第三節　全球高產量及高靈活性的雙向拉伸技術進展

一、薄膜產品的演變過程

當今，全球的塑料薄膜生產商要求生產線不僅要能夠實現高產量，而且要具有高度的靈活性，以期用更加經濟的方式生產出更多品種的薄膜。

目前在軟包裝市場中，薄膜按用途不同可分為3類：特種膜、中間膜及普通膜。這種分類方式在一定程度上反映了薄膜產品的生命周期曲線。例如，40年前，當BOPP平膜開始取代玻璃紙薄膜時，該平膜被認為是“特種膜”。隨后，平膜逐漸由特種膜演變為普通膜。而在其演變的過程中，我們又可稱之為“中間膜”。

受全球經濟的影響，世界軟包裝市場對普通膜的需求量及其價位的高低也隨之有起有伏。因此，在一條普通膜生產線上，如果能夠對設備不做任何變更即可經濟地生產特種薄膜，必然降低生產成本，從而減少市場環境的制約。DMT公司所開發的雙向拉伸薄膜設備具有優異的技術特性，不僅可保證薄膜生產的高品質和高產量，而且可使客戶在極短的轉換時間內獲得極大的生產靈活性。下面將做詳細介紹。

二、薄膜產品優異的技術特性

1.擠出

雙螺桿擠出技術被廣泛認為是雙向拉伸薄膜（BOPP、BOPET、BOPA和BOPE等）領域的最新技術。普通的雙螺桿擠出機一般被用于原料混合，也可用于母料生產，但其工藝要求比經過特殊設計的雙螺桿擠出機要簡單得多。通常，普通雙螺桿擠出機的螺桿直徑較大，因而可覆蓋多個應用領域。然而，在進行低擠出量生產時，由于要避免螺桿與機筒間發生金屬與金屬的直接接觸，因此大直徑螺桿的使用就受到了限制。

另外，未考慮特殊要求的普通螺桿易引起止推軸承的使用壽命縮短。因此，DMT對螺桿進行了特殊設計，從而用直徑較小的螺桿實現了相同的產量，尤其在超薄膜生產中顯示出極大的優勢。例如，與其他只能生產低至15μm薄膜的擠出螺桿相比，DMT特殊設計的螺桿可生產低至8μm的薄膜。同時，該特殊的螺桿設計還能在沒有干燥塔的情況下生產BOPET薄膜，并將修邊的碎片直接喂回到擠出機中。這樣，不僅減少了初始投資（無干燥塔，廠房高度降低），而且降低了后期的操作成本。此外，DMT特殊的擠出分流器可使薄膜生產商在很短的時間內，從一種薄膜構型轉換為另一種薄膜構型，而無需更換料倉中的原料。并且，任何一種薄膜構型均可在DMT設備上實現。同時，由于模唇具有高柔軟度，從而加大了薄膜的厚度范圍。以BOPP的生產為例，在不更換任何部件的情況下，同一模頭可生產8～80μm的平膜以及80～150μm的合成紙。

熔體過濾器作為擠出機的另一關鍵部件，其更換時間越長，更換次數越多，用于生產的時間就越少。因此，延長過濾器的使用壽命并縮短更換時間是非常必要的。過濾器壽命的延長可通過使用專門設計的褶式燭體來實現，并且，它能保證過濾器在相對較小的外部體積下擁有較大的過濾面積。此外，特殊的過濾器加熱設計，再加上相對較小的過濾器體，可確保內部適當的熔體流動，避免了因溫度過高或停留時間過長而導致熔體聚合物的降解。因此，在更換過濾器的過程中，無需對其進行清潔。僅需幾分鐘即可完成對過濾器燭體的更換，而無需拆除任何熔體管線（圖1-4）。如果從彩色薄膜更換到透明膜，則可對擠出機和過濾器進行沖洗。

2.流延單元

熔體快速冷卻工藝的好壞會影響流延膜的結晶結構及尺寸。理想的快速冷卻可保證結晶體結構盡可能均勻，晶粒的尺寸盡可能小，這樣，薄膜的光學性能（霧度和光澤度）、厚度公差以及拉伸能力也越高。因此，確保薄膜兩側（冷輥側和水箱側）有同等的冷卻效率就變得至關重要，否則結晶結構將不再均勻。若使用傳統的螺旋流道式的冷輥，冷卻流道一般會超過300m，水在流道內停留的時間長達10s，這樣，很難保證冷輥在整寬上達到均一的溫度。而低水位或中高水位水箱也不能確保流延膜的兩面實現均勻冷卻。對此，DMT設計了特殊的噴水式冷輥（噴水在輥面的帶高位水箱的噴水冷輥留時間少于0.1s）及高位水箱（冷輥直徑的90％），并輔以20根噴水管，從而確保了流延膜兩面得到高效均勻的冷卻（圖1-5）。該設計已獲得專利。

3.縱向拉伸（MDO）

在DMT的設備中，所有的MDO輥筒均為單獨驅動，單獨控溫，這使得工藝調節十分靈活，尤其有利于特種薄膜的生產。最新的DMT設計已證實，用4根而不是6根拉伸輥進行拉伸（圖1-6），薄膜的質量更好，尤其對于鍍鋁基膜。因為6輥拉伸會不可避免地導致膜面損壞，而且這種損壞只在薄膜鍍鋁后才能被發現。

此外，DMT設備的壓輥在盡量靠近自然接觸點的位置對薄膜施壓。這種接觸方式下的壓力比將壓輥垂直壓在膜上的排布方式要小得多，從而克服了壓輥垂直壓膜容易損壞（劃傷）流延膜及縮短壓輥使用壽命的弊端。

4.橫向拉伸（TDO）

薄膜的尺寸范圍越廣，所需TDO的靈活性就越高。DMT設備的鏈軌在每一個連接處都可進行±20°的調整，方便實現預熱區和/或拉伸區之間的轉換，從而提高了生產超薄或超厚薄膜的靈活性（圖1-7）。同時，為了消除由“弓形效應”引起的薄膜拉伸不均，TDO在熱定型區可進行再拉伸，并在熱定型后進行快速冷卻。因此，其冷卻區的供氣是由熱交換器進行冷卻的，而不是環境風冷卻，這樣就避免了環境風冷卻能力不足及溫度不穩定的缺點。

隨著設備速度的提高，產量變得更大，因此TDO也需要更長。TDO越長，對鏈軌系統的要求也就越嚴格。在某些設計中，鏈軌系統對摩擦生熱的耐受性已達到了極限。為此，有些供應商開始安裝冷卻裝置，以降低摩擦生熱。但是，這樣做的不良后果是會產生冷凝，從而導致破膜。對此，DMT采用了不同的解決辦法。除兩個出口鏈盤有驅動外，DMT還開發了入口鏈盤驅動（已申請專利）。該設計降低了鏈條應力，從而減小了摩擦，降低了溫度，減少了油耗，使運行更加穩定，速度也得到進一步提高。在該設計中，出口驅動采用速度控制的方式，入口驅動以扭矩控制的方式跟隨出口驅動一起動作（圖1-8）。

5.牽引站

要優化生產，必須測量并控制膜邊，以避免一些易撕裂點在TDO中引起破膜。為此，DMT公司與測厚儀廠商共同開發了獨有的X射線測厚儀，不僅能完全自動控制膜邊，而且能夠對透明膜、消光膜、白膜和其他的彩色薄膜進行測量。實踐表明，只有X射線能滿足所有這些要求。

6.收卷機

正確的收卷需要非常精確的薄膜張力控制，即要有準確的張力信號。要接收到準確的張力信號，薄膜在張力輥上的包角就必須足夠大而且恒定。同時，張力輥應當被固定而不能有所移動。一般，薄膜離開張力輥后，會被接觸輥輕輕地壓在卷芯上，此時，薄膜在接觸輥上的包角應當為零。為滿足上述要求，DMT收卷機上的張力輥和接觸輥都必須被固定，收卷機框架可移動，與分切機的設計相似。

（1）設備來源　通常，設備的可靠性與制造商的經營策略和理念有關。DMT的經營策略一直是專注于核心業務，為雙向拉伸薄膜行業提供從工程設計到設備加工的專業解決方案，而從不涉足其他業務，這在一定程度上提高了設備的可靠性。

同時，DMT的理念是從最好的供應商處訂購設備所需的各種配件。DMT所采用的工業標準件，如AC電機、齒輪箱、氣動件、軸承和電子件均來自世界知名的供應商。客戶可根據該公司提供的備件目錄直接從當地經銷商那里選購部件，從而方便客戶、提高效率并降低成本。DMT的設備，如擠出機、電暈處理器及測厚儀等均由知名的供應商提供，而復雜的部件由德國、法國及奧地利的供應商加工，他們與DMT都有長期的合作關系。對于中國項目，某些指定的部件，如框架、電柜和風筒等均由DMT中國加工，并由國外派遣的工程師監督。

（2）工藝技術　DMT將其工藝技術帶給了全球的客戶，并與客戶進行技術探討。這些經過探討的知識將惠及該公司在全球的所有客戶。例如，DMT的所有BOPA客戶都能夠生產高端BOPA薄膜。

三、全球的薄膜產品未來雙向拉伸技術的發展

雙向拉伸技術的快速發展為軟包裝市場帶來了革命性的變化。全球雙向拉伸技術有三個主要的發展方向。其一，普通包裝產品將更注重低本錢和高效率；其二，對于特殊包裝，由于數目小，生產線需要高度靈活以適應在同一條線上改變聚合物；其三，用于技術應用的新工藝，如COC、COP、TAC或其他光學用聚合物。目前，全球大多數的投資將仍然朝向“傳統”的逐次拉伸工藝，但是其自動化程度更高并且應能適應進一步發展的新樹脂的不同工藝要求，或者在較小的市場范圍內同時提供兩方面，即在產品變化和聚合物改變都靈活的方案。雖然，塑料薄膜的成型加工方法有多種，例如壓延法、流延法、吹塑法、拉伸法等，近年來雙向拉伸膜成為人們關注的焦點。今后，雙向拉伸技術將更多地向著特種功能膜，如厚膜拉伸、薄型膜拉伸、多層共擠拉伸等方向發展。全球的同步拉伸工藝日趨重要，由于新的樹脂和現有新的配方相結合要求無接觸、溫順的拉伸，終極目標是對各方向的機械特性都可調整。這樣的線可有多達7層共擠系統以提供高度靈活性，其特點是工作寬度在7m以上，速度達到450m/min，以達到更為經濟的投進產出比（比如線性電機同步拉伸LISIM）。

近年來，適應包裝行業對包裝物要求的不斷提高，各種功能膜市場發展迅速。經過雙向拉伸生產的塑料薄膜可有效改善材料的拉伸性能（拉伸強度是未拉伸薄膜的3～5倍）、阻隔性能、光學性能、耐熱耐寒性、尺寸穩定性、厚度均勻性等多種性能，并具有生產速度快、產能大、效率高等特點，市場發展迅速。

總之，DMT的上述設備特性可以滿足薄膜生產商生產多種類型薄膜的需求，且無需變更或更換設備。同時，生產不同薄膜品種時，所需要的轉換時間較短。此外，設備的可靠性加上適當的保養，可使設備的生產時間增至每年8000h，而全面的工藝技術則提高了設備的可靠性。

四、雙向拉伸的發展方向

近幾年，中國雙向拉伸生產線發展很快，目前浙江歐亞薄膜材料有限公司采用國際先進的連續聚合PET熔體直接拉膜工藝，拉膜速度達到400m/min、幅度可達9m，年生產能力達12萬噸，居國內薄膜生產領域首位。我國各種塑料薄膜大小雙拉生產線已有三百多條，但大部分是從國外引進的。國外薄膜雙拉生產線供應商主要有Brückner、DMT、DORNIER、MITSUBIHI等。目前，國內薄膜雙拉生產線也在崛起，也有幾家可以自主設計、制造薄膜雙拉生產線，但生產線規模和技術水平還有一定的差距。但無論是BOPP薄膜、還是BOPET薄膜，均已呈現出供大于求的趨勢。為此，很多企業都在努力調整產品結構，開發差異化、功能化的薄膜新品種，并不斷開拓薄膜的新用途。以BOPET薄膜為例，目前國內雙拉生產線所生產的產品規格大部分在8～75μm范圍內，此厚度范圍產品的產能已遠遠供大于求；4μm以下或150～300μm的厚膜具有相當大的發展空間，特別是厚膜的應用范圍在不斷擴大。另外，市場中出現了熱封膜、熱收縮膜、高阻隔膜、抗紫外線輻射膜、抗靜電膜、阻燃膜等特種薄膜和功能性薄膜，可滿足不同的使用要求。熱封型聚酯膜是最近開發成功的新產品，具有可自熱封性，可直接用于各種小包裝或護卡等，而不再需要進行復合或涂膠等工序，使用十分方便。熱收縮薄膜可廣泛應用于方便食品、飲料、酒類的外包裝、化妝品等日用品外包裝、電子電器、收縮標簽等。該薄膜的特點是：貼體透明，可體現商品形象；緊束包裝物，防散性好；防雨，防潮，防霉；無復原性，具有一定的防偽功能；屬于環保友好材料，是PVC熱收縮薄膜的理想替換品。

分析當前薄膜市場，今后薄膜雙拉生產線的發展方向具有以下特點。

（1）向薄型膜、厚型膜發展　以BOPET薄膜來說，目前國內雙拉生產線所生產的規格大部分是在8～75μm范圍內，在此厚度范圍的產能已遠遠供大于求。但4μm以下或150～300μm的厚膜卻有相當大的發展空間，特別是厚膜的應用范圍在不斷擴大，如液晶顯示器及等離子顯示裝置的保護屏膜對PET厚膜需用量相當大，值得關注。太陽膜、防爆膜在汽車和建筑物方面的應用也日益廣泛，市場極其廣闊。另外，許多廠家為了開發PET差別化產品，2m左右寬的小型雙拉試驗線也頗受歡迎，因為大線做新品開發試驗浪費大、風險也大。

（2）向多層共擠拉伸發展　為了提高薄膜的綜合性能，現在雙拉生產線多采用A/B/A、A/B/C甚至更多層的結構。采用多層共擠可以生產多功能的、滿足不同用途的薄膜，如熱封膜、高阻隔膜、抗紫外線輻射膜等。

（3）設計特種薄膜雙拉生產線　熱收縮薄膜在方便食品、飲料市場、電子電器、日用商品、收縮標簽等方面都有廣泛應用，而且只要求橫向有大的收縮，這就需要拉伸設備的設計做相應的改變，以滿足橫向高收縮率的要求。

多層共擠雙向拉伸塑料薄膜以其質輕、透明、防潮、透氣性好等優點廣泛應用于食品、醫藥、輕工、化工、煙草等領域，成為國民經濟和人民生活不可缺少的一種材料。但是能夠提供寬幅BOPP成套生產線設備的廠家只有德國Brückner、日本三菱重工和法國的DMT三家制造商。

汕頭市遠東輕化裝備有限公司在2002年研制出國內第一條成套三層共擠雙向拉伸薄膜生產線。該生產線采用平面雙軸向拉伸工藝，縱橫逐次拉伸法生產ABC、ABA、AC型的熱封型或非熱封型三層、雙層或單層BOPP膜。全套系統由原料處理系統、擠出系統、鑄片機、縱向拉伸機、橫向拉伸機、牽引機、收卷機和電腦控制系統構成；配備先進的計算機網絡技術，采用西門子公司的PLC-S5系列為下位機，摩托羅拉公司的工業計算機作上位機，人機對話方便，便于調整工藝參數；有完善的數據分析功能，工藝流程由各趨勢圖形式顯示，能及時判斷故障并加以排除。

（4）PET薄膜直拉生產線　PET樹脂是由PTA與EG直接酯化、縮聚后鑄片、水下切粒、風干、包裝而成PET切片商品出售。薄膜生產廠家購進PET切片（包括母料切片）后，需先進行混料、結晶干燥、加熱熔融擠出、熔體計量、過濾、鑄片、直至最后雙向拉伸成膜。但是，如果將PET樹脂生產裝置與PET薄膜雙拉生產線連接起來，即將聚酯縮聚釜的出料口通過熔體管與雙拉生產線的模頭、鑄片裝置、MDO、TDO等工序直接連接拉膜，可以省去結晶干燥、熔融擠出、熔體過濾等工序，這不僅節省設備和廠房投資，節約能源，降低生產運行成本，而且能提高薄膜品質，減少PET切片二次加熱氧化降解，這些都是直拉法的優勢。為此，設計適應直拉法制膜的雙拉生產線，也是PET薄膜雙向拉伸的一個發展方向。