楊濤 楊鑠冰

（1.宜興市光輝包裝材料有限公司；2.江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院）

定向交叉復(fù)合薄膜是一種新穎的包裝材料，它是由2層或多層具有不同取向方向的薄膜，通過粘合或其它方式復(fù)合而成的一種復(fù)合薄膜。相鄰兩層間的薄膜取向，可以是直角交叉，也可以是斜角交叉。單一方向取向的薄膜，其性能只在取向方向上得到增強(qiáng)，而另一方向難免降低，通過與不同取向薄膜的復(fù)合，形成一種定向增強(qiáng)的網(wǎng)狀應(yīng)力支撐結(jié)構(gòu)，使交叉復(fù)合薄膜各個(gè)方向均有優(yōu)異的機(jī)械性能。實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)合薄膜表現(xiàn)為具有突出的高強(qiáng)度和抗刺穿、耐撕裂等性能，可以作為重包裝材料使用。

交叉復(fù)合薄膜最常用的成型方法，是利用單層薄膜先在不同方向拉伸取向，然后按照一定角度將2層或多層取向薄膜，熱粘合或?qū)訅杭庸こ山徊鎻?fù)合薄膜。無溶劑復(fù)合技術(shù)使這種加工方式變得更為環(huán)保。

吹塑成型是薄膜加工方法之一，是通過環(huán)形機(jī)頭將塑料熔體吹制成膜管，經(jīng)風(fēng)環(huán)冷卻定型，由人字板逐漸壓疊成寬度為膜管周長(zhǎng)一半的雙層薄膜，通過卷曲裝置收卷，獲得薄膜半成品。吹膜法是一種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的薄膜成型加工方法。

采用共擠出技術(shù)，通過多層復(fù)合機(jī)頭可以吹塑成多層復(fù)合薄膜。但要在吹塑過程中實(shí)現(xiàn)定向交叉復(fù)合，還需要在吹膜裝備和加工技術(shù)方面有新突破。本文介紹兩種典型的定向交叉復(fù)合薄膜吹塑成型技術(shù)，供大家學(xué)習(xí)、參考。

一、垂直定向交叉吹塑復(fù)合薄膜成型技術(shù)

SUDEX定向交叉復(fù)合薄膜技術(shù)，由日本日交樹脂公司和三菱油化工業(yè)公司開發(fā)生產(chǎn)。該復(fù)合薄膜是由3臺(tái)擠出機(jī)吹制而成，內(nèi)層膜管被橫向拉伸，而中外層采用共擠出縱向拉伸方式，最后再熱壓貼合而成定向交叉復(fù)合薄膜產(chǎn)品。

1.工藝流程

圖1 SUDEX交叉復(fù)合薄膜生產(chǎn)工藝流程

表1 SUDEX定向交叉復(fù)合薄膜性能

如圖1[1]，擠出機(jī)1將聚乙烯粒料塑化擠出，采用下吹法吹制成以橫向取向?yàn)橹鞯哪す?，作為?fù)合膜的內(nèi)層膜；中外層薄膜由擠出機(jī)2和擠出機(jī)3組成的共擠出吹膜機(jī)組完成，中外層共擠薄膜通過牽引裝置主要進(jìn)行縱向取向。內(nèi)層管膜穿過中外層模頭中間的通孔，被導(dǎo)入中外層管膜內(nèi)部。內(nèi)層膜管由預(yù)熱芯軸5預(yù)熱，中外層膜管由遠(yuǎn)紅外線外加熱器6預(yù)熱。被預(yù)熱的內(nèi)層及中外層薄膜在貼合芯軸7的錐面上，在橫向上適度拉伸后，再貼合芯軸的圓柱面上被進(jìn)一步加熱，最后被貼合成外層縱向取向、內(nèi)層橫向取向的垂直交叉復(fù)合薄膜。預(yù)熱芯軸和貼合芯軸采用蒸汽加熱方式。復(fù)合薄膜經(jīng)熱處理和電暈處理后，在卷取機(jī)上收卷成膜卷。

2. SUDEX定向交叉復(fù)合薄膜性能

SUDEX定向交叉復(fù)合薄膜綜合性能優(yōu)良，熱封強(qiáng)度高，可以包裝溫度較高的物料，是比較理想的重包裝薄膜。同時(shí)，該薄膜作為礦井通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)筒材料、建筑防潮防水材料等也有很好的實(shí)用價(jià)值。其性能及與LDPE薄膜對(duì)比情況，如表1[2]所示。

二、螺旋定向交叉復(fù)合薄膜吹塑成型技術(shù)

螺旋定向是一種新穎的吹塑薄膜定向技術(shù)。簡(jiǎn)單地說，交叉定向就是在適宜的溫度下，使管膜母線與軸線成一定角度，并沿復(fù)合薄膜引出方向連續(xù)扭轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)螺旋式定向。與此同時(shí)，在定向后的管膜內(nèi)表面噴涂粘合劑，靠幾對(duì)夾輥加壓，使其層合在一起。

1.工藝流程

吹塑法交叉定向吹塑復(fù)合薄膜的生產(chǎn)裝置如圖2[3]所示。

圖2 螺旋定向交叉復(fù)合薄膜吹塑成型工藝流程圖

由擠出機(jī)1擠出的聚烯烴熔融樹脂經(jīng)環(huán)形機(jī)頭2制成薄壁管坯，同時(shí)從支撐軸5的軸向通孔16通入壓縮空氣，使管坯膨脹至所需直徑的膜泡。然后經(jīng)過固定芯軸6，并由芯軸內(nèi)部的加熱冷卻裝置調(diào)整其膜泡溫度。

為了使膜泡緊貼固定芯軸外表面，便于拉伸定向，膜泡直徑應(yīng)比固定芯軸直徑小3～5%。

膜泡達(dá)到拉伸定向溫度后，被一組比擠出速度快0～10%的進(jìn)給輥7壓送至連續(xù)扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。此時(shí)膜泡在轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸9和旋轉(zhuǎn)輥17之間相對(duì)軸線成45°傾斜角扭轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，上部的牽引裝置在牽引比≥2的情況下進(jìn)行延伸。在這種連續(xù)而協(xié)調(diào)的扭轉(zhuǎn)和牽引作用下，獲得螺旋定向的管狀薄膜。

被扭轉(zhuǎn)定向的泡管，經(jīng)人字形螺旋導(dǎo)輥11逐漸壓扁，并通過噴射裝置12向膜泡內(nèi)表面噴涂粘合劑，經(jīng)夾輥13使膜泡交叉復(fù)合，最后由導(dǎo)向輥引至卷取機(jī)進(jìn)行收卷，獲得復(fù)合薄膜半成品。

2.設(shè)備及裝置

吹塑螺旋定向交叉復(fù)合薄膜的設(shè)備及裝置由擠出、防扭、扭轉(zhuǎn)和牽引四部分組成。

（1）擠出裝置

螺旋定向交叉復(fù)合薄膜吹塑成型可采用普通吹塑薄膜的擠出設(shè)備，主要根據(jù)所加工物料性能和擠出量要求進(jìn)行選型。

（2）防扭裝置

它包括膜管壓送機(jī)構(gòu)，固定芯軸和加熱冷卻部分。其主要作用是壓送管膜，防止在非扭轉(zhuǎn)部位和高速牽引作用下，使管膜發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

如圖2所示，壓送輥7的表面為凹弧形或圓柱形，其數(shù)量有三個(gè)，四個(gè)和八個(gè)不等。排列方式分為單層(同一平面)或雙層(兩個(gè)平面)相互交錯(cuò)兩種。

固定芯軸是一個(gè)圓柱形空心體，下部可設(shè)計(jì)成球形或圓錐形。內(nèi)部設(shè)有加熱冷卻裝置，包覆于固定芯軸的管膜，先與冷卻部分接觸。所通入的冷水(或熱水、熱油等介質(zhì))經(jīng)支撐軸5上的通孔14往復(fù)循環(huán)。

冷卻部分的上方裝有電加熱器，用以調(diào)節(jié)固定芯軸的表面溫度，便于膜管順利拉伸定向。

（3）扭轉(zhuǎn)裝置

這是交叉定向設(shè)備的關(guān)鍵部分，為管膜產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)提供必要條件。

由圖2可知，這種裝置設(shè)在固定芯軸上面，由轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸9和很多呈凹弧形的旋轉(zhuǎn)輥17所組成，管膜4被夾在其中。為防止管膜起皺，旋轉(zhuǎn)輥傾斜安裝。

通常，轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸的直徑比固定芯軸的直徑大10～30%，以消除膜管在扭轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的相對(duì)滑移。為更加可靠，將轉(zhuǎn)動(dòng)芯軸表面加工成沿軸向均勻等分的多槽形。槽深一般小于3mm，小于等于1mm的槽深多被實(shí)際使用。

（4）扭轉(zhuǎn)牽伸裝置

扭轉(zhuǎn)牽伸裝置包括人字形螺旋導(dǎo)輥和壓夾輥(牽引輥)。

螺旋導(dǎo)輥是一個(gè)重要部件，對(duì)膜管具有扭轉(zhuǎn)和導(dǎo)向作用，避免膜管起皺。

為獲得預(yù)期的傾斜定向角度，導(dǎo)輥螺旋角α2必須等于膜管的螺旋角α1，即：

而tgα2=S2/πd

所以d/D=S2/S1

式中d-螺旋導(dǎo)輥直徑

D-膜管直徑

S1-螺旋導(dǎo)輥的螺距

S2-管膜形成螺旋定向時(shí)的螺距

三、總結(jié)與展望

交叉定向復(fù)合薄膜，通過吹膜方式實(shí)現(xiàn)一次性成型，可將吹膜法的簡(jiǎn)便化和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步發(fā)揮，為高強(qiáng)度薄膜的加工生產(chǎn)提供了一種新的選擇。

本文介紹的兩種典型的交叉復(fù)合薄膜吹塑成型技術(shù)，雖開發(fā)于上世紀(jì)70年代，但隨著技術(shù)的不斷完善與更新，目前仍有企業(yè)在使用該類技術(shù)生產(chǎn)高強(qiáng)度的薄膜產(chǎn)品，服務(wù)于市場(chǎng)。如美國(guó)Val éron（維羅朗）公司等。

同時(shí)，我們也該清楚的看到，該類成型技術(shù)使吹膜設(shè)備趨于復(fù)雜化，薄膜規(guī)格品種更換操作比較麻煩，并未在薄膜領(lǐng)域形成一種主流的高強(qiáng)度薄膜加工方式。自動(dòng)化、簡(jiǎn)便化依舊是吹膜法一次性成型定向交叉復(fù)合薄膜技術(shù)的改進(jìn)與提高的方向。

[1]陳業(yè)學(xué)，管膜法聚烯烴交叉復(fù)合薄膜及其加工，現(xiàn)代塑料加工技術(shù)，1989（03）：32-37；

[2]周祥興，軟塑包裝講座（二十）交叉復(fù)合薄膜，中國(guó)包裝工業(yè)，2002（08）：7-10；

[3]于丁，吹塑薄膜，北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1987：184-188。