摘要：由于軟包裝行業的快速發展，意欲進軍生產無菌軟包裝材料行業的生產廠商逐年呈現上升趨勢。用于制造多層復合材料包裝的新設備。作為一種替代傳統包裝的新型包裝材料，應用逐漸多樣化;但是還存在一定的問題，比如軟包裝的剝離強度和耐熱性等性能影響到合成紙的性能與工藝優化；軟包裝材料密度下降，單位面積增加，直接影響到產品的機械性能和尺寸穩定性。而有效的高性能低能耗共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復合生產線的建立，促進液體食品軟包裝質量的控制，促進產品的可持續發展。
　　關鍵詞：高性能；低能耗；共擠復合
　　
　　1.應用需求
　　據有關資料顯示，全球消費品的軟包裝市場高達300億美元。目前，紙塑鋁多層復合包裝材料在軟包裝行業中占有重要地位。世界上一些先進國家，紙塑鋁多層復合材料占整個塑料包裝的33~44％，目前，在我國，軟包裝的發展速度要略高于總的國民生產的發展速度約為12-15%，其中紙塑鋁多層復合無菌紙包裝的年消耗量約為100億包的包材，售價約折合人民幣近40億元，而且也每年以20~30%的速度遞增，成為全球最大和發展最快的市場，但紙塑鋁多層復合無菌包裝在我國軟包裝制品中僅占10%，而發達國家占65%，我國軟包裝制品具有極大的發展空間，因此，研制較高自動化控制系統水平的多層復合材料專用生產線市場前景光明。
　　1.1液體食品軟包裝的特點
　　共擠復合10層紙塑鋁軟包裝材料（如結構為PE+MLLDPE/LDPE/印刷層/原紙/LDPE+納米材料/EAA/鋁箔/EAA/LLDPE/PE+MLLDPE的軟包裝材料），所生產的包裝材料具有阻隔性、保香性、耐熱性和食品安全性良好等優點，可廣泛用于鮮奶、果奶、酸奶、果汁、飲料等液態食品的無菌包裝。
　　2高性能低能耗共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復合生產線的工藝
　　擠出復合又稱涂復或淋膜，是廣泛使用的一種經濟的復合薄膜方式，它是將聚乙烯等熱塑性塑料在擠出復合機中熔融，從扁平機頭中呈薄膜狀流出，在兩個緊密接觸的滾筒間將其壓向底材并經過冷卻后制成復合薄膜的方法。擠出復合可以是單層復合，也可以多層一次性復合或多層多次復合,即共擠復合；產品結構變化較多。
　　高性能低能耗共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復合生產線(液體食品包裝用多層復合材料一次復合成型)的工藝如下：
　　印刷紙卷放卷→預熱處理→反面電暈處理→反面擠出復合塑料A、B層→正面電暈處理→正面擠出復合塑料C、D層（同時從第二放卷接入鋁箔一齊復合）→正面擠出復合塑料E、F、G層→整理→收卷。
　　3高性能低能耗共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復合生產線的建立
　　通過“節能、高效、精密”為關鍵，以裝備和技術以及相關理論的研究與開發,完成紙塑（鋁）多層軟包裝材料共擠復合成套生產線。其中“高效”是指要提高擠出速度，實現高速擠出，從節能角度看，就是要提高單位能耗成型軟包裝材料的長度；而提高軟包裝材料中塑料膜層厚度的“精密度”可帶來明顯的節能效果。
　　紙塑（鋁）多層軟包裝材料共擠復合的生產設備規格，目前包裝材料幅寬都在1.2米以上，最大幅寬達2.3米以上。生產線速度高(，整線自動化程度高，生產過程中的溫度、速度、壓力、張力、厚度控制等控制系統全部集中數字化控制。生產出性能更好的紙塑（鋁）多層軟包裝材料，對設備的性能要求會更高。
　　3.1原料
　　擠出機使用樹脂：LLDPE、LDPE、PP、EVA、EAA、EMAA、SURLYN（沙林）、Nucrel（牢靠）等涂復級樹脂。
　　基材：a)主放卷基材：紙（60～400g/m²）等。
　　b)夾層：鋁箔。
　　3.2生產設備
　　本生產線為高性能低能耗共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復合生產線。
　　擠出復合的加工設備：擠出復合機組一般包括塑料擠出機、模頭、放卷部分（包括夾層放卷）、復合部分、收卷部分以及轉動裝置、張力自動控制、放卷自動糾偏、材料預處理、后處理等附屬裝置組成。，本公司公司自主研發的液體食品包裝用多層復合材料一次復合成型專用生產線，設備結構見下圖。生產方向是右向左，擠出機是2-2-3(即：兩層-兩層-三層),從右邊的放卷到左邊最后的收卷，左邊的擠出機是“三層共擠擠出機”，由三個機筒及換網、分配器、一個T型模頭組成。
　　
　　
　　
　　1放卷;2擺動糾偏機構;3復合座Ⅰ(反面)&電暈機Ⅰ;4電暈機Ⅱ;5預熱;6復合座Ⅱ&電暈機Ⅲ;7夾層放卷;8擺輥張力檢測;9復合座Ⅲ;10監控;1收卷;12擠出機-G;13擠出機-F;14擠出機-E;15擠出機-D;16擠出機-C;17擠出機-B;18.擠出機-A;19.主電柜
　　圖1高性能低能耗共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復合生產線示意圖
　　
　　主要性能參數如下：工作寬度:600～1350mm;擠出機：當量直徑為φ90的螺桿最大擠出量為200kg/h；φ65的螺桿最大擠出量為100kg/h；第一放卷形式：氣動夾緊氣脹軸式；最大直徑φ1600mm；最大張力70kg，7～200m/min全速度范圍自動接料。第二放卷(夾層放卷)形式：最大直徑φ680mm；最大張力40kg，7～200m/min；全速度范圍使用鋁箔反面自動接料。生產線速度：機械速度：200m/分鐘，工藝速度：150m/分鐘,由使用材料和工藝條件決定。
　　3.3工藝流程
　　3.3.1收、放卷
　　放卷裝置：巧妙地對基材的張力進行調整是放卷部的必要條件。安裝有邊位控制器（如
　　EPC），調節基材的偏移。
　　收卷裝置：型式與放卷部相同，但必須對應一定的卷繞直徑，并安裝有張力調節輥，通過調節張力和壓力來控制控制收卷的張緊程度。
　　3.3.2預熱處理
　　在復合工序前，通過預熱輥里熱油的加熱,把經過的薄膜進行加熱（70～80℃），令與流涎膜、基材等復合后變成粘合牢固的復合膜。
　　熱輥壓合孔口處理裝置:在生產線上，我們做了一個改善，在預熱輥處安裝了孔口壓平裝置，使待產產品的基材上的孔口在進入復合前，先被壓平，這樣一來，既減少了紙基材上粗糙的孔口對硅膠輥的磨損，其孔口處采用特殊處理，增強了阻隔性及特殊防滲效果，降低了設備維護的投入，而且生產速度提高了25%，生產效率得到進一步提高。
　　3.3.3電暈處理
　　為了取得良好的粘合效果，從電暈機內發生器產生的電火花將塑料膜進行電暈處理，從表面凹凸使其在復合機的復合工序中，與流涎膜、基材等加緊粘合度。
　　3.3.4擠出機
　　擠出成型系統是把塑料由粒狀通過高溫加工變成流體，然后從T型模頭均勻擠出的整套設備。可以是單層，兩層共擠，三層共擠或多層共擠。
　　3.3.5二放（夾層）放卷
　　二放卷裝置：鋁箔正反面高速自動接換料。為了適應多層擠出復合的需要，一般需要安裝第二放卷裝置。使擠出復合設備的生產真正意義上實現了全自動生產，大幅度提高了生產線的自動化程度與生產效率，節約了大量的人力與物力的浪費。在擠出復合行業的發展中，并且使產品使用具有極大的經濟效益和社會效益。
　　3.3.6復合
　　復合部分主要是由冷卻輥、壓輥、背壓輥、剝離輥等組成。合上壓輥（即硅膠輥），冷卻輥和壓輥對需要復合的基材和擠出淋膜進行復合加壓，同時，，由于冷卻輥和壓輥的相互反方向轉動，使具有一定高溫度的基材和熱熔的淋膜有機復合，生產出剝離強度較強、厚度均勻的多層擠出復合產品。
　　4高性能低能耗共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復合生產線的設備特點
　　主要創新突破點：
　　a.集成創新，實現紙塑（鋁）多層軟包裝材料的節能、高效和精密的共擠復合；
　　b.基于能量動態平衡節能技術的三層共擠擠出機節能新結構。
　　總體技術達國內領先或國際先進水平。
　　4．1節能
　　因為我國這類生產線的關鍵裝備和技術曾一直較落后，主要表現在其中的關鍵裝備——擠出機和機頭的性能，包括熔融塑化、混煉、擠出產量、流動均勻性、能耗、熱穩定性和熱變形等。
　　根據“混沌混煉塑化理論”，高分子材料在擠出機的熔融塑化過程中產生了分流、對流、增壓–減壓、延伸、剪薄、壓延等多種混沌混煉效應，形成了“固體顆粒–熔體混合物”，這種熔融過程具有熔融速率較高、高效率的混煉，共混效率隨混煉時間成冪指數增加，熔融消耗功率較低、熔體平均溫度較低以及混煉和溫度分布較均勻等優點，因此可大幅度提高擠出產量；同時其混沌混煉產生的熱能被完全充分利用，外加熱補充的熱能也全部利用，而生產過程中沒有機筒冷卻風機（風機還要耗電去冷卻）反而利用保溫材料防止熱能的損失和溫度自動補償控制也得到完全的吸收，建立熔融塑化能量平衡，機筒加熱器外設置保溫材料是其擠出機節能的外在特征，大大提高了熔體流動的均勻性和包裝薄膜厚度的均勻性，從而實現了優良的節能效果。
　　4．2材料成本降低
　　4.2.1材料成本分析
　　在同樣制品寬度為W、長度為L相同條件下，通過對目前同類二共擠復合材料樣本1結構EAA9μm/LDPE+MLLLDPE18μm、樣本2結構EAA10μm/LDPE+MLLLDPE20μm和本項目研究三共擠復合材料樣本3結構EAA6μm/LDPE18μm/LDPE+MLLLDPE（20%）6μm、樣本4結構EAA9μ-LDPE9μ-（LDPE+MLLLDPE20%）9μm進行比較：
　　二共擠復合材料材料樣本1的成本
　　=第1層材料1厚度×寬度×長度×材料1密度×材料1單價+第2層材料2厚度×寬度×長度×材料2密度×材料2單價
　　=9×10-6×W×L×0.95×103×27+18×10-6×(W×L×0.915×103×18×50%+W×L×0.91×103×32×50%)
　　=0.23085WL+0.4559WL=0.68675WL（元）
　　二共復合材料材料樣本2的成本
　　=第1層材料1厚度×寬度×長度×材料1密度×材料1單價+第2層材料2厚度×寬度×長度×材料2密度×材料2單價
　　=10×10-6×W×L×0.95×103×27+20×10-6×(W×L×0.915×103×18×50%+W×L×0.91×103×32×50%)
　　=0.2565WL+0.1647WL+0.2912=0.7142WL（元）
　　三共復合材料材料樣本3的成本
　　=第1層材料1厚度×寬度×長度×材料1密度×材料1單價+第2層材料2厚度×寬度×長度×材料2密度×材料2單價+第3層材料3厚度×寬度×長度×材料3密度×材料3單價
　　=6×10-6×W×L×0.95×103×27+18×10-6×W×L×0.94×103×18+6×10-6×〔（W×L×0.94×103×18)×80%+（W×L×0.91×103×32)×20%〕
　　=0.1539WL+0.29646WL+0.114WL=0.56436WL（元）
　　三共復合材料材料樣本4的成本
　　=第1層材料1厚度×寬度×長度×材料1密度×材料1單價+第2層材料2厚度×寬度×長度×材料2密度×材料2單價+第3層材料3厚度×寬度×長度×材料3密度×材料3單價
　　=9×10-6×W×L×0.95×103×27+9×10-6×W×L×0.94×103×18+9×10-6×〔(W×L×0.94×103×18)×80%+（W×L×0.91×103×32)×20%〕
　　=0.23085WL+0.14823WL+0.1710WL=0.55008WL（元）
　　從可以看出，三共復合材料成本與二共擠復合材料成本分析見表1。
　　表1材料成本分析一覽表
　　復合材料 材料成本
　　（元） 與樣本1比較（%） 與樣本2比較（%）
　　二共復合材料 樣本1 0.68675 —— ——
　　 樣本2 0.71420 —— ——
　　三共復合材料 樣本3 0.56436 17.8% 21.0%
　　 樣本4 0.55008 20.0% 23.0%
　　注：設定W=1，L=1條件下的單位成本。
　　4.2..2實驗分析結論
　　通過對復合材料進行測試、分析和實驗研究，綜合以上結果及分析，可以看出，公司實際生產出的擠出復合材料（結構為紙220g/㎡/LDPE8μ-LDPE7μ/AL6.3μ/EAA9μ-LDPE9μ-（LDPE+MLLLDPE20%）9μm）的分層效果、薄膜均勻度及剝離強度上均達到要求，故采用的原材料組合EAA9μ-LDPE9μ-（LDPE+MLLLDPE20%）9μm的性能最優和價格最廉，可以為以后生產高性能包裝材料提供指導。
　　4.3新型動態調幅機構
　　新開發的新型動態調幅機構，可實現擠出機在線調節擠料邊幅，可同時控制邊幅寬度和邊部厚度，達到部分材料復合后，不用切邊的目的。從而可減少因切除邊料而造成的材料巨大浪費，同時也減少了處理邊料的投入，為用戶節省大量的生產材料，直接或間接的經濟效益十分可觀。
　　4.4模頭氣隙電動調整功能
　　該生產線整機采用三套共擠成型系統聯線生產，可實現液體食品包裝用10層結構的復合材料一次成型，產品結構成本低，效率高，經濟效益可觀。同傳統的工藝相比，效率可提高3-5倍，成本可節約20%-30%；而且設備購置成本極低，性價比比傳統設備高50%，產出的產品質量可靠，復合后剝離強度、均勻度、熱封性能、阻隔性能等各項指標均達到國際標準水平，成品率達97%，達到國際先進水平。
　　4.5達到的主要技術指標
　　（1）節能：總裝機功率由目前同類高檔生產線1250kW左右降低到1030kW左右，即整線的能耗降低約20%；擠出機單耗降低到0.13～0.15kW/(kg/h)。
　　（2）節材：本項目三共擠生產線材料EAA6μm/LDPE18μm/MLLDPE6μm為目前同類兩共擠出生產線材料EAA10μm/MLLDPE20μm節約材料成本20%以上。
　　（3）擠出膜厚度均勻度：擠出膜厚度誤差由目前同類高檔共擠復合生產線的±5~10μm降低至±3～5μm。
　　（4）復合膜剝離強度：≥2N/15mm（對EAA/LLDPE/PE+MLLDPE）。
　　本項目完成后，第（1）項節能效果明顯，達到國際先進水平，第（2）、（3）、（4）項達到國內領先水平，每年可銷售3～4條生產線，預計年新增產值2000萬元，年出口創匯100萬美元。
　　4.6達到的主要經濟指標
　　每年平均生產按6條生產線計算，預計能拉動食品無菌包裝、軟包裝相關材料相關產業的經濟效益近20億元。由于輝隆公司的設備價格遠低于進口設備，可為用戶節約設備購置成本約21,000萬元（按進口設備每條生產線平均4,000萬元人民幣，輝隆公司每條生產線平均500萬元人民幣計）。每年共可節電5184千度/年，相當于每年節約2032噸標準煤。
　　5高性能低能耗共擠雙向拉伸聚丙烯合成紙生產線的發展前景
　　一個時期內，中國塑料機械的發展趨勢主要將朝著組合結構、專用化、系列化、標準化、復合化、微型化、大型化、個性化、智能化方向發展，同時要滿足節能、節材、高效的要求。在擠出機、擠出機生產線方面，總的發展趨勢是，也將朝著高效、節能、環保、大型、精密、多層的方向發展，盡快提高現有產品的技術含量和產品的質量可靠性，并提高了設備有效作業率。
　　總之，我國共擠紙塑（鋁）多層軟包材共擠復合生產線正朝著節能、超精密成型和高性能方向發展，本文的研究可以為十層高性能低能耗紙塑（鋁）多層軟包材產品性能的改善提供了依據，達到實現共擠出過程的自動化控制、提高產品質量、提高勞動生產率的目的。