摘要：由于軟包裝行業(yè)的快速發(fā)展，意欲進軍生產(chǎn)無菌軟包裝材料行業(yè)的生產(chǎn)廠商逐年呈現(xiàn)上升趨勢。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題，比如軟包裝的剝離強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，促進液體食品軟包裝質(zhì)量的控制，促進產(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，全球消費品的軟包裝市場高達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。世界上一些先進國家，紙塑鋁多層復(fù)合材料占整個塑料包裝的33~44％，目前，在我國，軟包裝的發(fā)展速度要略高于總的國民生產(chǎn)的發(fā)展速度約為12-15%，其中紙塑鋁多層復(fù)合無菌紙包裝的年消耗量約為100億包的包材，售價約折合人民幣近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，但紙塑鋁多層復(fù)合無菌包裝在我國軟包裝制品中僅占10%，而發(fā)達國家占65%，我國軟包裝制品具有極大的發(fā)展空間，因此，研制較高自動化控制系統(tǒng)水平的多層復(fù)合材料專用生產(chǎn)線市場前景光明。
　　1.1液體食品軟包裝的特點
　　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，可廣泛用于鮮奶、果奶、酸奶、果汁、飲料等液態(tài)食品的無菌包裝。
　　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)合機中熔融，從扁平機頭中呈薄膜狀流出，在兩個緊密接觸的滾筒間將其壓向底材并經(jīng)過冷卻后制成復(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“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度；而提高軟包裝材料中塑料膜層厚度的“精密度”可帶來明顯的節(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2.3米以上。生產(chǎn)線速度高(，整線自動化程度高，生產(chǎn)過程中的溫度、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，對設(shè)備的性能要求會更高。
　　3.1原料
　　擠出機使用樹脂：LLDPE、LDPE、PP、EVA、EAA、EMAA、SURLYN（沙林）、Nucrel（牢靠）等涂復(fù)級樹脂。
　　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)合機組一般包括塑料擠出機、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)動裝置、張力自動控制、放卷自動糾偏、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)見下圖。生產(chǎn)方向是右向左，擠出機是2-2-3(即：兩層-兩層-三層),從右邊的放卷到左邊最后的收卷，左邊的擠出機是“三層共擠擠出機”，由三個機筒及換網(wǎng)、分配器、一個T型模頭組成。
　　
　　
　　
　　1放卷;2擺動糾偏機構(gòu);3復(fù)合座Ⅰ(反面)&電暈機Ⅰ;4電暈機Ⅱ;5預(yù)熱;6復(fù)合座Ⅱ&電暈機Ⅲ;7夾層放卷;8擺輥張力檢測;9復(fù)合座Ⅲ;10監(jiān)控;1收卷;12擠出機-G;13擠出機-F;14擠出機-E;15擠出機-D;16擠出機-C;17擠出機-B;18.擠出機-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：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接料。生產(chǎn)線速度：機械速度：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：巧妙地對基材的張力進行調(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，但必須對應(yīng)一定的卷繞直徑，并安裝有張力調(diào)節(jié)輥，通過調(diào)節(jié)張力和壓力來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，通過預(yù)熱輥里熱油的加熱,把經(jīng)過的薄膜進行加熱（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入復(fù)合前，先被壓平，這樣一來，既減少了紙基材上粗糙的孔口對硅膠輥的磨損，其孔口處采用特殊處理，增強了阻隔性及特殊防滲效果，降低了設(shè)備維護的投入，而且生產(chǎn)速度提高了25%，生產(chǎn)效率得到進一步提高。
　　3.3.3電暈處理
　　為了取得良好的粘合效果，從電暈機內(nèi)發(fā)生器產(chǎn)生的電火花將塑料膜進行電暈處理，從表面凹凸使其在復(fù)合機的復(fù)合工序中，與流涎膜、基材等加緊粘合度。
　　3.3.4擠出機
　　擠出成型系統(tǒng)是把塑料由粒狀通過高溫加工變成流體，然后從T型模頭均勻擠出的整套設(shè)備。可以是單層，兩層共擠，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)真正意義上實現(xiàn)了全自動生產(chǎn)，大幅度提高了生產(chǎn)線的自動化程度與生產(chǎn)效率，節(jié)約了大量的人力與物力的浪費。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)濟效益和社會效益。
　　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），冷卻輥和壓輥對需要復(fù)合的基材和擠出淋膜進行復(fù)合加壓，同時，，由于冷卻輥和壓輥的相互反方向轉(zhuǎn)動，使具有一定高溫度的基材和熱熔的淋膜有機復(fù)合，生產(chǎn)出剝離強度較強、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
　　主要創(chuàng)新突破點：
　　a.集成創(chuàng)新，實現(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.基于能量動態(tài)平衡節(jié)能技術(shù)的三層共擠擠出機節(jié)能新結(jié)構(gòu)。
　　總體技術(shù)達國內(nèi)領(lǐng)先或國際先進水平。
　　4．1節(jié)能
　　因為我國這類生產(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——擠出機和機頭的性能，包括熔融塑化、混煉、擠出產(chǎn)量、流動均勻性、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的熔融塑化過程中產(chǎn)生了分流、對流、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”，這種熔融過程具有熔融速率較高、高效率的混煉，共混效率隨混煉時間成冪指數(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，因此可大幅度提高擠出產(chǎn)量；同時其混沌混煉產(chǎn)生的熱能被完全充分利用，外加熱補充的熱能也全部利用，而生產(chǎn)過程中沒有機筒冷卻風(fēng)機（風(fēng)機還要耗電去冷卻）反而利用保溫材料防止熱能的損失和溫度自動補償控制也得到完全的吸收，建立熔融塑化能量平衡，機筒加熱器外設(shè)置保溫材料是其擠出機節(jié)能的外在特征，大大提高了熔體流動的均勻性和包裝薄膜厚度的均勻性，從而實現(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、長度為L相同條件下，通過對目前同類二共擠復(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×長度×材料1密度×材料1單價+第2層材料2厚度×寬度×長度×材料2密度×材料2單價
　　=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×長度×材料1密度×材料1單價+第2層材料2厚度×寬度×長度×材料2密度×材料2單價
　　=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×長度×材料1密度×材料1單價+第2層材料2厚度×寬度×長度×材料2密度×材料2單價+第3層材料3厚度×寬度×長度×材料3密度×材料3單價
　　=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×長度×材料1密度×材料1單價+第2層材料2厚度×寬度×長度×材料2密度×材料2單價+第3層材料3厚度×寬度×長度×材料3密度×材料3單價
　　=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)合材料成本分析見表1。
　　表1材料成本分析一覽表
　　復(fù)合材料 材料成本
　　（元） 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實驗分析結(jié)論
　　通過對復(fù)合材料進行測試、分析和實驗研究，綜合以上結(jié)果及分析，可以看出，公司實際生產(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度上均達到要求，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新型動態(tài)調(diào)幅機構(gòu)
　　新開發(fā)的新型動態(tài)調(diào)幅機構(gòu)，可實現(xiàn)擠出機在線調(diào)節(jié)擠料邊幅，可同時控制邊幅寬度和邊部厚度，達到部分材料復(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，同時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)濟效益十分可觀。
　　4.4模頭氣隙電動調(diào)整功能
　　該生產(chǎn)線整機采用三套共擠成型系統(tǒng)聯(lián)線生產(chǎn)，可實現(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)備購置成本極低，性價比比傳統(tǒng)設(shè)備高50%，產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量可靠，復(fù)合后剝離強度、均勻度、熱封性能、阻隔性能等各項指標(biāo)均達到國際標(biāo)準(zhǔn)水平，成品率達97%，達到國際先進水平。
　　4.5達到的主要技術(shù)指標(biāo)
　　（1）節(jié)能：總裝機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%；擠出機單耗降低到0.13～0.15kW/(kg/h)。
　　（2）節(jié)材：本項目三共擠生產(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)合膜剝離強度：≥2N/15mm（對EAA/LLDPE/PE+MLLDPE）。
　　本項目完成后，第（1）項節(jié)能效果明顯，達到國際先進水平，第（2）、（3）、（4）項達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，每年可銷售3～4條生產(chǎn)線，預(yù)計年新增產(chǎn)值2000萬元，年出口創(chuàng)匯100萬美元。
　　4.6達到的主要經(jīng)濟指標(biāo)
　　每年平均生產(chǎn)按6條生產(chǎn)線計算，預(yù)計能拉動食品無菌包裝、軟包裝相關(guān)材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益近20億元。由于輝隆公司的設(shè)備價格遠低于進口設(shè)備，可為用戶節(jié)約設(shè)備購置成本約21,000萬元（按進口設(shè)備每條生產(chǎn)線平均4,000萬元人民幣，輝隆公司每條生產(chǎn)線平均500萬元人民幣計）。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
　　一個時期內(nèi)，中國塑料機械的發(fā)展趨勢主要將朝著組合結(jié)構(gòu)、專用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、復(fù)合化、微型化、大型化、個性化、智能化方向發(fā)展，同時要滿足節(jié)能、節(jié)材、高效的要求。在擠出機、擠出機生產(chǎn)線方面，總的發(fā)展趨勢是，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)，達到實現(xiàn)共擠出過程的自動化控制、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率的目的。