第三节　全球高产量及高灵活性的双向拉伸技术进展

一、薄膜产品的演变过程

当今，全球的塑料薄膜生产商要求生产线不仅要能够实现高产量，而且要具有高度的灵活性，以期用更加经济的方式生产出更多品种的薄膜。

目前在软包装市场中，薄膜按用途不同可分为3类：特种膜、中间膜及普通膜。这种分类方式在一定程度上反映了薄膜产品的生命周期曲线。例如，40年前，当BOPP平膜开始取代玻璃纸薄膜时，该平膜被认为是“特种膜”。随后，平膜逐渐由特种膜演变为普通膜。而在其演变的过程中，我们又可称之为“中间膜”。

受全球经济的影响，世界软包装市场对普通膜的需求量及其价位的高低也随之有起有伏。因此，在一条普通膜生产线上，如果能够对设备不做任何变更即可经济地生产特种薄膜，必然降低生产成本，从而减少市场环境的制约。DMT公司所开发的双向拉伸薄膜设备具有优异的技术特性，不仅可保证薄膜生产的高品质和高产量，而且可使客户在极短的转换时间内获得极大的生产灵活性。下面将做详细介绍。

二、薄膜产品优异的技术特性

1.挤出

双螺杆挤出技术被广泛认为是双向拉伸薄膜（BOPP、BOPET、BOPA和BOPE等）领域的最新技术。普通的双螺杆挤出机一般被用于原料混合，也可用于母料生产，但其工艺要求比经过特殊设计的双螺杆挤出机要简单得多。通常，普通双螺杆挤出机的螺杆直径较大，因而可覆盖多个应用领域。然而，在进行低挤出量生产时，由于要避免螺杆与机筒间发生金属与金属的直接接触，因此大直径螺杆的使用就受到了限制。

另外，未考虑特殊要求的普通螺杆易引起止推轴承的使用寿命缩短。因此，DMT对螺杆进行了特殊设计，从而用直径较小的螺杆实现了相同的产量，尤其在超薄膜生产中显示出极大的优势。例如，与其他只能生产低至15μm薄膜的挤出螺杆相比，DMT特殊设计的螺杆可生产低至8μm的薄膜。同时，该特殊的螺杆设计还能在没有干燥塔的情况下生产BOPET薄膜，并将修边的碎片直接喂回到挤出机中。这样，不仅减少了初始投资（无干燥塔，厂房高度降低），而且降低了后期的操作成本。此外，DMT特殊的挤出分流器可使薄膜生产商在很短的时间内，从一种薄膜构型转换为另一种薄膜构型，而无需更换料仓中的原料。并且，任何一种薄膜构型均可在DMT设备上实现。同时，由于模唇具有高柔软度，从而加大了薄膜的厚度范围。以BOPP的生产为例，在不更换任何部件的情况下，同一模头可生产8～80μm的平膜以及80～150μm的合成纸。

熔体过滤器作为挤出机的另一关键部件，其更换时间越长，更换次数越多，用于生产的时间就越少。因此，延长过滤器的使用寿命并缩短更换时间是非常必要的。过滤器寿命的延长可通过使用专门设计的褶式烛体来实现，并且，它能保证过滤器在相对较小的外部体积下拥有较大的过滤面积。此外，特殊的过滤器加热设计，再加上相对较小的过滤器体，可确保内部适当的熔体流动，避免了因温度过高或停留时间过长而导致熔体聚合物的降解。因此，在更换过滤器的过程中，无需对其进行清洁。仅需几分钟即可完成对过滤器烛体的更换，而无需拆除任何熔体管线（图1-4）。如果从彩色薄膜更换到透明膜，则可对挤出机和过滤器进行冲洗。

2.流延单元

熔体快速冷却工艺的好坏会影响流延膜的结晶结构及尺寸。理想的快速冷却可保证结晶体结构尽可能均匀，晶粒的尺寸尽可能小，这样，薄膜的光学性能（雾度和光泽度）、厚度公差以及拉伸能力也越高。因此，确保薄膜两侧（冷辊侧和水箱侧）有同等的冷却效率就变得至关重要，否则结晶结构将不再均匀。若使用传统的螺旋流道式的冷辊，冷却流道一般会超过300m，水在流道内停留的时间长达10s，这样，很难保证冷辊在整宽上达到均一的温度。而低水位或中高水位水箱也不能确保流延膜的两面实现均匀冷却。对此，DMT设计了特殊的喷水式冷辊（喷水在辊面的带高位水箱的喷水冷辊留时间少于0.1s）及高位水箱（冷辊直径的90％），并辅以20根喷水管，从而确保了流延膜两面得到高效均匀的冷却（图1-5）。该设计已获得专利。

3.纵向拉伸（MDO）

在DMT的设备中，所有的MDO辊筒均为单独驱动，单独控温，这使得工艺调节十分灵活，尤其有利于特种薄膜的生产。最新的DMT设计已证实，用4根而不是6根拉伸辊进行拉伸（图1-6），薄膜的质量更好，尤其对于镀铝基膜。因为6辊拉伸会不可避免地导致膜面损坏，而且这种损坏只在薄膜镀铝后才能被发现。

此外，DMT设备的压辊在尽量靠近自然接触点的位置对薄膜施压。这种接触方式下的压力比将压辊垂直压在膜上的排布方式要小得多，从而克服了压辊垂直压膜容易损坏（划伤）流延膜及缩短压辊使用寿命的弊端。

4.横向拉伸（TDO）

薄膜的尺寸范围越广，所需TDO的灵活性就越高。DMT设备的链轨在每一个连接处都可进行±20°的调整，方便实现预热区和/或拉伸区之间的转换，从而提高了生产超薄或超厚薄膜的灵活性（图1-7）。同时，为了消除由“弓形效应”引起的薄膜拉伸不均，TDO在热定型区可进行再拉伸，并在热定型后进行快速冷却。因此，其冷却区的供气是由热交换器进行冷却的，而不是环境风冷却，这样就避免了环境风冷却能力不足及温度不稳定的缺点。

随着设备速度的提高，产量变得更大，因此TDO也需要更长。TDO越长，对链轨系统的要求也就越严格。在某些设计中，链轨系统对摩擦生热的耐受性已达到了极限。为此，有些供应商开始安装冷却装置，以降低摩擦生热。但是，这样做的不良后果是会产生冷凝，从而导致破膜。对此，DMT采用了不同的解决办法。除两个出口链盘有驱动外，DMT还开发了入口链盘驱动（已申请专利）。该设计降低了链条应力，从而减小了摩擦，降低了温度，减少了油耗，使运行更加稳定，速度也得到进一步提高。在该设计中，出口驱动采用速度控制的方式，入口驱动以扭矩控制的方式跟随出口驱动一起动作（图1-8）。

5.牵引站

要优化生产，必须测量并控制膜边，以避免一些易撕裂点在TDO中引起破膜。为此，DMT公司与测厚仪厂商共同开发了独有的X射线测厚仪，不仅能完全自动控制膜边，而且能够对透明膜、消光膜、白膜和其他的彩色薄膜进行测量。实践表明，只有X射线能满足所有这些要求。

6.收卷机

正确的收卷需要非常精确的薄膜张力控制，即要有准确的张力信号。要接收到准确的张力信号，薄膜在张力辊上的包角就必须足够大而且恒定。同时，张力辊应当被固定而不能有所移动。一般，薄膜离开张力辊后，会被接触辊轻轻地压在卷芯上，此时，薄膜在接触辊上的包角应当为零。为满足上述要求，DMT收卷机上的张力辊和接触辊都必须被固定，收卷机框架可移动，与分切机的设计相似。

（1）设备来源　通常，设备的可靠性与制造商的经营策略和理念有关。DMT的经营策略一直是专注于核心业务，为双向拉伸薄膜行业提供从工程设计到设备加工的专业解决方案，而从不涉足其他业务，这在一定程度上提高了设备的可靠性。

同时，DMT的理念是从最好的供应商处订购设备所需的各种配件。DMT所采用的工业标准件，如AC电机、齿轮箱、气动件、轴承和电子件均来自世界知名的供应商。客户可根据该公司提供的备件目录直接从当地经销商那里选购部件，从而方便客户、提高效率并降低成本。DMT的设备，如挤出机、电晕处理器及测厚仪等均由知名的供应商提供，而复杂的部件由德国、法国及奥地利的供应商加工，他们与DMT都有长期的合作关系。对于中国项目，某些指定的部件，如框架、电柜和风筒等均由DMT中国加工，并由国外派遣的工程师监督。

（2）工艺技术　DMT将其工艺技术带给了全球的客户，并与客户进行技术探讨。这些经过探讨的知识将惠及该公司在全球的所有客户。例如，DMT的所有BOPA客户都能够生产高端BOPA薄膜。

三、全球的薄膜产品未来双向拉伸技术的发展

双向拉伸技术的快速发展为软包装市场带来了革命性的变化。全球双向拉伸技术有三个主要的发展方向。其一，普通包装产品将更注重低本钱和高效率；其二，对于特殊包装，由于数目小，生产线需要高度灵活以适应在同一条线上改变聚合物；其三，用于技术应用的新工艺，如COC、COP、TAC或其他光学用聚合物。目前，全球大多数的投资将仍然朝向“传统”的逐次拉伸工艺，但是其自动化程度更高并且应能适应进一步发展的新树脂的不同工艺要求，或者在较小的市场范围内同时提供两方面，即在产品变化和聚合物改变都灵活的方案。虽然，塑料薄膜的成型加工方法有多种，例如压延法、流延法、吹塑法、拉伸法等，近年来双向拉伸膜成为人们关注的焦点。今后，双向拉伸技术将更多地向着特种功能膜，如厚膜拉伸、薄型膜拉伸、多层共挤拉伸等方向发展。全球的同步拉伸工艺日趋重要，由于新的树脂和现有新的配方相结合要求无接触、温顺的拉伸，终极目标是对各方向的机械特性都可调整。这样的线可有多达7层共挤系统以提供高度灵活性，其特点是工作宽度在7m以上，速度达到450m/min，以达到更为经济的投进产出比（比如线性电机同步拉伸LISIM）。

近年来，适应包装行业对包装物要求的不断提高，各种功能膜市场发展迅速。经过双向拉伸生产的塑料薄膜可有效改善材料的拉伸性能（拉伸强度是未拉伸薄膜的3～5倍）、阻隔性能、光学性能、耐热耐寒性、尺寸稳定性、厚度均匀性等多种性能，并具有生产速度快、产能大、效率高等特点，市场发展迅速。

总之，DMT的上述设备特性可以满足薄膜生产商生产多种类型薄膜的需求，且无需变更或更换设备。同时，生产不同薄膜品种时，所需要的转换时间较短。此外，设备的可靠性加上适当的保养，可使设备的生产时间增至每年8000h，而全面的工艺技术则提高了设备的可靠性。

四、双向拉伸的发展方向

近几年，中国双向拉伸生产线发展很快，目前浙江欧亚薄膜材料有限公司采用国际先进的连续聚合PET熔体直接拉膜工艺，拉膜速度达到400m/min、幅度可达9m，年生产能力达12万吨，居国内薄膜生产领域首位。我国各种塑料薄膜大小双拉生产线已有三百多条，但大部分是从国外引进的。国外薄膜双拉生产线供应商主要有Brückner、DMT、DORNIER、MITSUBIHI等。目前，国内薄膜双拉生产线也在崛起，也有几家可以自主设计、制造薄膜双拉生产线，但生产线规模和技术水平还有一定的差距。但无论是BOPP薄膜、还是BOPET薄膜，均已呈现出供大于求的趋势。为此，很多企业都在努力调整产品结构，开发差异化、功能化的薄膜新品种，并不断开拓薄膜的新用途。以BOPET薄膜为例，目前国内双拉生产线所生产的产品规格大部分在8～75μm范围内，此厚度范围产品的产能已远远供大于求；4μm以下或150～300μm的厚膜具有相当大的发展空间，特别是厚膜的应用范围在不断扩大。另外，市场中出现了热封膜、热收缩膜、高阻隔膜、抗紫外线辐射膜、抗静电膜、阻燃膜等特种薄膜和功能性薄膜，可满足不同的使用要求。热封型聚酯膜是最近开发成功的新产品，具有可自热封性，可直接用于各种小包装或护卡等，而不再需要进行复合或涂胶等工序，使用十分方便。热收缩薄膜可广泛应用于方便食品、饮料、酒类的外包装、化妆品等日用品外包装、电子电器、收缩标签等。该薄膜的特点是：贴体透明，可体现商品形象；紧束包装物，防散性好；防雨，防潮，防霉；无复原性，具有一定的防伪功能；属于环保友好材料，是PVC热收缩薄膜的理想替换品。

分析当前薄膜市场，今后薄膜双拉生产线的发展方向具有以下特点。

（1）向薄型膜、厚型膜发展　以BOPET薄膜来说，目前国内双拉生产线所生产的规格大部分是在8～75μm范围内，在此厚度范围的产能已远远供大于求。但4μm以下或150～300μm的厚膜却有相当大的发展空间，特别是厚膜的应用范围在不断扩大，如液晶显示器及等离子显示装置的保护屏膜对PET厚膜需用量相当大，值得关注。太阳膜、防爆膜在汽车和建筑物方面的应用也日益广泛，市场极其广阔。另外，许多厂家为了开发PET差别化产品，2m左右宽的小型双拉试验线也颇受欢迎，因为大线做新品开发试验浪费大、风险也大。

（2）向多层共挤拉伸发展　为了提高薄膜的综合性能，现在双拉生产线多采用A/B/A、A/B/C甚至更多层的结构。采用多层共挤可以生产多功能的、满足不同用途的薄膜，如热封膜、高阻隔膜、抗紫外线辐射膜等。

（3）设计特种薄膜双拉生产线　热收缩薄膜在方便食品、饮料市场、电子电器、日用商品、收缩标签等方面都有广泛应用，而且只要求横向有大的收缩，这就需要拉伸设备的设计做相应的改变，以满足横向高收缩率的要求。

多层共挤双向拉伸塑料薄膜以其质轻、透明、防潮、透气性好等优点广泛应用于食品、医药、轻工、化工、烟草等领域，成为国民经济和人民生活不可缺少的一种材料。但是能够提供宽幅BOPP成套生产线设备的厂家只有德国Brückner、日本三菱重工和法国的DMT三家制造商。

汕头市远东轻化装备有限公司在2002年研制出国内第一条成套三层共挤双向拉伸薄膜生产线。该生产线采用平面双轴向拉伸工艺，纵横逐次拉伸法生产ABC、ABA、AC型的热封型或非热封型三层、双层或单层BOPP膜。全套系统由原料处理系统、挤出系统、铸片机、纵向拉伸机、横向拉伸机、牵引机、收卷机和电脑控制系统构成；配备先进的计算机网络技术，采用西门子公司的PLC-S5系列为下位机，摩托罗拉公司的工业计算机作上位机，人机对话方便，便于调整工艺参数；有完善的数据分析功能，工艺流程由各趋势图形式显示，能及时判断故障并加以排除。

（4）PET薄膜直拉生产线　PET树脂是由PTA与EG直接酯化、缩聚后铸片、水下切粒、风干、包装而成PET切片商品出售。薄膜生产厂家购进PET切片（包括母料切片）后，需先进行混料、结晶干燥、加热熔融挤出、熔体计量、过滤、铸片、直至最后双向拉伸成膜。但是，如果将PET树脂生产装置与PET薄膜双拉生产线连接起来，即将聚酯缩聚釜的出料口通过熔体管与双拉生产线的模头、铸片装置、MDO、TDO等工序直接连接拉膜，可以省去结晶干燥、熔融挤出、熔体过滤等工序，这不仅节省设备和厂房投资，节约能源，降低生产运行成本，而且能提高薄膜品质，减少PET切片二次加热氧化降解，这些都是直拉法的优势。为此，设计适应直拉法制膜的双拉生产线，也是PET薄膜双向拉伸的一个发展方向。