| 新聞資訊 | 發(fā)布日期：2022-4-3 發(fā)布者：住野精工 |
TPU薄膜流延成型技術(shù)
關(guān)鍵詞：TPU，流延機(jī)
高分子材料工業(yè)共包含“原材料生產(chǎn)”（即樹(shù)脂、生膠，還包括半成品的生產(chǎn)）和“制品生產(chǎn)”兩個(gè)系統(tǒng)。制品的生產(chǎn)（即加工工業(yè)）包含很多種類(lèi)，如：TPU、PVC、PP、PC、ABS等。其中TPU是一種新型的環(huán)保材料，相比較其他材料有其獨(dú)特的性能。被稱(chēng)為“第三代橡膠”其獨(dú)特的性能，決定了加工方法與其他材料略有不同。本文根據(jù)傳統(tǒng)材料的加工方法，結(jié)合自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。總結(jié)了適應(yīng)TPU的加工方法。
1、加工成型用的原料及其配制
1.1 加工成型用的原料
原料的選用一般選用擠出級(jí)TPU樹(shù)脂，MFR在20—60g/10min。樹(shù)脂的牌號(hào)和類(lèi)型根據(jù)薄膜的用途選定：如，需耐水解，做水上產(chǎn)品用的薄膜，應(yīng)選用聚醚型的TPU樹(shù)脂，國(guó)產(chǎn)的山東萬(wàn)華的WHT8085；進(jìn)口的路博潤(rùn)的58219等。
1.2 原料的配制
1.2.1 配料
將（TPU）樹(shù)脂為主要原料和其他的輔助材料按配方的要求，按一定的質(zhì)量比計(jì)量后，混合均勻稱(chēng)為配料。
1.2.2 原料的混合
原料的混合是把以TPU樹(shù)脂為主要原料和其他一些輔助材料（制品成型用料配方中的材料），按配方要求計(jì)量后，在混合機(jī)中攪拌混合均勻；然后再按原料成型工藝要求，直接投入到擠出機(jī)內(nèi)擠出成型。
1.2.3 物料的輸送
在TPU配混料的配制過(guò)程中，要解決樹(shù)脂的輸送與計(jì)量，目前多數(shù)采用氣動(dòng)輸送系統(tǒng)。物料的氣動(dòng)輸送一般以空氣為動(dòng)力源，速率較高，且具備機(jī)械輸送的多數(shù)優(yōu)點(diǎn)，但受物料大小的限制。大塊、團(tuán)塊、餅狀物料不能采用。
TPU樹(shù)脂的氣動(dòng)輸送系統(tǒng)由負(fù)壓動(dòng)力機(jī)組操作。它把TPU樹(shù)脂從大貯料倉(cāng)中抽吸出來(lái)，物料被抽提到過(guò)濾收集器，在這里與氣流分開(kāi)。從過(guò)濾收集器出來(lái)的物料，由于重力而落入儲(chǔ)料筒，通過(guò)氣流送入主機(jī)。
1.2.4 物料的干燥
干燥是指利用加熱、熱風(fēng)、真空等動(dòng)力源，在物料的配制或成型之前，除去原材料（合成樹(shù)脂和各種添加劑）中水分及其揮發(fā)物的工藝過(guò)程。
1.2.5 TPU分散體
TPU分散體所含組分有樹(shù)脂、分散劑、稀釋劑、膠凝劑、穩(wěn)定劑、填充劑、著色劑、表面活性劑以及為特殊目的而加入的其他助劑等，關(guān)于分散體的具體配方，在以后的論文中會(huì)有詳細(xì)的介紹。
2、塑料薄膜擠出機(jī)
2.1 擠出機(jī)成型生產(chǎn)應(yīng)用
擠出機(jī)是塑料成型加工的重要成型方法之一，大部分熱塑性塑料都能用此法進(jìn)行加工。與其他成型方法相比，擠出成型有下述特點(diǎn)：生產(chǎn)過(guò)程是連續(xù)的，因而產(chǎn)品都是連續(xù)的，生產(chǎn)效率高；應(yīng)用范圍廣；投資少，收效快。
2.2 擠出機(jī)的分類(lèi)
擠出機(jī)的分類(lèi)方法如下：按螺桿數(shù)目的多少可分為單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出機(jī)；按可否排氣分為排氣擠出機(jī)和非排氣擠出機(jī)；按螺桿的有無(wú)可分為螺桿擠出機(jī)和無(wú)螺桿擠出機(jī)；按螺桿在空間的位置可分為臥式擠出機(jī)和立式擠出機(jī) 。
2.3 塑料薄膜擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)
塑料薄膜生產(chǎn)線(xiàn)上最常采用的是非排氣臥式單螺桿擠出機(jī)，其次是排氣臥式單螺桿擠出機(jī)和雙螺桿擠出機(jī)。
在塑料流延薄膜生產(chǎn)線(xiàn)上，擠出機(jī)稱(chēng)為主機(jī)，由螺桿、機(jī)筒、料斗、加熱冷卻系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)架、電氣控制系統(tǒng)和過(guò)濾網(wǎng)等組成，它是塑料擠出流延成型薄膜生產(chǎn)線(xiàn)的核心單元設(shè)備。
而其后續(xù)設(shè)備，如模頭、流延機(jī)、測(cè)厚儀、電暈處理機(jī)、擺幅機(jī)構(gòu)、收卷機(jī)等統(tǒng)稱(chēng)為塑料流延薄膜生產(chǎn)線(xiàn)輔機(jī)。
3、流延TPU薄膜的加工工藝及其參數(shù)
3.1 流延TPU薄膜的加工工藝
流延薄膜加工工藝是樹(shù)脂經(jīng)擠出機(jī)熔融塑化，從機(jī)頭通過(guò)狹縫型�？跀D出，使熔料緊貼在冷卻輥筒上，然后再經(jīng)過(guò)拉伸、分切、卷取。流延法成型方式易于大型化、高速化和自動(dòng)化，生產(chǎn)出來(lái)的薄膜透明度比吹塑薄膜好，厚薄精度高，薄膜均勻性好，強(qiáng)度也高20%～30%，可用于自動(dòng)包裝，但所需設(shè)備投資較大 。
3.1.1 擠出流延薄膜工藝流程和生產(chǎn)線(xiàn)主要裝置
（1）擠出機(jī)擠出機(jī)的規(guī)格決定薄膜的產(chǎn)量，規(guī)格較大時(shí)也可用？200mm的擠出機(jī)。由于流延薄膜的高速化生產(chǎn)，因此，擠出機(jī)的規(guī)格至少選擇？65mm以上。螺桿結(jié)構(gòu)多采用混煉結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)應(yīng)能滿(mǎn)足邊角料回收的要求。螺桿的長(zhǎng)徑比為25～33，螺桿壓縮比為4。
（2）機(jī)頭生產(chǎn)流延薄膜的機(jī)頭為扁平機(jī)頭，模口形狀為狹縫式。這種機(jī)頭設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要使物料在整個(gè)機(jī)頭寬度上的流速相等，這樣才能獲得厚度均勻、表面平整的薄膜。這種機(jī)頭對(duì)于擠出薄膜或片材同樣適用。
（3）流延生產(chǎn)線(xiàn)中的冷卻裝置主要由冷卻輥、剝離輥、制冷系統(tǒng)及氣刀、輔助裝置組成。
①冷卻輥冷卻輥是流延薄膜中的關(guān)鍵部件，其直徑約400～500mm，長(zhǎng)度約比口模寬度稍大。冷卻輥表面應(yīng)鍍硬鉻，拋光至鏡面光潔度。
②氣刀氣刀是吹壓縮空氣的窄縫噴嘴，是配合冷卻輥來(lái)對(duì)薄膜進(jìn)行冷卻定型的裝置，其寬度與冷卻輥的長(zhǎng)度相同。刀唇表面光潔，制造精度高。
③測(cè)厚裝置在高速連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，薄膜測(cè)厚必須實(shí)現(xiàn)非接觸式跟蹤自動(dòng)檢測(cè)。
④張力的測(cè)控與振動(dòng)在流延薄膜生產(chǎn)過(guò)程中，由于傳送和卷取，傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)能提供恒定的扭矩，使用可控硅整流直流電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)這一要求。
⑤縱切裝置擠出薄膜由于產(chǎn)生“瘦頸”（薄膜寬度小于機(jī)頭寬度）現(xiàn)象，會(huì)使薄膜邊部偏厚，故需切除薄膜邊部，才能保證膜卷端部整齊、表面平整。
⑥電暈處理裝置薄膜經(jīng)過(guò)電暈處理，可以提高薄膜表面張力，改善薄膜的印刷性及與其他材料的黏合力，從而增加薄膜的印刷牢度和復(fù)合材料的剝離強(qiáng)度。處理后的薄膜的表面張力要求達(dá)到32～58mN/m ，通常在38～44mN/m之間。
⑦卷取裝置 薄膜采用主動(dòng)收卷（有軸中心卷�。┬问�，為了適應(yīng)流延薄膜寬度大和生產(chǎn)線(xiàn)速度高的特點(diǎn)，收卷裝置一般都為自動(dòng)或半自動(dòng)切割、換卷。以雙工位自動(dòng)換卷應(yīng)用較多。
⑧其他輔助裝置 流延成型設(shè)備，除去前面所述的裝置以外，還有展平輥、導(dǎo)輥、壓輥等裝置 。
3.2 流延TPU薄膜的加工工藝參數(shù)
3.2.1 選定樹(shù)脂，以進(jìn)口的路博潤(rùn)的58219為例。
3.2.2 溫度機(jī)頭寬1.8m用Φ120mm的單螺桿擠出機(jī)組成的生產(chǎn)線(xiàn)中，擠出溫度，見(jiàn)表1 。
第1、2段屬于加料段，樹(shù)脂在此階段只發(fā)生攪拌、破碎和軟化，并不發(fā)生物態(tài)的轉(zhuǎn)變，溫度不能太高。該階段產(chǎn)生的推動(dòng)力是否連續(xù)、均勻、穩(wěn)定，剪切應(yīng)變率的高低，破碎與攪拌是否均勻都影響著擠出的質(zhì)量和產(chǎn)量。
第3、4、5段屬于壓縮段，也叫熔融段，在此階段，初步攪拌、破碎和軟化樹(shù)脂，受螺桿的推擠作用、較高溫度的熱作用、與機(jī)筒和螺桿的摩擦作用、由于螺槽體積變小造成的壓力作用，使樹(shù)脂熱交換作用加大，表里達(dá)到熱平衡，逐漸由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轲ち鲬B(tài)（可塑態(tài)）。此時(shí)樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本改變，分子間張力極度松弛，除組成中特高分子量外，主體完成了塑化—即初步塑化，并且在壓力作用下，排除了固態(tài)物料中所含氣體，實(shí)現(xiàn)初步壓實(shí)。
第6、7段屬于均化段，也叫計(jì)量段，該段螺紋深度最淺、螺槽容積最小，螺桿與機(jī)筒間產(chǎn)生的壓力最大，同時(shí)物料受到過(guò)濾網(wǎng)板的反作用力，在徑向壓力和軸向壓力的高壓作用下，使膠層壓實(shí)、致密，該段的溫度也最高，使經(jīng)過(guò)熔融段未能塑化的高分子在此段完成塑化，從而消除“顆粒”，使塑化充分均勻，所以該段稱(chēng)為“均勻段”。因擠出量的大小由該段的容積決定，所以又叫“計(jì)量段”。
熔體經(jīng)螺桿熔融、均化，此時(shí)熔體充分塑化，在高溫、高壓狀態(tài)下，進(jìn)入機(jī)頭。為了使產(chǎn)品的厚度均勻、穩(wěn)定，減小熔體的流動(dòng)性，需要降低熔體的溫度，使熔體均勻的從模頭流出，產(chǎn)品的橫向厚度均勻。
冷卻輥表面溫度的高低直接影響鑄片結(jié)晶度的大小。溫度較低時(shí)結(jié)晶度小，薄膜透明度好，拉伸強(qiáng)度高；但溫度太低會(huì)增加制冷費(fèi)用，此溫度一般控制在18—20℃。
3.2.3 速度 螺桿轉(zhuǎn)速為60r/min，牽引速度可達(dá)80—90m/min。
3.2.4 氣刀控制氣刀與冷卻輥之間的距離應(yīng)盡量小，整個(gè)機(jī)頭寬度內(nèi)，氣刀與冷卻輥之間的距離應(yīng)相同，氣刀風(fēng)壓均勻。
3.2.5 收卷張力收卷張力一般為100N。
3.2.6 電暈處理經(jīng)過(guò)電暈處理的TPU薄膜，其表面張力可達(dá)40—120mN/m。
4、結(jié)論
由于TPU獨(dú)特的性能，具有其獨(dú)特的加工特性，不需要硫化這道工序。而硫化對(duì)橡膠來(lái)說(shuō)，是非常重要的一環(huán)，決定著橡膠的使用性能；TPU屬于熱塑性彈性體，對(duì)溫度非常敏感，溫度低或高，都會(huì)影響產(chǎn)品性能。傳統(tǒng)高分子材料，如：PE、PP等，加工溫度相對(duì)寬一些；TPU的范圍60A～80D，決定了加工溫度170℃～250℃。而傳統(tǒng)高分子材料加工溫度沒(méi)有這么大的跨度。所以TPU流延成型技術(shù)有其獨(dú)特的一面。
南京住野精工機(jī)械有限公司有專(zhuān)業(yè)的片材生產(chǎn)線(xiàn)，公司主營(yíng)的片材機(jī)制造生產(chǎn)線(xiàn)有:PET/PRET片材生產(chǎn)線(xiàn)，PP片材生產(chǎn)線(xiàn)，PP真空型材擠出生產(chǎn)線(xiàn)，PP/PC真空板材生產(chǎn)線(xiàn)，PC/PP瓦楞板生產(chǎn)線(xiàn)，PVDF光伏背板生產(chǎn)線(xiàn)，PMMA亞克力片材生產(chǎn)線(xiàn)，PE防水卷材生產(chǎn)線(xiàn)，高性能阻隔類(lèi)片材生產(chǎn)線(xiàn)，光學(xué)面板生產(chǎn)線(xiàn)，多層共擠片材生產(chǎn)線(xiàn)等。
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