多層共擠吹塑機(jī)模頭的改進(jìn)

唐本州

（廣東省粵東高級(jí)技工學(xué)校，廣東 汕頭 515000）

0　前言

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(jī)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(shè)備中將線性低密度聚乙烯（LLDPE）作為中間層，聚丙烯（PP）作為內(nèi)、外層，經(jīng)特殊工藝將內(nèi)、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(jī)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(chǎn)過程中怎么保證薄膜厚薄均勻度，是生產(chǎn)過程中最難解決的問題之一。某熱收縮膜有限公司的設(shè)備所生產(chǎn)出的薄膜就出現(xiàn)厚度不均勻的現(xiàn)象。因質(zhì)量上出現(xiàn)問題，導(dǎo)致許多客戶的流失，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)營發(fā)展。

筆者參與了對(duì)該設(shè)備的改進(jìn)工作，對(duì)生產(chǎn)中遇到薄膜厚度出現(xiàn)不均勻的問題作出分析與調(diào)試，最后解決了這一生產(chǎn)難題。

1　準(zhǔn)備工作

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(guān)資料，進(jìn)一步分析了該設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、生產(chǎn)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。

1.1　設(shè)備的主要構(gòu)造及作用

設(shè)備主要有以下幾部分組成；

主副塑料擠出機(jī)：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(fēng)環(huán)：由冷卻風(fēng)環(huán)、鼓風(fēng)機(jī)等組成，對(duì)共擠模頭出料口外風(fēng)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(duì)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(yuǎn)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。

1.2　POF生產(chǎn)工藝流程：

原料輸送——熔體擠出——機(jī)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(yù)加熱——膜管溫度檢測(cè)——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(chǎn)工藝流程簡圖如（圖 1、圖 2）所示。

圖1　生產(chǎn)工藝流程簡圖

圖2　設(shè)備效果圖

2　薄膜厚度不均勻原因及解決方案

2.1　薄膜厚薄不均勻的原因

膜管又稱第一膜泡成型的管坯，膜管的成型質(zhì)量（如厚度偏差及物理和力學(xué)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(xué)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?qū)ΨQ，但因多層共擠收縮膜（POF）的生產(chǎn)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(nèi)部流體壓力不同，模頭內(nèi)部的三層液態(tài)物料在夾縫流道匯口處難以控制均勻，導(dǎo)致第一膜管在經(jīng)加熱通過第二次吹脹后，膜泡會(huì)出現(xiàn)厚薄不均勻的情況。因?yàn)镻P、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(shí)出現(xiàn)厚薄情況。

2.2　傳統(tǒng)工藝

對(duì)于以上情況，傳統(tǒng)調(diào)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(fēng)環(huán)進(jìn)行厚薄調(diào)節(jié)。即利用局部檔風(fēng)的方式進(jìn)行控制，原理就是當(dāng)膜管在不吹風(fēng)時(shí)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(diào)節(jié)，但此方法缺點(diǎn)是冷卻時(shí)穩(wěn)定性差。

2.3　解決方案

因常規(guī)企業(yè)應(yīng)用的模頭都難以控制膜管局部厚薄情況，通過在生產(chǎn)過程中對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的仔細(xì)研究，筆者發(fā)現(xiàn)，通過改進(jìn)模頭的?？诮Y(jié)構(gòu)，在?？趫A周增加36顆內(nèi)六角螺釘，起到調(diào)節(jié)?？诔隽系暮癖《龋赃_(dá)到第二次膨脹時(shí)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(chǎn)質(zhì)量。

3　關(guān)鍵技術(shù)

多層共擠錐面疊加機(jī)頭是功能先進(jìn)的塑料包裝薄膜成型的關(guān)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(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。機(jī)頭設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到一定壓縮比，確保料流分布均勻、流速相等。

模頭結(jié)構(gòu)原理：

第一擠出機(jī)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(jié)構(gòu)

第二擠出機(jī)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(nèi)、外層為PP層，中間層為 PE層。（如圖3）所示。

4　實(shí)施改進(jìn)措施

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(jìn)行對(duì)膜管厚薄的調(diào)節(jié)，但用此方法調(diào)節(jié)膜管時(shí)，厚薄范圍較難控制。因?yàn)檫@十二顆螺釘是用來調(diào)節(jié)模口相對(duì)于模芯的總體位移量。

針對(duì)模口結(jié)構(gòu)，從原基礎(chǔ)上，在出口壁處車削出U型槽，并在模口圓周上等分鉆出36個(gè)M14螺紋孔，以利用M14內(nèi)六角螺釘對(duì)模口的圓周形狀進(jìn)行微量調(diào)節(jié)，（如圖4）所示，即通過用內(nèi)六角板手對(duì)螺釘?shù)臄Q緊，改變模口內(nèi)壁形狀，從而調(diào)節(jié)?？趦?nèi)壁與模芯的局部間隙大小。

圖4　改進(jìn)前

圖5　改進(jìn)后

模口改進(jìn)工藝：凹槽內(nèi)側(cè)與外側(cè)尺寸比例應(yīng)加工合理，內(nèi)側(cè)太薄易產(chǎn)生塑性變形，損傷模口形狀。太厚則擰緊時(shí)，產(chǎn)生的反作用力會(huì)將凹槽外側(cè)頂變形，所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出，外側(cè)尺寸為21.5mm，內(nèi)側(cè)厚度為14mm。內(nèi)側(cè)厚度為20mm。增加 36個(gè)調(diào)節(jié)螺釘后，為了保護(hù)在對(duì)?？谠谶M(jìn)行微調(diào)時(shí)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(nèi)壁，配合性質(zhì)為過盈配合，通過查表，結(jié)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(nèi)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(duì)墊圈進(jìn)行安裝前，先對(duì)墊圈進(jìn)行電爐加熱，這樣能保證溫度的均勻。壓入前，結(jié)合面根據(jù)聯(lián)結(jié)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(nèi)部安裝上墊圈的優(yōu)點(diǎn)是可以改善模口在擰緊受力變形時(shí)的彈性變形系數(shù)，且能減小在擰緊時(shí)的板手的用力。

5　改進(jìn)效果

通過對(duì)模頭的改進(jìn)，以模口下方36顆M14螺釘作為微調(diào)，能對(duì)二次吹脹后收縮膜產(chǎn)生的不均勻度進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。如下圖8所示為模頭出料時(shí)的不良效果。管坯中間層PE料在模頭出料時(shí)圓周右側(cè)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(cè)厚度會(huì)超過平均值。

在對(duì)模口處改進(jìn)后，可根據(jù)紅外線測(cè)厚裝置對(duì)薄膜檢測(cè)出的數(shù)據(jù)，利用內(nèi)六角板手對(duì)管坯厚度不均勻的部位進(jìn)行微調(diào)控制，保證膜泡在二次吹脹時(shí)厚度的均勻，調(diào)后產(chǎn)品成型結(jié)果達(dá)到如圖9所示。

圖8　PE層太厚

圖9　微調(diào)效果

紅外線測(cè)厚系統(tǒng)主要功能是實(shí)時(shí)測(cè)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(dāng)前生產(chǎn)薄膜的厚度和均勻情況。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，生產(chǎn)人員可以在不用損傷薄膜產(chǎn)品的情況下方便地調(diào)整模頭，使產(chǎn)品具有更高的厚度均勻度，從而更好的保證產(chǎn)品質(zhì)量及完整性。

6　結(jié)束語

這次在參與某熱收縮膜有限公司的生產(chǎn)改進(jìn)中，我與該廠的技術(shù)員一起，通過了對(duì)模頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，較好的解決產(chǎn)品厚薄的不均勻性，降低廢膜的產(chǎn)生率減少原材料的損耗。從而提高產(chǎn)品性能，確保熱收縮膜質(zhì)量優(yōu)良，降低能量消耗，提高薄膜生產(chǎn)效率，為該廠創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

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