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)，其特點是克服了異步拉伸法縱向拉伸后在橫向拉伸時破壞定向的缺點，極易獲得厚度尺寸穩(wěn)定、表面十分平整且兩個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現(xiàn)各個區(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)部同時完成縱橫兩個方向上的拉伸、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，實現(xiàn)薄膜同步的橫向和縱向拉伸；然后由五個高溫?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)品在高溫蒸煮時不收縮、不卷邊，同時同步拉伸產(chǎn)品的抗吸濕性大大提高。

二、同步拉伸軌道寬度計算方法

同步拉伸中橫拉（TD）方向的軌道寬度容易計算出：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現(xiàn)夾具之間距離的變化，進(jìn)而實現(xiàn)縱向拉伸（MD）。

受機(jī)構(gòu)的設(shè)計所限，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)計鏈夾時考慮一定余量，鏈夾可實現(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兩軌道之間的距離為L1+L2，此時軌道寬度最小；縱向拉伸倍率為1時兩軌道之間的距離為L1+L2+，其中m=a/2，此時軌道寬度最大。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)展到一個高點，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)。可變倍率同步拉伸技術(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