流延模具流延薄膜厚薄均勻性的成因及注意事項(xiàng)

流延模具流延薄膜厚薄均勻性的成因及注意事項(xiàng)

薄膜厚度是否均勻是檢測(cè)薄膜產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，薄膜不均勻，不但影響到薄膜各處的拉伸強(qiáng)度、阻隔性，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致薄膜卷曲后卷面出現(xiàn)爆筋，在暴筋處的薄膜形成永久變形，更會(huì)影響到薄膜的后續(xù)加工，如膜面不平整、薄膜松弛下垂，進(jìn)一步影響后續(xù)的復(fù)合、印刷、鍍鋁、制袋等。而造成流延膜厚薄均勻度變化與設(shè)備、材料和工藝等都有較大的關(guān)聯(lián)。

1. 設(shè)備成因

流延擠出模具流延薄膜的成型工藝是樹脂原料經(jīng)擠出機(jī)熔融塑化, 從機(jī)頭通過平模頭的狹縫口擠出, 在定邊、風(fēng)刀、真空箱裝置作用下, 使熔料緊貼在流延輥( 又稱急冷輥) 筒上, 然后在流延輥牽引和冷卻作用下, 對(duì)熔料縱向拉伸冷卻成膜, 經(jīng)預(yù)切邊、測(cè)厚儀、偏擺、表面電暈處理、切邊后卷取。而薄膜厚薄均勻度控制在設(shè)備成因則包含如下幾個(gè)環(huán)節(jié)：

擠出系統(tǒng)：不正確的螺桿與模頭設(shè)計(jì)，或使用已磨損的擠出機(jī)料筒和螺桿，或料筒和螺桿的驅(qū)動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)故障，會(huì)造成薄膜均勻度變化。

模口間隙：模頭?？陂g隙是影響薄膜厚度均勻的主要因素。模口間隙的調(diào)整是控制薄膜橫向厚度均勻的有效的操作, 也是常用最多的操作?，F(xiàn)代的流延設(shè)備裝置中, 為了能及時(shí)地通過調(diào)整模口間隙來控制薄膜的橫向厚度均勻, 都裝配有熱膨脹螺栓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。該裝置基本工作原理是通過對(duì)控制?？陂g隙的螺栓進(jìn)行加熱和冷卻, 運(yùn)用熱脹冷縮物理性質(zhì)調(diào)整?？陂g隙。當(dāng)從?？诹鞒龅娜垠w成型后經(jīng)測(cè)厚裝置測(cè)得膜的橫向某一區(qū)域偏厚, 測(cè)厚裝置將該區(qū)域的偏厚信息傳輸?shù)诫娔X中,電腦對(duì)反饋的信息進(jìn)行處理后, 輸出加熱信號(hào)到該片區(qū)對(duì)應(yīng)的熱膨脹螺栓進(jìn)行加熱, 反之, 進(jìn)行冷卻。雖然這種自動(dòng)調(diào)整控制比較及時(shí), 但因熱膨脹螺栓的熱脹冷縮量不大, 這種自動(dòng)調(diào)整控制只能在厚度偏差幅度不太大情況下進(jìn)行調(diào)整, 一般自動(dòng)調(diào)整的范圍在1.5um以內(nèi), 當(dāng)超過這個(gè)范圍時(shí)必須進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。在開機(jī)或改變厚度生產(chǎn)時(shí), 應(yīng)先進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整, 手動(dòng)調(diào)整不能急于求成, 要逐步調(diào)整, 當(dāng)調(diào)整到極限偏差在1.5um以內(nèi), 再啟用自動(dòng)調(diào)整控制裝置。模口間隙不當(dāng)引起的厚度不均表現(xiàn)為薄膜橫向厚度穩(wěn)定不均, 即偏厚的片區(qū)一直偏厚, 偏薄的片區(qū)一直偏薄。

風(fēng)刀、真空箱：熔融物料與冷卻輥表面緊密貼合, 是流延薄膜成型的關(guān)鍵。薄膜的貼輥效果直接影響到薄膜的外觀質(zhì)量和物理性能。為了避免薄膜與冷卻輥之間產(chǎn)生氣泡, 采用空氣流通過氣刀均勻地吹在薄膜與冷卻輥接觸成切線方向的地方, 使薄膜與輥面緊密貼合。為了使這種貼合效果更好, 同時(shí)還采用真空箱裝置, 利用真空原理把薄膜與流延輥之間空氣抽去, 從而使薄膜與流延輥之間不會(huì)產(chǎn)生氣泡。風(fēng)刀寬度與流延輥長(zhǎng)度相同, 真空箱寬度與模頭寬度相同。在風(fēng)刀操作時(shí), 風(fēng)刀風(fēng)量要控制適宜, 風(fēng)量過大, 會(huì)使熔膜過度抖動(dòng), 引起薄膜厚度偏差增大; 風(fēng)量過小,壓力不足,貼輥效果變差, 薄膜就會(huì)產(chǎn)生橫向波動(dòng),薄膜厚度偏差很大, 膜面變形不平整無法生產(chǎn)(在開車生產(chǎn)時(shí)移動(dòng)風(fēng)刀靠近流延輥過程中表現(xiàn)明顯)。風(fēng)刀對(duì)流延輥的角度及風(fēng)刀位置也十分重要。角度不當(dāng), 也會(huì)使薄膜表面產(chǎn)生氣泡, 貼輥效果變差, 此角度調(diào)整為使風(fēng)刀氣流方向垂直于過熔膜與流延輥始接觸點(diǎn)流延輥截面圓的切線。風(fēng)刀位置是指風(fēng)刀出風(fēng)口(稱風(fēng)刀口) 的?？奎c(diǎn)。不同的風(fēng)刀位置會(huì)使薄膜與流延輥的接觸線不同。風(fēng)刀位置越接近模唇, 接觸線也就越接近模唇, 氣息就越小,熔膜急冷效果好, 熔膜抖動(dòng)的幅度就小, 成膜后薄膜的厚薄度均勻性就越好。因此, 風(fēng)刀口越接近模唇, 越有利對(duì)控制薄膜厚度均勻性

通過風(fēng)刀的空氣流應(yīng)均勻地吹到熔膜上, 若風(fēng)刀口薪附有異物影響氣流的均勻, 那么薄膜的橫向厚度就會(huì)不均勻, 勃有異物處對(duì)應(yīng)的薄膜在熱效應(yīng)作用下就會(huì)偏薄, 且因急冷程度差異導(dǎo)致該處膜面霧度較高, 在膜面形成縱向透明度低的連續(xù)條紋。所以風(fēng)刀一定要保證無影響氣流的勃附物。真空箱的操作主要是注意調(diào)整抽氣風(fēng)速要與實(shí)際生產(chǎn)清況相匹配, 抽氣風(fēng)速過大, 會(huì)使熔膜易產(chǎn)生破洞;抽氣風(fēng)速過小, 就起不到抽去薄膜與流延輥之間空氣的效果。在生產(chǎn)同樣厚度產(chǎn)品時(shí), 生產(chǎn)速度快較生產(chǎn)速度慢的真空箱風(fēng)速大; 在同樣的生產(chǎn)速度時(shí), 產(chǎn)品厚度厚較產(chǎn)品厚度薄的真空箱風(fēng)速大。

2. 工藝成因

原料樹脂本身的熱性能，或模頭各加熱區(qū)溫度設(shè)置、會(huì)造成熔體不能均勻等速流動(dòng)；塑料熔體的速度變化（如螺桿速度、牽引速度）也影響熔體的分布，從而影響塑料薄膜的橫向厚度。

溫度設(shè)定：由于不同原料樹脂要求的加工溫度有所不同，在擠出機(jī)機(jī)筒溫度的設(shè)定中一般是沿物料流向從低到高。典型的溫度設(shè)定范圍（聚乙烯和聚丙烯溫度有較大差異）是: 機(jī)筒靠近冷卻加料段部分在150~215 ℃ , 機(jī)筒中間部分在190~230 ℃ , 機(jī)筒前端部分在210 -240 ℃ , 連接體及模頭在200~230 ℃ , 模唇部分在210~240℃ 。擠出溫度設(shè)定不合理時(shí),會(huì)影響擠出量不穩(wěn)定, 對(duì)膜厚度影響表現(xiàn)為縱向厚度不穩(wěn)定。模頭溫度設(shè)定不合理時(shí), 會(huì)影響熔料從?？诹鞒鰰r(shí)流量在?？趯挾确较虿坏? 從而導(dǎo)致成膜后橫向厚度不均勻。模頭寬度方向上的溫度設(shè)定為中間低, 兩端略高。在整個(gè)寬度方向上, 溫度分布圖形象馬鞍一樣。

牽引速度：主要是流延輥的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。當(dāng)擠出量不變時(shí), 流延輥的運(yùn)轉(zhuǎn)速度越快, 生產(chǎn)的膜越薄; 流延輥的運(yùn)轉(zhuǎn)速度越慢,生產(chǎn)的膜越厚。因此,當(dāng)流延輥速度不穩(wěn)定時(shí)生產(chǎn)的薄膜縱向厚度也就不穩(wěn)定。這里所說的流延輥速度是指它的線速度, 因此, 流延輥運(yùn)轉(zhuǎn)速度取決于兩個(gè)方面:一是流延輥縱截面圓的規(guī)整度; 二是流延輥縱截面圓半徑的角速度。一般情況下流延輥的運(yùn)轉(zhuǎn)速度都較穩(wěn)定。如果在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)薄膜縱向厚度有周期性的不穩(wěn)定,且一個(gè)周期的厚度對(duì)應(yīng)薄膜縱向長(zhǎng)度與流延輥縱截面圓圓周長(zhǎng)接近時(shí), 須用測(cè)速儀器對(duì)流延輥的線速度進(jìn)行檢測(cè)。

模腔內(nèi)雜物或模唇的焦料：模腔中有雜物, 會(huì)很明顯地影響薄膜的橫向厚度均勻性。模腔中的雜物會(huì)阻礙熔體在模腔中的流動(dòng)。當(dāng)熔體經(jīng)過有雜物的模腔從模唇流出時(shí), 在模唇寬度方向上的熔體流量就會(huì)不均勻, 對(duì)應(yīng)有雜物處熔體流量相比無雜物處少, 這樣成膜后就會(huì)明顯偏薄, 在膜面形成縱向的透明度較高( 因偏薄程度大) 的續(xù)條紋,且在取卷卷面對(duì)應(yīng)條紋處出現(xiàn)一條暴筋, 嚴(yán)重影響膜卷使用。當(dāng)有雜物停留在模腔中時(shí), 須及時(shí)清理。增大模唇開度進(jìn)行擠料, 同時(shí)用黃銅片插人模腔在模唇寬度方向從中間向兩邊刮, 直到雜物同擠料被刮出模唇。模唇上如有焦塊，也會(huì)影響薄膜的橫向厚度均勻, 相比程度較輕, 通常稱之拉絲( 嚴(yán)重的叫膜口線), 解決方法就是清理模唇。

模唇到流延輥的距離：模唇到流延輥的距離要盡可能控制到最小, 因?yàn)槲锪蠌哪ｎ^模唇擠出時(shí)為熔融狀態(tài),如果模頭模唇離流延輥的距離過大, 熔融狀態(tài)的物料就容易受到外界因素的影響(如環(huán)境風(fēng)) 產(chǎn)生抖動(dòng), 薄膜厚度也就隨之發(fā)生變化, 造成薄膜厚度均勻性差。

3. 材料成因

原料的密度、熔體指數(shù)及原料的配比也會(huì)影響流延膜的厚薄均勻度。

縮幅：流延膜生產(chǎn)過程會(huì)出現(xiàn)薄膜寬度小于模頭寬度的縮幅(又稱瘦頸)現(xiàn)象。熔融流延膜在空氣中熱拉伸時(shí)薄膜變窄,結(jié)果薄膜的邊緣變厚, 薄膜寬度和模頭寬度之間存在差別通常就規(guī)定為縮幅?？s幅越大,薄膜的邊緣越厚, 因此產(chǎn)品的產(chǎn)量隨厚邊料的增加而相應(yīng)降低?？s幅與熔融薄膜表面張力和彈性模量有關(guān), 是由薄膜的收縮引起的。縮幅程度與樹脂的特性有關(guān), 如樹脂密度、熔體指數(shù)有關(guān); 與流延條件, 如熔融薄膜的溫度、氣隙和模唇寬度有關(guān)。在流延條件不變的情況下, 密度或熔融指數(shù)越高, 縮幅越大。關(guān)于流延條件, 氣隙大, 模唇寬, 引出速度快,熔膜溫度高, 則縮幅就越大。

而對(duì)流延設(shè)備自身控制縮幅的部件即定邊裝置。定邊裝置常見的有高壓空氣定邊和高壓放電定邊兩種。高壓空氣定邊適用于車速比較低或生產(chǎn)相對(duì)較厚的薄膜情況; 高壓電子定邊適用于穩(wěn)定對(duì)薄膜厚度均勻控制十分重要, 特別是生產(chǎn)相對(duì)模唇寬度較寬的產(chǎn)品, 定邊是否穩(wěn)定會(huì)很明顯地影響產(chǎn)品兩端厚度均勻性。在產(chǎn)品兩端厚度均勻性控制的源頭就是控制縮幅穩(wěn)定而且程度較小。通過上述內(nèi)容可見,選擇加工樹脂特性和流延條件也可以控制縮幅,但一般主要是依靠定邊裝置來控制。高壓放電定邊操作的核心是定邊針位置的確定。再根據(jù)加工樹脂特性和流延條件做細(xì)致小范圍的調(diào)整。定邊針合適位置的判定即所作用下的工藝要求內(nèi)膜邊厚度穩(wěn)定, 膜邊不擺動(dòng)或有穩(wěn)定的很小幅度擺動(dòng)。

配方的配比：原料的配比不均勻，加料與混料不穩(wěn)定，造成配方組份變化，也會(huì)影響熔體溫度和黏度變化，也將改變塑料熔體子模頭中的流動(dòng)，而造成薄膜的厚度變化。

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