TPU薄膜流延成（chéng）型技術

關鍵詞：TPU，流延機

高分子材料工業共（gòng）包含“原材料生產”（即樹脂、生（shēng）膠，還包括半成品的生產）和“製品生（shēng）產”兩個係統。製品的生（shēng）產（即加工工業）包含很多（duō）種類，如：TPU、PVC、PP、PC、ABS等。其中TPU是一種新型的環保材料，相比較其他材料有其獨特的性能。被（bèi）稱為“第三（sān）代橡膠（jiāo）”其獨特的性能，決定了加（jiā）工方法與其他材（cái）料（liào）略有不同。本（běn）文根據傳統材料的加（jiā）工方法，結合自己的實踐經驗。總結了適應TPU的加工方法。

1、加工成型用的原料及其配（pèi）製

1.1 加工成型用的（de）原料

原料的選用一般選用擠出級TPU樹脂，MFR在20—60g/10min。樹（shù）脂的（de）牌號和類型（xíng）根據薄膜的用途選定：如，需耐水解，做水上產品用的（de）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 原料的配製

1.2.1 配料（liào）

將（TPU）樹脂為主要（yào）原料和其他的（de）輔助材料（liào）按配方的要求，按一定的質量比計量後（hòu），混合均勻稱為配（pèi）料。

1.2.2 原料的混合

原料的混合是把以TPU樹脂為主要原料（liào）和其他一些輔助材料（製品成型用料（liào）配方中的材料），按配方要求（qiú）計量後，在混合機中攪（jiǎo）拌混（hún）合均勻；然後再按原料成型工藝要求，直接投入到擠出機內（nèi）擠出成型（xíng）。

1.2.3 物（wù）料的輸送

在TPU配混料的配製過程中（zhōng），要解決（jué）樹脂的輸送與（yǔ）計量，目前多數采用氣動輸送係統。物料的氣動輸（shū）送一般以空氣為動力源，速率較高，且具備機械輸送（sòng）的多（duō）數優點，但受物料大（dà）小的限製（zhì）。大塊（kuài）、團塊、餅狀物（wù）料不能采用。

TPU樹脂的氣動輸送係統由負壓動力機組操作。它把TPU樹脂從大貯料倉中抽（chōu）吸出來，物（wù）料（liào）被抽提到過濾收（shōu）集器（qì），在這（zhè）裏（lǐ）與氣（qì）流分開。從過濾收集器出來的物料，由於重力而（ér）落入儲料筒，通過氣流送（sòng）入主機。

1.2.4 物（wù）料的幹燥

幹燥是指利用加熱、熱風、真空等動力（lì）源（yuán），在物料的配製或成型之前，除去原材料（合成樹脂和（hé）各（gè）種添加劑）中水分及（jí）其（qí）揮發物（wù）的工藝過程。

1.2.5 TPU分（fèn）散體

TPU分散體所含組分有樹脂、分散劑、稀釋劑、膠凝劑、穩定劑、填充劑（jì）、著色劑、表麵活性（xìng）劑以及為特（tè）殊目的而加入的其他助劑（jì）等，關於分散體的具體配方，在以（yǐ）後的論（lùn）文中（zhōng）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工的重要成型方法（fǎ）之一，大（dà）部分熱塑性塑料都能用此法進行加工。與其他成（chéng）型方法（fǎ）相比，擠出成型有下述特點：生產過程是連續（xù）的，因而產品都是連續的，生產效率高；應（yīng）用範圍廣；投（tóu）資少，收效快。

2.2 擠出機的分類

擠出機的分類方法（fǎ）如下：按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（àn）可否排氣分為排氣擠出機和非排氣擠出機；按螺杆（gǎn）的（de）有無可分為螺（luó）杆擠出機（jī）和無（wú）螺杆擠出機；按螺杆在空間的位（wèi）置可分為臥式擠出機和立（lì）式擠出機（jī） 。

2.3 塑料薄膜擠出機的結構

塑料薄膜生（shēng）產線上最常采用的是非排氣臥式單（dān）螺杆擠出機，其次是排氣臥式單螺杆擠（jǐ）出機和雙螺杆擠（jǐ）出機。

在塑（sù）料流（liú）延薄膜生產線上（shàng），擠出機稱為主機，由螺杆、機筒、料鬥、加熱冷卻係（xì）統、傳動係統、機架、電氣控製係（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。

而其後續設備，如模頭、流延機、測厚儀、電暈處理（lǐ）機、擺幅機構、收（shōu）卷機等統稱為塑料（liào）流延（yán）薄膜生產線輔機（jī）。

3、流延TPU薄膜的加工工藝及（jí）其參數

3.1 流延TPU薄膜的（de）加（jiā）工工藝（yì）

流延薄膜加工工藝是樹脂經擠出機熔融塑化，從機頭通過狹縫（féng）型模口擠（jǐ）出（chū），使熔（róng）料緊貼在冷卻輥筒上，然後再經（jīng）過拉伸、分切、卷取。流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（sù）薄膜好，厚薄精度（dù）高，薄膜均勻性（xìng）好，強度也（yě）高20%～30%，可用於自動包裝，但所需設備投資較大 。

3.1.1 擠（jǐ）出流延薄膜工藝流程和生產線主要（yào）裝置

（1）擠出機擠出機的規格（gé）決定薄膜的產量，規格較大時也可用？200mm的擠出機。由於（yú）流延薄膜的高速化生產，因此，擠出機的規格（gé）至少選擇？65mm以（yǐ）上。螺（luó）杆（gǎn）結構多采用混煉結構，結構應能滿足邊角料回收的要求。螺杆的長徑（jìng）比為25～33，螺杆壓縮比為4。

（2）機頭生產流（liú）延薄膜的（de）機頭（tóu）為扁平機頭，模口形狀為（wéi）狹縫式。這種機頭設計的關（guān）鍵是要使物料在（zài）整個機頭寬度上的流速相等，這樣才能獲得厚度均勻、表麵平整的薄膜。這（zhè）種機頭對於擠出薄膜或片材（cái）同樣適用。

（3）流延生產線中的冷卻裝置主要由冷卻輥（gǔn）、剝離輥、製冷係統（tǒng）及氣刀（dāo）、輔助裝置組成。

①冷卻輥冷卻（què）輥是流延薄膜中的關鍵部件，其直徑約400～500mm，長度約比口模寬（kuān）度稍大。冷卻輥表麵應鍍硬鉻（gè），拋光至鏡麵光潔度。

②氣刀氣刀是吹壓縮空氣的窄縫噴嘴，是配合冷卻輥（gǔn）來對薄膜進行冷（lěng）卻定型的裝置，其寬度與冷卻（què）輥的長度相同。刀唇表麵光潔，製（zhì）造精度高。

③測（cè）厚裝置（zhì）在高速連（lián）續生產過程中，薄（báo）膜測厚必須實現非接觸式跟蹤自動檢測。

④張（zhāng）力的測控與振動在流延薄膜生產過程中，由於傳送（sòng）和卷取，傳動（dòng）係統應能提供恒定的扭矩，使用可控矽整流直流電機可以實現這一要求。

⑤縱切裝置擠出薄膜由於產（chǎn）生“瘦頸”（薄膜寬度小於機頭寬度）現象，會使薄膜邊部偏厚，故需切除薄膜邊部，才能保證膜卷端部整齊、表麵平整。

⑥電暈處理裝置薄膜經過電（diàn）暈處理，可以提高薄膜表麵張力，改善薄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。處理後的薄膜的表麵張力要求達到（dào）32～58mN/m ，通（tōng）常（cháng）在38～44mN/m之間（jiān）。

⑦卷取裝置 薄膜采用主動收卷（有軸中心卷（juàn）取）形式，為（wéi）了適應流延薄膜寬度大和生產線速度高（gāo）的特點，收卷裝置一般都為（wéi）自動或半自（zì）動切割、換卷（juàn）。以雙工位自動（dòng）換卷應用較多（duō）。

⑧其他輔助裝置 流延成型設備，除（chú）去前（qián）麵所述的（de）裝置以外，還有展平輥、導輥、壓輥等裝置 。

3.2 流延TPU薄膜的加工工藝參數

3.2.1 選定樹脂，以進口的路博潤的58219為例。

3.2.2 溫度機頭寬1.8m用Φ120mm的單螺杆擠出機組成的生產線中，擠出溫度，見表（biǎo）1 。

第1、2段屬於（yú）加料段，樹脂在（zài）此階段隻發（fā）生攪拌、破（pò）碎和軟化，並不發生物態（tài）的轉變，溫度不能太高。該階段產生的推動力是否連續、均勻、穩（wěn）定，剪切應變率的高低，破碎與（yǔ）攪（jiǎo）拌是否均（jun1）勻都影響著擠出的質量和產（chǎn）量。

第3、4、5段屬於壓縮段，也叫熔融段，在此階段，初步攪拌、破碎和軟化樹脂，受螺杆的推擠作用、較高（gāo）溫度的熱作用、與機筒和螺杆（gǎn）的摩擦作用、由於螺槽體積變小（xiǎo）造成的壓力（lì）作用，使樹脂熱交換作用（yòng）加大，表裏達到熱（rè）平衡，逐漸由固態轉變為黏流態（可（kě）塑態）。此時樹脂的分子結構發生了根本改變（biàn），分子間張力極度鬆弛，除組成中特高分子（zǐ）量外，主體完成了塑化—即初步塑化，並且在壓力作用下，排除了固態物料中所含氣體，實（shí）現初步壓實。

第6、7段屬於均化段，也叫計量段，該段螺紋深度最淺、螺槽容積最小（xiǎo），螺杆與機筒間產生的壓（yā）力最（zuì）大，同（tóng）時物料受到過（guò）濾網板的反作用力，在徑向壓力和（hé）軸向壓力的高壓作（zuò）用下，使膠層壓（yā）實、致密，該（gāi）段的溫度也最高，使經過熔（róng）融段未能塑化的高（gāo）分子（zǐ）在此段完成塑化，從而消（xiāo）除“顆粒”，使塑化充（chōng）分均勻，所以（yǐ）該段稱為“均勻段”。因擠出量（liàng）的大小（xiǎo）由該段的容積決（jué）定，所以又（yòu）叫“計（jì）量段”。

熔體經螺杆熔融、均化，此時熔體充分塑化（huà），在高溫、高壓狀態下，進入機頭。為了（le）使產品的厚度均勻、穩定，減小熔體的流動性，需（xū）要降低熔（róng）體的溫度，使熔體均勻的從模頭流出，產品的（de）橫向厚度均勻。

冷卻輥表麵溫度的高低（dī）直接影響鑄片結晶度的大小。溫度較（jiào）低時結晶度小，薄膜透明度好，拉伸強度高（gāo）；但（dàn）溫度太低會增加製冷費用，此溫度一般控製在18—20℃。

3.2.3 速度 螺（luó）杆轉速為60r/min，牽引速度（dù）可達80—90m/min。

3.2.4 氣刀（dāo）控製氣刀與冷卻（què）輥（gǔn）之間的（de）距離（lí）應盡量小，整個機頭寬（kuān）度內（nèi），氣刀（dāo）與冷卻輥之間的距離應相同，氣刀風壓均勻。

3.2.5 收卷張力收卷張力一般為100N。

3.2.6 電暈處理經過電暈處理的TPU薄膜（mó），其表（biǎo）麵張力可達40—120mN/m。

4、結論

由於TPU獨特的（de）性能，具有其（qí）獨特的加工特性，不需要（yào）硫（liú）化這道工序。而硫（liú）化對橡膠來（lái）說，是（shì）非常重要的一環，決定著橡膠的使用性能；TPU屬於熱塑性彈性（xìng）體，對溫度非（fēi）常敏感，溫度低（dī）或（huò）高，都會影響產品性能。傳統高分子（zǐ）材料，如：PE、PP等，加工溫度相對寬（kuān）一些；TPU的範圍60A～80D，決定了加工溫度170℃～250℃。而傳統高分子材（cái）料加工溫度沒有這麽大的跨度。所以TPU流延成型技術有其獨特的一麵。

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