聚乙烯薄膜的吹塑

1、聚乙烯薄膜的吹塑成形及性能測試大型工藝實(shí)驗講義編者：楊 慶2008年3月一、實(shí)驗?zāi)康暮鸵?、了解聚乙烯薄膜吹塑的工作原理；2、掌握聚乙烯薄膜吹塑成形工藝參數(shù)的作用及其對薄膜質(zhì)量的影響；3、了解螺桿擠出機(jī)的基本結(jié)構(gòu)以及上吹式擠出吹膜機(jī)組的組成；4、掌握聚乙烯薄膜吹塑的工藝操作過程；5、要求所制備薄膜厚度為0.0410mm，寬度（折徑）為15010mm。二、實(shí)驗原理擠出吹膜法是塑料加工的主要加工方法之一，塑料薄膜由于具有質(zhì)地輕、強(qiáng)度高、平整、光潔和透明等優(yōu)點(diǎn)，同時其加工容易，價格低廉，因而在建筑、包裝、農(nóng)業(yè)大棚等方面得到廣泛的應(yīng)用。塑料薄膜可以用多種方法成形，如壓延、流延、拉幅和吹塑等。各種方法

2、的特點(diǎn)不同，適應(yīng)性也不一樣。壓延法主要用于非晶型塑料加工，所需設(shè)備復(fù)雜，投資大，但生產(chǎn)效率高，產(chǎn)量大，薄膜的均勻性好；流延法主要也是用于非晶型塑料加工，工藝最簡單，所得薄膜透明度好，具有各向近似同性，質(zhì)量均勻，但強(qiáng)度較低，且耗費(fèi)大量溶劑，成本增加，對環(huán)保形成污染；拉幅法主要應(yīng)用于結(jié)晶型塑料，工藝簡單，薄膜質(zhì)量均勻，物理力學(xué)性能最好，但設(shè)備投資大；吹塑法最為經(jīng)濟(jì)，工藝設(shè)備都比較簡單，結(jié)晶與非晶型塑料都適用，既能生產(chǎn)窄幅，又能生產(chǎn)寬幅薄膜。吹塑過程中，薄膜的縱橫向都得到拉伸取向，薄膜質(zhì)量較高，因此得到廣泛的應(yīng)用。薄膜吹塑成形即擠出吹脹成形，塑料熔體從擠出機(jī)口模成管坯狀擠出，由管坯內(nèi)芯棒中心孔引入壓

3、縮空氣使管坯吹脹成膜管，后經(jīng)空氣冷卻定型、牽引卷繞而成薄膜。吹塑薄膜通常分為平擠上吹、平擠平吹和平擠下吹等三種工藝，其原理都是相同的。薄膜的成形都包括擠出、初定型、定型、冷卻牽伸、收卷和切割等過程。本實(shí)驗為聚乙烯的平擠上吹法成形，是目前最常見的工藝（本實(shí)驗無切割工序）。塑料薄膜的吹塑成形是基于高聚物的分子量高、分子間力大而具有可塑性及成膜性能。當(dāng)塑料熔體通過擠出機(jī)機(jī)頭的環(huán)形間隙口模而成管坯后，因通入壓縮空氣而膨脹為膜管，而膜管被夾持向前的拉伸也促進(jìn)了減薄作用。與此同時，薄膜管的大分子以縱橫雙向取向，提高了薄膜的物理力學(xué)性能。為了取得性能良好的薄膜，縱橫向的拉伸作用最好取得平衡，也就是縱向的噴口

4、拉伸比（牽引薄膜管向上的速度與口模處熔體的擠出速度比）與橫向的空氣膨脹比（膜管的直徑與口模直徑比）應(yīng)盡量相等。實(shí)際上，操作時吹脹比受到冷卻風(fēng)環(huán)直徑的限制，其可調(diào)節(jié)的范圍是有限的，因此吹脹比不易過大，否則造成膜管不穩(wěn)定。由此可見，拉伸比和吹脹比是很難一致的，也即薄膜的綜橫向強(qiáng)度總有差異的。在吹塑過程中，塑料沿著螺桿向機(jī)頭口模的擠出以致吹脹成膜，經(jīng)歷著粘度、相變等一系列的變化，與這些變化有密切關(guān)系的是螺桿各段的溫度、螺桿的轉(zhuǎn)速是否穩(wěn)定、機(jī)頭的壓力、風(fēng)環(huán)吹風(fēng)及室內(nèi)空氣冷卻以及吹入空氣壓力、膜管拉伸作用等相互配合與協(xié)調(diào)都直接影響薄膜性能的優(yōu)劣和生產(chǎn)效率的高低。各段溫度和機(jī)外冷卻效果是最重要的因素。通常

5、，延機(jī)筒到機(jī)頭口模方向，塑料的溫度是逐步升高的。各部位溫差對不同的塑料各不相同。對LDPE（低密度聚乙烯）來說，通常螺桿溫度依次是130、150、170遞增，機(jī)頭口模處稍低些。熔體溫度升高將導(dǎo)致粘度降低，機(jī)頭壓力減少，擠出流量增大，有利于提高產(chǎn)量。但若溫度過高和螺桿轉(zhuǎn)速過快，剪切作用過大，易使塑料分解，且出現(xiàn)膜管冷卻不良，膜管的直徑就難以穩(wěn)定，將形成不穩(wěn)定的膜泡“長頸”現(xiàn)象，所得泡（膜）管直徑和壁厚不均，甚至影響操作的順利進(jìn)行。因此，通?？稍O(shè)定稍低一些的熔體擠出溫度和速度。風(fēng)管是對擠出膜管坯的冷卻裝置，位于膜管坯的周圍。操作時可調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小以控制管坯的冷卻速度。上下移動風(fēng)環(huán)的位置可以控制膜管

6、的“冷凍線”位置，冷凍線對結(jié)晶型塑料即相轉(zhuǎn)變線，是熔體擠出后從無定型態(tài)到結(jié)晶態(tài)的轉(zhuǎn)變。冷凍線位置的高低對于穩(wěn)定膜管、控制薄膜的質(zhì)量有直接的關(guān)系。對聚乙烯來說，當(dāng)冷凍線離口模很近時，熔體因快速冷卻而定型，所得薄膜表面質(zhì)量不均，有粗糙面，粗糙程度隨冷凍線遠(yuǎn)離口模而下降，對膜的均勻性是有利的。但若冷凍線過分遠(yuǎn)離口模，會使薄膜的結(jié)晶度增大，透明度降低，且影響其橫向的撕裂強(qiáng)度。冷卻風(fēng)環(huán)與口模距離一般是30100mm。若對管膜的牽伸速度太大，單個風(fēng)環(huán)是達(dá)不到冷卻效果的，可以采用兩個風(fēng)環(huán)來冷卻。風(fēng)環(huán)和膜管內(nèi)兩方面的冷卻都強(qiáng)化，可以提高生產(chǎn)效率。膜管內(nèi)的壓縮空氣除冷卻外還有膨脹作用，氣量太大時，膜管難以平衡，

7、容易被吹破。實(shí)際上，當(dāng)操作穩(wěn)定后，膜管內(nèi)的空氣壓力是穩(wěn)定的，不必經(jīng)常調(diào)節(jié)壓縮空氣的通入量。膜管的膨脹程度即吹脹比，一般控制在26之間。牽引也是調(diào)節(jié)薄膜厚度的重要環(huán)節(jié)。牽引輥與擠出口模的中心位置必須對準(zhǔn)，這樣能防止薄膜卷繞時出現(xiàn)的折皺現(xiàn)象。為了取得直徑一致的膜管，膜管內(nèi)的空氣不能漏失，故要求牽引輥表面包覆橡膠，使膜管與牽引輥完全緊貼著向前進(jìn)行卷繞。牽引比不宜太大，否則易拉斷膜管，牽引比通?？刂圃?6之間。三、實(shí)驗設(shè)備1、MF400上吹薄膜機(jī)組（實(shí)驗型）型號：MF400；用途：適用于吹制各種LDPE、HDPE薄膜。該設(shè)備由擠出機(jī)（主機(jī)）、牽引卷取機(jī)（輔機(jī)）和電氣控制箱組成，適合于可用風(fēng)冷方式成型的

8、塑料薄膜制品的試驗和生產(chǎn)。主機(jī)主要由機(jī)架、減速器、主電機(jī)、料筒螺桿、加熱器、換網(wǎng)裝置、模具、冷卻裝置等部分組成。主機(jī)的作用是將塑料原料通過加熱和增壓擠出，經(jīng)過濾網(wǎng)過濾雜質(zhì)后，進(jìn)入模具擠出，在適量冷卻風(fēng)的作用的下穩(wěn)定成型。輔機(jī)主要由牽引機(jī)架、人字夾板、牽引輥筒、導(dǎo)輥、展平輥、收卷夾棍、收卷軸組成。輔機(jī)的作用是將主機(jī)上穩(wěn)定成型的薄膜勻速地進(jìn)行牽引，并通過收卷機(jī)施加適當(dāng)?shù)睦o力均勻、平整的卷繞到收卷軸上，以便于下道加工工序的進(jìn)行。設(shè)備技術(shù)參數(shù)部件名稱技術(shù)參數(shù)部件名稱技術(shù)參數(shù)加料方式人工喂料牽引電機(jī)0.55kw 帶變頻調(diào)速器擠出機(jī)SJ30/30螺桿直徑30mm，長徑比30:1牽引速度030 m/min

9、機(jī)筒螺桿材質(zhì)38鉻鉬鋁氮化處理牽引輥調(diào)節(jié)方式手動調(diào)節(jié)擠出機(jī)主電機(jī)4kw（配變頻調(diào)速器）人字夾板木柵型螺桿轉(zhuǎn)速080 r/min穩(wěn)泡裝置護(hù)欄式最大擠出量 10Kg/h輔機(jī)最大寬度2200 mm機(jī)筒冷卻風(fēng)機(jī)180w1組導(dǎo)輥直徑75 mm機(jī)筒加熱圈2kw3組收卷機(jī)結(jié)構(gòu)單工位主機(jī)罩殼開啟式收卷方式被動卷取機(jī)頭法蘭塞入式二次牽引輥長度400 mm機(jī)頭加熱圈不銹鋼收卷輥直徑180 mm?？谥睆?0/80 mm（互換式模具）收卷電機(jī)6N/m 力矩電機(jī)模具結(jié)構(gòu)螺旋式收卷軸結(jié)構(gòu)通用型(3英寸紙管)模具材質(zhì) 40Cr輔機(jī) MF-400(牽引機(jī)變頻調(diào)速)風(fēng)環(huán)風(fēng)片配置按模頭配置電氣控制 中心控制臺 冷卻風(fēng)環(huán) 280型

10、冷卻風(fēng)環(huán) 溫度控制方式雙數(shù)顯智能型 冷卻風(fēng)機(jī)鑄鋁低噪音 0.75kw薄膜最大寬度250 mm牽引機(jī)總高度2600 mm薄膜最小寬度50 mm牽引架結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)型薄膜最大厚度0.05mm（LDPE）0.04 mm（HDPE）牽引輥長度400 mm薄膜最小厚度0.018 mm（LDPE）0.008 mm（HDPE）2、熔體流動速率測定儀 （1）儀器型號RLS-400熔體流動速率測定儀（2）用途大致確定聚乙烯薄膜吹塑溫度范圍。（3）操作步驟取PE試樣備用。開啟儀器電源，設(shè)定爐內(nèi)溫度為190,負(fù)載為2160g，以使PE試樣的流速被控制在0.1550（g/10min）之間。裝入標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管，并將壓料桿置于放料

11、筒中恒溫5 min。裝料：將壓料桿取出，往料筒中裝入2/3體積的PE，將壓料桿插入料筒中將料壓實(shí)，固定好導(dǎo)向套。取樣：秒表計時68 min后，在導(dǎo)向套頂部裝入選定的負(fù)載砝碼，試樣即從毛細(xì)管中擠出，當(dāng)壓料桿第一道刻線與爐口平行時開始取樣，切去料頭，記錄時間，1min后，切去試條，重復(fù)共切取5個切割段，含有氣泡的切割段應(yīng)棄去。將試條分別稱重，采用以下公式計算其熔融指數(shù)后，取平均值：MI=W600/t（g/10min）式中：W 五個切割段平均重量（g）； t 切割一段所需時間（min）。3、測厚儀HD10厚度計4、鋼尺四、實(shí)驗步驟1、原料 聚乙烯薄膜一般分為工業(yè)膜和農(nóng)業(yè)膜兩種，工業(yè)用薄膜主要用做防潮

12、、防水及包裝，而農(nóng)業(yè)用薄膜主要是地膜和棚膜。聚乙烯吹塑薄膜的原料選擇是很重要的，從聚乙烯的性能指標(biāo)可知，密度可作為衡量聚乙烯結(jié)構(gòu)的一個尺度。除外，生產(chǎn)上還常用熔體流動速率（MFR）這一指標(biāo)來衡量聚乙烯的平均相對分子質(zhì)量。這兩個指標(biāo)均與聚乙烯的基本性能和最終制品的性能有關(guān)。在工業(yè)生產(chǎn)上，密度和熔體流動速率是兩項重要的技術(shù)指標(biāo)，可作為選擇樹脂的主要依據(jù)。一般根據(jù)不同制品對聚乙烯的熔體流動速率要求如下：重包裝薄膜可選LDPE的MFR為0.30.4，農(nóng)用薄膜和輕包裝膜選用LDPE的MFR為1.57.0。2、實(shí)驗前準(zhǔn)備（1）測試聚乙烯原料的熔體流動速率（MFR），請自行檢索測試條件； （2）根據(jù)聚乙烯的

13、熔體流動速率確定擠出溫度范圍，進(jìn)行機(jī)臺預(yù)熱。一般過濾網(wǎng)和模具部分的預(yù)熱時間較長，從節(jié)約能源的角度考慮，應(yīng)先加熱這兩個區(qū)域。在這兩個區(qū)域溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，仍應(yīng)進(jìn)行一段時間的保溫，以利于溫度的充分傳導(dǎo)。在過濾網(wǎng)和模具進(jìn)行保溫的同時可打開機(jī)筒的預(yù)熱開關(guān)，對機(jī)筒進(jìn)行加溫。特別需要注意的是，機(jī)筒一區(qū)的溫度應(yīng)比原料的塑化溫度低3040攝氏度，否則容易使螺桿“環(huán)結(jié)阻料”，從而導(dǎo)致物料擠出困難。產(chǎn)生“環(huán)結(jié)阻料”后唯一可以解決的辦法便是拆開料筒螺桿，清理螺桿底部附著的塑料原料，再重新把螺桿裝入料筒。此過程耗時耗力，應(yīng)盡量避免。（3）當(dāng)螺桿各段預(yù)熱達(dá)到要求溫度時，保溫1520min，檢查機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)、加熱和冷卻是

14、否正常，做好投料準(zhǔn)備；（4）測量環(huán)境溫度。3、實(shí)驗操作步驟（1）開機(jī)前用手拉動傳動皮帶，證實(shí)螺桿可以正常轉(zhuǎn)動后方可開啟變頻器，調(diào)節(jié)主電機(jī)轉(zhuǎn)速（一般到1015Hz）。將聚乙烯原料投入料斗，打開料斗口的插板，使原料進(jìn)入機(jī)筒。聚乙烯原料在螺桿中經(jīng)擠壓、加熱形成熔體；（2）聚乙烯熔體流經(jīng)機(jī)頭、圓形口模擠出。將通過機(jī)頭的熔體集中在一起，使其通過風(fēng)環(huán)，同時通入少量壓縮空氣，以防相互粘在一起。打開冷卻風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)門進(jìn)風(fēng)口大小，穩(wěn)定好膜泡。（3）打開牽引電機(jī)變頻器，調(diào)節(jié)牽引速度到56Hz（慢速），把膜泡引入人字夾板，送進(jìn)牽引夾棍內(nèi)，由牽引輥連續(xù)進(jìn)行縱向牽伸，以恒定的線速度進(jìn)入卷取裝置卷成制品；這里的牽引輥同時

15、也是壓輥，因為牽引輥完全壓緊吹脹了的圓筒形薄膜，使空氣不能從擠出機(jī)頭與牽引輥之間的圓筒形薄膜內(nèi)漏出來，這樣膜管內(nèi)空氣量就恒定，從而保證薄膜一定的寬度。（4）薄膜進(jìn)入收卷機(jī)后，先使用人工進(jìn)行牽引，再打開“力矩電機(jī)控制器”，調(diào)節(jié)控制器電壓至150220V左右（視薄膜張緊力而定），再將薄膜送入收卷機(jī)進(jìn)行收卷。開始卷取后，可適當(dāng)加快牽引電機(jī)牽引速度至1215Hz。（5）調(diào)節(jié)進(jìn)入膜泡的壓縮空氣，直至達(dá)到要求的幅寬為止。經(jīng)冷卻后的圓形薄膜被導(dǎo)向牽引輥疊成雙折薄膜，其寬度稱為折徑。（6）取樣并測試薄膜的厚度和寬度（折徑），根據(jù)誤差及時調(diào)整工藝參數(shù)。薄膜的厚薄公差可通過模唇間隙、冷卻風(fēng)環(huán)風(fēng)量以及牽引速度的調(diào)整

16、而得到糾正，薄膜的幅寬公差主要通過充氣吹脹大小來調(diào)節(jié)；（7）當(dāng)薄膜幅寬、厚度參數(shù)調(diào)整完畢達(dá)到要求后對薄膜取樣，測試薄膜的縱橫向拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率等物理力學(xué)性能。再改變機(jī)身溫度、機(jī)頭溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、牽引速度、風(fēng)環(huán)風(fēng)量等工藝條件后分別取樣，以縱向薄膜力學(xué)性能為標(biāo)志選取最佳工藝參數(shù)。（8）實(shí)驗結(jié)束，依次關(guān)閉風(fēng)機(jī)、主電機(jī)、牽引電機(jī)、收卷電機(jī)、溫控儀、總電源。清潔設(shè)備，清掃場地，將周邊環(huán)境和設(shè)備恢復(fù)到初始狀態(tài)。五、實(shí)驗數(shù)據(jù)處理1、以列表方式記錄聚乙烯原料熔體流動速率（MFR）的測試（請自行檢索標(biāo)準(zhǔn)測試條件并設(shè)計表格）；2、以列表方式記錄工藝條件對薄膜幅寬、厚度參數(shù)的影響（請自行設(shè)計表格）；3、以列表方式記錄工藝條件對薄膜力學(xué)性能的影響（請自行設(shè)計表格）。六、注意事項1、清理螺桿環(huán)結(jié)阻料、口模殘留物或模具時，只能采用銅棒、銅刀或壓縮空氣等工具，嚴(yán)禁使用硬金屬制工具如三角刮刀、螺絲刀、錘子等進(jìn)行清理，以免損傷設(shè)備。2、熔體從口模擠出時溫度較高，操作過程中應(yīng)帶好手套等防護(hù)用具以免被熔體燙傷。3、除加料外，應(yīng)保持進(jìn)料斗的關(guān)閉狀態(tài)，嚴(yán)防各類雜質(zhì)、小工具等落入進(jìn)料口中，以免損傷螺桿。4、穿膜時應(yīng)十分小心，防止手被卷進(jìn)