挤出复合工艺谈.doc

挤出复合工艺谈（上）

　　挤出复合概述
　　1.挤出复合及其优缺陷
　　挤出复合是将热熔性树脂，如PE、EVA、EAA等，由塑料挤出机熔融塑化后经T型模头挤出在一种基材上，同时与另一基材复合贴压在一起，冷却后制成复合薄膜的一种方法。实际中，往往也把挤出涂布归为挤出复合，并不特别列出。挤出涂布是将热熔性树脂连续均匀地挤出，在一种基材上直接冷却收卷成复合薄膜，不与另一基材贴合的工艺。
　　挤出复合目前重要有三种方式：单层挤出复合，串联挤出复合，共挤出复合。与其他复合方式相比，挤出复合有其独特的优点，也有一定的缺陷。
　　挤出复合的优点如下：
　　(1)复合速度快，适合大批量生产；
　　(2)可自由选择基材；
　　(3)加工成本较低，省去了一道热封膜生产工序，黏合剂使用量很少；
　　(4)可任意设定挤压厚度；
　　(5)可一次性连线生产多达9层的复合材料。
　　挤出复合的缺陷如下：
　　(1)初期设备投资较大；
　　(2)在升温、更换挤出树脂时，损耗较大；
　　(3)生产控制、质量控制较困难；
　　(4)所用LDPE等原料的耐热性低，复合制品有异味；
　　(5)产品平整度较差。
　　2.挤出复合发展趋势
　　挤出树脂和挤出复合设备的发展推动了挤出复合工艺的发展。
　　(1)挤出复合用黏结性树脂和热封合树脂不断改善和发展，极大地扩大了挤出复合产品的品种和性能。
　　(2)随着包装产品向多品种、少批量的方向发展，节约资源、提高效率已成为趋势，挤出复合设备向自动化、数字化、智能化方向发展。如快速自动调节的模头，厚度自动测量装置，遥控生产控制系统等。
　　(3)共挤出复合技术不断发展。共挤出复合可以生产特殊的功能性薄膜，可减少生产流程，一次性生产出多层薄膜，且无须溶剂和AC剂，可减少成本，减少昂贵树脂的用量。总之，共挤出复合的发展适应了缩短生产周期、节省资源、增长附加值的需求。
　　(4)连线生产设备不断发展。综合性的生产线越来越多，比如挤出复合与印刷相组合、与湿法复合相组合、与底涂上光相组合等，可以一次性生产结构非常复杂的产品，特别合用于生产液体包装、医药包装、高阻隔产品包装、调味料包装、牙膏包装等。

　　挤出复合用树脂
　　挤出复合用树脂最重要的规定就是其黏合性能、热封性能和加工性能，挤出复合用树脂进一步向低温热封性、抗污染封口性、热黏强度高的方向发展。
　　挤出复合一般采用LDPE，重要是由于LDPE价廉易得、无毒无臭、容易加工。其他常用的树脂为EVA、PP、EAA、EMAA、离子键化合物等。EVA的低温热封性好、抗封口污染性强；PP耐热性好、质轻透明；EAA的抗化学性好，黏结性高。
　　挤出复合常用树脂及用途见表1。
表1 挤出复合常用树脂及用途

　　挤出复合用AC剂
　　AC剂即锚合剂，是挤出复合时用的一种底涂剂，用以增长挤出复合的牢度，改善复合膜的性能。
　　1.AC剂的作用
　　(1)改善亲和性。改善基材表面和挤出熔融树脂的亲和力，增强黏合性，提高复合膜的剥离强度。
　　(2)基材表面的补强。基材表面存在着微量的低分子量不纯物和细微的裂痕，表面层的机械强度较弱，聚氨酯系AC剂对这个表面层有补强效果。
　　(3)阻隔层的形成。在有水、增塑剂等物质存在而导致基材表面显著劣化的情况下，AC剂的加入会增强基材表面的稳定性。例如复合产品中有铝箔存在时，由于水的进入会导致接触面生锈，失去机械强度，黏合被破坏，而AC剂的作用就是阻止水和铝箔的接触。此外，对于塑料薄膜基材而言，AC剂可阻止塑料薄膜中增塑剂之类的添加剂向PE表面迁移，保持稳定的黏合性能。
　　2.AC剂的种类
　　AC剂重要有有机钛系、异氰酸盐系（聚氨酯系）、聚乙烯亚酰胺系、聚丁二烯系等。
　　(1)有机钛系AC剂。优点：使用范围广，无须熟化，无粘连性，初黏力好。缺陷：不耐水，加水易分解，活化期短，呈白浊状，黏合促进效果低；废液解决困难，溶剂挥发性高，易燃。
　　(2)异氰酸盐系AC剂。优点：活化期长，具有耐湿性、耐水性、耐药品性。缺陷：初黏力弱，有粘连性，溶剂挥发性高，易燃。
　　(3)聚乙烯亚酰胺系AC剂。优点：具有水溶性，使用非常便利（用水和乙醇的稀释液作溶剂），价格低廉，危险性小。缺陷：复合后几乎没有化学变化，所以耐湿性、耐水性、涂布性差，干燥困难，有粘连性。
　　(4)聚丁二烯系AC剂。与聚乙烯亚酰胺系同样，使用水和乙醇的混合液作为溶剂，但其耐湿性比聚乙烯亚酰胺系好，特别对NY基材有良好的性能表现。
　　3.聚氨酯双组分黏合剂作为锚合剂
　　在实际生产中，由于上述AC剂使用后存在一定的局限性，往往采用普通干式复合用的双组分聚氨酯黏合剂代替上述AC剂使用，对提高挤出复合膜的剥离强度有很大帮助。所采用的黏合剂可以是聚酯类，也可以是聚醚类。一般包装产品用聚醚类较适合，剥离强度规定高时可采用聚酯类黏合剂，黏合剂的浓度一般在8%～12%。

　　挤出符合的机理
　　挤出复合是以PE等热塑性树脂作为黏合材料，将挤出的熔融树脂薄膜与复合基材加压贴合在一起，使界面处的分子互相穿插结合，将基材黏合起来。黏合是被黏物与黏结剂接触后分子间作用力的结果，有时两者还发生化学反映。黏结的条件之一是黏结剂必须具有良好的流动性，可以浸润被黏物表面。

　　PE是如何完毕这一任务的呢？PE是非极性材料，分子比较规整，分子极性很弱，在200℃左右的普通加工温度下，难以与其他材料黏结，在300℃以上的高温下，PE的熔体易在空气中氧化，产生极性，并具有足够的流动性、浸润性和铺展性。这是由于表面热氧化引入了大量的基团，如羰基、羟基、羧基等，还因脱氢形成不饱和双键。极性基团的引入增长了表面间的互相作用力以及与其他材料表面的作用力。分子链的断裂减少了表面分子量，减少了玻璃化温度和黏度，促进了分子在界面的流动和扩散，达成了与其他材料复合的目的。

　　挤出符合工艺
　　1.温度控制
　　温度的设定重要由所用的树脂决定，合理的温度设定对挤出复合极为重要。温度太低，复合膜的剥离强度差、塑化不良、外观暗淡；温度太高，则塑料易分解、复合膜脆硬、挤出膜的收缩率增大。典型材料的挤出温度设定见表2。此外，T型模头较宽，两端易散发热量，因此，模头两端的温度设定可提高2～3℃。
表2 典型材料的挤出温度设定

 　　2.过滤网
　　过滤网的作用是过滤熔体，使熔体流动均匀，并且形成背压作用。过滤网的设立组合有多种形式，如40/60/80/20、20/100/20、80/100/120/80、80/100/120/120/80等，较细的网目可使熔体流动均匀，塑化良好，但会使背压提高。
　　如何更换过滤网呢？应把T模、连接器等保持一定温度，拆开挡板，将挤出机低速运转，使过滤网被熔体慢慢顶出。用铜片把树脂清理干净，把换下的多孔板上的树脂烧掉，并自然冷却。
　　对于安装有自动换滤网设备的挤出机，只要熔体压力达成一定值或运转了一定期间后，自动切换就可以了。
　　3.速度
　　速度控制重要是螺杆转速、牵引速度与产品厚度和性能的匹配关系。螺杆转速高，牵引速度慢、薄膜厚度大；螺杆转速小，牵引速度快、薄膜厚度小。假如挤出量偏大，牵引速度过快，会导致薄膜的透明度下降，纵向取向增大，使薄膜的机械方向性增高。
　　当挤出量和薄膜的宽度一定期，薄膜的厚度可以通过涂布的速度来调整。它们的关系如下式所示。

　　涂布的厚度同涂布速度和薄膜的宽度成反比关系，而同挤出量成正比关系。一般而言，在挤出机的挤出能力、加热能力、涂布加工的速度以及涂布的宽度等标准范围内，可以对涂布的厚度在较宽范围内任意调节。
　　4.气隙
　　从模唇口到冷却辊、复合压力辊接触线的距离称为气隙。气隙大，则复合温度低、复合牢度差、透明度不好；但另一方面，气隙大也增长了熔体表面的热氧化限度，促进了复合膜剥离强度的提高。气隙一般控制在50～100mm。
　　此外，模口挤出的PE熔膜要略向复合橡胶辊方向倾斜，绝不可向冷却辊方向倾斜，避免熔体急剧降温影响复合膜的剥离强度。
　　根据其线速度和气隙可计算出气隙时间，最佳的气隙时间也许得到最强的黏合强度。计算公式如下：

　　建议采用60～110ms的气隙时间，牢固、沙林和牢固AE的气隙时间一般控制在表3的阴影范围内。与牢固AE相混的PE宜选用涂布级LDPE，由于它不含开口剂、滑爽剂等助剂，黏合性较好，并且涂布级LDPE的分子量分布较窄，挤出复合时的缩颈现象较小。
表3 最佳气隙时间速查表

 　　5.缩幅控制
　　熔体帘在模口下垂过程中会发生弹性回复，使得两边有一定的缩幅，不仅使复合膜两边增厚，影响收卷及成品质量，还会使得挤出复合宽度控制困难。缩幅除了与树脂自身的性能有关外，还与挤出温度及牵引速度有相称大的关系。图1为树脂温度与缩幅的关系，图2为成型速度与缩幅的关系。

图1 树脂温度对缩幅的影响

图2 成型速度与缩幅的关系
挤出复合工艺谈（下）

　　聚丙烯挤出复合工艺
　　1.聚丙烯挤出复合的特点
　　（1）加工性卓越。高速复合性、薄复合膜的加工性卓越，缩幅小。
　　（2）黏结性好。即使不使用增黏涂布剂，也能与牛皮纸、铜版纸、聚丙烯薄膜、聚丙烯编织布等基材复合，并能获得足够的黏结强度。
　　（3）性能卓越。热合强度、透明性、光泽度、复原性、耐热性、防湿性、阻气性、耐油性等方面比高压聚乙烯优异。
　　（4）异味低。聚丙烯在挤出复合时几乎不产生像高压聚乙烯那样的气味。
　　（5）不会和冷却辊黏连。不会像高压聚乙烯那样与冷却辊黏连，加工稳定性卓越。
　　（6）即使挤出机和模头停止运转，再行生产时停留在其中的挤出复合级聚丙烯也不会像高压聚乙烯那样发生凝胶化。

　　2.聚丙烯挤出设备及工艺特点
　　（1）挤出机及螺杆的长径比。提高挤塑混炼效果可提高复合加工性（稳定性、高速性、薄膜涂布性）及复合膜的外观特性。挤出机及螺杆长径比是影响挤塑混炼效果的一个因素。聚丙烯挤出时的长径比最低需超过24，特别重视加工性及产品特性时，长径比应大于28，最佳超过30。
　　螺杆的压缩比也是影响挤塑混炼效果的因素之一。使用聚丙烯挤出时，螺杆压缩比最佳大于使用高压聚乙烯时的螺杆压缩比。在与高压聚乙烯相同条件下进行聚丙烯的挤出时，挤出量大约减少10%左右，因此调定复合薄膜厚度时应加以留意。
　　（2）冷却辊表面特性。与不透明基材进行挤出复合时，采用合用于高压聚乙烯的亚光加工冷却辊也可以，但采用完全镜面抛光的冷却辊（镜面辊）能生产出更优异的产品。为了与透明基材挤出复合并生产高透明性的产品，使用镜面辊为绝对不可少的条件。反之，使用闷光加工的冷却辊，则易于生产无光的产品。即使使用镜面辊，也不会像高压聚乙烯挤出时那样发生与冷却辊黏连的现象。
　　（3）橡胶压辊的硬度。橡胶压辊的硬度对聚丙烯和基材的黏结性及产品外观特性的影响颇大。使用硬度高的橡胶压辊时，虽可提高黏结性及表面平滑性，但有时也许发生霜斑、纵向细条纹以及印刷的节距偏差等。
使用硬度低的橡胶压辊时，可避免或减少使用硬度高的橡胶压辊所发生的问题，并有助于提高产品的透明性，但黏结性及能见度有减少的趋势。聚丙烯挤出复合时，橡胶压辊的硬度以HS80度左右为宜。
　　（4）气隙。气隙越短越好，缩短气隙可获得下列效果：
　　①克制缩幅，减少裁边损失；
　　②提高黏结性，特别对同性质的材料和纸张有效；
　　③提高透明性并防止产生霜斑；
　　④提高热合性；
　　⑤其他，如加工稳定性等。
　　气隙一般为80～120mm，但假如能缩短至50～60mm最抱负；模头采用内侧调幅杆方式比采用外侧调幅杆方式要好。
　　（5）冷却辊表面温度。将冷却辊的表面温度提高至一定温度时，可以达成提高产品黏结性、透明性及韧性的效果，但升温过高时将发生复合产品卷曲及热合性减少等不良影响。因此，冷却辊表面温度的上升极限应控制在60℃左右。
此外，冷却辊的升温最佳采用以热水循环装置进行的水温控制方式，且即使提高冷却辊温度也不会像高压聚乙烯那样发生与冷却辊黏连的现象。
　　（6）黏辊。为防止塑料与橡胶压辊黏结，和高压聚乙烯挤出同样，可以采用缠绕聚四氟乙烯带等方法。使用完全镜面抛光的冷却辊、硬度高的硅橡胶压辊，并且充足冷却时，则可不需要缠绕聚四氟乙烯带等防止黏结的手段。
　　（7）工艺要点
　　①基材的选择：要考虑纸张的水分、表面光洁度、表面解决等因素。
　　②挤出温度及冷却辊温度：挤出温度一般为280～330℃，高温比较好；冷却辊温度一般为40～60℃，高温比较好。
　　③辊隙的线压及橡胶压辊的硬度：辊隙以高线压比较好，橡胶压辊的硬度为HS75～80度。
　　④气隙及与基材的接点部位：短气隙较好，接点部位应为在冷却之前可与基材黏结的部位。
　　⑤增黏涂布剂、印刷油墨的选择：印刷和复合时，应当选择专为聚丙烯挤出复合使用的印刷油墨和增黏涂布剂。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（全文完）