多層共擠流延膜成型設備與技術的創新現狀和進展（下）

張友根

(上海浦東新區，上海 201200)

（接上期）

4 多層共擠流延膜設備智能化綠色成型技術的創新現狀和進展

多層共擠流延膜設備智能化控制以成型加工流延膜質量為目標，生產線具有感知、分析、推理、決策、控制功能的“人腦”智能，實現真空上料、機筒加熱溫度、擠出速度和壓力、模頭溫度、流延壓花輥的轉速和冷卻溫度、電暈、薄膜厚度，牽引輥速度、邊料回收、斷膜、收卷等機組各部件的動作自我協調、工藝參數自動修正、故障自我診斷顯示、質量自我檢測、加工環境自我適應，實現設定的質量預期目標。

4.1 智能系統控制技術的創新現狀和進展

廣東仕誠塑料機械有限公司與奧地利的運動控制專家貝加萊公司合作開發多層共擠流延膜生產線智能控制系統， Power Panel系列HMⅠ是基于PCC設計的集成顯示與控制的HMⅠ，500 MHz的主頻，可執行高達200 μs的循環掃描任務，PP400內置128 MB的SDRAM，并且可插入CF卡，支持8 GB的大容量存儲，此系統為配置512 MB的存儲卡。系統支持多種總線控制卡，X2X總線、Profibus DP Slave和 Master、Ethernet POWERLⅠNK、RS485、CAN、DeviceNet均可選擇相應卡件支持，這就使得閥島和第三方直流調速系統得以開放的連接。ACOPOS伺服驅動器具有125 μs的速度環刷新能力，支持高速的速度同步關系，通過建立軸之間的電子齒輪比、CAM曲線可實現高速的同步控制，內置的智能路徑搜索可實現最佳的運動曲線，機械沖擊被極大的降低，系統平穩而可靠。高性能系統得以實現的核心來自于Ethernet POWERLⅠNK這一前沿的實時通信技術，在B&R Motion Control滿足了現代運動控制的前瞻性理念-系統被設計為軸與軸之間的數學關系，通過不斷的進行軸與軸之間的數據交換，確保所建立的關系被良好的維持，而POWERLⅠNK以高達400 μs的刷新、小于1 μs的系統抖動，將各個軸之間的同步關系得以緊密的耦合。

佛山飛友自動化公司在吸收消化德國先進的多層共擠技術的基礎上，結合我國具體情況，與佛山市萬嘉塑膠有限公司緊密聯手合作，研發了 3～7層的高檔次多層共擠流延機控制系統。該控制系統采用了德國西門子 S7-315 PLC 可編程控制器進行整機控制，人機界面使用 10.4"HⅠTECH 彩色觸摸屏，并通過PROFⅠBUS 通訊總線方式，實現了對擠出系統、流延裝置、牽引系統、浮輥調節系統以及收卷張力控制系統等的閉環式全自動控制。另設有全自動換卷和切料等功能。系統的自動化程度高，操作簡便直觀，可全方位參數設置和集中顯示。具有可操作性，高速穩定性和耐久性等優點。是集光、機、電、氣、液、多種控制于一體的高科技、高附加值新產品。標志著與國際最新技術同步，可與國外同類產品媲美。

4.2 智能化遠程診斷與維護技術的創新現狀和進展

B&R Power Panel一體化人機界面可通過插入VNC Server、Web Server、FTP Server等不同方式實現遠程診斷與維護，在無需增加任何設備成本的情況下，通過在Automation Studio里為Power Panel設置VNC Server即可對遠程的計算機實現監控，Power Panel作為服務器端，通過Ⅰnternet為遠程設備分配ⅠP地址，本地的VNC Client即可實現兩級監控，一級參數監控和一級修改權限的設置，而Web Server則實現了通過ⅠE瀏覽器的設備狀態、系統參數的監控，FTP Server可將修改的程序通過遠程方式下載到設備上，供現場維護人員對程序進行升級。

4.3 智能化測厚技術的創新現狀和進展

模頭智能化在線自動測厚系統由檢測、執行及中央處理器等三部份組成，中央處理器根據單層厚度測量系統檢測層厚發出的信號，控制與層厚有關的技術參數，既能對整體厚度進行精確監控和調整，又能對某些關鍵的功能層進行厚度的精確監控和調整。有效控制薄膜幾何參數的預設值，組態監控軟件系統軟件更易于實現其對薄膜平整性的調整，只需把薄膜厚度輸入到控制計算機，整個控制過程在計算機的控制下自動完成，排除了諸多的人為因素，控制精度明顯提高，使層厚尺寸公差控制在要求范圍內，開機速度快，降低機頭廢料，減少原料消耗，節約生產成本。

法國思肯德（SCANTECH）公司是全球第一家將X線探頭應用于塑料薄膜厚度的測量，擁有自己的專利技術，在該領域處于領導地位，全自動模頭螺栓對位系統軟件（Auto-Mapping software）實現智能測厚及控制膜厚，系統利用完全相同的前后二臺測厚儀，測量準確，真正實現測厚儀剖面完全準確的自動對應，不需要任何的人工干預，既便是在改變生產線速度或改變產品的寬度情況下，薄膜測厚儀能在每次掃描時根據所測薄膜寬度的變化，監視和調節模唇間隙，自動調整螺栓的對應位置關系，持續不斷的調整和優化模頭橫向的薄膜厚度均勻度。前后二臺測厚儀完全相同，可以互換使用；二臺測厚儀各自獨立運行，互不干擾；模頭螺栓控制柜獨立運行，從測厚儀中讀取數據后直接控制螺栓。該自動對位系統實現了剖面和螺栓的準確對應，不管鑄片剖面如何變化，薄膜測厚儀都能精確跟蹤，流延膜厚度的平均誤差在2%以內。人工調節螺絲，不但需要很長的停機調節時間及浪費大量原料，而且流延膜厚度的平均誤差只能控制在10%（1 m寬度）。

精誠的專利成果膜厚“在線自動控制”裝置，他與模唇溫控系統紅外線、β射線、X射線的相互配合作用下，經測厚儀自動橫向往返準確檢測后反饋數據，采用特殊的熱膨脹螺栓對模唇的開口厚薄進行自動微調，從而快速有效的達到控制產品的精度。在每分鐘20多次的掃描頻率中，能夠非常準確的動態顯示制品的厚度尺寸，寬度精度≤2%，產品的厚薄精度在±2%。

4.4 智能化精密擠出計量控制技術的創新現狀和進展

智能化精密擠出計量控制是實現多層化流延薄膜成型質量的重要一環。擠出計量精度得不到精密控制，分配器不能達到目標的控制精度，各層厚度及總厚度的精度不能實現目標的控制精度。多層共擠要求多臺擠出機之間計量喂料、擠出壓力兩個技術參數，不但精密匹配而且互相之間精密協調，保證穩定工作。

智能化精密擠出計量控制是一個系統工程，同時也是整個智能化成型加工的一個分支。精密的多組分計量喂料系統、測厚裝置及全線自動控制和監測組成一個智能化精密擠出計量控制系統，實時自動調整各擠出機組的擠出率、擠出壓力，確保共擠出各層物料穩定的精密計量分配和穩定的擠出壓力。美國美奎公司的28組分自動稱重喂料系統，通過失重計量方式將各層薄膜厚度、牽引速度等檢測信號傳送到各個 重力料斗，精確確定各組分的給料速率，在線控制擠出螺桿的轉速，實現精密喂料。中山市臺達塑料機械有限公司TGB系列稱重式拌料機采用新一代的單晶片微處理器、功能更強大、運算速度更快、抗干擾能力更強的單晶片微處理器，具有自動補償功能，在每次開機時能自動校準以確保精度準確，可最多實現12組分的原料精確混合，配備PLC觸控系統、EEPROM記憶體，可存儲500組配方資料。德國W&D公司的11層共擠流延膜生產線擠出系統，由中央計算機精確控制每一臺擠出機的轉速及精度高達千分之一的定量給料系統，充分保證產品的穩定性。

4.5 智能化傳動機構同步運轉控制技術的創新現狀和進展

流延膜冷卻定型至收卷一系列的傳動機構之間精密同步傳動，才能保證正常運轉。主冷輥、次冷輥、牽引輥1、牽引輥2、收卷軸1、收卷軸2等多個伺服軸之間建立了穩定可靠的電子齒輪比關系，實現精密傳動。

貝加萊系統Ethernet POWERLⅠNK實時通訊技術，500 MHz的主頻，高達400 μs的刷新、小于1 μs的系統抖動，可執行高達200 μs的循環掃描任務，耦合各軸之間的高速電子齒輪同步關系，每400 μs系統實現各軸之間的數據交換，穩定軸與軸之間的電子齒輪比，而隨著速度的變化，各個軸之間也能夠保證嚴格的同步關系，并且通過數學建模，不同的材料、速度、溫度要求下，也能夠實現高精度的同步關系，適應500 m/min的生產速度。

自動換卷過程要保證系統的快速換卷同時的張力穩定可靠，系統在高速運行時，對于伺服系統的速度同步提出了巨大的要求，在卷徑切換后，要保證新卷的線速度快速的與牽引保持一致，這樣才能保證換卷過程的平穩和薄膜的可靠。

在牽引和收卷軸之間的線速度同步，收卷軸通過卷徑猜測算法對角速度進行調整，即可實現帶張力傳感器、無傳感器等多種形式下的張力補償算法，保證高精度的張力控制。

4.6 “智慧化服務”的創新現狀和進展

“智慧化服務”在互聯網、物聯網、內容/知識網、人際網和先進制造技術等的支持下，將各種制造資源連接在一起形成統一的資源池，然后根據客戶個性化需求和情境感知，做出智能的響應，為客戶提供定制化的、按需使用的全套方案服務。智慧服務信息系統高效集成研發、設計、工藝、質量、制造執行等系統，打通產品生命周期的各個環節，實現各類數據的實時整合與控制，為智能制造提供信息支持。

布魯克納集成過程控制系統（ⅠPC）包括并融合了用戶友好型控制和虛擬技術，系統所有部分可以在工廠網絡中實現 一體化，便于集中管理，為服務和支持（例如遠程服務）提供便利。擴展本地OEM質量服務提高了生產利用率，并最大程度上降低停機時間和成本。

2018年1月，廣東金明精機股份有限公司與戰略合作伙伴西門子共同簽訂了建立雙方的戰略合作伙伴關系，促成雙方全集成自動化解決方案及數字化制造的資源共享和優勢互補，實現合作共贏。通過合作，將進一步加快金明向打造高度自動化、智能化的智慧工廠整體解決方案。雙方將在目前戰略合作的基礎上，通過深度合作彼此賦能，結合西門子信息化技術優勢和金明薄膜裝備“智”造的行業優勢，就金明多功能薄膜智能工廠建設，在云計算、互聯網技術、智能化應用、大數據平臺、信息化建設等領域展開全面深化合作，優先支持雙方業務發展，建立大數據綜合服務平臺，共同聚焦于薄膜制造智能化技術發展，積極推動金明薄膜智能工廠建設，通過雙方強強聯手，加速薄膜裝備產業發展，助推薄膜裝備制造領域的科技創新，打造薄膜智能制造新形態。

5 多層共擠流延功能化膜成型設備與技術的創新現狀和進展

綠色功能化流延膜的持續發展推動了多層共擠流延功能化膜成型設備與技術的創新。

5.1 多層共擠流延環保裝飾膜成型設備與技術的創新現狀和進展

免涂裝的綠色多層共擠流延膜應用于裝飾領域空間寬闊。 PP環保木紋裝飾薄膜不含有鉛、鎘、鄰苯二甲酸鹽等重金屬材料，不添加增塑劑等有害物質，同時還具有絕佳的甲醛密封性能，取代PVC貼面材料用作高檔音箱和家具等的貼面材料。

廣東仕誠塑料機械有限公司開發出了一條幅寬3150 mm的PP環保木紋膜流延生產線，設計速度在25～250 m/min之間，產能超過800 kg/h，整條生產線由五部分組成，包括：擠出單元、冷卻定型部分、預熱深壓花系統、全自動收卷系統，以及整線控制系統。通過對這五個組成部分進行優化設計，使該生產線滿足了高速、高效、高靈活性，以及多品種生產的目的。 擠出單元的多層共擠自動模頭配有一個厚度反饋調節機構，保證了在薄膜和裝飾薄膜的生產過程中厚度誤差≤±3%。收卷機的最大收卷直徑可達1200 mm，不僅可以減少換卷次數，節省成品空間，而且可以減少工作量，提高工作效率。邊料再回收系統由一個高效率的粉碎及風道送料系統，一個旋風分離式除塵裝置和一個中心強制粉碎料進料系統組成，效率極高，可使成品產出率高達99.5%。獨特設計的塑化與混煉螺桿提供了高速的剪切、混煉塑化效果，可直接使用高填充碳酸鈣粉及無機顏料色粉，降低了原材料的生產成本。 除了可用于PP環保木紋膜生產外，整線還可以靈活地轉換，用于其他產品的生產。

5.2 多層共擠拉伸流延膜成型裝備與技術的創新現狀和進展

戴維斯公司dsX s-tretch TM流延膜擠出生產線為業內首推的第一條在線單向預拉伸膜生產線，可用于3層、5層或7層流延膜單向預拉伸生產線，利用戴維斯標準最新的專利技術可在線速度為550～1000 m/min狀態下生產出厚度只有6 μm的薄膜。能在高速運行狀態下生產很薄的薄膜的原理在于先生產出較厚的薄膜，然后朝設備運行方向將薄膜3倍拉伸，生產出更薄、更強韌薄膜。

擠出機和DBS喂料螺桿能夠在最穩定的溫度下提供最低的塑化溫度，并在可能的最高速率下提供各種壓力的變化。

該產線的3輥單元、設備運行方向導向器單元和收卷拉伸器分2個步驟拉伸薄膜。獨特設計的虛擬零張力收卷機可以消除薄膜的內部張力。在最高速度下運行，每20 s就你能生產4卷薄膜，每分鐘就能生產12卷，每小時能生產920卷?？蛇x擇2～3"的薄卷芯或創新性的無卷芯設計來減少物料的使用和降低處理成本。

戴維斯標準的dsX s-tretch TM流延膜擠出生產線適用于多種材料和不同的生產需求。一站式的設計無需二級軟包工藝，靈活的配置允許在線生產環保型的2"卷芯膜卷、更薄卷芯的膜卷、無卷芯和無尾膜卷。

5.3 共擠拉伸透氣膜流延成型裝備與技術的創新現狀和進展

透氣膜是一種環保型透氣（汽）隔水（液、菌、塵）的功能性材料。

透氣膜流延成型生產過程：干燥好的樹脂原料[由基本樹脂（LLDPE+LDPE、HDPE、EVA或PP）和無機填充物（CaCO3含量在45%～50%之間）混合組成]，經過擠出機熔融塑化后，通過過濾器和聯接管進進流延T型模頭，經過狹縫型模唇擠出。薄膜直接緊貼在急冷輥上，通過2條冷卻輥冷卻和重新固化。隨后，薄膜通過測厚儀測厚，再經預熱輥、拉伸輥后進行縱向拉伸，定型冷卻、電暈后再切往較厚的邊料，通過全自動卷繞裝置卷取為膜卷，進行在線分切，得到筒狀的薄膜產品。

佛山市順德區江泉機械制造有限公司國內首家研制開發出模唇寬度達2500 mm的透氣性塑料薄膜生產線，薄膜厚度精度達到±1%～±3%，生產線速度200 m/min，能耗為0.4 kW/kg，生產出來的透氣性塑料薄膜在濕度90%、37℃的條件下丈量，其WVTR高達8000 gg/m2（24 h），達到了國際先進水平。生產線具有高速、性能穩定、環保、節能等特點，更具有在性價比方面的明顯優勢。

擠出塑化系統由配料裝置、真空上料機、計量輸送料裝置、稱重裝置、混料裝置等組成，可實現精確計量熔體擠出量，以保證穩定擠出。配置熔體計量齒輪泵和圓柱式全液壓換網裝置、溫度和壓力測量傳感器。精密的三組分重力矢量加料系統，實現物料的自動稱重、計量、上料、混合、儲存及分配，此系統和測厚裝置及全線自動控制系統構成一個閉環整體，可實時自動調整擠出機的擠出量，確保物料更加穩定地擠出。精確的矢量同步伺服傳動系統可進步生產線的速度及穩定性，減少維修保養成本并降低能耗。

全自動流延T型模頭，下垂式衣架型流道設計。模唇寬度為2500 mm，模唇采用柔性設計，并以最有效的間距調節點（25.4 mm）來確保所用金屬材質不會因受到熔體流反壓的影響而引起模唇間隙變化，從而更有效地微調模頭橫向寬度上的熔體厚度偏差，使薄膜更加平整。

冷卻主輥輪直徑Φ600 mm，自動恒溫雙流道循環冷卻控制系統，加上先進的內流道和薄壁設計，使進出水的壓力損耗只有0.05 MPa，輥面溫度的控制精度在±1℃以內，確保輥面溫度均勻分布，極大保證了薄膜的高品質。

拉伸單元采用熱油加熱系統，包括兩條預熱輥、6條拉伸輥及壓輥。預熱輥直徑為300 mm。拉伸輥及壓輥直徑為150 mm，材料為矽膠（或陶瓷）。各輥表面的橫向溫差為±1℃。加熱總功率為40 kW，內部油溫最高達100℃。

擺動單元配置進口微型減速電機，傳動穩定，擺動范圍為0～300 mm可調，可避免膜卷上形成皺折和暴筋。

測厚單元采用X射線非接觸式計算機集成測試系統。“O”型掃描架非常輕巧且結構穩定，掃描速度為0～10 m/min，配置全電腦控制及顯示系統。測厚探頭具有很高的靈敏度和穩定性，受環境影響小。

邊料回收單元配備頂緊穩定切邊裝置、鋁質雙導向邊料牽引輪，及在線邊料破碎切粒回收裝置。

電暈處理單元采用Φ250 mm液態硅膠輥，內部通水冷卻。配置空氣間隙調整裝置及電暈冷卻輥，輸出功率在1～25 kW間可調。

收卷單元采用全自動雙工位圓盤翻轉式收卷方式，最大收卷直徑為600 mm，通過精確計米實現全自動換卷。專業設計的跟蹤接觸輥使膜卷在高速翻轉時也能保持良好的卷姿；翻轉架旋轉采用變頻控制方式，可實現機架的緩速啟動和停止，進步停位精度，使收卷張力更加穩定；任意錐度張力設定方式可保證恒扭矩收卷，有效防止膜卷在收卷過程中的縮緊現象，獲得整潔的收卷效果；在線自動調速擺幅設計可減少收卷的累積誤差，進步膜卷的平整度。

控制系統由PLC、分布式控制模塊、工控機、觸摸屏及智能儀表組成的，可實現對生產線的集散控制、工藝曲線的實時顯示、關鍵參數的存儲等，便于生產治理，節約能耗，并進步產品的質量；專門為此生產線開發的Super Controller-2000電腦控制系統使人機控制的有機結合成為現實，最大限度地提升了溫度、速度、扭矩的控制精度，使遠程在線控制也變得更加簡便，并具備先進的故障自我診斷功能。由于采用了西門子S7300系列的PLC及Proftibus總線控制，與以往使用模擬量控制的設備相比，該生產線的速度更快，精度更高，抗干擾能力更強。

5.4 EVA太陽能光伏膜流延成型裝備與技術的創新現狀和進展

共擠流延EVA太陽能光伏膜流延成型保證薄膜具有高透光率，達到提高組件的光電轉化效率； 2%的收縮率，達到電池組件尺寸穩定性和一致性，保證組件良好的穩定性和可使用壽命。

EVA太陽能光伏膜流延成型生產設備由上料系統、擠出系統、計量泵、模頭、流延壓花冷卻、回火定型系統、牽引切邊裝置、雙工位中心收卷裝置等部件組成。

EVA太陽能光伏膜流延成型生產工藝路線：原料→配比供料→真空上料→擠出→換網器→熔體管道→熔體泵→模具→流延壓花冷卻定型→在線測厚→回火、冷卻定型→牽引及切邊在線分切（邊料卷繞）→雙工位中心收卷→成品卸卷?；鼗鹄鋮s去應力定型工藝是保證EVA太陽能光伏膜達到2%的收縮率的關鍵工藝，也是不同于CPP、CPE流延成型裝備與技術之點。

混料的技術要點。EVA流延膜原料一般采用杜邦、三井、普利司通等生產的光伏級EVA粒料。低溫低速、多次混料工藝實現擠出塑化原料型均勻化，防止原料在混合過程產生交聯固化反應，首先混合各種助劑，而后把助劑混合劑與EVA粒料低溫低速混合。

低溫精密計量、穩壓擠出塑化技術要點。EVA是熱固性塑料。機筒加熱溫度控制精度±1℃。自動矢量計重加料，實現精密加料。無強烈剪切單元（如屏障段）的計量型EVA專用螺桿，避免在塑化過程中產生過高的剪切熱，塑化混煉質量均勻，螺桿轉速≤60 r/min，實現原料在熔融過程中不發生交聯反應。采用計量泵達到熔融料擠出速率恒定，擠出壓力(計量泵前)的波動應控制在±0.1 MPa內，確保太陽能光伏EVA膜在低溫、低壓、低速下擠出，不發生因軸向擠出剪切熱過高而發生交聯反應。在換網器前后、計量泵后安裝高精度的壓力傳感器，壓力閉環控制系統，確保壓力波動±0.1 MPa內。

流延壓花冷卻定型技術要點。流延壓花輥、壓花膠輥、冷卻輥依靠強制水循環冷卻。輥套結構為雙螺旋夾套式，達到提高冷卻效果、降低輥筒表面溫差的效果。流延壓花輥表面進行特殊處理，防止發生膠膜粘輥現象。

牽引、展平、張力控制及收卷技術要點。各級牽引速度由矢量閉環變頻控制器控制，實現各單機運轉、整機聯動、同步控制。雙工位中心間隙收卷裝置，雙工位換卷系統，避免EVA薄膜在收卷過程的拉伸變形和收卷時薄膜與收卷動力輥的接觸壓力變形，而影響薄膜的收縮率。以流延輥線速度為基準，實現無極變速及與其他牽引機構的同步控制，各級牽引的張力控制在0～2 N，冷卻輥、牽引輥的速度控制在0.2%以內，防止EVA光伏膜在牽引過程被拉伸，而影響薄膜的收縮率。無軸芯翻轉的收卷機構，滿足在外形尺寸盡量減小的情況下，達到更大收卷直徑的要求。飛刀切割與靜電吸附裝置，實現高速換卷，無需粘貼膠帶。

切邊技術要點。邊料自動卷繞速度與牽引速度一致。

回火冷卻去應力定型技術要點?？刂艵VA熱收縮率。流延壓花冷卻定型，EVA薄膜收縮率在5%左右，達不到太陽能光伏膜的使用要求，其原因是EVA薄膜熱收縮是由于內部存在應力，而消除應力需要在一定溫度和松弛狀態下，經過一定時間才能完成。在EVA流延膜膜生產線上二次回火冷卻去應力定型裝置，使EVA薄膜經過再次受熱，消除EVA薄膜的內應力，使EVA薄膜在使用之前進行一次預收縮，將成品收縮率控制在2%的太陽能光伏膜規定范圍內。遠紅外加熱回火烘箱，高效節能加熱器，不銹鋼加熱罩，溫度控制器（精度±1%）?；鼗鹄鋮s輥筒配備水溫自動控制系統，進水溫度與出水溫度的溫差在±1℃以內，在高速運轉的情況下得到最佳質量的薄膜，同時防止因輥體表面的溫差大、冷卻不均勻而呈現薄膜透明度不一至的現象。

收卷技術要點。采用中心間隙收卷裝置，防止收卷過程產生拉伸變形和薄膜與收卷動力輥的接觸壓力變形，而影響薄膜的收縮率。

智能測厚控制技術要點。將薄膜厚度、偏差及平均值的測量信號，轉為控制信號，控制和調整螺桿轉速、模唇開口間隙、流延輥、冷卻輥、牽引輥轉速等技術參數，實現對薄膜厚度進行控制，使產品的厚度范圍控制在±4%以內。

6 結語

塑料薄膜流延加工技術以其產量大，厚度分布均勻，透明性好占據了塑料軟包裝的半壁江山。高阻隔多層共擠膜主要用于肉、休閑食品以及醫療器材包裝行業，隨著對包裝的要求越來越高，更多的資本開始涌入該領域。國內成型設備基本上被歐洲占領，國內開發的同類設備技術上存在差距，難以被國內薄膜生產商廣泛接受。

綠色軟包裝推動了多層共擠流延膜的的發展，促進了其成型設備與技術向著智能化、高速化、功能化、差異化等綠色化持續創新。