TPU薄（báo）膜流延（yán）成型技（jì）術

關鍵詞：TPU，流延機

高分子材料工業共包含“原材料生產”（即樹脂、生膠，還包括半成品的（de）生產）和“製品生產（chǎn）”兩個係統。製品的生產（即（jí）加工工業）包含很多種類，如：TPU、PVC、PP、PC、ABS等。其中TPU是一種新（xīn）型的環保材料，相（xiàng）比較其他材料有其（qí）獨特的性能。被稱為“第三代橡膠”其獨特的性能，決定（dìng）了加工方法與其（qí）他材料略有不同。本文根據傳統材料的加工方法，結合（hé）自（zì）己的實踐（jiàn）經驗（yàn）。總結了適應TPU的加工（gōng）方法。

1、加（jiā）工成型用的原料及其配製

1.1 加工成型用（yòng）的原料

原料的選用一般選用擠出級TPU樹脂，MFR在20—60g/10min。樹脂（zhī）的牌號和類（lèi）型根據薄膜的用（yòng）途選定：如，需耐水解，做水上（shàng）產品用的薄膜，應選用聚醚型的TPU樹脂，國產的山東萬華的WHT8085；進口的路博潤的58219等。

1.2 原料（liào）的配製

1.2.1 配料

將（TPU）樹脂為主要（yào）原料和其他的輔助（zhù）材料按配方的要求，按一定的質量比計量（liàng）後，混合均勻稱為配料。

1.2.2 原料的混合

原料的混合（hé）是把以TPU樹（shù）脂為主要原料和其他一些輔助材料（製品成型用（yòng）料配方（fāng）中的材料），按配方要求計量後，在混合機中攪拌混合均勻；然後再按原料成型（xíng）工藝要（yào）求，直接投入到擠出機內（nèi）擠出成型。

1.2.3 物料的輸送

在TPU配混料的配製過程中（zhōng），要解決樹脂的（de）輸送與計量，目前多數采用氣動輸送係統。物料的氣動輸送一（yī）般以空氣為動力源，速率較高，且具備（bèi）機械輸送的多數（shù）優點，但受物料大小的限製。大塊、團塊、餅狀物料不能采用。

TPU樹脂的氣動輸送係統由負壓動力（lì）機組操作。它把（bǎ）TPU樹脂從大（dà）貯料倉中抽（chōu）吸出來，物料被抽提（tí）到過濾收集器，在這裏與氣（qì）流分開。從過濾收集器出來的物（wù）料，由於重力（lì）而落入儲料筒，通過氣流送入主（zhǔ）機。

1.2.4 物料的幹燥

幹燥是指利用加熱、熱風、真空等動力源，在物料的配（pèi）製或成型之（zhī）前（qián），除去原材料（合（hé）成樹脂和（hé）各種添加劑）中（zhōng）水分及（jí）其揮（huī）發物（wù）的工藝過程。

1.2.5 TPU分散體

TPU分散體所含組分有（yǒu）樹脂、分散劑、稀釋劑、膠凝劑、穩定劑、填充劑、著色劑、表麵活性劑以及為特殊目的而加入的（de）其他助劑等，關於分散體的具體配方，在以（yǐ）後的論文中會有詳細的介紹。

2、塑料薄膜擠出機

2.1 擠出機成型（xíng）生產應用

擠出機是塑料成型加（jiā）工的重要成型（xíng）方法之一，大部（bù）分熱塑性塑料都能用此法進行加（jiā）工。與（yǔ）其他成型方法相（xiàng）比，擠出成型有下述（shù）特點：生產過（guò）程是連續的，因而產品都是連續的，生產（chǎn）效（xiào）率高；應用範圍廣；投資少，收效快。

2.2 擠出機的分類

擠出機的分類（lèi）方法（fǎ）如下：按（àn）螺杆數目的多少可分為單（dān）螺杆擠出機、雙螺杆擠出機和多螺杆擠出機；按可否排氣分為排氣擠（jǐ）出機和非排氣擠出機；按螺杆的（de）有無可分為螺杆擠出機和無螺杆擠出機；按螺（luó）杆在空間的位置可分為臥式擠出機和立式擠出機 。

2.3 塑料薄膜擠出機的結構

塑料薄膜（mó）生產線上最常采用的（de）是非排氣（qì）臥式（shì）單螺杆擠出機，其次是排氣臥式單螺杆擠出機和雙螺杆擠出機（jī）。

在塑料（liào）流延薄膜生產線上，擠出機稱為主（zhǔ）機，由螺（luó）杆、機（jī）筒、料鬥、加熱（rè）冷卻係統、傳動係統（tǒng）、機架、電（diàn）氣控製係（xì）統和過濾網等組成，它是塑料擠出流延成型薄膜生產線的核心單元設備。

而其（qí）後（hòu）續設備，如（rú）模頭、流延機（jī）、測厚儀、電暈處理機、擺幅機構（gòu）、收卷機等統稱為塑（sù）料流（liú）延薄膜生產線輔機（jī）。

3、流延TPU薄膜的加工工藝及其參數

3.1 流延TPU薄（báo）膜的加工工藝

流延（yán）薄膜加（jiā）工工藝是樹脂經擠出機熔融塑化，從機頭（tóu）通過狹縫型模口擠出，使（shǐ）熔料緊貼在冷卻輥筒上，然後再經過拉伸、分切、卷取。流（liú）延法成型方式易於大型化、高速化和自動化，生產出來的薄膜透明度比吹塑薄膜好，厚薄精度高，薄膜均勻性好（hǎo），強度也高（gāo）20%～30%，可用於自動包裝，但所需設備投資（zī）較（jiào）大 。

3.1.1 擠出流（liú）延薄膜工藝流程和生產線（xiàn）主要裝置

（1）擠（jǐ）出機擠出（chū）機的規格決定薄膜的產量，規格較大時也（yě）可（kě）用？200mm的擠出機。由於流延薄膜的（de）高速化（huà）生產，因此，擠出（chū）機的規格至少選擇？65mm以上。螺杆結（jié）構多采用混煉結構，結構應能滿足邊角料回收的要求。螺杆的長徑比為25～33，螺杆壓縮比（bǐ）為4。

（2）機頭生產流延薄膜的機頭（tóu）為扁平機頭，模（mó）口形狀為狹縫式。這種機頭（tóu）設計的關鍵（jiàn）是要使物料在整個機（jī）頭寬度上的流（liú）速相等，這樣才能獲得厚度均勻、表麵平整的薄膜。這種機頭對於（yú）擠出薄膜或片材同樣適用（yòng）。

（3）流延生（shēng）產線中（zhōng）的冷卻裝置主要由（yóu）冷卻輥、剝離輥（gǔn）、製冷係（xì）統及氣刀、輔助裝（zhuāng）置組成。

①冷卻輥冷卻輥（gǔn）是流延薄膜中的關鍵部件，其直徑約（yuē）400～500mm，長度約（yuē）比口模寬度稍大。冷卻輥表麵應鍍（dù）硬鉻，拋光（guāng）至鏡麵光潔度。

②氣刀氣刀是吹壓縮空氣的窄縫噴（pēn）嘴，是配（pèi）合冷（lěng）卻輥來對薄膜進行冷卻定型的裝置，其寬度（dù）與冷卻（què）輥的長度相同。刀唇表麵（miàn）光潔，製造精度（dù）高（gāo）。

③測厚裝置在高速連續生產過程中，薄膜測（cè）厚必須實現非接觸式跟蹤自動（dòng）檢測。

④張力的測控與振動在（zài）流延薄膜（mó）生（shēng）產過程中，由於傳送和卷取，傳動係統應能提（tí）供恒定的扭矩，使用可控矽整（zhěng）流直流電機可以實現這（zhè）一要求。

⑤縱（zòng）切裝置擠出薄膜由（yóu）於（yú）產生“瘦（shòu）頸”（薄膜寬度小於機（jī）頭寬度）現象（xiàng），會（huì）使薄膜（mó）邊部偏厚，故需切除薄膜邊部，才能保（bǎo）證膜卷端部整齊、表麵平整。

⑥電暈處理裝置薄（báo）膜經過電暈處理，可以（yǐ）提高薄膜表麵張力，改善薄（báo）膜的印刷性及與其他材料的黏合力，從而增加薄膜的印刷牢度和複（fù）合材料的剝離強度（dù）。處理後的薄膜的表麵（miàn）張力要求達到32～58mN/m ，通常在38～44mN/m之間。

⑦卷取裝（zhuāng）置 薄膜采用主動收卷（有軸中心卷取）形式（shì），為了適應（yīng）流延薄膜寬度大和（hé）生產（chǎn）線速度（dù）高的特點，收卷裝置一般都為自動或（huò）半自動切割、換（huàn）卷（juàn）。以雙工位自動換卷應用較多。

⑧其他輔助裝置 流延成型（xíng）設備（bèi），除去前麵所述的裝置以（yǐ）外（wài），還有展平輥、導輥、壓輥等裝置 。

3.2 流延TPU薄（báo）膜的加（jiā）工工藝參數

3.2.1 選定（dìng）樹脂，以進口（kǒu）的路（lù）博潤的58219為例。

3.2.2 溫度（dù）機頭寬1.8m用Φ120mm的單螺杆（gǎn）擠出機組成的生產線（xiàn）中，擠（jǐ）出溫度，見表1 。

第1、2段屬於加料段，樹脂在此階段隻發生攪拌、破碎和軟化，並不發生物態的轉變，溫（wēn）度不能太高。該階段（duàn）產生的推動力是否連續、均勻、穩定，剪切應變率的高低，破碎與攪（jiǎo）拌是否均勻都影響著擠出的質量和（hé）產（chǎn）量。

第3、4、5段屬於壓縮段，也叫熔融段，在（zài）此階段，初步攪拌、破碎和軟（ruǎn）化樹脂，受螺杆的推擠作用、較高溫度的熱作用、與機筒和螺杆的摩擦作（zuò）用（yòng）、由於螺槽體積變小造成的壓（yā）力作用，使樹脂熱交換作用加大，表裏達到（dào）熱平衡，逐漸由固態（tài）轉變為黏流態（可塑態）。此時樹脂的分子（zǐ）結構發生了根本（běn）改變，分子間張力極度鬆（sōng）弛，除組成中特高分子量外，主體完成（chéng）了（le）塑化—即初步塑化，並且在壓力作用（yòng）下，排除了固態物料中所含氣（qì）體，實現初（chū）步壓實。

第6、7段屬於均化段（duàn），也叫計量（liàng）段，該段螺紋深度最淺、螺槽容積最小，螺杆與機筒間產生的壓力最大，同時物料受到過濾網板的反（fǎn）作用（yòng）力，在徑向壓力和軸向壓（yā）力的高壓作用下，使膠層壓實、致密，該段的溫度也最高，使經過熔融段未能塑（sù）化的高分子在此（cǐ）段完成塑（sù）化，從而消除“顆粒”，使塑（sù）化充分均（jun1）勻，所以該段稱為“均勻段”。因擠出量的（de）大小由該段的容積決定，所以又（yòu）叫“計量段”。

熔體經螺杆熔融、均化，此時熔體充分塑化，在高溫、高壓狀態下，進入機頭。為了使產（chǎn）品的厚度均勻、穩定，減小熔體的（de）流動性，需要降低熔體的溫（wēn）度，使熔體均勻的從模頭流出，產品的橫（héng）向厚（hòu）度均（jun1）勻。

冷卻輥表麵溫（wēn）度（dù）的高低直接影響鑄片結晶度的大小。溫度（dù）較低時結晶度小，薄膜透明度好，拉伸強度高；但溫度太低會增（zēng）加製冷費用（yòng），此溫度一般控製在18—20℃。

3.2.3 速度 螺杆轉速為60r/min，牽引速（sù）度可達80—90m/min。

3.2.4 氣刀控製氣刀與冷（lěng）卻輥之間的距離應（yīng）盡量小，整個機頭寬度內，氣刀（dāo）與冷卻輥之間的距離應相同，氣刀風壓均勻。

3.2.5 收卷（juàn）張力收卷張力一般為100N。

3.2.6 電暈處理經過電（diàn）暈（yūn）處理（lǐ）的TPU薄膜，其表麵張力（lì）可達40—120mN/m。

4、結論

由於TPU獨特（tè）的性能，具有（yǒu）其獨特的加工特性（xìng），不需要（yào）硫化這道工序。而（ér）硫（liú）化對橡膠來說，是非常重要的一環，決定著橡膠的使用性能；TPU屬於（yú）熱塑（sù）性彈性（xìng）體，對溫度非常敏感，溫度低或高，都會影響產品性能。傳統高（gāo）分子材料，如：PE、PP等，加工溫度相對寬一些；TPU的範圍60A～80D，決定了加工溫度170℃～250℃。而（ér）傳統（tǒng）高分子材料加（jiā）工溫度沒有這麽（me）大的跨度。所以TPU流延成（chéng）型技術有其獨特的一麵。

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