摘要：本文介紹了EVOH的特性及使用EVOH加工的高阻隔復合膜的用途；分析和研究了五層共擠EVOH共擠復合膜機組在研制中注重考慮和解決的關鍵技術問題。確定了五層共擠EVOH高阻隔復合膜機組在原材料選取；擠出機螺桿設計；共擠模具設計；冷卻形式；人字板結構；糾偏裝置；卷取機及張力控制裝置等一系列技術參數的選擇。為研究其他相關產品提供了借鑒和參考。 

　 關鍵詞：EVOH共擠復合膜、多層共擠成型技術、多層共擠成型設備

1 概述

　　乙烯-乙烯醇共聚物簡稱EVOH，其與聚偏二氯乙烯（PVDC）和聚酰胺（PA）并稱為世界上三大高阻隔樹脂。由于EVOH樹脂優良的阻氣性、透明性、可加工性、耐溶劑性以及近年來人們強調食品安全問題、食品的保鮮問題、環境污染等問題，使得EVOH需求快速增長，專家預測“全球EVOH需求在未來兩三年內的增長速度將會達到12%~15%，而其后到2010年的增長速度將會在10%~12%左右。今后以中國、東南亞為主的地區有可能對EVOH產生大量的需求。”EVOH的應用主流是食品包裝、汽車油箱，約占EVOH總產量的60%以上。我國目前尚不能生產EVOH樹脂，依賴進口，國內僅有少數廠家使用進口設備生產共擠復合膜、中空制品、片材等制品。國內制造加工EVOH專用設備處在探索實驗階段，開發EVOH加工設備勢在必行，我們研制了EVOH五層共擠復合膜專用機組，旨在探索加工EVOH的經驗。

2 EVOH介紹

2.1 EVOH分子結構

    EVOH分子結構，可視為乙烯-乙烯醇共聚體，在EVOH中，通常乙烯組分的含量在30~50mol%范圍內。

2.2 EVOH性能簡介

　　EVOH為半結晶型熱塑性樹脂，其分子中含有羥基分子和分子間氫鍵彼此強烈的鍵合，使氧氣擴散所需的鏈段運動嚴格受分子內和分子間內聚能限制，分子鏈柔性不，分子間自由運動暫時形成空間幾率小，因此它有很好阻隔性能。EVOH含有羥基易吸收水分，其阻水性較差，在濕度較高的條件下，水對EVOH有增塑作用，氫鍵的鍵合能力下降，鍵段活動能力增加，氣體就容易通過，阻隔性下降，因此，EVOH做高阻隔復合膜時配合聚烯烴材料使用。

　　由于EVOH是共聚結構，隨著乙烯與乙烯醇組分含量的不同，其性能也相應變化，乙烯含量增加，對非極性氣體（氧、二氧化碳、氮）的阻隔性下降而成型加工性能及防潮性能則有所改善。EVOH具有良好耐有機溶劑性如：耐油脂、耐大多數化學品等并具有很高機械強度、彈性模量、表面硬度、耐氣候性。EVOH加工成的薄膜具有高光澤、低霧度，但其存在易受潮濕影響阻隔性，不易拉伸等不足之處。

2.3 EVOH材料選擇

　　EVOH樹脂生產廠家有日本可樂麗公司生產的薄膜級EF-H、EF-F類牌號，日本合成化學公司生產的薄膜級DT、ET、AT、DC、H類牌號。EVOH一般乙烯含量在28~48mol%之間，用于共擠的EVOH樹脂，乙烯含量一般使用38~44%，熔融指數一般1.6~3.56。

2.4 EVOH共擠復合薄膜的用途

　　EVOH共擠復合膜作為包裝用膜，可涉及的領域很廣，例如：耐腐蝕化工產品的包裝；桶裝化工產品的內襯；農藥，醫藥品的包裝；油料、涂料、有機調色劑、化妝品、牙膏的包裝；香辣調味品、飲料、茶葉、肉制品、冷凍食品、海產品及保鮮食品的包裝等等。

3 EVOH五層共擠復合膜機組結構及生產原理

3．1 機組結構

　　我公司研制的EVOH五層共擠高阻隔復合膜機組主要用于折徑250~800mm的EVOH五層共擠高阻隔復合膜，膜厚0.05~0.15mm，生產速度3~35m/min。

3.2 機組生產原理
（1）五臺擠出機分別將要求的樹脂輸送、塑化、計量并擠入共擠成型模具。
（2）共擠復合成型模具擠出膜坯，膜坯內通入壓縮空氣控制膜泡折徑，在擠出量和折徑恒定條件下，調整牽引速度可控制薄膜的厚度。
（3）雙風道冷卻風環對膜泡進行冷卻。
（4）穩泡裝置穩定膜泡。
（5）垂直旋轉牽引完全消除薄膜的“暴筋”。
（6）糾偏裝置保證薄膜按設定的軌跡向前運動。
（7）張力控制裝置保證薄膜獲得恒定的張力后卷取。

4 擠出機螺桿結構及主要參數的選擇

　　為了適應擠出機加工不同原料的需要，我們為擠出機設計了不同參數的螺桿，如：PA專用螺桿、EVOH專用螺桿，LLDPE及粘合劑專用螺桿，以保證塑化質量與穩定擠出。（本文省略其他樹脂螺桿的設計）

4.1 加工EVOH的螺桿結構及參數

　　EVOH是半結晶熱塑型樹脂，熔融黏度高，熔融范圍窄，在擠出過程中容易產生熔體滯留，滯留的EVOH分子可出現脫水、形成雙鍵，產生交聯，出現“凝膠”現象，甚至碳化。為了防止“凝膠”、碳化現象，我們把加工EVOH的螺桿設計成全螺紋形成并對螺桿實施鍍鉻處理，擠出EVOH螺桿參數選擇為：螺桿直徑在滿足擠出量前提下選取小數值，以減小EVOH受熱時間，物料流動速率加快，自潔性加強，EVOH屬剪敏性物料，小的螺桿直徑提供設定的擠出量，螺桿轉速必然提高，利于其粘度降低，這非常利于與其他共擠樹脂粘度匹配。螺桿壓縮比為3~4，常用3：1；長徑比L/D為24~30：1，常用24~26：1（過小的長徑比不利于EVOH塑化并且易帶入空氣，制品中產生氣泡）；加料段長度L1=8~9D，壓縮段長度L2=6~10D，計理段長度L3=8~13D，三段應根據EVOH乙烯含量確定，如：乙烯含量低L1、L3可短一些。

5 五層共擠復合成型模具的研制

　　共擠復合成型模具的結構形式分為芯棒式；堆疊（平面或斜面）式兩種變形形式等。

5.1 芯棒式共擠復合成型模具

　　各層物料沿各自流道進入芯棒式共擠模具，沿軸向運動并在共擠模具內匯合后被擠出共擠模具。由于結構原因，芯棒式共擠復合成型模具最外層與最內層樹脂的融體流速差隨層數增加而加大，靠近外層樹脂融體流速慢，易產生物料滯留，對于熱穩定性相對較差的樹脂（如EVOH；PVOH等）尤為不利。同時，內、外層溫度相互干擾，造成對樹脂選擇相對苛刻。其優勢在于各層匯合后的融合在模具中停留時間短，利于各層厚度公差的減少，模具制造精度易于保障，模具承受高聚物融體壓力低，模具不易漏料。

5.2 疊加式共擠復合成型模具

　　各層物料沿各自流道進入疊加式共擠模具，沿軸向運動并在共擠模具內分別匯合后被擠出共擠模具。疊加式共擠復合成型模具加快了外層、次外層高聚物融體流速并且可以實現各層溫度的單獨控制；模具流道、擠出機與模具連接流道易于實現流線型設計，其不足之處為不同層高聚物融體匯合后在模具中停留時間長，有造成各層厚度公差加大的因素（通過工藝調整可解決），模具承受高聚物融體總壓力大。錐面疊加式共擠模具改善了模具承受高聚物融體總壓力大的不足，同時減小了高聚物融體與模具接觸面積，減小了融體受勢的流程，其模具制造難度大，制造費用高。

5.3 共擠模具結構的確定

　　EVOH共擠薄膜所使用高聚物PE、PP、PA、EVA、EMA、EAA、surlyn、Ionomer等樹脂，其中EVOH加工較為困難，根據EVOH要求確定模具結構。EVOH與金屬粘附力強，模具流道突變、銳角、流道截面積大易造成EVOH滯留，同時考慮制造成本確定采用平面疊加式共擠復合成型模具。
以下對EVOH在疊加式共擠復合成型模具中流道形式；流道參數；螺旋結構；模口間隙等參數選擇簡述如下。（本文省略其他樹脂模具結構及參數的設計）

（1）模具流道采用流線形設計，流道截面積減小。
（2）螺旋升角θ選小值，減小滯留區。模具楔角β選小值，利于EVOH層均勻性提高。
（3）口模間隙應根據共擠薄膜結構、生產速度確定�？陂g隙。
（4）EVOH樹脂粘度大，其壓力可達240Mpa，模具剛度應校核，不能產生大的繞度，避免模具漏料。
（5）避免EVOH與模具粘附，流道采取境面拋光并表面鍍鉻處理。

6 冷卻風環的選擇

　　EVOH共擠薄膜一般厚度在50~100μm，同時考慮產能提高，采用雙風道風環，雙風道風環優勢在于下風道吹出的空氣流受到上風道吹出的氣流沖擊，形成紊流混合，破壞了滯留邊界層，強化了傳熱過程，同時，上風道吹出的氣流對下面的氣流還起到攜帶的作用，使新鮮的冷卻空氣不斷地高速流過薄膜表面，冷卻效果更為顯著。為了保證膜泡穩定和快速冷卻，我們選擇下風道出風角40°，上風道出風角110°的設計。

7 穩泡裝置的結構設計

　　在上吹機組中，共擠復合成型模具與人字板之間距離大，為了保證膜泡穩定地進入人字板，我們設計了穩泡裝置。該穩泡裝置采用可調整籠式結構并且實現自動升降，對膜泡起到穩定作用。穩泡裝置與薄膜接觸的零件采用自潤滑材料，避免蹭傷膜面。

8 人字板的結構設計

　　人字板結構的設計，是保證薄膜平整的重要環節，為足薄膜薄膜外層不同材質的需要，我們設計了鋁合金滾筒涂覆四氟乙烯，該結構均化了冷卻，減少了摩擦，保證了薄膜平整度。

9 薄膜旋轉機構

　　薄膜吹塑成型時，薄膜橫截面總會有無法消除的厚點，這是高聚物熔體非牛頓特性及模具加工精度因素造成的，在薄膜卷取時厚點的積累使膜卷表面產生“暴筋”，“暴筋”嚴重影響薄膜的表觀質量，同時對后續印刷造成影響。為解決“暴筋”問題，通常采用使厚點離散分布，可采用旋轉擠出機機臺、旋轉模具、旋轉牽引等辦法解決。模具旋轉方法易造成薄膜斜紋路，易漏料，清理維修困難；旋轉擠出機臺方法的不足是旋轉體積大、加工費用高等，現今大多用旋轉牽引來取代上述兩種方法，其避免了模具漏料問題，解決了旋轉體積大等問題。本設計采用了旋轉牽引。

10 收卷機的設計

10.1 卷取機結構的選擇

　　薄膜收卷機形式，常用有中心卷取、表面卷取。中心卷取適應范圍廣，實現自動換卷機構復雜，手工換卷工作量大。表面卷取機構簡單，實現自動換卷簡單，手工換卷操作簡便，其缺點不適應厚度很薄、外層使用帶粘性的樹脂共擠膜的卷取�？紤]到工作的可靠性，確定采用自動、手動換卷兩種形式的表面卷取。

10.2 張力控制

　　在薄膜生產過程中，張力控制對薄膜卷取質量至關重要，我們采取意大利Re公司磁粉離合器控制薄膜張力，為配合張力控制增加了重力浮動輥結構。

結束語

　　我公司研制的EVOH五層共擠高阻隔復合膜機組，為加工EVOH共擠薄膜設備制造進行了有益的實踐，設備在自動化控制方面與國外先進設備比尚有差距。我們相信：隨著國家相關行業的發展，通過對EVOH五層共擠高阻隔復合膜機組的進一步研究，機組技術水平會趕上發達國家，我們愿意與同仁一道為我國塑料加工業的進步繼續努力工作。