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    對于塑料薄膜吹塑機械，風(fēng)環(huán)是膜泡成型、冷卻的重要組成部件，風(fēng)環(huán)對薄膜厚薄均勻度和薄膜產(chǎn)量有極大的影響。    薄膜吹塑的冷卻原理：塑料薄膜吹塑過程風(fēng)環(huán)以風(fēng)機產(chǎn)生的壓力空氣為冷卻介質(zhì)對膜泡吹脹區(qū)(即口模到冷凝線之間)進(jìn)行冷卻，當(dāng)冷卻空氣通過風(fēng)環(huán)以一定角度和速度吹向從機頭擠出的膜泡時，高溫的膜泡與冷卻空氣相接觸，膜泡上大量的熱量傳遞給空氣并被帶走，從而使膜泡得到冷卻。     常用風(fēng)環(huán)有單、雙風(fēng)口風(fēng)環(huán)、真空室風(fēng)環(huán)以及用于旋轉(zhuǎn)機頭的旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)。由于旋轉(zhuǎn)機頭的技術(shù)無法適應(yīng)現(xiàn)代高質(zhì)量要求的薄膜生產(chǎn)，旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)將與旋轉(zhuǎn)機頭一起淘汰(本文不作討論)。多年來，科技工作者不斷研究新的風(fēng)環(huán)，取得喜人的成果，例如射流式雙風(fēng)口風(fēng)環(huán)、可調(diào)薄膜厚薄的自動風(fēng)環(huán)，對塑料加工行業(yè)是一種極大的貢獻(xiàn)。    風(fēng)環(huán)的構(gòu)造、制造精度以及冷卻氣流的溫度直接影響薄膜的厚薄均勻度、透明度、外觀質(zhì)量和物理機械性能。     風(fēng)環(huán)主要由進(jìn)氣管、風(fēng)環(huán)體、風(fēng)口等部分構(gòu)成。進(jìn)氣管用于連接風(fēng)機進(jìn)氣，其進(jìn)氣方向有與風(fēng)環(huán)中心軸線垂直、平行或傾斜三種。風(fēng)環(huán)體有均勻分配、勻化氣流，建立氣壓的作用，風(fēng)環(huán)體主要有迷宮(圖1)或多孔分流(圖2)的結(jié)構(gòu)，其入口氣室的容積應(yīng)比出口氣室的容積大，有一定的氣體壓縮比，以確保氣流量和氣壓的穩(wěn)定。風(fēng)口用于噴射壓力氣體，冷卻膜泡，風(fēng)口在上吹塑法能扶托、穩(wěn)定膜泡，下吹塑法為剛出口模的高溫熔體提供一定的冷卻，提高口模處高溫熔體的抗拉強度，保持膜泡不因重力的作用而拉斷、破泡，保持膜泡穩(wěn)定。風(fēng)口氣流速度為10～30m/s，流速誤差不大于0.5～1m/s，才能滿足要求較高的薄膜生產(chǎn)。為控制膜泡冷凝線高度和冷卻速度，必須改變風(fēng)口可利用螺紋副調(diào)節(jié)，大風(fēng)環(huán)由于大型車床無法加工螺紋，可采用升降機構(gòu)代替螺紋副調(diào)節(jié)風(fēng)口。風(fēng)口的調(diào)節(jié)量視吹塑設(shè)備大小而定，調(diào)節(jié)量通常為2～20mm。     早期的吹塑機械對薄膜厚薄均勻度和產(chǎn)量的要求不高，風(fēng)環(huán)多為單風(fēng)口結(jié)構(gòu)，對mLLDPE、LLDPE、EVA的吹塑性能差，甚至無法正常成形膜泡。早期設(shè)計，風(fēng)環(huán)直徑與機頭口膜直徑的比為15～2，口膜直徑小(大)取大(小)值，通常兩者的直徑差為100～300mm，口膜越大，其差值可以越大。盡管早期的風(fēng)環(huán)構(gòu)造簡單，當(dāng)結(jié)構(gòu)龐大，對薄膜厚薄均勻度要求不高，為了膜泡的成形，風(fēng)環(huán)體采用迷宮或多孔分流結(jié)構(gòu)，以提高氣壓和氣流分布的均勻度。風(fēng)口的出風(fēng)角β(圖3)取40～60°，有利于氣流穩(wěn)定地托扶和有效地冷卻膜泡；如果β太小，會引起膜泡飄動不穩(wěn)，影響薄膜厚薄均勻度，甚至卡斷膜泡；β太大，膜泡冷卻氣流不足，而且攜帶機頭周圍的熱空氣，使膜泡的冷卻效果不良。     單風(fēng)口風(fēng)環(huán)的性能無法與多風(fēng)口風(fēng)環(huán)比較，雙風(fēng)口風(fēng)環(huán)廣泛應(yīng)用于包裝薄膜、拉伸薄膜、農(nóng)地膜、土工膜等單層及多層共擠等薄膜的生產(chǎn)，對LDPE、LLDPE、mLLDPE、EVA、HDPE、PA、EVOH、PP、PVA等樹脂均有良好的工藝適應(yīng)性。多風(fēng)口風(fēng)環(huán)的風(fēng)口數(shù)為2～3個，常用2個，稱為雙風(fēng)口風(fēng)環(huán)(圖4)，風(fēng)口有可調(diào)和固定兩種結(jié)構(gòu)。     雙風(fēng)口風(fēng)環(huán)在膜泡成型、冷卻過程，內(nèi)風(fēng)口對剛擠出口模的管坯進(jìn)行預(yù)冷卻，同時消除口模附近的真空區(qū)，確保膜泡正常成型的氣墊層，使膜泡不粘附風(fēng)環(huán)內(nèi)壁，使熔融管坯初始吹脹及初始拉伸時得到一定的冷卻，有利于提高熔體強度和薄膜的物理機械性能；外風(fēng)口氣體流量大，起著快速冷卻膜泡的作用，上吹法風(fēng)環(huán)的外風(fēng)口同時起著托扶膜泡的作用。大型風(fēng)環(huán)的兩個風(fēng)口容易設(shè)計成大小可調(diào)的型式，小型風(fēng)環(huán)由于空間的限制，一般內(nèi)風(fēng)口是固定不可調(diào)整的，只有外風(fēng)口的大小可調(diào)；小型的風(fēng)環(huán)也有內(nèi)外風(fēng)口都設(shè)計為可調(diào)的結(jié)構(gòu)，但是，當(dāng)膜泡成形后外風(fēng)口能夠調(diào)整，而內(nèi)風(fēng)口沒有調(diào)整的位置，所以要調(diào)整內(nèi)風(fēng)口，一是膜泡吹塑前，二是破斷膜泡重來。風(fēng)環(huán)的氣流應(yīng)具有合適的流量、壓力及均勻度，才能保證薄膜厚薄均勻。有的小型風(fēng)環(huán)設(shè)計有調(diào)心裝置，目的是克服和減小膜泡環(huán)境氣流差異以及補充風(fēng)環(huán)加工精度不足等不利的因素，以矯正膜泡，減小薄膜厚薄誤差。雙風(fēng)口風(fēng)環(huán)內(nèi)風(fēng)口的出氣量一般占吹塑時總氣量的10～20％，外風(fēng)口占80～90％。一旦調(diào)整風(fēng)口時，氣量的變化相當(dāng)明顯。     \現(xiàn)在，稍有檔次的吹塑機械都配置雙風(fēng)口風(fēng)環(huán)，單風(fēng)口風(fēng)環(huán)幾乎不使用。當(dāng)擠出量到達(dá)一定的程度，常規(guī)風(fēng)環(huán)和風(fēng)機在膜泡吹塑過程會產(chǎn)生“墜膜”現(xiàn)象，因而無法適應(yīng)大擠出量膜泡的冷卻要求，從而限制薄膜產(chǎn)量的提高，為了在不增大風(fēng)機功率和風(fēng)量的前提下，有效提高膜泡冷卻效果和薄膜產(chǎn)量，可以在雙風(fēng)口風(fēng)環(huán)上增加射流環(huán)，這種風(fēng)環(huán)稱為射流式雙風(fēng)口風(fēng)環(huán)(圖5)。射流環(huán)安裝在外風(fēng)口的外唇上面，高度可以通過螺紋副進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)膜泡接近射流環(huán)時，由于膜泡塑過程氣流在環(huán)內(nèi)與膜泡之間運動，環(huán)內(nèi)氣流由風(fēng)機產(chǎn)生，氣壓大，流速快，環(huán)外為環(huán)境自然氣流場，氣壓小，流速慢，造成環(huán)內(nèi)氣流出現(xiàn)射流效應(yīng)(圖6)，把環(huán)外的自然空氣通過射流環(huán)的進(jìn)氣孔強行吸入環(huán)內(nèi)，從而增大環(huán)內(nèi)的氣流量，提高風(fēng)環(huán)的冷卻能力，并達(dá)到一定的節(jié)能效果。因為風(fēng)環(huán)氣流的溫度對膜泡的冷卻速度有極大的影響，如果風(fēng)環(huán)所用的常溫空氣通過強制制冷降溫到15～18℃，同時結(jié)合IBC膜泡內(nèi)冷系統(tǒng)以15～18℃的制冷空氣連續(xù)冷卻膜泡內(nèi)壁，薄膜的產(chǎn)量能提高30％以上，尤其是炎熱的夏天，對膜泡冷卻空氣實施制冷更有必要，而且這是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。     現(xiàn)代對薄膜生產(chǎn)不僅要求產(chǎn)量高，對薄膜厚薄均勻度的要求應(yīng)高，國外一些塑機公司為了提高薄膜厚薄均勻度，通過在線自動薄膜厚度檢測系統(tǒng)對薄膜的厚度檢測并自動反饋控制帶有熱膨脹螺釘?shù)淖詣诱{(diào)節(jié)機頭口模的方式，人們稱為自動機頭。可是熱慣性的作用使系統(tǒng)調(diào)節(jié)的反應(yīng)速度遲鈍，控制的響應(yīng)速度至少10min以上，難以達(dá)到理想的目的。    繼而，人們利用氣流溫度對膜泡冷卻速度有影響的特性，巧妙地把風(fēng)環(huán)等分為一定的區(qū)數(shù)，在等分區(qū)域中安裝加熱器，通過在線薄膜厚度自動檢測系統(tǒng)對薄膜厚度的監(jiān)控，利用計算機對厚薄點所對應(yīng)區(qū)域的加熱器進(jìn)行加熱。當(dāng)膜泡某一區(qū)域的厚度較厚時，該區(qū)域加熱，氣流溫度升高，膜泡對應(yīng)區(qū)域受熱氣的作用，冷卻速度下降，延長該區(qū)域薄膜冷卻的時間，吹脹時間延長，使薄膜厚度變薄，從而達(dá)到自動調(diào)節(jié)薄膜厚薄均勻度的目的。但是，利用加熱氣體的反應(yīng)速度依然存在控制滯后的問題。也有在風(fēng)環(huán)安裝熱膨脹螺釘，同樣利用薄膜在線厚度自動檢測系統(tǒng)對薄膜厚度進(jìn)行監(jiān)控，通過熱膨脹螺釘?shù)臒崦浝淇s效應(yīng)控制風(fēng)環(huán)局部的開啟度，控制局部氣流量的變化，達(dá)到自動控制、調(diào)節(jié)薄膜厚薄均勻度的目的。這兩種做法在技術(shù)上確實有明顯的進(jìn)步，目前不少歐美進(jìn)口的吹塑機械也大量采用這兩種技術(shù)，然而，這兩種技術(shù)依然未能擺脫熱慣性反應(yīng)速度遲鈍的影響。     我們與國外知名塑膠公司一樣，在追求薄膜的高產(chǎn)量，能耗低，精確的薄膜厚薄均勻度，盡管對機頭和風(fēng)環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計十分講究，加工精度也很高，仍然無法達(dá)到薄膜均勻度±3～4％的水準(zhǔn)，這個百分比指標(biāo)與流延機械的薄膜均勻度沒有什么差別，可是在吹塑機械上實現(xiàn)自然不那么簡單，經(jīng)過與國外著名塑機控制公司技術(shù)交流，我們找到達(dá)到薄膜均勻度±3～4％的途徑，那就必須在吹塑設(shè)備上配置精確的喂料、薄膜厚度自動檢測、自動風(fēng)環(huán)以及計算機控制等系統(tǒng)。因此我們引進(jìn)德國這一新型系統(tǒng)，這個系統(tǒng)稱薄膜厚度自動控制系統(tǒng)(圖7)，該系統(tǒng)技術(shù)處于全球領(lǐng)先地位，代表目前全球的新技術(shù)和發(fā)展方向，系統(tǒng)能把薄膜厚薄均勻度在吹塑機械原有基礎(chǔ)上提高50％，即薄膜厚薄均勻度從±6～8％提高到±3～4％，采用自動風(fēng)環(huán)技術(shù)冷卻、控制薄膜厚薄均勻度，能耗小，不影響機頭的溫度。自動風(fēng)環(huán)是薄膜厚度自動控制系統(tǒng)的重要組成部分。自動風(fēng)環(huán)為射流式雙風(fēng)口風(fēng)環(huán)，由風(fēng)環(huán)體、內(nèi)外風(fēng)口、射流環(huán)、自動風(fēng)門等零部件組成。風(fēng)環(huán)所用的冷卻介質(zhì)是常溫空氣或經(jīng)制冷的恒溫空氣。風(fēng)環(huán)體根據(jù)風(fēng)環(huán)直徑大小均勻地分隔成若干個獨立的風(fēng)道，每個風(fēng)道都設(shè)置有能夠?qū)嵤┳詣诱{(diào)節(jié)開啟度的獨立風(fēng)門。整個系統(tǒng)的工作原理：膜泡成形后，薄膜厚度自動檢測系統(tǒng)對膜泡進(jìn)行在線連續(xù)巡回檢測，同時把檢測的信息傳輸給計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，當(dāng)檢測到薄膜某區(qū)域出現(xiàn)厚道(薄)時，計算機能及時地分析、判斷、反饋、處理所檢測的數(shù)據(jù)，控制執(zhí)行機構(gòu)關(guān)小(工大)出現(xiàn)厚道(薄)相應(yīng)區(qū)域的風(fēng)門，減小(增大)該區(qū)域風(fēng)門的冷卻氣量，減弱(加強)該區(qū)域薄膜的冷卻速度，延長(縮短)局部薄膜吹脹拉伸的時間，使區(qū)域的薄膜厚度變薄(厚)，最終獲得厚薄極其均勻的薄膜制品。薄膜厚度自動控制是一個動態(tài)的過程，薄膜各點的厚度數(shù)據(jù)能夠在計算機儲存，厚度曲線可以在計算機的界面上以直角座標(biāo)或極座標(biāo)的形式顯示出來，并能通過打印機對厚度分布曲線進(jìn)行打印，以隨時監(jiān)控生產(chǎn)情況。由于系統(tǒng)不存在熱慣性的困擾，加上電子元器件的反應(yīng)特別靈敏，速度都以ms(毫秒)級來計，因此系統(tǒng)控制的響應(yīng)速度極快，控制、調(diào)節(jié)薄膜厚度可以說是立竿見影，水到渠成。一點要注意的是，薄膜厚度自動檢測系統(tǒng)的測厚傳感器的選用必須講究，當(dāng)被測薄膜為聚烯烴等非極性材料時，可選擇電容式等測厚傳感器，當(dāng)被測薄膜為PA、EVOH等極性材料時，應(yīng)選擇空氣或紅外線等測厚傳感器。測厚傳感器工作時必須與膜泡或薄膜處于相對的運動狀態(tài)，可根據(jù)吹塑設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)安裝在人字板之上或在第一牽引裝置之后，也可通過掃描架安裝在膜泡上。     除了上述所作的工作以外，人們在風(fēng)機及空氣凈化方面作了很多的有價值的事情。以往風(fēng)機氣量的調(diào)節(jié)采用薄壁鋼板制作閥門(例如：快門等結(jié)構(gòu)形式)，存在噪聲大等問題，現(xiàn)在采用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，甚至通過計算機集中控制，以穩(wěn)定地調(diào)節(jié)和控制風(fēng)環(huán)吹氣量和氣壓大小，達(dá)到氣量控制量化以及噪聲小的目的。有些進(jìn)口設(shè)備為了有效降低風(fēng)機工作的噪聲，風(fēng)機上安裝了空氣消聲器。另一方面，由于風(fēng)機在工作過程中會把空氣中的塵土攜帶進(jìn)入風(fēng)環(huán)，使風(fēng)環(huán)的調(diào)節(jié)螺紋副磨副，影響風(fēng)環(huán)的使用壽命及工作精度，污染氣流通道及薄膜制品的表面。對此，可以采用空氣過濾的方式給以解決，對于衛(wèi)生要求等級高的薄膜生產(chǎn)，環(huán)境及風(fēng)環(huán)所用的空氣必須強制凈化，才能生產(chǎn)出合格的薄膜制品。  作者： 黃　虹    來 自： 廣東金明塑膠設(shè)備有限公司