“压延法”生产PP热成型片材技术--来自生产一线的真实报告

作者：刘勤让 柏喜娜

欢迎访问e展厅 展厅 2 塑料挤出机展厅 片材生产线, 单螺杆挤出机, 双螺杆挤出机, 板材生产线, 木塑挤出机, ... PP（聚丙烯）热成型片材，是目前国内正压热成型中应用最为广泛、用量最大的一类片材。即使在整个热成型用片材的家族中，也早已后来居上，与PVC、PS材料用量几乎不相上下。目前市场上随处可见的“一次性”塑料果冻杯、饮水用卫生杯、豆浆杯、豆腐盒等几乎百分之百用PP片材热成型加工而成；在国内年生产量已经达几十甚至上百亿只的“一次性”塑料酸奶杯市场上，PP材料也占据着大半个江山；日常生活中的“一次性”快餐盒、方便面碗、冷饮杯等产品用PP片材热成型加工而成的更是多得难以计数。用PP片材热成型加工而成的塑料包装产品在医药、轻工、玩具、食品、旅游等领域的应用真是屡见不鲜。除了PP材料本身具有耐热以及强度好之外，主要原因在于PP材料是最轻的塑料品种之一，密度仅0.89——0.91g/cm³，材料成本低；其次是原材料价格相对便宜，市场货源充足，容易购买；另外就是生产技术易掌握，配料简单，容易加工；最重要的是生产设备便宜，容易上马。 随着国内片材生产线的推陈出新，外资和进口设备的引进，以及新的原辅材料的应用，热成型行业呈现蓬勃发展的态势。热成型片材加工技术也随着设备、材料和用途的不同而五花八门。日益成熟的片材加工技术逐渐打破了旧式的常规理论。现在，即使在同一条片材生产线，也可以用不同的工艺生产出不同用途、不同规格、不同材质的合格片材；同一种规格用途的片材也可以用不同的设备、工艺加工出来。“无模式”给生产带来极大的方便。 PP热成型片材可以用压延法、压光法、流涎法（有气刀或无气刀）等方式生产。 在这篇文章里谈谈用“压延法”生产生产各种PP热成型片材的一些技术。仅供各位参考，不妥之处，恳请批评指正。 本文以最简单的“挤出机——T型机头——立式三辊压光机——牵引——卷取”的设备配置为基准。（高档片材生产线一般采用“精密挤出”技术，有PLC高度自动化可编程计算机控制系统、熔体泵、静态混炼器等，三辊多为卧式结构，采用伺服电机独立传动，配有独立循环水控制系统，一般采用“压光法”生产。一般为了防止辊筒、机架变形，影响片材加工精度，原则上不主张在高档片材生产线上采用“压延法”生产。所以，有的高档片材生产线有自动保护功能，当用压延法生产片材时，如果三辊驱动电机过载时，整个生产线会自动停机。） “压延法”与其他几种方法最大的区别是在机头进入的第一和第二两个辊筒之间有明显的光滑而且均匀的余胶在旋转，第三个辊筒一般不用压紧中间的辊筒。 由于辊筒间有一定余胶，对稳定生产起着很大作用，因此普通的机电配置即可满足。即不需要熔体泵、静态混炼器、PLC高度自动化可编程计算机控制系统等。可以降低很大的投资成本和生产成本。只是辊筒、机架强度比“压光法”、“流涎法”要高些，因为辊筒受到较大的分离力。用“压延法”生产时，操作方便，工人易掌握技术要领，设备维修也很简单。目前，国产设备几乎100%可以满足要求。所以，当采用“压延法”工艺生产PP热成型片材时，用国产设备比用进口设备更实惠。 常见热成型用PP原材料的选用：PP颗粒料通常选用挤出板材级、片材级，拉丝级、窄带级或热成型级。 一．当采用“压延法”加工较厚PP“正压热成型片材”（0.50——2.50 mm）时，PP材料对设备适应性很强，工艺要求比较宽松。 以立式三辊上进料为例：采用“压延法”生产时，上辊与中辊之间有余胶，细如铅笔。在生产0.50mm——2.5mm甚至更厚的正压热成型PP片材时，对设备适应范围较宽，工艺调节比较容易。此外，还有以下几种优势： （1） 用“压延法”工艺生产PP正压热成型片材时，PP材料对螺杆、料筒的适应性比较强： 不论是在理论上推荐的专用、突变式、分离型、L/D=22—25的单螺杆，还是渐变式、通用、排气式、L/D=2O—35、屏障型、分流型等其他新型单螺杆，都在实际生产中有成功生产的事例。 这是由于在实际生产中，各个工厂实力不同，不可能都拥有专用的设备或配置，加之材料的频繁更换，不可能每次都更换为专用的料筒和螺杆。所以，在实际生产中：一条片材生产线既可以用来生产HIPS、CPS、ABS片材，也可以安排生产PP、PE片材，还可以加工PP降解材料、含填充母料的PP、PE片材。 专业生产片材生产线设备的企业，所推出的片材生产线一般都适合加工PP材料。如：天津恒瑞、上海金伟、金湖、汕头达诚、伟达等。 （2） 用“压延法”工艺生产PP正压热成型片材时，PP材料对机头结构、调速方式、传动方式、温控方式、唇口开度、进料方式（上进料、下进料）适应性很强 PP材料加工范围较宽，所以温度的设置也比较宽泛。由于PP材料的熔点是164-—170℃，而在实际生产中，加工温度的设置可从170℃至270℃，具体随材料产地不同、设备不同、加工地不同而有所差异。 唇口开度一般没有太严格的要求，但唇口开度应该至少大于片材厚度。在实际操作中，片材规格较多，调整唇口开度比较麻烦，甚至可以一直采用生产最厚片材的唇口。有的采用唇口（厚）开度≈片材厚度x（1+10——30%）；有的是当片材厚度低于0.8mm时唇口开度采用1.0mm，当片材厚度大于0.8mm低于1.5mm时，唇口开度采用2.0mm（由于一般热成型用片材的厚度很少超过2.0 mm）。 较常见三辊温度的循环水控制在30℃—80℃。三辊循环水路有串联、并联、独立控制等几种方式，都能满足生产要求。 例如： A.台湾产的片材生产线：螺杆ф150 mm X34，无排气式单螺杆和料筒；衣架式机头，宽100mm，带阻尼条；辊筒ф490mmX110mm，链条传动，液压油缸控制上下辊筒升降；独立循环水箱自动恒温控制三辊温度；立式下进料；直流变频调速电机，功率300HP；边角料随机粉碎随即挤进料斗使用；真空上料。 当用“压延法”生产（厚）1.70 mm X（宽）710 mm CPP 时，正常生产工艺记录如下： （1） 配料为：粒料PT103（台湾福聚烯）50Kg，粉碎料60Kg（其50Kg厚碎料，10Kg薄碎料），粉状透明剂（香港产）0.2Kg。 （2） 机身温度控制：233—237—235—236—239—239—245—250—243（单位：℃） （3） 机头温度控制：235—235—235—235—235（单位：℃） （4） 三辊水温控制：（下—中—上）28.4—28.6——23.5（单位：℃） （5） 螺杆转速：57.7（r/min） （6） 三辊线速度：9.3（m/min）；牵引力：30.8KN （7） 主电机转速：938（r/min）；主机电流：390A （8） 上下辊筒状态：上下辊都压 （9） 余胶状态：细如圆珠笔芯，均匀分布，呈直线，在挤出坯料上边。只在中辊和下辊之间存在。 （10） 过滤网：80目X2+100目；网前压力230Kg/cm² （11） 唇口开度：2.3mm （12） 机头距三辊中心线距离：100mm （13） 片材质量：表面良，透明度良，（到正压制杯热成型机试）热成型性能良。 注意： (a) 在试验时：上下辊都压；余胶细如圆珠笔芯，均匀分布，呈直线，在挤出坯料上边，只在中辊和下辊之间存在；温度设置比较随意。 (b) 由于主机电流较大，而螺杆转速并不快，所以，机身、机头温度还可升高10—20℃。 (c) 通过试验，当上下辊都压，余胶不仅在上辊与中辊间存在，也在中辊与下辊间存在，余 胶细如圆珠笔芯，均匀分布，呈直线时，片材也可以正常生产和使用。 (d) 通过试验，当上辊不压，仅压下辊，余胶细如圆珠笔芯，均匀分布，呈直线，在挤 出坯料上边，只在中辊和下辊之间存在时，片材也可以正常生产和使用。 (e) 通过试验，机身正向温度设置（235—260℃）、逆向温度设置（260—235℃）或设置都一样（245℃），片材均可以正常生产和使用。 说明： （1）这条生产线主要用于“压光法”生产PP、HIPS、CPS等片材。 （2）在此只想证明：从工艺角度讲，这条生产线用“压延法”生产PP热成型片材是可行的，且形式多样。 B．汕头达成包装机械厂JP—750P挤出片材机组：螺杆ф105 mm X35，排气式单螺杆及料筒；整流子调速电机，功率100KW；衣架式机头，带阻尼条；三辊规格ф316 mmX800mm，链条传动；手动蜗杆减速器控制上辊筒升降，下辊筒不能升降；立式上进料；恒温循环水箱控制三辊温度。 当用“压延法”生产（厚）1.50mmX（宽）580mmWPP生物降解正压热成型片材时，正常生产工艺记录如下： （1） 配料：PP生物淀粉降解粒料（西安万杰）100Kg +降解碎料120Kg （2） 机身温度：180—185—190—190—195—195（单位：℃） （3） 机头温度：195—190—195（单位：℃） （4） 过滤网：60目X2+80目X2 （5） 余胶状态：粗如食指，均匀分布，旋转良好、光滑 （6） 上辊温度：40℃；中辊45℃，下辊：30℃ （7） 唇口开度：2.5mm （8） 在余胶大小保持适量的情况下，主机速度和三辊速度可同时加快或减慢。 （9） 片材质量：表面良，（到正压制杯热成型机试）热成型性能良，拉伸均匀。 说明： (a) 本生产线主要用于HIPS、CPS、环保降解材料、高填充PP、PE片材生产。同样适于一般非填充PP热成型片材的生产。 (b) 用“压延法”也可以生产较薄的PP负压（真空）成型热成型生物降解片材（见后面三。（2）） （c）由于含有大量淀粉，机身温度不能太高，过滤网不能太多、太密，否则片材易发黄，甚至纵向出现烧焦线条。 (d)当用这条生产线加工PP填充片材（填充母料超过50%）时，三辊、机身温度应适当升高，以利均匀塑化，防止挤出机负载过大而损坏设备。 C． 汕头达成包装机械厂JP—90—700挤出片材机组： 单螺杆ф90X28，分离型；电磁调速电机，功率37KW；，直管式机头，无阻尼条；三辊规格ф256X700mm，蜗轮传动，气动控制下辊筒升降，上辊不能升降；立式下进料；并联或串联循环水路。 说明： （a）本生产线是早期出现的专用于“压延法”生产PP、PE填充和非填充片材的生产线，调节方便，价格便宜。 （b）生产工艺比较简单，不在此赘述，可参照A、D。 D．浙江宏华挤出片材生产线：双阶渐变式单螺杆ф100mm X30，无排气孔料筒；电磁调速电机，功率45KW；三辊规格ф260mmX800mm，齿轮传动，手动丝杠控制上辊筒升降，下辊筒不能升降；衣架式机头，带阻尼条；立式上进料；并联循环水路；人工上料；切边料单另粉碎。 当用“压延法”生产0.55mmX580 CPP正压热成型片材时，正常生产工艺记录如下： （1） 配料：T30S粒料（濮阳）25Kg，碎料70Kg（其中60Kg厚碎料）， 粉状透明剂（国产）0.03Kg （2） 机身温度：200—220—230—240—240—240（单位：℃） （3） 机头温度：225—220—225（单位：℃） （4） 主机（表显示）：1450 r/min；三辊（表显示）：525 r/min （5） 三辊温度（温度表测出水口水温）：上辊48℃，中辊45℃，下辊35℃ （6） 余胶状态：细如铅笔，均匀分布，旋转良好 （7） 唇口开度：1.20mm （8） 机头距中辊距离：250mm （9） 过滤网：60目X3+80目X2 （10） 片材质量：表面良好，（在压力热成型机上试）拉伸性能良好，塑杯无破损，底部也无发白现象，透明度良好。 说明： (a) 通过试验，当上中下辊筒温度在30—35℃，主机在1200r/min，余胶保持不变，做出的热成型片材拉伸性能仍然良好，且透明度有所提高。 (b) 机身温度还可降低10—20℃。 (c) 透明剂有粒状的，粉状的。当用粉状透明剂的时候，可在配方中用白油、松节油、酒精少量，以使粉状透明剂均匀分散，提高透明度。 (d) 过滤网有用标准网叠的（25+50+100+50目）；有剪刀剪的（100x2+80x2，100+80x2+60，100+80+60x2， 100+80+60+40，80x2+60x20，40+80+40等）；有冲床冲的；也有用进口厚的单层或双层60—100目过滤网。 (e) 由于片材较窄，机头较宽而且未堵，为减少切边宽度，所以机头距三辊较远。 二． 当采用“压延法”加工较薄PP“正压热成型片材”（0.30—0.40 mm）时，PP材料对设备适应性相对减弱，工艺要求也比较苛刻。 仍以浙江宏华挤出片材生产线为例：（具体配置参看一.D） 当用“压延法”生产0.36mmX620 CPP时，正常生产工艺记录如下： （1） 配料：T30S粉料（濮阳）25Kg，透明粉碎料105Kg（其中90Kg厚碎料），透明剂0.03Kg （2） 机身温度：190—225—240—240—245—245（单位：℃） （3） 机头温度：225—222—225（单位：℃） （4） 主机（表显示）：1500 r/min；三辊（表显示）：725 r/min （5） 三辊温度（温度表测出水口水温）：上辊47℃，中辊47℃，下辊35℃ （6） 余胶状态：粗如铅笔，均匀分布，旋转良好 （7） 唇口开度：1.20mm （8） 机头距中辊距离：170mm （9） 过滤网：60目X3+80目X2 （10） 片材质量：表面良好，（在压力热成型机上试）拉伸性能良好，塑杯无破损，底部也无发白现象，透明度良好。 注意： (a) 机身温度还可降低10——20℃。 (b) 这个配方用于回料较多、热成型制品色泽要求不太高的情形。 (c) 通过试验，当上、中辊筒温度低于45℃，主机在1300r/min，余胶保持不变，做出的热成型片材表面质量良好。但在正压热成型机上试验“小梅花杯”的成型性时，发现片材拉伸性能变差，塑杯拉伸破裂现象增加，废品很多，不能正常生产。即使改变正压热成型机的各参数，也没有改善。即使将机头唇口开度降至0.60 mm，也没有作用。因此判定，用压延法生产薄PP“正压热成型片材”（0.30—0.40 mm）的热成型性能与主机速度有很大关系。 (d) 当主机速度1500 r/min，辊温降至低于35℃时，片材热成型性能也变差，塑杯难以成型。但当辊筒温度升至75℃时，片材热成型性能良，但塑杯透明度变差，表面模糊。 因此判定，用压延法生产薄PP“正压热成型片材”（0.30—0.40 mm）的热成型性能、热成型制品的透明度与三辊温度有很大关系。 三． 如果用“压延法”生产用于负压（真空吸塑）PP热成型片材，可在正压热成型片材的配料中增加适量的PE，或直接选用经PE改性的PP挤出级料---共聚PP 常见加入挤出级HDPE或LLDPE、LDPE，加入量10—50%，或者直接选用经过PE改性的共聚PP挤出级料，以改善片材的拉伸性能，提高成品率。 例如： （1）某厂生产吸塑用PP瓷白片材0.40 mm X700 mm 配料如下：PP（F401，扬子石化）100 Kg，PE（5000S，北燕）100 Kg，白吸塑片材碎料80 Kg，降解母料100 Kg，瓷白色母料（山东）5 Kg。 采用设备：ф90X28，分离型单螺杆；电磁调速电机，功率37KW；衣架式机头，无阻尼条；三辊规格ф256X700mm，链条传动；手动蜗杆控制上辊筒升降，下辊不能升降；立式上进料；并联循环水路。 工艺参数：机身温度： 225——237——245——248——255——260（单位：℃） 机头温度：240——232——240（单位：℃） 三辊温度（手模）：上中辊约50——60（单位：℃） 过滤网：80目+120目X2+150目 X2 唇口开度：1.5 mm 余胶：粗如铅笔，均匀分布，旋转良好 片材质量：表面良，（在吸塑机上试）吸塑性能良，无破裂、拉伸不均现象。 说明： (a) 吸塑用PP热成型片材，配方随产品加工难易成度、用途、质量要求而有所变化。 (b) 吸塑用PP片材还可以用“流涎法”生产，将在另外的章节详述。 (c)用“压延法”生产薄片材时，为了防止硬质杂物（沙砾、金属）对机头、熔体泵、辊筒的损伤，一定注意放置磁力架，及时换网。一般生产薄片用的过滤网比厚片用的网密、结实。一般采用专用网叠。 （2）仍以汕头达成包装机械厂JP—750P挤出片材机组为例（具体配置参见一。B） 当用“压延法”生产（厚）0.50mmX（宽）610mmWPP生物降解负压（吸塑）热成型片材时，正常生产工艺记录如下： （1） 配料：PP生物淀粉降解粒料（西安万杰）100Kg +降解碎料100Kg （2） 机身温度：180—185—190—190—195—195（单位：℃） （3） 机头温度：195—190—195（单位：℃） （4） 过滤网：60目X2+80目X2 （5） 余胶状态：细如铅笔，均匀分布，旋转良好、光滑 （6） 上辊温度：45℃；中辊48℃，下辊：35℃ （7） 唇口开度：1.5mm （8） 在余胶大小保持适量的情况下，主机速度和三辊速度可同时加快或减慢。 （9） 片材质量：表面良，（到吸塑热成型机试）热成型性能良，拉伸均匀。 说明： (a) 机身、机头、三辊温度及主机速度对余胶均匀分布和良好旋转影响很大。 (b) 降解粒料的配方对片材加工的难易及热成型性能起关键作用。 (c) 挤出速度加快、辊筒温度适当升高都有利于提高片材的热成型性能。 结束语： （1）从以上来自生产一线的真实试验记录可以看出，用“压延法”可在多种不同配置的设备上生产多种配方的PP热成型片材。虽然用“压延法”生产薄PP热成型片材时对配方、辊温、速度等工艺参数有较苛刻的要求，但摸清规律之后，还是很容易操作的。 （2）“压延法”的关键在于控制余胶，使之始终处于无气泡、稳定、均匀、光滑的状态。 （3）辊筒的温度与挤出机的速度有一定的比例关系，他们对热成型片材的热成型性能有很大影响。 注释：WPP——WHITE PP——白色PP CPP——CLEAR PP——透明PP CPS——CLEAR PS——透明PS(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/23/2008)