TPU薄膜流延成型技術

關（guān）鍵詞：TPU，流延機

高分子材料工業共（gòng）包含“原材料生產”（即樹（shù）脂、生膠（jiāo），還包括半成（chéng）品的生產）和“製品生產”兩個係統。製品的生（shēng）產（即（jí）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（huán）保材料，相比較（jiào）其他材料有其獨特的性能。被稱為“第（dì）三代橡膠”其獨（dú）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。總結了適應TPU的加工方法。

1、加工成型用（yòng）的原料及其配製

1.1 加工成型用的原料

原料的選用一般（bān）選用擠出級TPU樹脂，MFR在20—60g/10min。樹（shù）脂的牌號和（hé）類型（xíng）根據薄膜的用途選定：如，需耐水解，做水上產品用的薄膜（mó），應選用聚醚型的TPU樹脂，國產的（de）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

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

1.2.2 原料的混合

原料的混合是把以TPU樹脂為主要原料和其他一（yī）些（xiē）輔助材料（製（zhì）品成型用料配方中的材（cái）料（liào）），按配（pèi）方要（yào）求計（jì）量後，在混合機中攪拌混合均勻；然後再按原料成型工藝要求（qiú），直接投入到擠出機內擠出成型。

1.2.3 物料的輸送

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

TPU樹脂的氣（qì）動輸送係統由負壓動力機組操作。它把（bǎ）TPU樹脂從大貯料倉中抽吸出（chū）來，物料被抽（chōu）提到過（guò）濾收集器，在這裏與氣流分開。從過濾收集器出來的物料，由於重力而落入（rù）儲料筒，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（zhēn）空等動力源，在物料的配製（zhì）或成型之前，除去原材料（合成樹（shù）脂和各種（zhǒng）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（sàn）體所含組分有（yǒu）樹脂、分散（sàn）劑、稀釋劑、膠凝劑、穩定劑（jì）、填充劑、著色劑、表麵（miàn）活（huó）性劑以（yǐ）及為特殊目的（de）而加入的其（qí）他助劑等，關於分散體的具體配方，在以後（hòu）的論文中會有詳（xiáng）細的介紹。

2、塑料薄（báo）膜擠（jǐ）出機（jī）

2.1 擠出機成型生產應用

擠出機是塑料成（chéng）型加工的重要成型方法之一，大部分熱塑性塑料（liào）都能用此法進行加工。與其他成（chéng）型方法相比，擠（jǐ）出（chū）成型有下述特點：生產（chǎn）過程是（shì）連續的（de），因而產品都是連續的，生產效率高（gāo）；應用範圍廣（guǎng）；投資少，收（shōu）效快。

2.2 擠（jǐ）出機的分類

擠出機的（de）分類方法如下：按螺（luó）杆數目的多少可分（fèn）為單螺杆擠（jǐ）出（chū）機、雙螺杆擠（jǐ）出機和多螺（luó）杆擠出機（jī）；按可否排氣分（fèn）為排氣擠出機和非排氣擠出機；按螺杆（gǎn）的有無可分為螺杆擠出機和（hé）無螺杆擠出機；按螺杆在（zài）空（kōng）間的位置（zhì）可分為臥式擠出機和立式擠出機 。

2.3 塑料薄膜擠（jǐ）出機的結構

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

在塑料流延薄膜生產線上，擠出機稱為（wéi）主機，由螺杆、機筒、料鬥、加熱冷卻係統、傳動係統、機架、電氣控製係統和過濾網等組（zǔ）成，它是塑料擠出流延成型薄膜生產線（xiàn）的核心單元設備。

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

3、流延TPU薄膜的加工工藝及（jí）其參數

3.1 流延TPU薄膜的加工工藝

流延薄膜加（jiā）工工藝是樹脂經擠出機熔融塑化，從機頭通過狹縫型模口（kǒu）擠出，使熔料緊貼在冷卻（què）輥筒上，然後（hòu）再經過拉伸、分（fèn）切、卷取。流延法成型（xíng）方式易於大型化、高速化和自動化，生產出來的（de）薄膜透明度比吹塑薄膜好，厚薄（báo）精度高，薄膜均勻性好，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 擠出流延薄膜工藝流程和生產線主要裝置

（1）擠出機擠出機的規（guī）格決定薄（báo）膜的產量，規格較大時也可用？200mm的擠出機。由於流（liú）延薄膜的高速化生產，因此（cǐ），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（jiǎo）料（liào）回收的要（yào）求。螺杆（gǎn）的長徑比為25～33，螺杆壓（yā）縮比為4。

（2）機頭生產（chǎn）流延薄膜的機頭為扁平機頭，模口形狀為狹縫式。這種機（jī）頭設計的關鍵是要使物料在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（báo）膜。這種機頭對於擠出薄膜或片材同樣適用。

（3）流延生產線中的冷卻裝置主（zhǔ）要由（yóu）冷卻輥、剝離輥、製冷係統及氣（qì）刀、輔助裝置組（zǔ）成。

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

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（mó）進行冷卻定型的裝（zhuāng）置，其寬度與冷卻輥的長度相同。刀唇表麵光潔，製造精度高。

③測厚裝置在（zài）高速連續生產過程中，薄（báo）膜測厚必須實現非（fēi）接觸式跟蹤自動檢測。

④張力的測控與振動在流延薄膜生產過程中，由於傳送和卷取，傳動係統應（yīng）能提供恒定的扭矩，使用（yòng）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（tóu）寬度）現象，會（huì）使薄膜邊部偏厚，故需切除薄膜邊部（bù），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（chù）理，可以提高薄膜表麵張力（lì），改善薄膜的印刷性及與其他材料的黏合（hé）力，從而增加薄膜的印刷牢度和複合材料的剝離強（qiáng）度。處（chù）理後的薄膜的表麵張力要（yào）求達到32～58mN/m ，通（tōng）常在38～44mN/m之間。

⑦卷（juàn）取裝置 薄膜采用主動收卷（有軸中（zhōng）心卷取）形式，為了適應（yīng）流延（yán）薄膜寬度大（dà）和生產線速（sù）度（dù）高的特點，收卷（juàn）裝置一般都為自動或半自動切（qiē）割、換卷。以雙工（gōng）位自動（dòng）換卷應用較多。

⑧其他輔助裝置 流延成型設（shè）備，除去前麵所述的裝置以外，還有展平（píng）輥、導輥、壓輥等裝（zhuāng）置 。

3.2 流延TPU薄（báo）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（chū）機組成的生產線中，擠出溫度，見（jiàn）表（biǎo）1 。

第1、2段屬於（yú）加料段，樹脂在此階段隻發生攪拌、破（pò）碎和軟化（huà），並不發生物態（tài）的轉變，溫度不能太（tài）高（gāo）。該階段產生的推動力是否連續、均勻、穩（wěn）定，剪（jiǎn）切應變率的高低，破碎與攪拌是否均（jun1）勻都影響著擠出的質（zhì）量和產量。

第3、4、5段屬於壓縮（suō）段，也叫熔融段，在此階（jiē）段，初步攪拌、破碎和軟化樹脂，受螺杆的推擠作用、較高溫度的熱作用、與機筒和（hé）螺杆的摩擦作用、由於螺槽體積變（biàn）小造（zào）成的壓力作用，使樹脂熱交換作（zuò）用加大（dà），表裏達到熱平衡，逐漸由固態轉變為黏流態（可塑態）。此時樹脂的分（fèn）子結構發生了根本改變，分子（zǐ）間張力極度鬆弛，除組成中特高分子量外，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（tài）物料中所含氣體，實現（xiàn）初步壓實。

第6、7段（duàn）屬於均化（huà）段，也叫計量段，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）作用力，在徑向壓力和軸（zhóu）向壓力（lì）的高壓作用下，使膠層壓實（shí）、致密，該段的溫度也最高，使經過熔融段未能（néng）塑化的高分子在（zài）此（cǐ）段（duàn）完成塑化（huà），從而消除“顆粒”，使塑化充分均勻，所以該段稱為（wéi）“均（jun1）勻段”。因擠出量（liàng）的大小由該段的容積決定（dìng），所以又（yòu）叫“計量段”。

熔體經螺（luó）杆熔融、均化，此時熔體（tǐ）充分塑化，在高（gāo）溫、高壓狀態下，進入（rù）機頭。為了使產（chǎn）品的厚度均勻、穩定，減小（xiǎo）熔體的流動性（xìng），需要降低熔體的溫度，使熔體均勻的從模頭流出，產品（pǐn）的橫向（xiàng）厚度均（jun1）勻。

冷卻輥表麵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，薄膜透明度好，拉伸強（qiáng）度高；但溫度太低會增加製冷費用，此溫度一（yī）般控製在18—20℃。

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

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

3.2.5 收卷（juàn）張力收卷（juàn）張力一般為100N。

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

4、結論

由（yóu）於TPU獨特的性能，具有其獨特的加工（gōng）特性，不需要硫（liú）化這（zhè）道工序。而硫化對橡膠來說，是非（fēi）常重要的一（yī）環，決定著橡（xiàng）膠的使用性能；TPU屬於熱塑性彈性體，對溫度非常敏感，溫度低或高，都會影響產（chǎn）品性能。傳統高分子材料，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℃。而傳統高分子材料加（jiā）工溫（wēn）度沒有這麽大（dà）的跨度。所以TPU流延成型技術有其獨特的一麵。

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