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1、汪万夏蕴 、 一一 机用PP塑料打包带生产工艺及设备之简单探讨周鑫(扛苏南通 市石港塑朴厂)价o c.时ngT eehnolo gyandEquipm entof PP S扮兮tehe dnp eforB al ingPr侧“US eZho uXin(S h吵ngP胜ti C SF妞cto ryof Nanto ngat y,J运ns suPr ov丈nc e )一、序言塑料打包带是一种单轴取向的塑料捆扎材料。七十年代开始引入我国。由于它具有质轻、坚牢、耐腐蚀和使用方便等许多优点,所以它的问世很快代替了铁皮、纸条打包带并使其得 到了很快的发展。塑料打包带的规格品种有多种,按原料可分为PE、PP
2、、Pv C三种,其中以PP最为普遍;就规格来说,宽度 有22,1 3.5,巧,15.5,19,22mm等种类,厚 度在0.5一1.sn u n之间;使用方法可分为手工用打包带和机用打包带。随着工业包装迅速发展,现有的手工打包带不能适应目前市场的需要,而机用打包带有其独特的优点,适合中小型商品的连续快速包装,目前在国内外非常畅销。机用打包带的生产路线大致分为如下几个部分。PP树脂+填充料挤出一 冷却热拉伸一轧花热处理一缠绕其中每一步骤都有其独特的工艺要求和性能指标,现分别加以分析如下。一、挤出成型部分挤 出成型部分的作用是将具有一定配方的原料挤出具有一定形状和要求的片带。一4 4一塑料2 0(1
3、9 91)-1.原料选择不 同牌号的PP由于其分子量及分子量分布的不同对物料熔融流动性质及加工性会产生很大影响。如拉仲强度和伸长率等一类的性质在分子量较大的场合内具有升高的趋势。分子量和分子量分布对纤维的延伸性影响也甚大,因此对应不同的用途和加工方法要选择不同牌号的PP。为了保证生产的PP打包带具有优良的性能如拉伸强度高,弹性好等,必须选用适当熔体指数的PP树脂作原料。一般Mx取l49/zomin较适宜。PP机用打包带的生产一般在PP中混入填充母料。A PP填充母料是其 中一种,其主要成分为无规PP和c aCo3,它的特点如下:l )分子量小,软化点低,流动性好;2)对设备无明显磨损;3 )生
4、产工艺简单,操作容易;4 )生产出的产品质量稳定APP母料的加入起到 了增塑、增弹、增润的效果,使PP高分子键在 拉伸过程中比较容易排列取向,能提高打包带的拉神强度和其它物理机械性能,但是APP加入在一定程度上影响产品的刚性,当超过 一定量时,生产工艺明 显改变,模头温度降低,出料加快,如保证产品规格前提下生产出的产品刚性下降,影响了产品质量。故PP中A PP的加入 要注意适量,一般占1 0%较为适宜,这样一方面改善工艺条件(操 作时的温度,挤出速度)另一 方面提高了产品质量。打包带使用时,手工打包带的接 头处是用铁皮卡扣套入,用钳强行压合的,而机用打包带是靠热熔粘合两个接头,它的牢度直接影响
5、到包装的质量。搭接拉力是指搭带处断裂时所能承受的最大 拉力,一般达到8 015 0公斤即满足要求。机械 打 包 机正常工 作 温 度 为19 0一220,这样条件下粘合后 的打包带是否达到要求,除去合理使用打包机外,主要是打包带生产工艺的控制。热熔时为了增大两带的接触面积,机 用打 包带要采用较细菱形 轧花花纹。APP填料的加入量 也直接影 响搭接拉力。A PP量多,它就不如纯PP热熔后的搭接拉力强,A PP量应在1 0% 左右较为适宜。2.挤出机的规格 及 模 头设计根据机用打包带生产的实际情况,机头属异形机头,挤出量不太大,所需螺杆转速n也就不 太大,计算公式 如 下:Q= 日ns3n玖:
6、螺杆外直径(cm)n:螺杆转速(r/min)日:经验出料系数(0.0 030.007)Q:生 产能力(k g/ h )另外,选择螺杆直径Ds45m m,长径比L/Ds=2 5足够。由于挤出过程中机头是决定制品形状的主要部件,也是影响产品质量的重要因素,故它的设计合理是很重要的。在机头设计中首先考虑料流量,它影响单机质量,也影响产品挤出质量。为了使挤出的窄带具有一定的密实性,在物料进入模头导入部分应逐渐加压(见图I),选择的压缩比为l,2.2左右。随后应有调流部分,使其料流接近等速,增加料流的稳定性,最后进入成型部分。料流经调流段向前推进时,因产品为扁平状,所以一侧要向外扩大至宽度尺寸,另一侧要
7、压缩至厚度尺寸,流道应平滑过渡。考虑到口模入口角的设计过小时料流受到的剪切作用增强,在一定程度上会使挤 出物弹性恢复加大,增加挤出产品的不稳定性,故设计定形段以起到稳定作用。另外,打包带机头口模为扁平状,熔体物料在导管内流动会出现层流,流出口模后其中心速度v最大,周边速度最 小,由于这样挤出的片带呈“舌形”制品,厚薄不一致,故应使模口两头加厚。这项工作一般在修模中进行。设计模口宽为40m m,厚为Zmm,这样与后面的热拉伸相配合,从而保证产品的规格在一定范围内符合标准。姚姚姚议冷入认片片狱狱、. . . . .户户产 l / 醉醉醉醉醉醉醉醉醉醉醉醉图l模头结构3.温度 控制一般生产打包带用的
8、PP等规 度为95%,结晶度为70%,熔点在16搜1 70, C,密度为0.95/em,由于加工中加入适量的Ap p填充母料,故可使加工时的温度比加工纯PP制品时 适当降低。一般 控制范围 在1 6020 0,在加料段温度不宜过高,特别是在开机前的升温时间内更应控制该段温度要尽量不高,否则,将使出料不正常,甚至引起断滞现象。物料进人压缩段得到进一步压缩,以排除所夹杂的空气,逐渐熔融直到 塑料全部或大部分熔融而转变为粘流态送入计量段。进入计量 段后物料进一步塑化和均匀化,并使之定压、定量地送入机头成型部分.模头的温控主要是保证熔体不很快冷却,而把具有一定温度和速度的片状带坯送入冷却水箱急冷定形。
9、塑料2 0(一9 91)4一45一二、冷却定形部分由模头挤出的具有一定形状的片带进入冷却水箱骤冷定形,这一过 程为挤出成型 后的中心过 程,它能够直接影响到后道工序即热拉伸的好坏,因此,在设计水箱时应考虑最佳的冷却效果。在拉 伸工艺过程中,冷却定形速度对高聚物的结晶或结晶的完整性有直接的关系。我 们设计水 箱长 为1 220m m,宽为刁om m,深为32 5mm,而且使用三处 滑轮装置(图2),这样一方面保证了其经 过时 的稳定性,另一方面也控制了带子在水中的深度与时间。为了保证带子经过冷却水箱的稳定性,滑轮应设计得与模口及后面的压辊 对齐,且水箱始终要处于稳定平衡状态。成品 的规格要求。未
10、经拉伸的PP带坯内的分子结构是线型的,在拉仲应力的作用下整个分子链或链亡亡亡出出水水O O O O O图2冷却水箱最后,从模口至水箱表面的距离也是一个重要的工艺参数,若太长,则使产品晶相增加,不利于拉神,若太短,由于刚挤 出的熔体温度很高,经过急冷而不设有一个空冷过渡段,会使带子表面产生变形及折皱。据实践经验,这段距离选在100I40mm较为适宜。冷却水的进出口管位置也应选择得当。进出水部分应远离模口,出水口应在模口旁水箱的边角上(图3),这样既保证 了水的平稳,无波动现象,又保证水温的正常平衡。三、热拉伸部分经过急冷的打包带坯由第一牵引辊送入热 水槽进行热拉伸,这一流程 主 要 目的是增加打
11、包带的拉伸强度和降低断裂伸长率。同时,拉伸后 的打包带宽度及厚度已基本达 到一46一好j料2 0(!991)4图3冷却水箱进出水口位置段以及结晶高聚物的链带晶片等都会沿应力作用方 向排列,这就是高聚物的取向(即定向)。对 于未取 向的高聚物来说,朝某一方向排列的链段数与朝其它方向排列的链段数相同,但经 过取 向的高聚物则不同,其有序性是单向的,取向是沿外力作用方向排列。经过拉仲后的高聚物在拉伸方向由于变 为有序的使分子链彼此平行,分子 间相互作用力大大增加,粘度也增大,沿此方向的拉仲强度也就大大增加,但和此方向垂直的拉伸强度则降低。作为高聚物的拉伸取 向,其 无定型高聚物的拉仲取向和结品高聚物
12、的拉伸取向是不同的,无定形高聚物 的取向单元为整 个分子链和链段两部分,整个分子链通 常由高聚物熔体流动引起,亦即在挤出进入机头后的过程(特别是调流部分)中已得到 一定的取向,而链段取向则在拉仲温度较低、拉仲倍数不高的情况下出现。结晶高聚物的拉 仲取向通常伴有相态变化。结晶高聚物在熔体结晶时,通常是生成球晶结构。那么在拉伸过 程中就变成了球品的形变过 程,这种拉仲过程是比较困难的,这是因为出现品态结构后,大分子链段间的作用力增加,链段 活 动能力弱,拉伸时拉仲倍数不易提高,且难以得 到拉仲强度一致的产品。它的拉伸过 程实质为结晶熔化一分子取向一重新结晶的过 程。如前所说,虽然通过模头挤出的带坯
13、经水急冷能控制分子 内部的结晶生成,但是这并 不等于说经过急冷后带子完全为无定形状,只不过 是结晶少一点。因此,在后一步的拉伸过 程中实为无定形及结晶两种混合状态下的拉伸。为了保证拉伸后的带子在质量上符合标准,对于拉伸工艺的控制是十分重为的,这 主 要可以从拉仲温度,拉伸倍率,拉伸时间等方面加以考虑。(l)拉伸温度为了达 到高聚物PP内部的取向作用则需把高聚物在玻璃化温度以上,粘流 温度以下的某个温度区间沿一定方 向拉伸,使其 长度仰长到 预定的倍数,然后迅速 冷却到玻璃态温度以下,这样取 向的分子结构也 就保存下来了。拉仲过 程是在一定温度下进行的,这就需要既保持水箱内的水温各处均衡且 不低
14、于9 0 C,又要使打包带在热水中充分软化而 不“生拉”,而 且存在塑料传热较慢这 一缺点。因此、热水槽应设计成一 定长度,保证在塑料的传热系数下使水温 有效地传递给打包带内外层。热水槽长为Zm基本达到上述目的。(2 )拉伸 倍率在拉仲水槽前后的两只牵引辊是通过链传动互相联接配合转动的,热水槽前面与后面辊筒间速比的确定即确定了打包带的拉伸倍数。拉仲倍数越大,打包带取向越好,产品质量(特别是拉仲强度)越高。然而在日常使用打包带的场合,拉伸强度为150kg足以适合各种包装,因此 只要乘上 一个适当的安全系数就足够符合标准了。另外,拉伸倍率太大会使生产不稳定,容易产生断带和 毛糙现象,且使 某些机械
15、传动造成不 必 要的磨损。所以,把拉仲倍率控制在78较为理想。四、热处理部分经过热拉仲部分的打包带通过 压花辊之后 即进入烘箱进行热处理。热处理的目的在于消除打 包带分子间的 内应 力,增 加分子 内的结晶,从而提高产品的刚度。由于高分子 间受到外来力的强拉伸作用后,在分子内部或多或少存在一部分内应力,如不使其消除,将会导致打包带的后期收缩、变形、产生扭曲现象,影响产品质量且不利于后 面的卷绕工序。在其进入烘箱后,通过高温(15 0左右)使其分子 内部链段得 到自由延伸,从而消除内应力。另外,由于等规聚内烯的晶体形态有多种,如热处理 温度过低,则易形成不稳定的晶态。一般来说,温度不宜低于1和。
16、烘箱必须保证 内部温度均衡不上下波动,因 此必须使用精密的热敏元件,使温度控制精确。如同打包带在热浴中拉伸一样,为了使带子在烘箱 中达到一定温度,设计的烘箱必 须有一 定长度,Zm长较为合理。从热浴中出来的带子带 有水珠,这样经过热处理将会引起温度波动使带子局部地方热处理效果好,局部热处理效果差,为此 设计一种压缩 空气吹干装置,安装在热浴槽之后,热烘箱之前,保证进入烘箱前的带子基本干燥。这样,打包带从进入烘箱开始,随着温度的传递,通过Zm长的烘箱而 达到有效热处理的效果。另外,为了保证烘箱 内的温度不受外界条件影响,烘箱相应设计成密闭保温型。经过热处理 后的带子存在一个回缩现象,为了保证拉伸后 的带子很好定形,可以使得热烘箱前面的牵引辊速略大于后面的牵引辊速,这样就让其产生 了一个回弹的余地。五、空冷及缠绕(l )冷却部 分经 过热处理出来和打包带温度较高,为了保证后面的缠绕能顺利进行,且使带子内的结晶态保存下来,必须设有冷却装置。首先在烘箱后面设一简单冷浴槽。冷浴出来的带
