第七節　薄膜牽引裝置

薄膜牽引裝置是指雙向拉伸機之后，直到薄膜收卷機之前，薄膜所通過的所有設備。這個裝置的作用是將拉伸的薄膜展平、冷卻。利用薄膜測厚儀檢測薄膜的縱、橫向厚度，然后切除兩個廢邊，并將廢邊通過吸風嘴吸入粉碎機，最終以恒定的速度將薄膜送往收卷機。

一般不同品種的薄膜，生產的工藝要求是不同的，牽引裝置的具體結構也不完全相同。

如下以BOPS薄膜生產線、擠出吹塑薄膜生產線上的牽引裝置組成裝置為例。

一般擠出吹塑薄膜生產線上的牽引裝置由電動機驅動，通過減速箱減速后帶動牽引鋼輥運動。牽引輥有兩根：一個是主動輥，為輥；另一個是輥面包一層橡膠層的被動橡膠輥，牽引輥。

（1）裝置作用　裝置作用就是：橡膠輥工作時緊壓在主動鋼輥上，夾緊薄膜。它們牽引由成型模具口擠出，經吹脹、冷卻固化的薄膜，輸送給卷取機，主動鋼輥的牽引轉動速度由擠出吹膜工藝條件來決定。在整個生產過程中，主動輥可按工藝條件要求無級調速變化，以滿足生產工藝要求，保證正常生產。

（2）對牽引輥的工作原理　①裝配后兩牽引輥面的接觸線應與成型模具、風環和人字形夾板的中心線垂直并相交，以保證擠出模具口的膜泡管始終沿著一條中心線平穩運行；②牽引輥距模具口的距離不能小于膜泡管直徑的3～5倍，以保證膜泡管的充分冷卻；③橡膠輥與鋼輥輥面的壓緊接觸力要均勻，牽引拉力在整個輥面上要相等，這能夠阻止泡管內空氣泄漏；④牽引運行速度穩定，可無級調速，且調速時能平穩、平滑過渡；⑤在牽引輥和卷取輥之間應加幾根導輥和展平輥，必要時應加張力輥，以保證膜卷取捆平整，膜布松緊一致。

德國Kiefel公司最近開發了一種振動式牽引裝置——KirionT專用于將管狀吹塑薄膜重新修整成雙層平擠薄膜。這套牽引裝置將一個壓緊輥安裝在一個整體旋轉盤上配備了新式堅固耐用的旋轉芯棒系統用以提高設備的性能穩定性。

例如對于需要特殊檢查表觀質量的BOPS薄膜生產線，該區就要做成橋式；為了提高薄膜的表面張力，在切邊之后還裝有單面或雙面電暈處理器；為了改進薄膜表面性能，有時需要進行表面涂覆等。圖2-56為典型薄膜牽引裝置的示意。

下面我們介紹一下典型薄膜牽引機有關部件的結構與性能。

一、展平輥

在生產塑料薄膜時，當薄膜進入牽引裝置、測厚儀、切除廢邊的切刀及電暈處理器等裝置或輥筒之前，薄膜在拉伸應力的作用下，在兩個設備或兩個輥之間就會出現一些縱向皺紋。空間距離越大，皺紋也越嚴重。如果不及時消除這些皺紋，就會導致產品出現褶皺，薄膜厚度的測量值不準確或切割薄膜時產生缺口，以致出現薄膜斷裂等弊病。因此，在上述的位置都要安裝展平輥。

二、冷卻輥

有些經過雙向拉伸的塑料薄膜，雖然在拉幅機內已經進行了冷卻處理，但是薄膜表面溫度仍然大于50℃。如果這種的薄膜靠空氣進行自然冷卻并立即卷到收卷軸上，有可能引起產品出現或多或少的變形；而且，熱的薄膜在經過薄膜測厚儀時，也會影響測量準確度。這種薄膜在進入牽引區之后，往往還需要經過1～2個鍍鉻、拋光的冷卻輥（有些拉伸塑料薄膜不需要冷卻）。冷卻輥和其他輥筒一樣都要經過動平衡處理。其內表面經過機械加工，內部設有夾套，有的冷卻輥內夾套上還焊有螺旋形或平直的導流片。夾套內通入30℃循環水（流速約0.5m/s），將薄膜表面的熱量帶走。

冷卻輥是利用馬達，經減速器、平皮帶進行驅動。其線速度與橫向拉伸機保持同步，也可以進行單獨微調，使牽引機與拉幅機之間的薄膜具有一定的張力。

冷卻輥的兩端裝有錐形滾柱軸承，為了適應軸的熱脹冷縮的需要，冷卻輥的驅動端是固定不動的，另一端則可以有小量軸向滑移。

三、薄膜測厚儀

一般薄膜測厚儀是由一個可以橫向勻速運動的掃描器和配套的檢測、放大、顯示、控制系統組成的。能源及檢測器安裝在同一個穩固的框架上，上下對稱、同步移動。檢測器接收的信號經放大、數字化，并用計算機進行處理。

薄膜測厚儀適用于各種材料的透光率和霧度值的測定。如果想制得厚度十分均勻的薄膜，在生產薄膜的過程中，就必須使用非接觸、連續工作的薄膜測厚儀，及時檢測、控制薄膜的厚度。每一條薄膜生產線至少要有一臺測厚儀，有的薄膜生產線還安裝兩臺（其中一臺裝在冷卻轉鼓與縱向拉伸機之間）。

此外，測厚儀都具一系列的自動補償裝置，以便補償測量間隙變化、大氣壓力變化、大氣污染等的影響。測厚儀中的發散的熱量可以利用自然散熱或強制（風冷或15～25℃冷卻水）冷卻方法加以消除。能源和檢測器的外面都裝有安全防護罩。

由于薄膜的性能、產品的厚度、設備的使用壽命及測量精度的要求不同。薄膜測厚儀的類型也不同。常用的測厚儀有放射性同位素型、X射線型、光電型等類型。

目前，先進的薄膜測厚儀，不但具有顯示薄膜厚度的功能，而且還具有自動反饋控制薄膜的厚度的功能。測量的信息可以顯示在高清晰度的彩色監視屏上，其中包括薄膜的縱向及橫向斷面厚度，橫向剖面平均趨勢，整個母卷橫向掃描平均值及平均的趨勢值，模頭膨脹螺釘的加熱功率分布等。反饋控制的功能包括：控制模頭膨脹螺釘的加熱功率或溫度，調節薄膜的橫向厚度；控制計量泵或冷卻轉鼓的線速度，調節薄膜的縱向厚度。對于具有兩臺測厚儀的薄膜生產線，第一臺測厚儀的主要作用是在未拉伸之前，及時檢測或檢測、控制擠出片材的厚度，縮短調節薄膜厚度的時間，提高產品收率。

放射性同位素的種類很多，用于測量塑料薄膜厚度的同位素主要是钷147、氪85、鉈204等，使用放射線同位素作為能源。

X射線測厚儀是一種利用檢測X射線穿過薄膜后的能量衰減值，來確定薄膜厚度的測量儀器。其特點如下：避免放射源對人體的危害；測量薄膜厚度范圍大（幾微米到幾千微米）；檢測器窗口尺寸小（5～100mm），檢測精度高；X射線測厚儀與同位素測厚儀相比優點有，檢測器響應時間小于1μs，比帶有真空室的放射性系統快10000倍；傳感器的測量精度比放射性同位素高10～20倍，薄膜越薄優越性越突出。

但是，X射線測厚儀用于檢測薄膜厚度的歷史不長，還有待進一步完善。

四、薄膜導向輥及切邊裝置

在薄膜測厚儀的后面有一組導向輥，它是由兩個主動的鍍鉻、拋光金屬輥組成，其中一個輥的作用是保證穿入測厚儀的薄膜處于水平狀態。另一個主要起導向作用。

在上述兩個導向輥之間的空隙處，位于薄膜邊緣各安裝一組廢邊切割裝置。雖然切割廢邊都是使用單面刀片，但是切刀的支架則有多種形式。例如，可以使用可扭轉的圓盤刀架（圖2-57），只要用手扭轉切刀軸，就可以更新刀刃，不會影響正常切膜。這種圓盤上都裝有5～6把刀片，切刀盤的外面有一個防護罩。又例如，可以使用單臂固定刀架。即在薄膜的每一側都裝有兩個單臂刀架，每個刀架上只安裝一把單面刀片，兩把切刀可以交替使用，也不影響正常切膜。無論哪一種切刀，切刀盤均與汽缸相連，切膜時汽缸將切刀推向薄膜，不需切膜時切刀可以脫開。在正常拉伸薄膜時，一旦發生破膜現象，切刀在斷膜檢測器的控制下，可以自動推出工作位置。

為了消除收卷軸上由于薄膜橫向斷面的局部區域出現厚度累積偏差而影響收卷質量，兩組切刀座均安裝在一塊導向連接板上，連接板被AC伺服電動機經減速器及螺紋絲杠推移，使兩把切刀能夠在橫向同步擺動。見圖2-58。切刀擺動幅度的大小和電動機的轉向是用導板旁的接近開關來控制。通常擺幅量是≤±100mm。此外，每個切刀座也可以在連接板上單獨橫向移動，用于調節薄膜單邊的切邊量及適應橫向拉伸倍數的變化。切刀位置調節完畢必須將刀座固緊。

被切除的廢邊在經過后一個導向輥時，受到壓邊輥或導向輥邊緣吸氣孔的作用，將邊膜拉往該輥的下方。對于高速薄膜生產線，引下的邊膜是用一把能夠快速橫切的切刀切斷，對于低速薄膜生產線也可以用人工剪斷，然后將廢邊手動送進吸風嘴，再吸往粉碎回收系統。

壓邊輥是一個從動輥，軸上安裝滾珠軸承，外緣包橡膠或耐磨聚氨酯，壓輥受汽缸控制，工作時將壓輥壓到導向輥上，破膜或非工作時將其抬高。利用邊緣吸氣孔牽引廢邊的原理與真空多孔隔離輥相同。

五、張力隔離牽引輥

張力隔離牽引輥的作用是強制牽引從拉幅機出來的薄膜，并以恒定的速度將薄膜送往收卷機，確保收卷的薄膜能夠維持恒張力。由于生產設備不同，牽引輥的數量也不同。有的設備只在切邊之后安裝一個，有的設備在牽引區的進出口各裝一個。

張力隔離輥有以下三種形式。

（1）鍍鉻拋光金屬導向輥-重型包膠壓輥　在使用第一種張力隔離輥時，由于壓輥靠兩端的汽缸施加壓力，必然形成兩邊壓力大、邊緣張緊力大，而中間張緊力小，引起薄膜橫向張力不均勻。為提高牽引張力的均勻性，有的公司采用重型包膠從動壓輥代替普通橡膠壓緊輥。

（2）鍍鉻拋光金屬導向輥-橡膠壓緊輥　這是一種靠汽缸推動橡膠壓緊輥，將導向輥上的薄膜夾緊并強制牽出的方式。

（3）真空多孔隔離輥　這種隔離輥的工作原理參見圖2-59。該輥由一個多孔金屬輥及兩端排氣箱組成。多孔金屬輥的輥面噴涂耐臭氧的特種聚氨酯彈性材料，以適應電暈處理的需要。輥上鉆有許多孔徑約為3mm的小孔，開孔面積約占輥筒表面積的50％。輥內有許多平行母線的葉片，將多孔輥分成許多小室。該輥利用單獨的傳動系統驅動旋轉。

兩端的排氣箱是固定不動的。排氣箱靠多孔輥的側面有一扇形的開口，與輥內的小室相通，外側有一個排氣管與風機相連。

六、薄膜電暈處理器

一般電暈處理機的工作原理是通過在電極上施加高頻高壓電流，使電極產生電暈放電，氣體電離產生高能離子，在強電場作用下沖擊塑料薄膜表面，使薄膜表面活化，以增加薄膜的表面濕張力。例如PET在未處理前的表面濕張力為40～42dyn/cm，經過電暈處理的表面濕張力可達50～55dyn/cm，這樣就可大大提高印刷油墨或真空鍍鋁層對PET表面的附著力。特別的BOPP和PE膜，因是非極性聚合物，如不經電暈表面處理，根本無法進行印刷或鍍鋁。

電暈處理是將高頻發生器產生的能量，通過電極在電極和電暈處理輥之間形成高壓電場，電極使逸出的電子加速，相互碰撞，將能量輸給空氣，并激發空氣分子產生發射光子，使空氣電離和分解，形成臭氧和氧化氮。同時，高能的電子和離子轟擊塑料薄膜表面，使其鏈狀分子斷裂，鏈斷裂時產生的自由基與空氣電暈產物發生氧化、交聯反應，使薄膜表面產生極性基團，薄膜表面被激活，部分離子注入薄膜，使表面粗化，從而增大薄膜的表面張力，改善薄膜的印刷性能和黏合能力。

圖2-60為一種塑料薄膜電暈處理機。電暈處理機主要由四部分組成，即包括高壓發生器、電極、電暈處理輥和耐臭氧的排氣罩。除此之外，在拉伸薄膜的生產速度大于250m/s的生產線上，為了使薄膜緊貼在電暈輥上，充分排除膜與輥間的空氣，避免產生放電現象，需要在電暈輥的側面再安裝一個丁腈橡膠或硅橡膠壓輥。

電暈輥是用耐高溫、耐臭氧的硅橡膠制成的或噴涂特殊聚氨酯彈性體。電極與電暈輥之間的距離通過電極旁的間隙調節裝置進行調節。

間隙的大小可由測量表顯示出來。電極和壓輥在無薄膜通過時，被各自的汽缸打開，工作時電極才靠近薄膜，壓輥與薄膜接觸。

電暈處理的強度（薄膜表面的潤濕張力）是與電極的電壓高低和電極-電暈處理輥之間的間隙有關，電極電壓高，與處理輥的距離小，電暈處理效果強；與薄膜、電暈輥之間是否夾入空氣有關，如果膜輥之間夾有空氣將會導致薄膜的背面也被處理；與電暈輥和電極表面清潔度有關，電暈輥和電極表面很臟，也會減弱電暈處理的效果。

七、牽引機支架

薄膜牽引區是由許多功能不同的輥筒組成的。目前各設備制造商根據薄膜生產工藝的實際要求，提出了多種設計方案。其目的是不但能夠實現各種輥筒應有的功能，而且還能滿足快速穿膜的需要。典型牽引機支架有以下3種。

1.大間距交錯支撐結構

法國CELLIER公司曾使用這種結構的牽引裝置（圖2-61）。這種裝置是將部分輥筒支撐在地面上，部分輥筒懸在吊梁架上。地面支撐輥筒與懸吊輥筒是相間配置。這種裝置有利于人工穿膜，便于清理牽引機內的廢膜及設備維修，但占地面積較大。

2.小間距交錯支撐結構

德國BRUECKNER公司制造的塑料薄膜生產設備均以這種結構為主（圖2-62）。在這種裝置中，雖然各輥筒的支撐方式與上述的方式相似。但是支架的結構十分緊湊。穿膜時只需將膜順著牽引機一側的導膜槽通過即可。設備的其他部位均裝有安全柵網。

3.單向支撐結構

德國KAMPF、日本小林制作所等設備制造公司推薦使用這類牽引機。這種設備是將所有的寬幅輥筒都裝在地面的支架上。為了穿膜方便，利用一條連續回轉的鏈條或皮帶，將薄膜帶過各輥筒。這種結構特點是基礎穩定、振動小、有利于高速生產，但穿膜很不方便。