基于綠色化原則的“十三·五”多層共擠吹膜設(shè)備的科學(xué)發(fā)展（三）

張友根

（寧波海達(dá)塑料機(jī)械有限公司）

基于綠色化原則的“十三·五”多層共擠吹膜設(shè)備的科學(xué)發(fā)展（三）

張友根

（寧波海達(dá)塑料機(jī)械有限公司）

（上接《塑料包裝》2016年第1期）

3．3 生態(tài)健康化清潔技術(shù)

發(fā)展清潔生產(chǎn)技術(shù)，是人類有意識(shí)引導(dǎo)科學(xué)技術(shù)以適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的一種嘗試。多層共擠吹膜設(shè)備的清潔技術(shù)是現(xiàn)代生產(chǎn)過程的一種新的、創(chuàng)造性的思維方式。清潔生產(chǎn)意味著對(duì)生產(chǎn)過程、產(chǎn)品和服務(wù)持續(xù)運(yùn)用整體預(yù)防的環(huán)境戰(zhàn)略，以期增加生態(tài)效率并降低人類和環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。把設(shè)備在成型加工過程中對(duì)環(huán)境的污染及交叉污染降到不斷發(fā)展的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上，根據(jù)設(shè)備成型加工的不同對(duì)象的清潔度要求，采用不同的潔凈度標(biāo)準(zhǔn)。

3．3．1 環(huán)境清潔化技術(shù)

清潔多層共擠吹膜的冷卻膜泡排出的介質(zhì)污染環(huán)境是生態(tài)環(huán)境治理的重點(diǎn)。意大利Luigi Bandera公司的K-Centrro穩(wěn)泡架裝置配備了排放單體的抽吸裝置，減少設(shè)備由于污染而可能產(chǎn)生的質(zhì)量問題，顯著改善生產(chǎn)線周圍的衛(wèi)生清潔狀況和操作者的工作環(huán)境。廣東金明精機(jī)股份有限公司的抽風(fēng)裝置，超聲波控制膜泡內(nèi)冷并把膜泡內(nèi)部的熱量排出生產(chǎn)車間，減少對(duì)車間環(huán)境溫度的影響及熱污染現(xiàn)象的發(fā)生。

3．3．2 熱能清潔化技術(shù)

熱能利用率提高10%，就意味著熱污染的15%得到控制。造成熱污染最根本的原因是能源未能被最有效、最合理地利用。

擠出塑化余熱是可以利用的二次能源，同時(shí)也是減少熱污染的最主要措施。廢熱用于加熱需要升溫的原料，既回收了廢熱，節(jié)約了能源，又防止了環(huán)境的熱污染。把塑化機(jī)筒的電阻絲加熱圈輻射散發(fā)的熱量收集起來，送入干燥加料斗，轉(zhuǎn)為烘料熱量使用，節(jié)省干燥料斗原需電加熱供給的烘料熱能。

伺服電機(jī)采用水冷式，保證有效的熱分散，杜絕由于局部高溫而產(chǎn)生有害氣體，為潔凈室或高度清潔環(huán)境下推薦。

干燥溫度自適應(yīng)節(jié)能控制。最大限度降低加熱所消耗的能量。通過測(cè)量加入樹脂的溫度可離開干燥料斗的回風(fēng)溫度，調(diào)節(jié)送入干燥料斗的氣流量，使回風(fēng)（從干燥料斗返回干燥機(jī)中）溫度略高于加入干燥料斗中的樹脂溫度，達(dá)到在確保樹脂溫度情況下，將氣流量減到最少實(shí)現(xiàn)干燥加熱的能量最小化。控制回風(fēng)溫度即控制送入干燥料斗的氣流速率，也就是通過改變鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度通過變頻驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)。干燥溫度自適應(yīng)控制與傳統(tǒng)技術(shù)相比，可降低30%的干燥能耗。

3．3．3 靜電清潔化技術(shù)

伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生靜電，塑料原料在快速上料過程中會(huì)因摩擦而產(chǎn)生靜電，運(yùn)動(dòng)件的高速移動(dòng)摩擦也會(huì)產(chǎn)生靜電。

靜電污染的綠色設(shè)計(jì)有效提高環(huán)境質(zhì)量。靜電放電會(huì)導(dǎo)致微粒污染，導(dǎo)致電子電氣設(shè)備故障，也可能會(huì)影響到附近其他設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。靜電吸引會(huì)造成關(guān)鍵性產(chǎn)品和設(shè)備的表面污染增加，從而導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)瑕疵并增加維護(hù)費(fèi)用。靜電放電也會(huì)產(chǎn)生電磁干擾數(shù)控系統(tǒng)，妨礙到控制系統(tǒng)（特別是基于微處理器的機(jī)器人技術(shù)）的正常工作。物體表面帶了靜電，由于靜電吸引就會(huì)吸附在潔凈室氣流中傳播的粉塵，亞微米級(jí)的塵粒會(huì)影響到高科技產(chǎn)品的質(zhì)量，它們一旦被吸附，產(chǎn)品表面就很難清除。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，靜電污染設(shè)計(jì)顯得越來越重要，靜電會(huì)導(dǎo)致污染和設(shè)備故障等問題。

現(xiàn)代的潔凈室環(huán)境廣泛地使用了接地技術(shù)，其中使用具有導(dǎo)電性和靜電耗散性能的材料。設(shè)備上所有易產(chǎn)生靜電的部位都應(yīng)可靠的接地。對(duì)于帶靜電、孤立的且具有導(dǎo)電性和靜電耗散性的物體，接地可以將靜電荷從它們上面移走。潔凈室避免使用諸如碳顆粒和化學(xué)添加劑的方法來讓這些絕緣體具有靜電耗散性能。

3．3．4 設(shè)備涂裝清潔化技術(shù)

設(shè)備表面清潔綠色化，對(duì)涂裝提出更高的要求。常見涂裝缺陷主要有：涂膜脫落；附著力不良；開裂；橘皮；平光漆表面粗糙；凹凸不平或有顆粒；光澤不良；咬底；干燥不良；流掛（流淚）；氣泡（暗泡、針孔等）。推廣新型涂料的噴涂工藝，及時(shí)更新已經(jīng)習(xí)慣了的傳統(tǒng)低檔噴涂手法。推廣高壓無氣噴涂、靜電噴涂等低污染噴涂技術(shù)和設(shè)備。

納米噴涂表面裝飾。納米噴涂是一種綠色環(huán)保表面處理技術(shù)，具有優(yōu)異的附著力、抗沖擊力、耐腐蝕性、耐氣候性、耐磨性、耐擦傷性、良好的防銹性能，工藝簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、用途廣泛、是一種原料可回收利用的表面處理技術(shù)。設(shè)備裝飾采用納米噴涂設(shè)計(jì)，達(dá)到設(shè)備對(duì)環(huán)境、塑料原料、塑料制品的污染及交叉污染，達(dá)到（防電磁波、屏蔽）EMC、EMI技術(shù)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)清潔、防電磁污染的環(huán)保要求。電氣控制箱、操縱箱、行線槽等采用納米噴涂，實(shí)現(xiàn)防電磁波、屏蔽的性能，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。

4 多層共擠吹膜設(shè)備綠色化加工技術(shù)的科學(xué)發(fā)展

多層共擠吹膜設(shè)備綠色化加工技術(shù)以用戶的成本效益為優(yōu)先原則，使得用戶以最小的單位成本生產(chǎn)出最高質(zhì)量的綠色制品，實(shí)現(xiàn)設(shè)備制造經(jīng)濟(jì)效益的最大化和科學(xué)化。

多層共擠塑料吹膜設(shè)備是將多種功能性塑料共擠吹膜而形成無粘合劑的綠色化多功能薄膜的裝備，包含多組擠出、共擠機(jī)頭、吹膜、穩(wěn)泡、冷卻、牽引、收卷等裝置。多層共擠塑料吹膜設(shè)備加工技術(shù)綠色化的主要標(biāo)志是全方位實(shí)現(xiàn)多層共擠薄膜設(shè)備的資源節(jié)約化技術(shù)的加工。

4．1 精密計(jì)量喂料技術(shù)的科學(xué)發(fā)展

自動(dòng)計(jì)量喂料采用減重測(cè)量原理，計(jì)算出原料的消耗，并和每米產(chǎn)品的重量或產(chǎn)品的厚度目標(biāo)值比較，通過計(jì)算機(jī)來處理和計(jì)算出各組分的喂料量，直接在擠出機(jī)上混料，消除了人為誤差和分層現(xiàn)象，保證了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。對(duì)于高產(chǎn)能的擠出機(jī)，也避免了因混料能力不足而造成的空料現(xiàn)象。同時(shí)根據(jù)擠出機(jī)所消耗的原材料的情況及設(shè)定的控制目標(biāo)值，計(jì)算機(jī)可以精確的控制螺桿轉(zhuǎn)速和牽引速度，從而保證最終穩(wěn)定的擠出量（厚度），使工藝人員能夠精確地控制薄膜的層間厚度比例，有根據(jù)地盡可能降低貴重原材料的消耗而不影響產(chǎn)品質(zhì)量。整個(gè)操作過程簡(jiǎn)單，操作員只需將原料組分、組分密度、產(chǎn)品厚度等相關(guān)參數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)，其他一切均由系統(tǒng)完成，自動(dòng)化程度大大提高，減少了工人的勞動(dòng)量。多層共擠要求多臺(tái)擠出機(jī)之間計(jì)量喂料不但精密計(jì)量而且互相之間精密協(xié)調(diào)，保證穩(wěn)定工作。

美國(guó)美奎公司的28組分自動(dòng)稱重喂料系統(tǒng)，通過失重計(jì)量方式將信號(hào)傳送到各個(gè)重力料斗，精確確定各組分的給料速率。根據(jù)薄膜制品的寬度和各層厚度、材料密度和牽引速度在線控制擠出螺桿的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)精密喂料。中山市臺(tái)達(dá)塑料機(jī)械有限公司TGB系列稱重式拌料機(jī)采用新一代的單晶片微處理器、功能更強(qiáng)大、運(yùn)算速度更快、抗干擾能力更強(qiáng)的單晶片微處理器，具有自動(dòng)補(bǔ)償功能，在每次開機(jī)時(shí)能自動(dòng)校準(zhǔn)以確保精度準(zhǔn)確，可最多實(shí)現(xiàn)12組分的原料精確混合，配備PLC觸控系統(tǒng)、EEPROM記憶體，可存儲(chǔ)500組配方資料。

4．2 高產(chǎn)低能耗擠出螺桿的科學(xué)發(fā)展

螺桿是多層共擠吹膜設(shè)備的塑化部件，它關(guān)系到設(shè)備的產(chǎn)量，多層復(fù)合薄膜的表觀質(zhì)量（塑化和混色效果）。國(guó)內(nèi)設(shè)備的產(chǎn)量趕不上進(jìn)口設(shè)備一個(gè)主要原因就是螺桿設(shè)計(jì)不好。國(guó)外設(shè)備的螺桿基本上采用的是分離型螺桿（Barrier Screw），再在計(jì)量斷加上一個(gè)混煉元件以提高混煉混色效果。

包裝薄膜的擠出塑化同比普通塑料制品的成型加工塑化性能，要求更為嚴(yán)苛。一些塑料包裝材料和制品的有害物質(zhì)超標(biāo)，并不是塑料原料所含的有害物質(zhì)超標(biāo)，而往往是塑料原料擠出熔融塑化工程中，由于設(shè)備熔融塑化性能不佳，剪切熱過高，造成塑料原料內(nèi)含某些物質(zhì)過度分解而超過衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。綠色化塑化技術(shù)使塑料原料在塑化熔融過程中，有效控制剪切熱，達(dá)到低溫塑化，不產(chǎn)生對(duì)人體有害物質(zhì)的分解，或?qū)⒂泻ξ镔|(zhì)的分解控制在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，達(dá)到成型后塑料制品符合安全健康標(biāo)準(zhǔn)。

多層共擠的擠出螺桿的科學(xué)發(fā)展主要特點(diǎn)：低熔融溫度塑化擠出，達(dá)到降低擠出能耗、降低冷卻膜泡能耗、提高膜泡的強(qiáng)度；高速高產(chǎn)率，達(dá)到降低塑化單位能耗，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備高產(chǎn)化打下基礎(chǔ)；高質(zhì)量熔融混煉性，達(dá)到原料顆粒得到充分熔融混煉，實(shí)現(xiàn)把流率、壓力穩(wěn)定的熔液送入模頭；適應(yīng)性，達(dá)到必須更換擠出螺桿而實(shí)現(xiàn)多層薄膜組合位置之間的靈活變動(dòng)及原料的變化。

高產(chǎn)低能耗主要是通過提高螺桿塑化轉(zhuǎn)速達(dá)到提高擠出產(chǎn)能。擠出機(jī)螺桿塑化高轉(zhuǎn)速化也帶來了一系列需要克服的難點(diǎn)：如物料在螺桿內(nèi)停留時(shí)間減少會(huì)導(dǎo)致物料混煉塑化不均，物料經(jīng)受過度剪切可能造成物料由于高剪切而急驟升溫和熱分解，擠出穩(wěn)定性控制困難會(huì)造成擠出物幾何尺寸波動(dòng)，相關(guān)的輔助裝置和控制系統(tǒng)的精度必須提高，螺桿與機(jī)筒的磨損加劇需要采用高耐磨及超高耐磨材質(zhì)，減速器與軸承在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下如何提高其壽命等問題都需要解決。

高產(chǎn)低能耗的分離型擠出螺桿。分離型螺桿的塑化是通過固體床的更有效的熱傳遞和強(qiáng)剪切進(jìn)行塑化，熔體床的寬度和深度都是變化的，保證了熔體溫度不會(huì)繼續(xù)升高，具有優(yōu)良的低溫熔融混煉性能。美國(guó)XALOY公司稱，他們的通用型螺桿除PVC外，可以加工大多數(shù)塑料。金明精機(jī)股份有限公司擠出螺桿采用分離、屏障、熔體等溫混煉等先進(jìn)技術(shù)，并采用高效的強(qiáng)制送料結(jié)構(gòu)以及抽氣式機(jī)筒冷卻結(jié)構(gòu)，具有塑化良好、產(chǎn)量高、能耗低、噪音小、結(jié)構(gòu)緊湊、易維護(hù)、安全等特點(diǎn)，適用于mLLDPE、LLDPE、LDPE、HDPE、EVA、PP、PA、EVOH等塑料的擠出加工。Battenfeld公司用于加工聚烯烴的直徑65mm的分離型螺桿，加料段的螺槽深度12．62mm，計(jì)量段的螺槽深度9．6mm，由于加料段與計(jì)量段螺紋導(dǎo)程不同，加料段一個(gè)螺槽體積與計(jì)量段一個(gè)螺槽體積比為1．5126。

塑料在螺桿內(nèi)熔融過程太復(fù)雜，涉及的方程和變量太多，還沒有十全十美的分析軟件。完全符合塑料的熔融過程的螺桿設(shè)計(jì)是不可能的，螺桿設(shè)計(jì)在一定范圍內(nèi)符合塑料的熔融過程，那就是好螺桿。分離型螺桿設(shè)計(jì)主要考慮以下2個(gè)方面：（1）副螺棱和機(jī)筒之間的間隙是變化的，如何設(shè)計(jì)能夠讓熔體一定速度通過到熔體床，這個(gè)速度不能太慢，太慢會(huì)使固體床還存有熔體，影響了固體料的塑化；（2）副螺棱導(dǎo)程設(shè)計(jì)和固體床深度的變化，如何使實(shí)際固體料體積與固體床體積相一致，因?yàn)楣腆w床體積縮小量超過了固體料體積的縮小量，容易卡料，大于實(shí)際固體料的體積，影響了塑化效率。

4．3 薄膜糾偏卷取技術(shù)的科學(xué)發(fā)展

一般的薄膜糾偏技術(shù)是當(dāng)薄膜糾偏裝置的導(dǎo)輥調(diào)整薄膜的卷取方向時(shí)需改變塑料薄膜的張力，導(dǎo)致了薄膜在糾偏過程中產(chǎn)生“張力記憶”，也就使下游設(shè)備出現(xiàn)一些問題。如卷曲時(shí)塑料薄膜的張力無效，卷軸的邊緣將會(huì)根據(jù)其“張力記憶”產(chǎn)生不均勻現(xiàn)現(xiàn)象。阻止“張力記憶”的產(chǎn)生是薄膜糾偏技術(shù)的科學(xué)發(fā)展的方向。

Macro公司的新型糾偏系統(tǒng)，包括兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸桿和一個(gè)薄膜邊緣傳感器，邊傳感器在薄膜的一邊測(cè)量并發(fā)出一種對(duì)其位置進(jìn)行量化調(diào)整的信號(hào)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸桿在塑料薄膜上不產(chǎn)生任何壓力下的情況下以平行的方式進(jìn)行調(diào)整使其回到正確的位置，實(shí)現(xiàn)塑料薄膜的導(dǎo)引和糾偏。轉(zhuǎn)動(dòng)軸桿不可以如導(dǎo)輥一樣的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，而是設(shè)計(jì)成薄膜可以以一種接近無摩擦的方式流過轉(zhuǎn)動(dòng)軸桿以實(shí)現(xiàn)阻止“張力記憶”的產(chǎn)生。為消除塑料薄膜和轉(zhuǎn)動(dòng)軸桿之間的摩擦，當(dāng)處理一些高摩擦系數(shù)的薄膜如黏著性的薄膜或經(jīng)過特殊涂層處理的順滑的薄膜（HDPE或一些PPS）時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸桿可進(jìn)行氣滑。

Reifenhuser公司的Filmtec 7-1700IBC七層共擠吹膜生產(chǎn)線可生產(chǎn)寬1600mm，厚0．02-0．2mm薄膜，最大擠出量達(dá)600kg／h，牽引采用旋轉(zhuǎn)牽引裝置，帶電動(dòng)調(diào)節(jié)的毛刷輥和水平轉(zhuǎn)動(dòng)桿；定徑裝置分為滾子軸承定徑欄和帶導(dǎo)向套定徑欄。德國(guó)W＆H公司的多層共擠吹膜設(shè)備，模塊式回旋牽引裝置MULTINIP的標(biāo)準(zhǔn)式配備具有輕質(zhì)轉(zhuǎn)動(dòng)性能好的炭素纖維材質(zhì)的導(dǎo)輥、兩根帶防粘涂層的吹氣轉(zhuǎn)向輥以及電機(jī)式遙控裝置。該牽引裝置的重要設(shè)計(jì)特點(diǎn)是模塊式結(jié)構(gòu)，可以隨時(shí)添加附加模塊對(duì)裝置進(jìn)行升級(jí)。

4．4 多層共擠吹膜模頭的科學(xué)發(fā)展

模頭是共擠出吹膜設(shè)備中的核心裝置，其結(jié)構(gòu)決定著復(fù)合塑料薄膜的性能，結(jié)構(gòu)型式根據(jù)多層薄膜的類型、功能而不同，主要有疊加型、套管式、進(jìn)料型式有中心進(jìn)料式、側(cè)進(jìn)料式等多種。

4．4．1 多層共擠疊加型模頭技術(shù)的科學(xué)發(fā)展

五層及五層以上共擠吹膜采用疊加型模頭。共擠疊加型模頭最大特點(diǎn)層數(shù)可以擴(kuò)展及靈活組合，拓展了薄膜的綠色包裝性能。

共擠疊加型模頭每層溫度可以單獨(dú)控制，流道短物料不容易分解，大大減少了清洗機(jī)頭的次數(shù)。并且，拆卸清洗方便，哪一層有糊料就拆哪層，不用全部拆卸。共擠疊加模頭，每層圓周分層清楚均勻，最薄可達(dá)3μm。每一層物料流道的壓力可以調(diào)整，即使是相鄰兩層，厚度比相差很大也能夠使薄層很均勻。

4．4．1 ．1錐形疊加型模頭

模頭由錐形模塊單元疊加而成的，每個(gè)單元都由一對(duì)短錐形模塊組成。流道在錐形圓柱面上，承受的熔體的壓力更高，密封性更好。錐形疊加共擠機(jī)頭分為兩種，即上斜疊加型和下斜疊加型。

上斜錐形疊加型模頭是加拿大Macro公司推出的，特點(diǎn)是模頭每層由下到上斜面疊加，每層之間相互吻合，從而不易溢料，熔體從每層機(jī)頭進(jìn)料，一次分流，主要用于小型（直徑10mm～100mm）共擠模頭。

下斜錐形疊加型模頭也是加拿大Macro公司的專利，特點(diǎn)是每層機(jī)頭由上到下斜面疊加，每層之間相互吻合，從而不易溢料，熔體從機(jī)頭底部同一平面?zhèn)冗M(jìn)料并流到相應(yīng)機(jī)頭層進(jìn)行一次分流，減少熔體的停滯，并得到好的厚度分布，每層的熔體流道數(shù)量不受限制，視直徑不同，每層可以設(shè)計(jì)為16條及以上數(shù)量螺旋流道，機(jī)頭易于清洗，主要用于中型共擠模頭。

雙錐面疊加型模頭。廣東金明塑膠設(shè)備有限公司開發(fā)的高性能多層共擠出中心進(jìn)料機(jī)頭，利用中心進(jìn)料、螺桿心軸分配的雙錐面疊加結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)是熔體流程短，薄膜厚度精度高。

錐形疊加型模頭的科學(xué)發(fā)展。在多層共擠吹膜工藝中，LDPE和PA的塑化溫度相差很大，只有能夠獨(dú)立加熱的模頭才可以生產(chǎn)，錐形疊加型模頭表面上可以獨(dú)立加熱。但從結(jié)構(gòu)上分析，它的圓柱部分是相對(duì)獨(dú)立的，但是其圓錐部分已經(jīng)插入到另外一層的圓柱體中，理論上已經(jīng)受到另外一層加熱溫度的影響了，況且，在長(zhǎng)期生產(chǎn)過程中，金屬的熱傳導(dǎo)會(huì)使各層錐形疊片溫度互相干擾，趨于一致，必須增加隔熱層才能保證相鄰兩種材料的溫度差。德國(guó)Battenfeld Gloucester工程公司的多層共擠吹塑薄膜機(jī)組采用了LP低中心的錐形疊加型模頭，模頭部件可進(jìn)行快速安裝和拆卸，并且可以在不需要更換整個(gè)機(jī)頭的情況下改變機(jī)頭直徑和口模間隙。

4．4．1 ．2平面疊加型模頭

平面疊加型模頭，按結(jié)構(gòu)布置形式分為兩種：一種是高度方向平面疊加；另一種是徑向方向平面疊加。由碟形片疊加而成的，每層碟形片有兩個(gè)進(jìn)料口，可以擠出兩層薄膜，使每一層受熱均勻。碟與碟之間加有隔熱層，可以單獨(dú)控制每一層機(jī)頭的溫度，相鄰層之間溫度之差可高達(dá)80℃。根據(jù)不同的生產(chǎn)要求?？梢猿纷?、增加或重新布置各層模頭，增減容易，節(jié)省費(fèi)用。整個(gè)機(jī)頭全部采用38CrMoAIA材料制成，具有良好的熱穩(wěn)定性。多層共擠膜強(qiáng)度高于同類復(fù)合膜30%，節(jié)省原料20%以上，產(chǎn)量可以提高50%。與錐形疊加機(jī)頭相比，在相同條件下，平面疊加式機(jī)頭結(jié)構(gòu)緊湊，它的實(shí)際高度只有錐形疊加機(jī)頭的60%，提高了塔架的有效高度，在七層和九層共擠吹膜機(jī)組中，這種機(jī)頭就有了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。平面疊加式機(jī)頭采用側(cè)面進(jìn)料，機(jī)頭內(nèi)流道拐點(diǎn)少，沒有死點(diǎn)，頻繁停機(jī)和開機(jī)時(shí)絕不會(huì)有糊料現(xiàn)象，特別是吹制尼龍這種材料的時(shí)候，它的優(yōu)越性是無與倫比的，這種模頭的設(shè)計(jì)理論已經(jīng)超出了傳統(tǒng)思想觀念，是設(shè)計(jì)理論上的一種飛躍。

軸向平面疊加型共擠模頭。國(guó)際上以加拿大Brampton Engineering公司為代表，一般采用側(cè)進(jìn)料，熔體以中心軸線對(duì)稱，熔體在每層流道中流動(dòng)層數(shù)的變化不會(huì)影響模頭內(nèi)外徑的大小，模頭層數(shù)可以任意組合，且每層的溫度可以單獨(dú)控制，這樣可以根據(jù)不同的物料的需要單獨(dú)控制每層的溫度，也有效的防止物料的分解，適應(yīng)于高阻隔多層共擠薄膜加工。Reifenhuse公司的Filmtec7-1700IBC七層共擠吹膜生產(chǎn)線機(jī)頭為BK-F-0500HDS平面疊加機(jī)頭，口模直徑為300mm-500mm。

徑向方向疊加型共擠模頭。國(guó)際上以Battenfeld Gloucester Engineer公司為代表，模頭的特點(diǎn)是低中心，模頭的高度不會(huì)隨著層數(shù)的增加而增大，優(yōu)點(diǎn)是熔體的壓力是在流道圓周方向平衡掉，螺紋和密封技術(shù)確保了層與層之間不會(huì)有任何污染，優(yōu)于軸向平面疊加型模頭，而且使加工的靈活性提高，熔體混合效果更好，吹塑出的薄膜的品質(zhì)更高。缺點(diǎn)是熔體各層的溫度不能單獨(dú)控制，特別是中間層的溫度，適用于多層共擠高強(qiáng)度薄膜的加工。

金明精機(jī)股份有限公司研發(fā)了5層共擠雙流平面疊加式模頭，它是由碟形片疊加而成的，每層碟形片有兩個(gè)進(jìn)料口，可以擠出兩層薄膜，使每一層受熱均勻。碟與碟之間加有隔熱層，可以單獨(dú)控制每一層機(jī)頭的溫度，相鄰層之間溫度之差可高達(dá)80℃。根據(jù)不同的生產(chǎn)要求。可以撤走、增加或重新布置各層機(jī)頭，增減容易，節(jié)省費(fèi)用。整個(gè)模頭全部采用38CrMoAIA材料制成，具有良好的熱穩(wěn)定性。多層共擠膜強(qiáng)度高于同類復(fù)合膜30%，節(jié)省原料20%以上。

4．4．1 ．3雙螺旋型疊加模頭的科學(xué)發(fā)展

雙螺旋型疊加模頭的特點(diǎn)是低中心、高度不會(huì)隨著層數(shù)的增加而增高。由于熔體的壓力是在流道圓周方向被平衡掉，所以密封比疊加型好。缺點(diǎn)是熔體的溫度不能單獨(dú)控制，特別是中間層的溫度。

雙螺旋型疊加模頭沒有分流支架，物料在螺旋流道中流動(dòng)的同時(shí)伴有軸向流，使物料得以很好地重合，消除了熔接線，達(dá)到材料各向同性，熔體溫度均勻，提高了薄膜的物理性能。設(shè)計(jì)螺旋芯棒模頭的時(shí)候應(yīng)盡量使模頭內(nèi)物料的軸向流在圓周方向分布加寬，以提高模頭的混合性能。影響模頭混合性能的主要參數(shù)，螺槽深度對(duì)機(jī)頭混合性能影響最大，隨后依次為螺旋升角、螺旋消退角和芯棒錐角。螺槽深度參數(shù)取大值，螺旋消退角和芯棒錐角兩個(gè)參數(shù)取小值。

佛山捷勒公司采用預(yù)分配式螺旋流道設(shè)計(jì)的低模體的螺旋芯棒式模頭，使熔體料在進(jìn)入?yún)R合前分布均勻，保證了料流的流速和壓力分布，各層匯合后流動(dòng)阻力相同，匯流流道短，熔體的滯留時(shí)間短，薄膜的阻隔層均勻，成型性能好。模頭背壓小，擠出量高。利用表面工程技術(shù)，使流道表面的鍍層無死角，鍍層硬度高、耐磨、耐蝕，不產(chǎn)生剝落和裂紋，并能長(zhǎng)期保持表面光亮，以解決流道的腐蝕和磨損問題。

Alpine公司推出了一種新型X系列11層共擠阻透薄膜用側(cè)加料的雙螺旋型疊加模頭，螺旋體中的熔體進(jìn)料點(diǎn)被優(yōu)化布局，可產(chǎn)生極高的熔體流動(dòng)性和均勻性，消除了薄膜共擠過程中條紋線的產(chǎn)生。在更換料時(shí)，極短的流道降低了原料的損失和獲得最短的清料時(shí)間。模頭直徑400-560mm薄膜上無出口流紋，因?yàn)槁菪问窃谛景魞?nèi)切銑而成的，而非其外切銑而成。出口是圓形的，不是半圓，使料流更具流線性，清洗和換色快達(dá)15min。這種機(jī)頭對(duì)于容易留下出口流痕的窄分子量分布的物料來說優(yōu)勢(shì)明顯。

大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司三層共擠出重包裝膜吹塑機(jī)組采用了的雙螺旋模塊化疊加型共擠出吹塑模頭。

4．4．2 多層共擠套管式模頭的科學(xué)發(fā)展

多層共擠出套管式模頭主要有中心進(jìn)料式、側(cè)進(jìn)料式等多種。根據(jù)適用的原料和使用情況，有芯棒式、堵塊式、擺葉式等型式可供選擇，通過分配復(fù)合能均勻穩(wěn)定調(diào)節(jié)方便地結(jié)合一起，各層比例任意調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的套管式圓柱體機(jī)頭的主要缺點(diǎn)是隨著共擠出層數(shù)的增加，機(jī)頭的外徑將相應(yīng)增大，從而熔體與機(jī)頭表面的接觸面積相應(yīng)增大，熔體壓力降增加，同時(shí)熔體在流道內(nèi)的停留時(shí)間也相應(yīng)延長(zhǎng)，物料降解的可能性也不斷增大。浙江瑞安市瑞森塑料包裝機(jī)械廠三層塑料共擠吹塑復(fù)合膜機(jī)組，采用分層式螺旋芯棒型可360度連續(xù)旋轉(zhuǎn)模頭，簡(jiǎn)化了模頭結(jié)構(gòu)，縮短了流道的長(zhǎng)度，減小了模頭體積和質(zhì)量，降低了制造成本。

三層共擠模頭具有三通道而減少壓力損失，薄膜厚薄度更均勻，耗電更省。用一臺(tái)主機(jī)供里外層料，可以減少一臺(tái)主機(jī)的配置，同時(shí)達(dá)到降低成本，節(jié)能低耗的目的?？纱抵频蛪海邏?，線形低密度三種聚乙烯薄膜，不但適應(yīng)它們的新料吹膜，還適用于它們的再生塑料吹膜。

“智”適應(yīng)分層均勻、穩(wěn)定是機(jī)頭復(fù)合分配器性能的發(fā)展方向。

4．4．3 多層共擠吹膜模頭技術(shù)創(chuàng)新的科學(xué)發(fā)展

機(jī)頭結(jié)構(gòu)如何滿足高產(chǎn)量要求是設(shè)計(jì)者面臨的巨大挑戰(zhàn)之一，在滿足薄膜性能要求的前提下，如何提高機(jī)頭的熱效率、降低能耗，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能也是未來機(jī)頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須解決的問題。

多層共擠吹膜模頭技術(shù)創(chuàng)新的思路是實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論相結(jié)合。把物料的參數(shù)和產(chǎn)量作為初始設(shè)計(jì)條件，理論計(jì)算出熔體在模頭內(nèi)的壓力分布、停留時(shí)間、剪切速率，以及最重要的螺旋流道終止處的速度分布。根據(jù)理論計(jì)算的數(shù)據(jù)分析流道參數(shù)的合理性，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，修改理論參數(shù)，進(jìn)行理論復(fù)核，以得到最好的分析結(jié)果。多層模頭來說，每層流道參數(shù)根據(jù)那層的材料參數(shù)，產(chǎn)量來計(jì)算。在多層熔體匯合熔接處，還要算出各層的厚度分布?？刹捎酶叻肿恿鲌?chǎng)分析軟件（POLYFLOW）等先進(jìn)軟件，對(duì)機(jī)頭內(nèi)部的物料流場(chǎng)的模擬分析，得到復(fù)合膜機(jī)頭各流道內(nèi)每一個(gè)結(jié)構(gòu)部位的熔體流動(dòng)的速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、剪切速率場(chǎng)、粘度場(chǎng)以及熔體介質(zhì)的流線等仿真結(jié)果，了解機(jī)頭各部位物料流動(dòng)的速度、壓力及粘度沿出口方向的梯度，理論上掌握各流道各部位物料流動(dòng)的順暢性，分析是否有物料的阻淄、渦旋等，從而來判定流道設(shè)計(jì)的好壞，是否需要修改結(jié)構(gòu)和參數(shù)。生產(chǎn)試車中，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的效果，不斷提高流道結(jié)構(gòu)得科學(xué)合理性。經(jīng)過多次理輪和實(shí)踐的反復(fù)修改，達(dá)到預(yù)定的效果。

（未完待續(xù)：見本刊2016年第3期）