实现9层共挤高阻隔薄膜设备的国产化

作者:文/广东金明精机股份有限公司 文章来源:PT《现代塑料》2013年增刊1 发布时间:2013-05-29

9层共挤阻隔薄膜设备与5层或7层薄膜设备相比,因为需要适应更加复杂的工艺性以及复合模头难于设计制造等原因而长期不能实现国产化,造成国内薄膜加工商只能选择昂贵的进口设备。为此,广东金明精机股份有限公司敢于打破国外垄断,挑战国际高端塑机技术,经过潜心研发于近期成功研制出了9层共挤阻隔薄膜设备。

众所周知,多层高阻隔性薄膜是将气体阻隔性很强的材料与热封合性、水分阻隔性很强的聚烯烃同时进行挤出而成的一种具有多层结构的薄膜。使用高阻隔性薄膜,可防止由于氧气等气体的渗透而引起的微生物繁殖和内容物氧化变质;防止香味、溶剂等的流出,提高内容物的储存性,因而此薄膜被广泛应用于高价值的食品的包装,以提高内容物的保质期,例如用于提高肉、禽和鱼等冷冻产品以及奶粉、坚果、宠物品和酒类等非冷冻型食品的货架寿命。

多层共挤吹膜机就是一种为了满足生产过程中对塑料薄膜包装材料一些特殊功能的需要,将多种特性材料(如透气、防水、保温和韧性等材料)共挤并吹膜,而形成多功能塑料薄膜的塑料机械。使用多层共挤吹膜机的目的就是发挥多种材料的优点,规避单种材料或者单层吹膜机的一些缺点,而得到综合性能优异的薄膜材料。比如PP、PE的共挤吹膜机,正是利用了PP材料硬度大的特点和PE材料亮度高的特点而使之相结合,生产出两种特性结合的薄膜。

目前,多层共挤工艺已经为广大薄膜制造商认可和接受,7层共挤结构也已经成为阻隔功能薄膜的主流产品。但是,鉴于客户对于薄膜阻隔性能的要求趋于个性化,加之阻隔共挤工艺配方切换成本昂贵等因素,9层共挤结构高阻隔薄膜具有更大的优势: 首先,含有更多阻隔材料层的9层共挤高阻隔薄膜更加柔软,阻隔性能变化更加灵活,从而减少了因为工艺变化清洗螺杆而造成的时间浪费和原料浪费。

金明公司的9层共挤高阻隔薄膜生产线

其次,通过减少昂贵的阻隔材料和热封材料的用量可以大大降低生产成本。9层高阻隔薄膜可以将一个厚的尼龙阻隔层分成PA/EVOH/PA的3层阻隔材料层,这样就可以使尼龙用量更少、阻隔性能更高,同时热成型性也有所提高。因为尼龙层较薄,包装上的尖锐边角保持有阻隔材料,其含量为成型硬质5层膜时的两倍,所以不会出现应力开裂。对于非对称结构的9层高阻隔尼龙膜,较薄的尼龙层也减少了薄膜的卷缩和翘边,这对于5层和7层膜来说都是常见的问题。另外,热封层在9层薄膜中也可以变得更薄。

尽管9层共挤高阻隔薄膜及其设备在性能和成本都具有明显的优势,但是,9层共挤薄膜市场的成长远不及从3层转变到5层和7层那么快。这主要是基于以下 3个方面的原因:第一,9层模头的流道长度明显长于5层和7层模头,造成物料在机头停留时间延长,进而增加物料留在机头内分解和凝胶的风险;第二,9层共挤工艺可以处理30~40种不同的原料,工艺复杂性远超过7层共挤,很多9层薄膜生产厂家也是花费了大量的原料和时间才测试出合格的产品和配方;第三,9层共挤出复合模头的设计难度也远超过7层模头,必须通过计算机模拟来分析PA和PE在流道内的运行情况才能设计出合格的模头。

广东金明精机股份有限公司(以下简称“金明公司”)作为国内最大的吹膜设备供应商之一,是国内最早开发7层共挤吹膜设备的企业之一,也是最早开展9层吹膜机的技术论证和前期试验的企业之一。近年来,金明公司更是通过引进德国技术团队,采用3D计算机设计软件和熔体流变分析软件,针对9层共挤设备的关键技术难题,通过与客户密切沟通,解决了原料和配方工艺的难题。金明公司的科研团队重点突破的多项关键技术如下:

1.通过采用新型紧凑结构9层共挤平面叠加模头设计技术,在保留平面叠加模头固有优势的基础上,尽可能地缩短主流道的长度。这样,开机预加热时间相比传统模头减少约50%,同时更有利于提高产量和保证灵活的开机工艺。

2.针对尼龙等阻隔性原料的流变特性和高阻隔薄膜生产吹胀比较传统3层吹膜小的工艺特点,采用高精度薄膜厚度控制以及自动加热筒式口模设计技术,可以提供快速的实时响应和精确的厚度控制。测试结果表明,该技术可以将薄膜的厚度均匀性基本偏差降低50%,这样在保证薄膜平均厚度不变的情况下可节省约5%的原料。

3.采用新型高产量、灵活性的单螺杆挤出机设计技术,螺杆结构由原料输送段、主副螺纹分离塑化段、Eagan直槽式屏障头以及偏心螺槽共轭熔体混炼器等构成。在加工制造上采用双金属高耐磨合金结构,充分满足塑化良好、高产量、耐磨损和灵活性的加工要求。

9层共挤部分

4.采用柔性尼龙刷辊式人字夹板设计技术,特别考虑到尼龙和EVOH等阻隔材料刚性比较大的特点。

5.设备采用的其他技术还包括多功能组合式收卷机和现场总线式电气控制系统,由此提供了多种可调的收卷方式,并且实现了整机的自动配料计量控制、温度控制、螺杆控制、风环风速控制、稳泡器控制、人字板和护膜板角度控制、牵引系统控制、薄膜线速度控制以及自动收卷机控制等,同时显示和监控温度、电流、频率、压力、长度、张力和速度等各种参数,并具有打印、自动报警和自诊断等功能。该技术还通过实施现场智能化的精确控制、监测以及远程参数化,来方便操作。

近期,金明公司所研制的9层共挤高阻隔吹膜线在客户工厂中通过验收,并正式投入生产。按照合同约定,整个验收过程测试了四个市场公认的典型对称、非对称高阻隔配方。经过检测,薄膜厚薄极限偏差为±3.5%,已经达到进口设备水平;全部验收过程用料不到10t(包括清机),远低于国内同期的进口设备验收时间和废膜量。如此高效优质的验收结果远远超出客户预期,受到客户的高度称赞。

从市场商业角度来说,9层共挤高阻隔吹膜设备堪称当今共挤薄膜行业和塑料机械行业中技术含量最高的设备技术之一,而国内市场的9层吹膜设备全部依赖进口。金明公司的9层共挤高阻隔吹膜设备成功交付给客户,标志着金明公司为中国塑料机械的技术水平迈上新台阶作出了新的贡献。该设备缩短了国内外的技术差距,并打破了欧美厂家在高端设备领域一枝独秀的局面。

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