CN104260361A - 一种全双螺杆挤出机及其进行bopet薄膜挤出工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全双螺杆挤出机及采用该挤出机进行BOPET薄膜挤出工艺，属于塑料薄膜加工技术领域。包括螺筒、安装于螺筒内的双螺杆、设置于螺筒上的进料口、排气口和计量泵。将本发明应用于塑料薄膜加工，具有加工工序短、设备简练、加工效率高、原料利用率高等优点。

Description

一种全双螺杆挤出机及其进行BOPET薄膜挤出工艺

技术领域

本发明涉及一种全双螺杆挤出机及其进行BOPET薄膜挤出工艺，属于BOPET薄膜加工技术领域。

背景技术

双向拉伸聚酯薄膜又称为BOPET薄膜，由于其良好的特性而被广泛应用于各个领域的包装工作中。传统的BOPET生产线上，主挤出机和辅挤出机都是采用单螺杆串联挤出方法，这种方法存在如下缺陷：

1. 对原料要求较高，所有进入挤出机的原料都必须将水分和粉尘彻底去除，这就要求原料必须进行严格的干燥结晶前处理，而干燥结晶处理过程是一个非常庞大复杂且需要大功率的加热和风送过程的，任何一个环节的控制不佳都会对挤出机中熔体的质量造成影响，从而导致后续拉伸成膜效果不佳或无法成膜，同时也消耗大量的电能；

2. 单螺杆串联挤出方法中，牵伸收卷中会分离出大量的边料，这些边料必须要进行重新造粒处理,且需再经过干燥结晶才能回收利用，加工工序增加了，电能消耗也随之增加；

3. 常规的单螺杆挤出机的螺杆为一个整体结构，当一根螺杆的某个部位发生磨损时，为了保证熔体的挤出质量，必须将整根螺杆更换为新螺杆，螺杆的利用率较低。

虽然有些辅挤出机由于其规格较小，局部可替换为双螺杆结构，但由于主挤出机规格和尺寸均较大，无法实现主挤出机的双螺杆结构。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的上述缺陷，本发明提供一种新型BOPET薄膜的全双螺杆法挤出工艺，采用本发明挤出工艺，不仅保证了熔体品质的稳定性和良好性，缩短了熔体加工工序，还提高了设备的利用率和原料的产出率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种全双螺杆挤出机BOPET薄膜生产线，包括挤出装置、拉伸装置和牵伸收卷装置，所述的挤出装置由螺筒、安装于螺筒内的双螺杆、设置于螺筒上的进料口、排气口和计量泵构成，螺筒包括入口和出口，螺筒出口处通过管道连接有计量泵，计量泵后通过过滤器以及熔体管道连接着模头，螺筒通过模头后依次是拉伸装置和牵伸收卷装置，熔体通过模头后形成膜片依次通过拉伸装置和牵伸收卷装置，进料口、排气口安装于螺筒同侧，并分别与螺筒连通，进料口位于螺筒前端的入口处，排气口位于排气段的螺筒上，并与真空抽吸装置相连接；螺筒外侧安装有加热器；其中，双螺杆由相互平行的螺杆一和螺杆二构成，螺杆一与螺杆二相互咬合但不接触，两者在电机驱动下以相同方向旋转；螺杆一和螺杆二均由若干个螺杆单元串联在螺杆轴上构成，螺杆单元为带键槽的内空结构，各螺杆单元依次套装在螺杆轴上，螺杆轴上设置有与键槽相互咬合的花键。

进一步的，作为优选：

所述的排气口包括排气口一和排气口二，排气口一和排气口二沿进料方向依次设置在螺筒上，其中，排气口一位于排气段入口处的螺筒上，排气口二位于排气段出口处的螺筒上。

所述的计量泵为往复式容积泵。

所述的拉伸装置包括激冷辊（简称CR）、纵向拉伸部件（简称MDO）和横向拉伸部件（简称TDO），模头在激冷辊之上，横向拉伸后为牵伸收卷装置。

一种采用具有上述特征的双螺杆挤出机加工BOPET薄膜的挤出工艺，原料经进料口直接送入螺筒中，并在螺杆一和螺杆二的带动下向前移动，并在加热器和自身剪切发热的作用下熔融并混炼，熔体中的水汽和可分离细小杂质经排气口被真空抽吸装置（由真空泵和空气过滤器组成，排气口与其抽吸口相连接）抽出，熔体在计量泵控制的压力下挤出，再经拉伸、牵引收卷后得到BOPET薄膜，牵伸收卷产生的边料经粉碎后直接作为原料再经进料口送入双螺杆挤出机中继续加工。

其中，真空抽吸装置的真空度控制在5-15mbar。 

与常规的单螺杆串联式挤出机相比，本发明具有如下优点：

（1）由于本发明采用的是双螺杆结构的挤出机，沿螺筒入口向后，挤出过程依次包括进料、熔融、排气和加压计量（即：沿进料方向，依次为进料区、熔融区、排气区和加压计量区），原料经进料口进入双螺杆后，在螺杆一和螺杆二的共同作用下，原料向前送入熔融区，并在加热器的在电加热和本身的剪切作用下原料迅速熔融形成熔体，熔体沿双螺杆到达排气区后，在外部真空装置的抽吸下，夹杂在熔体中的水汽和一些可分离的细小杂质可从排气区的排气口一、排气口二全部排出，余下的熔体则继续向前行进入到加压计量区，在这里熔体的压力产生并在后面熔体计量泵的作用下得以控制，熔体带有一定的压力经模头挤出后送入拉伸装置和牵伸收卷装置中进行后续加工。熔体中会影响到薄膜质量的水汽和细小杂质被真空抽吸装置抽出，则送入计量泵和模头的熔体为均匀、单一的熔体，原料在熔体状态下降其中的水汽、杂质排出，不仅无需采用任何的预处理工序，而且，其杂质的排出是与加热和熔体输送同时进行的，杂质排出极其简单，效率有保证。

（2）原料的熔融挤出均是在双螺杆挤出机上完成，并配合熔体计量泵设置，有真空抽吸装置，平行设置的螺杆一和螺杆二相互咬合但不接触，机筒外设置电机，通过电机驱动螺杆一和螺杆二以相同方向转动，原料在螺杆一和螺杆二加压并在螺筒壁的作用下向前移动，不断地熔融并混炼。螺杆一和螺杆二均是由若干个螺杆单元构成，螺杆单元为带键槽的内空结构，各螺杆单元依次套在螺杆主轴上，依靠主轴的花键连接和传动，当其中的一个螺杆单元发生磨损时，直接将其从螺杆主轴上拆卸下来即可进行更换，螺杆以螺杆单元的形式串联，容易安装，方便拆卸和更换。

（3）计量泵属于往复式容积泵，可对熔体进行精确计量，其稳定性精度可达1%。挤出机的出口压力受各种因素的影响存在着较大波动，本发明上述方案中，在挤出机的出口和模头之间设置的计量泵，可以用来稳定挤出机出口压力波动，使得线性挤出成为可能，确保了熔体压力恒定，有效地保证了熔体质量。

（4）拉伸装置部分主要包括激冷辊（简称CR）、纵向拉伸（简称MDO）和横向拉伸（简称TDO），激冷辊负责将从模头流出的高温熔体快速冷却成厚片；MDO的作用是将厚片拉长拉薄，为进入TDO拉伸做准备；TDO则将厚片拉宽拉薄，从而最终形成薄膜。

（5）牵伸收卷是整个薄膜生产的最后工序，在这里对薄膜进行进一步冷却定型、厚度检测、表面处理以及边料切除，处理完后卷绕成可存放的大卷膜。其中切除的边料粉碎后直接送回挤出部分的进料口回收利用，而无需重新进行造粒和干燥结晶处理。

本发明采用上述先进的双螺杆挤出工艺，并配合计量泵的压力控制，无需对原料进行任何处理，即可产生高质量的熔体，而边料在线粉碎后无需重新造粒，即可直接加入挤出机中回收利用，可以节省大量的宝贵电力资源，简化加工工序的同时，也降低了生产能耗，产品质量大幅提高。为后期的拉伸成膜奠定了坚实的基础。双螺杆挤出机的螺杆有若干个可拆卸的螺杆单元组成，当使用若干年后发现螺杆有磨损时，我们无须更换整个螺杆，而只需更换其中的有磨损的螺杆单元即可。而单螺杆挤出机的螺杆是整个一体化的螺杆，若磨损必须更换整个新螺杆，这是双螺杆挤出机的又一大优点。由于双螺杆挤出机的诸多优点，我们将全双螺杆挤出方法应用于BOPET生产线，生产加工过程中无需进行干燥结晶等工序，同时也无需采用主挤出机和辅挤出机分别进行熔融和计量，主挤出机和辅挤出机同时能够实现双螺杆结构应用，BOPET原料熔融、挤出、计量和杂质分离合为一体，不仅缩短了反应加工的流程，简化了加工工序，前期设备投资得到降低，而且在后期挤出生产过程中，熔体压力稳定，熔体质量均一，避免了非生产型边料的产生，节约大量的能源，更重要的是使生产加工变得简单可控、产品质量更优；同时，牵伸收卷后的边料粉碎后可直接回用至进料口处进行再加工，回收利用简便，原辅料的利用率高。

附图说明

图1为本发明挤出装置的结构示意图；

图2为本发明挤出装置的截面示意图；

图3为本发明双螺杆的结构示意图；

图4为本发明螺杆一/螺杆二的结构示意图；

图5为图4中螺杆单元的截面图；

图6为常规BOPET薄膜加工工艺流程图；

图7为本发明BOPET薄膜加工工艺流程图。

图中标号：1.螺筒；11. 入口；12. 出口；2.双螺杆；21. 螺杆一；22. 螺杆二；2a. 螺杆单元；2b. 键槽；2c. 螺杆轴；2d. 花键；3. 进料口；4.排气口；41. 排气口一；42. 排气口二；5. 计量泵；6. 模头；7. 连接法兰；8. 加热器。

具体实施方式

本实施例全双螺杆挤出机BOPET薄膜生产线，结合图1、图2、图3、图4和图5，包括顺次连接的挤出装置、模头6、拉伸装置和牵伸收卷装置，拉伸装置包括激冷辊、纵向拉伸部件和横向拉伸部件，拉伸装置通过激冷辊与模头连接，横向拉伸部件与牵伸收卷装置相连，其中，挤出装置由螺筒1、安装于螺筒1内的双螺杆2、设置于螺筒1上的进料口3、排气口4和计量泵5构成，螺筒1包括入口11和出口12，模头6安装于螺筒出口12处，挤出装置通过模头6与拉伸装置连接，进料口3设置于螺筒入口11处，计量泵5位于模头6靠近进料口3的一侧，排气口4设置有两个，分别称为排气口一41和排气口二42，沿进料方向，排气口一41和排气口二42依次设置，排气口一41和排气口二42均与真空抽吸装置相连接，进料口3、排气口4和计量泵5安装于螺筒1同侧，并分别与螺筒1连通；螺筒1外侧通过连接法兰7安装有加热器8；双螺杆2由相互平行的螺杆一21和螺杆二22构成，螺杆一21与螺杆二22相互咬合但不接触，两者在电机驱动下以相同方向旋转；螺杆一21和螺杆二22均由螺杆轴2c以及套装在螺杆轴2c上的若干个螺杆单元2a构成，螺杆轴2c上设置花键2d，螺杆单元2a为内设键槽2b的内空结构，键槽2b与花键2c相互咬合。本实施例中，计量泵5为往复式容积泵。

将本发明的双螺杆应用于挤出机中，即可实现薄膜的全双螺杆法挤出，具体步骤为：结合图7，原料经进料口3直接送入全双螺杆挤出机螺筒1内，在螺杆一21和螺杆二22的带动下向前移动，并在加热器7作用下熔融并混炼，熔体中的水汽和可分离细小杂质经排气口4被真空抽吸装置抽出，熔体在计量泵5赋予的压力作用下挤出，再经拉伸、牵引收卷后得到BOPET薄膜，牵伸收卷产生的边料经粉碎后直接作为原料再经进料口送回全双螺杆挤出机中继续加工。

本发明所提供的双螺杆结构中，螺杆一21和螺杆二22均由螺杆轴2c和螺杆单元2a构成，装配过程中，将内空结构的螺杆单元2a套装在长度适宜的螺杆轴2c上，同时螺杆单元2a内壁上的键槽2b与螺杆轴2c外壁上的花键2c相互咬合，即可形成螺杆一21、螺杆二22，螺杆一21与螺杆二22组成双螺杆2，并在双螺杆2外套装螺筒1，螺筒1外套装加热器8，在螺筒1的前端入口11处加装进料口3，螺筒1的后端通过熔体管道加装计量泵5，排气区设置排气口一41和排气口二42，排气口一41与排气口二42均与真空抽吸装置相连接，上述螺筒1、双螺杆2、进料口3、排气口4、计量泵5构成本实施例的挤出装置，计量泵5后通过过滤器以及熔体管道连接着模头6，模头6与激冷辊相连实现挤出装置与拉伸装置的连接安装，激冷辊后方为纵向拉伸部件，纵向拉伸部件后方通过横向拉伸部件与牵伸收卷装置相连。

通过加热器8控制双螺杆2上各段区的温度，进料区温度在100℃以下；熔融区温度为280℃；排气区温度为270℃，排气口一41和排气口二42处压强在30mbar以下；计量加压区温度为275℃，计量泵5实现压力控制，用于主挤出机时熔体表面压强为28±3bar，用于辅挤出机熔体表面压强为15±3bar，以确保熔体压力恒定，其余各部件的温度可参考普通BOPET的控制参数。

由于本发明中，双螺杆2的特殊结构解决了普通主挤出机必须对原料进行预处理才能生产BOPET薄膜的技术难题，本发明所提供的双螺杆不仅可应用做辅挤出机的小螺杆，也可应用做主挤出机的大螺杆，在BOPET薄膜生产过程中实现了全双螺杆法挤出，与常规的单螺杆串联方式相比，本发明每个挤出机组只需1台挤出机即可实现原料的供料、熔融、计量、挤出，工序和设备数量均得到简化；由于双螺杆2配置的有专用的排气口4，熔体熔融后其中所包含的水分以及微小杂质均可通过排气口4排出，因此，到达计量泵5的熔体中不再含有杂质和超标水分，原料无需进行特殊的干燥结晶，加工效率得到提高；牵伸收卷后所产生的边料直接粉碎后即可作为原料投入双螺杆2中即可进行挤出、拉伸、牵伸收卷形成BOPET薄膜。

Claims (6)

1.一种全双螺杆挤出机BOPET薄膜生产线，包括顺次连接的挤出装置、模头、拉伸装置和牵伸收卷装置，其特征在于：所述的挤出装置由螺筒、安装于螺筒内的双螺杆、设置于料筒上的进料口、排气口和计量泵构成，螺筒包括入口和出口，物料由入口进入螺筒，沿进料方向，螺筒内依次分为进料区、熔融区、排气区和计量加压区，计量泵位于计量加压区之后，进料口设置于螺筒入口处，排气口位于排气区内，并与真空抽吸装置相连接，进料口、排气口和计量泵分别与螺筒连通；螺筒外侧安装有加热器；双螺杆由相互平行的螺杆一和螺杆二构成，螺杆一与螺杆二相互咬合但不接触，两者在电机驱动下以相同方向旋转；螺杆一和螺杆二均由螺杆轴以及套装在螺杆轴上的若干个螺杆单元构成，螺杆轴上设置花键，螺杆单元为内设键槽的内空结构，键槽与花键相互咬合。

2.如权利要求1所述的一种全双螺杆挤出机BOPET薄膜生产线，其特征在于：所述的排气口包括排气口一和排气口二，排气口一和排气口二沿进料方向顺次设置。

3.如权利要求1所述的一种全双螺杆挤出机BOPET薄膜生产线，其特征在于：所述的计量泵为往复式容积泵。

4.如权利要求1所述的一种全双螺杆挤出机BOPET薄膜生产线，其特征在于：一种所述的拉伸装置包括激冷辊、纵向拉伸部件和横向拉伸部件。

5.一种采用具有权利要求1-4任一项全双螺杆挤出机进行BOPET薄膜全双螺杆挤出工艺，其特征在于：原料经进料口直接送入螺筒中，在螺杆一和螺杆二的带动下向前移动，并在加热器作用下熔融并混炼，熔体中的水汽和可分离细小杂质经排气口被真空抽吸装置抽出，熔体在计量泵赋予的压力作用下挤出，再经拉伸、牵引收卷后得到BOPET薄膜，牵伸收卷产生的边料经粉碎后直接作为原料再经进料口送回全双螺杆挤出机中继续加工。

6.如权利要求1所述的BOPET薄膜全双螺杆法挤出工艺，其特征在于：所述的排气口压强控制在5-15mbar，溶体压力上下浮动为3bar。