毕业设计(论文)双层共挤复合薄膜机头设计.doc
《毕业设计(论文)双层共挤复合薄膜机头设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计(论文)双层共挤复合薄膜机头设计.doc(43页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、目 录第1章 前言11.1包装薄膜的现状与发展11.1.1塑料包装薄膜的行业发展状况11.1.2包装薄膜行业未来发展趋势11.2多层共挤吹塑薄膜的应用21.2.1多层共挤薄膜机械的技术特点21.2.2多层共挤薄膜机械的发展趋势3第2章 配方设计32.1材料选择32.2HDPE树脂的性能52.2.1HDPE的特性52.2.2HDPE的加工性52.3EVA树脂的性能62.3.1EVA的特性62.3.2EVA的用途62.4助剂的选用62.4.1对助剂的一般要求62.4.2光稳定剂72.4.3抗氧剂72.4.4润滑剂82.4.5防雾剂82.4.6抗静电剂9第3章 共挤吹膜机头结构设计103.1挤出成型
2、模具103.1.1吹塑薄膜的成型原理103.1.2挤出成型模具的组成103.1.3成型机头的设计原则113.1.4共挤吹塑机头的设计要求123.2吹膜机头类型123.2.1芯棒式机头133.2.2十字形机头133.2.3螺旋式机头143.2.4旋转式机头153.2.5多层共挤吹膜机头153.2.6常用吹膜机头的比较163.3机头工艺参数设计173.3.1薄膜规格的确定173.3.2挤塑机的匹配173.3.3吹胀比183.3.4拉伸比193.3.5口模缝隙宽度193.3.6口模、芯模定型部分长度203.3.7缓冲槽尺寸203.3.8流道扩张角203.4主要结构零件设计203.5机头结构设计203
3、.5.1螺旋槽数对流动变化的影响213.5.2芯棒和机头体之间的初始间隙对熔体流动变化的影响213.5.3螺旋槽的螺旋角对熔体流动均匀性的影响223.5.4其它参数的影响22第4章 其他辅助装置设计234.1冷却定径装置234.1.1冷却风环244.1.2水冷装置254.2牵引装置254.2.1人字板264.2.2牵引机构274.3导向辊与展平辊274.4卷曲装置284.5切割装置28第五章 挤出吹塑薄膜生产工艺285.1.HDPE/EVA复合薄膜成型工艺流程285.2成型工艺参数305.2.1成型温度305.2.2吹胀比315.2.3牵引比315.2.4冷却速度315.2.5露点325.3机
4、头加热与压力测量325.3.1热功率计算325.3.2加热方式335.3.3温度控制与调节345.3.4压力测量34设计总结37参考资料38致 谢39外文原文40中文翻译41第1章 前言1.1包装薄膜的现状与发展1.1.1塑料包装薄膜的行业发展状况 包装由于具备保护商品、便于流通、方便消费、促进销售和提升附加值等多重功能,在现代社会得到越来越广泛的应用,是商品流通中不可或缺的一部分,下游涉及食品饮料、电子、医药、日化、烟草、家电、机电等各行各业。根据世界包装组织统计,2009年全球包装行业市场规模为5,600亿美元左右,2002-2009年复合增长率为5.7%。包装行业的发展与人类社会和经济的
5、持续发展息息相关,是现代经济体系中的“朝阳产业” 包装行业按照包装材料可以分为塑料包装业、纸包装业、金属包装业、玻璃包装业和其他包装业,其中塑料包装材料凭借其良好的物理机械性能、阻隔性、抗化学药品性和加工适应性,广泛应用于食品饮料、医药品、纺织品、日用品等消费品的包装。由于世界包装工业产品对塑料产品需求快速增长,塑料包装新材料、新工艺、新技术、新产品不断涌现,塑料包装近年来保持了高增长的态势,其年均增长速度领先于其它包装材料,如美国塑料包装年均增长率为6.4%,而纸和玻璃分别为2.2%和0.9%;又如日本塑料包装年均增长率为7.1%,而纸、金属、玻璃分别为4.7%、4.9%和3.3%。 塑料包
6、装材料包括塑料薄膜(通常指厚度0.25mm以下的平整而柔软的塑料制品)、塑料容器、塑料丝绳及编织品、泡沫塑料,其中塑料薄膜是所有塑料包装材料中用量最大的。根据世界知名咨询机构Research and Markets 公司发布的研究报告:包装薄膜已经成为世界塑料原料最主要消费领域,目前已超过全球塑料原料消费总量的25%。中国作为塑料生产和消费大国,2009年塑料消费总量超过6000万吨,约占世界消费总量的1/4,已成为世界第一大塑料消费国。但从人均水平看,与世界发达国家相比还差距很大。国内的塑料包装行业近年来在国家发展经济政策指引下,各生产企业大力调整产品结构,开发新技术、新产品,取得了持续、稳
7、定的发展。我国已经成为全球最大的塑料包装生产国,其中塑料薄膜的年产量位居世界第一位。 2009年我国塑料制品产量为4,479万吨,其中各类塑料包装材料的产量为1,734万吨,已经超过中国塑料加工工业协会提出的塑料包装材料“到2010年产量达到1,100万吨”的目标。在各类塑料包装材料中,塑料薄膜的产量最大,达到了690万吨。1.1.2包装薄膜行业未来发展趋势 中国塑料软包装在经过20 世纪90 年代的高速发展后,目前已经进入一个平稳发展的时期。利润率逐渐下降,竞争日益激烈。以下几项为国内塑料软包装的发展重点: (1)提高保护性能,延长货架期的高阻隔包装材料。如高阻隔共挤复合薄膜的开发应用等。
8、高阻性塑料包装材料,因可赋予保质、保鲜、保风味以及延长货架寿命功能而获迅速发展和广泛应用,除目前广泛应用的聚偏氯乙烯(PVDC)、乙烯、乙烯醇共聚物(EVOH)外,近年来,开发环保适性材料,促使聚乙烯醇(PVA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PEN)、共聚酰胺(MXD6)、硅或铝氧化物蒸薄膜(软玻璃)、纳米无机材料等的发展将更引人注目。 (2)纳米复合包装材料将随纳米技术的迅速发展而迅速产业化,由于其耐磨性、硬度、强度、阻透性、可塑性均有明显增强和提高,除用于食品包装外,还可用于特种包装如防静电、防电磁、隐形、危险品包装等,适用于电磁灶、微波炉加热的耐热性包装材料,它将促使传统塑料包装材料产生巨大的
9、变革。 (3)无菌包装材料、抗菌性包装膜、耐辐射包装膜的开发及应用;无菌包装材料和技术最大优点是在无菌条件下,不加防腐剂、无需冷藏、能最大限度地保留食品原有的营养成分和风味,可大大延长货架寿命,方便贮存和运输,市场发展十分迅速,用途不断扩大,除已在奶制品、果汗饮料中占较大的份额外,将进一步拓展到医药品、化妆品及调味品领域。 (4)环境友好(环保适性)塑料包装材料(或绿色塑料包装材料),随着环境管理标准IS 14000系列的实施成为全球关注的热点,其中易回收再利用的塑料包装材料如PET、PEN,易环境降解塑料(EDP)中的生物降解塑料,更成为热点中的热点,其它如零污染泡沫塑料、薄壁瓶及袋状包装容
10、器也备受关注。1.2多层共挤吹塑薄膜的应用随着经济的发展及市场竞争的日趋激烈, 用户对薄膜的使用功能要求越来越高。单层薄膜包装已无法满足包装水平提高的需要。发达国家共挤薄膜已占包装薄膜总量的38, 目前中国市场的单层薄膜每年需求量明显下降。多层共挤复合吹塑薄膜技术近年来得到很大的发展。多层共挤薄膜技术是把不同的塑料,用特殊的机头由两台甚至多台挤出机共同挤出成型具有一定功能的薄膜制品。以包装材料为例,其塑料薄膜要求兼备力学强度、耐热性、耐寒性、对气体和水蒸汽的气密性、光泽及透明性、印刷性等性能。用单一塑料制得的薄膜不可满足所有上述要求。通过共挤出,可实现一个塑料制品上具有多种颜色或宏观多组分的目
11、的。 多层共挤薄膜的主要特点是生产流程短、能耗少、成本低,能充分发挥各种塑料的固有属性,可构成品种多、花样新、性能优的各种材料,且其生产环境好,卫生性可靠。共挤薄膜可广泛用于食品、药品、日化产品包装、农业棚膜、水利工程、环境工程等领域。1.2.1多层共挤薄膜机械的技术特点多层共挤薄膜机械包括高效塑化挤出机、多层复合机头、冷却系统、牵引及卷绕机构、控制系统等重要部分。近几年来, 这些环节的技术创新设计促进了多层共挤技术的快速发展。设备的关键技术主要有:(1)挤出机挤出机的主要功能是输送、塑化、混炼塑胶。与单层挤出不同,共挤薄膜机械要求各层挤出机在塑化质量、塑化效率等方面, 与多层复合机头具有一定
12、的协调性。例如北美地区的挤出设备应用光滑料筒结构的较多,其输送效率的提高主要靠螺杆的设计。无论是开槽进料, 还是光滑料筒结构挤出机, 螺杆一般采用屏障式或分离式,螺杆加料段为双头螺纹,均化段有混炼单元, 保证塑胶原料的高效塑化及混炼均匀。(2)多层共挤机头多层复合机头是多层共挤薄膜设备最关键的技术。机头必须满足各层不同性质的原料“先进先出”,材料应用范围宽,停留时间短,特别是对于易降解的材料, 应避免流道有角及滞留区。各层不同原料的加工温度范围不同,机头对各层温度能够单独控制。目前国际上多层共挤复合机头的最新结构有叠加式及管套式。 叠加式共挤机头也称为积木式,每层流道串联叠回在一起, 这是发展
13、最快的一种,具有以下优点:可实现多层叠加,层数任意组合。结构单元化,各层温度能够单独控制。适应性强,可复合性能相关较大的材料。流道短,无死角。拆卸、清洗方便。 管套式共挤复合机头是每层流道同芯装在一起,即每层流道是并联的。管套式复合机头的主要特点是结构紧凑,流道长度小,熔体停留时间短。缺点是各层温度难以单独控制, 每层流道的流量、压力、速度的平衡性设计较困难。这类机头在中空容器吹塑成型设备中应用较多。(3)冷却技术多层共挤薄膜生产中, 冷却对产量及产品质量影响很大。冷却不均匀,会影响薄膜的厚度、透明度、表面光泽等。目前的冷却技术是采用外冷和内冷。外冷法是采用风环冷却,最新的外冷系统为双唇环冷却
14、。双唇环冷却是在口模上安装一个附加风环, 二次气流将部分冷却的膜泡快速向上引导,冷却气体采用制冷的空气, 制造商认为这种新一代的冷却环可提高产量35。 (4)电脑辅助工程(CAE)多层共挤薄膜的基本要求, 是生产的薄膜每层厚度达到设计要求,不能出现断料、降解等问题。决定这一问题的关键是机头的流道设计与制造。机头的每层树脂在复合位置的速度、流量、剪切速度、压力的径向分布必须平衡。采用常规的设计手段难以保证每层厚度在周向的均匀分布。国际一流的薄膜设备商均采用CAE 进行机头流道的分析优化。其中比较成熟的CAE 软件有FLOW2000 软件 1.2.2多层共挤薄膜机械的发展趋势随着社会经济的发展和消
15、费模式的不断改变, 包装行业需要各种不同类型的高功能、专用化的包装,例如提高易腐烂食品和乳制品的保鲜功能,延长各种物品的货架寿命的高阻隔性包装材料等。制品的高功能对薄膜设备提出更高的要求。多层共挤设备前景广阔,有以下内方面发展方向:(1)大型化发展趋势。国内已开发出宽幅20 米三层共挤薄膜设备,国外已有24 米宽幅的共挤薄膜设备。该类设备主要用于生产温室大棚和土工膜。(2)共挤设备向更高效率、节能化发展。由于市场竞争激烈,薄膜生产商非常重视生产成本,高效、节能的挤出机及辅机是提高市场竞争力的关键。(3)共挤薄膜层数向更多化发展。国外最多做到11 层。折径5 米以上的大型单层设备几乎无人过问。层
16、数越多,功能性越强。(4)高质量的薄膜生产要求。用于食品等包装的多层共挤薄膜外观光泽、平整度、壁厚均匀性、印刷性能要求越来越高。对薄膜设备的机械、电气系统的精密要求更高。第2章 配方设计2.1材料选择如前文所述,复合薄膜对食品的保鲜和贮存显得特别重要,本文拟设计一种透明型冷冻食品包装袋及其共挤出机头, 以满足市场的需要。作为冷冻食品包装袋应具备的条件是: 卫生性和安全性; 被包装物的保护性; 稳定性; 作业性, 即具有良好的加工性, 可印刷性和热封性; 商品性, 即透明可显示内部物质, 易于标准化、连续化生产,价格便宜。又根据包装冷冻食品的工作条件, 我们确定选用HDPE 与EVA 进行复合,
17、 其中HDPE 作为内层材料,EVA (VA 含量小于15% ) 作为外层材料。其理由如下:(1) EVA、HDPE二者相容性好。由于EVA 在VA 含量较低时, 其分子结构与HDPE 相似, 相互扩散能力强, 易于结合, 可以形成透明性复合薄膜, 符合冷冻袋要求透明的条件; (2)HDPE、EVA 性能互补。HDPE物理机械性能均衡, 易成型加工且成本低廉, 无毒无味, 耐高低温性能均较好, 其缺点是热封性相对较差,印刷性差; EVA 的柔韧性较好, 粘合性高, 有良好的热封性和可印刷性, 其缺点是耐热、耐油性差。所以HDPE 与EVA 复合使用可以在性能上扬长避短、互相补充; (3) EV
18、A 与HDPE 两者加工条件相近, 这给设计共挤出机头带来了方便, 设计时可以不直接考虑内、外层熔融树脂间的隔热问题, 简化了机头结构, 既便于生产操作, 又降低了成本。单一膜的主要性能如表2-1所示。表 2-1 HDPE、EVA单一膜的主要性能性能HDPEEVA密度/gcm3-10.950.94拉伸强度/M Pa20402135撕裂强度/N(25um)-11530510透湿量/gm224h25um(30, 90%RH)4.51060透氧气量/mLm224h25um(23, 90%RH)50020006002500热封温度/135180100140最高使用温度/12060最低使用温度/-50-
19、50耐折性优优耐油性良一般从以上分析和性能数据不难看出, HDPE/EVA复合薄膜体系是性能协调、优势互补的良好匹配体系。2.2HDPE树脂的性能 HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳 白色,在微薄截面呈一定程度的半透明状。PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀,例如腐蚀性氧化剂(浓硝酸),芳香烃(二甲苯)和卤化烃 (四氯化碳)。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性,可用于包装用途。HDPE具有很好的电性能,特别是绝缘介电强度高,使其很适用于电线电缆。中到高分子量等级具有极好的抗冲击性,在常温甚至在-40F低温度下均如此。各种
20、等级HDPE的独有特性是四种基本变量的适当结合:密度、分子量、分子量分布和添加剂。不同的催化剂被用于生产定制特殊性能聚合物。这些变量相结合生产出不同用途的HDPE品级;在性能上达到最佳的平衡。2.2.1HDPE的特性 (1)比重0.940.96,结晶性(90%)。 (2)具有刚性,易加工成为成形材料。 (3)优异的耐冲击性能和耐寒性能。 (4)电机特性优异。 (5)耐水、耐药品性优异,水蒸汽、空气无法透过胶布。 (6)成形品的表面较柔软,在125溶融,燃烧产生蜡臭味,不生烟。 (7)不易接著,印刷、受日光、热(100)则逐渐老化.2.2.2HDPE的加工性 PE可用很宽的不同加工法制造。以乙烯
21、为主要原料,丙烯、1-丁烯、己烯为共聚体,在催化剂的作用下,采用淤浆聚合或气相聚合工艺,所得到的聚合物经闪蒸、分离、干燥、造粒等工序,获得颗粒均匀的成品。包括诸如片材挤塑、薄膜挤出、管材或型材挤塑,吹塑、注塑和滚塑。 (1)挤塑:用于挤塑生产的品级一般具有小于1的熔体指数和中宽到宽的MWD。在加工过程中,低的MI可获得适宜的熔体强度。更宽MWD品级更适于挤塑,因为它们具有更高的生产速度,较低的模口压力而且熔体断裂趋势减少。 PE有许多挤塑用途,如电线、电缆、软管、管材和型材。 (2)吹塑:在美国销售的 HDPE1/3以上用于吹塑用途。这些范围从装漂白剂、机油、洗涤剂、牛奶和蒸馏水的瓶子到大型冰
22、箱、汽车燃料箱和筒罐。吹塑品级的特性指标,如熔体强度、ESCR和韧性,与用于片材和热成型应用级相似,故相似品级可以采用。 (3)注塑:HDPE有数不清的应用,范围从可重复使用的薄壁饮料杯到5gsl罐,消费国内生产的HDPE的1/5。注塑品级一般熔体指数510,有具有韧性较低流动性品级和具有可加工性的较高流动性品级。用途包括日用品和食品薄壁包装物;有韧性、耐用的食品和涂料罐;高抗环境应力开裂应用,如小型发动机燃料箱和90gal垃圾罐。 (4)滚塑:采用这种加工法的材料一般被粉碎成粉末料,使其在热循环中熔融并流动。滚塑使用两类PE:通用和可交联类。通用级MDPE/HDPE通常的密度范围从 0935
23、到 0945g/CC,具有窄MWD,使产品具有高冲击性和最小的翘曲,其熔体指数范围一般为38。更高MI品级通常不适用,因为它们不具备滚塑制品希望的冲击性和抗环境应力开裂性。 (5)薄膜:PE薄膜加工一般用普通吹膜加工或平挤加工法。大多数PE用于薄膜,通用低密度PE(LDPE)或线性低密PE(LLDPE)都可用。HDPE薄膜级一般用于要求优越的拉伸性和极好的防渗性的地方。例如,HDPE膜常用于商品袋、杂货袋和食物包装。2.3EVA树脂的性能EVA乳液是醋酸乙烯乙烯共聚乳液的简称,是以醋酸乙烯和乙烯单体为基本原料,与其它辅料通过乳液聚合方法共聚而成的高分子乳液。 乙烯与醋酸乙烯共聚物是乙烯共聚物中
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 双层 复合 薄膜 机头 设计
链接地址:https://www.31ppt.com/p-3978093.html