PE基吹塑薄膜用途工艺配方设计Word格式文档下载.docx
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KeyWords:
PE;
blowmoulding;
film;
processdesign
VI
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章文献综述 1
1.1概述 1
1.2吹塑薄膜成型方法 2
1.2.1平挤上吹法 2
1.2.2平挤平吹法 3
1.2.3平挤下吹法 3
1.3吹塑薄膜的发展 4
1.3.1吹塑薄膜的发展史及发展方向 4
1.3.2吹塑薄膜的新进展 4
1.4设计特点和优缺点 5
1.5课题的意义和主要的设计内容 7
1.5.1课题的意义 7
1.5.2主要设计内容 7
1.6本章小结 7
第二章聚乙烯基吹塑薄膜的用途 8
2.1吹塑薄膜的用途 8
2.2PE基吹塑薄膜在农业中的应用 8
2.2.1地膜 8
2.2.2无滴大棚膜 9
2.3PE基吹塑薄膜在日常生活中的应用 9
第三章配方设计 11
3.1配方设计的原则 11
3.2PE基材选择 11
3.2.1LDPE 12
3.2.2HDPE 12
3.2.3LLDPE 12
3.3光稳定剂选择 15
3.4抗氧剂选择 17
3.4.1多功能团抗氧剂及亚磷酸酯辅助抗氧剂 17
3.4.2二元酚及半受阻酚抗氧剂 18
3.4.3胺类抗氧剂 18
3.5防雾滴剂 19
3.6填充改性剂选择 20
3.7无滴大棚膜的配方确定 21
第四章生产工艺和设备 22
4.1生产工艺 22
4.1.1总生产工艺 22
4.1.2造粒工艺 22
4.1.3成型工艺 23
4.2成型设备 23
4.2.1加料装置 23
4.2.2挤出机 24
4.2.3吹膜机头 24
4.2.4口模 27
4.2.5冷却装置 27
4.2.6人字架 28
4.2.7牵引辊 28
4.2.8卷取装置 28
4.3成型工艺条件及参数 29
4.3.1挤出机温度 29
4.3.2吹胀比 29
4.3.3牵引比 30
4.3.4口模尺寸 30
4.3.5牵引速度 30
4.3.6露点 31
第五章生产工艺计算 32
5.1物料衡算 32
5.1.1工作时间的确定 32
5.1.2薄膜制品规格的确定 33
5.1.3薄膜生产速度的确定 33
5.1.4各个过程的产量及损失和废品的计算 33
5.1.5各物料用量 35
5.2能量衡算 36
5.2.1热量衡算的基本步骤 37
5.2.2能量转换关系图 37
5.2.3热量衡算的计算公式 37
5.2.4挤出机部分能量衡算 37
5.2.5风环冷却部分热量衡算 39
第六章设备选型 40
6.1设备选型的原则 40
6.2造粒机组 40
6.2.1高速捏合机 40
6.2.2薄膜破碎机 41
6.2.3辊压机 42
6.2.4平板切粒机 42
6.3挤出吹塑机组 43
6.3.1鼓风加料机 43
6.3.2单螺杆挤出机的基本参数 44
6.3.3风环 45
6.3.4卷取切割装置 46
6.3.5鼓风机 46
第七章车间设计 48
7.1车间的基本组成 48
7.2车间设计的原则 48
7.2.1生产工艺要求 48
7.2.2设备的安装、检修及对建筑的要求 48
7.2.3安全和其它要求 49
7.3车间设计的形式 49
7.3.1车间厂房整体布置的形式 49
7.3.2车间厂房的平面轮廓和楼层布置 49
第八章生产环境与安全 51
8.1采暖和通风 51
8.2安全防火 51
8.3环境影响 51
参考文献 53
致谢 55
第一章文献综述
1.1概述
论文研究的是PE基吹塑薄膜用途、工艺与配方设计。
聚乙烯树脂是乳白色半透明至不透明的热塑性树脂,是由乙烯加聚而成的高分子化合物，聚乙烯产品发展至今已有60多年的历史，全球PE产量目前居五大泛用树脂之首。
当前世界聚烯烃聚合物产量中，PE占65%，而占总塑料产量的30%以上，为最大的通用塑料产品之一。
聚乙烯的性质是无臭无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，耐大多数酸和碱的侵蚀。
常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，具有优良的电绝缘性[1]。
聚乙烯依聚合方法、分子量高低、链结构之不同，一般分为高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）和线性低密度聚乙烯（LLDPE）。
低密度聚乙烯俗称高压聚乙烯，其密度较低，质地较软，主要用于塑胶袋、农业用膜等。
高密度聚乙烯俗称低压聚乙烯，与
LDPE及LLDPE相比较，有较高的耐温性、耐油性、耐蒸汽渗透性及抗环境应力开裂性，此外电绝缘性和抗冲击性及耐寒性能很好，主要应用于吹塑、注塑工艺等领域。
线型低密度聚乙烯，是乙烯和少量高级Α-烯烃在催化剂作用下聚合而成的共聚物。
LLDPE与
LDPE外观相似，但透明性较差些，表面光泽好，具有低温韧性、高模量、抗弯曲性和耐应力开裂性，低温下抗冲击强度较好等优点[2]。
由于市场对各种功能性薄膜等的强烈需求以及共挤技术的持续发展，近年来挤出吹塑薄膜得到了迅猛发展。
吹塑成型仅适用于热塑性塑料，例如聚乙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和工程塑料如聚碳酸酯等。
PE树脂经过挤出机熔融塑化后，在管状模具中挤出，然后通入压缩空气，将其吹胀，同时通过牵引机架上的牵引辊夹紧进行高速拉伸，拉伸速度要高于口模流出速度，以获得纵向取向。
风冷却环将冷风吹向膜外表面，使膜泡冷却，并在牵引膜泡周围空气中继续冷却下定型，被人字板压叠成宽度等于膜管周长一半的双层薄膜，最后对拉伸后的PE薄膜进行卷取[3]。
吹塑薄膜成型加工过程大致可以分为四个阶段：
（1）熔融塑化利用挤出机或注塑机使原料熔融；
（2）型坯成型利用挤出机机头和口模或注塑模具成型薄壁管坯；
（3）吹塑成型利用辅助的空气压缩机提供压缩空气吹胀管坯；
（4）利用空气喷吹或其他特殊方法使薄膜冷却固化[4]。
59
1.2吹塑薄膜成型方法
聚乙烯吹塑薄膜（IPE），即采用挤出吹塑成型的聚乙烯薄膜。
挤出吹塑法是生产塑料薄膜最常用的方法，又称管膜法、泡管法或吹胀法。
其产品一般称为“吹塑薄膜”，可生产10～300μm厚度的薄膜。
薄膜挤出吹塑法根据挤出方向和引膜方向可分为平挤上吹法，平挤平吹法和平挤下吹法三种。
此外还有采用立式挤出机的竖挤上吹法和竖挤下吹法。
其中平挤上吹法应用最为广泛[5]。
1.2.1平挤上吹法
1.平挤平吹法的定义
该法是使用直角机头，即机头出料方向与挤出机垂直，机头的出料方向与挤出成型机料筒中物料流动方向垂直，挤出管坏向上，牵引至一定距离后，由人字板夹拢，所挤管状由底部引入的压缩空气将它吹胀成泡管，并以压缩空气气量多少来控制它的横向尺寸，以牵引速度控制纵向尺寸，泡管经冷却定型就可以得到吹塑薄膜。
2.平挤平吹法的特点
（1）平挤上吹法的生产线占地面积小，挤出机安装在地面上，不需要操作台，操作方便；
整个膜泡挂在上部已冷却的坚韧段上，膜泡运行平稳，可得到厚度范围和幅度范围较大（直径为10m以上）的薄膜。
（2）厂房高度要高，管泡周围的热空气向上，而冷空气向下，对管泡的冷却不利，影响冷却效果；
物料在机头拐90°
的弯，增加了料流阻力。
（3）该法应用广泛，特别是聚氯乙烯和聚乙烯的宽幅薄膜多用此法加工。
图1-1平挤上吹法工艺流程图
1.2.2平挤平吹法
该法使用与挤出机螺杆同心的平直机头，泡管与机头中心线在同一水平面上的流程称平挤平吹法。
（1）平吹法引膜容易、操作比较方便、辅机结构简单。
（2）占地面积大，膜泡上下部冷却不均匀，且膜管因自重下垂影响厚度均匀性。
（3）适用于吹制生产小口径薄膜的聚乙烯、聚氯乙烯薄膜产品和热收缩薄膜。
图1-2平挤平吹法工艺流程图
1.2.3平挤下吹法
1.平挤下吹法的定义
该法使用直角机头，泡管从机头下方引出的流程称平挤下吹法。
2.平挤下吹法的特点
（1）下吹法牵引方向与热气流相反，有利于薄膜的冷却，生产线速度较高产量较高；
膜泡靠自重下垂而进入牵引辊，引膜容易。
（2）整个膜管挂未冷却定型的塑性段上，牵引不稳定，易将膜管拉断；
设备安装位置高，不便于维修。
一般与水冷方式相联系。
（3）适用于熔融黏度较低或需要急冷的塑料如聚酰胺、聚丙烯等，以骤冷减少结晶度，提高透明度[6-7]。
图1-3平挤下吹法工艺流程图
1.3吹塑薄膜的发展
1.3.1吹塑薄膜的发展史及发展方向
现代塑料吹塑技术兴起于20世纪30年代。
自50年代以来，由于聚合物加工工艺技术的发展以及适用于聚乙烯、聚氯乙烯和热塑性聚酯等的大规模生产，进一步促进了软塑技术的迅速发展和革新。
2005年我国企业塑料制品总产量达到2198.6万吨，其中薄膜总产量达到442.20万吨，同比增长14.06%，占塑料制品总产量的1/5以上，是主要的塑料制品之一。
在塑料薄膜中，挤出吹塑薄膜发展迅速，尤其是共挤吹塑薄膜近年来的发展形势喜人，十五初期双向拉伸薄膜和共挤薄膜（共挤吹塑薄膜和共挤流延薄膜）产量的比例大约为9:
1，而经过十五期间的发展，这一比例变为3：
1（国外是3:
2）。
在塑料包装材料“十一五”发展规划建议（初稿）中，明确提出了要大力发展多层共挤技术设备，提高多层共挤薄膜的比重，以适应包装市场的需要。
多层共挤在欧洲所占的市场份额快速增长。
多层共挤薄膜在十五年前大约占所有吹塑薄膜的市场比例的20%～25%，但现在该数字的是之前的两倍。
现在所有新安装的挤出生产线的80%～90%为多层共挤生产线，而且所有现象表明多层共挤薄膜的市场占有率还将进一步增加。
未来，层数增多仍是发展方向，而单层的产品正在遭到淘汰。
现阶段正是五层替代三层的阶段，五层结构不但降低了薄膜的成本，而且使得聚烯烃的性能得到了很大的提
高。
相信，随着吹塑薄膜设备不断改进，薄膜性能的提高，其应用领域将越来越宽广[9-10]。
1.3.2吹塑薄膜的新进展
挤出吹塑薄膜的发展得益于吹塑薄膜用新型树脂的出现使吹塑薄膜品种不断增加，同时还得益于挤出技术及挤出设备（整机和辅机）的不断创新，使吹塑薄膜的性能和质量不断提高，满足更多、更高的市场需求。
1.吹塑薄膜品种不断增加
常见的吹塑薄膜主要有聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、EVA薄膜和聚酰胺薄膜等。
近几年来，通过成型技术、配方改进、装置开发等的提高，开发出来许多新的吹塑薄膜，如PP吹塑薄膜、PVA吹塑薄膜、PLA吹塑薄膜、UHMW-PE吹塑薄膜、PVF吹塑薄膜、
PS吹塑薄膜。
2.吹塑薄膜生产线的发展
这几年来吹塑薄膜生产线发展的主要特点是速度快、效率高和模块化。
第一台9层共挤的水冷AquaFrost吹塑薄膜生产线由宾顿工程公司在北美售出。
还有5条该公司的
5～10层共挤生产线在全球各地被投入使用，两条10层共挤生产线分别被中国和欧洲订购。
Aquafrost生产的薄膜与吹塑的PE阻透膜相似，但产量要高出1.5～2倍。
Windmoeller&
Hoelscher公司推出了单层、多层共挤和阻透薄膜用的VAREX模块式吹塑薄膜生产线，能够完全满足特定的要求，包括品种不断增加的多种塑料薄膜——从0.008mm的高密度聚乙烯衬膜到EVOH厚0.002mm的7层阻透薄膜（火腿包装用）。
这种模块式吹塑薄膜生产线所采用的模块有OPTIFILP2自动薄膜厚度控制装置、膜泡内冷装置、带水平转动棒的牵引系统、重量计量控制系统等，每个模块都有其独特的功能，其中的创新性机头采用的是锥形盘中心叠加，薄膜各层分布更为均匀[11-12]。
1.4设计特点和优缺点
塑料薄膜就其成型方式而言，主要分为挤出法和压延法两大类，而挤出法又分为挤出吹塑和挤出流延两种。
流延法就是将树脂挤出机熔融塑化，从机头通过狭缝型模口挤出，使熔料紧贴在冷却辊筒上，然后再经过剥离、拉伸、分切、卷取即得到流延膜。
流延法的生产速度较高，可以高达60～80m/min，直接紧贴在辊筒上，冷却效果好，生产的薄膜透明性好，但因为流延法是采取垂直作业，所以操作更复杂、困难，产品厚度不均匀。
图1-4流延法生产工艺示意图
压延法就是将加热塑化的热塑性塑料通过一系列加热的压辊，使其连续成型为薄膜或片材的一种成型方法。
压延法的产量高，产品质量好，但工艺设备复杂，投资较大。
图1-5压延法生产工艺示意图
吹塑法是将树脂经挤出机熔融塑化，从机头垂直向上引出，经吹胀后由人字板导入牵引辊，再经导向辊及卷取装置得到成品。
与挤出流延和压延法相比，挤出吹塑设备投资少，占地面积小，薄膜纵横向性能较均衡[13-14]。
表1-1 塑料薄膜成型方式比较
吹塑法 流延法 压延法
说明：
树脂经挤出机熔融塑化，从环形机头垂直向上引出，经吹胀后由人字板导入牵引辊，再
说明：
树脂经挤出机熔融塑化，从机头通过狭缝型模口挤出，使熔料紧贴在冷却辊筒上，
将加热塑化的热塑性塑料通过一系列加热的压辊，使其连续
经导向辊及卷取装置得到成品。
然后再经过剥离、拉伸、分
切、卷取即得成品。
成型为薄膜或片材的一种成型方法。
优点：
1、设备简单，占地面积小，投资少，收效快；
2、机台的利用率高，可生产多种规格的产品；
3、薄膜的纵横向性能较均衡；
4、操作简单，工艺控制容易。
缺点：
1、薄膜厚度均匀性差；
优点：
1、生产速度较高；
2、薄膜透明性比吹胀法好；
3、薄膜的纵横向性能均衡；
4、热封性能好，受热时的收缩性最小；
5、可生产厚度很小的薄膜。
1、垂直作业，操作较复杂；
1、生产的薄膜密度大，厚度均匀性最佳；
2、生产的薄膜厚度范围
大，薄膜质量好；
3、加工能力大，生产速度快，生产连续。
缺点；
1、工艺设备复杂，投
2、挤出线速度低，产量不高。
2、薄膜不平整，厚度均匀性
较差，强度较低；
3、无法生产1.5mm厚度以上产品。
资较大；
2、维修较复
杂；
3、制品宽度受辊筒长度的限制[15-16]。
1.5课题的意义和主要的设计内容
1.5.1课题的意义
完成聚乙烯基吹塑薄膜的用途、工艺和配方设计，在设计过程中涉及到聚乙烯薄膜的用途确定，根据实际用途对生产原料和添加剂的进行选择和作用说明，工艺设计，确定最佳生产流程和工艺参数，完成物料衡算、热量衡算，设备的选型和车间设计等内容。
通过这样完整的毕业设计工作，综合运用大学四年的专业知识，解决生产实际问题，掌握一名工程技术人员在生产和设计中应有的综合素质。
同时，能够系统、全面、严格的训练本人的综合能力，有助于提高专业技术素质，提高独立思考、学习的能力；
有助于培养综合运用基本理论。
1.5.2主要设计内容
本论文拟在以下几个方面进行设计：
（1）吹塑薄膜在国民生产，日常生活的应用；
聚乙烯基吹塑用料粒的原辅料选择。
（2）PE基吹塑薄膜的生产工艺流程及工艺参数条件的选择，几种工艺参数对吹塑薄膜的影响。
（3）主要的吹塑设备介绍，设备选型及车间设计。
（4）环境影响和安全。
1.6本章小结
本章介绍了吹塑薄膜的基本加工过程，吹塑薄膜的常用方法，发展史和发展方向，说明了薄膜的三种成型方法和特点。
最后总结了课题的意义及主要的研究工作。
第二章聚乙烯基吹塑薄膜的用途
第2章 聚乙烯基吹塑薄膜的用途
2.1吹塑薄膜的用途
吹塑薄膜的用途十分广泛，广泛应用在工业、农业、日常生活的各个方面。
包装薄膜可以制成各种类型的提袋和包装袋，如各种日用品的包装袋，以及化肥包装用的内衬袋等，被广泛用于食品、纺织、轻工、化工等产品的包装。
使产品具有防尘、防湿和防腐等功能，可采用适当的加工工艺，选取相应的树脂品种，并可以达到理想的强度、透明度、柔软度、收縮性、印刷性能、阻隔性能等。
故薄膜是挤出成型加工的一大类产品，成为塑料制品中产量最大的品种之一，品种也很多。
在一部分国家，塑料薄膜占全部塑料制品总产量的15%～20%左右，约占挤出加工产品的1/3。
同时，吹塑薄膜在塑料薄膜中占着至关重要的地位。
薄膜是聚乙烯的一种重要应用产品。
有10%以上HDPE（在美国约17%，西欧约18%，日本约30%）用于薄膜，主要用于重包装薄膜、抗撕裂膜等是因为其强度高；
用于制造薄膜的LLDPE占全球每年生产的LDPE的50%以上，可用于用于食品、蔬菜、自粘、收缩、垃圾袋等轻型包装薄膜，以及农地膜、大棚膜、保鲜膜等；
有70%以上LLDPE用于生产薄膜，广泛应用于保鲜膜、包装膜、垃圾袋、缠绕膜、收缩膜、超薄农用膜等是
因为其有延伸性好、拉伸高、耐穿刺、耐环境应力开裂、耐低温冲击性好等优点，改善加工性能，通常与LDPE共混制膜。
2.2PE基吹塑薄膜在农业中的应用
我国是农业大国，因此也是世界上使用农用薄膜最多的国家，农用聚乙烯薄膜在我国有四十几年的历史。
吹塑是农用薄膜的最主要成型工艺，棚膜和地膜是其主要品种。
良好的耐候性、光稳定性、保温性和良好的力学性能是农膜的必要性能，因此需要加入稳定剂、防老化剂和防雾滴剂，广泛用于制造温室和育苗。
2.2.1地膜
地膜，即地面覆盖薄膜，通常是无色透明或黑色PE薄膜，也有红外膜、银色膜、紫色膜等有色薄膜。
用于各类农作物和经济作物的栽培及早稻育秧的地面覆盖，来提高土壤温度，保持土壤水分，维持土壤结构，防止害虫侵袭作物和某些微生物引起的病害，促进植物生长的功能。
地膜地膜覆盖蔬菜栽培技术具有很多优点。
（1）提高土壤温度：
覆盖地膜后，塑料薄膜透光率较高，太阳光直接穿过过地膜辐
射在土壤上，转化成热能。
由于地膜表面所结的水珠阻隔土壤辐射放热，并把地面散失的热量向土壤深层传导，因此地膜覆盖下的土壤温度一般高于无地膜露地。
土壤温度升高，使温度适合农作物根系生长的环境条件，促使蔬菜成熟、高产、优质。
（2）增强土壤保水作用：
土壤中的水分常因蒸发而散失，水分的利用率很低。
覆盖地膜可使土壤表层有一层不透水的阻隔，土壤水分蒸发受到阻挡，水分蒸发量大大减少。
此外，地膜使大部分水在膜下循环，有利于水分在土壤中长期贮存、提高了土壤的保水性。
（3）有利于土壤性状改善：
地膜覆盖在土壤表面，防止雨水使土壤表面板结，使地膜下的耕作层能较长时间的疏松状态，有效的防止了板结，有利于土壤水、气、热的协调，保护根系正常生长。
地膜覆盖后土壤温度升高、湿度稳定，有利于土壤微生物活动，加速有机质分
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