雙向拉伸薄膜的成型論略（二）

杜永勝 王德鈞 周偉 杜煜超 張曉龍

（1.山東永健機(jī)械有限公司；2.山東勞動職業(yè)技術(shù)學(xué)院；3.青島科技大學(xué)）

（上接本刊2021年第三期）

三、雙拉膜制備的通用化和專用化發(fā)展

隨著社會的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)水平的提高和國內(nèi)原料工業(yè)的進(jìn)步，市場對雙拉膜的使用要求趨向多樣化、專用化，而且產(chǎn)品越分越細(xì)。多樣性產(chǎn)品成為許多企業(yè)競相開發(fā)的熱點，也促使制備朝著結(jié)構(gòu)自動化、精細(xì)化、專用化及等方向的發(fā)展，滿足薄膜企業(yè)差異化生產(chǎn)、提高產(chǎn)品附加值和利潤率的需求。

以聚合物為主的雙拉膜制造，本是將基礎(chǔ)科研與熱塑成型技術(shù)糅合在一起的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。所走技術(shù)路線必然是拉動發(fā)展的這條大路，它會促使功能膜的研發(fā)工作始于專用生產(chǎn)制備的頂層設(shè)計：基礎(chǔ)功能+進(jìn)階功能+管理功能。

基礎(chǔ)功能（支撐雙拉膜經(jīng)歷降解、結(jié)晶和取向的幾個核心功能，具體包括干燥→熔融→鑄片→雙向拉伸→熱定型→牽引→分切等工序）；進(jìn)階功能（在基礎(chǔ)通用制備上增加在線涂布、局部潔凈等裝置，使材料屬類性沒有質(zhì)變的層次，卻有材料性能有質(zhì)變的可能，其意義遠(yuǎn)大于上“臺階”的效果）；管理功能（具有“管人”的高級管理程序，即人與機(jī)一起執(zhí)行計劃、檢測、記錄、控制和警示等共同目標(biāo)）。[8]

3.1 成型的基礎(chǔ)工藝立足于終端產(chǎn)品（以需求作基礎(chǔ)設(shè)計）

雙拉膜的制造工藝，涉及到配料、熔擠、鑄片、拉伸、定型等系統(tǒng)的機(jī)電一體化，關(guān)聯(lián)到預(yù)熱拉伸、加熱定型、冷卻等不同加工區(qū)域的縝密控制，還關(guān)聯(lián)到生產(chǎn)管理、質(zhì)量跟蹤等運行數(shù)據(jù)的全程監(jiān)控。

雙拉膜的生產(chǎn)全過程包括擠出鑄片、縱向拉伸、橫向拉伸、切邊、表面處理、收卷、廢料回收和分切等工序，在各工序之間確立基礎(chǔ)工藝來滿足加工條件：①把控不同加工溫度的范圍（玻璃化溫度、熔融溫度、結(jié)晶溫度、熱變定型溫度等）；②控制不同加工壓力的范圍（輥軸拉力、凝聚壓力等）；不同的速度范圍（單元輥軸的轉(zhuǎn)速、循環(huán)風(fēng)的對流速度和均勻性等參數(shù)）；③重視生產(chǎn)后期的膜卷分切，盡量控制薄膜出現(xiàn)折皺的情況，避免造成使用上的質(zhì)量缺陷；④注意不同制造環(huán)境的伴生物，選擇不同懸浮水分子和塵埃粒子的作業(yè)空間。

整個生產(chǎn)加工過程的縝密控制，通過傳動速度控制、工藝溫度控制、厚度檢測反饋控制、收卷張力控制、單元操作控制和主控制室計算機(jī)監(jiān)控等，對運行中的各種物理量（包括溫度、流量、壓力、厚度、張力、速度、位置、頻率、相位等），按期望規(guī)律或預(yù)定程序進(jìn)行相應(yīng)的精準(zhǔn)控制。

3.2 適宜功能性薄膜的制備進(jìn)階功能（降低成本、不可替代或高端功能）

功能性專用薄膜，一般附有吸附、分離、光電、磁性、刺激響應(yīng)性、生物相容性、催化活性、反應(yīng)性等一系列的特殊功能。能夠提供這些特殊功能的生產(chǎn)制備，既利于就地消化通用裝備的過剩產(chǎn)能，又有利提升產(chǎn)品附加值，推動雙拉膜的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化和轉(zhuǎn)型升級。

對應(yīng)雙拉膜加工的制備配置（預(yù)期）：在確定專用的原料樹脂之后，適當(dāng)選擇不同加工成型的厚度范圍和選擇不同專業(yè)的層疊擠出、在線涂覆等技術(shù)的制備裝置，在生產(chǎn)啟動之前就變得至關(guān)重要。

① 預(yù)涂膜技術(shù)

在線涂布過的雙拉膜，一旦滿足交聯(lián)固化時間、溫度等技術(shù)要求，就大增薄膜品質(zhì)的穩(wěn)定性。不僅不讓表面化學(xué)成分產(chǎn)生游離，又增強(qiáng)和提高薄膜的表面物化指標(biāo)，滿足增強(qiáng)薄膜印刷性能和鍍鋁后的鋁層剝離力，提升鍍鋁薄膜的耐水煮性能，以及提高薄膜表面爽滑性能等多種特殊功效，拓展產(chǎn)品的應(yīng)用空間。在線涂布，同時與共擠、電暈、熱封處理、離線涂布等其他生產(chǎn)技術(shù)有效結(jié)合，將促使市場占用量變大。

雙拉膜在線預(yù)涂的厚層在5-15μm，對企業(yè)制造成本并不增加很多（有效涂布成分的價格約在60-120元/kg，增加薄膜成本的不到2元/kg，一般企業(yè)的控制范圍在0.2元/kg左右）然而，提高了薄膜的自身品質(zhì)和使用附加值，大大擴(kuò)展了市場的競爭優(yōu)勢。

② 層疊共擠技術(shù)

層疊模頭與狹長的“T型”模頭比較，通盤考慮溫度分布、模腔壓力和熔體滯留的時間（模唇的流速參數(shù)，即聚合物熔體的剪切速率）。熔融指數(shù)相近的各種聚合物通過多流道的獨立分配，在一定加工溫差的推動下，實現(xiàn)不同特性的聚合物交替結(jié)合，便于制成力學(xué)、光學(xué)、阻隔、導(dǎo)電等性能比較優(yōu)異的復(fù)合材料。

層疊模頭+多臺擠出機(jī)，即用比較少的擠出機(jī)將各種不同材質(zhì)的高聚物一起熔融直到輸出成功的厚片（有對稱和非對稱的多層共擠之分，A/B/A/B或者是A/B/A，A/B/A的層次結(jié)構(gòu)）。層疊共擠技術(shù)，是各種材質(zhì)聚合物的特性、溫度、粘度在不同層次的共擠過程和諧共生，以獲得更加均勻、整齊的微層結(jié)構(gòu)。

層疊共擠技術(shù)不是單純1+1+1=3組合，它不僅能在食品包裝領(lǐng)域起到隔氧、無菌等作用，還能通過各種材料對光的不同折射原理，使不同層次的色澤發(fā)生變化，呈現(xiàn)彩虹般絢麗的光學(xué)效果，例如多層共擠的彩虹膜，達(dá)到1+1+1遠(yuǎn)遠(yuǎn)＞3的多角度效果。我們唯有站在層疊+共擠更高的維度，才能探索應(yīng)用技術(shù)可能引領(lǐng)未來市場的消費。

③ 機(jī)械同步拉伸和線性電機(jī)同步拉伸技術(shù)[2]

機(jī)械同步拉伸，即同時完成縱、橫的拉伸，使縱向及橫向的機(jī)械功能更加均勻和平衡，可解決分步拉伸技術(shù)中出現(xiàn)“弓形效應(yīng)”的缺陷，較大程度地滿足薄膜表面不被碰擦劃傷的需求。隨著技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械式同步拉伸由過去的縱向固定式 “拉伸比”發(fā)展的現(xiàn)在的縱向可調(diào)式“拉伸比”，使工藝調(diào)整更加靈活?？朔嗽瓉砜v向無法調(diào)節(jié)，阻滯部分產(chǎn)品個性拉伸要求的廣泛推廣。

磁懸浮式的同步拉伸技術(shù)，主要在每個運動的鏈夾都由單獨的線性電機(jī)控制，使拉伸比和軌道均可以實現(xiàn)自動化和智能化調(diào)節(jié)，大幅度提升薄膜的機(jī)械強(qiáng)度、均衡性和避免表面劃傷等物理性能，能夠?qū)崿F(xiàn)個性化定制與大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的完美融合。

3.3 提升雙拉膜制備的未來方向

（1）改善目前雙拉膜制備存在的問題

① 提高設(shè)備的拉伸、收縮均勻性和薄膜橫向強(qiáng)度

重視雙螺桿擠出的熔融溫度滿足不同聚合物的各項物化性能指標(biāo)，注重螺桿輸送速度與熔融聚合物性能的匹配（減少降解），在提高塑化均勻性前提下，增加測厚儀的前后監(jiān)控，避免出現(xiàn)拉伸度不均勻，熱收縮不均勻等現(xiàn)象。

雙拉膜生產(chǎn)時徹底消除拉伸的弓形狀態(tài)，從理論上是不可能的，但是從設(shè)備設(shè)計制造上可以盡量減少橫拉伸過程中弓型的弓高。首先，要提高TDO烘箱內(nèi)溫度的均勻性，其次對風(fēng)道、風(fēng)嘴、鏈夾進(jìn)口帶入的風(fēng)量務(wù)必精準(zhǔn)的控制，才會對改善薄膜的均勻性有好處。

② 提高設(shè)備的耐溫范圍和解決低聚物污染

一般的雙拉膜只在130～150℃范圍使用，但是很多客戶已要求耐溫能在180～200℃長時間使用，按現(xiàn)有工藝條件達(dá)到這個要求是相當(dāng)困難的。如何促成薄膜纖維晶的形成，滿足耐溫薄膜的生產(chǎn)需求成為新課題。首先解決橫拉機(jī)兩側(cè)溫度相對較低、拉伸倍數(shù)不夠、厚度偏差較大、薄膜橫向強(qiáng)度和熱收縮均勻性不足的問題，才能提高設(shè)備對耐溫薄膜的適用性。

除了選擇粘度合適的樹脂原料外，制造裝置的干燥/擠出系統(tǒng)要減少切片在輸送和干燥過程中產(chǎn)生的粉塵量，提高旋風(fēng)分離器的分離效果；選擇適當(dāng)?shù)娜廴跀D出溫度和熔體線溫度，合理設(shè)定PID的加熱功率并進(jìn)行屆時調(diào)整，嚴(yán)防產(chǎn)生固體的熱慣性，不使管道里樹脂分子量過寬分布帶來低分子鏈較多的狀況。

③ 橫拉機(jī)的無油潤滑結(jié)構(gòu)解決薄膜表面的油污染

目前，國內(nèi)橫拉機(jī)應(yīng)用無油潤滑的鏈條軸套，使用兩年就作更換，這措施對解決薄膜表面的油污染起到一定的作用?？墒?，機(jī)內(nèi)其它部件的潤滑并沒有采用無油潤滑，所以很難看出這項部件的單獨效果，如果整體橫拉機(jī)都采用無油潤滑結(jié)構(gòu)，將徹底解決油漬對薄膜的污染問題，特別是光學(xué)用膜之類的高端產(chǎn)品亟待期望這樣的改善。

（2）改善目前雙拉膜制備的節(jié)能問題

雙拉膜的制造向來具有“料重工輕、能耗量大”的明顯特點，薄膜企業(yè)的能源消耗一般占全部經(jīng)營費用的8-10%。為此，雙拉膜制造的節(jié)約能源技術(shù)，即把控能源消耗，低溫過濾低聚物，又可使薄膜合理地吸、放熱量的做法必然引起企業(yè)的關(guān)注。

① 采用電磁加熱的擠出系統(tǒng)。從工藝要求上講，比一般加熱器的加溫更均勻性，能源消耗更低。如果廣泛應(yīng)用在雙拉膜行業(yè)，每年節(jié)約電能將很可觀；

② BOPP裝置使用的冷輥和縱向拉伸的循環(huán)水，追隨環(huán)境水溫的變化比較密切。采用雙路供水自動切換的方法，特別適用在北方生產(chǎn)，全年能節(jié)約50%的熱能，在南方也可以節(jié)約30% ；

③ 縱向拉伸加熱輥采用紅外加熱空氣冷卻的方法，使紅外輸出功率得到準(zhǔn)確控制，既能消除油漬對環(huán)境的污染，又可以節(jié)約能源、減少設(shè)備的維修運行成本。國外公司在過去有這方面的介紹，能普遍應(yīng)用到雙向拉伸設(shè)備上，將是今后雙拉設(shè)備開發(fā)努力的項目。

④ 在橫向拉伸箱里，如果單純補(bǔ)充大量新風(fēng)來置換被污染空氣或凈化空氣，勢必浪費大量的能源。或者采用轉(zhuǎn)輪式熱量回收裝置，用TDO排出的熱風(fēng)加熱進(jìn)來的新風(fēng)；或者采用鉑金觸媒技術(shù)，通過氧化反應(yīng)去除低聚物而減少TDO外排風(fēng)量，從而達(dá)到余熱的高效回收及梯次利用，降低生產(chǎn)線能源消耗的目的（大都用于BOPET高檔膜生產(chǎn)線，而不太適合產(chǎn)量大的包裝薄膜生產(chǎn)線）。

轉(zhuǎn)輪式熱量回收裝置的換熱轉(zhuǎn)輪呈蜂窩狀，始終按一定的速度連續(xù)勻轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)動過程中，一半輪盤通過溫度較高的室內(nèi)熱排風(fēng)，另一半通過溫度較低的新風(fēng)，兩股氣流逆向流動，對溫度超過150℃的熱風(fēng)連續(xù)完成蓄、放的交換過程。鉑金觸媒技術(shù)能夠在一定的溫度（200～400°C）下使低聚物發(fā)生氧化反應(yīng)而分解為二氧化碳和水蒸氣。用空氣時速（GHSV）來測量熱風(fēng)吹到觸媒表面的比率，空氣時速（GHSV）越高，鉑金觸媒反應(yīng)越激烈。其計算公式：空氣時速（1/h）=風(fēng)機(jī)流量（N m3/h）/觸媒量（m3）。根據(jù)經(jīng)驗，通?？諝鈺r速在150,000～200,001/h之間最適合于TDO使用。使用鉑金觸媒技術(shù)的好處：保持TDO內(nèi)部清潔，減少或杜絕了薄膜表面的污染，提高產(chǎn)品質(zhì)量及檔次。減少了清潔TDO的頻率，提高了產(chǎn)量。節(jié)約能源，大幅度降低生產(chǎn)成本。

（3）精細(xì)而獨特的專用生產(chǎn)線

生產(chǎn)制備必須有針對性。一次生產(chǎn)成型的專用設(shè)備，不宜多次更換原料、調(diào)整生產(chǎn)工藝，這可以穩(wěn)定品質(zhì)和保障某方面的特殊性能，又能有效的節(jié)省料、工、費。不同生產(chǎn)線從結(jié)構(gòu)上看似乎相同，但是，具體的內(nèi)置器件和對應(yīng)數(shù)值還是有更新細(xì)化的區(qū)別。雙拉膜生產(chǎn)線有必要按不同產(chǎn)品的要求，進(jìn)行特定適應(yīng)性的分類生產(chǎn)，以提高薄膜特殊用途的性能和單位成本。

① 高收縮薄膜生產(chǎn)線，即用于生產(chǎn)PETG 材料的高收縮薄膜專用生產(chǎn)線。目前，雖然有普通的通用膜生產(chǎn)線或略有改造的生產(chǎn)線也在生產(chǎn)，但是適用性都不夠理想。主要是設(shè)備缺乏工藝變化的配合，而工藝變化缺乏順應(yīng)材料的變化。專用生產(chǎn)線的配置和工藝順應(yīng)PETG材料的拉伸特性，解決薄膜在生產(chǎn)中速度匹配和整幅收縮率不一致的問題。

② 耐溫低收縮薄膜生產(chǎn)線。從理論上講，耐溫低收縮率1%的薄膜不能在高速中生產(chǎn)，由于熱定型過程的薄膜速度太快，達(dá)不到結(jié)晶率就消除不完內(nèi)應(yīng)力。通用膜生產(chǎn)線采取慢速生產(chǎn)的話，由于風(fēng)壓和風(fēng)量不能變化（通用膜生產(chǎn)線一般調(diào)整好后就不再變動）， 就會引起薄膜的過度結(jié)晶，使薄膜的韌性降低。這也是國外著名薄膜企業(yè)的各種薄膜由專用生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)的原因，有專為產(chǎn)品需要而特地設(shè)計制造的生產(chǎn)線。

③ 加工特殊材料的生產(chǎn)線。PN、PC、PI，以及含氟樹脂膜、可降解聚乳酸（PLA）等多種樹脂原料，再選配功能性助劑母料的塑化加工，可制造多元性、不同功效的雙拉膜，不斷地交互滲透、豐富和拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，順應(yīng)持續(xù)發(fā)展的市場要求。隨著各界制造業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，國內(nèi)的裝備制造能力越來越接近發(fā)達(dá)國家，也為細(xì)化、專用生產(chǎn)線的開發(fā)注入新的活力。制備企業(yè)有必要依托業(yè)間積累的生產(chǎn)經(jīng)驗，嘗試多尺度、多概率、多物理量的工藝條件，進(jìn)而使生產(chǎn)線的制造過程具有可控性和可視性，達(dá)到更加專業(yè)化、效率化、精確化。

④ 盡量采用制備的自動化生產(chǎn)或作業(yè)。制備自動化，是指人類在生產(chǎn)、生活和管理的一切過程中，通過一定的技術(shù)裝置和操作編程完成各種預(yù)期的作業(yè)。它能用較少的人工干預(yù)甚至沒人干預(yù)，達(dá)到減少人力和減輕人的體力和腦力勞動，提高工作效率、效益和效果。例如利用機(jī)械手臂的靈活度與耐力度，將人為失誤減少到“零”。

現(xiàn)實生產(chǎn)提醒我們：清理縱拉和牽引輥筒及冷鼓表面的低聚物，日常的生產(chǎn)線還是靠手工操作，高溫且危險，擬設(shè)計制作自動/半自動清潔的專用裝置；同樣，擬設(shè)計制作薄膜分切后的自動/半自動包裝裝置。另外，對原輔材料的投放環(huán)節(jié)實行專門的自動化操作；對薄膜的倉儲過程實行自動化操作等等，這些裝置能夠?qū)嵭芯植孔詣踊脑?，都宜提前歸入自動化作業(yè)考慮的范圍。

四、雙拉膜制備必然走向智能化生產(chǎn)[9]

可以預(yù)見雙拉膜的生產(chǎn)要走向智能化，理由是：①高質(zhì)量的市場驅(qū)動，促成產(chǎn)品保持應(yīng)用區(qū)域的優(yōu)勢；②多樣性和特殊需求的產(chǎn)品，需要借助智能化生產(chǎn)的縝密監(jiān)控；③實時管控資金和物資的流向，有效地組織供產(chǎn)銷各個環(huán)節(jié)；④降低人工成本，提高工作效率（本文，不作“人為因素”的專門敘述）。

雙拉膜制備的智能化操作，是形成分散與集中相融統(tǒng)一的信息處理鏈，實現(xiàn)人機(jī)互動的細(xì)化交流。管理信息處理鏈依靠計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)代化的管理三大支柱。這個信息處理鏈的核心支撐各種類薄膜的技術(shù)路線，并且確保技術(shù)工藝與各項制造資源的緊密連接、局域調(diào)度和協(xié)同優(yōu)化。圍繞生產(chǎn)線對所屬單元部件進(jìn)行集中操作、管理和分散的綜合監(jiān)控，讓各個環(huán)節(jié)的設(shè)備處于高效、節(jié)能、合理的運行狀態(tài)。

4.1 制備部件的功能協(xié)同與知識集成（硬件的智能化）

在雙拉膜制備的關(guān)鍵部件上，重點采用減速器、電機(jī)伺服系統(tǒng)和控制器等零部件項目，充分利用數(shù)控機(jī)器、新型傳感器、清晰攝像頭（含照相）、3D打印機(jī)、智能儀表及控制系統(tǒng)、智能環(huán)保設(shè)備等等的專項功能。同時，為了探索新材料、新產(chǎn)品、新裝備和新技術(shù)，就需要采用輔助模擬仿真技術(shù)，具體包括設(shè)備裝置的運動性能計算、機(jī)械結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵零部件的力學(xué)性能計算與預(yù)測、設(shè)備中的傳熱導(dǎo)熱分析、聚合物在設(shè)備部件間的流動流場計算與預(yù)測等。這些必要的“四新”探索，其理論性計算和預(yù)測將會在機(jī)械設(shè)計、工藝調(diào)配方面起到關(guān)鍵作用，而且可以節(jié)省新穎產(chǎn)品的研發(fā)周期和實驗成本。

（1）傳感器

傳感器是生產(chǎn)線的神經(jīng)末梢。從單元部件之間的信息、測量、分析到控制，都要依靠傳感器來搜集信息。新型傳感器已經(jīng)從被動監(jiān)測，不斷演化到主動探測預(yù)防型維護(hù)、裝置控管與數(shù)據(jù)分析，協(xié)助增加生產(chǎn)效率等新功效。例如：采用透視傳感器后，可精密測量粉塵狀態(tài)或低介電常數(shù)物質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，模擬出物質(zhì)的不規(guī)則表面或者提供最小與最大標(biāo)示的體積（3D的視覺化模型）；運用雷射傳感器來自動檢測原料熔體，不間斷地反復(fù)測量，并任選不同特性的無線傳感區(qū)塊，讀取、傳輸多樣性的信息。

就雙拉膜制備企業(yè)而言，將傳感器技術(shù)作為連續(xù)生產(chǎn)的切入點主動聯(lián)系精于即時數(shù)據(jù)管理、資產(chǎn)管理與傳感器設(shè)備的專業(yè)公司，可讓傳感器技術(shù)更加貼近雙拉薄膜生產(chǎn)，方便單元部件之間的協(xié)同運作與信息傳輸。

（2）檢測器

檢測器是由傳感器進(jìn)化上位的另一種儀器。

制造高端雙拉膜所用的現(xiàn)代檢測器，具備高特異性和高靈敏度的特點，可對不同物質(zhì)的規(guī)律性及預(yù)測性進(jìn)行響應(yīng)，例如溫度、壓力、電荷、電磁輻射、核輻射、粒子或分子等均有實用意義。假如，能把光學(xué)薄膜檢測算法流程應(yīng)用于雙拉膜的制備上，依次采用圖像的預(yù)處理、圖像分割、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理、目標(biāo)輪廓邊緣檢測、瑕疵幾何形狀特征提取與識別的圖像分析算法，就一定能夠提前檢測出薄膜中的細(xì)小瑕疵。

（3）計算機(jī)的計算和模擬仿真

除了傳感器和檢測器之外，雙拉膜制備各個部件系統(tǒng)的功能也須同步提升。例如熔體系統(tǒng)（水分、粉塵、異物的分離和計量；優(yōu)化熔體部件的螺桿排列組合，即時對整個配料、給料熔融過程進(jìn)行擠出粘度和過濾均勻性的自動控制等）；鑄片系統(tǒng)（實行厚片表觀、寬幅和冷鼓溫差的監(jiān)控；靜電吸附的自動調(diào)節(jié)等）；拉伸系統(tǒng)（輥軸間距和拉力的自動調(diào)節(jié)；厚片拉伸變化的實時檢測和調(diào)整；鏈鋏的張力調(diào)控和潤滑；熱塑和定型區(qū)域的風(fēng)壓、風(fēng)速調(diào)控等）；牽引系統(tǒng)（自動調(diào)整大軸膜的收卷張力；實時檢測瑕疵、缺陷的不規(guī)則數(shù)據(jù)等）；輔助工程系統(tǒng)（導(dǎo)熱油管、流動的純凈和冷卻水，以及人機(jī)作業(yè)區(qū)的恒溫、恒濕氣流）。

隨著生產(chǎn)線的幅寬增寬、運行速度加快，單位時間內(nèi)所采集得到的圖像數(shù)據(jù)量更大，更需要適應(yīng)高速、高質(zhì)量生產(chǎn)的要求。一種基于FPGA的檢測系統(tǒng)，能將主要的圖像瑕疵/缺陷識別和處理提交給核心的圖像處理單元處理，再把處理結(jié)果傳送給總控室計算機(jī)作整合性調(diào)整。能夠?qū)崿F(xiàn)圖像增透、減透、分束的光強(qiáng)改變方面的嚴(yán)密訴求，須有光譜知識的深入理解和獨特的檢測創(chuàng)新，才能尋覓到難于分辨的短刮傷、微刮傷。

智能化的雙拉膜制備需要增加控制器及算法。需要在各單元部件制造空間、設(shè)備連接制造空間和跨域生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)空間等層面上產(chǎn)生聯(lián)動融合，并且記載與之相應(yīng)的技術(shù)軌跡，具體包括：①執(zhí)行預(yù)設(shè)的工藝條件（溫度壓力速度）的正常工作范圍；②對超越范圍的缺陷波動能實時分類和自動糾錯（包括刮痕、條紋、魚眼、涂層空間等）；③發(fā)現(xiàn)異常波動缺陷時（包括孔隙、氣泡、褶皺、污染等），形成反應(yīng)靈敏的應(yīng)急管理體系。

4.2 大數(shù)據(jù)的采集和工藝方案的優(yōu)化（軟件的智能化）

本文敘述的“大數(shù)據(jù)”，泛指企業(yè)在日常運營中生成、累積的行為數(shù)據(jù)，可以帶給我們智能制造的思維方式。因此，連續(xù)生產(chǎn)的雙拉膜，對聚合物分子量、設(shè)備運行狀態(tài)等等紛繁復(fù)雜的無數(shù)信息，需要精準(zhǔn)地遠(yuǎn)程采集、儲存、調(diào)控，又需要線上與線下的檢驗不同溫度、壓力和速度變化條件下的工藝效果。面對海量數(shù)據(jù)和繁雜的資訊，通過PLC可編程序來存儲或執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)等操作指令，并通過數(shù)字式的輸入、輸出來控制各種設(shè)備的機(jī)械過程，使生產(chǎn)線制造系統(tǒng)形成一個完全協(xié)調(diào)的整體。屆時發(fā)現(xiàn)其中深層次的規(guī)律或者蘊藏有價值東西，才能真正觸及雙拉膜制造的核心技術(shù)問題。

PLC編程是用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機(jī)，賦有較高的可靠性和靈活性，能夠?qū)κ袌鲂枨笞龀鲅杆俜磻?yīng)，確保生產(chǎn)小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品上市。它除了能完成各種各樣的控制功能外，還有鏈接網(wǎng)絡(luò)的功能。例如物聯(lián)網(wǎng)，延伸和擴(kuò)展到物品與物品之間的信息交換和識別，也包括生產(chǎn)物流在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)記錄，自動輸入企業(yè)局域網(wǎng)系統(tǒng)，讓不同職權(quán)的管理者隨時通過電腦、手機(jī)看到生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝參數(shù)，訂單（計劃）完成進(jìn)度，以及倉庫產(chǎn)品、原料的庫存等情況。

人工智能+數(shù)據(jù)處理技術(shù)的合作模式，能大幅度提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和生產(chǎn)效率，將是未來企業(yè)發(fā)展的核心趨勢。目前，規(guī)模企業(yè)利用網(wǎng)絡(luò)的概率相對較高，都從網(wǎng)絡(luò)得到遞增的邊際收益；同時，龐大的網(wǎng)絡(luò)信息量基數(shù)，也在相對資助其他產(chǎn)業(yè)的上升發(fā)展。這是人工智能站在全新角度觀察包括制造原理（計算方法）與配套企業(yè)數(shù)量變化和質(zhì)量提升的問題。

4.3 制備智能化的協(xié)同遞進(jìn)和合作（原材料基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)研究的結(jié)合）

雙拉膜制備的技術(shù)升級，離不開對各種聚合物物性的準(zhǔn)確掌握，離不開各個工序優(yōu)化到位的制備制造。雙拉膜制備實際存在著遞進(jìn)和持續(xù)發(fā)展的行程，更需要上下產(chǎn)業(yè)鏈一起腳踏實地同力推動。雙拉膜制備的智能化，實質(zhì)上是人、單元部件組合的生產(chǎn)線與各項生產(chǎn)物資的三元集成，支持人機(jī)共融過程的智能監(jiān)控、狀態(tài)分析、薄膜性能和質(zhì)量評估等。

（1）雙拉膜的制造技術(shù)（應(yīng)用的技術(shù)）進(jìn)步是踏著前人足跡走過來，每一項研發(fā)成果或技術(shù)改進(jìn)都不是孤立的，擺脫不了前端工序的產(chǎn)品進(jìn)步。同理，每次有效地化解了現(xiàn)實中遇到的問題，也就朝著前進(jìn)的方向邁出一步。例如優(yōu)化能耗統(tǒng)計分析的系統(tǒng)（含公用工程、做好大功率裝備的運行優(yōu)化，節(jié)能降耗）融入智能制造的范圍；

（2）物質(zhì)世界本來沒有最好只有更好，雙拉膜制備一直沒有過“終極版的生產(chǎn)線”。雙拉膜制備的智能化制造涉及整個產(chǎn)業(yè)鏈的上下游，包括基礎(chǔ)平臺、工藝標(biāo)準(zhǔn)和個性定制的自重或系列組合（專用線）等。如今，成熟的雙拉膜制備所具有自動檢測和調(diào)控的智能功能，這只是智能制造發(fā)展的初步內(nèi)涵，尚不能完全達(dá)到“在需求牽引和信息技術(shù)驅(qū)動下，快速形成先進(jìn)制造的信息環(huán)境與相應(yīng)的模式”；

（3）高端的智能化制備，是用智能的單元機(jī)器匹配生產(chǎn)中的數(shù)字化信息源，實現(xiàn)設(shè)計、制造和裝備的高度融合。從精品模具、數(shù)控機(jī)器手、自動化運載工具到最終產(chǎn)品的支撐核心都采用MES系統(tǒng)等軟件的信息，通過軟件與硬件裝備的相輔相成，在同一個起點、同一個標(biāo)準(zhǔn)和同一個平臺都以現(xiàn)實交匯的集成模式，達(dá)到真正意義上的智能制造空間。

五、雙拉膜裝備的國產(chǎn)替代之路

新中國成立不久，國家為反擊“巴黎協(xié)議”將電動機(jī)和電容器的絕緣問題看成發(fā)展工業(yè)的一件大事情。1961年5月，第一機(jī)械工業(yè)部（一機(jī)部）部署的第三個五年計劃就把聚酯薄膜列為5種重點發(fā)展產(chǎn)品，并由國家化工部及四機(jī)部組織科研單位從事合成技術(shù)、真空技術(shù)、設(shè)備技術(shù)、原料配方技術(shù)以及生產(chǎn)操作等方面的專項研究。

參與應(yīng)用研制共有三個系統(tǒng)：①機(jī)電系統(tǒng)：一機(jī)部北京電器科學(xué)研究院（一機(jī)部電科院，現(xiàn)在的桂林電器科學(xué)研究院）、常州化工建筑器材廠（后更名常州絕緣材料廠，現(xiàn)在的江蘇裕興薄膜科技股份有限公司）、上海電磁線廠分廠、天津絕緣材料廠；②化工系統(tǒng)：沈陽化工研究院（后遷入現(xiàn)在的晨光三廠）、北京化工研究院（后遷的晨光化工研究院）、上?；S；③輕工系統(tǒng)：上海輕工業(yè)研究所、北京市塑料研究所（原稱宣武塑料廠、北京塑料一廠）。落實雙拉膜國產(chǎn)制備是從BOPET開始的。1961年8月，常州絕緣材料廠依靠“全國一盤棋”的協(xié)作，在經(jīng)過改進(jìn)的印染展幅機(jī)上率先拉伸出寬度1.2 m的薄膜樣品。雖說該機(jī)當(dāng)時的實用狀況很簡陋，品質(zhì)指數(shù)極低，產(chǎn)量相當(dāng)有限，卻是中國最早嘗試縱橫向逐次拉伸的制備。1970年，四川東方絕緣材料廠從法國引進(jìn)國內(nèi)第一條釜式法生產(chǎn)線（厚度40～100μ m幅寬為1 m，設(shè)計年產(chǎn)0.02萬噸絕緣膜）。1972年，浙江嘉興絕緣材料廠在一機(jī)部電器院、西安設(shè)計院等單位的參與協(xié)助下研制成功國內(nèi)BOPP電工膜。[2]

80年代的開放初期，我國邁開雙拉膜的發(fā)展步伐，開始引進(jìn)小寬幅、小噸位為主的生產(chǎn)線（機(jī)速度100 m/分以下，年產(chǎn)能0.5萬噸以下）而不是成套技術(shù)裝置；之后20年才掀起 “市場換技術(shù)”的勢頭，陸續(xù)引進(jìn)德、法、日等國的一些全新設(shè)施和配套元件，其中包括模頭、擠出機(jī)、檢測儀器、高端輥筒、橫拉鏈鋏導(dǎo)軌、套軸力矩電機(jī)、收卷機(jī)、分切機(jī)等等，這些精密的機(jī)電系統(tǒng)具有高速生產(chǎn)和高度自動化的特點，使產(chǎn)品厚度公差小、性能穩(wěn)定，而且生產(chǎn)成膜穩(wěn)定、損耗率明顯下降，對整個行業(yè)的長足進(jìn)步起到了的推動作用。生產(chǎn)工藝上，雙螺桿擠出技術(shù)的橫空問世，大大免除了干燥系統(tǒng)的投資，還節(jié)省了加工熱能。原來的釜式法兩步拉膜工藝、擠出一步拉伸、擠出逐次雙拉進(jìn)化到現(xiàn)在熔體直拉法，以及ABA、ABC三層共擠多層模頭的使用，在線涂布技術(shù)等各種光譜折射技術(shù)的涌現(xiàn)，帶動了行業(yè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。

山東永健機(jī)械有限公司，作為專門從事“塑料薄膜雙向拉伸設(shè)備和各種塑料薄膜實驗設(shè)備、備件”的生產(chǎn)企業(yè)，是國內(nèi)僅有設(shè)計兼制作的實體之一。早在國內(nèi)引進(jìn)雙拉膜生產(chǎn)線之初，公司就有員工參與承攬國外“塑料薄膜雙向拉伸設(shè)備”的安裝維修業(yè)務(wù)。2010年5月成立的山東永健機(jī)械有限公司，雖然問世不算是長，可是，在整整創(chuàng)業(yè)10年里，公司真正融合到雙拉膜制造行業(yè)，并與行業(yè)一起共同發(fā)展。公司先后參與安裝維修搬遷的生產(chǎn)裝備40多條，其中參與制造整線或部分生產(chǎn)線有30余條。已在業(yè)界建立起相當(dāng)不錯的口碑。目前，山東永健機(jī)械有限公司擁有一支180人的員工團(tuán)隊，其中管理人員10人、檢驗人員11人；機(jī)械電氣儀表方面的高級工程師8人、一般工程師36人；生產(chǎn)技師9人、包括安裝鉗工、電工、金屬切削工、電焊工在內(nèi)的中高級技工45人。同時，引進(jìn)一套比較新穎的內(nèi)部分配機(jī)制，職工隊伍穩(wěn)定。硬件方面，擁有各類機(jī)床等加工設(shè)備70余臺，其中大型數(shù)控龍門鏜銑床2臺，加工中心5臺，數(shù)控銑床、數(shù)控車床、坐標(biāo)鏜床和精密磨床數(shù)臺，4m數(shù)控沖、數(shù)控剪板機(jī)折彎機(jī)各1臺以及各種常規(guī)設(shè)備等。2016年，自主設(shè)計制造的拉伸薄膜試驗線具有個性化和多功能的特性，逐漸發(fā)展成為行業(yè)有活力產(chǎn)品的孵化器。

最近2年內(nèi)，山東永健公司尤其關(guān)注雙拉膜裝備加工成型的精細(xì)、專用和自動化制造方面，勇于開展非標(biāo)機(jī)械裝備制造業(yè)的深入服務(wù)，并得到多方單位的通力合作，提交了一份不錯的業(yè)績。

5.1 裝備制造，讓新線性能跨上臺階

2020年5 月28日，永健公司再次完成江蘇裕興薄膜科技股份有限公司設(shè)計制造的6號生產(chǎn)線的全線試車，并順利投料一次試車成功。該生產(chǎn)線寬幅5.8 m、生產(chǎn)速度180 m/min，年產(chǎn)能2.8萬噸，標(biāo)志著永健公司已經(jīng)能夠制造國內(nèi)寬幅最大，產(chǎn)能最大的厚膜線。

該項目簽訂后，公司秉著一絲不茍的態(tài)度，組織專人對客戶需求進(jìn)行細(xì)致的咨詢，并派出技術(shù)團(tuán)隊進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)采集，再制定出經(jīng)過專業(yè)設(shè)計的專屬方案。生產(chǎn)安排上，自簽訂合同的8個月內(nèi)實現(xiàn)了零部件無差錯的批量發(fā)貨，創(chuàng)造公司最短交貨時間的新紀(jì)錄。

圖1 厚膜生產(chǎn)線Figure 1 Thick film production line

5.2 設(shè)備改造，讓舊線功能煥發(fā)新生

2020年5 月29日，永健公司承接改造廣東樹業(yè)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰疽粭l寬幅熱收縮膜生產(chǎn)線。在完成基礎(chǔ)搬遷之上又進(jìn)行專項的裝備改造，并獲得一次投料試車成功。這條生產(chǎn)線采用直熔法，寬幅6.2 m、生產(chǎn)速度150 m/min，比較改造之前的機(jī)械運作更穩(wěn)定，產(chǎn)品性能更妥貼，是當(dāng)今世界上首條直熔法熱收縮膜生產(chǎn)線，是國內(nèi)幅度最寬、產(chǎn)能最大、品質(zhì)相對最好的熱收縮膜國產(chǎn)線，產(chǎn)品質(zhì)量可與國際知名公司的相媲美。

該舊線改造的新生煥發(fā)，是永健公司依托歷年的工作經(jīng)驗、合作資源和超前技術(shù)優(yōu)勢的結(jié)果，標(biāo)志著永健公司在薄膜拉伸方面的專業(yè)技能已經(jīng)達(dá)到業(yè)內(nèi)一定高度。這些業(yè)績的完成和突破，既是公司實力水平的證明，又進(jìn)一步擴(kuò)大永健品牌的影響力、對推動行業(yè)技術(shù)進(jìn)步帶來重要的意義。

圖2 熱收縮膜生產(chǎn)線Figure 2 Heat shrinkable film production line

5.3 研發(fā)試驗，讓成膜工藝驗證實施

自2016年中國塑料加工工業(yè)協(xié)會發(fā)文《關(guān)于同意建立“中國拉伸薄膜研發(fā)實驗基地”的批復(fù)》（2016第065號）后，永健公司遵照協(xié)會“在總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上將實驗基地的相關(guān)工作在拉伸薄膜行業(yè)推廣實施，力爭使國內(nèi)的拉伸薄膜制造的中小企業(yè)得到專項的技術(shù)服務(wù)”的要求，嘗試將自主設(shè)計制造的拉伸薄膜試驗線轉(zhuǎn)化成行業(yè)產(chǎn)品共享的試驗平臺，努力降低相關(guān)企業(yè)的研發(fā)成本和加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，嘗試從薄膜原料（含添加劑）開發(fā)到成膜工藝、專用生產(chǎn)設(shè)備研究的研發(fā)創(chuàng)新。

目前，初步見效的試驗成果有：

① 增添環(huán)保型的膜材料

PLA即聚乳酸，BOPLA是經(jīng)過雙向拉伸加工的生物降解膜。可生產(chǎn)厚度15um-2mm的薄膜及片材，能夠確保各類產(chǎn)品達(dá)到高透明或不透明，廣泛用作印刷材料、包裝材料、食品日化軟包材料、生物降解淋膜紙等。

BOPLA經(jīng)過拉伸薄膜試驗線的多次試驗后獲得成功，并且在大線上實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，該膜樣品已取得到歐美的環(huán)保使用認(rèn)證。

圖3 降解膜生產(chǎn)線Figure 3 Degradable film production line

② 增添電子級的膜材料

5G是第五代移動通信技術(shù)的簡稱，其性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接，為此，優(yōu)異的5G天線離不開LCP膜材阻燃、防腐、防雷、耐低溫和抗干擾等功能的支持。LCP膜正是光電、航天、國防及行動通訊于高頻傳輸?shù)阮I(lǐng)域快速發(fā)展，針對高性能工程塑膠需求大幅提升，LCP薄膜因其具備低吸濕、耐化性佳、高阻氣性以及低介電常數(shù)/介電耗損因子（Dk/Df）等特性受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。

相關(guān)5G天線材料LCP膜方面，永健公司目前已經(jīng)取得重大突破，可基本實現(xiàn)拉膜工藝的產(chǎn)業(yè)化。

圖4 LCP 膜Figure 4 LCP film

5.4 永健公司在疫情沖擊下的志向

過去的2019年，國內(nèi)外企業(yè)管理的風(fēng)險和挑戰(zhàn)明顯上升，經(jīng)濟(jì)下行壓力持續(xù)加大。在疫情沖擊之后的2020年，全球經(jīng)濟(jì)又面臨一個百年未有的大變局，中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍處于并將長期處于重要的危險和機(jī)遇時期。最近，習(xí)主席就此提示當(dāng)前發(fā)展的著力點在“推進(jìn)科技創(chuàng)新及其他各方面創(chuàng)新，加快推進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)、智能制造、生命健康、新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，形成更多新的增長點、增長極”等方面。永健公司決定把國內(nèi)外高、精、尖的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)作為市場需求和生產(chǎn)實踐的結(jié)合體；把薄膜品質(zhì)的升華融合到各種不同原輔材料間的研發(fā)和性能互補(bǔ)，同時，自始至終加強(qiáng)完善薄膜制備對生產(chǎn)工序的精準(zhǔn)把控，大力提升雙向拉伸膜終端制品的特殊功能和價值優(yōu)勢。

2021年，永健公司為某企業(yè)特地量身定制幅寬7.5 m，車速400 m/min的多功能生產(chǎn)線即將問世。為某上市公司專門設(shè)計制造的高端光學(xué)膜生產(chǎn)線，幅寬6.9 m，車速400 m/min，也在實施中。未來的永健公司，將向更大幅寬、更快速度的雙拉膜生產(chǎn)線逐步邁進(jìn)。

六、結(jié)束語

中國有句古話：“工欲善其事，必先利其器”。

雙拉膜制造，本是將高聚物的基礎(chǔ)科研與熱塑成型技術(shù)糅合用于實踐的一門應(yīng)用技術(shù)。提升雙拉膜終端制品的特殊功能性和價值優(yōu)勢，離不開相應(yīng)裝備的應(yīng)用技術(shù)，離不開資金、市場需求和生產(chǎn)實踐情況的結(jié)合；雙拉膜的品質(zhì)升華自始至終都離不開原輔材料的研發(fā)、各種不同材料之間的性能互補(bǔ)以及融合，更離不開薄膜制備對生產(chǎn)工序的精準(zhǔn)把控。

市場競爭壓力促進(jìn)了產(chǎn)品細(xì)分、產(chǎn)品替代和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)重組。雙拉膜行業(yè)制備的細(xì)化、專用和自動化率是衡量整個產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的風(fēng)向標(biāo)之一。就一個完整產(chǎn)業(yè)鏈而言，誰能打造一個新的供給關(guān)系并維系該供給關(guān)系的存在，誰就擁有這個產(chǎn)業(yè)市場的未來。固然，高端制備的智能化制造不能靠“閉門造器”，也不能孤獨前行。因此，采用跨越+漸進(jìn)方式引進(jìn)智能化制造的相關(guān)技術(shù)，并與資本力量和多元配套的供應(yīng)力量一起聯(lián)合設(shè)計制造，建立一個互相交織利益的共同體已經(jīng)成為制造智能化制備的必要條件。

我們相信，只有“主動、不斷地改善和提高制品性能拓展應(yīng)用范圍，才能尋找到發(fā)展自己的機(jī)遇”。雙拉膜制備企業(yè)竭力以專業(yè)的知識和前瞻的判斷來強(qiáng)壯自己的競爭翅膀，就有可能為行業(yè)打造出技術(shù)出彩的一系列制備。