流延薄膜厚薄均匀性的成因及注意事项

       薄膜厚度是否均匀是检测薄膜产品质量的一个重要指标，薄膜不均匀，不但影响到薄膜各处的拉伸强度、阻隔性，同时会导致薄膜卷曲后卷面出现爆筋，在暴筋处的薄膜形成永久变形，更会影响到薄膜的后续加工，如膜面不平整、薄膜松弛下垂，进一步影响后续的复合、印刷、镀铝、制袋等。而造成流延膜厚薄均匀度变化与设备、材料和工艺等都有较大的关联。

1. 设备成因

       流延薄膜的成型工艺是树脂原料经挤出机熔融塑化, 从机头通过平模头的狭缝口挤出, 在定边、风刀、真空箱装置作用下, 使熔料紧贴在流延辊( 又称急冷辊) 筒上, 然后在流延辊牵引和冷却作用下, 对熔料纵向拉伸冷却成膜, 经预切边、测厚仪、偏摆、表面电晕处理、切边后卷取。而薄膜厚薄均匀度控制在设备成因则包含如下几个环节：

       挤出系统：不正确的螺杆与模头设计，或使用已磨损的挤出机料筒和螺杆，或料筒和螺杆的驱动设备出现故障，会造成薄膜均匀度变化。

       模口间隙：模头模口间隙是影响薄膜厚度均匀的主要因素。模口间隙的调整是控制薄膜横向厚度均匀的有效的操作, 也是常用最多的操作。现代的流延设备装置中, 为了能及时地通过调整模口间隙来控制薄膜的横向厚度均匀, 都装配有热膨胀螺栓自动调节装置。该装置基本工作原理是通过对控制模口间隙的螺栓进行加热和冷却, 运用热胀冷缩物理性质调整模口间隙。当从模口流出的熔体成型后经测厚装置测得膜的横向某一区域偏厚, 测厚装置将该区域的偏厚信息传输到电脑中,电脑对反馈的信息进行处理后, 输出加热信号到该片区对应的热膨胀螺栓进行加热, 反之, 进行冷却。虽然这种自动调整控制比较及时, 但因热膨胀螺栓的热胀冷缩量不大, 这种自动调整控制只能在厚度偏差幅度不太大情况下进行调整, 一般自动调整的范围在1.5um以内, 当超过这个范围时必须进行手动调整。在开机或改变厚度生产时, 应先进行手动调整, 手动调整不能急于求成, 要逐步调整, 当调整到极限偏差在1.5um以内, 再启用自动调整控制装置。模口间隙不当引起的厚度不均表现为薄膜横向厚度稳定不均, 即偏厚的片区一直偏厚, 偏薄的片区一直偏薄。

       风刀、真空箱：熔融物料与冷却辊表面紧密贴合, 是流延薄膜成型的关键。薄膜的贴辊效果直接影响到薄膜的外观质量和物理性能。为了避免薄膜与冷却辊之间产生气泡, 采用空气流通过气刀均匀地吹在薄膜与冷却辊接触成切线方向的地方, 使薄膜与辊面紧密贴合。为了使这种贴合效果更好, 同时还采用真空箱装置, 利用真空原理把薄膜与流延辊之间空气抽去, 从而使薄膜与流延辊之间不会产生气泡。风刀宽度与流延辊长度相同, 真空箱宽度与模头宽度相同。在风刀操作时, 风刀风量要控制适宜, 风量过大, 会使熔膜过度抖动, 引起薄膜厚度偏差增大;

 风量过小,压力不足,贴辊效果变差, 薄膜就会产生横向波动,薄膜厚度偏差很大, 膜面变形不平整无法生产(在开车生产时移动风刀靠近流延辊过程中表现明显)。风刀对流延辊的角度及风刀位置也十分重要。角度不当, 也会使薄膜表面产生气泡, 贴辊效果变差, 此角度调整为使风刀气流方向垂直于过熔膜与流延辊始接触点流延辊截面圆的切线。风刀位置是指风刀出风口(称风刀口) 的停靠点。不同的风刀位置会使薄膜与流延辊的接触线不同。风刀位置越接近模唇, 接触线也就越接近模唇, 气息就越小,熔膜急冷效果好, 熔膜抖动的幅度就小, 成膜后薄膜的厚薄度均匀性就越好。因此, 风刀口越接近模唇, 越有利对控制薄膜厚度均匀性

       通过风刀的空气流应均匀地吹到熔膜上, 若风刀口薪附有异物影响气流的均匀, 那么薄膜的横向厚度就会不均匀, 勃有异物处对应的薄膜在热效应作用下就会偏薄, 且因急冷程度差异导致该处膜面雾度较高, 在膜面形成纵向透明度低的连续条纹。所以风刀一定要保证无影响气流的勃附物。真空箱的操作主要是注意调整抽气风速要与实际生产清况相匹配, 抽气风速过大, 会使熔膜易产生破洞;抽气风速过小, 就起不到抽去薄膜与流延辊之间空气的效果。在生产同样厚度产品时, 生产速度快较生产速度慢的真空箱风速大; 在同样的生产速度时, 产品厚度厚较产品厚度薄的真空箱风速大。

2. 工艺成因

       原料树脂本身的热性能，或模头各加热区温度设置、会造成熔体不能均匀等速流动；塑料熔体的速度变化（如螺杆速度、牵引速度）也影响熔体的分布，从而影响塑料薄膜的横向厚度。

       温度设定：由于不同原料树脂要求的加工温度有所不同，在挤出机机筒温度的设定中一般是沿物料流向从低到高。典型的温度设定范围（聚乙烯和聚丙烯温度有较大差异）是: 机筒靠近冷却加料段部分在150~215 ℃ , 机筒中间部分在190~230 ℃ , 机筒前端部分在210 -240 ℃ , 连接体及模头在200~230 ℃ , 模唇部分在210~240℃ 。挤出温度设定不合理时,会影响挤出量不稳定, 对膜厚度影响表现为纵向厚度不稳定。模头温度设定不合理时, 会影响熔料从模口流出时流量在模口宽度方向不等, 从而导致成膜后横向厚度不均匀。模头宽度方向上的温度设定为中间低, 两端略高。在整个宽度方向上, 温度分布图形象马鞍一样。

       牵引速度：主要是流延辊的运转速度。当挤出量不变时, 流延辊的运转速度越快, 生产的膜越薄; 流延辊的运转速度越慢,生产的膜越厚。因此,当流延辊速度不稳定时生产的薄膜纵向厚度也就不稳定。这里所说的流延辊速度是指它的线速度, 因此, 流延辊运转速度取决于两个方面:一是流延辊纵截面圆的规整度; 二是流延辊纵截面圆半径的角速度。一般情况下流延辊的运转速度都较稳定。如果在生产过程中发现薄膜纵向厚度有周期性的不稳定,且一个周期的厚度对应薄膜纵向长度与流延辊纵截面圆圆周长接近时, 须用测速仪器对流延辊的线速度进行检测。

       模腔内杂物或模唇的焦料：模腔中有杂物, 会很明显地影响薄膜的横向厚度均匀性。模腔中的杂物会阻碍熔体在模腔中的流动。当熔体经过有杂物的模腔从模唇流出时, 在模唇宽度方向上的熔体流量就会不均匀, 对应有杂物处熔体流量相比无杂物处少, 这样成膜后就会明显偏薄, 在膜面形成纵向的透明度较高( 因偏薄程度大) 的续条纹,且在取卷卷面对应条纹处出现一条暴筋, 严重影响膜卷使用。当有杂物停留在模腔中时, 须及时清理。增大模唇开度进行挤料, 同时用黄铜片插人模腔在模唇宽度方向从中间向两边刮, 直到杂物同挤料被刮出模唇。模唇上如有焦块，也会影响薄膜的横向厚度均匀, 相比程度较轻, 通常称之拉丝( 严重的叫膜口线), 解决方法就是清理模唇。

       模唇到流延辊的距离：模唇到流延辊的距离要尽可能控制到最小, 因为物料从模头模唇挤出时为熔融状态,如果模头模唇离流延辊的距离过大, 熔融状态的物料就容易受到外界因素的影响(如环境风) 产生抖动, 薄膜厚度也就随之发生变化, 造成薄膜厚度均匀性差。

3. 材料成因

       原料的密度、熔体指数及原料的配比也会影响流延膜的厚薄均匀度。

       缩幅：流延膜生产过程会出现薄膜宽度小于模头宽度的缩幅(又称瘦颈)现象。熔融流延膜在空气中热拉伸时薄膜变窄,结果薄膜的边缘变厚, 薄膜宽度和模头宽度之间存在差别通常就规定为缩幅。缩幅越大,薄膜的边缘越厚, 因此产品的产量随厚边料的增加而相应降低。缩幅与熔融薄膜表面张力和弹性模量有关, 是由薄膜的收缩引起的。缩幅程度与树脂的特性有关, 如树脂密度、熔体指数有关; 与流延条件, 如熔融薄膜的温度、气隙和模唇宽度有关。在流延条件不变的情况下, 密度或熔融指数越高, 缩幅越大。关于流延条件, 气隙大, 模唇宽, 引出速度快,熔膜温度高, 则缩幅就越大。

       而对流延设备自身控制缩幅的部件即定边装置。定边装置常见的有高压空气定边和高压放电定边两种。高压空气定边适用于车速比较低或生产相对较厚的薄膜情况; 高压电子定边适用于稳定对薄膜厚度均匀控制十分重要, 特别是生产相对模唇宽度较宽的产品, 定边是否稳定会很明显地影响产品两端厚度均匀性。在产品两端厚度均匀性控制的源头就是控制缩幅稳定而且程度较小。通过上述内容可见,选择加工树脂特性和流延条件也可以控制缩幅,但一般主要是依靠定边装置来控制。高压放电定边操作的核心是定边针位置的确定。再根据加工树脂特性和流延条件做细致小范围的调整。定边针合适位置的判定即所作用下的工艺要求内膜边厚度稳定, 膜边不摆动或有稳定的很小幅度摆动。

       配方的配比：原料的配比不均匀，加料与混料不稳定，造成配方组份变化，也会影响熔体温度和黏度变化，也将改变塑料熔体子模头中的流动，而造成薄膜的厚度变化。