复合软包装基材PE膜的纵向拉伸技术
何二君
（广东金明精机股份有限公司）
随着全球循环可回收包装经济的发展，采用单一组成的复合膜走可回收利用途径，更有优势，而纵向拉伸后薄膜能够显著的提高薄膜的各种性能可以很好的解决了PE同材料化的问题。
当前，复合软包装得到了迅猛发展，广泛应用于食品、饮料、医药、化妆品等产品包装。但随着欧美等发达国家自2015年起相继推出政策法规，明确到2030年，市场上所有的塑料包装都必须是可重复使用的或容易回收的，与此同时，国内也相继出台一系列“限塑”、“禁塑”措施，进一步推动了循环可回收包装经济的发展。目前，使用后的塑料包装处理途径，一是回收再利用，二是降解。这两种处理方法，从技术可行性与成熟度来说，采用单一组成的复合膜走可回收利用途径，更有优势。可回收遇到的问题是：国内软材料包企业的复合基本是多种不同材质的薄膜复合，如PA//PE,BOPP//VMPET//PE,VMPET//CPP，PET//AL//PE等结构，这些复合材料的回收是一个很大的难题，按照目前的分离技术处理，要花费大量的经济成本，而且处理效果也不尽如人意，因此，行业的解决方案基本向“单一材质化”发展。实现PE膜包装基材的单材化，必须解决两大技术难题：PE膜的印刷性和热封性，要提高PE膜拉伸强度和透明度、低的热封温度。近年来，各大原料厂商如埃克森、陶氏等与设备厂家共同开发、研制推出纵向拉伸技术，应用于复合软包装PE膜的拉伸，改善PE膜的各方面性能，满足单材化的应用。
纵向拉伸技术即MDO技术，MDO是特指将薄膜在一定的温度下沿机器运行方向以一定的比例进行拉伸、让材料的分子按一定的方向重新排列、然后进行热处理、再冷却定型成膜，可在线拉伸和离线拉伸。纵向拉伸后薄膜能够显著的提高薄膜的各种性能。薄膜的阻透性、刚度、平整度、拉伸强度、开孔性、透明度均能显著提高。不同的材料在经过拉伸后的各个性能提高幅度会有区别，其中，纵向拉伸强度的提高最明显，这也是MDO应用最普遍的领域。
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纵向拉伸设备组成
纵向拉伸设备从结构上，包括机架、预热辊、拉伸辊、定型辊、冷却辊、硅胶压辊、过渡导辊、张力辊、展平辊、油加热系统、水冷却系统、驱动系统、传片系统、电器控制系统等组成。
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纵向拉伸机理
如图1所示， 纵向拉伸机由若干个加热或者冷却辊筒构成，分为预热区、拉伸区、定型区和冷却区，加热采用导热油加热，冷却采用水冷却，采用模温机独立控温。每个辊筒表面镀铬处理，辊筒直径一般设计为400mm，增加接触面积，提高传热效率，辊筒内部采用双壁螺旋流道设计，使辊筒表面温差控制在±0.5℃,辊温可独立设定，单独进行温度调控，辊筒转速独立控制和调控。薄膜经导辊、张力辊、展平辊后进入预热区，在预热区，将薄膜加热到工艺温度，然后进入拉伸区，对薄膜进行拉伸诱发取向，最大拉伸比可达10:1，拉伸长度可调。拉伸后经过热定型去进行热处理定型，将薄膜在拉伸过程中的取向保持住。最后经过冷却区将薄膜冷却到室温。
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预热区
如图2所示，预热区由4个辊组成，第一根预热辊上安装有硅胶压辊，硅胶辊要求外包液体硅胶，胶层硬度邵氏80度左右，确保保证胶辊辊面平整度和闭合力的均匀性，薄膜依次经4条预热辊进行加热，辊温可根据工艺温度调整。
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拉伸区
如图3所示，拉伸区由2个拉伸辊组成，分别是慢拉辊和快拉辊，采用S型单点拉伸，在两个拉伸辊上分别安装有两组硅胶压辊，硅胶辊要求外包液体硅胶，胶层硬度邵氏80度左右，确保保证胶辊辊面平整度和闭合力的均匀性。拉伸比较直接，薄膜在慢拉辊和快拉辊之间进行拉伸，快拉辊的转速除以慢拉辊的转速就是拉伸比。拉伸间隙决定了颈缩，间隙越小，薄膜颈缩就越小，一般来说，薄膜颈缩会使得薄膜缩幅5%-20%，另外，颈缩还会降低薄膜的透气性，这一性能对卫生性薄膜非常重要。随着拉伸比的增加，可以提高拉伸强度和光学性能，还能提供薄膜的阻透性能。
快拉辊可上下调整，从而根据工艺需要调整拉伸间隙，不同的薄膜应用合适的拉伸间隙，以保证薄膜性能和成品率。如图4所示，可计算出拉伸长度和快拉辊上下移动距离的位置关系，设两辊筒截面分别为圆A、圆B，辊筒直径为D。做两圆内公切线PQ，P、Q分别为圆A、圆B上切点，连接AB，AB与PQ交点为O。令两辊筒中心垂直距离为a，水平距离为b，拉伸长度为L
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定型区
如图5所示，定型区由4个辊组成，第一根定型辊上安装有硅胶压辊，硅胶辊要求外包液体硅胶，胶层硬度邵氏80度左右，确保保证胶辊辊面平整度和闭合力的均匀性，薄膜依次经4条定型辊进行加热，辊温可根据工艺温度调整。在定型区，薄膜在作热定型退火处理。可以通过调整各条辊的转速对可以对薄膜进行拉伸或者收缩。
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冷却区
如图6所示，冷却区由2个辊组成，每条冷却辊上均安装有硅胶压辊，防止薄膜打滑和收缩，硅胶辊要求外包液体硅胶，胶层硬度邵氏80度左右，确保保证胶辊辊面平整度和闭合力的均匀性，薄膜依次经4条定型辊进行加热，辊温可根据工艺温度调整。薄膜经过冷却区后冷却到室温。
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在线拉伸技术
将纵向拉伸装置应用在吹塑薄膜线上，可实现在线拉伸，其优点主要有以下几点：
1）无需放卷装置，可大大降低劳动生产力，提供生产效率，使用大订单连续生产。
2）实施监控薄膜性能，调机方便，操作灵活，减少次品率。
3）提高成品所得率，通过在线MDO拉伸的自动追边自动厚薄控制技术，能有效提升拉伸膜的成品率（80%+）
离线纵向拉伸设备包含放卷机、纵向拉伸机和收卷机，适用于加工各种不同的产品，灵活性更大，可处理不同用途的薄膜，也可针对性的开发测试各类功能性薄膜。如下图所示：
总结; 随着全球复合软包装领域的快速发展，可回收循环利用一定会推向前所未有的高度，单材化薄膜需求量将会大大增加，应用纵向拉伸技术完全可以满足单材化复合软包装薄膜的生产要求，同时，随着原材料和设备技术的相互促进和融合，纵向拉伸技术也必将得到更好的进步。
参考文献
［1］宋卫华 复合软包装材料的发展趋势 包装与食品机械2010，28（1）
［2］张玉霞 刘伟 薄膜纵向拉伸技术 塑料包装2008，18（3）