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“原材料生產”（即樹脂、生膠，還包括半成品的生產）和“製品生（shēng）產（chǎn）”兩個（gè）係統。製品（pǐn）的生（shēng）產（即加（jiā）工工業）包（bāo）含很多種類，如（rú）：TPU、PVC、PP、PC、ABS等。其（qí）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。被稱為“第三代橡膠”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（fāng）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

原料的選用一般選用擠出級TPU樹脂，MFR在20—60g/10min。樹脂的牌號和類型根據薄膜的用（yòng）途選定：如，需耐水解，做水上產品用的（de）薄膜，應選用聚醚（mí）型的TPU樹脂（zhī），國產的山東萬華（huá）的WHT8085；進口的路博（bó）潤的58219等。

1.2 原料的配製

1.2.1 配料（liào）

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

1.2.2 原（yuán）料的混合

原（yuán）料的混（hún）合是把以TPU樹脂為主要原料和其他一些輔（fǔ）助材料（製品成型用料配方中的材料），按配方要求計量後（hòu），在混合機中攪拌混（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擠出成型。

1.2.3 物（wù）料的輸送

在TPU配混（hún）料的配（pèi）製過程（chéng）中，要解決樹（shù）脂的輸送與計（jì）量，目前多數采（cǎi）用氣動輸送係統。物料的氣（qì）動輸（shū）送（sòng）一般（bān）以空氣為動力源，速（sù）率（lǜ）較高，且具備機械輸（shū）送的多數優點，但受物料大小的限製。大塊、團塊（kuài）、餅狀物料不能采用（yòng）。

TPU樹脂的氣動輸送（sòng）係統由負壓動力（lì）機組操作。它把TPU樹脂從大貯料倉中抽吸出來，物料被抽提到過濾收集器，在這裏與（yǔ）氣流分（fèn）開。從（cóng）過（guò）濾收集器出來（lái）的物料，由於重力而（ér）落（luò）入儲料筒，通過氣流送入主機。

1.2.4 物（wù）料的幹燥

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

1.2.5 TPU分散體

TPU分（fèn）散體所含組分有樹脂、分散劑、稀釋劑、膠凝劑、穩定劑、填充劑、著色劑、表麵活性劑以及為特殊目的而加入的其他助（zhù）劑等，關於分散體的具體配方，在以後的（de）論文中會有詳細的（de）介（jiè）紹。

2、塑料（liào）薄膜擠出機

2.1 擠出（chū）機成型生產應用

擠出機是塑料成（chéng）型加工的重（chóng）要成型方法之一，大部分熱塑性塑（sù）料都能用此法進行加工。與其（qí）他成型方（fāng）法（fǎ）相比，擠出成型有下述特點：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（fàn）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：按螺杆數目的多少可分（fèn）為單螺杆擠出機、雙螺杆（gǎn）擠出機和多螺杆擠出機；按可否排氣分為排氣擠出機（jī）和非（fēi）排氣擠出機；按（àn）螺杆的有（yǒu）無可分為螺杆擠出機（jī）和無螺（luó）杆擠（jǐ）出機；按螺杆在（zài）空（kōng）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

塑（sù）料薄膜生產線上最常采用的是非排氣臥式單螺杆（gǎn）擠出機，其次是排氣（qì）臥式單螺杆擠出機和雙螺杆擠出機。

在塑料流延薄膜生產線上，擠出機稱為主機，由螺杆、機筒、料鬥、加熱冷（lěng）卻係統、傳動係（xì）統、機架、電氣控製係統和過濾網等（děng）組成，它是塑料（liào）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（diàn）暈處理機、擺幅機構、收卷（juàn）機等統稱為塑料流延薄膜（mó）生產線輔機。

3、流延TPU薄膜的加工工藝及其參數

3.1 流延TPU薄膜（mó）的加工工藝（yì）

流延（yán）薄膜加工工藝是樹脂經擠出機熔融塑化，從機頭通過狹（xiá）縫型模口擠出，使熔料緊貼在冷卻輥筒（tǒng）上，然後再經過拉伸、分切、卷取。流延法成（chéng）型方（fāng）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薄膜好，厚薄精度（dù）高，薄膜均勻性好，強度也高20%～30%，可用於自動包裝，但所需（xū）設備投資較大 。

3.1.1 擠（jǐ）出流延薄（báo）膜工藝流程和生產線主要裝（zhuāng）置

（1）擠出機擠出機的規格決定薄膜的產量（liàng），規格較大時也可用？200mm的擠出機。由於流延薄膜（mó）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（gòu），結構應（yīng）能滿足（zú）邊角料回收的要求（qiú）。螺杆的長徑（jìng）比為25～33，螺杆壓縮比為4。

（2）機頭生產流延薄膜（mó）的機頭為扁平機頭，模口形（xíng）狀（zhuàng）為狹縫式。這種機頭設計的關鍵是要使物料在整個機頭寬（kuān）度上的流速相等，這樣才能獲得厚度均勻、表麵平整（zhěng）的薄膜。這（zhè）種機頭（tóu）對於擠出（chū）薄膜或片材同（tóng）樣適用。

（3）流延生產線中的冷卻（què）裝（zhuāng）置主要（yào）由冷卻輥、剝離輥、製冷係統及氣刀、輔助裝置組成。

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

②氣刀（dāo）氣（qì）刀是吹壓縮空氣的窄縫噴嘴，是配合冷卻輥來對薄膜進行（háng）冷卻（què）定型的裝置，其寬度與冷卻（què）輥的長度相同。刀唇表麵光潔，製造精度高。

③測厚裝置（zhì）在高速（sù）連續生產過程中，薄膜測厚（hòu）必須實現非接（jiē）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（yóu）於傳（chuán）送和卷取（qǔ），傳動係統應能提供恒定的扭矩，使用可控矽整流直（zhí）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（xiǎo）於（yú）機頭寬度）現象，會（huì）使薄（báo）膜邊（biān）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（diàn）暈處理裝置薄膜經過（guò）電暈處理，可以（yǐ）提高薄膜表麵張力，改善薄膜的印刷性及與其他（tā）材料的黏（nián）合力，從而增（zēng）加薄膜（mó）的印刷牢度和複合材料的剝離強度。處理後的薄膜的表麵張力要求達到32～58mN/m ，通常在38～44mN/m之間。

⑦卷取裝置（zhì） 薄膜采用主動收卷（有軸中心（xīn）卷取）形式，為了適應流延薄膜寬度大和（hé）生產線速度（dù）高的特點，收卷裝置一（yī）般都為（wéi）自動或半自動切割、換（huàn）卷。以雙工位自動換（huàn）卷應用較多。

⑧其他輔助裝置（zhì） 流延成型設備，除去前麵所（suǒ）述的裝置以外，還有展平輥（gǔn）、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（kǒu）的路博（bó）潤的58219為例（lì）。

3.2.2 溫度機頭寬1.8m用Φ120mm的（de）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（shù）脂在此階段隻發生攪拌、破碎和軟化，並不發（fā）生物態的（de）轉變，溫度不能太（tài）高。該階段產生的推動力是否連（lián）續、均勻、穩定，剪切應變率的高低，破碎與攪拌是否（fǒu）均勻都影響著擠出的質量和產量。

第（dì）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（shù）脂，受螺杆的推擠作用、較高溫度的熱作用（yòng）、與機筒和螺杆的（de）摩擦作用、由於螺（luó）槽體積變小（xiǎo）造（zào）成的（de）壓力作用，使樹脂（zhī）熱交換作用加大，表裏達到熱平衡，逐漸由固態轉變為黏流態（可塑態）。此（cǐ）時樹脂（zhī）的分子結構發生了根本改（gǎi）變，分子間（jiān）張力極（jí）度鬆（sōng）弛，除組（zǔ）成中特高分子量外，主體完（wán）成了塑化—即初步塑化，並且（qiě）在壓（yā）力作用下，排（pái）除了固（gù）態物料中所含氣體，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（dù）最淺、螺槽容積最小，螺杆與機筒間產生的壓力（lì）最（zuì）大，同（tóng）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（jīng）過熔融段未能塑（sù）化的高分子在此段（duàn）完成塑化，從而消除“顆粒”，使塑化（huà）充分均勻，所以該段（duàn）稱（chēng）為“均勻段”。因擠（jǐ）出量的（de）大小由該段的容積決定（dìng），所以又叫（jiào）“計量段”。

熔體經螺杆熔（róng）融、均（jun1）化，此時熔體充分（fèn）塑化，在高溫、高壓狀態下，進入機頭。為了使產品的厚度均勻、穩定，減（jiǎn）小熔體的流動性，需要降低熔體的溫度（dù），使熔體均勻的從（cóng）模頭流出，產品（pǐn）的橫向厚度均勻。

冷卻輥表麵溫度的高低直接影響（xiǎng）鑄片結晶度的大小。溫度較低（dī）時結晶度小，薄膜透明度好，拉伸強度高；但溫度太低會增加製（zhì）冷費（fèi）用，此溫（wēn）度一般控製在18—20℃。

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

3.2.4 氣刀控製氣（qì）刀（dāo）與冷卻輥之間的距離應盡量小（xiǎo），整個機頭寬度內（nèi），氣刀與冷（lěng）卻輥之間的距離應相同（tóng），氣（qì）刀風壓（yā）均勻。

3.2.5 收卷張力收卷張力（lì）一般為100N。

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

4、結論

由於TPU獨（dú）特的性能（néng），具有其獨特的加工特（tè）性，不需要硫化這道工序。而硫化對橡膠來說，是非常重要的一環，決定著橡膠的使用性能；TPU屬於熱塑性彈性體，對（duì）溫度非（fēi）常敏感，溫度（dù）低或高，都會影（yǐng）響產品（pǐn）性能。傳統高分子材料，如：PE、PP等（děng），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工溫度沒有（yǒu）這麽大的跨度。所以TPU流延成型（xíng）技術有其獨特的一麵。

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