高速、高效、智能化——板片材挤出的未来

挤出法生产的塑料板片材拥有较好的力学性能和光学性能，具有体积轻、透光性能好、保温、隔音好、安装方便等特点，可以作为结构材料和包装材料及热成型制品的原材料，在建筑装饰、工业制造、农业生产等行业的应用越来越广泛。一些塑料板材可用于工业衬垫、电绝缘材料、建筑材料、或交通工具车、船中的壁板、隔板、地板；板材还是一些热成型产品的原材料，如挤出的板材经过真空吸塑，成型为冰箱内衬、门衬；片材是热成型包装材料的原料，无毒透明片材在食品包装和医药包装中使用广泛。PVC彩色板和透明板是广告、模型材料和制作广告灯箱的材料，PC阳光板是耐候性良好的建筑装饰材料。

 

挤出成型板材与片材一般幅宽为1-1.5米，最大宽度可达3-4米，常规上，0.25-1mm的为片材，1mm以上厚度的为板材。板片材的原材料主要是热塑性塑料，如硬质或软质的PVC、PE、PP、ABS、PC等，也可以是填充、共混改性、发泡材料等。在种类上可分为单层或多层复合板、平面或波纹状、异型截面以及发泡板和片材等。

 

 

板片材挤出成型设备的最新进展

 

板片材的挤出成型与其他成型方法相比，具有生产线所用设备相对简单、投入成本低、生产效率高等优点。板片材挤出成型的工艺流程为：熔融塑料由挤出机塑化挤出后经过栅板进入机头，现广泛采用扁形机头，其具有宽而薄的出料口，熔料从机筒到机头，流道由圆形变为狭缝形（平缝形），物料将沿着机头宽度方向均匀一致地分布，经模具挤出板材或片材，物料流经整个模具流道的压力降至适度，且停留时间尽可能短，无滞料现象发生。在牵引装置的牵引下经光辊压光，再经切边装置整形，最后由切割装置切成所需长度的产品。

 

近年来，挤出成型技术的进步集中体现在挤出速度的提高上，高速挤出已经带来了板片材生产效率的大幅度提高。高速、高效、智能化一直是板片材挤出成型设备的发展方向。

 

业界在设备革新方面，除了增大螺杆直径和长径比之外，为提高产量，还采取加大装机扭矩、提高螺杆转速和增加比驱动能等措施。同时为了提高制品的质量和生产的稳定性，各挤出机厂家还在挤出生产线的自动化控制、在线检测和驱动系统的精确同步化方面进行技术上的创新。

 

在今年广州Chinaplas展会期间，佛山巴顿菲尔辛辛那提公司在其位于广东顺德的中国工厂举办了设备演示会，其中包括了专门为中国市场而推出的高速PP热成型片材挤出生产线。标准高速挤出机系列专门针对容积/螺杆速度比进行了加工技术优化，可以满足越来越高的产量和高品质生产的要求。它具有模块化设计，与传统挤出机相比，节能15-20%；由于机器内部物料容积较小，物料更换所需时间缩短，这意味着可以增加生产时间，降低材料消耗；同时提高最终片材产品的质量，保证卓越的透明度和表面光泽度。而三辊压光机配置有高精度数字控制驱动器，实现电动间隙调整，提高生产可靠性，创新的闭环控制、在线控制系统和其它专有特点使整个组合系统完美呈现。在工厂演示现场，此高速挤出机与ILLIG热成型设备无缝连接，厚1.5mm、宽740mm的PP片材以430kg/h的产量被挤出，ILLIG的RDM热成型机每1.5秒生产27个280ml的杯子，边角废料直接在线破碎，通过管道被输送到称重系统中，完美展示了“从片材挤出到食品包装的热成型直至边角料的现场粉碎回收”这一完整闭环生产过程。从去年十月开始，巴顿菲尔辛辛那提把德国研制的最新一代高速片材挤出机引入到中国顺德，产品定位于高端市场，关键零部件从德国进口，迄今为止市场反响良好，其高效、节能、高品质的特点获得了用户的认可，已被国内多家知名包装高端企业使用。

 

美国挤出解决方案供应商Graham Engineering Corporation旗下的Welex品牌推出了Converge CTS片材生产线，其采用旋转锥形双螺杆技术，可加工水分含量高达2500ppm的PET和PLA，通过在进料区形成低度真空除去表面水分，无需对材料进行结晶或预干燥。材料在挤出机的第一加工阶段进行塑化，并在减压段以大通风口形成高度真空的环境下，完全除去水分。Welex Converge CTS系统配备有大型推力轴承，可产生较高的压力，而较大的螺杆直径能够产生较大的扭矩。因此，生产线可以在较低的熔体温度下高效地加工PET和PLA。熔体温度较低的好处包括节能、熔体强度较高、单体改性较少、不变色等。熔体温度与能源直接相关，因此较低的熔体温度可以节省加热和冷却聚合物所需的能源，省去干燥系统也进一步降低了能耗，总体节能率达25％。同时，由于熔体强度较高，因而材料更容易加工，辊间隙处的材料下垂度小，表面瑕疵也较少。此外，较少的单体改性可大幅减少抛光辊上的积垢。同时，较低的温度可以保持颜色稳定。由于热历程导致的变黄程度较小，因此无需使用蓝色母料来补偿颜色变化。

 

诺信（Nordson）公司开发了一款数字工具，用于对配有可拆卸下模唇的标准片材模头与快速更改片材厚度的Extrusion Dies Industries®（即EDI）SmartGap™先进片材模头的成本投入进行比较。片材制造商能够使用称为SmartGap Payback Analysis的在线分析工具来计算改用Smart Gap技术后的投资回收时间。

 

Smart Gap技术使制造商能够以史无前例的速度更改片材厚度，扩大其产品的厚度范围，并能在实现这些改进的同时提升片材质量。该系统采用单点调节机制，可在更改模唇间隙的同时改变模唇平直定型区的长度，以便在片材退出模头时为新设定的厚度提供最恰当的条件。通过以机械方式连接这两个关键工艺变量的调整，Smart Gap系统确保模头设置正确，并且可以节省客观的时间，也无需进行猜测，即可实现理想的片材性能。据EDI有关负责人员介绍说，通常在短短数月之内即可完成投资回收。Smart Gap模头系统无需长时间停机即可更换模唇部件，而在以往转换到新作业时经常需要这么做，因此，使用Smart Gap可帮助用户在数分钟内完成以往需要花两个小时或更长时间才能完成的工作。SmartGap还克服了先前模头改造的复杂性导致的产品厚度范围的限制；Smart Gap系统可轻松实现处于10毫米这一范围内的模头间隙调整，使客户能够高效地应对每天多次产品变更。与此同时，SmartGap系统可提升产品质量和一致性，这在某种程度上是通过在执行厚度变化期间使上下模唇面和模唇平直定型区保持平行来实现的。

 

于今年10月举行的K2019期间，SIKORA公司展示了为板材行业推出的塑料板材厚度的在线测量系统PLANOWAVE6000。由于这是一种非接触式测量系统，因此可用于塑料板材挤出过程中的无损厚度测量。该系统可测量由工程塑料如POM等，以及高性能塑料如PEEK等制成的板材。该测量方法基于毫米波技术，线性移动的收发器能够持续地发送和接收调频连续波，根据毫米波运行的时间差就能够精确的得到板材的厚度，无需任何介质，不受板材的材料和温度的影响，也不需要对材料进行校准。PLANOWAVE6000可以在热或冷的位置直接集成到生产线中，在线测量或是用于最终成品复查。测量值结果可在处理器系统ECOCONTROL6000的监视器上实时显示，还提供更形象的图形显示，以及提供趋势图和统计学分析数据。PLANOWAVE6000有助于在板材挤出过程中实现可重复的工艺、最高的品质和生产率。

 

 

坐落于江苏省张家港市的民扬塑胶科技有限公司专业生产APET片板材，并拥有12条国内外品牌全自动挤出生产线，年生产能力达3万吨。公司由多年PET生产经验的工程师和纳米技术专家组织创立，拥有专业的研发团队、先进的研发设施、高科技的实验室。为满足广大客户的需求，民扬公司投入了大量资金研发“纳米强化”系列PET板材，该产品以绿色环保聚酯为主要载体，通过添加高科技纳米材料，经德国大口径挤出机及后整理设备生产而成，可达6mm的最大厚度为国内首创。其主要产品有纳米强化高透明板、彩色板、抗静电板、耐磨板、抗菌板、抗UV板、隔热板等。产品厚度为0.8-6mm，宽度在100-1220mm之间，具有耐磨、耐酸、耐碱等特性，抗冲击性强，也可起到隔音、隔热的作用，是一种绿色环保的新型材料，广泛应用于建筑物顶棚，室外透明防护罩，仪器仪表，医疗器械、装饰板材、汽车、电子、食品包装等，是国际公认的环保型高新技术产品，特别获得广大环保、前瞻企业及国内外人士的青睐和好评。

 

总结

 

可以预见，塑料板片材的挤出成型技术未来将呈现以下发展方向：

 

◆减少劳动力和材料消耗，主要体现在尽量缩短更换产品的时间，尽可能在生产过程中更换以及自动更换；

 

◆通过增加设备的塑化能力，加大齿轮扭矩，进一步加大螺杆的长径比来提高生产效率；

 

◆在挤出成型中，冷却一直在限制中生产率的提高，必须突破冷却限制；

 

◆在挤出生产线控制系统中不断应用感应测量技术、人工智能技术，使板片材制品的质量和生产的稳定性得到进一步的提高。