摘要：由于軟包裝行業(yè)的快速發(fā)展，意欲進(jìn)軍生產(chǎn)無(wú)菌軟包裝材料行業(yè)的生產(chǎn)廠商逐年呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。用于制造多層復(fù)合材料包裝的新設(shè)備。作為一種替代傳統(tǒng)包裝的新型包裝材料，應(yīng)用逐漸多樣化;但是還存在一定的問(wèn)題，比如軟包裝的剝離強(qiáng)度和耐熱性等性能影響到合成紙的性能與工藝優(yōu)化；軟包裝材料密度下降，單位面積增加，直接影響到產(chǎn)品的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性。而有效的高性能低能耗共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復(fù)合生產(chǎn)線的建立，促進(jìn)液體食品軟包裝質(zhì)量的控制，促進(jìn)產(chǎn)品的可持續(xù)發(fā)展。
　　關(guān)鍵詞：高性能；低能耗；共擠復(fù)合
　　
　　1.應(yīng)用需求
　　據(jù)有關(guān)資料顯示，全球消費(fèi)品的軟包裝市場(chǎng)高達(dá)300億美元。目前，紙塑鋁多層復(fù)合包裝材料在軟包裝行業(yè)中占有重要地位。世界上一些先進(jìn)國(guó)家，紙塑鋁多層復(fù)合材料占整個(gè)塑料包裝的33~44％，目前，在我國(guó)，軟包裝的發(fā)展速度要略高于總的國(guó)民生產(chǎn)的發(fā)展速度約為12-15%，其中紙塑鋁多層復(fù)合無(wú)菌紙包裝的年消耗量約為100億包的包材，售價(jià)約折合人民幣近40億元，而且也每年以20~30%的速度遞增，成為全球最大和發(fā)展最快的市場(chǎng)，但紙塑鋁多層復(fù)合無(wú)菌包裝在我國(guó)軟包裝制品中僅占10%，而發(fā)達(dá)國(guó)家占65%，我國(guó)軟包裝制品具有極大的發(fā)展空間，因此，研制較高自動(dòng)化控制系統(tǒng)水平的多層復(fù)合材料專用生產(chǎn)線市場(chǎng)前景光明。
　　1.1液體食品軟包裝的特點(diǎn)
　　共擠復(fù)合10層紙塑鋁軟包裝材料（如結(jié)構(gòu)為PE+MLLDPE/LDPE/印刷層/原紙/LDPE+納米材料/EAA/鋁箔/EAA/LLDPE/PE+MLLDPE的軟包裝材料），所生產(chǎn)的包裝材料具有阻隔性、保香性、耐熱性和食品安全性良好等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于鮮奶、果奶、酸奶、果汁、飲料等液態(tài)食品的無(wú)菌包裝。
　　2高性能低能耗共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復(fù)合生產(chǎn)線的工藝
　　擠出復(fù)合又稱涂復(fù)或淋膜，是廣泛使用的一種經(jīng)濟(jì)的復(fù)合薄膜方式，它是將聚乙烯等熱塑性塑料在擠出復(fù)合機(jī)中熔融，從扁平機(jī)頭中呈薄膜狀流出，在兩個(gè)緊密接觸的滾筒間將其壓向底材并經(jīng)過(guò)冷卻后制成復(fù)合薄膜的方法。擠出復(fù)合可以是單層復(fù)合，也可以多層一次性復(fù)合或多層多次復(fù)合,即共擠復(fù)合；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化較多。
　　高性能低能耗共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復(fù)合生產(chǎn)線(液體食品包裝用多層復(fù)合材料一次復(fù)合成型)的工藝如下：
　　印刷紙卷放卷→預(yù)熱處理→反面電暈處理→反面擠出復(fù)合塑料A、B層→正面電暈處理→正面擠出復(fù)合塑料C、D層（同時(shí)從第二放卷接入鋁箔一齊復(fù)合）→正面擠出復(fù)合塑料E、F、G層→整理→收卷。
　　3高性能低能耗共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復(fù)合生產(chǎn)線的建立
　　通過(guò)“節(jié)能、高效、精密”為關(guān)鍵，以裝備和技術(shù)以及相關(guān)理論的研究與開(kāi)發(fā),完成紙塑（鋁）多層軟包裝材料共擠復(fù)合成套生產(chǎn)線。其中“高效”是指要提高擠出速度，實(shí)現(xiàn)高速擠出，從節(jié)能角度看，就是要提高單位能耗成型軟包裝材料的長(zhǎng)度；而提高軟包裝材料中塑料膜層厚度的“精密度”可帶來(lái)明顯的節(jié)能效果。
　　紙塑（鋁）多層軟包裝材料共擠復(fù)合的生產(chǎn)設(shè)備規(guī)格，目前包裝材料幅寬都在1.2米以上，最大幅寬達(dá)2.3米以上。生產(chǎn)線速度高(，整線自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、速度、壓力、張力、厚度控制等控制系統(tǒng)全部集中數(shù)字化控制。生產(chǎn)出性能更好的紙塑（鋁）多層軟包裝材料，對(duì)設(shè)備的性能要求會(huì)更高。
　　3.1原料
　　擠出機(jī)使用樹(shù)脂：LLDPE、LDPE、PP、EVA、EAA、EMAA、SURLYN（沙林）、Nucrel（牢靠）等涂復(fù)級(jí)樹(shù)脂。
　　基材：a)主放卷基材：紙（60～400g/m²）等。
　　b)夾層：鋁箔。
　　3.2生產(chǎn)設(shè)備
　　本生產(chǎn)線為高性能低能耗共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復(fù)合生產(chǎn)線。
　　擠出復(fù)合的加工設(shè)備：擠出復(fù)合機(jī)組一般包括塑料擠出機(jī)、模頭、放卷部分（包括夾層放卷）、復(fù)合部分、收卷部分以及轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、張力自動(dòng)控制、放卷自動(dòng)糾偏、材料預(yù)處理、后處理等附屬裝置組成。，本公司公司自主研發(fā)的液體食品包裝用多層復(fù)合材料一次復(fù)合成型專用生產(chǎn)線，設(shè)備結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖。生產(chǎn)方向是右向左，擠出機(jī)是2-2-3(即：兩層-兩層-三層),從右邊的放卷到左邊最后的收卷，左邊的擠出機(jī)是“三層共擠擠出機(jī)”，由三個(gè)機(jī)筒及換網(wǎng)、分配器、一個(gè)T型模頭組成。
　　
　　
　　
　　1放卷;2擺動(dòng)糾偏機(jī)構(gòu);3復(fù)合座Ⅰ(反面)&電暈機(jī)Ⅰ;4電暈機(jī)Ⅱ;5預(yù)熱;6復(fù)合座Ⅱ&電暈機(jī)Ⅲ;7夾層放卷;8擺輥張力檢測(cè);9復(fù)合座Ⅲ;10監(jiān)控;1收卷;12擠出機(jī)-G;13擠出機(jī)-F;14擠出機(jī)-E;15擠出機(jī)-D;16擠出機(jī)-C;17擠出機(jī)-B;18.擠出機(jī)-A;19.主電柜
　　圖1高性能低能耗共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復(fù)合生產(chǎn)線示意圖
　　
　　主要性能參數(shù)如下：工作寬度:600～1350mm;擠出機(jī)：當(dāng)量直徑為φ90的螺桿最大擠出量為200kg/h；φ65的螺桿最大擠出量為100kg/h；第一放卷形式：氣動(dòng)夾緊氣脹軸式；最大直徑φ1600mm；最大張力70kg，7～200m/min全速度范圍自動(dòng)接料。第二放卷(夾層放卷)形式：最大直徑φ680mm；最大張力40kg，7～200m/min；全速度范圍使用鋁箔反面自動(dòng)接料。生產(chǎn)線速度：機(jī)械速度：200m/分鐘，工藝速度：150m/分鐘,由使用材料和工藝條件決定。
　　3.3工藝流程
　　3.3.1收、放卷
　　放卷裝置：巧妙地對(duì)基材的張力進(jìn)行調(diào)整是放卷部的必要條件。安裝有邊位控制器（如
　　EPC），調(diào)節(jié)基材的偏移。
　　收卷裝置：型式與放卷部相同，但必須對(duì)應(yīng)一定的卷繞直徑，并安裝有張力調(diào)節(jié)輥，通過(guò)調(diào)節(jié)張力和壓力來(lái)控制控制收卷的張緊程度。
　　3.3.2預(yù)熱處理
　　在復(fù)合工序前，通過(guò)預(yù)熱輥里熱油的加熱,把經(jīng)過(guò)的薄膜進(jìn)行加熱（70～80℃），令與流涎膜、基材等復(fù)合后變成粘合牢固的復(fù)合膜。
　　熱輥壓合孔口處理裝置:在生產(chǎn)線上，我們做了一個(gè)改善，在預(yù)熱輥處安裝了孔口壓平裝置，使待產(chǎn)產(chǎn)品的基材上的孔口在進(jìn)入復(fù)合前，先被壓平，這樣一來(lái)，既減少了紙基材上粗糙的孔口對(duì)硅膠輥的磨損，其孔口處采用特殊處理，增強(qiáng)了阻隔性及特殊防滲效果，降低了設(shè)備維護(hù)的投入，而且生產(chǎn)速度提高了25%，生產(chǎn)效率得到進(jìn)一步提高。
　　3.3.3電暈處理
　　為了取得良好的粘合效果，從電暈機(jī)內(nèi)發(fā)生器產(chǎn)生的電火花將塑料膜進(jìn)行電暈處理，從表面凹凸使其在復(fù)合機(jī)的復(fù)合工序中，與流涎膜、基材等加緊粘合度。
　　3.3.4擠出機(jī)
　　擠出成型系統(tǒng)是把塑料由粒狀通過(guò)高溫加工變成流體，然后從T型模頭均勻擠出的整套設(shè)備�？梢允菃螌樱瑑蓪庸矓D，三層共擠或多層共擠。
　　3.3.5二放（夾層）放卷
　　二放卷裝置：鋁箔正反面高速自動(dòng)接換料。為了適應(yīng)多層擠出復(fù)合的需要，一般需要安裝第二放卷裝置。使擠出復(fù)合設(shè)備的生產(chǎn)真正意義上實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)生產(chǎn)，大幅度提高了生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度與生產(chǎn)效率，節(jié)約了大量的人力與物力的浪費(fèi)。在擠出復(fù)合行業(yè)的發(fā)展中，并且使產(chǎn)品使用具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
　　3.3.6復(fù)合
　　復(fù)合部分主要是由冷卻輥、壓輥、背壓輥、剝離輥等組成。合上壓輥（即硅膠輥），冷卻輥和壓輥對(duì)需要復(fù)合的基材和擠出淋膜進(jìn)行復(fù)合加壓，同時(shí)，，由于冷卻輥和壓輥的相互反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使具有一定高溫度的基材和熱熔的淋膜有機(jī)復(fù)合，生產(chǎn)出剝離強(qiáng)度較強(qiáng)、厚度均勻的多層擠出復(fù)合產(chǎn)品。
　　4高性能低能耗共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復(fù)合生產(chǎn)線的設(shè)備特點(diǎn)
　　主要?jiǎng)?chuàng)新突破點(diǎn)：
　　a.集成創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)紙塑（鋁）多層軟包裝材料的節(jié)能、高效和精密的共擠復(fù)合；
　　b.基于能量動(dòng)態(tài)平衡節(jié)能技術(shù)的三層共擠擠出機(jī)節(jié)能新結(jié)構(gòu)。
　　總體技術(shù)達(dá)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先或國(guó)際先進(jìn)水平。
　　4．1節(jié)能
　　因?yàn)槲覈?guó)這類生產(chǎn)線的關(guān)鍵裝備和技術(shù)曾一直較落后，主要表現(xiàn)在其中的關(guān)鍵裝備——擠出機(jī)和機(jī)頭的性能，包括熔融塑化、混煉、擠出產(chǎn)量、流動(dòng)均勻性、能耗、熱穩(wěn)定性和熱變形等。
　　根據(jù)“混沌混煉塑化理論”，高分子材料在擠出機(jī)的熔融塑化過(guò)程中產(chǎn)生了分流、對(duì)流、增壓–減壓、延伸、剪薄、壓延等多種混沌混煉效應(yīng)，形成了“固體顆粒–熔體混合物”，這種熔融過(guò)程具有熔融速率較高、高效率的混煉，共混效率隨混煉時(shí)間成冪指數(shù)增加，熔融消耗功率較低、熔體平均溫度較低以及混煉和溫度分布較均勻等優(yōu)點(diǎn)，因此可大幅度提高擠出產(chǎn)量；同時(shí)其混沌混煉產(chǎn)生的熱能被完全充分利用，外加熱補(bǔ)充的熱能也全部利用，而生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有機(jī)筒冷卻風(fēng)機(jī)（風(fēng)機(jī)還要耗電去冷卻）反而利用保溫材料防止熱能的損失和溫度自動(dòng)補(bǔ)償控制也得到完全的吸收，建立熔融塑化能量平衡，機(jī)筒加熱器外設(shè)置保溫材料是其擠出機(jī)節(jié)能的外在特征，大大提高了熔體流動(dòng)的均勻性和包裝薄膜厚度的均勻性，從而實(shí)現(xiàn)了優(yōu)良的節(jié)能效果。
　　4．2材料成本降低
　　4.2.1材料成本分析
　　在同樣制品寬度為W、長(zhǎng)度為L(zhǎng)相同條件下，通過(guò)對(duì)目前同類二共擠復(fù)合材料樣本1結(jié)構(gòu)EAA9μm/LDPE+MLLLDPE18μm、樣本2結(jié)構(gòu)EAA10μm/LDPE+MLLLDPE20μm和本項(xiàng)目研究三共擠復(fù)合材料樣本3結(jié)構(gòu)EAA6μm/LDPE18μm/LDPE+MLLLDPE（20%）6μm、樣本4結(jié)構(gòu)EAA9μ-LDPE9μ-（LDPE+MLLLDPE20%）9μm進(jìn)行比較：
　　二共擠復(fù)合材料材料樣本1的成本
　　=第1層材料1厚度×寬度×長(zhǎng)度×材料1密度×材料1單價(jià)+第2層材料2厚度×寬度×長(zhǎng)度×材料2密度×材料2單價(jià)
　　=9×10-6×W×L×0.95×103×27+18×10-6×(W×L×0.915×103×18×50%+W×L×0.91×103×32×50%)
　　=0.23085WL+0.4559WL=0.68675WL（元）
　　二共復(fù)合材料材料樣本2的成本
　　=第1層材料1厚度×寬度×長(zhǎng)度×材料1密度×材料1單價(jià)+第2層材料2厚度×寬度×長(zhǎng)度×材料2密度×材料2單價(jià)
　　=10×10-6×W×L×0.95×103×27+20×10-6×(W×L×0.915×103×18×50%+W×L×0.91×103×32×50%)
　　=0.2565WL+0.1647WL+0.2912=0.7142WL（元）
　　三共復(fù)合材料材料樣本3的成本
　　=第1層材料1厚度×寬度×長(zhǎng)度×材料1密度×材料1單價(jià)+第2層材料2厚度×寬度×長(zhǎng)度×材料2密度×材料2單價(jià)+第3層材料3厚度×寬度×長(zhǎng)度×材料3密度×材料3單價(jià)
　　=6×10-6×W×L×0.95×103×27+18×10-6×W×L×0.94×103×18+6×10-6×〔（W×L×0.94×103×18)×80%+（W×L×0.91×103×32)×20%〕
　　=0.1539WL+0.29646WL+0.114WL=0.56436WL（元）
　　三共復(fù)合材料材料樣本4的成本
　　=第1層材料1厚度×寬度×長(zhǎng)度×材料1密度×材料1單價(jià)+第2層材料2厚度×寬度×長(zhǎng)度×材料2密度×材料2單價(jià)+第3層材料3厚度×寬度×長(zhǎng)度×材料3密度×材料3單價(jià)
　　=9×10-6×W×L×0.95×103×27+9×10-6×W×L×0.94×103×18+9×10-6×〔(W×L×0.94×103×18)×80%+（W×L×0.91×103×32)×20%〕
　　=0.23085WL+0.14823WL+0.1710WL=0.55008WL（元）
　　從可以看出，三共復(fù)合材料成本與二共擠復(fù)合材料成本分析見(jiàn)表1。
　　表1材料成本分析一覽表
　　復(fù)合材料 材料成本
　�。ㄔ�） 與樣本1比較（%） 與樣本2比較（%）
　　二共復(fù)合材料 樣本1 0.68675 —— ——
　　 樣本2 0.71420 —— ——
　　三共復(fù)合材料 樣本3 0.56436 17.8% 21.0%
　　 樣本4 0.55008 20.0% 23.0%
　　注：設(shè)定W=1，L=1條件下的單位成本。
　　4.2..2實(shí)驗(yàn)分析結(jié)論
　　通過(guò)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行測(cè)試、分析和實(shí)驗(yàn)研究，綜合以上結(jié)果及分析，可以看出，公司實(shí)際生產(chǎn)出的擠出復(fù)合材料（結(jié)構(gòu)為紙220g/㎡/LDPE8μ-LDPE7μ/AL6.3μ/EAA9μ-LDPE9μ-（LDPE+MLLLDPE20%）9μm）的分層效果、薄膜均勻度及剝離強(qiáng)度上均達(dá)到要求，故采用的原材料組合EAA9μ-LDPE9μ-（LDPE+MLLLDPE20%）9μm的性能最優(yōu)和價(jià)格最廉，可以為以后生產(chǎn)高性能包裝材料提供指導(dǎo)。
　　4.3新型動(dòng)態(tài)調(diào)幅機(jī)構(gòu)
　　新開(kāi)發(fā)的新型動(dòng)態(tài)調(diào)幅機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)擠出機(jī)在線調(diào)節(jié)擠料邊幅，可同時(shí)控制邊幅寬度和邊部厚度，達(dá)到部分材料復(fù)合后，不用切邊的目的。從而可減少因切除邊料而造成的材料巨大浪費(fèi)，同時(shí)也減少了處理邊料的投入，為用戶節(jié)省大量的生產(chǎn)材料，直接或間接的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。
　　4.4模頭氣隙電動(dòng)調(diào)整功能
　　該生產(chǎn)線整機(jī)采用三套共擠成型系統(tǒng)聯(lián)線生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)液體食品包裝用10層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料一次成型，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)成本低，效率高，經(jīng)濟(jì)效益可觀。同傳統(tǒng)的工藝相比，效率可提高3-5倍，成本可節(jié)約20%-30%；而且設(shè)備購(gòu)置成本極低，性價(jià)比比傳統(tǒng)設(shè)備高50%，產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量可靠，復(fù)合后剝離強(qiáng)度、均勻度、熱封性能、阻隔性能等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)水平，成品率達(dá)97%，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
　　4.5達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)
　　（1）節(jié)能：總裝機(jī)功率由目前同類高檔生產(chǎn)線1250kW左右降低到1030kW左右，即整線的能耗降低約20%；擠出機(jī)單耗降低到0.13～0.15kW/(kg/h)。
　　（2）節(jié)材：本項(xiàng)目三共擠生產(chǎn)線材料EAA6μm/LDPE18μm/MLLDPE6μm為目前同類兩共擠出生產(chǎn)線材料EAA10μm/MLLDPE20μm節(jié)約材料成本20%以上。
　�。�3）擠出膜厚度均勻度：擠出膜厚度誤差由目前同類高檔共擠復(fù)合生產(chǎn)線的±5~10μm降低至±3～5μm。
　�。�4）復(fù)合膜剝離強(qiáng)度：≥2N/15mm（對(duì)EAA/LLDPE/PE+MLLDPE）。
　　本項(xiàng)目完成后，第（1）項(xiàng)節(jié)能效果明顯，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，第（2）、（3）、（4）項(xiàng)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，每年可銷售3～4條生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)年新增產(chǎn)值2000萬(wàn)元，年出口創(chuàng)匯100萬(wàn)美元。
　　4.6達(dá)到的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
　　每年平均生產(chǎn)按6條生產(chǎn)線計(jì)算，預(yù)計(jì)能拉動(dòng)食品無(wú)菌包裝、軟包裝相關(guān)材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益近20億元。由于輝隆公司的設(shè)備價(jià)格遠(yuǎn)低于進(jìn)口設(shè)備，可為用戶節(jié)約設(shè)備購(gòu)置成本約21,000萬(wàn)元（按進(jìn)口設(shè)備每條生產(chǎn)線平均4,000萬(wàn)元人民幣，輝隆公司每條生產(chǎn)線平均500萬(wàn)元人民幣計(jì)）。每年共可節(jié)電5184千度/年，相當(dāng)于每年節(jié)約2032噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
　　5高性能低能耗共擠雙向拉伸聚丙烯合成紙生產(chǎn)線的發(fā)展前景
　　一個(gè)時(shí)期內(nèi)，中國(guó)塑料機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)主要將朝著組合結(jié)構(gòu)、專用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、復(fù)合化、微型化、大型化、個(gè)性化、智能化方向發(fā)展，同時(shí)要滿足節(jié)能、節(jié)材、高效的要求。在擠出機(jī)、擠出機(jī)生產(chǎn)線方面，總的發(fā)展趨勢(shì)是，也將朝著高效、節(jié)能、環(huán)保、大型、精密、多層的方向發(fā)展，盡快提高現(xiàn)有產(chǎn)品的技術(shù)含量和產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性，并提高了設(shè)備有效作業(yè)率。
　　總之，我國(guó)共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復(fù)合生產(chǎn)線正朝著節(jié)能、超精密成型和高性能方向發(fā)展，本文的研究可以為十層高性能低能耗紙塑（鋁）多層軟包材產(chǎn)品性能的改善提供了依據(jù)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)共擠出過(guò)程的自動(dòng)化控制、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的目的。