第七节 薄膜牵引装置
薄膜牵引装置是指双向拉伸机之后，直到薄膜收卷机之前，薄膜所通过的所有设备。这个装置的作用是将拉伸的薄膜展平、冷却。利用薄膜测厚仪检测薄膜的纵、横向厚度，然后切除两个废边，并将废边通过吸风嘴吸入粉碎机，最终以恒定的速度将薄膜送往收卷机。
一般不同品种的薄膜，生产的工艺要求是不同的，牵引装置的具体结构也不完全相同。
如下以BOPS薄膜生产线、挤出吹塑薄膜生产线上的牵引装置组成装置为例。
一般挤出吹塑薄膜生产线上的牵引装置由电动机驱动，通过减速箱减速后带动牵引钢辊运动。牵引辊有两根：一个是主动辊，为辊；另一个是辊面包一层橡胶层的被动橡胶辊，牵引辊。
（1）装置作用 装置作用就是：橡胶辊工作时紧压在主动钢辊上，夹紧薄膜。它们牵引由成型模具口挤出，经吹胀、冷却固化的薄膜，输送给卷取机，主动钢辊的牵引转动速度由挤出吹膜工艺条件来决定。在整个生产过程中，主动辊可按工艺条件要求无级调速变化，以满足生产工艺要求，保证正常生产。
（2）对牵引辊的工作原理 ①装配后两牵引辊面的接触线应与成型模具、风环和人字形夹板的中心线垂直并相交，以保证挤出模具口的膜泡管始终沿着一条中心线平稳运行；②牵引辊距模具口的距离不能小于膜泡管直径的3～5倍，以保证膜泡管的充分冷却；③橡胶辊与钢辊辊面的压紧接触力要均匀，牵引拉力在整个辊面上要相等，这能够阻止泡管内空气泄漏；④牵引运行速度稳定，可无级调速，且调速时能平稳、平滑过渡；⑤在牵引辊和卷取辊之间应加几根导辊和展平辊，必要时应加张力辊，以保证膜卷取捆平整，膜布松紧一致。
德国Kiefel公司最近开发了一种振动式牵引装置——KirionT专用于将管状吹塑薄膜重新修整成双层平挤薄膜。这套牵引装置将一个压紧辊安装在一个整体旋转盘上配备了新式坚固耐用的旋转芯棒系统用以提高设备的性能稳定性。
例如对于需要特殊检查表观质量的BOPS薄膜生产线，该区就要做成桥式；为了提高薄膜的表面张力，在切边之后还装有单面或双面电晕处理器；为了改进薄膜表面性能，有时需要进行表面涂覆等。图2-56为典型薄膜牵引装置的示意。
图2-56 典型薄膜牵引装置示意
1—展平辊；2—冷却辊；3—测厚仪；4—切刀；5—吸边风嘴；6—牵引辊
下面我们介绍一下典型薄膜牵引机有关部件的结构与性能。
一、展平辊
在生产塑料薄膜时，当薄膜进入牵引装置、测厚仪、切除废边的切刀及电晕处理器等装置或辊筒之前，薄膜在拉伸应力的作用下，在两个设备或两个辊之间就会出现一些纵向皱纹。空间距离越大，皱纹也越严重。如果不及时消除这些皱纹，就会导致产品出现褶皱，薄膜厚度的测量值不准确或切割薄膜时产生缺口，以致出现薄膜断裂等弊病。因此，在上述的位置都要安装展平辊。
二、冷却辊
有些经过双向拉伸的塑料薄膜，虽然在拉幅机内已经进行了冷却处理，但是薄膜表面温度仍然大于50℃。如果这种的薄膜靠空气进行自然冷却并立即卷到收卷轴上，有可能引起产品出现或多或少的变形；而且，热的薄膜在经过薄膜测厚仪时，也会影响测量准确度。这种薄膜在进入牵引区之后，往往还需要经过1～2个镀铬、抛光的冷却辊（有些拉伸塑料薄膜不需要冷却）。冷却辊和其他辊筒一样都要经过动平衡处理。其内表面经过机械加工，内部设有夹套，有的冷却辊内夹套上还焊有螺旋形或平直的导流片。夹套内通入30℃循环水（流速约0.5m/s），将薄膜表面的热量带走。
冷却辊是利用马达，经减速器、平皮带进行驱动。其线速度与横向拉伸机保持同步，也可以进行单独微调，使牵引机与拉幅机之间的薄膜具有一定的张力。
冷却辊的两端装有锥形滚柱轴承，为了适应轴的热胀冷缩的需要，冷却辊的驱动端是固定不动的，另一端则可以有小量轴向滑移。
三、薄膜测厚仪
一般薄膜测厚仪是由一个可以横向匀速运动的扫描器和配套的检测、放大、显示、控制系统组成的。能源及检测器安装在同一个稳固的框架上，上下对称、同步移动。检测器接收的信号经放大、数字化，并用计算机进行处理。
薄膜测厚仪适用于各种材料的透光率和雾度值的测定。如果想制得厚度十分均匀的薄膜，在生产薄膜的过程中，就必须使用非接触、连续工作的薄膜测厚仪，及时检测、控制薄膜的厚度。每一条薄膜生产线至少要有一台测厚仪，有的薄膜生产线还安装两台（其中一台装在冷却转鼓与纵向拉伸机之间）。
此外，测厚仪都具一系列的自动补偿装置，以便补偿测量间隙变化、大气压力变化、大气污染等的影响。测厚仪中的发散的热量可以利用自然散热或强制（风冷或15～25℃冷却水）冷却方法加以消除。能源和检测器的外面都装有安全防护罩。
由于薄膜的性能、产品的厚度、设备的使用寿命及测量精度的要求不同。薄膜测厚仪的类型也不同。常用的测厚仪有放射性同位素型、X射线型、光电型等类型。
目前，先进的薄膜测厚仪，不但具有显示薄膜厚度的功能，而且还具有自动反馈控制薄膜的厚度的功能。测量的信息可以显示在高清晰度的彩色监视屏上，其中包括薄膜的纵向及横向断面厚度，横向剖面平均趋势，整个母卷横向扫描平均值及平均的趋势值，模头膨胀螺钉的加热功率分布等。反馈控制的功能包括：控制模头膨胀螺钉的加热功率或温度，调节薄膜的横向厚度；控制计量泵或冷却转鼓的线速度，调节薄膜的纵向厚度。对于具有两台测厚仪的薄膜生产线，第一台测厚仪的主要作用是在未拉伸之前，及时检测或检测、控制挤出片材的厚度，缩短调节薄膜厚度的时间，提高产品收率。
放射性同位素的种类很多，用于测量塑料薄膜厚度的同位素主要是钷147、氪85、铊204等，使用放射线同位素作为能源。
X射线测厚仪是一种利用检测X射线穿过薄膜后的能量衰减值，来确定薄膜厚度的测量仪器。其特点如下：避免放射源对人体的危害；测量薄膜厚度范围大（几微米到几千微米）；检测器窗口尺寸小（5～100mm），检测精度高；X射线测厚仪与同位素测厚仪相比优点有，检测器响应时间小于1μs，比带有真空室的放射性系统快10000倍；传感器的测量精度比放射性同位素高10～20倍，薄膜越薄优越性越突出。
但是，X射线测厚仪用于检测薄膜厚度的历史不长，还有待进一步完善。
四、薄膜导向辊及切边装置
在薄膜测厚仪的后面有一组导向辊，它是由两个主动的镀铬、抛光金属辊组成，其中一个辊的作用是保证穿入测厚仪的薄膜处于水平状态。另一个主要起导向作用。
在上述两个导向辊之间的空隙处，位于薄膜边缘各安装一组废边切割装置。虽然切割废边都是使用单面刀片，但是切刀的支架则有多种形式。例如，可以使用可扭转的圆盘刀架（图2-57），只要用手扭转切刀轴，就可以更新刀刃，不会影响正常切膜。这种圆盘上都装有5～6把刀片，切刀盘的外面有一个防护罩。又例如，可以使用单臂固定刀架。即在薄膜的每一侧都装有两个单臂刀架，每个刀架上只安装一把单面刀片，两把切刀可以交替使用，也不影响正常切膜。无论哪一种切刀，切刀盘均与汽缸相连，切膜时汽缸将切刀推向薄膜，不需切膜时切刀可以脱开。在正常拉伸薄膜时，一旦发生破膜现象，切刀在断膜检测器的控制下，可以自动推出工作位置。
图2-57 切边刀架示意
1—切刀固定盘；2—护套，3—气缸；4—支架；5—导向连接板
为了消除收卷轴上由于薄膜横向断面的局部区域出现厚度累积偏差而影响收卷质量，两组切刀座均安装在一块导向连接板上，连接板被AC伺服电动机经减速器及螺纹丝杠推移，使两把切刀能够在横向同步摆动。见图2-58。切刀摆动幅度的大小和电动机的转向是用导板旁的接近开关来控制。通常摆幅量是≤±100mm。此外，每个切刀座也可以在连接板上单独横向移动，用于调节薄膜单边的切边量及适应横向拉伸倍数的变化。切刀位置调节完毕必须将刀座固紧。
图2-58 切刀摆动机构示意
1—电动机；2—减速器；3—丝杠；4—限位开关；5—切刀架；6—滑座；7—滑板
被切除的废边在经过后一个导向辊时，受到压边辊或导向辊边缘吸气孔的作用，将边膜拉往该辊的下方。对于高速薄膜生产线，引下的边膜是用一把能够快速横切的切刀切断，对于低速薄膜生产线也可以用人工剪断，然后将废边手动送进吸风嘴，再吸往粉碎回收系统。
压边辊是一个从动辊，轴上安装滚珠轴承，外缘包橡胶或耐磨聚氨酯，压辊受汽缸控制，工作时将压辊压到导向辊上，破膜或非工作时将其抬高。利用边缘吸气孔牵引废边的原理与真空多孔隔离辊相同。
五、张力隔离牵引辊
张力隔离牵引辊的作用是强制牵引从拉幅机出来的薄膜，并以恒定的速度将薄膜送往收卷机，确保收卷的薄膜能够维持恒张力。由于生产设备不同，牵引辊的数量也不同。有的设备只在切边之后安装一个，有的设备在牵引区的进出口各装一个。
张力隔离辊有以下三种形式。
（1）镀铬抛光金属导向辊-重型包胶压辊 在使用第一种张力隔离辊时，由于压辊靠两端的汽缸施加压力，必然形成两边压力大、边缘张紧力大，而中间张紧力小，引起薄膜横向张力不均匀。为提高牵引张力的均匀性，有的公司采用重型包胶从动压辊代替普通橡胶压紧辊。
（2）镀铬抛光金属导向辊-橡胶压紧辊 这是一种靠汽缸推动橡胶压紧辊，将导向辊上的薄膜夹紧并强制牵出的方式。
（3）真空多孔隔离辊 这种隔离辊的工作原理参见图2-59。该辊由一个多孔金属辊及两端排气箱组成。多孔金属辊的辊面喷涂耐臭氧的特种聚氨酯弹性材料，以适应电晕处理的需要。辊上钻有许多孔径约为3mm的小孔，开孔面积约占辊筒表面积的50％。辊内有许多平行母线的叶片，将多孔辊分成许多小室。该辊利用单独的传动系统驱动旋转。
图2-59 真空多孔隔离辊
1—芯轴；2—排气箱；3—轴承；4—多孔辊
两端的排气箱是固定不动的。排气箱靠多孔辊的侧面有一扇形的开口，与辊内的小室相通，外侧有一个排气管与风机相连。
六、薄膜电晕处理器
一般电晕处理机的工作原理是通过在电极上施加高频高压电流，使电极产生电晕放电，气体电离产生高能离子，在强电场作用下冲击塑料薄膜表面，使薄膜表面活化，以增加薄膜的表面湿张力。例如PET在未处理前的表面湿张力为40～42dyn/cm，经过电晕处理的表面湿张力可达50～55dyn/cm，这样就可大大提高印刷油墨或真空镀铝层对PET表面的附着力。特别的BOPP和PE膜，因是非极性聚合物，如不经电晕表面处理，根本无法进行印刷或镀铝。
电晕处理是将高频发生器产生的能量，通过电极在电极和电晕处理辊之间形成高压电场，电极使逸出的电子加速，相互碰撞，将能量输给空气，并激发空气分子产生发射光子，使空气电离和分解，形成臭氧和氧化氮。同时，高能的电子和离子轰击塑料薄膜表面，使其链状分子断裂，链断裂时产生的自由基与空气电晕产物发生氧化、交联反应，使薄膜表面产生极性基团，薄膜表面被激活，部分离子注入薄膜，使表面粗化，从而增大薄膜的表面张力，改善薄膜的印刷性能和黏合能力。
图2-60为一种塑料薄膜电晕处理机。电晕处理机主要由四部分组成，即包括高压发生器、电极、电晕处理辊和耐臭氧的排气罩。除此之外，在拉伸薄膜的生产速度大于250m/s的生产线上，为了使薄膜紧贴在电晕辊上，充分排除膜与辊间的空气，避免产生放电现象，需要在电晕辊的侧面再安装一个丁腈橡胶或硅橡胶压辊。
图2-60 薄膜电晕处理系统
1—电晕辊；2—导向辊；3—压辊；4—空气过滤器；5—电极；6—电极升降汽缸；7—电计间隙调节器；8—间隙测量表
电晕辊是用耐高温、耐臭氧的硅橡胶制成的或喷涂特殊聚氨酯弹性体。电极与电晕辊之间的距离通过电极旁的间隙调节装置进行调节。
间隙的大小可由测量表显示出来。电极和压辊在无薄膜通过时，被各自的汽缸打开，工作时电极才靠近薄膜，压辊与薄膜接触。
电晕处理的强度（薄膜表面的润湿张力）是与电极的电压高低和电极-电晕处理辊之间的间隙有关，电极电压高，与处理辊的距离小，电晕处理效果强；与薄膜、电晕辊之间是否夹入空气有关，如果膜辊之间夹有空气将会导致薄膜的背面也被处理；与电晕辊和电极表面清洁度有关，电晕辊和电极表面很脏，也会减弱电晕处理的效果。
七、牵引机支架
薄膜牵引区是由许多功能不同的辊筒组成的。目前各设备制造商根据薄膜生产工艺的实际要求，提出了多种设计方案。其目的是不但能够实现各种辊筒应有的功能，而且还能满足快速穿膜的需要。典型牵引机支架有以下3种。
1.大间距交错支撑结构
法国CELLIER公司曾使用这种结构的牵引装置（图2-61）。这种装置是将部分辊筒支撑在地面上，部分辊筒悬在吊梁架上。地面支撑辊筒与悬吊辊筒是相间配置。这种装置有利于人工穿膜，便于清理牵引机内的废膜及设备维修，但占地面积较大。
图2-61 大间距交错支撑牵引支架示意
2.小间距交错支撑结构
德国BRUECKNER公司制造的塑料薄膜生产设备均以这种结构为主（图2-62）。在这种装置中，虽然各辊筒的支撑方式与上述的方式相似。但是支架的结构十分紧凑。穿膜时只需将膜顺着牵引机一侧的导膜槽通过即可。设备的其他部位均装有安全栅网。
图2-62 小间距交错支撑牵引支架示意
3.单向支撑结构
德国KAMPF、日本小林制作所等设备制造公司推荐使用这类牵引机。这种设备是将所有的宽幅辊筒都装在地面的支架上。为了穿膜方便，利用一条连续回转的链条或皮带，将薄膜带过各辊筒。这种结构特点是基础稳定、振动小、有利于高速生产，但穿膜很不方便。