概  述      挤出复合工艺是使用1台或多台挤出机和T型模头，把一种或多种热塑性塑料树脂用挤出熔融塑化的方法通过T型模头流延到另一种基材的表面上，并在热黏状态下压合成复合薄膜的过程。      1.挤出复合工艺的特点      挤出复合工艺的成本相对较低。目前一些较为先进的挤出复合机配备了薄边机构，实现了免切边，使边料的损失降到最低，进一步提高了挤出复合工艺在成本上的优势。同时，挤出复合工艺还具有生产速度快、可供选择的基材范围广、复合制品残留溶剂少、环境污染小等优点。      但挤出复合工艺也存在一些缺点，如设备初期投资较大，在升降温或更换树脂时损耗较大，生产和质量控制相对比较复杂，易产生高温异味和产品平整度差等问题。另外，挤出复合工艺的复合强度相对较低，尤其是挤出复合速度较快时更容易出现这种情况。但随着塑料树脂挤出复合设备和技术的不断发展，挤出复合工艺的缺点逐渐被克服。同时，挤出复合产品的范围也在进一步扩大，其独有的优势越来越明显。      2.挤出复合机的基本类型      随着技术的不断进步，挤出复合机出现了高速化、多层化、自动化、数字化、智能化、连线生产等发展趋势。根据功能结构，挤出复合机分为单面一次涂覆复合型（普通型）、单面两次涂覆复合型（串联型）、两面各一次涂覆复合型、单面两次和两面各一次涂覆复合兼用型、挤出与干式两用复合型等。在软包装领域，单面一次涂覆复合型（普通型）和单面两次涂覆复合型（串联型）占绝大多数。      (1) 单面一次涂覆复合型      该类型是挤出复合机基本的构成装置，在软包装领域使用最多。在生产线中，它主要由两部分组成：①树脂的熔融流延制膜装置，包括挤出机、连接器、T型模头、挤出机移动装置、挤出机附属装置、加热与温控装置等。②涂布复合装置，包括放卷装置、底涂涂布干燥装置、预热或电晕处理装置、涂覆复合装置、喷粉装置、收卷装置等。      通过配置第二基材放卷，可实现三层复合（三层夹层复合）。      (2) 单面两次涂覆复合型      最近在软包装领域，该类型装置的使用越来越多。在生产线中，它由两台涂覆复合装置、两台挤出机组成，在基材的同一面上可以连续两次涂覆。基材经过第一台挤出机高温熔融树脂复合后，再经过第二台挤出机复合，这样就能一次生产三层、四层或五层的复合薄膜。单面两次涂覆复合型挤出复合机具有以下优点：       ①在同一加工中，可以涂覆两种树脂。       ②可以变换同种（或异种）树脂的温度。       ③同种（或异种）树脂的涂覆厚度可自由组合，通过添加着色母料，可实现上下两层不同颜色。        ④可有效兼顾加工速度和挤出涂覆厚度。   挤出机和机颈       1.挤出机的功能要求       挤出机应具有以下功能：      （1） 混炼分散能力良好、挤出均匀。      （2） 脱气性良好，不混入气泡。      （3） 挤出能力较大，节约能源。      （4）温控精确、稳定。      （5） 适应多种树脂。      （6） 螺杆和料筒之间不会产生磨损，且维修简单、耐久性好。      2.挤出机的螺杆      挤出机的类型很多，单螺杆挤出机的使用最为普遍。一根普通螺杆包括供料段、压缩段和均化段。供料段起固体输送作用，塑料在供料段中呈未塑化的固态；压缩段起塑料熔融作用，塑料在压缩段中逐渐由固态向黏流态转变，这一段中的搅拌、剪切、摩擦作用都比较复杂；均化段的主要作用是增大对压缩段送来的熔融塑料的压力，进一步均匀塑化，并使其定压、定量地从机头挤出。树脂的混炼塑化程度是影响挤出复合剥离强度的重要因素。      挤出复合用的挤出机螺杆其直径一般为45～200mm，目前以直径为90mm和65mm的螺杆最为普遍，直径为200mm的螺杆主要用于3m以上的宽幅材料的涂覆。      挤出复合机所用的螺杆长径比较大（L/D=25～30），要求有足够的强度，螺杆压缩比为3.5～4。螺杆的结构类型一般为突变螺杆或渐变计量型螺杆，计量段长为全长的1/3，以保证熔融树脂出料均匀、压力稳定。常用于挤出复合的90mm挤出机，直径为90mm，长径比为25，压缩比为3.85，挤出量约为150kg/h。      3.挤出量与加工速度的关系       挤出量是由螺杆直径、转速、螺杆形状、树脂温度、背压等条件决定的。挤出量与加工速度之间的关系如下式所示：      Q=B×T×D×V       V=Q/(B×T×D)       式中，Q为挤出量（g/min），B为薄膜宽度（cm），T为薄膜厚度（cm），D为树脂密度（g/cm3），V为加工速度（cm/min）。      4.机颈      机颈即为连接挤出机和T型模头的部分，该部分应具有以下功能：      (1) 可根据需要方便地进行调整转向螺杆的背压，以改善熔融树脂的混炼效果。      (2) 更换过滤网方便，有效清除熔融树脂中的异物。      (3） 树脂滞留少。$分页符$  T型模头      1.T型模头的功能要求      T型模头是挤出复合机的核心部件，T型模头的质量对挤出产品的质量有着决定性影响。      T型模头应具有以下功能：      (1) 具备均匀的厚度和成型所需要的温度，在较宽的树脂加工温度、熔融黏度和剪切速率范围内均有高度的均匀性和稳定性；模唇厚度的调节应具备高精度、方便等特点。      (2) 有非常方便的薄膜宽度调节机构。      (3) 有良好的薄膜边缘端部调整和边部稳定功能及防止或控制缩颈的功能。      (4) 没有熔体的熔融定向，没有或尽量少的熔体部分滞留及异物黏附。      (5) 拆卸、装配方便。      2.T型模头流延宽度和模唇间隙的调整      在挤出复合中，用得最多的是直接支管式T型模头，模唇大部分呈V型。采用V型的目的是可缩短模唇到冷却辊与压辊接触线之间的距离。这种模头有利于调整宽度、厚度和缩颈，而在控制边部稳定性和漏料等方面相对较难一些。      为适应不同厚度和宽度的要求，模唇间隙和流延熔融树脂的流出宽度应可方便调节。一般来讲，模唇间隙为0.3～1.0mm, 使用调节螺栓调节。涂覆厚度可通过调节速度来调整，当挤出机螺杆转速一定而复合线速度即收卷速度提高时，涂覆厚度变薄。相反，如果收卷速度不变，提高螺杆转速，则涂覆量提高、涂覆厚度增加。涂覆薄膜的宽度可用插入金属棒的方法来调节。但模头设定宽度即可涂覆材料的宽度，通常受到挤出机直径或挤出量的限制。挤出机直径越大、挤出量越大，模唇宽度也越大，一般宽度为600～1500mm，最宽的已达2600mm以上。      3.T型模头的缩颈现象      缩颈是树脂在高温和压力状态下从T型模头流出后，流延的片状熔体两边发生的收缩。除了这种横向的收缩，纵向边缘上也发生收缩增厚现象，但主要是横向的收缩，形成的增厚尺寸应在切边时切去。近年来，挤出机T型模头薄边机构开始得到越来越多的应用，一些先进的模头甚至实现了免切边。由此减少了因切边所造成的树脂和基材薄膜的浪费，很大程度上降低了挤出复合工艺的成本。缩颈的主要影响因素见表1。      4.模头的移动和气隙调整      为了保护涂覆用橡胶压辊，便于清理调换螺杆、机头而不损坏涂覆装置，挤出机应装在导轨上，以便于其在模头方向上的前后移动。为了调节气隙（气隙是指熔融状的树脂离开T型模头模唇到达另一基材接触线即复合辊和橡胶压辊接触线之间同空气相接触的一段距离），机座上还需有上下升降的机构。气隙愈大，树脂熔体表面氧化程度愈高，树脂同基材面之间的黏结力愈大，复合牢度愈好，但热封性能愈差。因此，挤出复合时，要根据挤出复合树脂的用途来调节气隙长短，此距离通常在50～150mm。$分页符$ 复合部分      复合部分的主要作用是把熔融的片状树脂熔体均匀、平整地涂覆在基材薄膜上。在此部分，挤出机T型模头挤出的熔融片状树脂熔体引入橡胶压力辊和冷却辊之间，经展平辊展平的基材薄膜也进入橡胶压力辊和冷却辊之间，片状树脂熔体与基材薄膜在压力作用下实现复合。复合部分主要由冷却辊、橡胶压力辊、支撑辊、修边装置、防粘喷粉撒布装置（通过防粘喷粉撒布，防止挤出复合薄膜产生层间粘连）等组成，它们是影响复合质量好坏的主要部件。其中，冷却辊的冷却效果与表面状态对平膜挤出复合的质量有着特殊的关系。      1.冷却辊      在复合部分的各组成部件中，冷却辊是最重要的。冷却辊为表面镀铬的钢辊，其作用是将熔融薄膜的热量带走，并在冷却和定型涂覆薄膜过程中通过与橡胶压力辊之间的压力作用使涂覆薄膜与基材薄膜相粘合。冷却辊的表面状况几乎决定了复合膜制品的透明性。因此，冷却辊应具备以下功能：      (1) 具有均匀、有效的冷却能力，即冷却辊冷却效果好、温度分布均匀。      (2) 表面光滑，给予复合产品良好的透明性、光泽度、爽滑性及耐粘连性。      (3) 能承受复合压辊压力和冷却水的压力。      (4) 复合过程中与树脂膜的剥离性良好、作业性良好。      (5) 冷却辊的更换较为方便。      为了提高冷却效果，使辊的表面温度均匀，大多采用双层夹套螺旋式冷却辊。冷却辊直径较大，一般为450～600mm，最大为1000mm。冷却辊长度比复合机T型模头宽度稍长一些。      冷却水温度一般要求不高于10～20℃（如用低于10℃的冷却水效果更好），水温过高会使复合膜透明度降低并产生粘辊现象。水的流速为0.3～0.5m/s，流速过低易使水垢沉积于辊内壁而降低冷却效果。一般均需配备专用水泵供水。      冷却辊的冷却速度、表面情况对涂布层薄膜的性能和表面状态有着直接的影响。各种冷却辊的表面情况及用途如表2所示。      另外，值得一提的是，冷却辊表面如果压出或刻出图案，则可使复合膜制品的表面呈现出特殊的花纹。      2.橡胶压力辊      橡胶压力辊的作用是将基材和熔融塑料膜以一定的压力压向冷却辊，使基材和熔融塑料薄膜压紧、粘住并冷却、固化定型。压力辊与冷却辊及机头模唇的相对位置对于涂覆薄膜与基材薄膜之间的黏结牢度即复合强度有着较大的影响。      从机头挤出的熔融状薄膜的温度高达300℃以上，它首先与压力辊接触，因此要求压力辊所采用的材料具有耐热性、耐磨性、与树脂的剥离性、抗撕性好及横向变形小等特点。      压力辊是将钢辊外面包裹20～25mm厚的橡胶制成。包裹压力辊的橡胶一般是硅橡胶，其耐热性和耐磨性好、不易与聚乙烯黏附，易剥离，无毒，操作方便。      橡胶压力辊的硬度一般为HV75～85，过低或过高都会对复合质量产生不利影响。为防止出现压力辊受热劣化、收缩、变形等现象，橡胶压力辊表面温度应保持在40℃以下，内开槽通冷却水。      3.支撑辊      支撑辊即金属压辊。它具有对橡胶压力辊加压和外冷却的双重作用。支撑辊对压力辊施加压力一般是通过压缩空气加压的，一般压力泵的压力选用范围为0～0.8Mpa。      4.修边装置      挤出熔融薄膜（片状熔体）由于缩颈现象，会使薄膜两侧偏厚，这样收卷就不平整，涂覆材料易起皱褶。因此，必须将涂覆材料两边厚的部分修去。常用的修边装置有3种，其中，刀片切割用于薄膜生产和纸基复合、剪刀式用于厚纸板复合、划线刀用于一般涂覆材料。修边的废料可用鼓风机吹走，回收。底涂涂布装置及干燥装置      为了提高挤出树脂同基材表面的黏结力，对于表面粗糙的纸类材料而言，使用机械的方法就可以得到牢固的黏结力。而对于塑料薄膜、玻璃纸、铝箔等表面光滑的基材来说，则需进行化学处理，即通过涂布AC剂（底涂）的方法来提高复合牢度。      底涂涂布装置及干燥装置的主要功能是在基材薄膜上涂布底涂剂并进行干燥。所以，拥有下述性能很重要。      (1) AC剂涂布均匀，涂布量调节方便。      (2) 干燥能力强以减少复合制品的残留溶剂。      (3) 不产生热风干燥而引起间距变化。      (4) 对有机溶剂实施防爆安全措施。      (5) 减少有机溶剂的室内挥发，提供良好的作业环境。      (6) 底涂剂的更换和设备的维护保养方便。放卷部分及张力控制系统      放卷部分包括第一基材放卷和第二基材放卷。放卷装置分为单轴式、双轴固定式和双轴旋转式等，一些先进的放卷装置还带有自动接卷系统。      1.放卷部分的功能要求      放卷部分应具有以下功能：      (1) 给予基材适当的张力以实现平整、稳定的放卷。      (2) 新基材切换时，接卷容易、接卷损失少。      (3) 确保基材在一定的位置上（通过EPC装置实现良好的边缘位置控制）。      (4) 上卷容易。      2.放卷张力控制      在放卷过程中，放卷的张力受到多方面因素的影响。如：生产过程中启动、增减速、停止等速度的变化以及阻力的变化都可以直接影响到张力的变化。另外，新、旧膜卷换卷时，新膜卷在短时间内由静止状态达到运行速度需要很大的张力甚至会超过弹性极限。所以在进行自动换卷时，应有新膜卷预驱动装置，使新、旧膜卷线速度基本一致（同步）后进行接卷。所以，人工接卷只能用于低速复合，中高速复合均采用自动或半自动接卷，这样有利于提高正品率。      为了得到良好的产品，就必须保持稳定合适的张力，所以要对放卷部分的张力进行控制。放卷部分张力控制的主要目的有以下两点：      (1) 根据膜卷直径的变化调整适当的张力。      (2) 自动接卷时实现新膜卷的预驱动同步控制。      放卷张力控制有多种方式，目前广泛使用的是通过给基材的放卷施加制动而获得。制动又分为磁粉制动器、盘型制动器、电磁板制动器、电磁粉制动器、DC直流马达或交流马达与变频器控制组合等形式。一般以使用磁粉制动器方式较多（容易实现稳定的张力控制）。收卷部分及张力控制系统      1.收卷部分的功能要求      收卷部分的结构与放卷部分相同，主要有以下功能要求： (1) 收卷良好，卷硬度适中，无皱褶。(2) 换卷时制品损失少。(3) 纸管安装和下卷方便。      2.收卷张力控制      收卷张力的控制通常有直流马达电流控制、微变位型检测器张力控制、浮动辊张力控制等形式。      收卷张力控制的目的是将复合好的基材卷成状态最好的膜卷。一般来说，在能够得到良好收卷的情况下，收卷张力应尽量减小。张力控制不好，就会产生收卷不齐、硬卷、卷芯部变形等一系列问题，同时也会严重影响正品率。      为有效地减少上述问题，业内正不断开发收卷的张力控制技术。通过锥度（梯度）张力控制、接触压控制来得到良好的收卷条件，可有效减少卷芯部的皱褶。      在锥度（梯度）张力控制方式中，随着膜卷直径的增大，张力逐渐缩小。如下式所示：      Tx=Ts〔l-(φx-φmin/φmax-φmin)×KT〕      Tx：收卷直径为φx的收卷张力(kg)      Ts：自动张力设定值(kg)      KT：梯度设定值(％)      φx：收卷直径(mm)      φmin：最小收卷直径(纸管直径，mm)      φmax：最大收卷直径(纸管直径,mm)   作　者：  马平东  转载自：印刷技术