復(fù)合軟包裝基材PE膜的縱向拉伸技術(shù)

何二君

(廣東金明精機股份有限公司，廣東 汕頭 515098)

當(dāng)前，復(fù)合軟包裝得到了迅猛發(fā)展，廣泛應(yīng)用于食品、飲料、醫(yī)藥、化妝品等產(chǎn)品包裝。但隨著歐美等發(fā)達國家自2015年起相繼推出政策法規(guī)，明確到2030年，市場上所有的塑料包裝都必須是可重復(fù)使用的或容易回收的，與此同時，國內(nèi)也相繼出臺一系列“限塑”、“禁塑”措施，進一步推動了循環(huán)可回收包裝經(jīng)濟的發(fā)展。目前，使用后的塑料包裝處理途徑，一是回收再利用，二是降解。這兩種處理方法，從技術(shù)可行性與成熟度來說，采用單一組成的復(fù)合膜走可回收利用途徑，更有優(yōu)勢?？苫厥沼龅降膯栴}是：國內(nèi)軟材料包企業(yè)的復(fù)合基本是多種不同材質(zhì)的薄膜復(fù)合，如PA//PE,BOPP//VMPET//PE,VMPET//CPP，P ET//AL//PE等結(jié)構(gòu)，這些復(fù)合材料的回收是一個很大的難題，按照目前的分離技術(shù)處理，要花費大量的經(jīng)濟成本，而且處理效果也不盡如人意，因此，行業(yè)的解決方案基本向“單一材質(zhì)化”發(fā)展。實現(xiàn)PE膜包裝基材的單材化，必須解決兩大技術(shù)難題：PE膜的印刷性和熱封性，要提高PE膜拉伸強度和透明度、低的熱封溫度。近年來，各大原料廠商如?？松⑻帐系扰c設(shè)備廠家共同開發(fā)、研制推出縱向拉伸技術(shù)，應(yīng)用于復(fù)合軟包裝PE膜的拉伸，改善PE膜的各方面性能，滿足單材化的應(yīng)用。

縱向拉伸技術(shù)即MDO技術(shù)，MDO是特指將薄膜在一定的溫度下沿機器運行方向以一定的比例進行拉伸、讓材料的分子按一定的方向重新排列、然后進行熱處理、再冷卻定型成膜，可在線拉伸和離線拉伸?？v向拉伸后薄膜能夠顯著的提高薄膜的各種性能。薄膜的阻透性、剛度、平整度、拉伸強度、開孔性、透明度均能顯著提高。不同的材料在經(jīng)過拉伸后的各個性能提高幅度會有區(qū)別，其中，縱向拉伸強度的提高最明顯，這也是MDO應(yīng)用最普遍的領(lǐng)域。

1 縱向拉伸設(shè)備組成

縱向拉伸設(shè)備從結(jié)構(gòu)上，包括機架、預(yù)熱輥、拉伸輥、定型輥、冷卻輥、硅膠壓輥、過渡導(dǎo)輥、張力輥、展平輥、油加熱系統(tǒng)、水冷卻系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、傳片系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)等組成。

2 縱向拉伸機理

如圖1所示， 縱向拉伸機由若干個加熱或者冷卻輥筒構(gòu)成，分為預(yù)熱區(qū)、拉伸區(qū)、定型區(qū)和冷卻區(qū)，加熱采用導(dǎo)熱油加熱，冷卻采用水冷卻，采用模溫機獨立控溫。每個輥筒表面鍍鉻處理，輥筒直徑一般設(shè)計為400mm，增加接觸面積，提高傳熱效率，輥筒內(nèi)部采用雙壁螺旋流道設(shè)計，使輥筒表面溫差控制在±0.5 ℃,輥溫可獨立設(shè)定，單獨進行溫度調(diào)控，輥筒轉(zhuǎn)速獨立控制和調(diào)控。薄膜經(jīng)導(dǎo)輥、張力輥、展平輥后進入預(yù)熱區(qū)，在預(yù)熱區(qū)，將薄膜加熱到工藝溫度，然后進入拉伸區(qū)，對薄膜進行拉伸誘發(fā)取向，最大拉伸比可達10:1，拉伸長度可調(diào)。拉伸后經(jīng)過熱定型去進行熱處理定型，將薄膜在拉伸過程中的取向保持住。最后經(jīng)過冷卻區(qū)將薄膜冷卻到室溫。

圖1 縱向拉伸裝置

2.1 預(yù)熱區(qū)

如圖2所示，預(yù)熱區(qū)由4個輥組成，第一根預(yù)熱輥上安裝有硅膠壓輥，硅膠輥要求外包液體硅膠，膠層硬度邵氏80度左右，確保保證膠輥輥面平整度和閉合力的均勻性，薄膜依次經(jīng)4條預(yù)熱輥進行加熱，輥溫可根據(jù)工藝溫度調(diào)整。

圖2 預(yù)熱區(qū)

2.2 拉伸區(qū)

如圖3所示，拉伸區(qū)由2個拉伸輥組成，分別是慢拉輥和快拉輥，采用S型單點拉伸，在兩個拉伸輥上分別安裝有兩組硅膠壓輥，硅膠輥要求外包液體硅膠，膠層硬度邵氏80度左右，確保保證膠輥輥面平整度和閉合力的均勻性。拉伸比較直接，薄膜在慢拉輥和快拉輥之間進行拉伸，快拉輥的轉(zhuǎn)速除以慢拉輥的轉(zhuǎn)速就是拉伸比。拉伸間隙決定了頸縮，間隙越小，薄膜頸縮就越小，一般來說，薄膜頸縮會使得薄膜縮幅5%～20%，另外，頸縮還會降低薄膜的透氣性，這一性能對衛(wèi)生性薄膜非常重要。隨著拉伸比的增加，可以提高拉伸強度和光學(xué)性能，還能提供薄膜的阻透性能。

圖3 拉伸區(qū)

快拉輥可上下調(diào)整，從而根據(jù)工藝需要調(diào)整拉伸間隙，不同的薄膜應(yīng)用合適的拉伸間隙，以保證薄膜性能和成品率。如圖4所示，可計算出拉伸長度和快拉輥上下移動距離的位置關(guān)系，設(shè)兩輥筒截面分別為圓A、圓B，輥筒直徑為D。做兩圓內(nèi)公切線PQ，P、Q分別為圓A、圓B上切點，連接AB，AB與PQ交點為O。令兩輥筒中心垂直距離為a，水平距離為b，拉伸長度為L

圖4 拉伸間隙

2.3 定型區(qū)

如圖5所示，定型區(qū)由4個輥組成，第一根定型輥上安裝有硅膠壓輥，硅膠輥要求外包液體硅膠，膠層硬度邵氏80度左右，確保保證膠輥輥面平整度和閉合力的均勻性，薄膜依次經(jīng)4條定型輥進行加熱，輥溫可根據(jù)工藝溫度調(diào)整。在定型區(qū)，薄膜在作熱定型退火處理?？梢?/p>

通過調(diào)整各條輥的轉(zhuǎn)速對可以對薄膜進行拉伸或者收縮。

圖5 定型區(qū)

2.4 冷卻區(qū)

如圖6所示，冷卻區(qū)由2個輥組成，每條冷卻輥上均安裝有硅膠壓輥，防止薄膜打滑和收縮，硅膠輥要求外包液體硅膠，膠層硬度邵氏80度左右，確保保證膠輥輥面平整度和閉合力的均勻性，薄膜依次經(jīng)4條定型輥進行加熱，輥溫可根據(jù)工藝溫度調(diào)整。薄膜經(jīng)過冷卻區(qū)后冷卻到室溫。

圖6 冷卻區(qū)

3 在線拉伸技術(shù)

將縱向拉伸裝置應(yīng)用在吹塑薄膜線上，可實現(xiàn)在線拉伸，其優(yōu)點主要有以下幾點：

（1）無需放卷裝置，可大大降低勞動生產(chǎn)力，提供生產(chǎn)效率，使用大訂單連續(xù)生產(chǎn)。

（2）實施監(jiān)控薄膜性能，調(diào)機方便，操作靈活，減少次品率。

（3）提高成品所得率，通過在線MDO拉伸的自動追邊自動厚薄控制技術(shù)，能有效提升拉伸膜的成品率（80%+），如圖7 所示。

圖7 修邊前后對比

3.1 設(shè)備廠家德國W.H在線拉伸設(shè)備

德國W&H 將在線拉伸 MDO裝置設(shè)置于塔架三層平臺，如圖8所示。

圖8 德國W&H將在線拉伸 MDO裝置設(shè)置于塔架三層平臺

3.2 德國萊芬

德國萊芬將在線拉伸 MDO裝置集成于上旋轉(zhuǎn)牽引處，見圖9。

圖9 德國萊芬將在線拉伸 MDO裝置集成于上旋轉(zhuǎn)牽引處

3.3 德國阿爾派

德國阿爾派將在線拉伸 MDO裝置設(shè)置于地面，見圖10。

4 離線拉伸技術(shù)

離線縱向拉伸設(shè)備包含放卷機、縱向拉伸機和收卷機，適用于加工各種不同的產(chǎn)品，靈活性更大，可處理不同用途的薄膜，也可針對性的開發(fā)測試各類功能性薄膜，見圖11。

隨著全球復(fù)合軟包裝領(lǐng)域的快速發(fā)展，可回收循環(huán)利用一定會推向前所未有的高度，單材化薄膜需求量將會大大增加，應(yīng)用縱向拉伸技術(shù)完全可以滿足單材化復(fù)合軟包裝薄膜的生產(chǎn)要求，同時，隨著原材料和設(shè)備技術(shù)的相互促進和融合，縱向拉伸技術(shù)也必將得到更好的進步。

圖10 德國阿爾派將在線拉伸 MDO裝置設(shè)置于地面

圖11 離線MDO裝置