TPU薄膜流延成型技術

關鍵詞：TPU，流延機

高分子材料工業共包含“原材料生（shēng）產”（即樹脂、生膠，還包括半成品的生產）和“製品生產”兩（liǎng）個（gè）係統。製品的生產（即加工工業）包含很多種類，如：TPU、PVC、PP、PC、ABS等。其中TPU是（shì）一種新（xīn）型的（de）環保材料，相比較其他（tā）材料有其獨特的性能。被稱為“第三代橡（xiàng）膠”其獨特的性能，決定了加工方法與其他材料略有不同。本文根據傳統材料的加工方法，結合自己的實踐經驗。總結了適（shì）應TPU的加（jiā）工方法。

1、加工成型（xíng）用的原料及其配製

1.1 加工成型用的原料

原料的選用一般選用擠出（chū）級（jí）TPU樹脂，MFR在20—60g/10min。樹脂的牌號和類型根據薄膜的用途選定：如，需耐水解，做水上產（chǎn）品（pǐn）用的（de）薄膜，應選用聚醚型的TPU樹脂，國產的山（shān）東萬華的WHT8085；進口（kǒu）的路博潤的58219等。

1.2 原料的配製

1.2.1 配料

將（TPU）樹脂為主要原料和（hé）其他的輔助材料按配方（fāng）的要求，按一定的質（zhì）量比（bǐ）計量後，混合均勻稱為配料。

1.2.2 原料的混合

原料的混合是把以TPU樹脂為主要原料和其他一（yī）些輔助材料（製品成型用料配（pèi）方中的材料），按配方要求計量後（hòu），在混合機中攪（jiǎo）拌混合均（jun1）勻；然後再（zài）按原料成型工藝（yì）要求，直接投入到擠出機內（nèi）擠出成型。

1.2.3 物料的輸送（sòng）

在（zài）TPU配混料的配製（zhì）過程中，要解決樹脂的（de）輸（shū）送與計量，目前多數采用氣動（dòng）輸送係統。物料的（de）氣動（dòng）輸送一般以空氣為（wéi）動力源，速率較高，且具（jù）備機械輸（shū）送的多數優點，但受物料大小的（de）限製。大塊、團塊、餅狀物料不能采用。

TPU樹脂（zhī）的氣動輸送係統由負壓動力機（jī）組操作。它把（bǎ）TPU樹脂從大（dà）貯料（liào）倉中（zhōng）抽吸出來，物（wù）料被抽提到過濾收集器，在這裏與氣流分開。從（cóng）過濾收集器（qì）出來的物料，由於重力而落入儲料（liào）筒，通過氣流送入主機。

1.2.4 物料的幹燥

幹燥是指利用加熱、熱風、真空等動力源，在物料的配製或成型之前，除去（qù）原材料（合成（chéng）樹脂和各種添加劑）中水分及其揮發物的工藝過程。

1.2.5 TPU分散體

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

2、塑料薄膜擠出機

2.1 擠出機成型生產應用

擠出機（jī）是塑料成型（xíng）加工的重要（yào）成型（xíng）方法之一，大部分熱塑性塑料都（dōu）能用此法進行加工。與其他成型方法相（xiàng）比，擠出成（chéng）型有下述（shù）特點（diǎn）：生產過程是連續的，因而產品都是連續的，生產效率高；應用範圍廣；投資少，收效快。

2.2 擠出機的分類

擠出機的分類方法如下：按（àn）螺（luó）杆數目的多（duō）少（shǎo）可分為單螺杆擠（jǐ）出機、雙螺（luó）杆擠出機和多螺杆擠（jǐ）出機；按可否排氣分為排氣擠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（gòu）

塑料薄膜生產（chǎn）線（xiàn）上最常采用的是（shì）非排氣臥式單（dān）螺杆擠出機，其次是排氣臥式單螺杆擠出機和雙螺杆擠出（chū）機。

在塑料流延薄膜（mó）生（shēng）產線上，擠出機稱為主機，由螺杆、機筒、料鬥、加熱（rè）冷卻係統、傳動係統、機架、電（diàn）氣控製係統和過濾網（wǎng）等組成，它是塑料擠出流延成型（xíng）薄膜生產線的（de）核心單元設備。

而其後續設備，如模頭、流延機、測厚儀、電暈處理機、擺幅機構、收卷機等統稱為塑料流延薄膜生產線輔（fǔ）機（jī）。

3、流延TPU薄膜的加工工藝（yì）及其參數

3.1 流延TPU薄膜的加工工藝

流延薄膜加工工藝是樹脂經（jīng）擠出機熔融塑化，從機頭通過狹（xiá）縫型模口擠出，使熔料緊貼（tiē）在冷卻輥筒上，然後再經過拉伸（shēn）、分切、卷取。流延法成型方式（shì）易於（yú）大型化、高速化和（hé）自動化，生產（chǎn）出來的薄膜（mó）透明（míng）度比吹（chuī）塑薄膜好（hǎo），厚（hòu）薄精度高，薄膜（mó）均勻性好，強度也高20%～30%，可用於自動包裝，但所需設備投資較大 。

3.1.1 擠出流延薄膜工（gōng）藝流程和生（shēng）產線主要裝置

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

（2）機頭生產流延薄膜的機頭（tóu）為扁（biǎn）平機（jī）頭，模口形狀為狹縫式。這（zhè）種機頭設計的關鍵是要（yào）使物料（liào）在整個機頭寬度上的流（liú）速相等，這樣才能獲得厚度均勻、表麵平整的薄（báo）膜。這種機頭對於擠出薄膜或片材（cái）同樣適用（yòng）。

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

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

②氣刀氣刀是吹壓縮空氣的窄縫噴嘴，是配合冷卻輥來對薄膜進（jìn）行冷卻定（dìng）型的裝置，其（qí）寬度與冷（lěng）卻輥的長度相同。刀唇表麵光潔，製造精度高。

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（jiē）觸式跟蹤自動檢測。

④張力的（de）測控與振動在（zài）流延薄膜生（shēng）產過程（chéng）中，由於傳送和卷取，傳（chuán）動係統應能提供恒定的扭矩，使用可控矽整流直流電機（jī）可以實現這一要求。

⑤縱切裝置擠出薄膜由於產生“瘦頸”（薄膜寬度小於機頭寬度（dù））現象（xiàng），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（láo）度和複合材料的剝離強（qiáng）度（dù）。處理後的（de）薄膜的表麵張力（lì）要求達到32～58mN/m ，通常在（zài）38～44mN/m之間（jiān）。

⑦卷取裝置 薄膜采（cǎi）用主動收卷（有軸中心卷取）形式，為了適應流延薄膜（mó）寬度大和生產線速（sù）度高的特點，收卷（juàn）裝置一般都（dōu）為自動或半自動切割、換卷。以雙工位自（zì）動換卷應用較多。

⑧其他輔助裝置 流延成型設備，除去前麵所（suǒ）述的（de）裝置以外，還有展平（píng）輥、導輥、壓輥等裝置 。

3.2 流延TPU薄膜的加（jiā）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（dù）機頭寬（kuān）1.8m用Φ120mm的單螺杆擠出機組成的生產（chǎn）線中，擠出溫度，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（de）轉變，溫度不能太高（gāo）。該階段產生（shēng）的推動力是否連續、均勻、穩定，剪切（qiē）應變率的高低，破碎與（yǔ）攪（jiǎo）拌是否均勻都影響著擠（jǐ）出的質量和產量。

第3、4、5段屬（shǔ）於壓（yā）縮段，也（yě）叫熔融段，在此階段，初步攪拌（bàn）、破碎（suì）和軟化樹脂，受螺杆的推擠作用、較高溫度（dù）的熱作用、與機筒和（hé）螺杆的（de）摩擦作用、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（dà），表裏達到熱平衡，逐漸由固態轉變為黏（nián）流態（可塑態）。此時樹脂的分子結構發生了根本改變，分子間張力極度鬆弛，除組成（chéng）中特高分子量外，主（zhǔ）體完成（chéng）了塑（sù）化—即（jí）初步塑化，並且在壓力作用下，排除了固態物料中（zhōng）所含氣體，實現初步壓實。

第6、7段屬於均化段，也叫計量段，該段螺紋深度最淺、螺（luó）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作用力，在徑向壓力和軸向壓力的（de）高壓作（zuò）用下，使膠層壓實、致密，該段的溫度也最高，使經過（guò）熔融段未能塑化的高分子（zǐ）在此段完成塑化，從而消除“顆粒”，使塑化（huà）充分均勻（yún），所以該段稱為“均勻段”。因擠出量的大小由該段的容積決定，所以又叫“計量段”。

熔體（tǐ）經螺杆熔融、均化，此（cǐ）時熔體充分（fèn）塑化，在高溫（wēn）、高壓狀態下，進入機頭。為了（le）使（shǐ）產品的厚度均勻、穩定，減小（xiǎo）熔體的流動（dòng）性，需要降低熔體（tǐ）的溫度，使熔體均（jun1）勻的從（cóng）模頭流（liú）出，產品的橫向厚度均勻（yún）。

冷卻（què）輥表麵（miàn）溫度的高低直接影響鑄片結晶度的大小。溫度較低時結晶度小，薄膜透（tòu）明度（dù）好，拉伸強度高；但溫（wēn）度太低會增加製冷（lěng）費用，此溫度一般控製在18—20℃。

3.2.3 速度 螺杆轉（zhuǎn）速（sù）為（wéi）60r/min，牽引速（sù）度可達80—90m/min。

3.2.4 氣刀控製氣刀與冷卻（què）輥之間的距離（lí）應盡（jìn）量小，整個機頭寬度（dù）內，氣刀與冷卻輥（gǔn）之間的（de）距離應相同，氣刀風壓均勻。

3.2.5 收卷張力收卷張（zhāng）力一般為100N。

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

4、結論

由於TPU獨特的性能，具有其獨特的加工特性，不需要硫化這道工序（xù）。而硫化對橡膠來說，是非常重要的一環，決定著（zhe）橡膠的使用性能；TPU屬於熱塑性彈性體，對溫度非常敏感，溫度（dù）低（dī）或高，都會影響（xiǎng）產品性能。傳統高分子材料，如：PE、PP等，加工溫度相對（duì）寬一些；TPU的範圍60A～80D，決定了加工溫度170℃～250℃。而傳統（tǒng）高分子材（cái）料加工溫度（dù）沒有這麽（me）大的（de）跨（kuà）度。所以TPU流（liú）延成型技術有其獨特的一麵。

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