第五节　挤出-铸片系统

目前，一般铸片的方法有两种，即聚合物在聚合后进行直接铸片法和聚合物切片经挤出重熔制片法。这两种方法的主要区别在于熔融塑料生成的方法不同。

因此，经挤出机熔融塑化均匀的树脂熔体，经过滤器挤压到机头，借助机头内阻流器（衣架型模头），将熔体均匀分配到模唇各点，挤出形成熔体膜，然后经过急冷辊冷却成膜片待用。

一般挤出-铸片的工艺条件为：挤出机输送段温度200～220℃，熔融塑化段温度220～260℃，均化段温度240～260℃，过滤器（网）温度250～265℃，熔体线温度240～250℃，急冷辊温度20～30℃。

铸片方法的优点是：它省掉了原料再次输送、配料、混合、预干燥、干燥、挤出等一系列的加工过程，大大简化了后加工的工艺流程，更主要的是由于它不需要二次熔融，减小了聚合物降解反应，对于提高双向拉伸塑料薄膜的物理、机械、电气等性能十分有利。此外，这种铸片方法还明显地节省后加工设备的投资费用，减少能量消耗、物料损耗。

铸片方法的缺点是：如果把合成系统全部包括在内，整个生产装置一次性投资非常大，生产技术更为复杂，所用生产设备不单单要满足成膜的需要，而且还必须解决一旦薄膜生产过程中出现故障，要及时转化和利用合成树脂的问题。此外，这种方法不便于更换产品品种，薄膜生产具有很大的局限性。

但是，目前绝大多数双向拉伸塑料薄膜的生产厂，并不选用聚合后直接铸片的工艺路线，而选用类似于图2-17的挤出铸片再拉伸的方法来生产拉伸薄膜。

挤出铸片法是利用挤出机螺杆旋转产生的压力和剪切力，利用物料与机筒、螺杆的摩擦热和机筒外部传入的热量，将聚合物进行充分地塑化、混合、均化并强行通过机头的口模，在冷却转鼓上实现铸片的方法。用挤出法生产双向拉伸薄膜，最关键的问题就是要保持挤出熔体压力均匀、稳定，防止熔体过分降解及夹带气泡、未熔物料或焦料等异物，可以说这些问题也是衡量挤出系统性能的主要标准。

在这两种方法中，为了实现稳定出料，在聚合釜或挤出机之后都需要安装一台高精度的齿轮计量泵，多数设备还在管线中安装静态混合器；为了保护计量泵和能够滤出聚合物中较大的杂质，在计量泵的前面及后面都必须安装熔体过滤器。其基本工艺过程为：

注：虚线框所示的过程在某些生产线上可以简化。

这里，我们重点介绍挤出铸片法。

目前，国内的双向拉伸薄膜及挤出生产技术渐趋成熟，双向拉伸薄膜应用范围广，因为挤出设备不同，我们将挤出铸片法分为：单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、熔体计量泵法、熔体过滤器、熔体管道、静态混合器、机头（模头）、冷却转鼓（又称冷鼓或急冷辊）及附片装置、辅助收卷机等分别加以介绍。

一般经过结晶和干燥处理后的PET切片进进单螺杆挤出机进行加热熔融塑化。为了保证PET切片良好的塑化质量和稳定的挤出熔体压力，螺杆的结构设计非常重要。除对长径比、压缩比、各功能段均有一定要求外，还特别要求是Barrier型螺杆，这种结构的螺杆有利于保证挤出物料的良好塑化、挤出机出口物料温度的均匀一致、挤出机的稳定出料和良好排气，并有利于进一步提高挤出能力。

一、单螺杆挤出机-计量泵法

1.单螺杆挤出机的基本结构

（1）普通单螺杆挤出机　在挤出机中，普通单螺杆挤出机使用得最普遍。但是，单螺杆挤出机混炼效果差，不适于加工粉料，提高压力后逆流加大，生产效率低。它的特点是：挤出系统由一根螺杆和机筒配合组成，结构见图2-18。这种挤出机只要更换不同结构形式螺杆，就可以完成各种热塑性塑料的挤出成型工作。

单螺杆挤出机的基本参数（标准ZBG95009.1—88规定）。

（2）新型单螺杆挤出机　如图2-19为单螺杆挤出机的基本结构示意。单螺杆挤出机主要是由机筒、螺杆、螺杆的传动系统、机筒的加热和冷却系统及有关辅助设备（例如加料斗、支架等）组成的。

（3）计量泵法　在单螺杆或双螺杆挤出机计量泵法中，用于生产双向拉伸塑料薄膜的挤出系统上都装有计量泵、过滤器等装置，因此拉伸塑料薄膜用的挤出机与普通的单螺杆挤出机相比，又有许多特殊的要求。下面分部分来介绍单螺杆挤出机的结构及有关要求。

（4）传动部分　单螺杆挤出机的传动系统是由电动机、联轴节、减速箱、大型挤出机减速箱的冷却系统、轴承等组成。通常，挤出机使用的电动机是直流电动机或变频调速交流电动机。速度变化的范围为1:（6～10）。其功率大小取决于挤出物料的品种、薄膜的生产能力及螺杆结构等因素。对于年产3500t聚酯薄膜生产线，挤出机电动机的功率约160～80kW。

其中，一台完善的挤出机，其传动系统应该能够保证挤出机机头的熔体压力始终处于基本稳定状态，从而实现薄膜厚度均匀不变的目的。在实际生产过程中，由于挤出系统都装有熔体过滤器，随着挤出时间加长，熔体中的杂质在滤网上积聚量逐渐增多，过滤器的阻力就会越来越大，势必造成机头压力逐渐减小、挤出机压力逐渐增高并出现较大的波动。此外，在挤出过程中也会出现由于物料起始塑化点的变化，挤出机螺杆、计量泵等传动系统的波动，引起机头压力的变化。为了消除这些因素产生的不良影响，挤出机的传动系统一定要适应这些变化，并能及时改变螺杆转速。在单螺杆挤出法中，维持机头压力稳定不变最常用的一种方法是采用压力反馈控制装置。它们相互之间存在如下的关系：

一般计量泵进出口的压力是决定挤出压力稳定性最重要的因素。实践证明只要泵前压力P2基本稳定［（3～7）MPa±0.05MPa］，泵速稳定。那么，进入机头的熔体压力P4的变化就十分缓慢。根据这一原理，生产中就可以通过检测P2压力值，反馈控制挤出机螺杆转速，实现稳定P4值的目的。

通常，也就是说，当P2值降低时，应相应地加快螺杆转速，反之亦相反。这种控制方法在过滤器阻力不过高的情况下使用，效果很好。然而在生产的过程中，随着生产时间加长，精过滤器前的阻力逐渐增大（P3），压力P4必然出现缓慢的下降。需要根据薄膜（或挤出片）的厚度变化情况，利用生产系统的测厚反馈系统，自动调节冷却转鼓的线速度或计量泵的转速，弥补上述变化引起薄膜厚度变薄的不足。这是生产中行之有效的方法。为了防止挤出机电动机过载引起电动机及螺杆损坏，挤出机的电气与传动系统都要装有安全保护装置，如过流保护器、剪切销、安全键等。

（5）上料设备与进料方法　料斗的进料方法有很多种。小型生产装置是以人工加料、弹簧上料为主。一般，小型挤出机加料斗是一个带有锥形底的圆柱形筒体，它是由不锈钢材料焊接而成的。其容量至少能容纳半小时挤出料量。在料斗的底部装有一个截止阀，它的第一个作用是在挤出机检修或停机时，能够终止向挤出机供料。第二个作用是当挤出机在空螺杆开机时，可以手动控制此阀门，实现缓慢加料，避免挤出机启动时下料太快，物料堵在进料区，使电动机过载。料斗锥体的侧面最好安装一个带阀门的排料管，以便在更换薄膜品种或长期停机时，很容易将料斗内的物料排放出来。料斗的顶部有一个带盖的手孔，用于处理异常故障。有些直接使用粉碎废料的薄膜生产线，为了将松散的粉碎料和新料能够均匀混合，防止物料在料斗下方造成“架桥”，将挤出机上方的料斗做成具有搅拌-提升结构的“旁通道”加料斗，图2-20为这种料斗的结构示意。

对于大型挤出机生产装置，一般都是采用高料位自重下料。有时也采用弹簧上料和真空上料法等。对于自重下料装置需要注意防止物料在下料口出现“架桥”现象。

①鼓风上料装置　如图2-21所示。它是利用风力将料吹入输送管，再经旋风分离器进入料斗。该装置适用于输送粒料，不适于输送粉料。

②弹簧上料设备　弹簧上料装置结构简单，这种装置是把一根螺旋弹簧装在橡胶管内，弹簧直接由电动机驱动，在橡胶管内高速旋转，结构形式见图2-22。

弹簧上料工作方式是：电机带动弹簧在橡胶管内高速旋转，原料被旋转的弹簧推动上升，橡胶管上端对准料斗处开有一排料口，上升到排料口处的原料被旋转弹簧的离心力抛出料口，进入料斗。这种上料装置结构简单、操作方便，适合于粉料和粒状料的输送。

③真空加料装置　如图2-23所示。原理是靠光电管自动控制加料动作。打开自动开关，大料斗无料，光电管收到光源射出的光，发出上料信号→电动机、吸尘器启动抽真空→电磁吸铁动作打开风门→密封料斗呈真空将卸料阀门关闭→开始吸料至密封料斗→料高度超过光电管切断电源，光电管接收不到光而发出停止信号→电动机、吸尘器停转，停止吸料→风门关闭→料靠自重打开卸料阀门进入大料斗→光电管9接通，风机将再次启动上料，直到大料斗中料高超过光电管10，停止上料。以上动作重复进行。需注意周围温度、光照（大料斗有玻璃镜）会引起光电管动作混乱。

④薄膜生产线所用的真空料斗　干燥物料进入真空料斗后，由于真空的作用，能使干燥的物料与大气隔绝，防止干燥后的物料再次吸湿。同时，料斗抽真空有助于及时排出挤出机螺杆中物料之间的空气及物料相变时产生的低分子物、溶剂、水分等气体。这样就可以进一步减少熔体夹带气泡，减少树脂氧化反应、水解反应。因此，真空料斗是一种提高薄膜质量很好的设备。但是，这种料斗动力消耗大，要增大设备的投资费用。

薄膜生产线所用的真空料斗，一般都是组合式料斗。这种料斗能克服单个真空料斗在常压进料时，由于间歇失去真空而影响挤出质量的弊病，保证挤出机料斗始终处于恒定的真空条件。图2-24所示为挤出机组合真空料斗的工艺流程。对于常压进料的串联真空料斗，使用时首先关闭3、8，打开1，将干燥物料投入料斗2内。此时，料斗4仍然保持真空状态，待物料装满料斗2后关闭1，打开8，将料斗内的空气抽空。当料斗4内缺料时，料位计发出信号，开起3，将料斗2中的物料投入料斗4中。

一般对于并联式真空料斗，两个料斗是轮换使用的，其中一个必须保持真空向挤出机加料。另一个料斗可以处于常压状态，进行加料。对于真空进料的真空料斗，下料时只需打开1，即可放料，物料装满后将阀门关闭即可。这种料斗一般是位于真空干燥器的下方，它可以减少真空干燥器的放料时间，节省能量消耗。

上述上料设备中每个完善的料斗都装有高精度的料位传感器，这是因为料斗内物料的高度与挤出机下料口处物料压力有关，它影响物料进入螺杆的能力与挤出机出料稳定性。选用高精度的料位传感器，可以灵敏地控制加料速度，使料面保持一定高度。常用的料位传感器有电容式、音叉式、光电式、超声波式等多种结构。也可以选用电子式压力传感器，用称重的方法计量料斗内物料数量。电容、音叉、超声波式等料位计是装在料斗侧面，上下共两只，其高料位计的作用是监视料斗内料面高度并且在物料超过高料位计时，控制进料阀门停止进料。低料位计则只起报警和保护挤出机的作用。当物料低于低料位计时，电气控制系统会发出报警信号，并在延长一定的时间后，使挤出机螺杆自动停止转动，避免螺杆在无料情况下空运转，防止螺杆与机筒出现严重磨损。电子压力传感器是装在支撑料斗的支撑座上。装有压力传感器的料斗，物料的进出口必须采用软连接，否则会影响计量精度。在设计挤出机料斗与下料口之间的连接方式时，需要考虑挤出机在工作时，机身受热引起的膨胀问题，挤出机随温度变化会产生一定量的轴向伸缩。因此，挤出机料斗上端或下端必须有一端是采用软连接，绝不允许完全使用刚性连接。

对于常用软连接的方式有：利用弹性金属波纹管或硅橡胶管；采用振动加料器或螺旋加料装置，将加料器和料斗脱开。图2-25所示为几种挤出机料斗连接方式示意。

一般需要干燥处理的物料，挤出机料斗的外部应该包上保温材料，防止热量散失，减小能量消耗。

挤出机料斗的形式主要取决于挤出物料的性能。对于不需干燥的物料，料斗不用保温、密闭。对于需要干燥处理的物料，只要物料在料斗内停留时间不过长，料斗的排气性及保温性能较好，挤出机周围的湿度不是过分的高，选用常压料斗也足以满足生产的要求。在特殊情况下，对于极易水解的聚合物，则需采用以下方法防止吸湿。

⑤薄膜生产线所用的真空料斗注意事项

a.向挤出料斗内充入干燥的惰性气体　常用的惰性气体有氮气、二氧化碳气等。由于它们含湿量低，充入料斗后，外界大气就不能进入料斗。而且，充入的惰性气体还有防止树脂熔融时氧化、降解的作用。

b.提高料斗内空气的温度　根据物料中的平衡水分是随温度升高而减小的原理。在生产薄膜过程中，采取措施尽量保持干燥后物料具有较高的温度或在生产能力较小的挤出机料斗内，安装红外加热器，在一定限度内可以起到减小干燥物料吸湿的作用。

（6）挤出机机筒（料筒）及其加热冷却系统

①机筒　挤出机的机筒是在内部压力可达150MPa，工作温度为180～350℃的条件下工作的。所以，机筒必须选用耐温、耐压、高强度、耐磨的合金钢或内衬合金钢的复合管材。目前，国外以Xaloy合金为主，硬度Rc58～64，在482℃时硬度无明显下降。国内中、小型挤出机的机筒大部分是使用38CrMoAl氮化钢制成。

挤出机的机筒是平直的整体或分段对接成一体的厚壁圆筒，筒的内壁加工精度十分高。为了实现提高产量、均匀出料的目的，最有效的方法之一是加大挤出机螺杆直径和螺杆的长径比，适当加长加料段的长度，使物料在加料段产生足够的压力，使物料进入机筒后能紧靠近筒壁，克服机头、熔体过滤器的阻力。为了提高挤出机的进料能力，有些生产厂推荐在挤出机进料处，使用带槽加料衬套。

②轴向开槽加料衬套　带槽加料衬套是装在挤出机下料口处，衬套内壁开设许多纵向沟槽，并带有一定的锥度，其作用是增大塑料与机筒的摩擦力，防止颗粒料随螺杆旋转，增大送料角，加快粒料轴向输送速度（输送效率由0.3提高到0.6）。此外，还可以提高挤出机的生产能力，降低挤出机的单耗，使机筒内物料最高压力提早形成，减小挤出量对机头压力变化的敏感性。

③机筒加料口　机筒加料口的形状和位置与加入物料有关，良好的加料口应该是下料畅通，适应加料器的要求，便于清理，便于设置冷却系统。

对于具有机械搅拌的加料器，其加料口多为圆形的，这样有利于搅拌头靠近加料口。对于强制加料的挤出机，有时加料口设在机筒的侧面。

目前一般挤出机上用得最多的是电阻加热方法。其次是电感应加热法和载热体加热法。

电加热器由电阻丝绕制而成，主要有带式加热器、铸铝加热器和陶瓷加热器。带式加热器的结构是将电阻丝夹在云母片中，云母片作绝缘衬料，外面覆盖不锈钢皮，然后再包围在机简或机头上。这种加热器的体积小，尺寸紧凑，调整简单，装拆方便，韧性好，价格便宜。带式加热器电阻丝易氧化受潮，使用寿命短。

铸铝加热器是将电阻丝装入金属管中，周围用氧化镁粉填实绝缘，变成一定形状后再铸于铝合金中，将两半铝块包在机筒上即可通电加热。铸铝加热器比带式加热器使用寿命长，可防氧化、防潮、防震、防爆，传热效率高。陶瓷加热器是由电阻丝穿过陶瓷管、块，然后固定在不锈钢皮外壳中，同带式、铸铝加热器安装方法相同。它的使用寿命长，维护方便。

具体说明如下。

a.电阻加热法　电阻加热机筒方法结构比较简单，它主要是让电流通过电阻比较大的导线（电阻丝），产生热量，并传导给机筒。这种方法制作的加热器有：带状加热器、铸铝加热器和陶瓷加热器。

b.电感应加热法　电感应加热装置结构见图2-26。

电感应加热装置的工作方法是：机筒外圆周装有线圈，线圈外围再装导磁硅钢片；当线圈有电流通过时，硅钢片和机筒形成封闭磁路，交变的磁通感应使机筒产生电流，机筒由于有一定的电阻值而产生热量。电感应加热方法的应用，使机筒加热升温较快，结构组成件的工作寿命也较长，但是电感应加热装置的组成器件比较复杂。

c.载热体加热法　用水蒸气或油作载热体加热机筒，水蒸气需要有锅炉设备和管路输送。油的热源是电阻加热器。两种加热方式所用设备都比较复杂、造价高、温度控制难度也大，所以，现在已经很少应用。但是，这种加热方式，温度柔和均匀，非常适合于热敏性塑料的加热。

④机筒的冷却　由于塑料在挤出过程中，所需要的热量是来自机筒外部加热（加热时存在一定的热惯性），以及来自物料与机筒、螺杆或塑料之间相对运动产生的摩擦、剪切热。当物料温度过高时，需要及时将热量排出，以免影响产品性能。因此，在挤出机的每个加热段处，都需要装有一套冷却器，实行冷-热PID控制。

一般鼓风冷却的特点是温度波动小，冷却速度缓慢，系统体积大，噪声大，冷却效果与环境温度有关，同时也影响环境的温度。由于机筒冷却方式主要分为风冷、水冷两种。风冷却是在每个加热段装设一台小型鼓风机。在加热器的内或外表面设有一定的沟槽，以便提高冷却效果及提高加热均匀性，防止空气无规则流动。风冷却的冷却效果取决于鼓风风量、风压、空气温度与机筒表面温度之间的温差、传热面积、传热系数及空气流道的设计。

另外，水冷却是在加热器内侧装设水环或水管，用通入的冷却水进行冷却，冷却水的通入量是用电磁阀控制的。这种冷却方法的特点是：冷却速度快、系统体积小、无噪声、对环境温度无影响。此外，由于多数都是使用未经软化处理的冷却水，也存在水管容易堵塞和锈蚀的问题。目前这种冷却方法应用十分广泛。

对于循环油加热系统，油的冷却是通过列管式热交换器，用冷冻水带走过多的热量。

在挤出机冷却系统中，值得注意的是在所有挤出机进料口处都必须安装冷却水夹套。挤出机加料口的冷却装置结如图2-27所示。冷却水套内通入15～30℃软水，其作用是防止物料过早受热变黏而堵塞下料口、提高进料能力；另外，冷却水套也起阻止挤出机机身的热量传至螺杆的止推轴承与减速器，确保传动系统正常工作。冷却软水最好使用一套独立循环系统，减小软水的消耗。

一般挤出机的各段加热器的功率分布基本相同，只是在工作时，温度的控制范围有所区别。挤出机各加热段的温度的高低是与加工物料的品种有关，与熔体黏度、物料降解情况、塑化程度等有关。此外，各段温度的设定还必须与螺杆的结构相对应。

通常，对于双向拉伸塑料薄膜的挤出机，一定要严格控制各加热段的温度波动。通常，挤出机各段的温度波动都要≤±1℃。从温度分布情况来看，一般来讲靠近加料口的加热区温度最低，压缩段的温度最高，此后则应以保温为主。

（7）挤出机通用螺杆　螺杆是挤出机重要的部件之一，它的结构、加供情况与薄膜的质量、产量、能量消耗等有密切关系工作时螺杆的转动，对聚合物粒子产生挤压推力，使其在料筒中移动、压实、增压、剪切、吸热、摩擦生热。在移动的过程中，物料得到混合、塑化，玻璃态的物料变为黏流态的熔体，最后从口模流出。

螺杆的工作状态决定了螺杆必须使用高强度、耐磨（及耐腐蚀）的合金钢制成。国内常用的材料一种是38CrMoAl，经渗氮处理，氮化层厚度一般在0.4～0.6mm之间。表面硬度为Rc60～65。另一种是40Cr钢，表面镀铬，铬层厚度为0.05～0.1mm。对于要求不高的挤出机，螺杆材料也可以使用45号钢。国外常用的材料为34CrAlNi7、31CrMo12、31CrMoV9等氮化钢，表面硬度达HV1000～1100。或喷涂Xaloy合金或炭化钛涂层。螺棱表面硬度为Rc>56，表面抛光到Ra=0.4μm。

一般，代表螺杆结构特征的基本参数主要有：直径、长径比、压缩比、螺距、螺槽深度、螺旋角、螺杆与料筒的间隙、螺纹头数、螺棱宽度等。螺杆直径在一定程度上代表挤出机的生产能力。螺杆直径增大，生产能力提高。挤出机生产能力是与螺杆直径（D）的平方成正比。图2-28为普通单螺杆的结构示意。

长径比是指螺杆工作部分的有效长度（L）与直径（D）之比，即L/D。目前，大多数双向拉伸薄膜生产线都采用L/D≥30的单螺杆挤出机。L/D增大，能改善物料温度分布，有利于树脂的混合、塑化，减小螺杆中的漏流和逆流，减小挤出压力脉冲现象，有助于提高挤出机生产能力。但L/D过大时，会使热敏性塑料受热时间过长，引起树脂过分降解。而且由于L/D太大，螺杆的自重增加，悬臂度加大，螺杆挠度增加，容易引起螺杆与料筒磨损，并增大了挤出机的传动功率及加工制造上的困难。相反L/D过短，容易引起混炼、塑化不良。螺旋角θ是指螺纹与螺杆横断面的夹角。随着θ值增大挤出机生产能力得到提高，物料的剪切作用和挤出压力却要减小。通常，螺杆的θ值是取17°41'，即选择螺距等于螺杆的外径。压缩比一般可以用几何压缩比来表示。即可简化为螺杆加料段最后一个螺槽的容积与均化段最初一个螺槽容积之比。它表示塑料通过挤出机全长时被压缩的倍数。压缩比越大，塑料受到的挤压作用越大。压缩比的大小是与物料性能、物料形状等因素有关。螺槽深度是一个变值，对于常规三段螺杆来说，加料段的螺槽深度最深，均化段最浅，压缩段是一个连续渐变区。螺槽深度主要影响塑料的剪切速率。螺槽越浅，剪切速率越高，越有利于料筒壁与物料间的传热及摩擦生热，越有利于提高物料混合及塑化效率。但生产能力则要降低。

物料沿螺杆向前移动时，经历着温度、压力、黏度等变化，这些变化在螺杆的全长范围内是不同的，根据物料变化特点，通常把常规螺杆分为加料段、压缩段和计量段三个区段。

①加料段　加料段螺纹深度是恒定不变的。其作用是将固体的物料送往压缩段。物料在此段被机筒传入的热量预热，物料间的空气及其他气体可从物料间的间隙排往料斗。从加料段长度L1来看，对于结晶型聚合物，螺杆加料段的长度要比非结晶聚合物要长些（L1=30％～65％L）。非结晶聚合物加料段的长度L1一般为10％～25％L。

②压缩段（也称塑化段、熔融段）　在螺杆的压缩段螺槽的容积是逐渐变小的。通常是采用等螺距、槽深渐变的结构形式。压缩段的作用是压实物料，使该段的固体物料转变为熔融物料（产生相变），并且排除物料间的空气（由于物料被压缩，空气通过固体物料之间的间隙向加料段流动）。在压缩段，物料在螺杆强大剪切、压缩作用下，产生摩擦热，同时又接收机筒供给的热量，足以使物料在压缩段最后阶段基本熔融。

压缩段的长度与物料性质有关。对于PET、PA类聚合物，由于它们的熔化温度范围很窄，在熔点显微镜下可以发现，结晶PET、PA树脂在低于它们的熔点一定值时，物料一直是保持固体状态，而在接近熔点时很快变软、熔融。因此，对于这类材料，螺杆的压缩段可以较短些。一般为3～5D。在生产非结晶聚合物时，情况就不相同，应该选用较长压缩段的螺杆50％～60％L。

③计量段（均化段）　在普通单螺杆中，计量段螺槽的容积基本上是恒定不变的。该段螺槽深度较浅。其作用是将熔融的物料定量、稳压挤出并使螺杆产生一定的背压力，进一步加强熔体的剪切、混合作用，使物料进一步均化。

计量段的工作特性主要取决于该段螺槽深度和计量段的长度。计量段螺槽深度加深，挤出能力增大，与此同时逆流量也更快地增大，因此槽深不宜过大；槽浅有利于物料进一步塑化和均化，在机头阻力较大时，生产能力变化较小。但过浅容易使物料产生降解。计量段的长度对螺杆的工作特性和挤出熔体的质量有一定的影响。长度增大，工作特性较硬，物料受剪切作用时间长，有利于物料的分散和混合。但过长会使物料温度升高，容易产生热降解。

（8）挤出机特种螺杆　三阶螺杆式塑化注射装置，与前面介绍的斜角螺杆式塑化注射装置不同之处，是这种装置中增加3个蓄料筒。三段式全螺纹的普通螺杆由于加料段输送固体物料的效率较低，一般只有20％～40％，而且随着螺杆速度的提高输送效率反而下降；熔融段固体床和熔池同处一个螺槽中，会出现一部分物料不能彻底熔融、碎块中部分气体不能排除，另一部分物料又容易过热，挤出时熔体的压力、温度、产量波动较大。因此，这种螺杆不能适于加工一些特殊塑料。

一般工作时，先由螺杆部分把塑料混合塑化成熔融状，经单向阀被螺杆转动力推入蓄料筒内，然后蓄料筒柱塞把熔融料由液控阀控制，推入注射缸内。开始注射时，液控阀关闭、注射柱塞在注射油缸活塞推动下前移，把熔融料经喷嘴，高速注入模具空控内，完成一次塑化注射工序。这种有蓄料筒的塑化注射结构型耳，由于熔融料蓄量较大，可一次成型较大注射件，注射量准确、工作效率较高。三阶螺杆式结构组成，见图2-29。

为解决普通螺杆存在的这些问题，除了可以在工艺上通过提高螺杆转速和提高机筒温度、从设备上改进加料结构、增大螺杆长径比等使之得到改进外，更有效的方法是改进螺杆结构，选用新型螺杆代替普通螺杆。

①分离型螺杆　目前，有一种称为“分离型螺杆”已广泛用于生产塑料薄膜（如图2-30所示）。这种螺杆是在螺杆的压缩段，设有主副两条螺纹。

一般分离型螺杆的设计原理是基于物料熔融是始于加料段的末端。首先在螺杆与机筒接触的表面处形成一层熔膜，随着物料不断向前推移，固体床表面的熔膜逐渐增加，并在螺纹的推进面逐渐汇成熔池，此时在靠近螺纹推进面处设置一条外径小于主螺纹的附加螺纹，就可将固、液相及时分离开来。在此之后，如果将固相槽的深度或宽度逐渐减小，液相槽深度变深或宽度增大。就可以适应固体床体积逐渐减小，液相槽体积逐渐增大的变化。从而可以提高了固体床与机筒壁的热交换能力，提高固体床的熔化速率，加快液相输送速度，同时也使部分未熔物料，在越过附加螺纹的螺棱时，受到强烈的剪切作用，加速熔融，从而使两相物料受热均匀，减少挤出脉冲，并有利于排出固体物料中的气体。国内分离型螺杆种类很多，一般如主副螺纹的螺距不等，螺槽深度一致的BM螺杆；主副螺纹相等，螺槽深度不等的Barr螺杆；改变熔融段槽深实现固液分离的熔料槽分离螺杆；以及XLK螺杆等。我国的设备中常用分离型螺杆的具体结构有5种，其特点是：A型附加螺纹导程加大，附加螺纹在主螺纹之前，起止点封端；B型主副螺纹导程相同，固体槽渐浅，熔体槽渐深，附加螺纹在主螺纹之前，起点封端；C型变主螺纹为附加螺纹，其后缘设主螺纹，起点封端，其他同B型；D型附加螺纹在前，起止点不封端，固体槽渐浅，熔体槽渐深；E型主副螺纹导程均增大，附加螺纹增大得更多，起点封端。为防止螺槽内物料有较大的突变，最好选用D型和E型螺杆。

一般为克服普通螺杆存在的问题，有些螺杆则采用在局部位置上设置一些混炼元件来改进螺杆的工作性能的。例如，安装屏障混合头，分流元件（销钉或动态混合器等）。通常也将这些螺杆称为屏障型螺杆、分流型螺杆。

②屏障型螺杆　塑料加工中，挤出机机筒内膛不管是光滑式还是沟槽式都可以采用屏障型螺杆与之相配套使用。现今，屏障型螺杆的使用是一种行之有效的方法。然而屏障型螺杆的发展已经存在一个渐进的变化，从应用于欧洲市场的早期Maillefer设计即交替屏障型螺杆设计，到Dray/Lawrence设计即采用并行的屏障型螺杆设计。

以下介绍的屏障型螺杆是在一段外径等于螺杆直径的圆柱体上，开设两组纵向沟槽，一组是进料槽，其出口是封闭的。另一组是出口槽，其进口是封闭的。进、出料槽相间设置。两槽之间的一个凸棱的高度比螺杆外径略小，能够使进料槽的熔体越过此棱进入出料槽。如图2-31是一种常用的直槽屏障型混炼头。

一般屏障型混炼头一般都装在计量段内，它的作用是可以产生高压；促进未熔固体料进一步熔融；提高熔体混合和均化作用。工作时，料流被分成多股细流流入进料槽，在压力和螺杆的推动下，熔体和小于屏障间隙的未熔固相碎片，就会越过凸棱，进入出料槽。此时，未熔固体碎片在强烈的剪切作用下，产生大量的摩擦热、加速熔融。此外，物料受挤压和螺杆旋转的作用，熔体在进、出槽内产生涡流，不但能强化细小固相和熔体的热交换、加速固相的塑化，还可以进一步提高物料的混合作用。

销钉式混炼螺杆是一种常用的分流型螺杆。销钉的安放位置、数量和大小与加工的物料有关，与设置的目的有关。如果是为了提高混炼、均化效果，实现低温挤出，销钉一般设置在均化段。如果是为了增加熔融速率，销钉一般是装在压缩段，以便提高局部剪切力，促使固体粒子熔化，促使物料充满螺槽并压实。此时挤出机的产量会降低5％～15％，还会使熔体温度增高。对于排气式挤出机，则主要装在排气段。

DIS螺杆也是一种分流型螺杆。DIS螺杆的混炼元件与屏障型螺杆相类似，都有流入槽和流出槽，但在DIS螺杆中，熔体从流入槽流向流出槽时，熔体不是经过两槽之间的凸棱，而是穿过螺杆的分流孔。图2-32所示为DIS混炼元件的外形。

DIS混炼元件的位置是在螺杆计量段的末端。通常，一根DIS螺杆装有4～6个混炼元件。DIS螺杆的作用是改善熔体在垂直于流动方向及流动方向的温度均匀性，实现充分混合，改善熔体质量均匀性。

DIS混炼元件是一个长度为螺杆外径的1.2～1.5的柱塞，圆周上开有流入槽、流出槽，其旋转方向与主螺纹一致。流出槽与流入槽之间用螺杆上的分流孔将其连贯起来，使流入槽的中止点与流出槽的起点相通。但是，这两种槽在圆周方向上的排列次序却完全不同。

一般DIS动态混合器有两种类型。一种是高剪切型（有9个流入、流出槽），一种是低剪切型（有6个流入、流出槽）。高剪切型主要适用于LDPE、HDPE、PP、GPPS、软PVC等低黏度的物料，低剪切型主要用于硬PVC等高黏度的物料。

使用DIS混合器，对于提高薄膜厚度均匀性是有利的，对于改善不相容物料的混合性能是有利的。然而，加工费用较高，而且熔体经过远距离输送后，已被混合的物料又可能受管线加热的影响，降低混合效果。所以，在生产塑料拉伸薄膜时尚未广泛使用。

2.熔体齿轮计量泵

熔体计量泵。熔体计量是通过高精度的齿轮泵来实现的。齿轮是被高精度的驱动系统带动，泵体外面都具有加热套。为了提高加热的均匀性及防止出现过热现象，加热套最好选用导热油套或特殊蒸气加热套进行加热。在加热套的外面还要有良好的保温层。

计量泵的作用是保证向模头提供的熔体具有足够而稳定的压力，以克服熔体通过过滤器时的阻力，保持薄膜厚度的均匀性。熔体计量泵通常采用斜的二齿轮，泵的加热温度控制在270～280℃。

单螺杆挤出机具有一定熔体计量、挤压的作用。但是，熔体离开挤出机之后都要经过阻力很大的熔体过滤器及狭窄的口模。因此，单螺杆挤出机的背压较大，熔体逆流量也较大。尤其是在生产流动性较好的物料时，由于黏度小、剪切应力小，压力对螺杆挤出机的挤出量的敏感性就十分明显。

此外，用双螺杆挤出时，由于螺杆中心距受螺杆啮合条件的约束，配比齿轮和止推轴承的空间较小，因而轴承承载能力有一定限度；由于双螺杆具有强烈进料的功能，并且这种挤出机的挤出量与加料量的均匀性密切相关，加料不均就会引起出料量波动。

因此，为了确保机头具有足够高而稳定的压力，实现薄膜具有良好的厚度均匀性，在双向拉伸薄膜生产线上，无论是使用单螺杆挤出机还是使用双螺杆挤出机，在挤出机的出口处都要安装一台高精度的计量泵。

用齿轮泵计量时，严格地说每个齿轮的啮合点瞬间输液量也是由小到大，再由大到小不停地变化着。即存在周期性微小的波动。这是无法消除的。波动的大小与齿轮参数有关。例如与齿轮的齿数、齿顶高系数、齿轮啮合角、重叠系数等因素有关。

为了进一步提高计量精度，目前，有的公司采用三齿轮泵。这种泵输液量的波动较二齿轮泵要小些（日本三菱公司认为使用三齿轮计量泵，挤出机出口压力波动可由0.15MPa降至0.05MPa）。然而，在实际使用过程中，由于齿轮泵之后都装有阻力很大的熔体过滤器，过滤器具有缓冲压力的作用，因此，只要改进齿形结构，二齿轮计量泵基本能够满足生产要求。

通常，计量泵是在230～350℃的温度下使用，工作压力为6～15MPa。为了保证双向拉伸塑料薄膜纵向厚度均匀不变，在生产过程中计量泵常常采用两种控制方式。一种是计量泵速度不变，精过滤器阻力增大时，用自动调节冷却转鼓线速度的方法来适应这一变化。另一种方法是随着过滤器阻力增大，自动调节计量泵的速度，适当加大泵出量，保证进入机头熔体压力不变。这两种控制方法在自动化较高的双向拉伸薄膜生产线上都可以实现，操作人员可以任意选择（工业生产中选用恒定计量泵转速，自动调节冷鼓线速度最为普遍）。

二、双机挤出法

双机挤出法又称串联挤出法或阶式挤出法或二级挤出法。单螺杆挤出机结构简单，使用范围广，制造成本低，是目前生产双向拉伸塑料薄膜生产线中应用最多的挤出设备。但是，这种设备在大幅度提高生产能力时，需要加大设备的尺寸（螺杆直径、螺杆的长径比），从而也要增加设备的投资，增大设备能量消耗。双机挤出机相当于将一台L/D较大的单螺杆挤出机分解成两台串联在一起的挤出机机组。第一级挤出机的作用是使物料接受外部加热器传入的热量，在螺杆的剪切、压缩下达到半熔状态，定量向第二级挤出机供应物料。通常，第一级挤出机比第二级挤出机的直径、槽深、加热功率都要大些，L/D较第二挤出机长，转速也快；第二级挤出机主要由熔融物料压缩区与计量区组成。其作用是将聚合物充分熔融、塑化并通过高剪切作用，使物料均匀混合、计量挤出。我们首先从在普通单螺杆挤出机中分析，一般物料在未熔之前，螺杆对物料有连续混炼与输送的作用。如果要提高产量，就要加快螺杆转速、加快物料输送，这样势必影响混炼效果。熔融情况又与生产条件有关，主要取决于螺杆结构、加热条件、螺杆转速、物料性能等因素。当其他条件不变时，螺杆速度越快，物料的初始熔融点就向螺杆前端推移。因而，也就可能出现熔融、混合不充分，甚至有时会在熔融中残存固体物料。此外，在采用减少单螺杆挤出机计量段的槽深，提高剪切速率，实现提高物料的混合和塑化效率的目的时，又必然会降低挤出机的产量。所以，通过提高螺杆转速增加挤出生产量是有一定限度的。

为了克服上述存在的问题，可以对单螺杆挤出机进行一系列的改造。例如，通过改进螺杆结构，使用BM螺杆代替普通单螺纹螺杆，以及使用特殊的混合头加强物料混炼作用。这些措施在某种程度上，对提高挤出机的产量、改进塑化混炼效果是有成效的。然而，最根本的办法还是增大螺杆直径，加大螺杆的长径比。

双机挤出机有许多种类：第一级挤出机可以是单螺杆挤出机，也可以是双螺杆挤出机；彼此可以垂直放置，也可以平行放置。物料从料斗进入第一挤出机后，经过进料区、压缩区、计量区（可有、可无）被塑化、压缩，然后送入第二挤出机。第二挤出机的速度可以调节，并可以稳定在预定值之下，其头部的压力是通过压力传感器，无级调节第一挤出机的螺杆转速，改变第一挤出机的出料压力以及控制物料的熔融温度来加以恒定。

利用这种挤出机可以实现熔融压力变化<0.2％，熔体温差<0.2℃。

（1）双机挤出的特点

①有利于改善产品质量　当物料进入第二挤出机时，它是处于半熔状态。因此，第二级可采用低温挤出，而且温度很容易控制。这对于改善挤出稳定性、改善熔体质量十分有利。当物料进入第二挤出机时，立即被第二挤出机的螺杆分割成（或剖成）薄层。这样，第一级的物料在第二级中可以得到均匀地塑化、混炼。而且，由于第二级螺杆转速通常为普通挤出机的两倍，物料在高速剪切作用下又能够增加混合作用。

②挤出量大　在实际生产过程中，一台ф90mm/ф115mm双机式挤出机的挤出量，就可以达到ф200mm单螺杆挤出机的挤出量。一台ф15mm/ф150mm串联挤出机的挤出量，就相当于一台ф250mm单螺杆挤出机的产量。表2-4列出不同串联挤出机聚丙烯的生产能力。

③良好的排气效果　在普通单螺杆挤出机中，物料中的空气、挥发物、水分等是靠压缩时从加料段固体物料之间的间隙穿过，从挤出机的料斗排出。这种挤出机往往出现（特别是在高速生产时）排气不充分的现象。如果使用二级排气挤出机，这种现象就可以完全避免。因为它可以在第一挤出机和第二挤出机的交接处进行排气，并通过控制第二挤出机的挤出速度，很容易消除溢料或缺料问题。

④功率消耗低　在高速单螺杆挤出机中，物料在挤出机的加料段、压缩段需要外部供给足够的热量，而在浅槽的计量段又需要冷却，这样，在同一根螺杆上就会出现明显地热量干扰问题，造成能力大量损失。

双机挤出法是将螺杆上传热功能不同的区段截然分开。其中，第一级挤出机以外加热为主，第二级除了在开始挤出时需要进行加热外，正常运行时则以绝热操作或外部冷却为主，因此，明显地减少热量损耗。

⑤增大了加工自由度　常规单螺杆挤出机的产量加工可变因素的增大，无疑使这种机器能够处理许多难以加工的物料，使生产的产品质量也能大为改善。

⑥减小螺杆磨损，有利于设备加工　单螺杆挤出机中磨损最大的地方是输送固体或物料半熔处。在双机挤出法中，第一级挤出机螺杆的L/D比普通单螺杆挤出机的L/D小，可明显地减小磨损量，即使有磨损，重新更换零部件都十分容易。

⑦有利于清理螺杆　由于双机挤出机螺杆的L/D小，在生产不同的物料（特别是生产不同颜色的物料）时，螺杆很容易取出清理，物料损失少。

⑧可以进行低温挤出。

双机挤出法占地面积较大，两台挤出机的控制系统要求很高。

（2）双机挤出机设计要点

①螺杆设计与最佳速度比　第一级螺杆应能向第二级螺杆提供尽量均匀而充足的半熔聚合物，第二级螺杆应在适当温度及允许速度下提供高剪切速率。第一级螺杆速度N与物料熔融能力有关，第二级螺杆速度N’与剪切速率有关。一般N，是普通挤出机的两倍。当N变化时N’要相应改变，实现既不溢流又不缺料，排气区物料最好处于半熔状态。

②连接部分　第一和第二级连接部分应满足以下要求：保证物料均匀流动；无滞留现象；能良好地排气。

由于该区域的温度影响制品的性能，所以此处的温度控制十分关键；有些挤出机的压力检测装置也安装在此处，以便控制第一级的混合情况。

③控制高速挤出物料的状态　高速挤出时，第二级挤出机的剪切速率很高，并以绝热挤出或冷却为主，确保良好的挤出质量。

④L/D与螺杆直径　第一级挤出机的螺杆直径较大，第二级螺杆直径则较小。例如第一级螺杆直径为115mm，第二级则为90～100mm。关于挤出机的长径比L/D，第一级可选12～16，第二级可选7～12。

⑤传动功率　第一级的传动功率是利用固体输送原理计算出来的，设计时要考虑物料的形状、硬度、熔融特性等因素；第二级则可近似按熔融流体输送原理进行确定。在实际应用中，传动功率可以根据普通单螺杆挤出机的资料进行适当地选择。

⑥要适应物料的性能　例如，在生产聚丙烯薄膜时，其两台挤出机的螺杆结构、直径、长径比、速度等就与生产聚酯薄膜的有所不同。生产聚丙烯时，第一级熔融挤出机的螺杆直径及长度可比聚酯挤出机小些，螺杆转速却要高些，第二挤出机则与聚酯相似，只是长径比要大些。

三、双螺杆-计量泵直接挤出法

一般若挤出量不是太大，推荐选用排气式双螺杆挤出机。这种挤出机有两个排气口与两个抽真空系统相连接，具有很好的抽排气、除湿功能，可将物料中所含的水分和低聚物抽走，因而可以省往一套复杂的预结晶/干燥系统，节省投资并降低运行本钱。挤出机温度设定从加料口到机头约为210～280℃。

早在1984年EISE就提出用双螺杆挤出机直接挤出制品的理论，经过多年不断完善，1992年日本JSW公司正式使用排气式双螺杆挤出机-计量泵直接生产易水解塑料薄膜的生产工艺。其工艺流程与典型单层膜类似，只是没有干燥系统。具体流程为：

在这个方法中，不同组分的原料按一定的比例，分别通过各自的计量加料器进入挤出机前的集料管，并经过一台静态混合器或者一台专用混合器，实现物料的均匀混合。然后，进入排气式双螺杆挤出机，物料在挤出机的螺杆、机筒作用下，进行塑化、混炼，并通过两个排气口及时将混入物料的水分、气体排出，最后挤向齿轮计量泵。此后薄膜的生产过程则与单螺杆挤出法完全相同。

1.排气式双螺杆直接挤出制片法的工作原理

双螺杆挤出法能够直接生产各种聚合物片材的主要原因是这种方法充分利用了排气式双螺杆挤出机的以下功能。

（1）充分利用双螺杆挤出机能很好排除混入物料中的水分、空气、低分子物，可以防止物料出现较大的降解　双螺杆挤出机是有强制送料功能的挤出机，不易产生局部积料及堵塞排气孔的问题。而且，在排气口处，由于螺杆突然变深，物料压力骤降，部分被压缩的气体及气化物会释放出来，及时被真空泵抽出；部分包藏在物料中的气体，在排气区由于物料膨胀、发泡以及受到螺杆强烈的搅拌、剪切作用，使物料表面不断更新、气泡破裂，最终也能被真空泵抽出。经过这样两次压缩与排气，混入物料中的水汽及气体基本上可以排除干净，避免物料产生强烈的水解反应，能够保持物料原有的物理力学性能。

由此可见，双螺杆排气式挤出机比单螺杆挤出机有更好的排气效果，这是省略结晶干燥装置、实现直接挤出最基本的条件。

（2）利用双螺杆挤出机有强制输送物料、自洁性好的功能　双螺杆挤出机输送物料的工作原理与单螺杆挤出机完全不同。单螺杆挤出机物料输送是靠物料与机筒、螺杆的摩擦系数的差值进行推进。双螺杆挤出机则是采用“正向输送”进行强制推进。对于啮合型同向双螺杆挤出机，物料在螺槽与机筒壁组成的小室中呈螺旋线运动，啮合处两螺杆圆周上各点运动方向相反，相对速度很大，物料以螺旋“∞”字形运动。而且，螺杆啮合间隙很小。因此，物料不会粘在螺槽上，物料在双螺杆挤出机内停留时间比较短，减小了树脂降解反应；物料的强制输送和强烈搅拌又大大提高了物料的混合、塑化效果；此外，强制送料的作用，使物料在挤出机内经历的变化十分接近，有利于改善挤出片材的质量稳定性。

（3）利用双螺杆挤出机有良好的混炼作用，物料可以得到充分热量，加速塑化，减小料温波动，提高挤出片材的产量与质量　物料在双螺杆挤出机中塑化所需的热量，除了接收机筒外部加热器供给的热量，物料与机筒、螺杆及本身相对运动产生的摩擦、剪切热以外，物料在双螺杆啮合间隙处，尤其是选用特殊的剪切混合元件时，受剪切、挤压、混合的作用也产生热量，提高了物料塑化、混合作用，明显改善了受热均匀性。

因此，在双螺杆挤出机中，物料不容易降解、变质，有利于提高产品质量的均匀性。此外，从能量消耗的情况来看，双螺杆挤出机可以比单螺杆挤出机减少50％。

2.用排气式双螺杆挤出机生产塑料薄膜的关键问题

由于双螺杆挤出机的工作原理与单螺杆挤出机的不同，而且利用排气式双螺杆挤出机又可以省略原料的干燥系统。因此，该挤出系统就要有以下特殊要求：①设有有效排气系统；②合理设计螺杆结构；③配备高精度定量加料器及过载安全保护装置；④双螺杆挤出机压力反馈控制系统。

四、单螺杆排气式挤出机-计量泵法

排气式单螺杆挤出机与普通单螺杆挤出机相比，最主要的区别是挤出机螺杆结构不同，机筒设有排气口。

图2-33为典型二阶排气螺杆的结构示意。排气螺杆的基本参数有：螺杆直径、长径比、螺杆的特征深度、泵比、压缩比、排气段螺槽深度、排气段的长度、螺杆各段长度分配等。这里我们只介绍排气螺杆与普通螺杆不同之处。

排气螺杆由于需要经过二次压缩、塑化，还要具有一定长度的排气段，因此其长径比要比普通螺杆的大；排气螺杆的第二计量段的螺槽深度和第一计量段的螺槽深度之比称为排气挤出机的“泵比”（h2/h1）。它是设计排气螺杆时一个十分重要的参数。比值越大冒料的可能性就会减小，但在机头压力较低时，会增加挤出不稳定性。比值越接近1时，冒料的可能性越大。一般泵比为1.5～2.0之间；排气螺杆在每个阶中都有压缩段，各阶都存在压缩比，但是由于物料在各压缩段的状态不同，密度不同，各段压缩比的大小也应有所区别。

排气段螺槽深度和长度就是决定排气效果关键的参数。一般排气段的长度为2～6D（D为螺杆直径）。这里从影响排气效果的因素分析可以知道，要提高排气挤出机的排气效率，必须降低排气段的物料流量；适当地降低物料充满程度；增加排气段的长度和增长物料在排气段的停留时间；增强物料在排气段承受的剪切应变。

一般排气螺杆各段长度的分配，对于不同的物料、不同的生产能力、不同的设备情况是不相同的。考虑到在第一阶内物料在进入排气段前需要基本塑化，故该段的长度较长，一般约为螺杆全长的53％～60％，最长不超过2/3；第一加料段的长度，对于结晶聚合物来说是第一阶螺杆长度的60％～65％，对于非结晶聚合物则取50％；关于压缩段的长度，对于结晶聚合物（如聚酰胺），第一压缩段长度较短（如1D），对于非结晶聚合物（如聚苯乙烯）可取5～6D。由于物料在第二阶已经熔融，所以第二压缩段的要比第一压缩段短，一般不大于2D。为提高挤出的稳定性，在可能的情况下，应适当地增加第二计量段的长度。一般第二计量段与第一计量段的长度比可为1.8～0.8；减压段的长度一般不大于1D。

从图2-34其结构设计图分析，排气式挤出机的排气口的设计也影响排气效果，它一般位于排气段的中间位置。排气口开设角度有3种：排气口垂直向上；水平放置；与水平方向成45°角。向上放置不易冒料，但观察、清理不方便。水平位置则相反，45°位置较好。排气口的形状以长方形为主，其长边约为1～3D。为了减小物料因离心力的作用被螺杆甩出，可以将排气口的中心线向螺杆旋转方向偏移一定距离，并且在机筒上开一个吸料角（约20°）。

因此，由于物料的性能上的差异，单螺杆排气式形式也不相同。对于易水解的物料，一般是选用多阶排气式（二个排气段），对于水分敏感性不明显的物料，选用二阶排气式（一个排气段）足以满足需要。

举例图2-35所示为二阶单螺杆排气式挤出机的结构示意。挤出时，原料从加料口加入挤出机，物料在第一阶螺杆中，经过等距、等深的加料段将物料向前推进，并加热物料，然后在经螺槽渐浅的压缩段将物料压缩、熔融达到基本塑化的状态，最后经第一计量段（较浅、等深）进入排气段，在排气段里螺槽突然变深，熔融聚合物的压力骤然降至零或负值，熔体中的受压气体及挥发物就会释放出来，并使熔融塑料膨胀、发泡，物料在排气段螺杆的搅动和剪切作用下，气泡破裂、逸出熔体并被真空泵抽走，脱掉气体和挥发物的熔体在螺杆的第二阶进一步压缩和计量，挤向机头。

对于三阶排气式挤出机，物料还要经过一次排气和塑化，然后才挤向机头。要实现排气式挤出机排气良好、挤出稳定，就要求各计量段的生产能力相等，即使各阶的流量平衡。这样挤出机头部的压力才能控制在一定的范围内。

总之，我们通过前面已介绍了单螺杆-计量泵法生产薄膜所用的设备及它们在生产薄膜过程中所起的作用。使用这种方法的先决条件是原料含水量不能过大，对于易水解的物料必须进行严格的干燥处理。这样势必要增多很多生产设备，必然增大能量消耗及增加操作过程。为了解决这个问题，目前有些薄膜生产线采用单螺杆排气式挤出机-计量泵法使生产过程得以简化。

因此上述举例说明，使用排气式挤出机铸片可以省掉干燥过程的原因是因为排气式挤出机在挤出过程中可以排出物料中的水分、气体、低分子物、残余单体等，能够减少降解反应，满足制膜的要求。所以这种方法现已用于生产PS等双向拉伸塑料薄膜。

五、熔体过滤器

一般在熔融聚合物中，无论原料如何纯洁，始终会含有一定数量的这样或那样的杂质。例如：碳化物、灰尘、凝聚粒子、晶点、金属粉、包装运输中带入杂质等。在挤出过程中，熔体中存在杂质，除会损坏计量泵外，更主要的是要影响薄膜质量及薄膜收率。主要表现在：杂质黏附在模口上使铸片出现条纹；杂质夹杂在挤出片材中，轻则使薄膜出现晶点、鱼眼，影响薄膜电性能及表观性能，重则无法拉伸成膜。

因此，安装熔体过滤器是为了往除熔体中可能存在的杂质、凝胶粒子、鱼眼等异物，常在熔体管线上计量泵的前后各安装一个过滤器，双向拉伸塑料薄膜生产线熔体过滤器安放位置参见铸片工艺流程。过滤材料一般为不锈钢的网或烧结毡或粉末烧结片等。

通常，BOPET薄膜生产线采用碟状过滤器，其材料为不锈钢网与不锈钢烧结毡组合而成。不锈钢碟片的尺寸为ф12in（1in=25.4mm），过滤网孔径一般在20～30μm，过滤器加热温度控制在275～285℃。

总之，在挤出熔体管线上，安装良好的熔体过滤器，滤出熔体中的大粒杂质及未熔物是双向拉伸塑料薄膜生产过程中一项非常重要的环节。

粗过滤器的主要作用是滤掉尺寸较大的杂质，延长精过滤器的使用时间，保护计量泵（防止杂质损坏齿轮及泵体），增加挤出机的背压，有助于物料压缩时排气与塑化作用。粗过滤器滤网的孔径取决于薄膜的用途，一般在30～70μm范围内。常用粗过滤器有四种，即切换式板状过滤器、碟式（圆盘式）过滤器、管式（蜡烛式）过滤器、切换带式过滤器。

（1）切换式板状过滤器　滑板式板状换网器是由换网驱动器及网板两部分组成。这种装置可实现不停机快速更换过滤网。使用这种过滤器最关键的问题是滑板的密封问题。这种过滤器过滤面积虽小，但使用却十分方便。可以用于各种塑料薄膜生产线。

（2）碟式（圆盘式）或管式（蜡烛式）过滤器　这两种粗过滤器的过滤面积很大，使用时间长，现已广泛用于大型薄膜生产线上（图2-36）。

（3）切换带式过滤器——自动换网器　精过滤器一般以盘式为主，有些物料（例如聚丙烯等）也使用管式。精过滤器滤网孔径大小是根据拉伸塑料薄膜的用途及厚度进行选定的，一般为10～30μm。主要作用是保证薄膜质量，提高薄膜成膜性。

1.几种熔体过滤器的结构

（1）切换带式过滤器　这种过滤器通常用于熔体黏度较高的塑料薄膜生产线上。其结构如图2-37所示。

换网时，过滤器接到走带的信号，先关闭冷却室和出口法兰的冷却水，并使该处的力口热管加热，待这里的凝固物料熔化后，在挤出压力的作用下，带形滤网便向下移动，开始换网。在走带的同时，带网拨轮使信号发生器（图2-38）不断地向控制室发出信号，当达到设定的时间时，立即接通冷却室和出口法兰的冷却水，使该处的聚合物熔体凝固，抵抗挤出压力，于是完成一个换网周期。

带式过滤器的换网时间一般控制在4～15min之间。具体时间取决于原料的洁净度。

带式过滤器的滤网是镍铬丝的编织网。孔径为90～200目。一卷过滤器使用完毕后，需要停机换网。

使用这种过滤器最常见的问题是断网和走带不正。为此，使用时必须注意正确设定走带周期和精心调节网边调节块（图2-39）。

（2）管式（蜡烛式）过滤器　图2-40所示为聚合物熔体管式过滤芯的局部结构剖面。这种过滤器也是塑料薄膜加工过程中常见的一种过滤器。它由多根管状滤芯与过滤器体组合而成，滤网材料为不锈钢滤网或不锈钢纤维毡，形状为管状（蜡烛式）。为了增大滤芯的过滤面积，有时将所有的网或毡均作成折叠翅片状。使用时熔融塑料从管外流向管内，熔体中的杂质被护网及过滤材料滤除，达到过滤的目的。滤网的孔径也是根据产品用途进行选择。

管式过滤元件由于承载压力及使用寿命有限，而且，管与管之间的间隙较大，熔体在过滤器内停留时间较长。所以这种过滤器多用于生产非热敏性塑料薄膜或作为一次性使用材料的塑料薄膜（如聚丙烯薄膜）生产线上。

（3）碟式过滤器　一般碟式过滤器由简体及滤芯两大部分组成，滤芯包括芯柱、法兰、端头、压紧螺母、滤碟、金属骨架等。另外，滤碟断面结构见图2-41所示。

目前，为了便于过滤器的装卸，在设计过滤器的结构和确定安装位置时，一般容易消除过滤器热膨胀的影响。碟式过滤器最好是垂直安装在熔体管线上，熔体的进、出口的方向最好位于熔体管线的同一侧。大部分工作时，熔融塑料从滤碟之间辐射状金属骨架的空隙中流向过滤表面，在熔体压力作用下，穿过粗网2、滤网3、多孔支撑板4、网状骨架5，最后从支撑环6的侧孔流出，进入过滤器的出口流道。

其中，最主要区别在于滤蝶表面过滤材料不同。滤蝶的直径一般以直径ф305mm为主。

精过滤器的总过滤面积与薄膜生产能力有关，过滤面积越大，使用时间越长，更换过滤器造成的物料损失越少。所以在有条件的情况下，应尽量选择较大的过滤面积。一般单只精过滤器的过滤面积为4～22m2。近来市场上出售的滤碟一般有不锈钢粉末烧结型与不锈钢纤维烧结毡型两种。

设计过滤器筒体的内径尺寸要经过精确计算，是在高温锻造、镜面加工制成的。表面粗糙度达Ra=0.2μm。材料为X20CrNi17.2（AISI431）。在300℃下最大操作压力可达25MPa。

（4）双流道切换式过滤器　如图2-42是双流道切换式过滤器工作原理。

目前，这种过滤器是由两个并联的圆盘式或蜡烛式过滤体组成。在两个过滤器的加热套之间及过滤器的进、出口处，各装一个高精度调节阀（锥形三通阀）。在正常工作时，熔体只从其中一个过滤器流过。当它的压力达到某一极限值后，借助于转换装置启动调节阀，使部分熔融物料逐渐进入已充分预热的备用过滤器。备用过滤器内的空气通过顶部排气口不断排除，直到熔体充满为止。最后转换顶部阀门，新过滤器就逐渐取代旧的过滤器，完成过滤器切换工作。

德国BARMAG等公司在一次展品上推出一种双流道切换式过滤器。这种过滤装置可以在熔体过滤器达到某一定值后，不需要中断挤出过程，只需通过转动换向阀改变出料方位，就可以自动完成熔体过滤器的切换工作。

这种双流道切换过滤器属于连续式过滤器。它对于提高生产效率、减小物料损失具有明显作用。然而，这种过滤器投资费用十分昂贵，阀门转换时，压力控制要求十分严格，一旦设备或操作出现故障，仍然能导致破膜、中断薄膜生产。在实际应用中，由于切换成功率低，失去了“连续切换”的优点，所以这种装置尚未被广泛应用。绝大多数的薄膜生产厂仍然采用间歇式过滤器。

2.过滤器的加热系统

过滤器阻力较大，熔体在过滤器内停留的时间较长，为了既不影响熔体流动，又不使熔体产生过分降解，过滤器简体外面都必须安装加热套与保温套。最常见的加热套是循环油加热套、电加热套以及特殊蒸气加热套。

循环油加热套是由油泵、热交换器、油管、膨胀罐等组成（油膨胀罐位于挤出机顶部的高位处），加热油通过油泵进行循环加热。这种加热方式可以控制加热温度在<1℃之内。其不足之处在于长期使用后，由于（停机、开机等因素造成的）温度波动及传动件磨损等原因，管线的法兰连接处或油泵密封处会出现漏油现象。这样不但要增加维修工作量，也会污染环境，甚至可能出现火灾。

电加热套结构简单，对环境无污染小，热效率较高，但是加热均匀性较差，不宜用于加工热敏性塑料薄膜。

特殊蒸气加热套是一个真空加热套。这种加热套是一个带电加热器的不锈钢密闭夹套。夹套内部抽成真空，加入适量的特殊、高纯度液体，然后将其密封起来。工作时利用电加热器使液体汽化，实现蒸气加热的目的（加热温度<300℃时，套内的压力仅0.16MPa）。这种蒸气加热套的结构见图2-43示意。

特殊蒸气加热方法不用油泵循环供油，可避免加热套出现的加热死角，减少设备维修费用。但对电热系统要求较严。

3.滤碟选用、清洗、安装及使用的要求

由于熔体过滤器对产品质量与收得率有举足轻重的影响。因此，对滤碟的选用、清洗、安装、使用4个方面应有严格的要求。

（1）选用优质滤碟　滤碟是过滤熔体里面杂质的基本元件，其质量好坏取决于如下条件。

①孔隙均匀性、孔径状况、有无局部缺陷　起过滤作用的滤网，其开孔大小是根据产品用途进行选择的。一般BOPET薄膜生产线使用精过滤器的孔径实例见表2-5。一个优质的滤碟，滤网孔径应是均匀的，平均孔径应符合生产厂的要求，网面不得有局部缺陷。否则杂质会从薄弱处短路、穿过过滤器。

②耐压能力高、变形小　在生产较薄的塑料薄膜时，由于滤网孔隙较小，滤网两面压力差大，容易使过滤器产生变形或冲破滤网。为提高滤碟耐压能力，不仅要选用好的过滤材料。而且里面的多孔支撑板、金属骨架的结构及加工质量也要合理、良好。

③中心支撑环两面平行状况　组装后过滤碟的中心环是处于受压状态，两面是相邻滤碟的密封面。因此中心环的两个平面必须平行，以免出现局部漏料。

④零件焊接质量高　滤碟外圈、中心支撑环与滤网的材质是不相同的，焊接时一定要保证焊接质量，避免出现漏料现象。为确保滤碟的使用可靠性，所有滤碟在使用前必须逐一进行质量检测。不符合标准的一律不能安装使用。滤碟的检测项目包括：平均透气值、气泡点压力平均值、污垢容纳量等。

（2）过滤元件清洗方法　用过的过滤器从熔体线上卸下后，应立即送到加热烘箱内，在熔融温度下，首先要将过滤器内残存的物料尽量放出。然后，取出过滤器，并在热状态下迅速将过滤元件组合体拆出。对于难以回收或回收价值不高的过滤器，卸下的过滤元件可以丢弃，不必回收。除此之外，必须采用某种清洗处理的方法，将过滤元件清洗干净并重复使用。

过滤元件（碟或柱）的清洗方法有焚烧法或化学处理法。具体采用什么方法取决于物料的性质、清洗设备的状况。

六、熔体管道

熔体管道的作用是将挤出机、计量泵、过滤器等与模头连接起来，以让熔体从中通过。并且整个管线必须适应热胀冷缩的变化，熔体管内壁要求非常光洁且无死角，熔体管串联起来的长度尽量短一些，以免熔体在其中滞流，停留时间过长而产生降解。一般熔体管道是由均质无缝钢管制成的，内壁镀铬，由于管内的熔体是在高温、高压下流动，因此管的内壁要达到镜面光洁度（0.3μm以下）。在300℃下可承受25MPa的内压。熔体管的外壁都有加热器，熔体管的加热方式与计量泵的加热方式相同。也分为电阻加热、油加热、特种蒸气加热。加热方式可根据产品的性能、投资情况进行选择。在生产热敏性塑料薄膜时，一般都采用后两种加热套。加热温度波动应该<±1℃。加热套外面都装有保温层，减少热量损失。

总之，来自挤出机的熔体被挤进到熔体管后，分别流经粗过滤器、计量泵、精过滤器后进进模头。假如是三层共挤生产线，在模头上方还配置一个熔体分配器。过滤器、计量泵和熔体管等可以用电加热，也可用导热油夹套加热。熔体管加热温度控制在275～285℃。

七、静态混合器

熔体流过熔体管时，沿着管壁的熔体温度与熔体中心的温度有较大的温差。为使进模头的熔体温度均匀一致，以保证模头出料均匀，须在熔体管连接模头整个内部安装若干组静态混合器，熔体流过静态混合器时，会自动产生分-合-分-合的混合作用，从而达到均化熔体温度的目的。

比如在热敏性塑料薄膜生产线上，熔体在进入机头之前都要通过一组静态混合器。静态混合器的作用是使管道内熔体不断分流又不断混合，目的是改善熔体径向温度分布及熔体黏度梯度不均匀性，减小熔体的脉冲，弥补螺杆（除DIS螺杆外）引起的径向质量不均匀性。所以，静态混合器亦称均质器。

一般静态混合器是安装在熔体管线中，不占用额外的空间，不需要传动装置，消耗动力小，剪切作用小，熔体温升很小，结构简单，无密封问题，它与物料黏度和组分无关。所以，可作为混合器、反应器、热交换器等使用。

八、机头（模头）

长缝型机头是挤出片材的成型模具，是决定铸片外形、尺寸最关键的装置。长缝型机头按其内部的流道形式可分为鱼尾机头、支管式机头、衣架型机头和螺杆分配机头等类型。

长缝型机头的内部结构（支管直径、倾斜尺寸、定型段长度等）是根据塑料的种类性能、熔体流动特性等因素进行设计的。目的是确保在整个出口处熔体的流速均匀一致，制品厚度均匀，避免机头内部出现死角，避免熔体引起降解。

目前，在BOPET、BOPA、BOPP等薄膜大生产线上，大多数的机头均属于T形衣架式结构。少数BOPP、BOPS薄膜也采用鱼尾型机头。

（1）鱼尾型机头　鱼尾型机头的型腔类似鱼尾。这种机头与其他形式机头的最大区别是内腔没有支管，型腔的形状比较特殊。

（2）支管式机头　这种机头的内部有一个管状的型腔，所以通常称为支管式机头。机头内支管的作用是可以稳定挤出压力和分配熔体。

（3）衣架型机头　这种机头有一个像衣架的支管，又有鱼尾型机头的鱼尾部分。因此，它兼有支管式机头和鱼尾型机头的优点。这种机头的支管扩张角很大，机头内压力分布十分均匀。适用于多种塑料的加工。可以生产1000～5000mm宽的片材和板材，是目前双向拉伸塑料薄膜生产线使用最广泛的一种机头。

对于共挤法生产复合薄膜的机头也有两种基本类型。其一是在普通单层薄膜挤出机头的上方安装一个进料块，挤出的各种物料在进料块的汇合处三层合为一体，汇合熔体然后经单层机头挤至冷鼓表面。这种机头通常用于生产熔体黏度相近似的三层复合膜。各层的厚度取决于对应挤出机的挤出量。这种机头的成本较为低廉。其二是专用共挤出机头，挤出的各种熔体分别进入机头内的各自流道，最后在接近机头出口处的汇合口汇合，并很快流出机头。用这种机头挤出的复合片材，各层的厚度比较均匀，熔体之间相互混溶量较少，主要用于生产熔体黏度相差较大的、要求分层均匀度较高的塑料薄膜。这种机头不足之处是加工费用较高。图2-44为两种共挤复合薄膜机头结构的示意。

共挤复合膜的剖面形状可以根据使用者的需要进行设计。选用剖面的类型，主要取决于薄膜表面的性能。此外，还要考虑如何回收利用薄膜废边的问题，以便设计各种熔融材料在汇合口的宽度。

机头体都是安装在重型、稳固的横梁上，目的是减小机头的震动。有的支架还可以使机头快速移离冷却转鼓，便于检修机头。这种支撑结构在工作时必须将机头固紧。机头的顶部装有排气罩，用于排除熔体释放的热量及低分子挥发物。排气管必须接至室外防止污染环境。

挤出熔体在离开唇口尚未贴附冷鼓表面时，料流的行为受到挤出压力、出料时的离膜膨胀率、附片作用力、冷却转鼓的牵引力、机唇周围气流情况等综合因素的作用。欲实现熔体很少黏附唇口、均匀出料的目的，安装时必须仔细调节机头与冷却鼓中心垂线的距离，精心调节唇口的出料角度及唇口至冷却鼓的距离。在较先进的设备中，机头角度是可以在一定范围内任意扭转的。通常出料角（与冷却鼓中心垂线的夹角）为30°～36°之间，有些为垂直向下或水平放置。角度的大小和熔体冷却前附片方式、附片作用力大小、冷却鼓的直径及位置等有关。

生产BOPET、BOPA薄膜使用的机头，其机唇表面一般是不镀铬，而是采用高级不锈钢材制作的。因为镀铬会使唇口变钝，挤出时物料容易粘在唇口，导致挤出片材出现条纹，机头用过一定时间后需要拆下检修，而且一旦铬层损坏，又很难修复。生产BOPP、BOPS等薄膜使用的机头，机唇内表面一般都是经过镀铬处理的。这样可以降低机头成本，提高机头的加工性能。

九、冷却转鼓（又称冷鼓或急冷辊）及附片装置

聚合物熔体离开机头之后，借助于附片装置的外力作用，迅速贴附在低温、高的光洁度、镀铬的冷却转鼓表面上。由于高温熔体和冷鼓能够及时进行热交换，熔体被快速冷却，当它脱离剥离辊后，就形成固体厚片。这个过程称为铸片过程。

影响厚片质量的因素很多。例如，原材料的性能和质量、铸片以前的成型工艺和设备的情况、生产环境的状况等。

铸片质量的好坏，从外观上来看，主要表现在铸片的形状、尺寸、外观质量，它们都是决定薄膜表观质量的主要因素；从微观上来看，主要表现在厚片的结晶状况、分子的取向情况、熔体的降解情况。这些都是决定薄膜物理、机械、电气等性能和产品收率的主要因素。由此可见，铸片的过程也是生产优质薄膜十分关键的一步。

铸片装置是由冷却转鼓、剥离辊、冷却水循环系统、传动系统、附片装置、排气罩、静电消除器等组成的。现代的铸片装置还具有片材测厚、牵引、切割、辅助收卷等一系列配套设备。为了深入了解该装置的结构及其作用，这里我们分5个部分加以介绍。

1.冷鼓铸片的方式

用冷鼓进行铸片的方式很多，最常见的基本类型有4种，参见简图（图2-45）。即冷鼓-静电附片（或真空抽吸）；多鼓-气刀；接触对辊；冷鼓-气刀、水槽。

铸片方式的选择是由聚合物品种、产品的用途及生产能力决定的。其中单只冷鼓-静电附片或真空抽吸法主要用于生产熔体黏度低的聚酯、聚酰胺类薄膜。此时，冷鼓直径很大、加工精度高、传动精度高，附片能力要求也很高。

对于熔体黏度较高的聚丙烯薄膜，大多数是使用单冷鼓-气刀、水槽式，也有使用多鼓式。对于冷鼓-气刀、水槽式的铸片法，冷鼓直径较大，片材冷却速度快，冷却温度和片材的结晶度容易控制，薄膜透明度较高，生产能力大。在使用这种方法时，一定要提供专用低温冷却软水。

在多鼓式铸片法中，冷鼓直径较小，冷鼓的数量一般为三个，片材是双面冷却，片材尺寸均匀，光泽度好。但生产能力较低，设备费用较高。适于生产聚苯乙烯等薄膜。

2.铸片过程中冷却工艺及设备条件对拉伸塑料薄膜的加工和产品性能的影响

（1）冷却速度对片材结晶情况的影响　PET、PP、PA等结晶型聚合物片材的结晶情况与熔体冷却速度有密切关系。冷鼓表面温度越低，热传导越好；片材贴附鼓面越紧，熔体冷却速度就越快。此时，片材结晶度小、球晶细而均匀，有利于聚合物拉伸取向。所以，在挤出PET、PA、PP片材时，多采用低温快速冷却（<35℃）方法。然而，冷鼓表面温度并非越低越好。在某些情况下，也需要使用较高的温度进行冷却。例如，在生产双向拉伸聚丙烯（BOPP）电容级薄膜的时候，薄膜表面有时常要求粗化，生产时需要适当地提高冷鼓表面温度（90℃），使铸片产生一些较大的β型晶粒，具有一定的结晶度。用这种片材进行双向拉伸时，β型晶粒向密度更大的α型晶粒转化，在晶间形成微小的沟槽，塑料薄膜的表面粗糙度明显增大。又例如在生产非结晶BOPS薄膜时，这种材料不存在冷却速度对结晶的影响问题。此时，适当提高冷鼓表面温度（60～90℃）是有利于增大冷鼓对熔体的黏附性，并可以减小熔体的颈缩量，减小能量消耗。

（2）冷鼓对熔融聚合物的预取向作用　聚合物熔体从机头的模唇流出后，在一般情况下，熔体挤出速度均低于冷鼓表面线速度，聚合物熔体在黏流态下拉伸变薄的同时，必然引起部分分子链解缠、滑移和取向。即产生了“预拉伸”。从第一章聚合物熔体的末端行为可以知道，铸片时使挤出片材产生适当的预拉伸，有利于消除可逆弹性应变的不利影响、减小膨胀比。对于结晶型聚合物，预拉伸的应力大小还影响结晶过程，适当地预拉伸有利于晶粒细化及生成准晶结构。这种片材具有一定的纵向韧性，在双向拉伸时不易断裂，有利于提高成膜性。

预拉伸的程度取决于熔体的挤出速度和冷鼓线速度比，也和熔体黏度、冷鼓表面温度和冷却速度有关。值得注意的是：在使熔体产生预拉伸的同时，也要设法减小片材的颈缩。否则，片材边部的厚度将随预拉伸程度增加而增大。而且，这种片材在纵向拉伸时，会因为片材与预热、拉伸辊接触不良，导致拉伸不均匀，薄膜的废边率加大。

熔体预拉伸时产生颈缩量的大小是与唇口到鼓面的距离、熔体贴附冷鼓的能力、唇口的开度、熔体在唇口处的流速与冷鼓线速度等因素有关。减小铸片颈缩最有效的办法是：提高附片能力，减小模唇与冷鼓表面的距离，适当地调节模唇的开度。

（3）冷鼓的尺寸精度、运行精度、结构对挤出片材厚度及产品质量的影响　在挤出铸片过程中，机头和冷却转鼓就相当于熔体的成型模具，是直接赋予熔体必要加工条件的装置。它与片材厚度及其内在质量有密切关系。冷却转鼓对铸片的影响主要表现在：冷鼓的尺寸精度、运行精度会影响挤出片材的厚度均匀性及表观质量；冷鼓内部结构、传热情况会影响片材的聚集态状况。

冷鼓的大小是由产品的品种、产品厚度、生产速度与产品质量要求决定的，要保证挤出熔体要有足够的冷却时间。目前，较先进的高速薄膜生产线，冷鼓的最高线速度达70～100m/min。此时，冷鼓的直径较大（大于1.6m），低速生产时，冷鼓直径相对较小。

冷鼓尺寸精度是指冷鼓的正圆度、圆柱度、同心度等，这些精度值在设备加工及安装时要加以严格控制，一般要小于0.01mm。冷鼓运行时的振幅也要≤0.020mm。无论宏观还是微观的转速精度都应≤±0.05％。为此，冷鼓表面需要进行精加工，鼓体需要进行平衡处理。

冷鼓表面的光洁度是影响片材表观质量的重要因素。通常，冷鼓表面是镀有厚度约0.1mm的铬层，硬度为62～65（Rc）。当表面加工精度达到粗糙度Rt≤0.1μm时，光洁度应当在（0.2）以上。这种冷鼓可以用于制作表面性能极好的薄膜。但是，它的缺点是片材容易出现较大的颈缩量。为此，有的设备生产商就推荐使用中心与边部具有不同粗糙度的冷鼓，其理由是利用提高冷鼓中间部位光洁度，使薄膜获得良好的表面性能；通过增大冷鼓边部区域的表面粗糙度，减小铸片时产生的颈缩量。

冷鼓内部结构对铸片质量的影响，主要是指由于冷鼓内部冷却水流道结构和流向不同、传热效果不同对铸片质量的影响。为了提高传热效果，减小冷鼓的横向温差与传热死角，冷却转鼓都设有内套，内套上焊有导流片。冷却水在导流片之间的流道内有规律地流动。

目前，大型薄膜生产线所用的冷鼓主要是平行流道和螺旋式流道两种结构，流道中冷却水的流动方向一般都是从冷鼓的一端流向另一端，然后返回热交换器的单向流动。严格来说这种冷鼓鼓面横向温度总是存在或多或少的偏差。如果需要进一步减小冷鼓鼓面横向温差，就必须采用错流式平行或螺旋式流道。图2-46示意出单向流动平行和螺旋式流道冷鼓的结构。图2-47示意出错流式冷鼓流道的结构。

平行流道冷鼓的导流片是平行于冷鼓的母线。这种冷鼓的结构比较简单，水流阻力小，停留时间短，流速较快（1m/s）鼓面温差可降至0.5℃以下。

螺旋式流道冷鼓的导流片为螺旋形排列，冷却水在鼓内停留时间较长，为了减小冷鼓表面横向温差，并提高传热效果，必须提高冷鼓进水和出水的水流速度。

（4）冷鼓温度对铸片表观性能的影响　冷鼓温度及其传热速度不仅影响聚合物的结晶性，而且也影响熔体的附片效果。适当地提高冷鼓温度有利于挤出片材贴附鼓面，有利于排出片鼓之间的气体，对防止铸片产生气泡、波纹等表面质量缺陷有一定的作用。温度过低，挤出片材则会在冷鼓表面上出现滑动或翘曲。

3.冷鼓的传动系统

冷鼓的传动系统包括冷鼓回转的驱动系统及冷鼓位移的驱动系统两部分。冷鼓回转驱动系统是使冷鼓能够平稳运转、达到预期工作速度的驱动系统。它由高精度的直流电动机（或交流变频调速电机），能消除震动、减小传动间隙的蜗轮减速器及弹性联轴节或皮带或不带齿的行星摩擦辊等组成。有的设备在冷鼓的主轴上还安装电磁制动器，用于进一步提高冷鼓的传动平稳性。这些传动的零部件都安装在冷鼓的一侧，可随冷鼓一起升降及平移。冷鼓位移系统的主要作用是便于操作人员清理机唇和便于及时、方便清除机头流出的废料。该系统可以采用只有大距离升降的位移方式，也可以采用小距离升降与大距离水平位移两组传动的组合方式。

当附片系统或挤出系统出现异常现象时，按动电钮可以使冷鼓立即退出工作位置；当需要铸片时，则作相反的动作，使冷鼓进入工作状态。冷鼓升降或水平位移的行程是受行程开关限定，保证移动距离准确无误。考虑到在生产的过程中，有可能出现突然停电的意外事故。突然停电后，由于挤出机内的压力很高，熔体会继续外流，将在机头和冷鼓之间产生一定的堆积压力，使冷鼓和机头受到损伤。因此，在驱动冷鼓的升降和平移的丝杠上，应留有可以手动旋转的位置，在必要的时候要用人工将冷鼓脱离机头。冷鼓位移的距离，对于大距离升降式的冷鼓，最小行程应>600mm；对于升降平移式冷鼓，升降的距离约100mm，水平位移量应大于冷鼓的半径。冷鼓位移的距离均由限位开关控制。使冷鼓旋转的传动系统是固定在支撑冷鼓轴的两个侧板上，对于升降-平移式冷鼓，两侧板的下面还有限位滑轨。正常平移时，电机经减速器带动丝杠旋转，使冷鼓的侧面支撑板在滑轨上滑动、平移。冷鼓鼓体的两个端轴装有高精度自动对中球面轴承。

4.冷鼓内的软水循环系统

图2-48为冷鼓软水循环系统流程。从图中可以看出，冷鼓的传热过程实际包括以下内容。

①通过鼓内高速循环的低温软水与冷鼓进行热交换，带走熔体传给冷鼓的热量。

②循环软水通过一个辅助热交换器，被冷冻水冷却。热交换器是一个列管式冷却器，管外通入8～15℃冷冻水，管内为待冷却的循环软水，8～15℃冷冻水是由制冷系统专线供给，温度基本恒定。

③在循环软水系统中，还装有一台电加热器，电加热器主要是在刚刚开机时或软水温度过低时才开始工作，以确保循环水的温度不变。

值得注意的是：为了保证循环软水能及时将熔体的热量带走，循环水必须与冷鼓外套完全接触，绝对不允许鼓内积存空气。所以，在开始向冷鼓内注水时，一定要打开冷鼓外缘侧面的排气孔，将鼓内的空气全部排除。

5.附片装置

铸片时，高温熔体落到光滑而低温的冷鼓表面后，如果没有任何附加外力的作用，熔体必然要从鼓面上滑落下去。即使可以铸片，在铸片过程中，塑料片材和冷鼓之间往往会夹带一部分空气，这部分空气就会成为从熔体向冷却转鼓传热的主要阻力，从而极大地影响“急冷”效果，导致结晶聚合物片材内部结晶状态恶化，同时还将破坏冷却的均匀性，使结晶聚合物片材结晶不均匀、片材表面质量不均匀，严重时会造成较大的颈缩或产生波纹、皱纹等缺陷。因此，在铸片系统中通常都要配备一种附片装置。

十、辅助收卷机

辅助收卷机是位于纵向拉伸机的入口处（有的塑料薄膜生产线在纵向拉伸机的出口处也安装一台），其作用是在挤出片材尚未稳定之前或纵、横拉伸某一工序出现临时故障时，将厚片临时储存在卷芯上。从操作的角度来看，还可以利用辅助收卷前的特殊切割装置，加快向纵（或横）向拉伸机的穿片速度。

图2-49所示的厚片收卷机包括三部分：驱动端、气动顶紧夹头、卷芯。

驱动端有一台电动机，电动机经减速器带动一个位置固定的锥形夹头旋转。电动机的速度可用电位器来调节。气动顶紧夹头是在驱动端的另一端，它与一个汽缸相连，汽缸可以控制锥型夹头水平移动，夹住或放开卷芯。卷芯是一个空心直管，一般直径为6in（152.4mm）的纸管，也可以是塑料管，长度由挤出片材的宽度来决定，通常卷芯的长度要比片材最大宽度大200～300mm。

对于较先进的双向拉伸塑料薄膜生产线，在辅助收卷机的前方，都装有一套可以自动横切的切刀。当需要把辅助收卷机上的片材引入下游设备时，首先将切刀移进片内，停在距片材边缘约150mm处，然后将切刀插入铸片，接着就可以手工剪断片边，将剪下的边片穿入下游设备。此时其余的片材继续卷在卷芯上。当穿片工作完成后，再按动电钮，使切刀进行横向切割，将片材完全切断。最后切刀自动退到原始位置。这种穿片方法，不但穿片速度快，而且还可以避免在穿片失败时大量片材堆积在下游设备里面，减少人工进入高温设备清除废膜和废膜污染设备的次数。