摘要：本文介绍了EVOH的特性及使用EVOH加工的高阻隔复合膜的用途；分析和研究了五层共挤EVOH共挤复合膜机组在研制中注重考虑和解决的关键技术问题。确定了五层共挤EVOH高阻隔复合膜机组在原材料选取；挤出机螺杆设计；共挤模具设计；冷却形式；人字板结构；纠偏装置；卷取机及张力控制装置等一系列技术参数的选择。为研究其他相关产品提供了借鉴和参考。 

　 关键词：EVOH共挤复合膜、多层共挤成型技术、多层共挤成型设备

1 概述

　　乙烯-乙烯醇共聚物简称EVOH，其与聚偏二氯乙烯（PVDC）和聚酰胺（PA）并称为世界上三大高阻隔树脂。由于EVOH树脂优良的阻气性、透明性、可加工性、耐溶剂性以及近年来人们强调食品安全问题、食品的保鲜问题、环境污染等问题，使得EVOH需求快速增长，专家预测“全球EVOH需求在未来两三年内的增长速度将会达到12%~15%，而其后到2010年的增长速度将会在10%~12%左右。今后以中国、东南亚为主的地区有可能对EVOH产生大量的需求。”EVOH的应用主流是食品包装、汽车油箱，约占EVOH总产量的60%以上。我国目前尚不能生产EVOH树脂，依赖进口，国内仅有少数厂家使用进口设备生产共挤复合膜、中空制品、片材等制品。国内制造加工EVOH专用设备处在探索实验阶段，开发EVOH加工设备势在必行，我们研制了EVOH五层共挤复合膜专用机组，旨在探索加工EVOH的经验。

2 EVOH介绍

2.1 EVOH分子结构

    EVOH分子结构，可视为乙烯-乙烯醇共聚体，在EVOH中，通常乙烯组分的含量在30~50mol%范围内。

2.2 EVOH性能简介

　　EVOH为半结晶型热塑性树脂，其分子中含有羟基分子和分子间氢键彼此强烈的键合，使氧气扩散所需的链段运动严格受分子内和分子间内聚能限制，分子链柔性不，分子间自由运动暂时形成空间几率小，因此它有很好阻隔性能。EVOH含有羟基易吸收水分，其阻水性较差，在湿度较高的条件下，水对EVOH有增塑作用，氢键的键合能力下降，键段活动能力增加，气体就容易通过，阻隔性下降，因此，EVOH做高阻隔复合膜时配合聚烯烃材料使用。

　　由于EVOH是共聚结构，随着乙烯与乙烯醇组分含量的不同，其性能也相应变化，乙烯含量增加，对非极性气体（氧、二氧化碳、氮）的阻隔性下降而成型加工性能及防潮性能则有所改善。EVOH具有良好耐有机溶剂性如：耐油脂、耐大多数化学品等并具有很高机械强度、弹性模量、表面硬度、耐气候性。EVOH加工成的薄膜具有高光泽、低雾度，但其存在易受潮湿影响阻隔性，不易拉伸等不足之处。

2.3 EVOH材料选择

　　EVOH树脂生产厂家有日本可乐丽公司生产的薄膜级EF-H、EF-F类牌号，日本合成化学公司生产的薄膜级DT、ET、AT、DC、H类牌号。EVOH一般乙烯含量在28~48mol%之间，用于共挤的EVOH树脂，乙烯含量一般使用38~44%，熔融指数一般1.6~3.56。

2.4 EVOH共挤复合薄膜的用途

　　EVOH共挤复合膜作为包装用膜，可涉及的领域很广，例如：耐腐蚀化工产品的包装；桶装化工产品的内衬；农药，医药品的包装；油料、涂料、有机调色剂、化妆品、牙膏的包装；香辣调味品、饮料、茶叶、肉制品、冷冻食品、海产品及保鲜食品的包装等等。

3 EVOH五层共挤复合膜机组结构及生产原理

3．1 机组结构

　　我公司研制的EVOH五层共挤高阻隔复合膜机组主要用于折径250~800mm的EVOH五层共挤高阻隔复合膜，膜厚0.05~0.15mm，生产速度3~35m/min。

3.2 机组生产原理
（1）五台挤出机分别将要求的树脂输送、塑化、计量并挤入共挤成型模具。
（2）共挤复合成型模具挤出膜坯，膜坯内通入压缩空气控制膜泡折径，在挤出量和折径恒定条件下，调整牵引速度可控制薄膜的厚度。
（3）双风道冷却风环对膜泡进行冷却。
（4）稳泡装置稳定膜泡。
（5）垂直旋转牵引完全消除薄膜的“暴筋”。
（6）纠偏装置保证薄膜按设定的轨迹向前运动。
（7）张力控制装置保证薄膜获得恒定的张力后卷取。

4 挤出机螺杆结构及主要参数的选择

　　为了适应挤出机加工不同原料的需要，我们为挤出机设计了不同参数的螺杆，如：PA专用螺杆、EVOH专用螺杆，LLDPE及粘合剂专用螺杆，以保证塑化质量与稳定挤出。（本文省略其他树脂螺杆的设计）

4.1 加工EVOH的螺杆结构及参数

　　EVOH是半结晶热塑型树脂，熔融黏度高，熔融范围窄，在挤出过程中容易产生熔体滞留，滞留的EVOH分子可出现脱水、形成双键，产生交联，出现“凝胶”现象，甚至碳化。为了防止“凝胶”、碳化现象，我们把加工EVOH的螺杆设计成全螺纹形成并对螺杆实施镀铬处理，挤出EVOH螺杆参数选择为：螺杆直径在满足挤出量前提下选取小数值，以减小EVOH受热时间，物料流动速率加快，自洁性加强，EVOH属剪敏性物料，小的螺杆直径提供设定的挤出量，螺杆转速必然提高，利于其粘度降低，这非常利于与其他共挤树脂粘度匹配。螺杆压缩比为3~4，常用3：1；长径比L/D为24~30：1，常用24~26：1（过小的长径比不利于EVOH塑化并且易带入空气，制品中产生气泡）；加料段长度L1=8~9D，压缩段长度L2=6~10D，计理段长度L3=8~13D，三段应根据EVOH乙烯含量确定，如：乙烯含量低L1、L3可短一些。

5 五层共挤复合成型模具的研制

　　共挤复合成型模具的结构形式分为芯棒式；堆叠（平面或斜面）式两种变形形式等。

5.1 芯棒式共挤复合成型模具

　　各层物料沿各自流道进入芯棒式共挤模具，沿轴向运动并在共挤模具内汇合后被挤出共挤模具。由于结构原因，芯棒式共挤复合成型模具最外层与最内层树脂的融体流速差随层数增加而加大，靠近外层树脂融体流速慢，易产生物料滞留，对于热稳定性相对较差的树脂（如EVOH；PVOH等）尤为不利。同时，内、外层温度相互干扰，造成对树脂选择相对苛刻。其优势在于各层汇合后的融合在模具中停留时间短，利于各层厚度公差的减少，模具制造精度易于保障，模具承受高聚物融体压力低，模具不易漏料。

5.2 叠加式共挤复合成型模具

　　各层物料沿各自流道进入叠加式共挤模具，沿轴向运动并在共挤模具内分别汇合后被挤出共挤模具。叠加式共挤复合成型模具加快了外层、次外层高聚物融体流速并且可以实现各层温度的单独控制；模具流道、挤出机与模具连接流道易于实现流线型设计，其不足之处为不同层高聚物融体汇合后在模具中停留时间长，有造成各层厚度公差加大的因素（通过工艺调整可解决），模具承受高聚物融体总压力大。锥面叠加式共挤模具改善了模具承受高聚物融体总压力大的不足，同时减小了高聚物融体与模具接触面积，减小了融体受势的流程，其模具制造难度大，制造费用高。

5.3 共挤模具结构的确定

　　EVOH共挤薄膜所使用高聚物PE、PP、PA、EVA、EMA、EAA、surlyn、Ionomer等树脂，其中EVOH加工较为困难，根据EVOH要求确定模具结构。EVOH与金属粘附力强，模具流道突变、锐角、流道截面积大易造成EVOH滞留，同时考虑制造成本确定采用平面叠加式共挤复合成型模具。
以下对EVOH在叠加式共挤复合成型模具中流道形式；流道参数；螺旋结构；模口间隙等参数选择简述如下。（本文省略其他树脂模具结构及参数的设计）

（1）模具流道采用流线形设计，流道截面积减小。
（2）螺旋升角θ选小值，减小滞留区。模具楔角β选小值，利于EVOH层均匀性提高。
（3）口模间隙应根据共挤薄膜结构、生产速度确定模口间隙。
（4）EVOH树脂粘度大，其压力可达240Mpa，模具刚度应校核，不能产生大的绕度，避免模具漏料。
（5）避免EVOH与模具粘附，流道采取境面抛光并表面镀铬处理。

6 冷却风环的选择

　　EVOH共挤薄膜一般厚度在50~100μm，同时考虑产能提高，采用双风道风环，双风道风环优势在于下风道吹出的空气流受到上风道吹出的气流冲击，形成紊流混合，破坏了滞留边界层，强化了传热过程，同时，上风道吹出的气流对下面的气流还起到携带的作用，使新鲜的冷却空气不断地高速流过薄膜表面，冷却效果更为显著。为了保证膜泡稳定和快速冷却，我们选择下风道出风角40°，上风道出风角110°的设计。

7 稳泡装置的结构设计

　　在上吹机组中，共挤复合成型模具与人字板之间距离大，为了保证膜泡稳定地进入人字板，我们设计了稳泡装置。该稳泡装置采用可调整笼式结构并且实现自动升降，对膜泡起到稳定作用。稳泡装置与薄膜接触的零件采用自润滑材料，避免蹭伤膜面。

8 人字板的结构设计

　　人字板结构的设计，是保证薄膜平整的重要环节，为足薄膜薄膜外层不同材质的需要，我们设计了铝合金滚筒涂覆四氟乙烯，该结构均化了冷却，减少了摩擦，保证了薄膜平整度。

9 薄膜旋转机构

　　薄膜吹塑成型时，薄膜横截面总会有无法消除的厚点，这是高聚物熔体非牛顿特性及模具加工精度因素造成的，在薄膜卷取时厚点的积累使膜卷表面产生“暴筋”，“暴筋”严重影响薄膜的表观质量，同时对后续印刷造成影响。为解决“暴筋”问题，通常采用使厚点离散分布，可采用旋转挤出机机台、旋转模具、旋转牵引等办法解决。模具旋转方法易造成薄膜斜纹路，易漏料，清理维修困难；旋转挤出机台方法的不足是旋转体积大、加工费用高等，现今大多用旋转牵引来取代上述两种方法，其避免了模具漏料问题，解决了旋转体积大等问题。本设计采用了旋转牵引。

10 收卷机的设计

10.1 卷取机结构的选择

　　薄膜收卷机形式，常用有中心卷取、表面卷取。中心卷取适应范围广，实现自动换卷机构复杂，手工换卷工作量大。表面卷取机构简单，实现自动换卷简单，手工换卷操作简便，其缺点不适应厚度很薄、外层使用带粘性的树脂共挤膜的卷取。考虑到工作的可靠性，确定采用自动、手动换卷两种形式的表面卷取。

10.2 张力控制

　　在薄膜生产过程中，张力控制对薄膜卷取质量至关重要，我们采取意大利Re公司磁粉离合器控制薄膜张力，为配合张力控制增加了重力浮动辊结构。

结束语

　　我公司研制的EVOH五层共挤高阻隔复合膜机组，为加工EVOH共挤薄膜设备制造进行了有益的实践，设备在自动化控制方面与国外先进设备比尚有差距。我们相信：随着国家相关行业的发展，通过对EVOH五层共挤高阻隔复合膜机组的进一步研究，机组技术水平会赶上发达国家，我们愿意与同仁一道为我国塑料加工业的进步继续努力工作。