高阻隔膜材的加工系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种有机包装膜材料的加工系统，属于高分子材料加工设备技术领域。


背景技术：

2.现有的牙膏管、鞋油袋、药品及其它一些膏状物包装袋，大多是由铝、铅、锡等金属和塑料复合而成，大部分的现有铝塑复合膜材的膜层结构示意如图1所示，分为3层，中间一层纯铝，内外两层为低密度聚乙烯层(ldpe)，3层材料之间通过胶水(聚氨酯胶粘剂)粘结加乙酯溶剂，易挥发出有害气体。图2为市面购买的一种现有铝塑复合膜材的膜层电镜照片，这类产品一般采用“吹膜
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淋膜
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分切
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胶印
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卷管
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注肩
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成品”的工艺路线。由于此类膜材包装袋的用量非常大,这不仅导致大量金属材料的浪费，产品包装成本的显著提高，且铝、铅、锡等金属在包装材料加工和二次加工中的广泛应用还会对生产环境造成严重污染。另外，如图8所示，含金属物包装材料的加工过程复杂，加工成本高，多种材料的复合应用还会给后续包装材料的回收再利用带来极大困难；而回收价值极低的大量包装废弃物弃置在环境中又会造成二次污染和资源的二次浪费。
3.基于上述金属
‑
塑料复合包装材料的缺陷，开发一种既要达到铝
‑
塑复合包装材料一样的性能，又能减少vocs排放的产品，成为本领域人员亟待解决的技术问题。市场需要一种绿色环保、高阻隔、高强度的功能性膜材来取代传统的高污染、高浪费的铝
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塑复合膜材，而全塑复合片材(不含金属材料)的生产加工成为复合包装材料的发展趋势。
4.现今全塑复合包装材料在行业中应用较少，主要原因在于制备工艺相对复杂且成本较高。全塑复合包装材料一般采用的是挤出成膜工艺，主要工艺流程包括“拉管
‑
丝印
‑
注肩
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成品”，其得到的产品结构示意图如图3所示，缺点主要在于生产效率低、产量低、分摊成本及总成本高。目前也有少量的全塑复合包装材料采用较为先进的吹塑evoh(乙烯
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乙烯醇共聚物)共挤膜技术路线。在该技术路线内的工艺流程主要有以下两种。
5.一种是采用吹膜
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淋膜复合技术，即内层聚乙烯膜和外层聚乙烯膜通过淋膜pe层压复合，制成如图4所示的全塑复合片材，其工艺流程包括“吹膜
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淋膜
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分切
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柔印
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卷管
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注肩
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成品”。以图6所示的现有全塑复合包装片材实物的显微电镜图为例，其是采用淋膜层压复合技术制备得到，从膜层的组成来看，其可粗略地分为五层结构(即图6中所示的l2、l3、l4、l5和l6)，其中的l2为evoh三层共挤膜(含两层粘结树脂tie层)，l3、l4为挤出淋膜层，l3、l4作为粘结过渡层将l5、l6分别与l2粘合在一起，l5、l6则分别为吹膜形成的三层pe内膜或三层pe外膜。但此类复合包装材料的生产过程损耗大(吹膜工序废品2％～3％，淋膜工序废品4％～6％)，且evoh共挤膜需要单独吹膜，再通过淋膜层与内外两侧的pe层粘结，这也导致工艺流程复杂，效率低，加工成本高。
6.另一种是直接吹膜层压而成阻隔复合全塑片材，如图5所示，该阻隔复合全塑片材一般含有至少两层的evoh材料层，其工艺流程包括“吹膜
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层压
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分切
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胶印
‑
卷管
‑
注肩
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成品”，吹膜生产中将乙烯醋酸乙烯酯共聚物(eva)作为热封层放置在吹膜内层，通过牵引辊
将膜泡两层挤压热封形成一个加厚片材。以图7所示的全塑复合包装片材实物的显微电镜图为例，其是采用吹膜层压复合技术制备得到，从膜层的组成来看，其至少包含八层结构，其中的l1、l2 均为evoh层，l3 l4为层压eva层作为粘结过渡层，l5、l6以及evoh层的外侧则为pe内膜或外膜。此类阻隔复合全塑片材比铝塑复合软管的成本高出30％～60％，且加工出的管材管身较软，不利于市场推广。
7.由于受到现有全塑复合包装材料生产设备的限制，普遍难以加工出高厚度、高阻隔性且层间抗剥离强度高的复合膜材，大大限制了全塑复合膜材在其他领域中的应用。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的技术难题，提出一种高阻隔膜材的加工系统。
9.本实用新型提出的技术方案为一种高阻隔膜材的加工系统，包括料斗、吹膜机、挤出机、输送装置、厚膜拉伸延展机构、分切装置和收卷装置，所述料斗连接挤出机，多个所述的挤出机连接在所述吹膜机的底部，所述吹膜机顶部输出的膜材通过输送装置连接经过一厚膜拉伸延展机构，经过厚膜拉伸延展机构输出的膜材最终连接至分切装置和收卷装置。
10.由于囿于现有吹塑工艺及吹膜机的局限，本领域普通技术人员很难想到采用一次吹膜成型方式制备得到本实用新型所述的高阻隔膜材，现有的吹膜机在加工制备含evoh的共挤膜产品时，一般仅能吹膜成型得到100微米以下的共挤复合膜，且基于evoh中间阻隔层与两侧的聚烯烃类功能层的性质差异，很难进行多膜层、大厚度的一次吹膜成型，勉强吹出的多膜层结构往往复合牢度差，且容易出现褶皱、不平整，且难以分切，成膜质量较差。现有的各类吹塑共挤全塑复合膜产品中，由于受到加工设备及加工工艺的限制，当复合膜材要做到很厚时(例如200微米以上)，往往通过淋膜、层压或其他二次粘结方式将第一聚烯烃类功能层、乙烯
‑
乙烯醇共聚物类中间阻隔层和第二聚烯烃类功能层复合成一体，此类产品的加工设备简单、成熟，但成型的复合膜产品整体厚度较薄，层间复合牢度较差，各层难以紧密粘合成一整体，在利用常规方法(例如gb/t 8808
‑
1988《软质复合塑料材料剥离试验方法》等公知的常规测试方法)对其进行测试时，各层之间能够很容易进行剥离。然而本实用新型通过打破常规思路并改进现有加工系统，在吹膜机的膜材输出下游增加设置一厚膜拉伸延展机构，这在很大程度上解决了一次性吹膜生产厚膜过程中容易出现的卷曲、褶皱、起泡、不平等瑕疵，而这样的厚膜拉伸延展机构平常基本不会配置在吹膜机之后，这使得本实用新型厚膜拉伸延展机构可与吹膜机配合直接一次吹塑成型，制备得到的复合膜材各功能层之间通过粘合树脂层紧密粘合成一整体，且各层之间不易剥离，粘结牢固，能够更好地维持其膜材的高阻隔性，且可实现全塑复合，可循环回收利用。
11.上述的加工系统中，优选的，所述厚膜拉伸延展机构中设有容纳所述输送装置的输送通道，且输送通道内设有对膜体进行冷热交替处理的膜体加热装置和膜体冷却装置。
12.上述的加工系统中，更优选的，所述厚膜拉伸延展机构布置在吹膜机的出料处附近，且膜体加热装置和膜体冷却装置交替设置有多组。针对本实用新型吹膜加工系统的特点，我们提出了在吹膜机顶部的下游增设冷热交替式的膜体拉伸延展机构，这不仅便于集成到现有的加工系统中，而且成本低，便于控制膜体的质量。
13.上述的加工系统中，优选的，经过所述厚膜拉伸延展机构输出的膜材再通过输送
装置连接经过一二次冷却定型装置，最终再连接至收卷装置；所述二次冷却定型装置布置在分切装置上游或下游附近。
14.更优选的，所述二次冷却定型装置包括施加在膜材上的风环冷却装置。通过增加设置二次冷却定型装置有利于与上游配置的厚膜拉伸延展机构进行配合，提高膜材的处理效率，提高膜材的硬度和挺度。
15.进一步优选的，所述二次冷却定型装置还包括设置在风环冷却装置前进行交替冷热处理的加热辊组和冷却辊组，所述加热辊组和冷却辊组布置成对膜材进行水平辊压方式。这主要是考虑在二次冷却定型前如果还遇有膜体质量不达标的情形，可以在收卷前进行一次冷热交替辊道处理的弥补，这不仅成本低，方便操作，而且能够进一步提升膜材的稳定性。
16.上述的加工系统中，优选的，所述挤出机的数量与拟制备的高阻隔膜材的层数对应一致。这样配置有利于提高针对不同膜层结构产品的加工适应性，进一步降低加工不同类型高阻隔膜材产品的加工成本。
17.上述的加工系统中，优选的，所述吹膜机的模头中流道数量的配置与拟制备的高阻隔膜材的层数一致，且位于模头内的单个流道的宽度大于该单个流道在风环冷却出料处的开口尺寸。将流道的宽度设计成大于开口尺寸，能增加开口附近出料的挤压力，且使得模头内的介质流动及出料更加顺畅。
18.上述的加工系统中，优选的，所述分切装置的切刀由一振动机构驱动。
19.上述的加工系统中，更优选的，所述振动机构包括驱动切刀进行水平方向振动的横向振动机构和驱动切刀进行竖直方向振动的竖向振动机构。考虑到本实用新型厚膜产品在分切时的不便，我们在分切装置中增加了振动驱动机构，且采用复合振动方式更有利于分切的便利和高效。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
21.1.本实用新型加工系统可加工出高阻隔膜材，膜材的各层间的复合牢度均在15n/15mm 以上，因为高阻隔膜材由于各膜层是一次吹塑成型得到，因此层与层之间的复合牢度可以达到很高，显著高于现有的全塑复合膜材。相比现有的铝塑复合膜材，本实用新型加工制备的产品，无需复合金属材料就能达到传统al与pe膜复合才能具有的高强度、高阻隔、耐穿刺等功能。
22.2.在大厚度的高阻隔膜材中(例如250～350微米)，本实用新型加工系统的优势将体现的更加明显和充分，且有利于后期在牙膏、鞋油等各类大厚度包装管材中的应用。
23.3.通过本实用新型加工系统加工的多膜层产品，不含有通过挤出淋膜复合层、层压粘结层或其他二次粘结方式形成的可剥离的粘结过渡层。基于本实用新型的一次吹塑成型，使得产品在显微电镜下显示的多膜层结构中不含有常规的淋膜复合层、层压粘结层或其他粘结过渡层，可与现有的全塑复合膜材明显区分开来。
24.4.通过本实用新型加工系统加工的膜材可以进一步提高膜材的光泽度、力学强度、挺度及耐穿刺性，印刷适应性强，可大大降低膜材的加工成本，简化膜材的加工步骤，提高膜材的加工效率。
25.5.本实用新型的加工系统特别适合加工环保无污染全塑产品，包装膜材可100％回收再利用，有利于节约资源和保护环境。
附图说明
26.图1为现有铝塑复合膜材的膜层结构示意图。
27.图2为一种现有铝塑复合膜材的膜层电镜照片，其中l1、l2、l3、l4、l5和l6的厚度参数(单位：微米)分别为263.87、124.63、29.13、13.56、34.54、61.87。
28.图3为现有挤出成膜工艺制备的全塑复合包装材料膜层结构示意图，其中pe为聚乙烯层，tie为粘结树脂层，evoh为乙烯
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乙烯醇共聚物层。
29.图4为现有淋膜层压复合工艺制备的全塑复合包装材料膜层结构示意图。
30.图5为现有吹膜层压复合工艺制备的全塑复合包装材料膜层结构示意图，其中pe为聚乙烯层，eva为乙烯醋酸乙烯酯共聚物层。
31.图6为一种现有淋膜层压而成的全塑复合包装片材的膜层电镜照片，其中l1、l2、l3、 l4、l5和l6的厚度参数(单位：微米)分别为318.94、75.00、29.08、33.89、110.27、72.16。
32.图7为一种现有吹膜层压而成的全塑复合包装片材的膜层电镜照片，其中l1、l2、l3、l4、l5、l6和l7的厚度参数(单位：微米)分别为10.44、11.32、29.88、24.72、37.35、 35.70、151.61。
33.图8为传统铝塑复合工艺流程简图。
34.图9为本实用新型实施例中可循环利用的高阻隔膜材加工系统的结构示意图。
35.图10为本实用新型实施例中高阻隔膜材加工系统的厚膜拉伸延展机构局部放大图。
36.图11为本实用新型实施例中可循环利用的高阻隔膜材加工系统的工艺流程示意图。
37.图12为本实用新型可循环利用的高阻隔膜材加工系统中吹膜机模头的外形图。
38.图13为本实用新型实施例中高阻隔膜材加工系统的分切装置和收卷装置的局部放大图。
39.图14为本实用新型加工系统制备的高阻隔膜材的膜层结构示意图。
40.图15为本实用新型加工的高阻隔膜材330u1的膜层电镜照片。
41.图16为本实用新型加工的高阻隔膜材250u1的膜层电镜照片。
42.图17为本实用新型加工的高阻隔膜材250u2的膜层电镜照片。
43.图例说明：
44.1、料斗；2、吹膜机；21、模头；22、流道；23、流道开口；3、挤出机；4、输送装置； 5、厚膜拉伸延展机构；51、膜体加热装置；52、膜体冷却装置；6、分切装置；61、横向振动机构；62、竖向振动机构；7、收卷装置；8、二次冷却定型装置。
具体实施方式
45.为了便于理解本实用新型，下文将本实用新型做更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体实施例。
46.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本实用新型的保护范围。
47.除非另有特别说明，本实用新型中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
48.实施例：
49.一种如图9所示的用于制备可循环利用的高阻隔膜材的加工系统，包括料斗1、吹膜机2、多个挤出机3、输送装置4、厚膜拉伸延展机构5、分切装置6和收卷装置7，料斗1连接挤出机3，多个挤出机3连接在吹膜机2的底部，多个挤出机3的数量与拟制备的高阻隔膜材的层数对应一致，吹膜机2顶部输出的膜材通过输送装置4连接经过厚膜拉伸延展机构5，经过厚膜拉伸延展机构5输出的膜材最终连接至分切装置6和收卷装置7。
50.图10为本实用新型厚膜拉伸延展机构5的局部放大图，由图10可见，厚膜拉伸延展机构5内设有容纳输送装置4的输送通道，且输送通道内设有对膜体进行冷热交替处理的膜体加热装置51和膜体冷却装置52。厚膜拉伸延展机构5布置在吹膜机2的出料处附近(本实施例中布置在吹膜机2的顶部)，且膜体加热装置51和膜体冷却装置52交替设置有多组。
51.如图9和图11所示，经过厚膜拉伸延展机构5输出的膜材再通过输送装置4可选择性地连接经过一二次冷却定型装置8，二次冷却定型装置8与分切装置6和收卷装置7连接。该二次冷却定型装置包括施加在膜材上的风环冷却装置，还包括设置在风环冷却装置前进行交替冷热处理的加热辊组和冷却辊组，加热辊组和冷却辊组布置成对膜材进行水平辊压方式(参见图11)。
52.如图12所示，吹膜机2的模头21中流道22数量的配置与拟制备的高阻隔膜材的层数一致，且位于模头21内的单个流道22的宽度大于该单个流道22在风环冷却出料处的流道开口 23的尺寸。
53.如图13所示，本实施例加工系统中的分切装置6的切刀由一振动机构驱动。该振动机构包括驱动切刀进行水平方向振动的横向振动机构61和驱动切刀进行竖直方向振动的竖向振动机构62。
54.如图11所示，本实施例的加工系统在进行高阻隔膜材的加工制备时，包括进料、加热熔融、共挤出、吹膜冷却定型、牵引、二次冷却定型、分切、收卷多个步骤，具体操作如下：
55.s1：将七层结构设计的高阻隔膜材(参见图14)的第一外侧pe层、第一hdpe单层、第一粘合树脂层、乙烯
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乙烯醇共聚物类中间阻隔层、第二粘合树脂层、第二hdpe单层、第二外侧pe层的原料粒子分别由各自的储罐输送至各挤出机的料斗处；在输送过程中，原料粒子经过自动称重系统，原料粒子在自动称重系统中按配方中的配比添加到各挤出机的料斗内，在输送过程中即完成了材料的配比，实现计量精确化，减少了加工过程中的称重过程。
56.s2：本实施例中料斗为七个，分别用于存放每一层的原料粒子，其他实施例中根据膜层结构的不同还可以为9
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11个不等，还可增设部分料斗用于存放功能助剂；原料粒子分别存放于不同料斗中，方便运送，也方便调整各组分的配比，适用于不同材料配比的情况，使整个加工装置更为灵活；料斗上料后，各原料粒子在挤出机中经加热、熔融、分配、共挤出、风环冷却定型，得到一次成型的膜体。
57.s3：膜体通过风环冷却定型时，膜体的吹胀比一般为1～3，膜体的牵引比为4～6，使膜料达到预设的厚度。
58.s4：风环冷却定型后的膜体经过人字夹板夹扁后通过牵引形成两层薄膜，一同进入一厚膜拉伸延展机构进行厚膜拉伸延展操作，厚膜拉伸延展机构中设有膜体加热装置和
膜体冷却装置，通过反复冷热交替进行厚膜拉伸延展。
59.s5：经厚膜拉伸延展操作后的膜体在输送过程中进行二次冷却定型操作(但该操作不是必须的)，二次冷却定型操作可以通过一风环冷却装置施加在膜体上，也可通过多组水平交替设置的加热辊组和冷却辊组，用于使膜料更为平整，性能更为均匀；且二次冷却定型后的膜体温度控制在30℃～50℃。膜材在滚筒中移动以使材料更加平整，性能更加均匀，每种成分的物理功能发挥到极致。
60.s6：二次冷却定型完成的膜体经过牵引辊牵引、后加工处理和冷却，输送至收卷辊处进行收卷。具体地，牵引辊之后的滚筒内还可根据需要设置加热辊组和冷却辊组，加热辊组和冷却辊组交替设置，对膜材进行反复加热和冷却，使滚筒可对经过二次冷却定型后的膜料进行继续加热或冷却，使材料的硬度提高，延展性能更好；后加工处理为电晕和切边，薄膜经过后加工处理、分切等工序后，两层薄膜分别进行冷却定型收卷。
61.实施例的制备方法实现了高阻隔膜材材料一次直接成型，可以进行牙膏管等包装管材的制作，工艺上化繁为简，成本降低。高强度材料工艺的特性使材料在制管领域具有管材厚度均匀、管身圆滑、阻隔性好、加工效率高、材料成本低、硬挺度较高等优势。
62.采用本实用新型加工系统加工出以下三组高阻隔膜材，其膜材参数设计分别如下表1、表2和表3所示，表1：高阻隔膜材250u1参数表
[0063][0064]
表2：高阻隔膜材250u2参数表
[0065]
[0066][0067]
表3：高阻隔膜材330u1参数表
[0068][0069]
以上本实用新型加工系统制备别的可循环利用的高阻隔膜材，均包含第一聚乙烯功能层 (第一外侧pe层 hdpe层)、乙烯
‑
乙烯醇共聚物类中间阻隔层(evoh层)和第二聚乙烯功能层(hdpe层 第二外侧pe层)，乙烯
‑
乙烯醇共聚物类中间阻隔层的两侧通过粘合树脂层分别与第一聚乙烯功能层、第二聚乙烯功能层结合，第一聚烯烃类功能层、乙烯
‑
乙烯醇共聚物类中间阻隔层和第二聚烯烃类功能层之间通过粘合树脂层紧密粘合成一整体，且采用常规复合膜材料剥离强度测试(例如gb/t 8808
‑
1988《软质复合塑料材料剥离试验方法》等测试方法)时不能在第一聚烯烃类功能层、乙烯
‑
乙烯醇共聚物类中间阻隔层、第二聚烯
烃类功能层各层之间进行有效剥离，第一聚烯烃类功能层与乙烯
‑
乙烯醇共聚物类中间阻隔层之间、以及乙烯
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乙烯醇共聚物类中间阻隔层与第二聚烯烃类功能层之间的复合牢度均大于 15n/15mm。常规的剥离强度测试需要手工，先裁剪样品宽度15mm、长度20mm左右，然后手工层间剥开，再装到拉力仪上进行剥离力测试，但本实用新型的产品由于各层之间牢固粘接，很难进行手工剥开，因此复合牢度均显著大于15n/15mm。
[0070]
以上各高阻隔膜材产品的电镜照片分别如图15
‑
图17所示，其性能对比测试数据如下表 4所示：
[0071]
表4：各高阻隔膜材性能参数对比实验表
[0072][0073]
由上可见，本实用新型加工系统加工出的膜材产品各项性能指标优异，综合性能较好。