄膜和鋰電隔膜的生產(chǎn)上。

目前能夠?qū)崿F(xiàn)雙向同步拉伸的設(shè)備主要有以下兩種形式：

1、機(jī)械欖閘式的拉伸機(jī)構(gòu)

2、線性電機(jī)的拉伸機(jī)構(gòu)

其中機(jī)械欖閘式機(jī)構(gòu)又可分為縱向拉伸倍率可調(diào)和不可調(diào)兩種形式，

第一代縱向拉伸倍率不可調(diào)技術(shù)比較成熟，國內(nèi)設(shè)備制造廠商大多采用這種形式。第二代縱向拉伸倍率可調(diào)式同步拉伸技術(shù)近幾年才被國內(nèi)的薄膜生產(chǎn)企業(yè)所重視和研究。相比于第一代技術(shù)，第二代拉伸倍率可調(diào)技術(shù)能夠按照工藝要求實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)不同拉伸倍率的效果，從而滿足不同用戶的應(yīng)用要求，提升薄膜附加值。

一、同步拉伸原理

以聚酰胺（PA）薄膜為例，同步拉伸的過程是將擠出冷鑄出的厚片經(jīng)過水浴處理后在雙向拉伸機(jī)內(nèi)部同時(shí)完成縱橫兩個(gè)方向上的拉伸、熱定型處理及冷卻處理，以制成所需要的薄膜。同步拉伸過程如圖一所示：

在這個(gè)過程中，厚片在雙向拉伸機(jī)的入口處被鏈夾（如圖二所示）夾住，然后借助夾具同向、同步的運(yùn)行，使厚片在雙向拉伸機(jī)的三個(gè)預(yù)熱段充分的干燥、預(yù)熱；緊接著預(yù)熱段的是雙向拉伸段，厚片借助于夾具的擴(kuò)幅及有規(guī)律的逐漸增大夾具間距的運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)薄膜同步的橫向和縱向拉伸；然后由五個(gè)高溫?zé)岫ㄐ蛥^(qū)完成薄膜晶型的轉(zhuǎn)換（γ晶型轉(zhuǎn)為α晶型）[1]、消除薄膜的內(nèi)應(yīng)力、提高結(jié)晶度，使晶體結(jié)構(gòu)趨于完善；熱定型區(qū)后面是緩沖區(qū)和冷卻區(qū)，完成薄膜的降溫過程；與異步拉伸相比大大降低了薄膜的熱收縮率，所以同步拉伸產(chǎn)品在高溫蒸煮時(shí)不收縮、不卷邊，同時(shí)同步拉伸產(chǎn)品的抗吸濕性大大提高。

二、同步拉伸軌道寬度計(jì)算方法

同步拉伸中橫拉（TD）方向的軌道寬度容易計(jì)算出：拉伸區(qū)入口的寬度乘以橫拉拉伸倍率即可得出拉伸區(qū)出口的寬度。

下面著重介紹縱拉方向的軌道寬度如何調(diào)整：從圖二和圖三中可以看出，內(nèi)側(cè)軌道的位置決定了橫拉（TD）方向的拉伸倍率，通過調(diào)整外側(cè)軌道與內(nèi)側(cè)軌道之間的距離就可以實(shí)現(xiàn)夾具之間距離的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)縱向拉伸（MD）。

受機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)所限，鏈夾兩夾臂之間的最小距離是固定的，設(shè)為a，不同薄膜縱向最大拉伸倍率有所不同，設(shè)為S1，設(shè)計(jì)鏈夾時(shí)考慮一定余量，鏈夾可實(shí)現(xiàn)的縱向最大拉伸倍率設(shè)為Smax，Smax> S1，因此兩夾臂之間的最大距離b=a·Smax，此距離即為最大拉伸程度時(shí)兩鏈夾連接板兩端孔中心距之和，也是內(nèi)側(cè)立軸和外側(cè)立軸中心距的2倍，因此可得出連接板兩端孔中心距c=( a·Smax)/2。外側(cè)軌道中心線至外側(cè)立軸中心線距離為固定值設(shè)為L1，內(nèi)側(cè)軌道中心線至內(nèi)側(cè)立軸中心線距離為固定值設(shè)為L2，由圖可以看出鏈夾縱向最大拉伸時(shí)兩軌道之間的距離為L1+L2，此時(shí)軌道寬度最?。豢v向拉伸倍率為1時(shí)兩軌道之間的距離為L1+L2+，其中m=a/2，此時(shí)軌道寬度最大。由此可推出任意縱向拉伸倍率S與軌道寬度X之間的關(guān)系：

當(dāng)鏈夾設(shè)計(jì)完成，公式中的L1（外側(cè)軌道中心線至外側(cè)立軸中心線距離）、L2（內(nèi)側(cè)軌道中心線至內(nèi)側(cè)立軸中心線距離）、a（鏈夾兩夾臂之間的最小距離）、Smax（鏈夾最大縱向拉伸倍率）均為固定值，軌道寬度X僅隨縱向拉伸倍率S的變化而變化。

三、結(jié)語

異步拉伸技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)高點(diǎn)，速度和寬度已接近極限，拉伸工藝、技術(shù)創(chuàng)新很難有大的突破，異步拉伸生產(chǎn)出的薄膜產(chǎn)品附加值低且市場基本處于飽和狀態(tài)?？勺儽堵释嚼旒夹g(shù)作為一種較為先進(jìn)的薄膜生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)速度高、厚度穩(wěn)定、表面平整且縱向和橫向的性能相近，另外縱向拉伸軌道若配置可調(diào)整的驅(qū)動裝置，可迅速的調(diào)整縱向拉伸倍率，切換生產(chǎn)規(guī)格。綜合來看可變倍率同步拉伸技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

1、楊其 雷彩紅 黃亞江 毛益民.熱歷史對結(jié)晶型雙向拉伸薄膜性能的影響.現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2004，16（1），3