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一、多層共擠復(fù)合材料層間結(jié)構(gòu)和厚度測量和控制的重要性 　　多層共擠復(fù)合的定義指出,多層共擠復(fù)合材料具有按照預(yù)定次序排列的，有明顯界面，結(jié)合緊密,厚薄均勻，混成一體的層間結(jié)構(gòu)。該層間結(jié)構(gòu)，是由多層共擠復(fù)合成型模具所決定的，各樹脂層的厚度是在生產(chǎn)過程中由多種因素共同作用而形成的。但生產(chǎn)過程必然要受到多種因素的影響，即使生產(chǎn)方案預(yù)先設(shè)計得很好，也會因某些因素發(fā)生變化而造成整個生產(chǎn)過程也發(fā)生變化，變化最明顯最直接的就是影響到多層共擠復(fù)合材料厚度和層間結(jié)構(gòu)。共擠復(fù)合材料的層數(shù)越多，受外界的影響機率就越多，影響的程度就越大?！　」矓D復(fù)合材料的層間結(jié)構(gòu)決定著復(fù)合材料的性能。合格的產(chǎn)品，必定是層間結(jié)構(gòu)（樹脂品種和層厚及層厚比例）穩(wěn)定的產(chǎn)品，因此多層共擠復(fù)合材料生產(chǎn)過程中，對多層共擠復(fù)合材料的層間結(jié)構(gòu)和每層樹脂厚度必須進行嚴格地控制，使之達到生產(chǎn)指令規(guī)定的范圍。嚴格控制的前提是在生產(chǎn)過程中隨時能夠?qū)矓D復(fù)合材料的層間結(jié)構(gòu)狀況和每層樹脂的厚度進行測量，測量結(jié)果如出現(xiàn)與生產(chǎn)指令規(guī)定的指標發(fā)生偏差，控制裝置能立即采取措施糾偏，使之回到正確數(shù)值上來。這就是對層間結(jié)構(gòu)和厚度測量和控制裝置的基本要求。一條生產(chǎn)線必須具備能準確測量和嚴格控制共擠復(fù)合材料層間結(jié)構(gòu)和各樹脂層厚度的裝置及其有效的控制方法，否則就無法生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品?！　∧壳皣鴥?nèi)外許多共擠復(fù)合材料生產(chǎn)設(shè)備制造廠家有各種實施方法,本文介紹作者在洛陽春都集團PVDC五層共擠復(fù)合流延薄膜生產(chǎn)線上生產(chǎn)實踐中所使用的方法。二、多層共擠復(fù)合薄膜層間結(jié)構(gòu)和樹脂厚度的測量方法　　薄膜厚度測量，包括對薄膜總厚的測量和復(fù)合薄膜中各樹脂層厚的測量，以及由測量結(jié)果得到的它們的分布均勻度，是檢查產(chǎn)品生產(chǎn)過程必需做的項目，也是調(diào)控生產(chǎn)線運行的依據(jù)，沒有準確的測量結(jié)果，就沒有調(diào)控的原因，也沒有所達到的目標?！　『穸葴y量按測量的場合，可分為在生產(chǎn)線下測量和在生產(chǎn)線線上測量。1、對薄膜厚度及厚度分布均勻度的測量　　薄膜厚度的測量是最容易的測量，測量工具很多，有機械式（千分尺和由其轉(zhuǎn)化而來的數(shù)字式顯示千分尺），有射線式（X射線，γ射線，β射線和紅外線），都能對薄膜單點厚度作到很準確的測量。但僅測量薄膜單點厚度，對評價薄膜厚度狀況是遠遠不夠的，還必須要有薄膜厚度分布情況。用這些儀器對薄膜進行逐點測量，可以得到薄膜厚度分布均勻程度?！　”∧ず穸确植季鶆虺潭?，從薄膜形成的過程，可分為縱向厚度分布均勻度和橫向厚度分布均勻度。薄膜的橫向分布均勻度是由樹脂擠出量和共擠復(fù)合模具成形時的均勻性所形成的；薄膜縱向厚度分布均勻度，是由擠出量和縱向牽引均勻性所形成的。測厚儀固定不動，只能測量到薄膜單點的厚度，如果要測量薄膜縱向和橫向多點的厚度，就必須讓測厚儀對薄膜進行縱向和橫向的掃描。為此在生產(chǎn)線上，把測厚儀安裝在與薄膜前進方向垂直的掃描架上，測厚儀在掃描架動力的帶動下定期巡回對薄膜橫向掃描，因測厚儀對薄膜進行橫向掃描時，薄膜也在前進，因此測厚儀對薄膜形成“之”字型的逐點掃描，形成對薄膜橫向和縱向同時的測量?！　∩a(chǎn)線下需要對薄膜進行厚度分布均勻度測量時，在整幅薄膜上在垂直薄膜前進的方向劃出一條直線，把整幅薄膜寬度分成若干等份，份數(shù)越多則得到的均勻度越接近實際。測量每個等份點上薄膜的厚度，然后求出平均厚度和每一點上的厚度與平均厚度之間的偏差，便得到整幅薄膜厚度的分布和最大偏差的數(shù)值。這個方法雖然簡單，但很可靠，許多發(fā)達國家的工廠，至今仍在沿用這一方法。用上述方法只能測量薄膜的橫向厚度及分布均勻度，很少用來測量薄膜的縱向厚度和分布均勻度。2、對多層復(fù)合薄膜層間結(jié)構(gòu)和每層厚度的測量　　用機械式和射線式測厚儀器只能測量薄膜的整體厚度，無法測量多層復(fù)合薄膜的層間結(jié)構(gòu)和各樹脂層的厚度。目前測量多層復(fù)合薄膜的層間結(jié)構(gòu)和樹脂層厚的方法有兩種：　?、俦∧て拭娣ǎ喊驯粶y薄膜從橫斷面剖開，在顯微鏡下觀察薄膜的結(jié)構(gòu)，并用顯微鏡（光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡）的尺寸測量系統(tǒng)，測出薄膜總體厚度和每一層樹脂的厚度。顯微鏡如有拍照片的功能，可拍出層間結(jié)構(gòu)圖。圖1是PVDC五層共擠復(fù)合薄膜光學(xué)顯微鏡剖面照片。但剖面法只能得到薄膜的層間結(jié)構(gòu)和每層樹脂的厚度，無法測出每層樹脂是什么品種?！　、诮t外線測厚儀：它是利用各種塑料對近紅外線不同波段存在吸收差別來測量薄膜整體厚度與各樹脂層的塑料品種和層厚。是目前最先進的，功能最齊全的，無損傷塑料品種和厚度的測量儀器?！　〗t外線測量樹脂的品種和在復(fù)合薄膜中的層厚的工作原理,是因為每種樹脂在近紅外線區(qū)（波長在1.0-3.0μm）都有一個特別突出的吸收波段,即所謂的指紋波段,而對其他波段很少吸收。使用近紅外線各波段對復(fù)合薄膜進行掃描，從返回的波段的強弱就可知道復(fù)合薄膜中含有哪些樹脂品種。然后用近紅外線中特定的某一樹脂的指紋波段和另一個該樹脂不吸收或一般吸收的波段作為參比波段，共同射向復(fù)合薄膜，依據(jù)貝爾吸收定律，把收到的吸收波長和參比波長的信號變化進行比較，能夠得到復(fù)合薄膜中該種樹脂層的厚度。實際使用的近紅外線測厚儀器，是一個近紅外線全譜發(fā)生器，通過一個特殊的旋轉(zhuǎn)濾鼓的過濾，從儀器射出的是所需要的單色波段，設(shè)置兩個濾鼓，就射出兩個所需要的單色波段，即某種樹脂的特定波段和參比波段，用于樹脂層厚的測量。旋轉(zhuǎn)濾鼓，可以得到不同波段的復(fù)式光波，測量不同品種的樹脂層厚。圖2是用紅外線測厚儀測量一個PVDC五層共擠復(fù)合薄膜所得到的照片。3、對薄膜中復(fù)合樹脂層厚的線上測量　　把紅外線厚度測量儀安裝在與薄膜幅度相匹配的掃描架上，在掃描架動力的帶動下，對薄膜進行循回檢測，得到薄膜的厚度和各層樹脂的厚度。　　對某一樹脂層厚進行測量，采用該樹脂特用的復(fù)式光源掃描薄膜，可以測出這種樹脂在復(fù)合薄膜中層厚。改變復(fù)式光源的波段，可以測出復(fù)合薄膜中每層樹脂層的厚度。這種測厚設(shè)備已由美國NDC公司批量生產(chǎn)。如FG-710型測厚儀器，可以測量復(fù)合薄膜中PP，PE，EVOH，EVA，PVDC，PA等樹脂層的厚度，非常適合多層共擠復(fù)合薄膜生產(chǎn)線上使用。　　許多學(xué)者指出近紅外線的穿透能力有限，只能用于1000μm以下的薄膜使用。但美國NDC公司聲稱它的近紅外線測厚儀可測到20-2000μm。有的專家提出，用紅外線難于測量PVDC樹脂，建議采用能測量氯原子的低能X射線。這些情況說明在測量多層共擠復(fù)合薄膜中PVDC樹脂層的厚度的方法，還有待研究?！　∫虼四壳熬€上測量薄膜總厚和復(fù)合樹脂層厚，是非常成熟的技術(shù)，有可靠的測厚儀器可供選擇和使用，但在線上測量共擠復(fù)合薄膜中PVDC樹脂層厚，還要等待測量技術(shù)進一步研究和發(fā)展。$分頁符$ 三、我們對PVDC多層共擠復(fù)合薄膜各樹脂層厚度的控制方法　　眾所周知，薄膜厚度和均勻程度對薄膜質(zhì)量有重大影響，對于高阻透性多層共擠復(fù)合薄膜，除了薄膜的整體厚度和均勻程度之外，其中所含阻透樹脂層的厚度，比如PVDC或EVOH樹脂層的厚度，對薄膜性能的影響更大。因此PVDC或EVOH多層共擠復(fù)合薄膜生產(chǎn)過程中，必須保證PVDC或EVOH樹脂層的厚度達到產(chǎn)品規(guī)定的厚度。國外多層共擠復(fù)合材料生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)廠家主張采用近紅外線測厚儀，可隨時測量出薄膜的厚度和所含PVDC或EVOH樹脂層的厚度，提供給操作者進行監(jiān)視和調(diào)控。但近紅外線對PVDC樹脂層厚測量的準確性尚存疑慮，即使可行，近紅外測厚儀器巨大的費用也使人卻步，因此需要尋找另外更簡單，但也同樣行之有效的對復(fù)合薄膜樹脂層厚控制的方法?！　?、我們設(shè)計控制方法的原理　　從塑料薄膜擠出技術(shù)可知，生產(chǎn)中薄膜厚度，取決于擠出量，牽引速度，薄膜寬度三個因素。在薄膜寬度不變的條件下（大多數(shù)生產(chǎn)線都是這樣），薄膜厚度及其各層樹脂的厚度，是擠出量和牽引速度的函數(shù)。對于PVDC或EVOH多層共擠復(fù)合薄膜，也同樣遵從這一規(guī)律。對薄膜中各層樹脂厚度的測量是為了控制各層的厚度，我們設(shè)想，如能對薄膜的整體厚度和多層結(jié)構(gòu)中所有樹脂層厚度的比例嚴加控制，即使不測量每層的厚度，也能實現(xiàn)對復(fù)合薄膜各層樹脂厚度的控制。這就是我們控制方法的原理?！　、侔裀VDC樹脂層厚控制作為控制的中心　　按照生產(chǎn)線的寬度和生產(chǎn)過程中牽引速度不變的條件下，由復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)方案中PVDC樹脂層的厚度確定PVDC樹脂的擠出速度，即每小時的擠出量，粘合樹脂EVA的層厚一般設(shè)定為每層4-5μm，因此EVA的擠出量也可以固定，這兩個樹脂的厚度和擠出量，是復(fù)合薄膜層厚控制的基礎(chǔ)?！　、谠冢‥VA+PVDC+EVA）層厚不變的情況下，對薄膜總厚的調(diào)控方法　　如果薄膜牽引速度和（EVA+PVDC+EVA）樹脂層厚保持不變，薄膜整體厚度發(fā)生變化，只有表層和內(nèi)層樹脂層厚發(fā)生變化。此時它們的擠出量要隨著薄膜厚度成正比改變。調(diào)整表層和內(nèi)層樹脂的擠出量，就實現(xiàn)了在保持薄膜阻透性能不變情況下對整個薄膜厚度的調(diào)整和控制。對于PVDC五層共擠流延薄膜的大部分產(chǎn)品，如美國陶氏化學(xué)公司的SARANEX系列中許多產(chǎn)品品種，都可以用這種方法生產(chǎn)出來?！　、墼赑VDC樹脂層厚發(fā)生變化時的薄膜厚度控制方法　　PVDC樹脂層厚度發(fā)生變化的原因，一是牽引速度發(fā)生改變，二是薄膜層間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化?！　≡跀D出量和層間結(jié)構(gòu)不變的情況下，牽引速度的變化會引起薄膜整體厚度和所有樹脂層厚度發(fā)生變化，但各層樹脂厚度的比例會保持不變。這種現(xiàn)象在為了提高薄膜產(chǎn)量時經(jīng)常發(fā)生。調(diào)整系統(tǒng)應(yīng)把所有參加共擠的樹脂擠出量隨著牽引速度變化的比例調(diào)節(jié)同樣的比例，以保持薄膜厚度和各層樹脂厚度不變，調(diào)整的結(jié)果是薄膜產(chǎn)量提高或降低了同樣的比例?！　∪绻∧娱g結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，即為了制造另外一種層間結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜，則應(yīng)按照以上介紹的以PVDC樹脂層厚為中心的方法，重新確定PVDC樹脂擠出量，然后再按照層厚比例確定參加共擠的其他樹脂的擠出量。　　2、多層共擠復(fù)合薄膜樹脂層厚控制設(shè)備的組成和控制方法　　作者為實現(xiàn)對復(fù)合薄膜樹脂層厚控制的設(shè)備組成如下：一臺美國NDC公司生產(chǎn)的γ射線8000型薄膜測厚儀，各臺樹脂擠出機可控的下料量的裝置，與它們連接在一起的一臺中心電子計算機?！　、倜绹鳱DC產(chǎn)γ射線薄膜厚度測量儀及其作用　　美國NDC公司生產(chǎn)的γ射線薄膜測厚儀由單面反射式傳感器，和薄膜幅寬相配合的掃描架，專用計算機和顯示測量結(jié)果的顯示器組成?！　ˇ蒙渚€測厚儀有兩個功能，一是顯示測量的各種結(jié)果；二是把測出的薄膜厚度和輸入的產(chǎn)品標準對比，如出現(xiàn)偏差時轉(zhuǎn)變成電信號向外輸出?！　?000型儀器可顯示五個測量結(jié)果：顯示傳感器下方測量點的厚度；每個掃描行程所有測量點的厚度（用圖像表示）；在一段時間內(nèi)每次掃描的結(jié)果，用最大值，最小值，平均值表示，用直線的形式集中顯示出來；薄膜厚度偏差分布圖；薄膜厚度合格分布概率圖。　　 ②每臺擠出機的可控下料量的裝置　　在每臺擠出機上都安裝有受中心計算機控制的樹脂下料量裝置，控制下料量的裝置可以是由電子秤稱重的重量計量型，也可以是精密螺桿輸出的體積計量型。擠出機都采用饑餓喂料，保證把計量器送進的全部樹脂毫無保留地全部擠出并進入共擠模具?！　、壑行挠嬎銠C　　中心計算機按照復(fù)合薄膜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（總厚和層間結(jié)構(gòu)-每層樹脂的品種和厚度比例）編寫控制程序，比如一種厚度為100μm的復(fù)合薄膜，由五層樹脂組成，把各層樹脂的厚度比例轉(zhuǎn)化成為每種樹脂每分鐘的擠出量和生產(chǎn)線的牽引速度的函數(shù)。計算機輸入信號是從測厚儀來薄膜總厚及與標準值對比后的偏差，輸出信號是對生產(chǎn)線牽引速度或每臺擠出機擠出量的調(diào)節(jié)指令?！　‘?dāng)測厚儀測得復(fù)合薄膜整體厚度發(fā)生變化時，從測厚儀器中輸出厚度偏差信號，由中心計算機做出判斷，是擠出量發(fā)生變化了還是生產(chǎn)線的牽引速度發(fā)生變化了，立即針對變化的原因采取措施，將生產(chǎn)狀態(tài)恢復(fù)到指令所規(guī)定的狀態(tài)?！　∵@種方法就是把控制每層樹脂的厚度轉(zhuǎn)變成為控制薄膜總厚和各樹脂層在總厚中所占比例，達到控制各層樹脂厚度的目的。當(dāng)制造層間結(jié)構(gòu)不同或厚度不同的產(chǎn)品時，只需要向計算機發(fā)出改變薄膜總厚和各樹脂層占總厚的比例的指令，然后繼續(xù)控制牽引速度和各樹脂擠出機的擠出量。　　這個方法使用結(jié)構(gòu)最簡單，工作最可靠，價格比較適宜，功能比較單一的測厚儀器，調(diào)整的對象是生產(chǎn)線的牽引速度和每臺擠出機的擠出量，簡潔，直觀，可靠，方便。具有很強的可操作性，簡單易學(xué)，易于操作。四、使用效果　　把上述控制方案裝備到洛陽春都集團從加拿大MACRO公司引進的PVDC五層共擠復(fù)合流延薄膜生產(chǎn)線上，該設(shè)備2000年8月交接給我們后按該方案運行了八個小時。對這八個小時的運行考察，說明這套控制設(shè)備和控制方法是成功的，薄膜的總厚度和各樹脂層的厚度都得到了有效的控制，薄膜厚度和厚度均勻度及PVDC樹脂層的厚度及偏差，都能達到我們預(yù)想的水平。表1是經(jīng)美國杜邦公司試驗室用紅外線測厚儀器對該生產(chǎn)線上生產(chǎn)的薄膜產(chǎn)品進行檢驗的結(jié)果?！　”∧ず穸茸畲笃钍恰?.5%，偏差主要發(fā)生在PP層；PVDC樹脂層平均厚度20。6μm，最大厚度偏差2.4μm,最大偏差是薄膜厚度2.78%。在這條生產(chǎn)線上唯一的連續(xù)開機八個小時中，我們進行了多次產(chǎn)品層間結(jié)構(gòu)和厚度的調(diào)整試驗，每次實驗，設(shè)備運行都未達到穩(wěn)定，一個產(chǎn)品生產(chǎn)時間未超過一個小時，測量樣品是在這種情況下得到的。如果設(shè)備運行穩(wěn)定后，對整個系統(tǒng)進行更認真細致地調(diào)整，薄膜厚度會達到偏差小于±2%的水平?！　D1和表2是同一天在該生產(chǎn)線上按生產(chǎn)指令制造出來的另一個PVDC五層復(fù)合薄膜品種，生產(chǎn)指令下達的薄膜厚度和各樹脂層的厚度與得到的產(chǎn)品經(jīng)紅外線測厚儀測出的厚度相比較的結(jié)果和測厚儀測量結(jié)果的照片。從這些檢測結(jié)果可以得到結(jié)論，這套測量和控制裝置是有效的，成功的。　　表1　PVDC五層共擠復(fù)合流延薄膜書脂層厚檢測結(jié)果　　　序號 COPP層厚 EVA層厚 PVDC層厚 EVA層厚 PE層厚 薄膜總厚　　　1 　　34 　　　5 　　　20 　　　4 　　　18 　　81　　　2 　　40 　　　5 　　　18 　　　4 　　　22 　　89　　　3 　　40 　　　5 　　　23 　　　3　 　　21 　　92　　　4 　　39 　　　6 　　　20 　　　3 　　　22 　　91　　　5 　　37 　　　5 　　　20 　　　3 　　　19 　　84　　　6 　　38 　　　6 　　　20 　　　3 　　　21 　　88　　　7 　　37 　　　6 　　　21 　　　4 　　　18 　　86　　　8 　　32 　　　6 　　　21 　　　4 　　　18 　　81　　　9 　　33 　　　6 　　　21 　　　4 　　　21 　　85　　　10 　 37 　 　 5 　　　22 　　　4 　　　18 　　86 　　平均 　36.7 　　5.5 　　20.6 　　3.6 　　19.8 　86.3 　　表2 用該套裝置生產(chǎn)的產(chǎn)品層間結(jié)構(gòu)和層厚與指令的對比　樹脂名稱 　　　PP 　　　EVA 　　　PVDC 　　　EVA 　　　PE 　　　　總厚　預(yù)定層厚μm 　 40 　　　4 　　　　20 　　　　4 　　　　75 　　　　143　測量層厚μm 　 38.35　　2.98 　　21.55 　　　4.37 　　　74.67 　　141.93　相比偏差 　　　-4.12% 　-25.5% 　+7.75% 　　+9.25% 　　-0.44% 　　-0.74%  作者單位：樊書德（中包聯(lián)塑料包裝委員會專家組）轉(zhuǎn)載自:塑料包裝