聚丙烯产品设备、工艺基础知识

聚丙烯产品设备、工艺基础知识

单层平面挤出-拉伸塑料薄膜生产工艺流程图

双向拉伸聚丙烯膜产品设备、工艺基本知识培训

一、含义等基本概念性介绍
1、含义：就是产品经过两个垂直方向进行拉伸。这种方法可以是管膜拉伸法，也可以使用平面双向拉伸法生产。管膜法是在吹塑泡管的同时，将薄膜进会纵、横双向同时拉伸：平面拉伸法是将聚合物熔体通过狭长机头与激冷辊等制成片材或厚片然后在专用的拉伸机内，同步或分步在垂直的两个方向（通常所说的纵向、横向）上进行拉伸，并经过各种处理（冷却、电晕、测厚等）制成的薄膜。这次主要介绍平膜法。
2、品种：现可以实现平面双向拉伸的塑料品种很多，估计有十多种，主要品种有以下几种
①聚丙烯（简称BOPP）

②聚酯（聚对苯二甲酸二醇酯，简称BOPET）
③聚酰胺（通常所说尼龙，简称BOPA）

④聚苯乙烯（简称BOPS）

⑤聚酰亚胺（简称BOPI）

⑥聚氯乙烯（简称BOPVC）

上述产品大量运用于包装，部分运用磁带，胶片等，目前只有BOPP、BOPET运用于电子类产品。
3、性能：由于平面双几拉伸薄膜的性能好，其生产方法的发展速度要大大超过管膜拉伸法。
①拉伸强度，弹性模量明显增加，一般比非拉伸薄膜强度高出3—5倍，但抗撕裂强度有明显下降。

②使用温度的范围增大，耐寒、耐热性能提高

③除有特殊要求，产品的形变量较小，热收缩性能好，一般可控制在3—5%以下

④产品厚度均匀性好，且产品覆盖面广。聚丙烯可以生产2um以上产品，聚酯可生产0.5um产品。

上述性能可以针对包装产品，同时也适用于电子产品，除上述之外，针对包装产品，双向拉伸平面法还可以有以下优势：

⑤薄膜的透明度改善，表面光泽度提高

⑥降低水、汽等渗透率

⑦提高薄膜表面性能质量，如滑爽性，耐磨性等

4、历史及现状

（1）1935年，德国最先用此法生产，当时产品是BOPS

（2）1958年提到发展，意大利一个公司最为有名，并申请了专利

（3）我国自主研制并生产于1958年，引进第一条生产线是1968年，德国布鲁克纳

（4）1988年引进第一条平面法的电工膜生产线（德国布鲁克纳），广东新会3.2m

（5）现电工膜最快机械速度350m/min，辐宽6m，年产量5.6千吨

     包装膜最快机械速度450m/min，辐宽10m，年产量3.5万吨。

（6）我国现共有各类平膜双向拉伸设备共计有120条左右。

     布鲁克纳6成，-------2成，DMT、多尼尔1成多，国产不足1成。

二、工艺流图及各工序介绍（双向拉伸聚丙烯薄膜生产线）电工类

(为了确保薄膜性能稳定，并能根据市场的需求及时改进产品质量。一般大型聚酯薄膜生产厂，几乎都使用自己公司生产的专用树脂。我国大部分生产厂主要以选购原材料加工为主。产品性能往往受到制约。聚丙烯通用性较强。)

1．原材料：

a.上述

b.材料性能介绍

①是聚丙烯均聚物、含有部分添加剂的母料。由于回收料流动性，链段发生较大变化，同时存在一定的污染，因此回收料是不允许再次使用的。

②熔融指数。（聚酯称为特性粘度0.6—0.65，越大越粘）是材料流动性能指标，是材料在一定幅度，一定压力，每10分钟挤出量（g）数值越大，流动性能好，粘度就越小，使用范围在1.5—4.0左右。经过回收大约提高近一倍14—6）

③等规度：是材料中等规结构分子在均聚物中的百分比。一般双向拉伸的要求在95%--97%。比较适合双向拉伸。电工类产品一般要求略高，96%以上，有时甚至要求达到98%。产品性能要好，但成膜性能要略差，由于无规体在聚合物中是起内部润滑作用，有利于均聚物定向，并有助于改善产品的其它一些性能，因此，存在一定的无规体是必要的。

在聚合物聚合时有三种形态结构：等规体、间规体，无规体，间规体比例较小，甚至可以忽略。材料的主要性能取决于等规体无规体的比例。

等规度对薄膜性能的影响主要表现方面：

a.       等规度越高，结晶速度越快，结晶比例越高

b.       等规度越高，机械强度越大

④灰份含量

作为电工产品，由于对耐压、损耗、耐久性等各方面苛刻的要求，灰份含量要求极低，一般在50ppm以下，但实际国外进口原材料能达到30ppm以下，甚至不是20ppm，国产比较好的材料也在100ppm以上，这主要体现几个方面：

a.       国产化需求一套系统、成本相对较高

b.       催化剂的使用

c.       催化剂的淬取。但如果这一指标达不到要求，产品档次难以达到一定的水准，难以得到提高。国内包装膜生产线原材料一般皆使用国产原材料。电工类产品只有极少厂家在生产低档次产品时使用。

⑤添加剂：主要有抗氧化剂、热稳定剂、抗粘连剂，从含量上说，粗化膜抗氧化剂含量远远小于光膜产品的材料，粗化膜在1000ppm左右，光膜在4000ppm左右。

⑥分子量分布：分子量重均分子量（）、粘性分子量（）、数均分子量（）

平均值 =7000—10000左右

Q=/=4.0—5.0(3.0—6.0)

数值越小越窄，拉伸强度高，但加工条件严格，易破膜

数值越大越宽，低分子量组分相对增多，熔体流动性能提高

易加工，成膜性能好，工艺条件可加宽，但拉伸强度受到制约，一般要求在4.0—5.5之间。

⑦共聚物介绍（聚丙烯共聚物），为特殊产品设计开发

共聚物是聚丙烯与其体气体聚合而成，主要共聚物是丙烯—乙烯混合气体聚合的二元共聚物，也有部分产品实现三元共聚，八元共聚等。

作用：a.包装上，降低热封温度

b.电工类产品，听说过，加快结晶速率

⑧包装，25Kg，半吨，一吨

⑨贮存，尽量避光、避水、防潮

C设备介绍

①叉车

②输送设备、分筛（输送风送、真空、组合）

③清洁设备

④金属分离器

⑤干燥  PP一般吸湿性小，加之储存得当含水量较小，能控制0.03%以下

   PET吸收性强，需干燥

⑥料色（料位显示器）

2．挤出系统

（1）设备 一般设计 

由计量泵前压力P2在控制挤出机马达的转速，当P2下降，转速上升，反之P2上升，转速下降。来达到挤出量的均恒与稳定，以达到进入模头压力P4比较稳定。

一般P2压力波动2Bar、P4、1Bar。当然这种状况在P3压力不太高的情况，效果较好，随着时间增长，精密过滤器前的阻力逐渐增大，P3上升，P4必然出现缓慢下降，这需要通过测厚系统的反馈来共同完成调整工作。

为防止挤出机马达过载引起电机及螺杆损坏，挤出机电气与行动均有安全保护装置，如过流保护器，剪切销等。

a.       挤出机：喂料段、压缩段(塑化段、熔融段);

均化段（计量段）：

加料段，螺纹深度不变；压缩度：渐变；均化段：螺纹一般深度不变。

目的：塑化原材料(挤出量较大的挤出机喂料段没有冷却水冷却)

挤出量大小，均化效果主要取决于挤出机螺杆的直径与长度比（L/D>30）

但L/D过大，①树脂停留过长，易降解

②螺杆自身重量增大，悬臂度加大，容易引起螺杆与料筒磨损

b.计量泵（齿轮泵）

是一种高精度的齿轮泵。齿轮被高精度红运系统带动。常用齿轮泵为外啮合二齿轮的泵。其输入量主要取决于齿形间隙与泵的转速，物料每转的泵出量是基本恒定的，驱动一般由直流电机或变频交流电动机传动控制。为进一步控制精度，有公司设计为三齿轮的泵（日本三菱公司）

C过滤器

1．  粗过滤器  a.作用：滤掉尺寸较大的杂质，延长精过滤器的使用时间及保护计量泵

               增加挤出机压力，有助于挤出机排气与塑化

               改变熔体方向，由旋转为直线方向

              b.孔径：一般较大，一般在50um左右，甚至可达到100um以上
c.种类：碟式（圆盘状）、板式、管式（烛式）等

2．精过滤器   a.作用：聚合物进一步剪切，达到进一步塑化作用
保证产品质量，提高薄膜成膜性

              b．孔径：以产品厚度规格及用途来决定

                 电工类产品 滤网孔径小，反之，则可以略大（3—5倍产品厚度）
产品厚度薄，滤网孔径小，反之，则可以略大、

     一般，在条件允许情况下，过滤面积越大越好，这样可以使用时间较长，更换次数减少

               c.种类，与粗过滤器一致

D熔融管线

连接挤出系统各组成设备的部件，加热方式主要以油加热为主，内部有时配置静态混料器，其不需要额外空间、

传动装置，消耗小，剪切作用小，熔体温升小，结构简单，无密封问题，可以使管内熔体不断分流混合（合管内

熔体更加均匀，精度也进一步均匀。

E 模头（机头）（长缝型）

是挤出片材的成型模具，（有的分类将其列入铸片单元），是决定铸片外形、尺寸最为关键的装置，按其内部流道

的形式可分为鱼尾机头、支管式机头、衣架型机头和螺杆分配机头。

内部结构设计目的要确保：①整个出口处熔体流速均匀一致，制品厚度均匀；②避免机头内部出现死角，避免熔

体引起降解。

1）  鱼尾型机头优点：a.熔体停留时间短，降解少

                    b.结构简单，易加工

                    c.适用广泛

              缺点：a.整个截面流速均匀性差，中间快，两头慢

                    b.两侧散热快，两侧熔体粘度相应较高

                    c.由于内腔打张角不能过大，幅宽受到限制（500mm以下）

2)支管式机头优点：（与鱼尾型相比）：a.可以稳定挤出和分配熔体；b.同样结构简单，易加工；c.可以生产大量的幅宽（3000mm）

T式支管：熔料从中间进入

I式支管：熔料从一头进入 
缺点：不太适合双向拉伸薄膜生产线

原因：1）支管内物料压力分布均匀性差，进料口大，越远越小

2）  衣架式机头：综合上述两种机头的优点，片材幅度范围宽，是目前双向拉伸薄膜生产使用最广泛的一种机头。

机头要求：a.熔体流道光滑，流线型  Ra≤0.06um

          b.结构对称，加热均匀

          c.需定期清洗

上述介绍是一般双向拉伸聚丙烯薄膜生产线控控制单元基本介绍，下面就本生产线的一些不同之处，向大家讲讲

控制方法：速度、压力、等平均控制

流程：

1）  主挤出机：直径φ150mm，辅挤φ114mm，电机目前没来，但一般应该是直流或交流变频

2）  过滤器：碟式，多层，主挤20多层，辅的10多层，每层孔径不一（电加热）

3）  连接块：分配器，将挤出机熔体通过该装置进入复合机头的每一层。

4）  机头：通过不同分配器，可生产ABA、ABB、BBB、BBA等类型产品。

3.激冷辊及附片装置                           

a.工艺说明:熔体离开机头后,借助于附片装置的外力作用,迅速贴在低温、高光洁度冷却的转鼓表。由于高温熔体和冷鼓及时进行热交换，熔体被快速冷却，当它脱离剥离辊时，就形成固体厚片。这个过程叫铸片过程。

b.铸片单元装置：一般情况

①激冷辊  ②冷却加热系统   ③传动系统   ④剥离辊   ⑤附片装置（气刀）   ⑥部分生产线另加铸片测厚  ⑦第一辅助收卷

c.系统介绍

1．方式   ①冷辊+气刀   ②冷辊+气刀+水槽   ③冷辊+静电吸附   ④多冷辊+气刀  

2．工艺   电容薄膜由于需要表面一定的粗化。铸片要产生一些较大β晶体，生产时需提高冷辊的表面温度、降低冷却速率。

   温度越低，冷却速度快，结晶度下降，球晶小，均匀细密

   温度越高，冷却速度慢，结晶度上升，球晶大

3．冷却流道：直线流道、螺旋流道

4．辊筒表面要求高

5．附片：单气刀、双气刀、气刀加热，静电吸附（真空）：a.为改善薄膜表面晶体结构  b.气刀设置加热装置

要求：铸片无纵横向条纹，无气泡

本生产线附片采用的是冷辊+气刀，辅助气刀加热方式，冷辊水冷采用直线流道，有铸片测厚及第一辅助收卷，同时设置断膜紧急压辊装置。

挤出工序及附片工序注意事项

1）  挤出系统达到设定温度后，需保持一定时间，方可开机

2）  在排料时，初期大家需离远一点，以免溅伤，必需接近工作时，要戴上防护面罩

3）  清洁模唇口，只能用专业的清洁工具

4）  只有在熔料完全干净、流速均匀、方可向后工作

5）  铸片一定要调好

铸片测厚仪：a.方式  X射线、β射线、红外线等多种形式，在生产线采用法国X射线

            b.目的  ①在开机之初可尽早调整，节约生产时间

②可以与第二测厚仪呼应，更加分明判断产品厚度的均匀性

            c.控制  可控制，可不控制，多尼尔、三菱公司设计一般采用，但第二测厚仪投入后便不使用，本生产线不投入控制

4．双向拉伸系统

有：逐次拉伸法（二次拉伸法）

同时双向拉伸法（一次拉伸法）

纵—横—纵三次拉伸法（不介绍）

主要介绍：挤出的片材分别经过纵向、横向两次拉伸完成取向全过程的方法，一般皆采用先纵控后横控方式

同步拉伸法：管膜法属于此类型，在吹胀的同时，进行了纵横两向拉伸能量消耗小。平膜法也有些类型，主要是夹具的设计很有讲究，由于薄膜在拉伸过程中不与任何辊筒接触，薄膜表面质量好，同时片材不会产生缩颈、厚薄均匀性也比较好控制，由于系统较复杂，设备制造成本高，较少采用，只有生产附加值特别高的产品才适用。BOPP厚度2—4um之间，BOPET0.5—1.5之间,超出上述界限，一般设备也能达到。

（1）纵向拉伸：机器方向，简称MDO

     纵向拉伸是将片材进行加热后，通过两组或多组不同温度，速度的辊筒来实现，因此就有单点、两点、多点拉伸之分，我们这生产线为两点拉伸。

A区域：预热、拉伸、定型

B 加热方式：（分别介绍）油、蒸汽、油汽、红外

C 拉伸比 4.5≤a×b≤5

D 基本设备 （1）多区域辊筒，及夹辊（5根）、张力辊（2根）  （φ592  φ150  φ310）

            （2）穿膜装置（链条、切刀）

            （3）断膜探测器

            （4）第二辅助收卷机

E 设备要求  辊筒表面要求高，预热及定型Rt≤1um，拉伸Rt≤0.5um

            橡胶压辊表面无缺陷，耐温，硬度60

基本要求及注意事项

1）  由于属高温及旋转区域，安全是特别关键的。a.防止夹伤  b.烫伤

2）  开机前辊筒表面卫生一定要清洁

3）  引膜前检查  a.低速＜20m/min   b.处于未拉伸设置   c.夹辊及拉伸辊处于非工作位置

（2）横向拉伸（机器垂直方向。简称TDO）

A 基本结构图

B 设备构成

1）入口区域设备

a.入口导向辊  作用是确保进入横拉机的片材始终处于夹口平面内。防止脱夹

b.导边器（探测器），共有两个，左右链轨的横梁上，随链轨一道运动，可手动调节，也可自动控制，方式有阻隔气流、光线、声波等，因此形式有气动型、光电型，超声波型，目的确保片材进入夹的宽度保持稳定。

C 链条张紧器 位于入口，张紧力的大小可调节，液压油缸控制，主要补偿拉幅机导轨热膨胀的影响。

D 闭夹器  安装于拉幅机入口内侧，形式有平板式、圆盘式、碰吸式

   前两种方式原材料是金属或聚四氯乙烯制成，通过气缸来控制，工作时气缸落下，压在夹具夹臂上，把夹口闭合。非工作时可以打开，使夹口处于张状态。

磁性有两种：永久磁性、电磁性两种，适合于高速。

E 穿片膜板：安装于拉幅机入口链盘内侧，可上下移动，上作为引膜时用，成功后打下。

F 入口链夹导向轮  导向轮可以带齿，可以不带齿

G 排气罩 （本生产线未设）

2）链条一夹具：是拉幅机最主要的部件之一

3）导轨：接油槽

4）对需要强制冷却夹具的拉幅机，在链条非工作一侧，有一个风管，冷却空气冷却夹具，提高轴承寿命（一般BOPET设置，定型区温度高，本生产线设置了该装置）

5）加热、冷却系统

采用电加热、油加热、蒸汽加热三种方式

系统：电动机、风机、加热器（冷却为表冷器）、风管（静压箱）、过滤器

设计链要求：加热的均匀性、风速一致

在拉伸区—定型区顶部装有补风与排风内管，用于缓慢更新拉幅机内的空气。

6）调幅装置：通过该装置调节各区域拉幅机宽度，横向拉伸比及薄膜松驰度，调节丝杆两端螺旋方向相反，螺距相等的螺纹，调幅时，两边对称调节。

7）出口部件

a.主传动系统

b．链条、导轨、夹具润滑系统

c.照明装置：为清洁卫生及观察拉幅机内部情况

d.开夹器：有磁性的半接触式、轨道式、同步链盘等多方式

f.断膜探测系统

g.吹边系统   与f联系在一起

h.箱体与地面  箱体内外层为铝板或镀锌板或不锈钢，中间填充绝热保温材料，地面绝热材料一般有蛭石、珍珠岩，厚度10—20cm，导热系数K=0.06，表面覆盖铝板、镀锌板或不锈钢板。

i.中心切刀 气动式 断膜时可以启动，出厚边料，处理正常后提起

j.度膜池：有机械式、变频调速设计

 本生产线横拉机介绍：          操作要求：包括横拉清洁、安全等事项

5．牵引辊站

薄膜从TDO出来后，经过该区域，通过冷却、展开、切边（并送入吸边、进行粉碎）厚度控制，电晕处理

设备包括：1）展平辊：原设计很多为弓形辊，香蕉辊（现基本用剪辊代替）现一般用边缘展平性质辊（剪辊）每组4根，φ50×100mm组成，两辊平行，但与薄膜形成一定角度，外层橡胶、芯轴滚动轴承气动方式上下。

2）冷却辊：薄膜虽然已进行冷却，但仍然在40-50℃以上，不进行冷却产品变形大，同进对测厚效果产生一定的影响，水温控制在20-30℃

3）测厚仪：不仅具有显示功能，还能具有自动反馈功能，显示包括：横向厚度变化

   纵向厚度变化、多次累积变化、整个膜卷、可控制冷辊转速或计量泵转速

   模头螺栓的控制等，种类与第一测厚仪相同，本生产线采用X射线

4）导向辊：a.保证测厚仪处于同一水平面

           b.导向作用

           c.镀铬膜

5)切边及吸边系统：a.有在测厚仪之前，有在测厚仪之后

   在测厚仪之后，测厚仪反映整个膜及边膜厚度，可有效控制两边侧及厚边厚度，提高产出率，但由于膜带来一定的热量，给测厚带来一些影响，要求测厚仪控制更高一些

   反之，在测厚仪之前，边部控制较难，但对测厚有好处

b.包装线将此处回收料进出境行再利用，由于电膜生产线要求的特殊性，不提倡利用，本处产生废料量一般在15—20%之间，薄大、厚小的原则

c.切刀采用旋转式安装，在断膜间隙可以调换，每次可安装4—6片

6）张力隔离牵引辊（真空辊）

为维持恒张力，恒速度将牵引铝薄膜送往收卷机，在牵引辊站出口

有生产线在切边后也有安装

本生产线在切边后安装是两侧等积真空，出口全等积真空

真空辊：多孔金属辊，表面涂耐臭氧的特种聚酯弹性材料

孔径为φ3mm小孔，面积达总面积50%。两端设排气箱

7）电晕处理：包括高压发生器、电板、处理辊、耐臭氧排风罩、压辊（气刀）、加热、冷却

目的：使薄膜表面产生极性基团，表现被激活，增大薄膜表面张力，利于印刷、蒸镀

BOPET未电晕已达42达因，为特殊要求，电晕后可达52以上

BOPP未电晕可达28达因，但印刷、蒸镀需求在35左右，电晕后一般要求在28—42达因，因为在时效后，表面张力有一定的下降。

压辊：效果在厚膜、窄幅有优势

气刀：效果在薄膜、宽幅有优势

加热冷却：不需电晕时，水温在20—30℃

          需电晕时，水温在40--55℃

生产粗化膜在无特殊要求下，不需要电晕处理，但为了卷制效果，有设计在电晕处理电极有小电极5—10cm宽，但不适合摆动要求。

(8)摆动系统（与收卷一起）

为消除收卷轴上由于薄膜横向断面的局部区域出现厚度累积偏差而引起收卷质量差，设计摆动系统，包括切刀、剪辊等皆需同步，摆动量在100mm以下。

（9）支架：为穿膜方便，有公司设计只需将膜顺着牵引机一侧的膜槽通过即可，但由于幅宽过大，将设备强度要求更高，特别是测厚装置，有设计在此将“   ”为“”，保证测厚的稳定性。

本生产线介绍、注意事项、卫生、安全、特别注意电晕处理等。

6．收卷系统

薄膜离开牵引站后，立即进入薄膜收卷机，薄膜通过收卷机扩展辊、展开辊、接触辊、静电消除等，最后缠绕在收卷机卷芯上，完成薄膜成型加工的整个过程。

描述：

从上述设备包括：（1）导辊    （2）扩展辊（香蕉辊）    （3）剪辊    （4）张力辊    （5）接触辊

（6）收卷辊     （7）卷芯   （8）转塔     （9）空卷芯    （10）自动切刀  （11）摆动  (12)卸膜小车等

设备介绍：1）张力辊：检测、控制薄膜张力的功能

          张力：张紧薄膜的力为张力，其大小取决于卷芯表面的线速度，其大小直接影响薄膜的松紧度，收的紧，产生皱纹，张力不足，空气量卷入多，薄膜松，易轴向滑移，分切放卷时抖动大。

2）展平辊及剪辊：使薄膜在收卷时薄膜尽量平整

3）．接触辊：自动调节收卷压力的功能

   目的：排气、防皱

   一般有三种结构：A直管状，两个轴端均有一个气缸，可以同步推动跟踪辊平移。

特点：适宜于窄幅膜，对于宽膜，由于两端压力大，中间小，膜中间气排的不够理想，空气含量大，18—20%

B 跟踪辊有一个长的芯轴，轴上安装轴承，外面橡胶辊套，空气量在12—15%

C 预设弧型

4）摆动：轴向的：与前面提及的废边切刀等保持一致

5）电离棒：消除静电  多种方法

6）自动切刀：为自动换卷使用

   方法：有快速横向切，慢速横向切割，垂直切割等

例行试验测试：

a.       厚度：粗糙度、热收缩、拉伸、浸润张力（空隙率）、介电、浊度等

b.       工作的严谨性（对用户、对自己负责）

c.       数据真实的判断性

7．时效

从收卷机卸下的BOPP膜卷，必须进行一定时间的时效处理，才能进行分切。

条件：20—30℃   50—90%   2—3天

目的：①充分自由收缩，释放内应力，提高产品尺寸稳定性

②添加剂能向表面迁移

但不能过长：①再结晶过多对产品产生负面影响

②皱折定型，无法消除

③吸湿性

设备：行车、时效架、卷芯

7．分切

大卷芯上的薄膜，只是生产线的半成品，根据用户的需要进行再次分切复检，完成这一工作的机器是分切机。

分切后的产品大都是直接面对用户的，因此分切过程是决定产品质量的很关键环节，不能疏忽大意。

其一：主线产品好，分切更加好

其二：主线产品有点问题，可以通过分切改善

设备介绍：1.放卷臂，分切机入口

2．  张力控制辊，为恒速，稳定分切

3．  摆动系统，由于受幅宽影响±5cm

4．  导向辊

5．  展开辊

6．  刀槽辊及切刀

7．  接触辊

8．  夹辊

9．  收卷臂

10．              运膜小车

主要控制参数：张力大小，递减梯度，接触辊压力及梯度衰减，分切速度等

8．再度时效及检验

9．包装