挤出深覆与包覆

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1、第十二章第十二章 挤出涂覆与包覆挤出涂覆与包覆 第一节第一节 概述概述 涂覆成型方法有很多，如压延涂覆、刮涂涂覆等，但挤出涂覆是一种较简单、 较经济的涂覆成型方法，被广泛采用。其基本成型过程为：树脂在挤出机内塑化、 熔融、通过扁平机头挤出呈片状熔体，在紧密接触的两个辊筒间将其压向基材，经 冷却定型得到涂覆制品。 通过塑料材料与非塑料材料的粘合可达到如下目的。 用增强材料弥补塑料材料在刚性、变形、拉伸等性能方面的不足。 用塑料材料弥补非塑料材料某些方面的缺陷。例如，许多金属容易生锈，在 金属材料上涂覆一层塑料材料，可使金属不生锈。 透明塑料与铝、铜等金属组合，赋予塑料的金属感，提高了塑料制品的外

2、观 质量。 在使用过程中，同时充分发挥塑料材料与非塑料材料各自的优良特性。 由于涂覆制品是将基材和涂覆塑料的性能组合在一起，综合各自材料的特点， 因而具备一般单层塑料片膜无法比拟的特性，如拉伸强度、耐磨性、耐腐蚀性、可 密封性、耐温性、耐折叠性、韧性等。广泛应用在包装、装饰、建材及人们日常生 活等领域。具有广阔的发展空间。 为了达到防腐、绝缘、装饰等目的，往往在金属、木材等材料表面包裹一层较 厚的塑料，这种成型方法称为塑料的包覆，塑料电线电缆就是包覆成型的典型例子， 因此塑料包覆成型在电力、化工、机械、装饰、信号传输及控制等诸多领域得到广 泛应用。 第二节第二节 挤出涂覆的成型挤出涂覆的成型

3、一、一、挤出涂覆的特点及原理涂覆挤出涂覆的特点及原理涂覆 挤出涂覆具有如下特点。 设备成本低、投资较少。 粘合挤和能量的损耗少。 无需预制薄膜，减少了生产工序。 基材与树脂靠机械、化学方法结合，可省去溶剂回收装置的投资，所以，生 产环境清洁。 生产效率高、操作简便。 能容易地调节所需挤出膜的幅度。 靠调节挤出量（螺杆转速）及成型线速度，可成型厚度范围宽（ 4100m）的 产品。 可赋予基材的热封性、并改善基材的阻隔性、耐化学药品性、耐油脂性、包 装性适应性等物性。 可挤出复合 PE、PP、PA、PET、EVOH 等范围广泛的热塑性塑料。因此，挤出涂覆在塑料材料 的复合加工中占有相当的地位。 由

4、此可见，挤出涂覆在塑料材料的复合加工中上有相当重要的地位。其涂覆原 理如图 121 所示。 二、挤出涂覆设备二、挤出涂覆设备 生产多层复合材料的挤出 涂覆机组，主要由挤出机、片 材机头、放卷装置、复合装置、 切边装置、卷取装置等组成。 现分述如下： 1挤出机 挤出涂覆用挤出机一般为单螺杆挤出机，螺杆直径为 45200mm，其中以螺 杆直径 90mm 的挤出机应用最普遍，螺杆直径为 150mm 以上的挤出机主要用于 宽幅材料的挤出涂覆。挤出机螺杆长径比较大，一般为 L/D=2530，要求有足够 的强度和刚度，螺杆的压缩比 =3.54。为了保护涂覆用硅胶辊和便于清理、调 换螺杆和机头而不损坏涂覆装

5、置，挤出机应装在导轨上，便于向前、向后移动。为 了调节模唇与涂覆辊之间的距离，机座上也需要有上、下升降的装置。 2挤出机头 挤出涂覆用的机头最常用的是直支管机头，机头模唇呈 V 型。采用 V 型的目的 是方便缩短模唇到冷却辊与压辊相夹接触线的距离，保证复合前从机头挤出的熔体 有足够高的温度，便于涂覆成型。 机头模唇宽度为涂覆材料的宽度，主要由挤出机直径大小而定，挤出机直径越 大，挤出量越大，机头模唇宽度也可增大。一般机头模唇宽度为 6001500mm，最 宽可达到 2600mm 以上，机头的支管直径一般为 3045mm，模唇间隙为 0.31mm，涂覆薄膜横向厚度较均匀。为了适应复合、涂覆的不同

6、宽度，模口应设 计为可调幅式结构，为适应不同厚度的要求，模唇间隙亦应为可调式。 3复合装置 复合装置主要由冷却辊、橡胶压力辊、支承辊等组成，是影响复合质量好坏的 主要部件。 (1)冷却辊 冷却辊的作用是将熔融挤出物的热量带走，冷却和固化涂覆物而使 其成型。因此，冷却辊的冷却效果和表面状态对于涂覆制品的质量有着特别重要的 图 121 挤出涂覆原理 A130430mm；B3501200mm； 1冷却辊；2压力辊；3接触冷却辊； 4机头；5挤出薄膜；6基材；7涂层基材 关系。冷却辊表面必须光滑，表面镀铬，能承受复合压辊压力，与树脂的剥离性好。 辊筒表面温度分布均匀，冷却效果好。 为了提高冷却效果和使

7、辊的表面温度均匀，冷却辊大多采用双层夹套螺旋式钢 辊筒，辊直径较大，一般为 450600mm，最大可达 1000mm。冷却辊长度比机头 口模宽度稍宽一些。 (2)橡胶压力辊 橡胶压力辊的作用是将基材和熔融塑料以一定的压力压向冷却 辊，使基材和熔融塑料压紧、粘结，并冷却、固化成型。压辊一般是用钢辊外面包 覆 2025mm 厚的硅橡胶制成，其耐热性好，耐磨性好，不粘时，易剥离，无毒、 操作方便。 4切边装置 挤出涂覆物由于“缩颈”现象，会使涂覆物两侧偏厚，这样收卷就不平整，涂 覆材料易起皱。因此，将涂覆材料两边厚的部分裁去。常用的切边装置有：刀片切 割、剪刀裁剪等。 5卷取装置 卷取装置的作用是将

8、制品卷取成卷，且使制品平整无皱纹，松紧适中，因此要 求卷取装置有一个合适的卷取速度，这 个速度不随成卷直径的变化而变化，保 持与挤出速度相匹配。常用的卷取装置 有中心卷取和表面卷取两种。 (1)中心卷取装置 传动装置直接驱动卷 取辊进行制品卷取的装置。由于卷取辊 在卷取制品时，其缠绕直径是逐渐增大 的，在牵引速度恒定不变的情况下，为 保持卷取张力不变，必须使卷取辊的转 速随缠绕直径的增大而降低，即保持卷 取线速度不变。 图 122 单主动轮单 工位表面卷取 1薄膜 2主动辊 3卷取辊 4皮带轮 5皮带 (2)表面卷取装置 如图 122 所示，电机通过皮带（或链）带动主动辊、卷取 辊靠在主动辊上

9、所产生的摩擦力带动卷取辊将制品卷在卷取辊上。其卷取速度取决 于主动辊的圆周速度，而不受缠绕直径变化的影响。表面卷取装置结构简单，维修 方便，卷取质量较好。 三、涂覆用基材三、涂覆用基材 1非塑料类基材 除塑料外，能够作为复合材料基材的物质都属于此类基材，主要有纸、铝箔、 玻璃纸等。 (1)纸 纸是应用广泛的涂覆基材它的特点是无毒、刚性、易燃、不透明、易 印刷、粘接性好；其不足是透明性差，防潮防湿性能差，机械强度低等。将纸和塑 料薄膜复合起来，可以充分发挥各自的优势，在包装等领域应用甚广。 (2)铝箔 铝箔是用高纯度铝经压延后使其变成极薄（厚度一般为 720m） 的基材产品。铝箔阻隔性能好，不透

10、光，不透气，不透湿，其表面总有一层致密的 氧化膜覆盖着，保护内中的铝不再被氧化。由于铝箔本身极薄，表观机械强度不高， 易撕碎、折断。和塑料等复合后才能充分发挥其耐高、低温性和高阻隔性的突出优 点。 (3)玻璃纸 制做玻璃纸的原料是天然棉浆料。玻璃纸的优点是：高度透明、无 色、刚性好，不带静电，极性大，印刷性能好，气体透过性小，耐油性佳，光泽度 好，耐热性好，不易污染等。其缺点是：脆性大，易断裂，耐寒性差，不抗水，对 温度较敏感等。 (4)棉布 棉布（包括合成纤维布）纤维具有高度均匀性和较高的力学强度，是 一种很好的复合基材。由于棉布在纺织过程中，纱上都有一定的浆料。为了增加复 合材料的粘接强度

11、，棉布在复合前要有脱浆过程。 2塑料薄膜类基材 不同的塑料薄膜有不同的性能，各有优缺点。复合材料就是把不同性能的材料 组合起来。克服各单独塑料材料的弱点，发挥各自的优点，让复合材料充分发挥其 综合的优良性能。 (1)聚乙烯 聚乙烯的性能特点是：无毒、阻隔性能好，机械强度较好，透明性、 耐热性一般，粘接性较好，印刷性较差。随着聚乙烯的密度变化，它的性能会发生 变化，一般说来随着密度的升高，机械性能和阻隔性能提高，耐热性也好。 (2)聚丙烯 适用于做基材聚丙烯膜有两种流延聚丙烯膜（CPP）和双向拉伸聚 丙烯膜（BOPP） 。 CPP 具有结晶度低，透明度高，光泽性好，薄膜厚度误差小，热封性好，阻隔

12、 性好，机械强度高，耐热性好，无毒等优点。而 BOPP 由于拉伸定向后，机械强度， 透明性等各项性能有所提高，但透气性、吸湿性会下降，其性能对比见表 121。 表表 121 CPP 与与 BOPP 膜的性能对比膜的性能对比 项目 材料 密度 g/cm3 拉伸强度 MPa 伸长度 % 耐折 性次 冲击强度 kJ/m 吸水率 % 透水汽 g/m2 24h.mm 透氧气 率 ml/ m224h 25m CPP0.8850.8953.27.05001000非常高0.010.030.0054.183720 BOPP0.9020.9078.428.220200优秀0.120.20.0052.171860

13、(3)聚酯（聚对苯二甲酸乙二醇酯） 聚酯膜具有极高的机械强度和刚性，耐热 性、耐药品性极好，透明性和光泽度也十分优良，水气和氧氯透过性不大，特别好 的保香性，印刷性能优良，在镀铬之后有金属光泽，较强的装饰作用，在复合包装 上广泛使用。 (4)尼龙 尼龙膜具有突出的耐穿刺强度，良好的耐热性和印刷适应性，透氧率 不大，柔软性好，应用在真空包装和耐穿刺的包装。 (5)聚苯乙烯膜 PS 膜具有极高的透明性和刚性，成型加工性能好，但耐热性 和耐溶剂性差，且脆性大，易断裂。 (6)EVA 膜（乙烯乙酸乙烯共聚物） EVA 膜具有很好的透明性，抗穿刺性， 耐寒性，柔软性，耐冲击性和低温易热封性，但耐热性的抗

14、温性稍差。 3涂覆基材的选择 根据涂覆制品的使用要求如强度、透明度、耐阻隔性、耐穿刺强度、保鲜、保 香、透气、装饰性等，结合基材及涂覆层各材料的特点，设计出既能满足要求，又 易加工，低成本地组合涂覆复合制品。 纸质基材主要用于纸箱、纸盒、高级礼品盒等涂覆制品。 铝箔基材可用于食品、药物等气密性、挺括、装饰要求较高的场合。 玻璃纸由于其透明性突出，可作为透明材料用于包装材料，但由于热封性差， 一般不用作内层包装材料。 聚乙烯、聚丙烯作为常用基材应用普遍，原因是综合性能优异，制造成本低。 聚酯膜由于印刷性能好，独特的保香性能，广泛应用于蒸煮食品和化妆品的外 层包装。 尼龙膜主要用于真空包装和防刺穿

15、的复合包装上。 聚苯乙烯多用于托盘包装等容器包装。 四、涂覆的主要工序四、涂覆的主要工序 1基材的增粘 为使基材与熔融挤出的塑料膜之间粘合良好，在基材表面要有活性基因。纸张、 织物等多孔基材通过热处理、火焰处理、电晕处理等手段能赋予基团活性；而塑料 薄膜等无孔基材不能靠物理粘合而几乎都靠化学粘合，即在经电晕处理过的表面涂 增粘剂。 2挤出成膜与复合 挤出机将物料熔融后输送至机头（常用衣架式机头）在压力作用下，熔体经口 模挤出薄膜或片材。其挤出设备和工艺条件与前述挤出薄膜与片材基本相同，故不 再重复。值得注意的是压力辊与冷却辊及机头模唇的相对位置对于涂覆牢度有很大 的关系。如图 123 所示挤出

16、薄膜先与基材接触在压辊的作用下压向冷却辊有利于 提高涂覆牢度。对压辊所施加的压力一般是通过压缩空气加压的，压力泵的压力范 围选用 00.8MPa。 图 123 压辊、冷却辊、模唇位置示意图 冷却辊的冷却水温度要求不高于 1020，水温过高会使涂覆制品产生粘辊现 象，并降低其透明度（如果涂覆制品为透明） 。冷却水的流速一般 0.30.5m/s，流 速过低易使水垢沉积于辊内壁面且降低冷却效果。 3涂覆成型中影响粘合力的因素 挤出涂覆成型过程中，影响涂覆粘合力的因素有很多，主要有以下因素 (1)挤出温度 合理的成型温度直接影响涂覆材料的质量。温度太低造成塑化不 良，复合牢度下降，温度太高塑料易分解，挤出膜收缩率增加也会影响涂覆制品的 质量。 (2)树脂的流动性能 树脂的流动性能好，熔融指数高，熔体的粘度越低，粘合 力越大，复合牢度越大。 (3)气隙 气隙是指从模唇到冷却辊与