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        新聞資訊

        高阻隔多層共擠片材設備智能化改進探討

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        高阻隔多層共擠片材設備智能化改進探討

        發布時間:2020/08/18   瀏覽次數:196

        智能制造成為業界關注的熱點。很多企業躍躍欲試,希望通過推進智能制造實現“少人化”,降低成本,靈活應對市場變化,更好地滿足客戶需求。本文從片材共擠設備出發,介紹近年來國內高阻隔多層共擠出片材設備的市場需求,生產工藝現狀,詳述多層共擠出技術及片材設備特點及智能改進方法,最后說明市場未來發展方向。

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        一、設備的市場需求

               塑料包裝片材主要用于生產一次性塑料杯、盤、碗、碟、盒等熱成型制品,廣泛應用于食品、疏菜、水果、飲料、乳品、工業零件等領域的包裝。它具有柔軟性、透明性好, 易制成各種形狀的流行款式,它與玻璃相比不易破碎,重量輕,運輸方便等優點,而包裝行業通常要求塑料包裝片材兼備機械強度、耐熱性、耐寒性、對氣體和水蒸氣的阻隔性、光澤透明性、熱封性、印刷性及無毒性等性能。單層片材顯然不能滿足所有這些性能,如對氧敏感商品包裝阻隔性不及金屬和玻璃容器,因此,需要生產多層復合片材,以使不同原料的各種性能體現在制品上,集中體現多種樹脂的優點,使制品的性能進一步滿足各種包裝物使用要求。,

        高阻隔多層共擠出復合優點

        1、生產流程短,能耗少,成本低。據報道,共擠復合法制作復合的方法比其他方法制作復合片材的成本可降低20~30%。

        2、能充分發揮各種塑料的固有特性,使其在復合塑料中起到應有的作用。

        3、硬質材料和軟質材料復合,集強度與彈性于一體,構成特殊用途材料。

        4、將多孔材料與密實材料復合在一起,賦予材料特殊性能。

        5、可構成品種多、花樣新、性能優的各種包裝片材,以滿足特殊場合的要求。

        6、共擠出復合法的生產環境衛生性好,不僅生產過程不產生三廢物質。而且在制品中也無殘留溶劑,衛生性可靠。在包裝行業中顯示了無可比擬的優越性。


        二、高阻隔多層共擠出片材設備生產工藝介紹

            設備主要工藝路線:厚度大的一層物料通過主擠出機(C)加熱熔融擠出,經過液壓快速換網器,抵達分配器,與厚度較小的另幾層物料通過輔機(A)和輔機(B)擠出機加熱熔融擠出,經換網器在分配器中會合,平穩進入共擠機頭成型,在三輥壓片機定型冷卻,再經自然冷卻后切邊,片材經牽引輥送入卷繞裝置,成卷包裝為成品(CBABC片材結構),而切邊廢邊料直接進入粉碎機后回到擠出主機料斗再生產,也可以把邊料由廢邊收卷裝置收繞成捆。

               高阻隔性樹脂原料選擇,常規阻隔性樹脂品種有PA、PVDC、EVOH等。其中EVOH的阻氧性最好,且具有耐油脂性及大多數化學品,透明性和光澤好,良好的耐紫外線及其它射線的性能,機械性能, 拉伸強度及拉伸模量較高,但EVOH不具備單獨作為包裝容器的物性,必須與PE、PP、PS、PET等塑料進行復合。而多層共擠技術關鍵是粘合劑(AD),EVOH的復合包裝材料通常有PPEVOH,但PP與EVOH不能直接熱粘合,必須PP與EVOH之間加粘合劑(AD),其粘合劑選擇時需考慮PP作為基體材料的粘合劑,其次跟PP與EVOH熔體粘度的匹配,第三拉伸性能要求, 以免在二次加工時引起脫層。所以其共擠片材多為五層共擠片材(PPADEVOHADPP),若邊切回料R加入層中間,就變成七層共擠片材機, PP/R /AD/EVOH/AD/R/PP,其中最外層為PP新料,另緊靠兩層是PP的破碎回收料R(PP)。也可采用非對稱結構,增加擠出機,其原理相同,達到同樣多層共擠方式。

        多層共擠技術關鍵是分配器,從ABC三臺擠出機擠出的PP、AD、EVOH的熱融料通過一臺分配器, 形成PP /AD/EVOH/AD/PP結構層,分配器關鍵是流道設計, 使PP層均勻地分為一、五層, AD層分為二、四層, EVOH層為中間層。分配器流道設計有調節葉片, 用來調節兩層之間的厚度均勻度,各層的厚度比例由各自的擠出量來控制, 由于擠出機的擠出量波動較大, 在擠出機后用熔體齒輪泵來定量控制。處于模頭設定溫度下的PP、AD、EVOH的熔體粘度不同,這會使片材各層斷面的厚度分布不均勻, 可以通過在分配器中采用局部開槽的方法, 增加某處的料流量來矯正,調節料層中間處的厚薄。

        不同材質的多層結構在兩側邊緣一般都是需要進行修整,修整下來的殘余中包括了多層的不同原料,這樣導致修整后的余料不好回收利用。為了達到包邊的余料的回收,通過增加包邊擠出機,改變分配器流道,使兩側有包邊流體通道,包邊流體通道內的流體與復合層的在出口處匯集成制品,包邊流體通道內的流體包裹在制品的兩側邊緣,修整邊緣時那么修整下來的余料都為流體同一材質,利于回收。

        三、多層共擠片材設備智能化改進

        在工業4.0和中國制造2025浪潮持續涌動的市場環境中,以新一代信息通信技術與制造業融合發展為主要特征的產業變革在全球范圍內孕育興起,智能制造已成為制造業發展的主要方向?;ヂ摼W+工業化的推廣應用,促進產品的升級換代,產品生產從原料改性、工藝優化、設備精密制造,操作模式等智能應用,突破原來模式,通過加入智能化單元(包括機械、傳感、電氣和智能化軟件,具有記憶、感知、計算和決策功能),使得設備操作更加便捷,提高產品品質和附加值。能夠實現設備健康狀態自動檢測;能夠根據制品及原料要求自動管理各種工藝參數,實現動態設置和存儲;能夠監控生產運行狀態并自動調整;能夠智能優化處理各種運行參數。智能化單元內置了人工智能算法,具備工藝參數學習能力,能夠通過有限試驗樣本訓練,找到適合特定產品的設備最優工藝參數,各功能裝置協同配合,確保產品的質量,降低能耗,突出綠色化、智能化特點。

        智能化設備的改進方向應從下面幾個方面:

        1、產品系列化分類,片材設備供應商應在行業原有基礎上,對產品進行分門別類,系列化;

        2、設計上,采用模塊化,標準化設計,組合成各種柔性化的設備,滿足客戶的個性化需要;

        3、選材上,對關鍵零部件盡量優質材料,配套熱處理工藝,確保材料性能要求,堅固,耐磨;

        4、采用高精度加工裝備,各零部件實現精益化生產,使各部件質量穩定,整機動作可靠,才能對設備電氣系統進行數據化、自動化改進;

        5、設備結構設計體現高效節能、環保、緊湊特點,如加熱器采用保溫措施,減少熱散失;在確保質量情況下采用高速螺桿來提高擠出產量,配套一系列高性能元器件及材料,如高扭減速箱,扭矩保護裝置等,設備占地面積減少也有利于生產車間凈化投入成本。 

        6、通過添加智能化單元,采集在線數據信息,監控生產設備的效能,提高生產過程透明度、縮短生產數據反饋周期、提高全程生產管理可控性,通過收集大數據,分析數據深層次內容,改善設備設計流程,實現機器設備的智能運轉,為企業創新生產方式、優化生產流程、提升生產效能發揮了極大的促進作用,使設備操作更加簡單,人員減少;

        7、通過網絡連接,實現設備遠程操控,能有效監控生產流程,協助客戶減少前置作業和停工時間,并減少無謂的浪費。其次,發現潛在問題,實現預測性維護。第三,透過統計分析和關鍵績效指標進行比較,實現擠出片材生產工廠系統的透明化管理和智能化提升;

        8、設備連網上云,利用先進物聯網、云計算與存儲,大數據分析等技術,深度融合互聯網+智能制造,實現多層共擠片材設備的遠程監測、診斷、維護、控制、升級等功能,構建塑料加工裝備的大數據及智能服務平臺,促進產品創新、技術創新、服務創新和商業模式創新,加快企業轉型升級,符合時代的發展要求。

        多層共擠片材設備智能化改進內容:  

        1、各擠出機的原料供給系統可選配自動配料系統,按各組合配比要求自動計量,適應于新料、回料、色母等比例的控制,與主擠聯動配合,提高配料準確性及大大降低勞動強度,能在料位降低情況下提前預警并反饋補償措施;

        2、優化設計高效擠出螺桿,采用計算機仿真設計與實驗數據相結合,通過不同原料組合及工藝參數,設計不同的螺桿結構,達到制品塑化好,能耗低、產量高的高效螺桿;

        3、片材擠出粘度能在線測量并實現反饋補償措施,確保擠出片材符合質量要求;

        4、選配高性能減速箱,確保高扭矩,高轉速、能耗低,噪音小,體積小,使用壽命高; 

        5、可采用高效同步電機,提高電機運轉平穩性,減少能耗;

        6、各擠出機配套計量泵定量穩壓輸送,并配備壓力傳感器,壓力與轉速閉環控制;

        7、共擠混合采用精密多層分配器,采用流量比例與葉片間隙比例雙調節技術,分層更加均勻;

        8、配套扭矩保護器,在出現異常情況,保護機筒螺桿及減速箱免受損傷;

        9、采用反沖洗換網器及熔體過濾技術裝置,換網時間長及濾網壽命高,實現在線不停機過濾雜質及節省人工,提高產量。

        10、選用高效節能機筒加熱圈,確保加熱系統的節能及穩定性;并配套高低溫報警及補償裝置,

        11、可選配全自動調節模頭,配套測厚儀,實現厚度反饋控制,確保擠出片材厚薄均勻度; 

        12、三輥壓光輥筒壓合采用伺服電機控制裝置,配套輥筒間隙光柵測量,閉環反饋,結構緊湊,輔助設施布置方便,操作簡單;

        13、輥筒水溫系統采用伺服比例閥自動水溫調節,加熱冷卻溫度雙PID控制技術等;

        14、在線切邊、破碎、輸送回收系統,實現廢料自動回收,環保衛生;

        15、特殊收卷結構設計,實現在線不停機換卷及卸卷裝置,節省大量的作業時間和人工消耗;

        16、在線涂布復合系統,提高片材適應性及保護作用,提高產品競爭力;

        17、選用雙面表面瑕疵檢測系統,在線檢測產品表面質量; 

        18、整機采用PLC控制,數據化信息采集系統,實現參數設置、數據運算及反饋、報警等功能的自動化控制;

        19、先進雙PID控制算法技術,對技術數據的實時統計分析,實時提供改進措施,確保生產過程始終處于統計控制狀態,以提高制品的質量、精度、能耗等性能指標。

        20、遠程控制技術,通過服務器中心工業數據中心和工業數據采集與分析軟件、遠程監控網絡設備、標準電機健康檢測分析系統、設備能源管理優化系統等,對在客戶工廠的供應商設備實現遠程監控和對各種工藝數據采集和存儲,并進行工藝數據分析,優化生產工藝配方。

        四、市場未來發展方向

        塑料機械工業的發展依賴塑料原料工業、塑料制品加工工業的發展。在塑料工業迅速發展的今天,塑片成型使用領域日益擴大,中國塑料機械總的發展趨勢是朝著系列化、標準化、智能化方向發展,同時要滿足節能、環保、高效的要求,以適應塑料原料、塑料制品加工企業節約成本的需要。隨著中國制造業技術水平的整體提升,擠出設備全面發展,國際競爭力也明顯提高,但與國外行業先進設備價格仍有差距。設備附加值不高,如何提升共擠片材擠出設備附加值,實現中國擠出設備的“優質優價”,依然是中國擠出片材設備的最大挑戰。也指明擠出設備發展的主要方向----大力開發高水平,高擋次的高附加值多層共擠片材智能設備,適應市場需求,是多層共擠智能片材設備的發展方向。

        國內需求的日益增長,包裝塑料熱成型片材用途也越來越廣泛,復合高阻隔保鮮包裝片材用量也在逐年增加,在高檔肉食品、快餐米飯等食品包裝,藥品、化妝品等具有更優異的性能,前景看好。近年來,國外眾多塑料片材擠出先進設備進入中國的同時,國內片材包裝設備廠家也在快速掘起,推動著片材包裝領域行業快速發展及裝備需求增長,而國內勞動力成本的不斷增加,人們對設備的產量、能耗、環保和自動化提出了更高的要求,國內多家片材高端設備制造廠家,依據可持續綠色發展需要,集中優勢資源,與國內外多家先進的原料供應商、研究院與產品生產商等共同研發,充分運用現代高精尖設備,提高裝備零部件加工精度,設計優化各類零件結構,優化加工工藝,提升設備整體性能。目前,擠出設備市場需求正凸現三個顯著特點 :節能高效,數據化、自動化、智能化擠出片材機是成為技術創新的方向,智能化引領產品的發展未來;其次,食品、飲料以及新能源等工業領域對高性能包裝行業需求持續高漲,推動多層共擠技術不斷推陳出新;第三、擠出設備的各種配套零部件加工領域的開發力度,新技術應用與拓展步伐加快,推動整體裝備技術水平的迅速提高。

        正因如此,積極開發多層共擠出智能化片材機是行業搶占市場的商機的重要措施。朝著數字化、自動化、智能化挺進,力諸打造高效節能、智能高品質多層共擠片材擠出裝備,同時滿足產品綠色包裝,技術創新,可持續發展方向,不斷拓展設備應用市場,增加產品附加值,以綜合的性價比優勢和過硬的質量保障與國外企業分庭抗禮,為中國制造助力升威。


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