第五節　擠出-鑄片系統

目前，一般鑄片的方法有兩種，即聚合物在聚合后進行直接鑄片法和聚合物切片經擠出重熔制片法。這兩種方法的主要區別在于熔融塑料生成的方法不同。

因此，經擠出機熔融塑化均勻的樹脂熔體，經過濾器擠壓到機頭，借助機頭內阻流器（衣架型模頭），將熔體均勻分配到模唇各點，擠出形成熔體膜，然后經過急冷輥冷卻成膜片待用。

一般擠出-鑄片的工藝條件為：擠出機輸送段溫度200～220℃，熔融塑化段溫度220～260℃，均化段溫度240～260℃，過濾器（網）溫度250～265℃，熔體線溫度240～250℃，急冷輥溫度20～30℃。

鑄片方法的優點是：它省掉了原料再次輸送、配料、混合、預干燥、干燥、擠出等一系列的加工過程，大大簡化了后加工的工藝流程，更主要的是由于它不需要二次熔融，減小了聚合物降解反應，對于提高雙向拉伸塑料薄膜的物理、機械、電氣等性能十分有利。此外，這種鑄片方法還明顯地節省后加工設備的投資費用，減少能量消耗、物料損耗。

鑄片方法的缺點是：如果把合成系統全部包括在內，整個生產裝置一次性投資非常大，生產技術更為復雜，所用生產設備不單單要滿足成膜的需要，而且還必須解決一旦薄膜生產過程中出現故障，要及時轉化和利用合成樹脂的問題。此外，這種方法不便于更換產品品種，薄膜生產具有很大的局限性。

但是，目前絕大多數雙向拉伸塑料薄膜的生產廠，并不選用聚合后直接鑄片的工藝路線，而選用類似于圖2-17的擠出鑄片再拉伸的方法來生產拉伸薄膜。

擠出鑄片法是利用擠出機螺桿旋轉產生的壓力和剪切力，利用物料與機筒、螺桿的摩擦熱和機筒外部傳入的熱量，將聚合物進行充分地塑化、混合、均化并強行通過機頭的口模，在冷卻轉鼓上實現鑄片的方法。用擠出法生產雙向拉伸薄膜，最關鍵的問題就是要保持擠出熔體壓力均勻、穩定，防止熔體過分降解及夾帶氣泡、未熔物料或焦料等異物，可以說這些問題也是衡量擠出系統性能的主要標準。

在這兩種方法中，為了實現穩定出料，在聚合釜或擠出機之后都需要安裝一臺高精度的齒輪計量泵，多數設備還在管線中安裝靜態混合器；為了保護計量泵和能夠濾出聚合物中較大的雜質，在計量泵的前面及后面都必須安裝熔體過濾器。其基本工藝過程為：

注：虛線框所示的過程在某些生產線上可以簡化。

這里，我們重點介紹擠出鑄片法。

目前，國內的雙向拉伸薄膜及擠出生產技術漸趨成熟，雙向拉伸薄膜應用范圍廣，因為擠出設備不同，我們將擠出鑄片法分為：單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機、熔體計量泵法、熔體過濾器、熔體管道、靜態混合器、機頭（模頭）、冷卻轉鼓（又稱冷鼓或急冷輥）及附片裝置、輔助收卷機等分別加以介紹。

一般經過結晶和干燥處理后的PET切片進進單螺桿擠出機進行加熱熔融塑化。為了保證PET切片良好的塑化質量和穩定的擠出熔體壓力，螺桿的結構設計非常重要。除對長徑比、壓縮比、各功能段均有一定要求外，還特別要求是Barrier型螺桿，這種結構的螺桿有利于保證擠出物料的良好塑化、擠出機出口物料溫度的均勻一致、擠出機的穩定出料和良好排氣，并有利于進一步提高擠出能力。

一、單螺桿擠出機-計量泵法

1.單螺桿擠出機的基本結構

（1）普通單螺桿擠出機　在擠出機中，普通單螺桿擠出機使用得最普遍。但是，單螺桿擠出機混煉效果差，不適于加工粉料，提高壓力后逆流加大，生產效率低。它的特點是：擠出系統由一根螺桿和機筒配合組成，結構見圖2-18。這種擠出機只要更換不同結構形式螺桿，就可以完成各種熱塑性塑料的擠出成型工作。

單螺桿擠出機的基本參數（標準ZBG95009.1—88規定）。

（2）新型單螺桿擠出機　如圖2-19為單螺桿擠出機的基本結構示意。單螺桿擠出機主要是由機筒、螺桿、螺桿的傳動系統、機筒的加熱和冷卻系統及有關輔助設備（例如加料斗、支架等）組成的。

（3）計量泵法　在單螺桿或雙螺桿擠出機計量泵法中，用于生產雙向拉伸塑料薄膜的擠出系統上都裝有計量泵、過濾器等裝置，因此拉伸塑料薄膜用的擠出機與普通的單螺桿擠出機相比，又有許多特殊的要求。下面分部分來介紹單螺桿擠出機的結構及有關要求。

（4）傳動部分　單螺桿擠出機的傳動系統是由電動機、聯軸節、減速箱、大型擠出機減速箱的冷卻系統、軸承等組成。通常，擠出機使用的電動機是直流電動機或變頻調速交流電動機。速度變化的范圍為1:（6～10）。其功率大小取決于擠出物料的品種、薄膜的生產能力及螺桿結構等因素。對于年產3500t聚酯薄膜生產線，擠出機電動機的功率約160～80kW。

其中，一臺完善的擠出機，其傳動系統應該能夠保證擠出機機頭的熔體壓力始終處于基本穩定狀態，從而實現薄膜厚度均勻不變的目的。在實際生產過程中，由于擠出系統都裝有熔體過濾器，隨著擠出時間加長，熔體中的雜質在濾網上積聚量逐漸增多，過濾器的阻力就會越來越大，勢必造成機頭壓力逐漸減小、擠出機壓力逐漸增高并出現較大的波動。此外，在擠出過程中也會出現由于物料起始塑化點的變化，擠出機螺桿、計量泵等傳動系統的波動，引起機頭壓力的變化。為了消除這些因素產生的不良影響，擠出機的傳動系統一定要適應這些變化，并能及時改變螺桿轉速。在單螺桿擠出法中，維持機頭壓力穩定不變最常用的一種方法是采用壓力反饋控制裝置。它們相互之間存在如下的關系：

一般計量泵進出口的壓力是決定擠出壓力穩定性最重要的因素。實踐證明只要泵前壓力P2基本穩定［（3～7）MPa±0.05MPa］，泵速穩定。那么，進入機頭的熔體壓力P4的變化就十分緩慢。根據這一原理，生產中就可以通過檢測P2壓力值，反饋控制擠出機螺桿轉速，實現穩定P4值的目的。

通常，也就是說，當P2值降低時，應相應地加快螺桿轉速，反之亦相反。這種控制方法在過濾器阻力不過高的情況下使用，效果很好。然而在生產的過程中，隨著生產時間加長，精過濾器前的阻力逐漸增大（P3），壓力P4必然出現緩慢的下降。需要根據薄膜（或擠出片）的厚度變化情況，利用生產系統的測厚反饋系統，自動調節冷卻轉鼓的線速度或計量泵的轉速，彌補上述變化引起薄膜厚度變薄的不足。這是生產中行之有效的方法。為了防止擠出機電動機過載引起電動機及螺桿損壞，擠出機的電氣與傳動系統都要裝有安全保護裝置，如過流保護器、剪切銷、安全鍵等。

（5）上料設備與進料方法　料斗的進料方法有很多種。小型生產裝置是以人工加料、彈簧上料為主。一般，小型擠出機加料斗是一個帶有錐形底的圓柱形筒體，它是由不銹鋼材料焊接而成的。其容量至少能容納半小時擠出料量。在料斗的底部裝有一個截止閥，它的第一個作用是在擠出機檢修或停機時，能夠終止向擠出機供料。第二個作用是當擠出機在空螺桿開機時，可以手動控制此閥門，實現緩慢加料，避免擠出機啟動時下料太快，物料堵在進料區，使電動機過載。料斗錐體的側面最好安裝一個帶閥門的排料管，以便在更換薄膜品種或長期停機時，很容易將料斗內的物料排放出來。料斗的頂部有一個帶蓋的手孔，用于處理異常故障。有些直接使用粉碎廢料的薄膜生產線，為了將松散的粉碎料和新料能夠均勻混合，防止物料在料斗下方造成“架橋”，將擠出機上方的料斗做成具有攪拌-提升結構的“旁通道”加料斗，圖2-20為這種料斗的結構示意。

對于大型擠出機生產裝置，一般都是采用高料位自重下料。有時也采用彈簧上料和真空上料法等。對于自重下料裝置需要注意防止物料在下料口出現“架橋”現象。

①鼓風上料裝置　如圖2-21所示。它是利用風力將料吹入輸送管，再經旋風分離器進入料斗。該裝置適用于輸送粒料，不適于輸送粉料。

②彈簧上料設備　彈簧上料裝置結構簡單，這種裝置是把一根螺旋彈簧裝在橡膠管內，彈簧直接由電動機驅動，在橡膠管內高速旋轉，結構形式見圖2-22。

彈簧上料工作方式是：電機帶動彈簧在橡膠管內高速旋轉，原料被旋轉的彈簧推動上升，橡膠管上端對準料斗處開有一排料口，上升到排料口處的原料被旋轉彈簧的離心力拋出料口，進入料斗。這種上料裝置結構簡單、操作方便，適合于粉料和粒狀料的輸送。

③真空加料裝置　如圖2-23所示。原理是靠光電管自動控制加料動作。打開自動開關，大料斗無料，光電管收到光源射出的光，發出上料信號→電動機、吸塵器啟動抽真空→電磁吸鐵動作打開風門→密封料斗呈真空將卸料閥門關閉→開始吸料至密封料斗→料高度超過光電管切斷電源，光電管接收不到光而發出停止信號→電動機、吸塵器停轉，停止吸料→風門關閉→料靠自重打開卸料閥門進入大料斗→光電管9接通，風機將再次啟動上料，直到大料斗中料高超過光電管10，停止上料。以上動作重復進行。需注意周圍溫度、光照（大料斗有玻璃鏡）會引起光電管動作混亂。

④薄膜生產線所用的真空料斗　干燥物料進入真空料斗后，由于真空的作用，能使干燥的物料與大氣隔絕，防止干燥后的物料再次吸濕。同時，料斗抽真空有助于及時排出擠出機螺桿中物料之間的空氣及物料相變時產生的低分子物、溶劑、水分等氣體。這樣就可以進一步減少熔體夾帶氣泡，減少樹脂氧化反應、水解反應。因此，真空料斗是一種提高薄膜質量很好的設備。但是，這種料斗動力消耗大，要增大設備的投資費用。

薄膜生產線所用的真空料斗，一般都是組合式料斗。這種料斗能克服單個真空料斗在常壓進料時，由于間歇失去真空而影響擠出質量的弊病，保證擠出機料斗始終處于恒定的真空條件。圖2-24所示為擠出機組合真空料斗的工藝流程。對于常壓進料的串聯真空料斗，使用時首先關閉3、8，打開1，將干燥物料投入料斗2內。此時，料斗4仍然保持真空狀態，待物料裝滿料斗2后關閉1，打開8，將料斗內的空氣抽空。當料斗4內缺料時，料位計發出信號，開起3，將料斗2中的物料投入料斗4中。

一般對于并聯式真空料斗，兩個料斗是輪換使用的，其中一個必須保持真空向擠出機加料。另一個料斗可以處于常壓狀態，進行加料。對于真空進料的真空料斗，下料時只需打開1，即可放料，物料裝滿后將閥門關閉即可。這種料斗一般是位于真空干燥器的下方，它可以減少真空干燥器的放料時間，節省能量消耗。

上述上料設備中每個完善的料斗都裝有高精度的料位傳感器，這是因為料斗內物料的高度與擠出機下料口處物料壓力有關，它影響物料進入螺桿的能力與擠出機出料穩定性。選用高精度的料位傳感器，可以靈敏地控制加料速度，使料面保持一定高度。常用的料位傳感器有電容式、音叉式、光電式、超聲波式等多種結構。也可以選用電子式壓力傳感器，用稱重的方法計量料斗內物料數量。電容、音叉、超聲波式等料位計是裝在料斗側面，上下共兩只，其高料位計的作用是監視料斗內料面高度并且在物料超過高料位計時，控制進料閥門停止進料。低料位計則只起報警和保護擠出機的作用。當物料低于低料位計時，電氣控制系統會發出報警信號，并在延長一定的時間后，使擠出機螺桿自動停止轉動，避免螺桿在無料情況下空運轉，防止螺桿與機筒出現嚴重磨損。電子壓力傳感器是裝在支撐料斗的支撐座上。裝有壓力傳感器的料斗，物料的進出口必須采用軟連接，否則會影響計量精度。在設計擠出機料斗與下料口之間的連接方式時，需要考慮擠出機在工作時，機身受熱引起的膨脹問題，擠出機隨溫度變化會產生一定量的軸向伸縮。因此，擠出機料斗上端或下端必須有一端是采用軟連接，絕不允許完全使用剛性連接。

對于常用軟連接的方式有：利用彈性金屬波紋管或硅橡膠管；采用振動加料器或螺旋加料裝置，將加料器和料斗脫開。圖2-25所示為幾種擠出機料斗連接方式示意。

一般需要干燥處理的物料，擠出機料斗的外部應該包上保溫材料，防止熱量散失，減小能量消耗。

擠出機料斗的形式主要取決于擠出物料的性能。對于不需干燥的物料，料斗不用保溫、密閉。對于需要干燥處理的物料，只要物料在料斗內停留時間不過長，料斗的排氣性及保溫性能較好，擠出機周圍的濕度不是過分的高，選用常壓料斗也足以滿足生產的要求。在特殊情況下，對于極易水解的聚合物，則需采用以下方法防止吸濕。

⑤薄膜生產線所用的真空料斗注意事項

a.向擠出料斗內充入干燥的惰性氣體　常用的惰性氣體有氮氣、二氧化碳氣等。由于它們含濕量低，充入料斗后，外界大氣就不能進入料斗。而且，充入的惰性氣體還有防止樹脂熔融時氧化、降解的作用。

b.提高料斗內空氣的溫度　根據物料中的平衡水分是隨溫度升高而減小的原理。在生產薄膜過程中，采取措施盡量保持干燥后物料具有較高的溫度或在生產能力較小的擠出機料斗內，安裝紅外加熱器，在一定限度內可以起到減小干燥物料吸濕的作用。

（6）擠出機機筒（料筒）及其加熱冷卻系統

①機筒　擠出機的機筒是在內部壓力可達150MPa，工作溫度為180～350℃的條件下工作的。所以，機筒必須選用耐溫、耐壓、高強度、耐磨的合金鋼或內襯合金鋼的復合管材。目前，國外以Xaloy合金為主，硬度Rc58～64，在482℃時硬度無明顯下降。國內中、小型擠出機的機筒大部分是使用38CrMoAl氮化鋼制成。

擠出機的機筒是平直的整體或分段對接成一體的厚壁圓筒，筒的內壁加工精度十分高。為了實現提高產量、均勻出料的目的，最有效的方法之一是加大擠出機螺桿直徑和螺桿的長徑比，適當加長加料段的長度，使物料在加料段產生足夠的壓力，使物料進入機筒后能緊靠近筒壁，克服機頭、熔體過濾器的阻力。為了提高擠出機的進料能力，有些生產廠推薦在擠出機進料處，使用帶槽加料襯套。

②軸向開槽加料襯套　帶槽加料襯套是裝在擠出機下料口處，襯套內壁開設許多縱向溝槽，并帶有一定的錐度，其作用是增大塑料與機筒的摩擦力，防止顆粒料隨螺桿旋轉，增大送料角，加快粒料軸向輸送速度（輸送效率由0.3提高到0.6）。此外，還可以提高擠出機的生產能力，降低擠出機的單耗，使機筒內物料最高壓力提早形成，減小擠出量對機頭壓力變化的敏感性。

③機筒加料口　機筒加料口的形狀和位置與加入物料有關，良好的加料口應該是下料暢通，適應加料器的要求，便于清理，便于設置冷卻系統。

對于具有機械攪拌的加料器，其加料口多為圓形的，這樣有利于攪拌頭靠近加料口。對于強制加料的擠出機，有時加料口設在機筒的側面。

目前一般擠出機上用得最多的是電阻加熱方法。其次是電感應加熱法和載熱體加熱法。

電加熱器由電阻絲繞制而成，主要有帶式加熱器、鑄鋁加熱器和陶瓷加熱器。帶式加熱器的結構是將電阻絲夾在云母片中，云母片作絕緣襯料，外面覆蓋不銹鋼皮，然后再包圍在機簡或機頭上。這種加熱器的體積小，尺寸緊湊，調整簡單，裝拆方便，韌性好，價格便宜。帶式加熱器電阻絲易氧化受潮，使用壽命短。

鑄鋁加熱器是將電阻絲裝入金屬管中，周圍用氧化鎂粉填實絕緣，變成一定形狀后再鑄于鋁合金中，將兩半鋁塊包在機筒上即可通電加熱。鑄鋁加熱器比帶式加熱器使用壽命長，可防氧化、防潮、防震、防爆，傳熱效率高。陶瓷加熱器是由電阻絲穿過陶瓷管、塊，然后固定在不銹鋼皮外殼中，同帶式、鑄鋁加熱器安裝方法相同。它的使用壽命長，維護方便。

具體說明如下。

a.電阻加熱法　電阻加熱機筒方法結構比較簡單，它主要是讓電流通過電阻比較大的導線（電阻絲），產生熱量，并傳導給機筒。這種方法制作的加熱器有：帶狀加熱器、鑄鋁加熱器和陶瓷加熱器。

b.電感應加熱法　電感應加熱裝置結構見圖2-26。

電感應加熱裝置的工作方法是：機筒外圓周裝有線圈，線圈外圍再裝導磁硅鋼片；當線圈有電流通過時，硅鋼片和機筒形成封閉磁路，交變的磁通感應使機筒產生電流，機筒由于有一定的電阻值而產生熱量。電感應加熱方法的應用，使機筒加熱升溫較快，結構組成件的工作壽命也較長，但是電感應加熱裝置的組成器件比較復雜。

c.載熱體加熱法　用水蒸氣或油作載熱體加熱機筒，水蒸氣需要有鍋爐設備和管路輸送。油的熱源是電阻加熱器。兩種加熱方式所用設備都比較復雜、造價高、溫度控制難度也大，所以，現在已經很少應用。但是，這種加熱方式，溫度柔和均勻，非常適合于熱敏性塑料的加熱。

④機筒的冷卻　由于塑料在擠出過程中，所需要的熱量是來自機筒外部加熱（加熱時存在一定的熱慣性），以及來自物料與機筒、螺桿或塑料之間相對運動產生的摩擦、剪切熱。當物料溫度過高時，需要及時將熱量排出，以免影響產品性能。因此，在擠出機的每個加熱段處，都需要裝有一套冷卻器，實行冷-熱PID控制。

一般鼓風冷卻的特點是溫度波動小，冷卻速度緩慢，系統體積大，噪聲大，冷卻效果與環境溫度有關，同時也影響環境的溫度。由于機筒冷卻方式主要分為風冷、水冷兩種。風冷卻是在每個加熱段裝設一臺小型鼓風機。在加熱器的內或外表面設有一定的溝槽，以便提高冷卻效果及提高加熱均勻性，防止空氣無規則流動。風冷卻的冷卻效果取決于鼓風風量、風壓、空氣溫度與機筒表面溫度之間的溫差、傳熱面積、傳熱系數及空氣流道的設計。

另外，水冷卻是在加熱器內側裝設水環或水管，用通入的冷卻水進行冷卻，冷卻水的通入量是用電磁閥控制的。這種冷卻方法的特點是：冷卻速度快、系統體積小、無噪聲、對環境溫度無影響。此外，由于多數都是使用未經軟化處理的冷卻水，也存在水管容易堵塞和銹蝕的問題。目前這種冷卻方法應用十分廣泛。

對于循環油加熱系統，油的冷卻是通過列管式熱交換器，用冷凍水帶走過多的熱量。

在擠出機冷卻系統中，值得注意的是在所有擠出機進料口處都必須安裝冷卻水夾套。擠出機加料口的冷卻裝置結如圖2-27所示。冷卻水套內通入15～30℃軟水，其作用是防止物料過早受熱變黏而堵塞下料口、提高進料能力；另外，冷卻水套也起阻止擠出機機身的熱量傳至螺桿的止推軸承與減速器，確保傳動系統正常工作。冷卻軟水最好使用一套獨立循環系統，減小軟水的消耗。

一般擠出機的各段加熱器的功率分布基本相同，只是在工作時，溫度的控制范圍有所區別。擠出機各加熱段的溫度的高低是與加工物料的品種有關，與熔體黏度、物料降解情況、塑化程度等有關。此外，各段溫度的設定還必須與螺桿的結構相對應。

通常，對于雙向拉伸塑料薄膜的擠出機，一定要嚴格控制各加熱段的溫度波動。通常，擠出機各段的溫度波動都要≤±1℃。從溫度分布情況來看，一般來講靠近加料口的加熱區溫度最低，壓縮段的溫度最高，此后則應以保溫為主。

（7）擠出機通用螺桿　螺桿是擠出機重要的部件之一，它的結構、加供情況與薄膜的質量、產量、能量消耗等有密切關系工作時螺桿的轉動，對聚合物粒子產生擠壓推力，使其在料筒中移動、壓實、增壓、剪切、吸熱、摩擦生熱。在移動的過程中，物料得到混合、塑化，玻璃態的物料變為黏流態的熔體，最后從口模流出。

螺桿的工作狀態決定了螺桿必須使用高強度、耐磨（及耐腐蝕）的合金鋼制成。國內常用的材料一種是38CrMoAl，經滲氮處理，氮化層厚度一般在0.4～0.6mm之間。表面硬度為Rc60～65。另一種是40Cr鋼，表面鍍鉻，鉻層厚度為0.05～0.1mm。對于要求不高的擠出機，螺桿材料也可以使用45號鋼。國外常用的材料為34CrAlNi7、31CrMo12、31CrMoV9等氮化鋼，表面硬度達HV1000～1100?；驀娡縓aloy合金或炭化鈦涂層。螺棱表面硬度為Rc>56，表面拋光到Ra=0.4μm。

一般，代表螺桿結構特征的基本參數主要有：直徑、長徑比、壓縮比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺桿與料筒的間隙、螺紋頭數、螺棱寬度等。螺桿直徑在一定程度上代表擠出機的生產能力。螺桿直徑增大，生產能力提高。擠出機生產能力是與螺桿直徑（D）的平方成正比。圖2-28為普通單螺桿的結構示意。

長徑比是指螺桿工作部分的有效長度（L）與直徑（D）之比，即L/D。目前，大多數雙向拉伸薄膜生產線都采用L/D≥30的單螺桿擠出機。L/D增大，能改善物料溫度分布，有利于樹脂的混合、塑化，減小螺桿中的漏流和逆流，減小擠出壓力脈沖現象，有助于提高擠出機生產能力。但L/D過大時，會使熱敏性塑料受熱時間過長，引起樹脂過分降解。而且由于L/D太大，螺桿的自重增加，懸臂度加大，螺桿撓度增加，容易引起螺桿與料筒磨損，并增大了擠出機的傳動功率及加工制造上的困難。相反L/D過短，容易引起混煉、塑化不良。螺旋角θ是指螺紋與螺桿橫斷面的夾角。隨著θ值增大擠出機生產能力得到提高，物料的剪切作用和擠出壓力卻要減小。通常，螺桿的θ值是取17°41'，即選擇螺距等于螺桿的外徑。壓縮比一般可以用幾何壓縮比來表示。即可簡化為螺桿加料段最后一個螺槽的容積與均化段最初一個螺槽容積之比。它表示塑料通過擠出機全長時被壓縮的倍數。壓縮比越大，塑料受到的擠壓作用越大。壓縮比的大小是與物料性能、物料形狀等因素有關。螺槽深度是一個變值，對于常規三段螺桿來說，加料段的螺槽深度最深，均化段最淺，壓縮段是一個連續漸變區。螺槽深度主要影響塑料的剪切速率。螺槽越淺，剪切速率越高，越有利于料筒壁與物料間的傳熱及摩擦生熱，越有利于提高物料混合及塑化效率。但生產能力則要降低。

物料沿螺桿向前移動時，經歷著溫度、壓力、黏度等變化，這些變化在螺桿的全長范圍內是不同的，根據物料變化特點，通常把常規螺桿分為加料段、壓縮段和計量段三個區段。

①加料段　加料段螺紋深度是恒定不變的。其作用是將固體的物料送往壓縮段。物料在此段被機筒傳入的熱量預熱，物料間的空氣及其他氣體可從物料間的間隙排往料斗。從加料段長度L1來看，對于結晶型聚合物，螺桿加料段的長度要比非結晶聚合物要長些（L1=30％～65％L）。非結晶聚合物加料段的長度L1一般為10％～25％L。

②壓縮段（也稱塑化段、熔融段）　在螺桿的壓縮段螺槽的容積是逐漸變小的。通常是采用等螺距、槽深漸變的結構形式。壓縮段的作用是壓實物料，使該段的固體物料轉變為熔融物料（產生相變），并且排除物料間的空氣（由于物料被壓縮，空氣通過固體物料之間的間隙向加料段流動）。在壓縮段，物料在螺桿強大剪切、壓縮作用下，產生摩擦熱，同時又接收機筒供給的熱量，足以使物料在壓縮段最后階段基本熔融。

壓縮段的長度與物料性質有關。對于PET、PA類聚合物，由于它們的熔化溫度范圍很窄，在熔點顯微鏡下可以發現，結晶PET、PA樹脂在低于它們的熔點一定值時，物料一直是保持固體狀態，而在接近熔點時很快變軟、熔融。因此，對于這類材料，螺桿的壓縮段可以較短些。一般為3～5D。在生產非結晶聚合物時，情況就不相同，應該選用較長壓縮段的螺桿50％～60％L。

③計量段（均化段）　在普通單螺桿中，計量段螺槽的容積基本上是恒定不變的。該段螺槽深度較淺。其作用是將熔融的物料定量、穩壓擠出并使螺桿產生一定的背壓力，進一步加強熔體的剪切、混合作用，使物料進一步均化。

計量段的工作特性主要取決于該段螺槽深度和計量段的長度。計量段螺槽深度加深，擠出能力增大，與此同時逆流量也更快地增大，因此槽深不宜過大；槽淺有利于物料進一步塑化和均化，在機頭阻力較大時，生產能力變化較小。但過淺容易使物料產生降解。計量段的長度對螺桿的工作特性和擠出熔體的質量有一定的影響。長度增大，工作特性較硬，物料受剪切作用時間長，有利于物料的分散和混合。但過長會使物料溫度升高，容易產生熱降解。

（8）擠出機特種螺桿　三階螺桿式塑化注射裝置，與前面介紹的斜角螺桿式塑化注射裝置不同之處，是這種裝置中增加3個蓄料筒。三段式全螺紋的普通螺桿由于加料段輸送固體物料的效率較低，一般只有20％～40％，而且隨著螺桿速度的提高輸送效率反而下降；熔融段固體床和熔池同處一個螺槽中，會出現一部分物料不能徹底熔融、碎塊中部分氣體不能排除，另一部分物料又容易過熱，擠出時熔體的壓力、溫度、產量波動較大。因此，這種螺桿不能適于加工一些特殊塑料。

一般工作時，先由螺桿部分把塑料混合塑化成熔融狀，經單向閥被螺桿轉動力推入蓄料筒內，然后蓄料筒柱塞把熔融料由液控閥控制，推入注射缸內。開始注射時，液控閥關閉、注射柱塞在注射油缸活塞推動下前移，把熔融料經噴嘴，高速注入模具空控內，完成一次塑化注射工序。這種有蓄料筒的塑化注射結構型耳，由于熔融料蓄量較大，可一次成型較大注射件，注射量準確、工作效率較高。三階螺桿式結構組成，見圖2-29。

為解決普通螺桿存在的這些問題，除了可以在工藝上通過提高螺桿轉速和提高機筒溫度、從設備上改進加料結構、增大螺桿長徑比等使之得到改進外，更有效的方法是改進螺桿結構，選用新型螺桿代替普通螺桿。

①分離型螺桿　目前，有一種稱為“分離型螺桿”已廣泛用于生產塑料薄膜（如圖2-30所示）。這種螺桿是在螺桿的壓縮段，設有主副兩條螺紋。

一般分離型螺桿的設計原理是基于物料熔融是始于加料段的末端。首先在螺桿與機筒接觸的表面處形成一層熔膜，隨著物料不斷向前推移，固體床表面的熔膜逐漸增加，并在螺紋的推進面逐漸匯成熔池，此時在靠近螺紋推進面處設置一條外徑小于主螺紋的附加螺紋，就可將固、液相及時分離開來。在此之后，如果將固相槽的深度或寬度逐漸減小，液相槽深度變深或寬度增大。就可以適應固體床體積逐漸減小，液相槽體積逐漸增大的變化。從而可以提高了固體床與機筒壁的熱交換能力，提高固體床的熔化速率，加快液相輸送速度，同時也使部分未熔物料，在越過附加螺紋的螺棱時，受到強烈的剪切作用，加速熔融，從而使兩相物料受熱均勻，減少擠出脈沖，并有利于排出固體物料中的氣體。國內分離型螺桿種類很多，一般如主副螺紋的螺距不等，螺槽深度一致的BM螺桿；主副螺紋相等，螺槽深度不等的Barr螺桿；改變熔融段槽深實現固液分離的熔料槽分離螺桿；以及XLK螺桿等。我國的設備中常用分離型螺桿的具體結構有5種，其特點是：A型附加螺紋導程加大，附加螺紋在主螺紋之前，起止點封端；B型主副螺紋導程相同，固體槽漸淺，熔體槽漸深，附加螺紋在主螺紋之前，起點封端；C型變主螺紋為附加螺紋，其后緣設主螺紋，起點封端，其他同B型；D型附加螺紋在前，起止點不封端，固體槽漸淺，熔體槽漸深；E型主副螺紋導程均增大，附加螺紋增大得更多，起點封端。為防止螺槽內物料有較大的突變，最好選用D型和E型螺桿。

一般為克服普通螺桿存在的問題，有些螺桿則采用在局部位置上設置一些混煉元件來改進螺桿的工作性能的。例如，安裝屏障混合頭，分流元件（銷釘或動態混合器等）。通常也將這些螺桿稱為屏障型螺桿、分流型螺桿。

②屏障型螺桿　塑料加工中，擠出機機筒內膛不管是光滑式還是溝槽式都可以采用屏障型螺桿與之相配套使用?，F今，屏障型螺桿的使用是一種行之有效的方法。然而屏障型螺桿的發展已經存在一個漸進的變化，從應用于歐洲市場的早期Maillefer設計即交替屏障型螺桿設計，到Dray/Lawrence設計即采用并行的屏障型螺桿設計。

以下介紹的屏障型螺桿是在一段外徑等于螺桿直徑的圓柱體上，開設兩組縱向溝槽，一組是進料槽，其出口是封閉的。另一組是出口槽，其進口是封閉的。進、出料槽相間設置。兩槽之間的一個凸棱的高度比螺桿外徑略小，能夠使進料槽的熔體越過此棱進入出料槽。如圖2-31是一種常用的直槽屏障型混煉頭。

一般屏障型混煉頭一般都裝在計量段內，它的作用是可以產生高壓；促進未熔固體料進一步熔融；提高熔體混合和均化作用。工作時，料流被分成多股細流流入進料槽，在壓力和螺桿的推動下，熔體和小于屏障間隙的未熔固相碎片，就會越過凸棱，進入出料槽。此時，未熔固體碎片在強烈的剪切作用下，產生大量的摩擦熱、加速熔融。此外，物料受擠壓和螺桿旋轉的作用，熔體在進、出槽內產生渦流，不但能強化細小固相和熔體的熱交換、加速固相的塑化，還可以進一步提高物料的混合作用。

銷釘式混煉螺桿是一種常用的分流型螺桿。銷釘的安放位置、數量和大小與加工的物料有關，與設置的目的有關。如果是為了提高混煉、均化效果，實現低溫擠出，銷釘一般設置在均化段。如果是為了增加熔融速率，銷釘一般是裝在壓縮段，以便提高局部剪切力，促使固體粒子熔化，促使物料充滿螺槽并壓實。此時擠出機的產量會降低5％～15％，還會使熔體溫度增高。對于排氣式擠出機，則主要裝在排氣段。

DIS螺桿也是一種分流型螺桿。DIS螺桿的混煉元件與屏障型螺桿相類似，都有流入槽和流出槽，但在DIS螺桿中，熔體從流入槽流向流出槽時，熔體不是經過兩槽之間的凸棱，而是穿過螺桿的分流孔。圖2-32所示為DIS混煉元件的外形。

DIS混煉元件的位置是在螺桿計量段的末端。通常，一根DIS螺桿裝有4～6個混煉元件。DIS螺桿的作用是改善熔體在垂直于流動方向及流動方向的溫度均勻性，實現充分混合，改善熔體質量均勻性。

DIS混煉元件是一個長度為螺桿外徑的1.2～1.5的柱塞，圓周上開有流入槽、流出槽，其旋轉方向與主螺紋一致。流出槽與流入槽之間用螺桿上的分流孔將其連貫起來，使流入槽的中止點與流出槽的起點相通。但是，這兩種槽在圓周方向上的排列次序卻完全不同。

一般DIS動態混合器有兩種類型。一種是高剪切型（有9個流入、流出槽），一種是低剪切型（有6個流入、流出槽）。高剪切型主要適用于LDPE、HDPE、PP、GPPS、軟PVC等低黏度的物料，低剪切型主要用于硬PVC等高黏度的物料。

使用DIS混合器，對于提高薄膜厚度均勻性是有利的，對于改善不相容物料的混合性能是有利的。然而，加工費用較高，而且熔體經過遠距離輸送后，已被混合的物料又可能受管線加熱的影響，降低混合效果。所以，在生產塑料拉伸薄膜時尚未廣泛使用。

2.熔體齒輪計量泵

熔體計量泵。熔體計量是通過高精度的齒輪泵來實現的。齒輪是被高精度的驅動系統帶動，泵體外面都具有加熱套。為了提高加熱的均勻性及防止出現過熱現象，加熱套最好選用導熱油套或特殊蒸氣加熱套進行加熱。在加熱套的外面還要有良好的保溫層。

計量泵的作用是保證向模頭提供的熔體具有足夠而穩定的壓力，以克服熔體通過過濾器時的阻力，保持薄膜厚度的均勻性。熔體計量泵通常采用斜的二齒輪，泵的加熱溫度控制在270～280℃。

單螺桿擠出機具有一定熔體計量、擠壓的作用。但是，熔體離開擠出機之后都要經過阻力很大的熔體過濾器及狹窄的口模。因此，單螺桿擠出機的背壓較大，熔體逆流量也較大。尤其是在生產流動性較好的物料時，由于黏度小、剪切應力小，壓力對螺桿擠出機的擠出量的敏感性就十分明顯。

此外，用雙螺桿擠出時，由于螺桿中心距受螺桿嚙合條件的約束，配比齒輪和止推軸承的空間較小，因而軸承承載能力有一定限度；由于雙螺桿具有強烈進料的功能，并且這種擠出機的擠出量與加料量的均勻性密切相關，加料不均就會引起出料量波動。

因此，為了確保機頭具有足夠高而穩定的壓力，實現薄膜具有良好的厚度均勻性，在雙向拉伸薄膜生產線上，無論是使用單螺桿擠出機還是使用雙螺桿擠出機，在擠出機的出口處都要安裝一臺高精度的計量泵。

用齒輪泵計量時，嚴格地說每個齒輪的嚙合點瞬間輸液量也是由小到大，再由大到小不停地變化著。即存在周期性微小的波動。這是無法消除的。波動的大小與齒輪參數有關。例如與齒輪的齒數、齒頂高系數、齒輪嚙合角、重疊系數等因素有關。

為了進一步提高計量精度，目前，有的公司采用三齒輪泵。這種泵輸液量的波動較二齒輪泵要小些（日本三菱公司認為使用三齒輪計量泵，擠出機出口壓力波動可由0.15MPa降至0.05MPa）。然而，在實際使用過程中，由于齒輪泵之后都裝有阻力很大的熔體過濾器，過濾器具有緩沖壓力的作用，因此，只要改進齒形結構，二齒輪計量泵基本能夠滿足生產要求。

通常，計量泵是在230～350℃的溫度下使用，工作壓力為6～15MPa。為了保證雙向拉伸塑料薄膜縱向厚度均勻不變，在生產過程中計量泵常常采用兩種控制方式。一種是計量泵速度不變，精過濾器阻力增大時，用自動調節冷卻轉鼓線速度的方法來適應這一變化。另一種方法是隨著過濾器阻力增大，自動調節計量泵的速度，適當加大泵出量，保證進入機頭熔體壓力不變。這兩種控制方法在自動化較高的雙向拉伸薄膜生產線上都可以實現，操作人員可以任意選擇（工業生產中選用恒定計量泵轉速，自動調節冷鼓線速度最為普遍）。

二、雙機擠出法

雙機擠出法又稱串聯擠出法或階式擠出法或二級擠出法。單螺桿擠出機結構簡單，使用范圍廣，制造成本低，是目前生產雙向拉伸塑料薄膜生產線中應用最多的擠出設備。但是，這種設備在大幅度提高生產能力時，需要加大設備的尺寸（螺桿直徑、螺桿的長徑比），從而也要增加設備的投資，增大設備能量消耗。雙機擠出機相當于將一臺L/D較大的單螺桿擠出機分解成兩臺串聯在一起的擠出機機組。第一級擠出機的作用是使物料接受外部加熱器傳入的熱量，在螺桿的剪切、壓縮下達到半熔狀態，定量向第二級擠出機供應物料。通常，第一級擠出機比第二級擠出機的直徑、槽深、加熱功率都要大些，L/D較第二擠出機長，轉速也快；第二級擠出機主要由熔融物料壓縮區與計量區組成。其作用是將聚合物充分熔融、塑化并通過高剪切作用，使物料均勻混合、計量擠出。我們首先從在普通單螺桿擠出機中分析，一般物料在未熔之前，螺桿對物料有連續混煉與輸送的作用。如果要提高產量，就要加快螺桿轉速、加快物料輸送，這樣勢必影響混煉效果。熔融情況又與生產條件有關，主要取決于螺桿結構、加熱條件、螺桿轉速、物料性能等因素。當其他條件不變時，螺桿速度越快，物料的初始熔融點就向螺桿前端推移。因而，也就可能出現熔融、混合不充分，甚至有時會在熔融中殘存固體物料。此外，在采用減少單螺桿擠出機計量段的槽深，提高剪切速率，實現提高物料的混合和塑化效率的目的時，又必然會降低擠出機的產量。所以，通過提高螺桿轉速增加擠出生產量是有一定限度的。

為了克服上述存在的問題，可以對單螺桿擠出機進行一系列的改造。例如，通過改進螺桿結構，使用BM螺桿代替普通單螺紋螺桿，以及使用特殊的混合頭加強物料混煉作用。這些措施在某種程度上，對提高擠出機的產量、改進塑化混煉效果是有成效的。然而，最根本的辦法還是增大螺桿直徑，加大螺桿的長徑比。

雙機擠出機有許多種類：第一級擠出機可以是單螺桿擠出機，也可以是雙螺桿擠出機；彼此可以垂直放置，也可以平行放置。物料從料斗進入第一擠出機后，經過進料區、壓縮區、計量區（可有、可無）被塑化、壓縮，然后送入第二擠出機。第二擠出機的速度可以調節，并可以穩定在預定值之下，其頭部的壓力是通過壓力傳感器，無級調節第一擠出機的螺桿轉速，改變第一擠出機的出料壓力以及控制物料的熔融溫度來加以恒定。

利用這種擠出機可以實現熔融壓力變化<0.2％，熔體溫差<0.2℃。

（1）雙機擠出的特點

①有利于改善產品質量　當物料進入第二擠出機時，它是處于半熔狀態。因此，第二級可采用低溫擠出，而且溫度很容易控制。這對于改善擠出穩定性、改善熔體質量十分有利。當物料進入第二擠出機時，立即被第二擠出機的螺桿分割成（或剖成）薄層。這樣，第一級的物料在第二級中可以得到均勻地塑化、混煉。而且，由于第二級螺桿轉速通常為普通擠出機的兩倍，物料在高速剪切作用下又能夠增加混合作用。

②擠出量大　在實際生產過程中，一臺ф90mm/ф115mm雙機式擠出機的擠出量，就可以達到ф200mm單螺桿擠出機的擠出量。一臺ф15mm/ф150mm串聯擠出機的擠出量，就相當于一臺ф250mm單螺桿擠出機的產量。表2-4列出不同串聯擠出機聚丙烯的生產能力。

③良好的排氣效果　在普通單螺桿擠出機中，物料中的空氣、揮發物、水分等是靠壓縮時從加料段固體物料之間的間隙穿過，從擠出機的料斗排出。這種擠出機往往出現（特別是在高速生產時）排氣不充分的現象。如果使用二級排氣擠出機，這種現象就可以完全避免。因為它可以在第一擠出機和第二擠出機的交接處進行排氣，并通過控制第二擠出機的擠出速度，很容易消除溢料或缺料問題。

④功率消耗低　在高速單螺桿擠出機中，物料在擠出機的加料段、壓縮段需要外部供給足夠的熱量，而在淺槽的計量段又需要冷卻，這樣，在同一根螺桿上就會出現明顯地熱量干擾問題，造成能力大量損失。

雙機擠出法是將螺桿上傳熱功能不同的區段截然分開。其中，第一級擠出機以外加熱為主，第二級除了在開始擠出時需要進行加熱外，正常運行時則以絕熱操作或外部冷卻為主，因此，明顯地減少熱量損耗。

⑤增大了加工自由度　常規單螺桿擠出機的產量加工可變因素的增大，無疑使這種機器能夠處理許多難以加工的物料，使生產的產品質量也能大為改善。

⑥減小螺桿磨損，有利于設備加工　單螺桿擠出機中磨損最大的地方是輸送固體或物料半熔處。在雙機擠出法中，第一級擠出機螺桿的L/D比普通單螺桿擠出機的L/D小，可明顯地減小磨損量，即使有磨損，重新更換零部件都十分容易。

⑦有利于清理螺桿　由于雙機擠出機螺桿的L/D小，在生產不同的物料（特別是生產不同顏色的物料）時，螺桿很容易取出清理，物料損失少。

⑧可以進行低溫擠出。

雙機擠出法占地面積較大，兩臺擠出機的控制系統要求很高。

（2）雙機擠出機設計要點

①螺桿設計與最佳速度比　第一級螺桿應能向第二級螺桿提供盡量均勻而充足的半熔聚合物，第二級螺桿應在適當溫度及允許速度下提供高剪切速率。第一級螺桿速度N與物料熔融能力有關，第二級螺桿速度N’與剪切速率有關。一般N，是普通擠出機的兩倍。當N變化時N’要相應改變，實現既不溢流又不缺料，排氣區物料最好處于半熔狀態。

②連接部分　第一和第二級連接部分應滿足以下要求：保證物料均勻流動；無滯留現象；能良好地排氣。

由于該區域的溫度影響制品的性能，所以此處的溫度控制十分關鍵；有些擠出機的壓力檢測裝置也安裝在此處，以便控制第一級的混合情況。

③控制高速擠出物料的狀態　高速擠出時，第二級擠出機的剪切速率很高，并以絕熱擠出或冷卻為主，確保良好的擠出質量。

④L/D與螺桿直徑　第一級擠出機的螺桿直徑較大，第二級螺桿直徑則較小。例如第一級螺桿直徑為115mm，第二級則為90～100mm。關于擠出機的長徑比L/D，第一級可選12～16，第二級可選7～12。

⑤傳動功率　第一級的傳動功率是利用固體輸送原理計算出來的，設計時要考慮物料的形狀、硬度、熔融特性等因素；第二級則可近似按熔融流體輸送原理進行確定。在實際應用中，傳動功率可以根據普通單螺桿擠出機的資料進行適當地選擇。

⑥要適應物料的性能　例如，在生產聚丙烯薄膜時，其兩臺擠出機的螺桿結構、直徑、長徑比、速度等就與生產聚酯薄膜的有所不同。生產聚丙烯時，第一級熔融擠出機的螺桿直徑及長度可比聚酯擠出機小些，螺桿轉速卻要高些，第二擠出機則與聚酯相似，只是長徑比要大些。

三、雙螺桿-計量泵直接擠出法

一般若擠出量不是太大，推薦選用排氣式雙螺桿擠出機。這種擠出機有兩個排氣口與兩個抽真空系統相連接，具有很好的抽排氣、除濕功能，可將物料中所含的水分和低聚物抽走，因而可以省往一套復雜的預結晶/干燥系統，節省投資并降低運行本錢。擠出機溫度設定從加料口到機頭約為210～280℃。

早在1984年EISE就提出用雙螺桿擠出機直接擠出制品的理論，經過多年不斷完善，1992年日本JSW公司正式使用排氣式雙螺桿擠出機-計量泵直接生產易水解塑料薄膜的生產工藝。其工藝流程與典型單層膜類似，只是沒有干燥系統。具體流程為：

在這個方法中，不同組分的原料按一定的比例，分別通過各自的計量加料器進入擠出機前的集料管，并經過一臺靜態混合器或者一臺專用混合器，實現物料的均勻混合。然后，進入排氣式雙螺桿擠出機，物料在擠出機的螺桿、機筒作用下，進行塑化、混煉，并通過兩個排氣口及時將混入物料的水分、氣體排出，最后擠向齒輪計量泵。此后薄膜的生產過程則與單螺桿擠出法完全相同。

1.排氣式雙螺桿直接擠出制片法的工作原理

雙螺桿擠出法能夠直接生產各種聚合物片材的主要原因是這種方法充分利用了排氣式雙螺桿擠出機的以下功能。

（1）充分利用雙螺桿擠出機能很好排除混入物料中的水分、空氣、低分子物，可以防止物料出現較大的降解　雙螺桿擠出機是有強制送料功能的擠出機，不易產生局部積料及堵塞排氣孔的問題。而且，在排氣口處，由于螺桿突然變深，物料壓力驟降，部分被壓縮的氣體及氣化物會釋放出來，及時被真空泵抽出；部分包藏在物料中的氣體，在排氣區由于物料膨脹、發泡以及受到螺桿強烈的攪拌、剪切作用，使物料表面不斷更新、氣泡破裂，最終也能被真空泵抽出。經過這樣兩次壓縮與排氣，混入物料中的水汽及氣體基本上可以排除干凈，避免物料產生強烈的水解反應，能夠保持物料原有的物理力學性能。

由此可見，雙螺桿排氣式擠出機比單螺桿擠出機有更好的排氣效果，這是省略結晶干燥裝置、實現直接擠出最基本的條件。

（2）利用雙螺桿擠出機有強制輸送物料、自潔性好的功能　雙螺桿擠出機輸送物料的工作原理與單螺桿擠出機完全不同。單螺桿擠出機物料輸送是靠物料與機筒、螺桿的摩擦系數的差值進行推進。雙螺桿擠出機則是采用“正向輸送”進行強制推進。對于嚙合型同向雙螺桿擠出機，物料在螺槽與機筒壁組成的小室中呈螺旋線運動，嚙合處兩螺桿圓周上各點運動方向相反，相對速度很大，物料以螺旋“∞”字形運動。而且，螺桿嚙合間隙很小。因此，物料不會粘在螺槽上，物料在雙螺桿擠出機內停留時間比較短，減小了樹脂降解反應；物料的強制輸送和強烈攪拌又大大提高了物料的混合、塑化效果；此外，強制送料的作用，使物料在擠出機內經歷的變化十分接近，有利于改善擠出片材的質量穩定性。

（3）利用雙螺桿擠出機有良好的混煉作用，物料可以得到充分熱量，加速塑化，減小料溫波動，提高擠出片材的產量與質量　物料在雙螺桿擠出機中塑化所需的熱量，除了接收機筒外部加熱器供給的熱量，物料與機筒、螺桿及本身相對運動產生的摩擦、剪切熱以外，物料在雙螺桿嚙合間隙處，尤其是選用特殊的剪切混合元件時，受剪切、擠壓、混合的作用也產生熱量，提高了物料塑化、混合作用，明顯改善了受熱均勻性。

因此，在雙螺桿擠出機中，物料不容易降解、變質，有利于提高產品質量的均勻性。此外，從能量消耗的情況來看，雙螺桿擠出機可以比單螺桿擠出機減少50％。

2.用排氣式雙螺桿擠出機生產塑料薄膜的關鍵問題

由于雙螺桿擠出機的工作原理與單螺桿擠出機的不同，而且利用排氣式雙螺桿擠出機又可以省略原料的干燥系統。因此，該擠出系統就要有以下特殊要求：①設有有效排氣系統；②合理設計螺桿結構；③配備高精度定量加料器及過載安全保護裝置；④雙螺桿擠出機壓力反饋控制系統。

四、單螺桿排氣式擠出機-計量泵法

排氣式單螺桿擠出機與普通單螺桿擠出機相比，最主要的區別是擠出機螺桿結構不同，機筒設有排氣口。

圖2-33為典型二階排氣螺桿的結構示意。排氣螺桿的基本參數有：螺桿直徑、長徑比、螺桿的特征深度、泵比、壓縮比、排氣段螺槽深度、排氣段的長度、螺桿各段長度分配等。這里我們只介紹排氣螺桿與普通螺桿不同之處。

排氣螺桿由于需要經過二次壓縮、塑化，還要具有一定長度的排氣段，因此其長徑比要比普通螺桿的大；排氣螺桿的第二計量段的螺槽深度和第一計量段的螺槽深度之比稱為排氣擠出機的“泵比”（h2/h1）。它是設計排氣螺桿時一個十分重要的參數。比值越大冒料的可能性就會減小，但在機頭壓力較低時，會增加擠出不穩定性。比值越接近1時，冒料的可能性越大。一般泵比為1.5～2.0之間；排氣螺桿在每個階中都有壓縮段，各階都存在壓縮比，但是由于物料在各壓縮段的狀態不同，密度不同，各段壓縮比的大小也應有所區別。

排氣段螺槽深度和長度就是決定排氣效果關鍵的參數。一般排氣段的長度為2～6D（D為螺桿直徑）。這里從影響排氣效果的因素分析可以知道，要提高排氣擠出機的排氣效率，必須降低排氣段的物料流量；適當地降低物料充滿程度；增加排氣段的長度和增長物料在排氣段的停留時間；增強物料在排氣段承受的剪切應變。

一般排氣螺桿各段長度的分配，對于不同的物料、不同的生產能力、不同的設備情況是不相同的?？紤]到在第一階內物料在進入排氣段前需要基本塑化，故該段的長度較長，一般約為螺桿全長的53％～60％，最長不超過2/3；第一加料段的長度，對于結晶聚合物來說是第一階螺桿長度的60％～65％，對于非結晶聚合物則取50％；關于壓縮段的長度，對于結晶聚合物（如聚酰胺），第一壓縮段長度較短（如1D），對于非結晶聚合物（如聚苯乙烯）可取5～6D。由于物料在第二階已經熔融，所以第二壓縮段的要比第一壓縮段短，一般不大于2D。為提高擠出的穩定性，在可能的情況下，應適當地增加第二計量段的長度。一般第二計量段與第一計量段的長度比可為1.8～0.8；減壓段的長度一般不大于1D。

從圖2-34其結構設計圖分析，排氣式擠出機的排氣口的設計也影響排氣效果，它一般位于排氣段的中間位置。排氣口開設角度有3種：排氣口垂直向上；水平放置；與水平方向成45°角。向上放置不易冒料，但觀察、清理不方便。水平位置則相反，45°位置較好。排氣口的形狀以長方形為主，其長邊約為1～3D。為了減小物料因離心力的作用被螺桿甩出，可以將排氣口的中心線向螺桿旋轉方向偏移一定距離，并且在機筒上開一個吸料角（約20°）。

因此，由于物料的性能上的差異，單螺桿排氣式形式也不相同。對于易水解的物料，一般是選用多階排氣式（二個排氣段），對于水分敏感性不明顯的物料，選用二階排氣式（一個排氣段）足以滿足需要。

舉例圖2-35所示為二階單螺桿排氣式擠出機的結構示意。擠出時，原料從加料口加入擠出機，物料在第一階螺桿中，經過等距、等深的加料段將物料向前推進，并加熱物料，然后在經螺槽漸淺的壓縮段將物料壓縮、熔融達到基本塑化的狀態，最后經第一計量段（較淺、等深）進入排氣段，在排氣段里螺槽突然變深，熔融聚合物的壓力驟然降至零或負值，熔體中的受壓氣體及揮發物就會釋放出來，并使熔融塑料膨脹、發泡，物料在排氣段螺桿的攪動和剪切作用下，氣泡破裂、逸出熔體并被真空泵抽走，脫掉氣體和揮發物的熔體在螺桿的第二階進一步壓縮和計量，擠向機頭。

對于三階排氣式擠出機，物料還要經過一次排氣和塑化，然后才擠向機頭。要實現排氣式擠出機排氣良好、擠出穩定，就要求各計量段的生產能力相等，即使各階的流量平衡。這樣擠出機頭部的壓力才能控制在一定的范圍內。

總之，我們通過前面已介紹了單螺桿-計量泵法生產薄膜所用的設備及它們在生產薄膜過程中所起的作用。使用這種方法的先決條件是原料含水量不能過大，對于易水解的物料必須進行嚴格的干燥處理。這樣勢必要增多很多生產設備，必然增大能量消耗及增加操作過程。為了解決這個問題，目前有些薄膜生產線采用單螺桿排氣式擠出機-計量泵法使生產過程得以簡化。

因此上述舉例說明，使用排氣式擠出機鑄片可以省掉干燥過程的原因是因為排氣式擠出機在擠出過程中可以排出物料中的水分、氣體、低分子物、殘余單體等，能夠減少降解反應，滿足制膜的要求。所以這種方法現已用于生產PS等雙向拉伸塑料薄膜。

五、熔體過濾器

一般在熔融聚合物中，無論原料如何純潔，始終會含有一定數量的這樣或那樣的雜質。例如：碳化物、灰塵、凝聚粒子、晶點、金屬粉、包裝運輸中帶入雜質等。在擠出過程中，熔體中存在雜質，除會損壞計量泵外，更主要的是要影響薄膜質量及薄膜收率。主要表現在：雜質黏附在?？谏鲜硅T片出現條紋；雜質夾雜在擠出片材中，輕則使薄膜出現晶點、魚眼，影響薄膜電性能及表觀性能，重則無法拉伸成膜。

因此，安裝熔體過濾器是為了往除熔體中可能存在的雜質、凝膠粒子、魚眼等異物，常在熔體管線上計量泵的前后各安裝一個過濾器，雙向拉伸塑料薄膜生產線熔體過濾器安放位置參見鑄片工藝流程。過濾材料一般為不銹鋼的網或燒結氈或粉末燒結片等。

通常，BOPET薄膜生產線采用碟狀過濾器，其材料為不銹鋼網與不銹鋼燒結氈組合而成。不銹鋼碟片的尺寸為ф12in（1in=25.4mm），過濾網孔徑一般在20～30μm，過濾器加熱溫度控制在275～285℃。

總之，在擠出熔體管線上，安裝良好的熔體過濾器，濾出熔體中的大粒雜質及未熔物是雙向拉伸塑料薄膜生產過程中一項非常重要的環節。

粗過濾器的主要作用是濾掉尺寸較大的雜質，延長精過濾器的使用時間，保護計量泵（防止雜質損壞齒輪及泵體），增加擠出機的背壓，有助于物料壓縮時排氣與塑化作用。粗過濾器濾網的孔徑取決于薄膜的用途，一般在30～70μm范圍內。常用粗過濾器有四種，即切換式板狀過濾器、碟式（圓盤式）過濾器、管式（蠟燭式）過濾器、切換帶式過濾器。

（1）切換式板狀過濾器　滑板式板狀換網器是由換網驅動器及網板兩部分組成。這種裝置可實現不停機快速更換過濾網。使用這種過濾器最關鍵的問題是滑板的密封問題。這種過濾器過濾面積雖小，但使用卻十分方便。可以用于各種塑料薄膜生產線。

（2）碟式（圓盤式）或管式（蠟燭式）過濾器　這兩種粗過濾器的過濾面積很大，使用時間長，現已廣泛用于大型薄膜生產線上（圖2-36）。

（3）切換帶式過濾器——自動換網器　精過濾器一般以盤式為主，有些物料（例如聚丙烯等）也使用管式。精過濾器濾網孔徑大小是根據拉伸塑料薄膜的用途及厚度進行選定的，一般為10～30μm。主要作用是保證薄膜質量，提高薄膜成膜性。

1.幾種熔體過濾器的結構

（1）切換帶式過濾器　這種過濾器通常用于熔體黏度較高的塑料薄膜生產線上。其結構如圖2-37所示。

換網時，過濾器接到走帶的信號，先關閉冷卻室和出口法蘭的冷卻水，并使該處的力口熱管加熱，待這里的凝固物料熔化后，在擠出壓力的作用下，帶形濾網便向下移動，開始換網。在走帶的同時，帶網撥輪使信號發生器（圖2-38）不斷地向控制室發出信號，當達到設定的時間時，立即接通冷卻室和出口法蘭的冷卻水，使該處的聚合物熔體凝固，抵抗擠出壓力，于是完成一個換網周期。

帶式過濾器的換網時間一般控制在4～15min之間。具體時間取決于原料的潔凈度。

帶式過濾器的濾網是鎳鉻絲的編織網?？讖綖?0～200目。一卷過濾器使用完畢后，需要停機換網。

使用這種過濾器最常見的問題是斷網和走帶不正。為此，使用時必須注意正確設定走帶周期和精心調節網邊調節塊（圖2-39）。

（2）管式（蠟燭式）過濾器　圖2-40所示為聚合物熔體管式過濾芯的局部結構剖面。這種過濾器也是塑料薄膜加工過程中常見的一種過濾器。它由多根管狀濾芯與過濾器體組合而成，濾網材料為不銹鋼濾網或不銹鋼纖維氈，形狀為管狀（蠟燭式）。為了增大濾芯的過濾面積，有時將所有的網或氈均作成折疊翅片狀。使用時熔融塑料從管外流向管內，熔體中的雜質被護網及過濾材料濾除，達到過濾的目的。濾網的孔徑也是根據產品用途進行選擇。

管式過濾元件由于承載壓力及使用壽命有限，而且，管與管之間的間隙較大，熔體在過濾器內停留時間較長。所以這種過濾器多用于生產非熱敏性塑料薄膜或作為一次性使用材料的塑料薄膜（如聚丙烯薄膜）生產線上。

（3）碟式過濾器　一般碟式過濾器由簡體及濾芯兩大部分組成，濾芯包括芯柱、法蘭、端頭、壓緊螺母、濾碟、金屬骨架等。另外，濾碟斷面結構見圖2-41所示。

目前，為了便于過濾器的裝卸，在設計過濾器的結構和確定安裝位置時，一般容易消除過濾器熱膨脹的影響。碟式過濾器最好是垂直安裝在熔體管線上，熔體的進、出口的方向最好位于熔體管線的同一側。大部分工作時，熔融塑料從濾碟之間輻射狀金屬骨架的空隙中流向過濾表面，在熔體壓力作用下，穿過粗網2、濾網3、多孔支撐板4、網狀骨架5，最后從支撐環6的側孔流出，進入過濾器的出口流道。

其中，最主要區別在于濾蝶表面過濾材料不同。濾蝶的直徑一般以直徑ф305mm為主。

精過濾器的總過濾面積與薄膜生產能力有關，過濾面積越大，使用時間越長，更換過濾器造成的物料損失越少。所以在有條件的情況下，應盡量選擇較大的過濾面積。一般單只精過濾器的過濾面積為4～22m2。近來市場上出售的濾碟一般有不銹鋼粉末燒結型與不銹鋼纖維燒結氈型兩種。

設計過濾器筒體的內徑尺寸要經過精確計算，是在高溫鍛造、鏡面加工制成的。表面粗糙度達Ra=0.2μm。材料為X20CrNi17.2（AISI431）。在300℃下最大操作壓力可達25MPa。

（4）雙流道切換式過濾器　如圖2-42是雙流道切換式過濾器工作原理。

目前，這種過濾器是由兩個并聯的圓盤式或蠟燭式過濾體組成。在兩個過濾器的加熱套之間及過濾器的進、出口處，各裝一個高精度調節閥（錐形三通閥）。在正常工作時，熔體只從其中一個過濾器流過。當它的壓力達到某一極限值后，借助于轉換裝置啟動調節閥，使部分熔融物料逐漸進入已充分預熱的備用過濾器。備用過濾器內的空氣通過頂部排氣口不斷排除，直到熔體充滿為止。最后轉換頂部閥門，新過濾器就逐漸取代舊的過濾器，完成過濾器切換工作。

德國BARMAG等公司在一次展品上推出一種雙流道切換式過濾器。這種過濾裝置可以在熔體過濾器達到某一定值后，不需要中斷擠出過程，只需通過轉動換向閥改變出料方位，就可以自動完成熔體過濾器的切換工作。

這種雙流道切換過濾器屬于連續式過濾器。它對于提高生產效率、減小物料損失具有明顯作用。然而，這種過濾器投資費用十分昂貴，閥門轉換時，壓力控制要求十分嚴格，一旦設備或操作出現故障，仍然能導致破膜、中斷薄膜生產。在實際應用中，由于切換成功率低，失去了“連續切換”的優點，所以這種裝置尚未被廣泛應用。絕大多數的薄膜生產廠仍然采用間歇式過濾器。

2.過濾器的加熱系統

過濾器阻力較大，熔體在過濾器內停留的時間較長，為了既不影響熔體流動，又不使熔體產生過分降解，過濾器簡體外面都必須安裝加熱套與保溫套。最常見的加熱套是循環油加熱套、電加熱套以及特殊蒸氣加熱套。

循環油加熱套是由油泵、熱交換器、油管、膨脹罐等組成（油膨脹罐位于擠出機頂部的高位處），加熱油通過油泵進行循環加熱。這種加熱方式可以控制加熱溫度在<1℃之內。其不足之處在于長期使用后，由于（停機、開機等因素造成的）溫度波動及傳動件磨損等原因，管線的法蘭連接處或油泵密封處會出現漏油現象。這樣不但要增加維修工作量，也會污染環境，甚至可能出現火災。

電加熱套結構簡單，對環境無污染小，熱效率較高，但是加熱均勻性較差，不宜用于加工熱敏性塑料薄膜。

特殊蒸氣加熱套是一個真空加熱套。這種加熱套是一個帶電加熱器的不銹鋼密閉夾套。夾套內部抽成真空，加入適量的特殊、高純度液體，然后將其密封起來。工作時利用電加熱器使液體汽化，實現蒸氣加熱的目的（加熱溫度<300℃時，套內的壓力僅0.16MPa）。這種蒸氣加熱套的結構見圖2-43示意。

特殊蒸氣加熱方法不用油泵循環供油，可避免加熱套出現的加熱死角，減少設備維修費用。但對電熱系統要求較嚴。

3.濾碟選用、清洗、安裝及使用的要求

由于熔體過濾器對產品質量與收得率有舉足輕重的影響。因此，對濾碟的選用、清洗、安裝、使用4個方面應有嚴格的要求。

（1）選用優質濾碟　濾碟是過濾熔體里面雜質的基本元件，其質量好壞取決于如下條件。

①孔隙均勻性、孔徑狀況、有無局部缺陷　起過濾作用的濾網，其開孔大小是根據產品用途進行選擇的。一般BOPET薄膜生產線使用精過濾器的孔徑實例見表2-5。一個優質的濾碟，濾網孔徑應是均勻的，平均孔徑應符合生產廠的要求，網面不得有局部缺陷。否則雜質會從薄弱處短路、穿過過濾器。

②耐壓能力高、變形小　在生產較薄的塑料薄膜時，由于濾網孔隙較小，濾網兩面壓力差大，容易使過濾器產生變形或沖破濾網。為提高濾碟耐壓能力，不僅要選用好的過濾材料。而且里面的多孔支撐板、金屬骨架的結構及加工質量也要合理、良好。

③中心支撐環兩面平行狀況　組裝后過濾碟的中心環是處于受壓狀態，兩面是相鄰濾碟的密封面。因此中心環的兩個平面必須平行，以免出現局部漏料。

④零件焊接質量高　濾碟外圈、中心支撐環與濾網的材質是不相同的，焊接時一定要保證焊接質量，避免出現漏料現象。為確保濾碟的使用可靠性，所有濾碟在使用前必須逐一進行質量檢測。不符合標準的一律不能安裝使用。濾碟的檢測項目包括：平均透氣值、氣泡點壓力平均值、污垢容納量等。

（2）過濾元件清洗方法　用過的過濾器從熔體線上卸下后，應立即送到加熱烘箱內，在熔融溫度下，首先要將過濾器內殘存的物料盡量放出。然后，取出過濾器，并在熱狀態下迅速將過濾元件組合體拆出。對于難以回收或回收價值不高的過濾器，卸下的過濾元件可以丟棄，不必回收。除此之外，必須采用某種清洗處理的方法，將過濾元件清洗干凈并重復使用。

過濾元件（碟或柱）的清洗方法有焚燒法或化學處理法。具體采用什么方法取決于物料的性質、清洗設備的狀況。

六、熔體管道

熔體管道的作用是將擠出機、計量泵、過濾器等與模頭連接起來，以讓熔體從中通過。并且整個管線必須適應熱脹冷縮的變化，熔體管內壁要求非常光潔且無死角，熔體管串聯起來的長度盡量短一些，以免熔體在其中滯流，停留時間過長而產生降解。一般熔體管道是由均質無縫鋼管制成的，內壁鍍鉻，由于管內的熔體是在高溫、高壓下流動，因此管的內壁要達到鏡面光潔度（0.3μm以下）。在300℃下可承受25MPa的內壓。熔體管的外壁都有加熱器，熔體管的加熱方式與計量泵的加熱方式相同。也分為電阻加熱、油加熱、特種蒸氣加熱。加熱方式可根據產品的性能、投資情況進行選擇。在生產熱敏性塑料薄膜時，一般都采用后兩種加熱套。加熱溫度波動應該<±1℃。加熱套外面都裝有保溫層，減少熱量損失。

總之，來自擠出機的熔體被擠進到熔體管后，分別流經粗過濾器、計量泵、精過濾器后進進模頭。假如是三層共擠生產線，在模頭上方還配置一個熔體分配器。過濾器、計量泵和熔體管等可以用電加熱，也可用導熱油夾套加熱。熔體管加熱溫度控制在275～285℃。

七、靜態混合器

熔體流過熔體管時，沿著管壁的熔體溫度與熔體中心的溫度有較大的溫差。為使進模頭的熔體溫度均勻一致，以保證模頭出料均勻，須在熔體管連接模頭整個內部安裝若干組靜態混合器，熔體流過靜態混合器時，會自動產生分-合-分-合的混合作用，從而達到均化熔體溫度的目的。

比如在熱敏性塑料薄膜生產線上，熔體在進入機頭之前都要通過一組靜態混合器。靜態混合器的作用是使管道內熔體不斷分流又不斷混合，目的是改善熔體徑向溫度分布及熔體黏度梯度不均勻性，減小熔體的脈沖，彌補螺桿（除DIS螺桿外）引起的徑向質量不均勻性。所以，靜態混合器亦稱均質器。

一般靜態混合器是安裝在熔體管線中，不占用額外的空間，不需要傳動裝置，消耗動力小，剪切作用小，熔體溫升很小，結構簡單，無密封問題，它與物料黏度和組分無關。所以，可作為混合器、反應器、熱交換器等使用。

八、機頭（模頭）

長縫型機頭是擠出片材的成型模具，是決定鑄片外形、尺寸最關鍵的裝置。長縫型機頭按其內部的流道形式可分為魚尾機頭、支管式機頭、衣架型機頭和螺桿分配機頭等類型。

長縫型機頭的內部結構（支管直徑、傾斜尺寸、定型段長度等）是根據塑料的種類性能、熔體流動特性等因素進行設計的。目的是確保在整個出口處熔體的流速均勻一致，制品厚度均勻，避免機頭內部出現死角，避免熔體引起降解。

目前，在BOPET、BOPA、BOPP等薄膜大生產線上，大多數的機頭均屬于T形衣架式結構。少數BOPP、BOPS薄膜也采用魚尾型機頭。

（1）魚尾型機頭　魚尾型機頭的型腔類似魚尾。這種機頭與其他形式機頭的最大區別是內腔沒有支管，型腔的形狀比較特殊。

（2）支管式機頭　這種機頭的內部有一個管狀的型腔，所以通常稱為支管式機頭。機頭內支管的作用是可以穩定擠出壓力和分配熔體。

（3）衣架型機頭　這種機頭有一個像衣架的支管，又有魚尾型機頭的魚尾部分。因此，它兼有支管式機頭和魚尾型機頭的優點。這種機頭的支管擴張角很大，機頭內壓力分布十分均勻。適用于多種塑料的加工?？梢陨a1000～5000mm寬的片材和板材，是目前雙向拉伸塑料薄膜生產線使用最廣泛的一種機頭。

對于共擠法生產復合薄膜的機頭也有兩種基本類型。其一是在普通單層薄膜擠出機頭的上方安裝一個進料塊，擠出的各種物料在進料塊的匯合處三層合為一體，匯合熔體然后經單層機頭擠至冷鼓表面。這種機頭通常用于生產熔體黏度相近似的三層復合膜。各層的厚度取決于對應擠出機的擠出量。這種機頭的成本較為低廉。其二是專用共擠出機頭，擠出的各種熔體分別進入機頭內的各自流道，最后在接近機頭出口處的匯合口匯合，并很快流出機頭。用這種機頭擠出的復合片材，各層的厚度比較均勻，熔體之間相互混溶量較少，主要用于生產熔體黏度相差較大的、要求分層均勻度較高的塑料薄膜。這種機頭不足之處是加工費用較高。圖2-44為兩種共擠復合薄膜機頭結構的示意。

共擠復合膜的剖面形狀可以根據使用者的需要進行設計。選用剖面的類型，主要取決于薄膜表面的性能。此外，還要考慮如何回收利用薄膜廢邊的問題，以便設計各種熔融材料在匯合口的寬度。

機頭體都是安裝在重型、穩固的橫梁上，目的是減小機頭的震動。有的支架還可以使機頭快速移離冷卻轉鼓，便于檢修機頭。這種支撐結構在工作時必須將機頭固緊。機頭的頂部裝有排氣罩，用于排除熔體釋放的熱量及低分子揮發物。排氣管必須接至室外防止污染環境。

擠出熔體在離開唇口尚未貼附冷鼓表面時，料流的行為受到擠出壓力、出料時的離膜膨脹率、附片作用力、冷卻轉鼓的牽引力、機唇周圍氣流情況等綜合因素的作用。欲實現熔體很少黏附唇口、均勻出料的目的，安裝時必須仔細調節機頭與冷卻鼓中心垂線的距離，精心調節唇口的出料角度及唇口至冷卻鼓的距離。在較先進的設備中，機頭角度是可以在一定范圍內任意扭轉的。通常出料角（與冷卻鼓中心垂線的夾角）為30°～36°之間，有些為垂直向下或水平放置。角度的大小和熔體冷卻前附片方式、附片作用力大小、冷卻鼓的直徑及位置等有關。

生產BOPET、BOPA薄膜使用的機頭，其機唇表面一般是不鍍鉻，而是采用高級不銹鋼材制作的。因為鍍鉻會使唇口變鈍，擠出時物料容易粘在唇口，導致擠出片材出現條紋，機頭用過一定時間后需要拆下檢修，而且一旦鉻層損壞，又很難修復。生產BOPP、BOPS等薄膜使用的機頭，機唇內表面一般都是經過鍍鉻處理的。這樣可以降低機頭成本，提高機頭的加工性能。

九、冷卻轉鼓（又稱冷鼓或急冷輥）及附片裝置

聚合物熔體離開機頭之后，借助于附片裝置的外力作用，迅速貼附在低溫、高的光潔度、鍍鉻的冷卻轉鼓表面上。由于高溫熔體和冷鼓能夠及時進行熱交換，熔體被快速冷卻，當它脫離剝離輥后，就形成固體厚片。這個過程稱為鑄片過程。

影響厚片質量的因素很多。例如，原材料的性能和質量、鑄片以前的成型工藝和設備的情況、生產環境的狀況等。

鑄片質量的好壞，從外觀上來看，主要表現在鑄片的形狀、尺寸、外觀質量，它們都是決定薄膜表觀質量的主要因素；從微觀上來看，主要表現在厚片的結晶狀況、分子的取向情況、熔體的降解情況。這些都是決定薄膜物理、機械、電氣等性能和產品收率的主要因素。由此可見，鑄片的過程也是生產優質薄膜十分關鍵的一步。

鑄片裝置是由冷卻轉鼓、剝離輥、冷卻水循環系統、傳動系統、附片裝置、排氣罩、靜電消除器等組成的?，F代的鑄片裝置還具有片材測厚、牽引、切割、輔助收卷等一系列配套設備。為了深入了解該裝置的結構及其作用，這里我們分5個部分加以介紹。

1.冷鼓鑄片的方式

用冷鼓進行鑄片的方式很多，最常見的基本類型有4種，參見簡圖（圖2-45）。即冷鼓-靜電附片（或真空抽吸）；多鼓-氣刀；接觸對輥；冷鼓-氣刀、水槽。

鑄片方式的選擇是由聚合物品種、產品的用途及生產能力決定的。其中單只冷鼓-靜電附片或真空抽吸法主要用于生產熔體黏度低的聚酯、聚酰胺類薄膜。此時，冷鼓直徑很大、加工精度高、傳動精度高，附片能力要求也很高。

對于熔體黏度較高的聚丙烯薄膜，大多數是使用單冷鼓-氣刀、水槽式，也有使用多鼓式。對于冷鼓-氣刀、水槽式的鑄片法，冷鼓直徑較大，片材冷卻速度快，冷卻溫度和片材的結晶度容易控制，薄膜透明度較高，生產能力大。在使用這種方法時，一定要提供專用低溫冷卻軟水。

在多鼓式鑄片法中，冷鼓直徑較小，冷鼓的數量一般為三個，片材是雙面冷卻，片材尺寸均勻，光澤度好。但生產能力較低，設備費用較高。適于生產聚苯乙烯等薄膜。

2.鑄片過程中冷卻工藝及設備條件對拉伸塑料薄膜的加工和產品性能的影響

（1）冷卻速度對片材結晶情況的影響　PET、PP、PA等結晶型聚合物片材的結晶情況與熔體冷卻速度有密切關系。冷鼓表面溫度越低，熱傳導越好；片材貼附鼓面越緊，熔體冷卻速度就越快。此時，片材結晶度小、球晶細而均勻，有利于聚合物拉伸取向。所以，在擠出PET、PA、PP片材時，多采用低溫快速冷卻（<35℃）方法。然而，冷鼓表面溫度并非越低越好。在某些情況下，也需要使用較高的溫度進行冷卻。例如，在生產雙向拉伸聚丙烯（BOPP）電容級薄膜的時候，薄膜表面有時常要求粗化，生產時需要適當地提高冷鼓表面溫度（90℃），使鑄片產生一些較大的β型晶粒，具有一定的結晶度。用這種片材進行雙向拉伸時，β型晶粒向密度更大的α型晶粒轉化，在晶間形成微小的溝槽，塑料薄膜的表面粗糙度明顯增大。又例如在生產非結晶BOPS薄膜時，這種材料不存在冷卻速度對結晶的影響問題。此時，適當提高冷鼓表面溫度（60～90℃）是有利于增大冷鼓對熔體的黏附性，并可以減小熔體的頸縮量，減小能量消耗。

（2）冷鼓對熔融聚合物的預取向作用　聚合物熔體從機頭的模唇流出后，在一般情況下，熔體擠出速度均低于冷鼓表面線速度，聚合物熔體在黏流態下拉伸變薄的同時，必然引起部分分子鏈解纏、滑移和取向。即產生了“預拉伸”。從第一章聚合物熔體的末端行為可以知道，鑄片時使擠出片材產生適當的預拉伸，有利于消除可逆彈性應變的不利影響、減小膨脹比。對于結晶型聚合物，預拉伸的應力大小還影響結晶過程，適當地預拉伸有利于晶粒細化及生成準晶結構。這種片材具有一定的縱向韌性，在雙向拉伸時不易斷裂，有利于提高成膜性。

預拉伸的程度取決于熔體的擠出速度和冷鼓線速度比，也和熔體黏度、冷鼓表面溫度和冷卻速度有關。值得注意的是：在使熔體產生預拉伸的同時，也要設法減小片材的頸縮。否則，片材邊部的厚度將隨預拉伸程度增加而增大。而且，這種片材在縱向拉伸時，會因為片材與預熱、拉伸輥接觸不良，導致拉伸不均勻，薄膜的廢邊率加大。

熔體預拉伸時產生頸縮量的大小是與唇口到鼓面的距離、熔體貼附冷鼓的能力、唇口的開度、熔體在唇口處的流速與冷鼓線速度等因素有關。減小鑄片頸縮最有效的辦法是：提高附片能力，減小模唇與冷鼓表面的距離，適當地調節模唇的開度。

（3）冷鼓的尺寸精度、運行精度、結構對擠出片材厚度及產品質量的影響　在擠出鑄片過程中，機頭和冷卻轉鼓就相當于熔體的成型模具，是直接賦予熔體必要加工條件的裝置。它與片材厚度及其內在質量有密切關系。冷卻轉鼓對鑄片的影響主要表現在：冷鼓的尺寸精度、運行精度會影響擠出片材的厚度均勻性及表觀質量；冷鼓內部結構、傳熱情況會影響片材的聚集態狀況。

冷鼓的大小是由產品的品種、產品厚度、生產速度與產品質量要求決定的，要保證擠出熔體要有足夠的冷卻時間。目前，較先進的高速薄膜生產線，冷鼓的最高線速度達70～100m/min。此時，冷鼓的直徑較大（大于1.6m），低速生產時，冷鼓直徑相對較小。

冷鼓尺寸精度是指冷鼓的正圓度、圓柱度、同心度等，這些精度值在設備加工及安裝時要加以嚴格控制，一般要小于0.01mm。冷鼓運行時的振幅也要≤0.020mm。無論宏觀還是微觀的轉速精度都應≤±0.05％。為此，冷鼓表面需要進行精加工，鼓體需要進行平衡處理。

冷鼓表面的光潔度是影響片材表觀質量的重要因素。通常，冷鼓表面是鍍有厚度約0.1mm的鉻層，硬度為62～65（Rc）。當表面加工精度達到粗糙度Rt≤0.1μm時，光潔度應當在（0.2）以上。這種冷鼓可以用于制作表面性能極好的薄膜。但是，它的缺點是片材容易出現較大的頸縮量。為此，有的設備生產商就推薦使用中心與邊部具有不同粗糙度的冷鼓，其理由是利用提高冷鼓中間部位光潔度，使薄膜獲得良好的表面性能；通過增大冷鼓邊部區域的表面粗糙度，減小鑄片時產生的頸縮量。

冷鼓內部結構對鑄片質量的影響，主要是指由于冷鼓內部冷卻水流道結構和流向不同、傳熱效果不同對鑄片質量的影響。為了提高傳熱效果，減小冷鼓的橫向溫差與傳熱死角，冷卻轉鼓都設有內套，內套上焊有導流片。冷卻水在導流片之間的流道內有規律地流動。

目前，大型薄膜生產線所用的冷鼓主要是平行流道和螺旋式流道兩種結構，流道中冷卻水的流動方向一般都是從冷鼓的一端流向另一端，然后返回熱交換器的單向流動。嚴格來說這種冷鼓鼓面橫向溫度總是存在或多或少的偏差。如果需要進一步減小冷鼓鼓面橫向溫差，就必須采用錯流式平行或螺旋式流道。圖2-46示意出單向流動平行和螺旋式流道冷鼓的結構。圖2-47示意出錯流式冷鼓流道的結構。

平行流道冷鼓的導流片是平行于冷鼓的母線。這種冷鼓的結構比較簡單，水流阻力小，停留時間短，流速較快（1m/s）鼓面溫差可降至0.5℃以下。

螺旋式流道冷鼓的導流片為螺旋形排列，冷卻水在鼓內停留時間較長，為了減小冷鼓表面橫向溫差，并提高傳熱效果，必須提高冷鼓進水和出水的水流速度。

（4）冷鼓溫度對鑄片表觀性能的影響　冷鼓溫度及其傳熱速度不僅影響聚合物的結晶性，而且也影響熔體的附片效果。適當地提高冷鼓溫度有利于擠出片材貼附鼓面，有利于排出片鼓之間的氣體，對防止鑄片產生氣泡、波紋等表面質量缺陷有一定的作用。溫度過低，擠出片材則會在冷鼓表面上出現滑動或翹曲。

3.冷鼓的傳動系統

冷鼓的傳動系統包括冷鼓回轉的驅動系統及冷鼓位移的驅動系統兩部分。冷鼓回轉驅動系統是使冷鼓能夠平穩運轉、達到預期工作速度的驅動系統。它由高精度的直流電動機（或交流變頻調速電機），能消除震動、減小傳動間隙的蝸輪減速器及彈性聯軸節或皮帶或不帶齒的行星摩擦輥等組成。有的設備在冷鼓的主軸上還安裝電磁制動器，用于進一步提高冷鼓的傳動平穩性。這些傳動的零部件都安裝在冷鼓的一側，可隨冷鼓一起升降及平移。冷鼓位移系統的主要作用是便于操作人員清理機唇和便于及時、方便清除機頭流出的廢料。該系統可以采用只有大距離升降的位移方式，也可以采用小距離升降與大距離水平位移兩組傳動的組合方式。

當附片系統或擠出系統出現異常現象時，按動電鈕可以使冷鼓立即退出工作位置；當需要鑄片時，則作相反的動作，使冷鼓進入工作狀態。冷鼓升降或水平位移的行程是受行程開關限定，保證移動距離準確無誤。考慮到在生產的過程中，有可能出現突然停電的意外事故。突然停電后，由于擠出機內的壓力很高，熔體會繼續外流，將在機頭和冷鼓之間產生一定的堆積壓力，使冷鼓和機頭受到損傷。因此，在驅動冷鼓的升降和平移的絲杠上，應留有可以手動旋轉的位置，在必要的時候要用人工將冷鼓脫離機頭。冷鼓位移的距離，對于大距離升降式的冷鼓，最小行程應>600mm；對于升降平移式冷鼓，升降的距離約100mm，水平位移量應大于冷鼓的半徑。冷鼓位移的距離均由限位開關控制。使冷鼓旋轉的傳動系統是固定在支撐冷鼓軸的兩個側板上，對于升降-平移式冷鼓，兩側板的下面還有限位滑軌。正常平移時，電機經減速器帶動絲杠旋轉，使冷鼓的側面支撐板在滑軌上滑動、平移。冷鼓鼓體的兩個端軸裝有高精度自動對中球面軸承。

4.冷鼓內的軟水循環系統

圖2-48為冷鼓軟水循環系統流程。從圖中可以看出，冷鼓的傳熱過程實際包括以下內容。

①通過鼓內高速循環的低溫軟水與冷鼓進行熱交換，帶走熔體傳給冷鼓的熱量。

②循環軟水通過一個輔助熱交換器，被冷凍水冷卻。熱交換器是一個列管式冷卻器，管外通入8～15℃冷凍水，管內為待冷卻的循環軟水，8～15℃冷凍水是由制冷系統專線供給，溫度基本恒定。

③在循環軟水系統中，還裝有一臺電加熱器，電加熱器主要是在剛剛開機時或軟水溫度過低時才開始工作，以確保循環水的溫度不變。

值得注意的是：為了保證循環軟水能及時將熔體的熱量帶走，循環水必須與冷鼓外套完全接觸，絕對不允許鼓內積存空氣。所以，在開始向冷鼓內注水時，一定要打開冷鼓外緣側面的排氣孔，將鼓內的空氣全部排除。

5.附片裝置

鑄片時，高溫熔體落到光滑而低溫的冷鼓表面后，如果沒有任何附加外力的作用，熔體必然要從鼓面上滑落下去。即使可以鑄片，在鑄片過程中，塑料片材和冷鼓之間往往會夾帶一部分空氣，這部分空氣就會成為從熔體向冷卻轉鼓傳熱的主要阻力，從而極大地影響“急冷”效果，導致結晶聚合物片材內部結晶狀態惡化，同時還將破壞冷卻的均勻性，使結晶聚合物片材結晶不均勻、片材表面質量不均勻，嚴重時會造成較大的頸縮或產生波紋、皺紋等缺陷。因此，在鑄片系統中通常都要配備一種附片裝置。

十、輔助收卷機

輔助收卷機是位于縱向拉伸機的入口處（有的塑料薄膜生產線在縱向拉伸機的出口處也安裝一臺），其作用是在擠出片材尚未穩定之前或縱、橫拉伸某一工序出現臨時故障時，將厚片臨時儲存在卷芯上。從操作的角度來看，還可以利用輔助收卷前的特殊切割裝置，加快向縱（或橫）向拉伸機的穿片速度。

圖2-49所示的厚片收卷機包括三部分：驅動端、氣動頂緊夾頭、卷芯。

驅動端有一臺電動機，電動機經減速器帶動一個位置固定的錐形夾頭旋轉。電動機的速度可用電位器來調節。氣動頂緊夾頭是在驅動端的另一端，它與一個汽缸相連，汽缸可以控制錐型夾頭水平移動，夾住或放開卷芯。卷芯是一個空心直管，一般直徑為6in（152.4mm）的紙管，也可以是塑料管，長度由擠出片材的寬度來決定，通常卷芯的長度要比片材最大寬度大200～300mm。

對于較先進的雙向拉伸塑料薄膜生產線，在輔助收卷機的前方，都裝有一套可以自動橫切的切刀。當需要把輔助收卷機上的片材引入下游設備時，首先將切刀移進片內，停在距片材邊緣約150mm處，然后將切刀插入鑄片，接著就可以手工剪斷片邊，將剪下的邊片穿入下游設備。此時其余的片材繼續卷在卷芯上。當穿片工作完成后，再按動電鈕，使切刀進行橫向切割，將片材完全切斷。最后切刀自動退到原始位置。這種穿片方法，不但穿片速度快，而且還可以避免在穿片失敗時大量片材堆積在下游設備里面，減少人工進入高溫設備清除廢膜和廢膜污染設備的次數。