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幾種共押出技術的特點及研究
日期: 2008-12-15
 
 
吹膜共押出
 
      高性能多層複合薄膜主要由基材、阻隔材料、粘合劑等三種材料組成,它的特點是:對氧和水汽的阻隔性好,薄膜的強度和耐穿刺性高,熱封性好,粘結性強,有良好的防霧性、防滑性、著色性。生產多層複合膜主要生產方法有:塗布法、層合法、共押流延法和共押吹膜法。
 
      吹膜共押出主要用於生產高阻隔性包裝膜、收縮膜、中空保鮮膜、土工膜等,它在食品、藥品、日化產品包裝、農用大棚、水利工程、環境工程等領域有著廣泛的應用。採用吹膜共押出生產工藝,通過厚度的有效調整使膜的功能得到量化控制,膜的各層結構組合方便靈活,基材選用範圍更加廣泛。另外,利用這種技術生產複合膜能夠降低成本、提高強度、增加膜的阻隔性和附加值,從而使複合膜的市場適應性得到提升。為此,英國BramptonEngineering、德國BattenfeldGloucester、Barmag、加拿大MarcoEngineering、義大利Dolci、美國MA等公司分別研究成功多層圓盤式環形共押出機頭、同心螺旋芯軸式共押出機頭和多層圓錐盤環形共押出機頭等,其每層流道的結構形狀有環形流道、心型包絡式流道、螺旋支管式流道等多種型式。
 
      目前吹膜共押出機頭的最新技術為多層圓錐盤環形共押出機頭和螺旋支管式流道的組合型式,相鄰層間溫差可達80℃,製品厚度誤差在5%以內。在此用已二醇製冷機組來替代冷卻水機,冷卻採用模體內冷和風環外冷結合,提高冷卻和結晶速度,以增加薄膜的透明度、強度和韌性。複合膜的最多層數為11層,大棚膜最大幅寬達24m。
 
      目前,吹膜共押出尚存在一些技術難點急待解決:層數不允許有較多的變化;各層膜的比率不允許有大幅的波動;對同心圓筒吹膜機頭而言,隨著層數的增加,機頭外徑的增加,外層膜的熔體在機頭內停留時間增加,物料有分解的危險;當相鄰層樹脂熔點、粘度相差較大時,若各層溫度控制不當,對某些熱穩定性較差的樹脂,有可能形成分解層。
 
平膜(板)和流延膜共押出
 
      流延膜成型原理是將在押出機中塑膠熔體經T型模頭押出,直接進入水溶液或驟冷輥經冷卻、牽引後制得流延膜。義大利Dolci公司流延平膜機頭可用於PP、LDPE、HDPE、PA、PET、EVA、EVOH等原料的生產,平膜的淨寬可以達到1.2∼3m,膜厚10∼180μm,線速度200∼500m/min,複合層數1∼9層。用於PET流延膜押出的押出機螺杆直徑最大為350mm,長為12m,產量可達6000kg/h.
 
       平膜(板)押出的成型原理是將在押出機中已經塑化均勻的塑膠熔體從平膜(板)機頭押出,經冷卻輥接觸而冷卻固化,最後剪裁成一定寬度的膜(板),卷取成卷。
 
       在平膜(板)和流延膜的共押複合成型中,為了提高薄膜的精度,目前多採用熔體齒輪泵向機頭供料。理論計算和試驗表明,採用熔體齒輪泵後有三個優點:首先,能實現穩定押出,提高複合膜(板)尺寸精度,提高成品率;其次,提高產量,降低能耗,增加機器壽命;第三,具有線性輸出特性,便於上下游設備和複合膜(板)各組成層之間操作工藝的協調。
 
      平膜(板)和流延膜共押出機頭通常有四種型式:多流道共押出機頭,它適用流動性和熔點相差較大的物料;帶餵料塊共押出機頭,它適用於流動性和加工溫度相近的物料,但各相鄰層物料調節時容易產生干擾;帶阻尼板的可調節餵料塊共押出機頭,它改善了各層料流在調節時易產生干擾的現象;多流道機頭和餵料塊組合的共押出機頭,它適用於表層材料與基層材料相差較大的複合膜押出,但多層的基體材料,各層的流動性要求較為相近。
 
      共押出複合成型機頭設計的技術難點一般有三點:各層厚度的控制和調節比較困難;層間介面不夠清晰;介面處兩層料流有可能發生相互干擾,尤其是機頭內各層物料流匯合處到口型之間距離比較長的情況下更容易發生干擾現象。
 
PVC芯層發泡複合板材共押出
 
      聚氯乙烯發泡板材是近年來迅速發展和推廣的“以塑代木”化學材料,分為表層不結皮的自由發泡和表層結皮的內向發泡板材兩種。聚氯乙烯發泡板材的成型方法主要有共押複合芯層發泡法、內向結皮(路賽卡)發泡法、自由發泡法三種,目前國際上多採用共押複合芯層發泡成型方法。共押複合芯層發泡成型方法採用兩台押出機共押,表層押出硬質PVC,芯層採用低發泡配方,生產出來的板材表面強度和硬度得到了提高,色母料的用量也可相應地減少。
 
PVC芯層發泡板材押出成型設備的配置一般為:
 
      ●由一台大規格的雙螺杆押出機押出發泡物料,通過精確控制內外皮層的溫度,使其低於發泡溫度而產生結皮。此種方法內層控制困難,模具昂貴,大量的發泡劑被作為填料使用,成本高。
 
      ●兩台押出機共押,其中一台押出機押出PVC不發泡料,在共押出機頭中將料流分成兩股,這兩股熔融的料流形成板材的內外皮層,另一台押出機將發泡PVC料輸入到同一共押出機頭中,處於內外層的中間,即為發泡芯層。
 
      ●由三台小型的單螺杆押出機或一台雙螺杆押出機和兩台單螺杆押出機押出PVC芯層發泡板材,內層、外層和芯層均由獨立的押出機押出。這樣發泡芯層和板內層就不必使用TiO2,節約了原料成本。芯層可用回收廢料作填充,並可根據板材的特殊使用環境獨立地設計內外皮層的配方。例如,義大利Amut公司利用該方法生產的PVC結皮發泡(木塑)板生產線參數為:板寬1220∼1600mm,厚度3∼30mm,比重0.45∼0.75g/cm3。
 
      目前,PVC芯層發泡板材生產中需解決的問題有:三層物料之間要有良好的熔接強度:三層物料的流速必須同步,發泡層的泡孔必須細膩均勻,三層物料的分配必須均勻穩定。
 
片材共押出技術的理論研究
 
      共押出技術的關鍵是共押出機頭的設計,而聚合物熔體共押出時流動狀態數值類比的研究是機頭流道設計的理論基礎。聚合物熔體共押出時流動狀態數值類比的研究是從70年代開始的,由於複合共押出加工所涉及的過程很複雜,至今仍有許多問題沒有解決,所以進展緩慢。研究的難點主要表現在:
 
      ●物料的流變性能以及本構方程如何用於複合共押出的實際加工;
 
      ●共押出產品與周圍環境的熱交換會影響熔體的流變特性,此外不同的熔體之間性質、溫度的差異以及它們之間的相互影響,使定量分析、計算複雜化;
 
      ●不同熔體之間的介面受工藝條件(流率、溫度)和物料本身的性質影響,會產生介面不穩定,以及異常的壓力梯度下降等現象,這給分析、計算帶來困難。
 
       因此,共押出流動分析需解決的技術難點主要集中在:在機頭出口處每種聚合物的不規則分佈,在相鄰層間的介面變形;粘度低的聚合物對粘度高的聚合物的包裹現象。
 
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