文/Nordson塑料工程系統(tǒng)（PPS）Teong HK

中國(guó)的薄膜和片板材市場(chǎng)正快速增長(zhǎng)，越來(lái)越多的加工商需要能夠降低成本、提高產(chǎn)量并增加利潤(rùn)的技術(shù)。Nordson能夠?yàn)楸∧ず推宀牡臄D出提供全面而專(zhuān)業(yè)的組件，包括螺桿、料筒、熔體輸送組件和擠出模頭，助力該領(lǐng)域的加工企業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)。

如今，Nordson 已經(jīng)成為薄膜和片板材擠出所使用的多個(gè)關(guān)鍵組件的單一供應(yīng)商，可以根據(jù)客戶(hù)需要訂制用于流延膜和片板材生產(chǎn)的平模頭、熔體輸送系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)和過(guò)濾組件以及塑化系統(tǒng)中的螺桿和料筒：

可實(shí)現(xiàn)快速更換作業(yè)的片板材模頭

對(duì)于片板材的生產(chǎn)，Nordson的SmartGap?創(chuàng)新系統(tǒng)能使加工商以前所未有的速度改變產(chǎn)品厚度，輕松擴(kuò)大產(chǎn)品的厚度范圍而不影響片板材的質(zhì)量。該系統(tǒng)采用單點(diǎn)調(diào)整機(jī)制，能在改變模唇間隙的同時(shí)調(diào)節(jié)模頭定型區(qū)的寬度，從而在整個(gè)流程中調(diào)節(jié)背壓。通過(guò)這種智能化的設(shè)計(jì)，SmartGap?系統(tǒng)不僅節(jié)省了工藝時(shí)間，還能確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

另外，SmartGap?系統(tǒng)還將更換作業(yè)的時(shí)間從以前的至少2 h縮短至幾分鐘，避免了因更換模唇組件而延長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間，同時(shí)還克服了以前的模頭因更改的復(fù)雜性而導(dǎo)致的厚度范圍受限。SmartGap?系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍超過(guò)10.2 mm，使加工商每天都能在高效經(jīng)營(yíng)的同時(shí)方便地更換多種產(chǎn)品。在某種程度上，SmartGap?還能在改變厚度時(shí)通過(guò)對(duì)齊模唇面和模頭定型區(qū)來(lái)提高產(chǎn)品的質(zhì)量和一致性。

現(xiàn)在，Nordson已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一款數(shù)字工具來(lái)比較帶可拆除下模唇的標(biāo)準(zhǔn)片板材模頭與SmartGap?模頭的成本。此工具名為“SmartGap Payback Analysis”，供片板材加工商計(jì)算改用SmartGap?技術(shù)的投資回報(bào)時(shí)間。加工商可以訪問(wèn)http://www.nordson.com/en/divisions/polymer-processing-systems/support/calculators進(jìn)行在線評(píng)估。

SmartGap Payback Analysis用戶(hù)需要輸入兩類(lèi)信息：一是帶可拆除下模唇的標(biāo)準(zhǔn)片板材模頭和SmartGap?模頭的一次性設(shè)備投資成本；二是工藝數(shù)據(jù)，包括模頭長(zhǎng)度、產(chǎn)出速率、模唇間隙和模唇更換次數(shù)、工作天數(shù)、原材料成本、產(chǎn)品預(yù)估售價(jià)與片板材生產(chǎn)線每小時(shí)承擔(dān)的成本。

根據(jù)這些輸入內(nèi)容，SmartGap Payback Analysis能計(jì)算出:兩種系統(tǒng)的日產(chǎn)出量，包括停工時(shí)間、遺漏產(chǎn)量、停工成本、遺漏的產(chǎn)品毛利和總停工成本；對(duì)比更換模唇所需的時(shí)間與改變SmartGap?模頭間隙所需的時(shí)間；估算出SmartGap?系統(tǒng)最終完全收回投資所需的時(shí)間。

通常，只需短短數(shù)月即可。

SmartGap?模頭

用于流延膜的多種可選方案

Nordson已經(jīng)調(diào)整了在全球使用15年的擠出模頭技術(shù)，此技術(shù)現(xiàn)隸屬于Uniflow?品牌，作為流延膜Contour?模頭的可選補(bǔ)充方案。

隨著Uniflow?模頭的加入，Nordson的流延膜用技術(shù)產(chǎn)品日益增多，加之該公司最近在膜厚控制系統(tǒng)和喂料塊調(diào)節(jié)方面的創(chuàng)新，加工商可以選擇一套完全滿(mǎn)足其性能要求的系統(tǒng)組件：

1.Contour? 模頭

這款流延膜模頭在市場(chǎng)中處于技術(shù)領(lǐng)先水平，其獨(dú)特的“雕塑成型”技術(shù)，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快原材料轉(zhuǎn)換和延長(zhǎng)使用時(shí)間方面發(fā)揮了非常關(guān)鍵的作用。此模頭的特殊形狀設(shè)計(jì)可補(bǔ)償在模頭范圍內(nèi)因模體變形而造成的差異量；拉長(zhǎng)淚滴型歧管截面可減少共擠應(yīng)用中的粘性包圍；非線性預(yù)成型和歧管界面，可消除或大幅減少“M”或“W”料流模式。

與標(biāo)準(zhǔn)流延膜模頭相比，Contour?模頭可有效減少最終產(chǎn)品的厚度偏差，使產(chǎn)品的橫向均勻性得到提高。其另一個(gè)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)模頭的特點(diǎn)是通用性非常明顯，能縮短可銷(xiāo)售產(chǎn)品的啟動(dòng)時(shí)間（10～15 min，標(biāo)準(zhǔn)模頭為 30～60 min）、產(chǎn)品更換時(shí)間（10～15 min，標(biāo)準(zhǔn)模頭至少90 min）及清理時(shí)間（20～25 min， 標(biāo)準(zhǔn)模頭至少40 min）。由于還能避免凝膠和降解，因此Nordson建議在使用熱敏材料（如阻隔樹(shù)脂）或更換頻率較高的應(yīng)用中采用Contour?模頭。

Uniflow?流延膜模頭

2.Uniflow?模頭

此模頭為采用變化率較低的熱穩(wěn)定樹(shù)脂（如拉伸膜）進(jìn)行高速生產(chǎn)提供了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。其通用的流道適合各種樹(shù)脂和加工參數(shù)，細(xì)長(zhǎng)淚滴型的歧管截面便于在共擠時(shí)保持均勻性。另外，這款模頭卓越的機(jī)械穩(wěn)定性縮短了產(chǎn)品周期間的更換時(shí)間。

3.多歧管模頭

Nordson也提供多歧管模頭來(lái)專(zhuān)門(mén)滿(mǎn)足不同黏度的材料和包邊要求，以替代配備共擠喂料塊的單歧管模頭。這些模頭能夠生產(chǎn)表層厚度低于整體厚度10%的共擠結(jié)構(gòu)，加工熔融溫差高達(dá)28 ℃的聚合物。最近，Nordson率先開(kāi)發(fā)出九歧管復(fù)合共擠模頭。

上述這些模頭僅是Nordson產(chǎn)品的一部分，其他用于流延膜應(yīng)用的產(chǎn)品還包括Autoflex?自動(dòng)膜厚控制系統(tǒng)、Ultraflow?共擠喂料塊、雙腔真空箱和UltraSplit?在線模頭拆分設(shè)備。最近，Nordson針對(duì)這些系統(tǒng)組件進(jìn)行了創(chuàng)新。其中，Autoflex?VI-RE膜厚控制系統(tǒng)在不增加響應(yīng)時(shí)間的情況下，其模唇調(diào)節(jié)系統(tǒng)的沖程已經(jīng)增加43%，因此，無(wú)需手動(dòng)干預(yù)即可實(shí)現(xiàn)許多工藝變化；新型Ultraflow? V-T喂料塊可以微調(diào)各層，適應(yīng)層比例的變化，而不必將整個(gè)喂料塊從生產(chǎn)線上拆下。

熔體輸送組件

在聚合物熔體進(jìn)入薄膜或片板材模頭前，熔體輸送組件負(fù)責(zé)對(duì)其進(jìn)行限制和過(guò)濾。Nordson的熔體輸送組件包括換網(wǎng)器、過(guò)濾系統(tǒng)、齒輪泵和閥，這些產(chǎn)品隸屬于BKG?品牌。

1.熔體過(guò)濾系統(tǒng)

Nordson提供一系列BKG熔體過(guò)濾系統(tǒng)，包括成本較低的手動(dòng)換網(wǎng)器（操作員需使用手柄或操作桿更換干凈濾網(wǎng)）、滑板系統(tǒng)、非連續(xù)式換網(wǎng)器（在換網(wǎng)時(shí)需停止生產(chǎn)）以及連續(xù)式換網(wǎng)器（擁有兩個(gè)或兩個(gè)以上濾網(wǎng)室，在其中一個(gè)濾網(wǎng)進(jìn)行反沖洗時(shí)，其他網(wǎng)始終保持生產(chǎn)狀態(tài)）。

BKG換網(wǎng)器的最新創(chuàng)新是讓過(guò)濾網(wǎng)組合能夠更有效地承受擠出壓力、提供盡可能大的有效過(guò)濾面積和理想的熔體流，并確保其可靠性和工作壽命優(yōu)于市場(chǎng)中的同類(lèi)產(chǎn)品。

而提高新過(guò)濾系統(tǒng)性能的一個(gè)關(guān)鍵是可靠的多層結(jié)構(gòu)，防止因過(guò)濾中高達(dá)200 Pa的壓差而導(dǎo)致的故障。其中的一種故障類(lèi)型是“過(guò)濾網(wǎng)凹陷”，即機(jī)械應(yīng)力迫使過(guò)濾網(wǎng)層陷入腔內(nèi)支撐過(guò)濾網(wǎng)的多孔板的孔中。這會(huì)導(dǎo)致過(guò)濾網(wǎng)變形、外部密封折斷、污染物穿過(guò)過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入最終產(chǎn)品中。

對(duì)此，Nordson專(zhuān)門(mén)訂制了尺寸等于腔尺寸的過(guò)濾網(wǎng)組合，避免污染物透過(guò)過(guò)濾網(wǎng)邊緣這種常見(jiàn)問(wèn)題。所有過(guò)濾網(wǎng)組合中的組件都在制造過(guò)程中通過(guò)超聲得到預(yù)先清洗，以免受到織造工藝中的油和潤(rùn)滑脂的污染。

不僅如此，Nordson還能根據(jù)客戶(hù)要求提供配有不同層組合的過(guò)濾網(wǎng)組合，常見(jiàn)結(jié)構(gòu)之一就是4層組合，包括用作外部組件的兩個(gè)方形粗織層和一個(gè)方形內(nèi)部細(xì)織層。它們具有支撐和排水功能且能承受高拉力。第四層為細(xì)過(guò)濾組件，采用了優(yōu)化的荷蘭金屬絲網(wǎng)。這種網(wǎng)層的小孔徑擁有高滲透性。過(guò)濾方向與熔體流方向交叉，以便從熔體中有效分離塵埃顆粒。

BKG?4層過(guò)濾網(wǎng)組合

2.齒輪泵

齒輪泵又被稱(chēng)為“熔體泵”，是一種準(zhǔn)確計(jì)量設(shè)備，能避免擠出螺桿出現(xiàn)波動(dòng)、降低背壓并提高聚合物產(chǎn)量。Nordson已經(jīng)研發(fā)出新一代BKG齒輪泵——BlueFlow?，這款產(chǎn)品得到了以下改進(jìn)：

（1）能更有效地輸送熔體，在不提升轉(zhuǎn)速的情況下，將產(chǎn)量提高多達(dá)15%；或者在降低轉(zhuǎn)速以便減小聚合物熔體所受剪切應(yīng)力的情況下，確保產(chǎn)量不降低。

（2）密封性能更好，密封選項(xiàng)更多。全系列密封類(lèi)型已在全球上市。除了空氣冷卻和水冷系統(tǒng)，還推出了帶冷卻風(fēng)扇的可選設(shè)計(jì)。

（3）對(duì)熔體參數(shù)的控制增強(qiáng)：新齒輪泵在進(jìn)料和出料側(cè)裝有壓力和溫度傳感器，使熔體更加均勻、質(zhì)量更好。

BlueFlow?齒輪泵

最近，位于美國(guó)加利福尼亞州弗農(nóng)的rPlanet Earth公司（占地28 060 m2）在其工廠中的三條Welex?板材生產(chǎn)線上安裝了BKG換網(wǎng)器和齒輪泵，以及隸屬Extrusion Dies Industries的片板材模頭。該工廠是全球首家一條龍式整合工廠，能將路邊收集的瓶子、翻蓋式容器和其他包裝廢物，經(jīng)過(guò)一系列分類(lèi)和清潔程序后，研磨成薄片，然后經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的洗滌和去污處理，并根據(jù)最終使用要求提高材料的特性黏度(IV)，將其加工成食品級(jí)板材、熱成型容器和用于瓶子的注塑模壓瓶胚。

rPlanet Earth公司發(fā)言人表示：“BKG換網(wǎng)器的內(nèi)嵌反沖洗功能非常有吸引力，有了此自清潔功能，我們可以避免由于濾網(wǎng)積聚污染物而導(dǎo)致的停機(jī)。此外，Nordson的 Extrusion Dies Industries模頭在PET板材加工方面也久經(jīng)考驗(yàn)?！?/p>

為吹塑膜和流延膜設(shè)計(jì)的螺桿

Nordson的Xaloy?螺桿專(zhuān)為薄膜加工而打造，在其設(shè)計(jì)過(guò)程中，Nordson的工程師充分利用了多年積累的螺桿設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)以及Nordson的樹(shù)脂流變學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)（包含數(shù)千條數(shù)據(jù)）。在該公司的流變實(shí)驗(yàn)室中，客戶(hù)可以送微量材料樣本進(jìn)行免費(fèi)檢定。

設(shè)計(jì)用于流延膜和吹塑膜的螺桿時(shí)，有幾項(xiàng)需要重點(diǎn)考慮的因素，包括：

1.螺桿擠出量

螺桿必須以能滿(mǎn)足加工商預(yù)期產(chǎn)量的速率輸送優(yōu)質(zhì)聚合物熔體。為了在薄膜加工中實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，這一點(diǎn)尤為關(guān)鍵。

2.熔體質(zhì)量

Xaloy Fusion?螺桿

熔體的溫度和壓力、著色劑的效率、是否含膠、聚合物是否降解或者是否存在其他缺陷將明顯影響薄膜產(chǎn)品的力學(xué)、光學(xué)性能以及外觀，而這些因素直接受螺桿設(shè)計(jì)的影響。

3.熔體溫度

熔體溫度不僅會(huì)對(duì)薄膜性能產(chǎn)生明顯影響，也與生產(chǎn)率密切相關(guān)，因?yàn)橄掠蔚睦鋮s需求會(huì)限制薄膜生產(chǎn)線的產(chǎn)量。而螺桿的設(shè)計(jì)決定了剪切生熱和料筒加熱間的平衡，直接影響輸送入模頭的熔體溫度。

4.厚度均勻性

熔體穩(wěn)定、均勻的熱性質(zhì)對(duì)薄膜厚度的均勻性非常重要。正確設(shè)計(jì)的螺桿（通常配合齒輪泵）能使模頭保持厚度均勻的剖面。

由于熔體質(zhì)量是薄膜生產(chǎn)中尤為關(guān)鍵的因素，因此用于薄膜加工的螺桿設(shè)計(jì)通常包含標(biāo)準(zhǔn)或通用螺桿所沒(méi)有的特殊要素，如能降低熔融后剪切應(yīng)力（尤其在螺桿高速運(yùn)行下）的屏障段；用于改善熔體色散度和均質(zhì)性的分散式或分配式混煉段。

屏障段通常處于過(guò)渡階段，此階段中有固體粒料、未完全熔融的粒料以及完全熔化的熔體。而屏障段設(shè)有兩個(gè)凹槽——固體槽和熔體槽，用于將熔體與固體粒料、未完全熔融的粒料分開(kāi)，以各自執(zhí)行不同的功能。

其中，熔體槽很深，能降低聚合物熔融后的剪切應(yīng)力。而固體槽很窄和/或很淺，因而未熔融的顆粒能抵著料筒以便通過(guò)摩擦進(jìn)行有效熔融。

從屏障段出來(lái)的熔融聚合物已經(jīng)非常均勻，但在許多情況下，屏障段的下游還設(shè)有混煉段。對(duì)于此類(lèi)應(yīng)用，可以采用Nordson的Xaloy Fusion?屏障式螺桿。采用該螺桿進(jìn)行加工時(shí)，從最初屏障段出來(lái)的材料在短計(jì)量段中得到重新混合，而后進(jìn)入第二個(gè)屏障區(qū)段，此屏障區(qū)段可以更細(xì)致地混合大量材料并不斷輸送。因此，這款螺桿能提供優(yōu)質(zhì)、均勻的熔體，并將剪切力和熔融溫度降至盡可能低的水平。Nordson建議用Fusion?螺桿加工諸如聚烯烴和PET等常用于高產(chǎn)量薄膜生產(chǎn)的樹(shù)脂。

與傳統(tǒng)螺桿相比，F(xiàn)usion?螺桿能在較低剪切力和溫度下實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)量，因此很多大型薄膜生產(chǎn)商已經(jīng)在其擠出生產(chǎn)線上采用Fusion?螺桿替代了傳統(tǒng)螺桿。

Fusion?螺桿的設(shè)計(jì)還能最大限度地減少交聯(lián)和降解，以防止凝膠（會(huì)在最終薄膜制品中導(dǎo)致黑斑）產(chǎn)生。此類(lèi)凝膠通常由過(guò)熱或滯留在流道內(nèi)的聚合物產(chǎn)生。在混煉段中，這類(lèi)降解可能出現(xiàn)在外徑大幅減小或螺棱半徑小的地方。而Fusion?螺桿中用于混煉的槽深變動(dòng)與平滑過(guò)渡，使熔體流更加流暢，能有效防止降解。

凝膠問(wèn)題在薄膜生產(chǎn)中尤為棘手，因?yàn)樗鼈兛赡茉诒∧だ鞎r(shí)導(dǎo)致斷裂，故而務(wù)必要準(zhǔn)確確定形成凝膠的根本原因。例如，與交聯(lián)或降解產(chǎn)生的凝膠不同，未熔融材料導(dǎo)致的凝膠顏色與周?chē)牧弦粯?，且隨著擠出速率的增加，此問(wèn)題也會(huì)隨之加重。對(duì)于高產(chǎn)量的生產(chǎn)線，Nordson建議使用屏障式螺桿和/或有混煉段的螺桿，如Fusion?螺桿一樣。

與薄膜擠出密切相關(guān)的另一問(wèn)題是由過(guò)窄的模唇間隙引起的過(guò)高擠出壓力。這一壓力是在多孔板前端的螺桿頭處測(cè)得，范圍通常在3 500～7 000 psi（24.13～48.26 MPa）。為了克服過(guò)高的排出壓力，螺桿上會(huì)設(shè)計(jì)出多處凹槽以便分離物料，水冷進(jìn)料段。這些凹槽能固定住顆粒，避免它們隨著螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使它們向著進(jìn)料段的排料端軸向移動(dòng)。此類(lèi)進(jìn)料口能迅速提高固體輸送速度，在螺桿的開(kāi)始部分產(chǎn)生較高內(nèi)壓，這樣就可以克服有限的模唇間隙導(dǎo)致的高排出壓力，同時(shí)還保持高擠出速度。

另外，螺桿制造商在設(shè)計(jì)螺桿時(shí)還要考慮槽式進(jìn)料要求。由于槽式進(jìn)料設(shè)備需要非常高的產(chǎn)量，因此低剪切力的Fusion?螺桿可能并不適合。在這種情況下，Nordson通常建議使用帶分散式混煉段或分配式混煉段的屏障式螺桿。