探讨CPP薄膜工艺参数的调整、测量和控制原理

一、温度的监测与控制

从流延薄膜的整个生产过程以及生产原理可以知道，整个流延膜的生产就是高分子材料聚合物聚集态的变化过程，这个过程和物料的加工温度密切相关。比如冷却辊表面温度均匀，温度波动很小；挤出温度的变化与波动都会引起薄膜挤出厚度的变化和薄膜性能的变化。在整个生产线中需要控制的温度点很多，所以温度控制是流延膜工艺控制的重点。流延膜温度控制点包括：

• 挤出机温控区域；

• 换网器温控区域；

• 连接管道温控区域；
  

• 模头温控区域；
  

• 冷却辊、后冷却辊温控；
  

• 电晕棍、电晕冷却辊温控；
  

• 风刀冷却温控；
  

• 挤出机进料段冷却；
  

• 减速箱及电机冷却。
  

1、温度检测

由于流延薄膜的加工没有特殊的超高温、超高压、超低温、微压和耐腐蚀等情况的存在，因此温度检测使用普通温度传感器就可以了，接触式温度传感器分为两大类。

热电偶和热电阻两类温度检测元件的一些特点

温度测量元件的选择必须考虑加热区的温度范围、温度控制精度、和测量元件的使用寿命可靠性等因素。

温度测量元件的时间常数是温度测量元件的一个重要标志，它是指在传感器的测量范围内，从开始测量到测量结束，达到被测介质稳定值的63.2%所需要的时间。对于反应快的系统，要选用时间常数小的传感器；对于反应比较慢的系统应选用时间常数大的传感器。时间常数选用不合适，可能会造成温度难于控制，甚至系统出现震荡。

2、温度控制

温度控制系统示意图如下：

二、压力的测量与控制

在流延薄膜挤出生产线中，聚合物在挤出机内由于螺杆的剪切和机筒的加热，高分子聚合物逐渐塑化、熔融、混合并产生一定的压力，当挤出系统及过滤器、机头的温度一定，模头开度、过滤阻力一定时，挤出熔体的流量和挤出机的压力成正比。因此，挤出压力直接影响薄膜的挤出厚度及厚度偏差的。一般在流延膜挤出装置上都安装有熔体压力检测和压力控制反馈系统。

熔体压力检测点：

• 挤出机过滤网前压力检测；

• 挤出机过滤网后、计量泵前（如果有）压力检测；

• 挤出机计量泵后（如果有）压力检测；

• 挤出机精过滤前（如果有）压力检测；

• 模头入口处压力检测（可省略）。

其它压力监测点：

• 风刀内腔风压检测；

• 真空箱内腔风压检测；

• 设备运行的每个气压接点检测；

• 水路水压检测。

1、压力的检测

一般对于共挤薄膜生产线，每一台共挤挤出机都安装有两个压力检测点，一个是挤出机出口处（过滤网网前），一个是模头入口处（过滤网后）的压力检测。

2、压力检测元件

压力检测元件可分为机械式和电气式两种。电气式压力传感元件又可以分为电容式压力传感器、压阻式压力传感器和压电式压力传感器等。

在流延薄膜生产线中一般都选用压阻式压力传感器（应变式压力传感器），其压敏电阻是随着应力的变化而变化。

压力调节系统示意图

三、速度控制

在流延薄膜生产线的挤出传动和薄膜传送中，最早期都是采用直流调速，随着变频调速的发展，除了挤出传动采用直流调速外，一般薄膜的传动都采用变频调速甚至使用伺服驱动系统，相对于直流调速，变频调速装置有许多优点：变频调速电机没有碳刷，不存在清理与维护工作，能够提高系统的可靠性与寿命；变频调速电机调速效率高、更节能。

速度控制包括：挤出机的速度控制、计量泵的速度控制、冷却辊的速度控制、牵引部分速度控制、收卷机速度控制。

四、厚度的测量与控制

薄膜厚薄均匀性是流延薄膜一个非常重要的质量指标，在高速的自动化生产线中，薄膜厚度的检测都采用高精度的、非接触式的测厚仪和反馈系统进行自动检测与控制。

1、薄膜厚度测量的传感器

最常见的是放射性同位素测厚仪，主要的放射性同位素有：Sr—90ß射线    Kr—85ß射线   Pm—147ß射线   X射线传感器   红外线传感器等。

测厚仪传感器的选用和薄膜的基重有很大关系，一般情况下Pm—147ß射线适用于测量2—200g/ ㎡的薄膜，Kr—85ß射线适用于10—2000g/㎡的塑料薄膜。放射源测量薄膜厚度是基于当射线进入待测薄膜后，一部分射线会穿透薄膜，另一部分被薄膜吸收，射线穿过薄膜后必然造成强度衰减，检测衰减的比例就可以计算出薄膜的厚度。其原理图如下：

2、薄膜厚度的控制

在流延膜生产时，一般都是依靠调节模唇口的间隙来调整聚合物熔体流量来控制薄膜的横向厚度均匀性的。

调节模唇口间隙的方法有以下几种：

• 手动调节模唇口的间隙，这是一种即经济、简单、实用而有效的薄膜厚度调节方法。通过薄膜测厚仪显示的薄膜厚度偏差，利用人的行为去调节模唇口的间隙。

• 自动螺栓调节   这种方法是通过调节模唇口出的热膨胀螺栓上的加热元件功率或者温度，使螺栓在温度升高时伸长或温度降低时缩短以达到调节模唇开度的目的。加热控制方式也分为两种：温度控制或者加热百分比例控制。
  

• 利用步进电机控制   这种方式设备比较复杂、体积庞大。但是调节时间段，响应速度快，能够在较宽的范围内调节模唇开度。
  

厚度测量与反馈：

• 薄膜在生产过程中除了横向厚度在变化以外，薄膜纵向厚度也在不断的发生变化。所以每次测厚仪测量的厚度即包含薄膜厚度横断面的变化也包含薄膜纵向厚度的变化。

• 在生产过程中，薄膜的横向厚度偏差是通过热膨胀螺栓来调节模唇开度来调节薄膜偏差的，纵向厚度偏差则是通过调节冷却辊的速度或者调节挤出机的速度来实现横向厚度调节的。
  

• 对于高速的薄膜生产线，要想尽可能的减小薄膜的纵向厚度偏差，可以采用两种方式：提高传感器的响应速度来提高扫描速度；另一个方式就是多次扫描的纵向偏差平均值来作为纵向厚度偏差的依据。
  

厚度测量与控制的原理图

五、张力的控制与测量

薄膜在进入收卷机后，收卷速度要依靠张力控制器来进行张力补偿调节收卷速度。张力传感器有两种：一种是浮动辊张力传感器（或者低摩擦气缸）；一种是压力应变式张力传感器。

1、浮动辊式张力传感器

利用杠杆原理将薄膜在浮动辊上产生的压力转变成电压的变化信号来控制薄膜的收卷速度，保证收卷张力恒定。

2、应变式张力传感器

这种系统是将应变式压力传感器将棍上的张力转变为电压信号，控制薄膜的收卷张力，保证收卷张力恒定。

由于这种张力传感器精度很高，所以控制精度也很高，张力的大小可以实现无级调速，操作十分方便，目前大多数的流延膜生产线上应用最多的张力传感器。应变式张力传感器仅仅依靠张力检测结果来调整张力，并没有引起薄膜长度变化。

在生产线升速或者降速的过程中，应变式张力传感器也能快速、稳定、准确地来调整张力，从而避免薄膜在升速或者降速的过程中引起薄膜形变。

张力传感器控制示意图

一般情况下流延膜的结构为A/B/C三层按照20%/60%/20%的比例进行生产的，在流延膜的生产过程中不论哪个进料料斗缺料都会改变薄膜的层结构和引起薄膜厚度的剧烈变化生产出不合格的残次品、废品。

由于螺杆在机筒内的旋转是依靠原料和塑料熔体的背压来自动找中心点的，如果螺杆空转可能会引起机筒被螺杆扫堂现象。所以在挤出机的进料料斗上要安装料位传感器，以免引起螺杆缺料现象。

料位控制的监测点和控制信号

                                                                            来源于绍兴博瑞