呂劍銳，袁園，王孟麗

(大連橡膠塑料機(jī)械有限公司，遼寧 大連 116036)

1 工作原理

與傳統(tǒng)正壓風(fēng)刀在塑料擠出拉伸薄膜鑄片系統(tǒng)中的工作原理基本相同，其在鑄片過(guò)程主要起著輔助附片、定邊作用。通過(guò)風(fēng)刀附片的外力作用，可將自模頭擠出的聚合物熔體迅速緊密貼附在鑄片輥面上，有效排除離開(kāi)模頭唇口的熔體膜片與鑄片輥間夾雜的空氣，并對(duì)膜片邊緣進(jìn)行壓制定邊，避免或防止鑄片翹曲、厚度異常、膜片邊緣不整齊、膜片后續(xù)拉伸出現(xiàn)花紋或氣泡痕跡等問(wèn)題出現(xiàn)。與傳統(tǒng)正壓風(fēng)刀不同，更為先進(jìn)的是溫控風(fēng)刀裝置配置外源風(fēng)過(guò)濾、溫控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)外源風(fēng)根據(jù)鑄片及后續(xù)拉伸工藝需要進(jìn)行溫度、壓力調(diào)控功能，有效調(diào)控模頭模唇擠出熔體在鑄片過(guò)程中的冷卻速度，保證鑄片橫、縱向厚度及溫度均一性、結(jié)晶溫度、結(jié)晶速度、結(jié)晶度、晶粒結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸等性能參數(shù)，滿足后續(xù)薄膜拉伸工藝對(duì)鑄片的性能要求。

2 結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)

2.1 主要結(jié)構(gòu)

如圖1、圖2所示，本文所述的塑料擠出拉伸薄膜鑄片系統(tǒng)溫控風(fēng)刀裝置包括高壓變頻離心風(fēng)機(jī)1、過(guò)濾器2、輸送風(fēng)管3、換熱器4、風(fēng)刀5、熱油站6、溫度壓力控制系統(tǒng)7等。其中高壓變頻離心風(fēng)機(jī)是風(fēng)刀供氣的動(dòng)力源，風(fēng)量、風(fēng)壓可根據(jù)鑄片過(guò)程輔助附片需求進(jìn)行變頻控制調(diào)節(jié)；過(guò)濾器是外源風(fēng)潔凈處理的保障，其過(guò)濾精度可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置；熱油站、換熱器是保證風(fēng)刀風(fēng)源溫度均勻可控的溫控系統(tǒng)，根據(jù)鑄片成型及后續(xù)拉伸工藝需求進(jìn)行調(diào)整；輸送風(fēng)管是連接換熱器、風(fēng)刀的橋梁，實(shí)現(xiàn)將潔凈、風(fēng)量及溫度均勻可控的溫控風(fēng)持續(xù)通入風(fēng)刀進(jìn)風(fēng)口功能；溫度壓力控制系統(tǒng)是保證風(fēng)刀狹縫出口處壓力風(fēng)溫度、壓力穩(wěn)定均勻的關(guān)鍵部分，通過(guò)將檢測(cè)出風(fēng)口溫度、壓力信號(hào)分別反饋給熱油站、高壓離心風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，風(fēng)刀供氣溫控、壓力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，保證鑄片工藝所需的風(fēng)刀出風(fēng)溫度、壓力要求及溫度、壓力穩(wěn)定均勻性[1]。

圖1 溫控風(fēng)刀裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 溫度、壓力調(diào)控結(jié)構(gòu)及功能

圖2 溫控風(fēng)刀裝置原理圖

風(fēng)刀狹縫出風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)壓強(qiáng)弱及穩(wěn)定均勻性在一定程度影響模頭附近已建立的穩(wěn)定氣場(chǎng)，而模頭模唇熔體在鑄片過(guò)程中對(duì)外部風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)非常敏感。若鑄片過(guò)程發(fā)生模頭附近穩(wěn)定氣場(chǎng)氣流擾動(dòng)，可能引起模頭模唇擠出熔體抖動(dòng)，影響膜片定型冷卻結(jié)晶性能、膜面平整性，易造成膜片夾雜氣泡、波紋、厚度不均勻等缺陷。塑料擠出拉伸薄膜生產(chǎn)過(guò)程中，常會(huì)因?yàn)轱L(fēng)刀狹縫出風(fēng)口風(fēng)量、風(fēng)壓波動(dòng)過(guò)大導(dǎo)致膜片在后續(xù)拉伸生產(chǎn)過(guò)程中引起薄膜出現(xiàn)大間距橫向條紋；由于風(fēng)壓不均引起縱向條紋，且通常在壓力風(fēng)對(duì)膜片的施力點(diǎn)前無(wú)法觀察出來(lái)，施力點(diǎn)之后才可發(fā)現(xiàn)。由于風(fēng)刀狹縫出風(fēng)口壓力風(fēng)壓力、風(fēng)量的強(qiáng)弱及均勻性影響，有時(shí)可觀察到膜片在固定位置存在連續(xù)縱向條紋，而后續(xù)的拉伸過(guò)程會(huì)出現(xiàn)薄膜橫向厚度不均勻，收卷、分切后出現(xiàn)“暴筋”或“縱向皺紋”現(xiàn)象。

以結(jié)晶性塑料熔體為例，其結(jié)晶性具有強(qiáng)烈的溫度依賴性特點(diǎn)。自模頭模唇擠出的熔體在鑄片過(guò)程可能會(huì)存在冷卻不均勻引起結(jié)晶不均勻、結(jié)晶度及晶粒構(gòu)造形態(tài)、晶粒種類、晶粒尺寸不符合拉伸工藝需求、厚度偏差大等問(wèn)題。鑄片結(jié)晶度過(guò)高會(huì)引起后續(xù)拉伸膜階段破膜、薄膜霧度增大、薄膜表面粗糙度變差的問(wèn)題；結(jié)晶度低，有利于后續(xù)薄膜拉伸，但結(jié)晶度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致薄膜機(jī)械性能下降、剛性變差；膜片厚度偏差大，可能影響縱向拉伸的受熱均勻性、拉伸穩(wěn)定性，且易引起拉伸過(guò)程脫夾[1]。

鑒于以上實(shí)際需求考慮，如圖1、圖2所示，溫控風(fēng)刀裝置結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程中可以很好地實(shí)現(xiàn)風(fēng)刀供氣系統(tǒng)的溫度壓力控制單元、熱油站、高壓離心風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)閉環(huán)反饋控制，有效保障風(fēng)刀狹縫出口壓力風(fēng)根據(jù)鑄片工藝要求溫度、壓力穩(wěn)定、均勻可控性。溫控風(fēng)刀裝置的研究設(shè)計(jì)及應(yīng)用，通過(guò)風(fēng)刀附片操作時(shí)風(fēng)刀狹縫壓力風(fēng)的溫度、壓力可控調(diào)節(jié)，為妥善解決以上問(wèn)題提供了更為寬泛的工藝調(diào)整條件、措施方法，有效調(diào)控鑄片過(guò)程膜片的冷卻速度，消除或減弱因結(jié)晶度、晶粒構(gòu)造形態(tài)、晶粒種類、晶粒尺寸不符合工藝需要而影響后續(xù)塑料薄膜拉伸的拉伸強(qiáng)度、沖擊韌性、斷裂伸長(zhǎng)率、密度、阻隔性、熱收縮性等力學(xué)性能。

2.3 三維調(diào)整結(jié)構(gòu)及功能

如圖3所示，實(shí)際薄膜擠出拉伸生產(chǎn)過(guò)程中時(shí)常出現(xiàn)小間距橫向條紋，究其原因，此問(wèn)題在一定程度上受風(fēng)刀位置、角度等因素影響，這些不利因素都可能會(huì)引起模頭附近已建立的穩(wěn)定氣場(chǎng)發(fā)生氣流擾動(dòng)，而模頭模唇熔體在鑄片過(guò)程中對(duì)外部風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)非常敏感。鑄片的過(guò)程中，若風(fēng)刀狹縫出風(fēng)口對(duì)鑄片過(guò)程膜片的施力角度、位置發(fā)生偏離，可能會(huì)造成以下問(wèn)題：

（1）風(fēng)刀狹縫出口壓力風(fēng)施力方向偏模頭一側(cè)，易造成擠出熔體抖動(dòng)，影響鑄片厚度均勻性及膜面平整性；

（2）風(fēng)刀狹縫出口壓力風(fēng)施力方向偏于鑄片輥?zhàn)畲笸廨喞粋?cè)，不易充分排除擠出熔體與鑄片輥面之間夾雜的氣體，影響膜片定型冷卻及結(jié)晶性能，且易產(chǎn)生膜片夾雜氣泡、波紋等表面缺陷；

圖3 溫控風(fēng)刀輔助鑄片結(jié)構(gòu)示意圖

基于上述實(shí)際問(wèn)題，此次設(shè)計(jì)的溫控風(fēng)刀裝置風(fēng)刀具有三維調(diào)整的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。詳見(jiàn)圖4所示，溫控風(fēng)刀裝置具有三維調(diào)整，分別為水平移動(dòng)裝置、升降裝置和角度調(diào)整裝置。

圖4 溫控風(fēng)刀三維調(diào)整結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.1 水平移動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)及功能

如圖5所示，水平移動(dòng)裝置主要由氣缸1（帶行程開(kāi)關(guān)）、直線導(dǎo)軌2、連接架3、水平移動(dòng)架4等組成，沿鑄片幅寬方向雙層布置。根據(jù)生產(chǎn)需要，通過(guò)啟動(dòng)氣缸氣控系統(tǒng)電磁閥，氣缸活塞桿在壓縮空氣的作用下實(shí)現(xiàn)伸縮，在此過(guò)程中連接架、水平移動(dòng)架在氣缸帶動(dòng)下沿直線導(dǎo)軌進(jìn)行滑動(dòng)，帶動(dòng)安裝在水平移動(dòng)架上的升降裝置、角度調(diào)整裝置以及溫控風(fēng)刀同步運(yùn)動(dòng)，在氣缸行程范圍內(nèi)在水平方向?qū)崿F(xiàn)溫控刀前移至模頭與鑄片輥交接處，為鑄片操作前溫控風(fēng)刀位置校準(zhǔn)、檢維修撤出溫控風(fēng)刀以增大操作空間提供了必要條件。

圖5 水平移動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.2 升降裝置結(jié)構(gòu)及功能

如圖6所示，升降裝置主要由螺旋升降器1、變頻傳動(dòng)裝置2、直線導(dǎo)軌3、安裝架4等組成，值得說(shuō)明的是溫控風(fēng)刀與角度調(diào)整裝置組成整體通過(guò)支撐軸、滾動(dòng)軸承、緊固件等組裝在安裝架上。通過(guò)水平移動(dòng)裝置的的作用實(shí)現(xiàn)了溫控風(fēng)刀與鑄片輥、模頭的水平距離調(diào)整，以此同時(shí)或延后可通過(guò)升降裝置實(shí)現(xiàn)溫控風(fēng)刀與鑄片輥之間的豎直距離的調(diào)整。通過(guò)啟停變頻傳動(dòng)裝置，在傳動(dòng)軸的帶動(dòng)下螺旋升降機(jī)、安裝架以一定速度沿直線導(dǎo)軌豎直升降，實(shí)現(xiàn)溫控風(fēng)刀及角度調(diào)整裝置相對(duì)鑄片輥在豎直方向進(jìn)行位置調(diào)節(jié)的功能。

圖6 升降裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.3.3 角度調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)及功能

如圖7所示，角度調(diào)整裝置主要由蝸輪蝸桿減速器1、連接軸裝置2、連接板3等組成。其中蝸輪蝸桿減速器安裝在升降裝置安裝架側(cè)面，具有自鎖功能，是實(shí)現(xiàn)溫控風(fēng)刀角度調(diào)整的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)；連接軸裝置通過(guò)滾動(dòng)軸承座安裝在升降裝置安裝架上；安裝板裝置通過(guò)平鍵實(shí)現(xiàn)一端與連接軸裝置、另一端與溫控風(fēng)刀裝置聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)蝸輪蝸桿減速器旋轉(zhuǎn)動(dòng)作對(duì)溫控風(fēng)刀出風(fēng)唇口角度的調(diào)整。通過(guò)旋轉(zhuǎn)設(shè)置在蝸輪蝸桿減速器端面的手輪實(shí)現(xiàn)溫控風(fēng)刀出風(fēng)唇口相對(duì)鑄片輥、模頭出料口的角度,可非常便捷地實(shí)現(xiàn)溫控風(fēng)刀出口壓力風(fēng)對(duì)膜片的作用點(diǎn)方向，提高了鑄片工藝調(diào)整的可能裕度。

溫控風(fēng)刀裝置的三維調(diào)整結(jié)構(gòu)的設(shè)置，很好地實(shí)現(xiàn)風(fēng)刀狹縫出風(fēng)口相對(duì)于模頭模唇、鑄片輥的水平、垂直、角度相對(duì)位置，可保證自溫控風(fēng)刀狹縫出風(fēng)口吹出的壓力風(fēng)角度對(duì)膜片的施力點(diǎn)處于模頭流涎熔體與鑄片輥面接觸的切點(diǎn)位置，且壓力風(fēng)施力面均一并與鑄片輥軸線、模頭模唇熔體擠出線平行，以此實(shí)現(xiàn)風(fēng)刀輔助模頭模唇擠出的熔體沿鑄片輥面切線方向流涎并良好的貼附于鑄片輥上的鑄片工藝需求[3]。

圖7 角度調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

塑料擠出流涎鑄片過(guò)程中，具有三維調(diào)整功能的溫控風(fēng)刀裝置的研究設(shè)計(jì)在輔助附片過(guò)程的應(yīng)用，在保證擠出熔體片材與鑄片輥面快速、充分、緊密貼合及減少流涎鑄片頸縮的功能前提下，可進(jìn)一步優(yōu)化模頭擠出熔體在鑄片過(guò)程的冷卻速度、溫度分布均勻性；有力保障風(fēng)刀附片溫度、壓力的可控性；更有效地保證及控制的熔體冷卻速度、結(jié)晶速度、結(jié)晶性、晶粒種類，保證鑄片橫、縱向厚度均一性、結(jié)晶度及晶粒度分布均勻度，為下一步膜片的拉伸取向或其它特殊工藝對(duì)鑄片性能要求提供有利條件保證。