胡晓强 王博 宋晓亮 张宏展

摘要：双向同步拉伸机是薄膜同步拉伸生产线的核心设备，本文主要介绍新一代纵向可变拉伸倍率机械式同步拉伸机的拉伸原理并分析轨道宽度调整的方法。

关键词：机械式同步拉伸    纵向拉伸可变倍率    轨道宽度

在塑料薄膜生产设备中（以聚酰胺尼龙薄膜为例），平膜法双向同步拉伸技术是一种工艺过程比较先进的薄膜生产技术，其特点是克服了异步拉伸法纵向拉伸后在横向拉伸时破坏定向的缺点，极易获得厚度尺寸稳定、表面十分平整且两个方向上物理性能比较均衡的薄膜，有利于上下工序的印刷、复合、包装等应用。相对已经很成熟的异步式拉伸生产技术来说，双向同步拉伸技术有着更广阔的应用开发空间，可应用在绝大多数不同种类的薄膜生产上，如高性能聚酰胺（PA）薄膜、高质量聚丙烯（PP）薄膜、高品质聚酰亚胺（PI）薄膜和锂电隔膜的生产上。

目前能够实现双向同步拉伸的设备主要有以下两种形式：

1、机械榄闸式的拉伸机构

2、线性电机的拉伸机构

其中机械榄闸式机构又可分为纵向拉伸倍率可调和不可调两种形式，

第一代纵向拉伸倍率不可调技术比较成熟，国内设备制造厂商大多采用这种形式。第二代纵向拉伸倍率可调式同步拉伸技术近几年才被国内的薄膜生产企业所重视和研究。相比于第一代技术，第二代拉伸倍率可调技术能够按照工艺要求实现各个区不同拉伸倍率的效果，从而满足不同用户的应用要求，提升薄膜附加值。

一、同步拉伸原理

以聚酰胺（PA）薄膜为例，同步拉伸的过程是将挤出冷铸出的厚片经过水浴处理后在双向拉伸机内部同时完成纵横两个方向上的拉伸、热定型处理及冷却处理，以制成所需要的薄膜。同步拉伸过程如图一所示：

在这个过程中，厚片在双向拉伸机的入口处被链夹（如图二所示）夹住，然后借助夹具同向、同步的运行，使厚片在双向拉伸机的三个预热段充分的干燥、预热；紧接着预热段的是双向拉伸段，厚片借助于夹具的扩幅及有规律的逐渐增大夹具间距的运动，实现薄膜同步的横向和纵向拉伸；然后由五个高温热定型区完成薄膜晶型的转换（γ晶型转为α晶型）[1]、消除薄膜的内应力、提高结晶度，使晶体结构趋于完善；热定型区后面是缓冲区和冷却区，完成薄膜的降温过程；与异步拉伸相比大大降低了薄膜的热收缩率，所以同步拉伸产品在高温蒸煮时不收缩、不卷边，同时同步拉伸产品的抗吸湿性大大提高。

二、同步拉伸轨道宽度计算方法

同步拉伸中横拉（TD）方向的轨道宽度容易计算出：拉伸区入口的宽度乘以横拉拉伸倍率即可得出拉伸区出口的宽度。

下面着重介绍纵拉方向的轨道宽度如何调整：从图二和图三中可以看出，内侧轨道的位置决定了横拉（TD）方向的拉伸倍率，通过调整外侧轨道与内侧轨道之间的距离就可以实现夹具之间距离的变化，进而实现纵向拉伸（MD）。

受机构的设计所限，链夹两夹臂之间的最小距离是固定的，设为a，不同薄膜纵向最大拉伸倍率有所不同，设为S1，设计链夹时考虑一定余量，链夹可实现的纵向最大拉伸倍率设为Smax，Smax> S1，因此两夹臂之间的最大距离b=a·Smax，此距离即為最大拉伸程度时两链夹连接板两端孔中心距之和，也是内侧立轴和外侧立轴中心距的2倍，因此可得出连接板两端孔中心距c=( a·Smax)/2。外侧轨道中心线至外侧立轴中心线距离为固定值设为L1，内侧轨道中心线至内侧立轴中心线距离为固定值设为L2，由图可以看出链夹纵向最大拉伸时两轨道之间的距离为L1+L2，此时轨道宽度最小；纵向拉伸倍率为1时两轨道之间的距离为L1+L2+，其中m=a/2，此时轨道宽度最大。由此可推出任意纵向拉伸倍率S与轨道宽度X之间的关系：

当链夹设计完成，公式中的L1（外侧轨道中心线至外侧立轴中心线距离）、L2（内侧轨道中心线至内侧立轴中心线距离）、a（链夹两夹臂之间的最小距离）、Smax（链夹最大纵向拉伸倍率）均为固定值，轨道宽度X仅随纵向拉伸倍率S的变化而变化。

三、结语

异步拉伸技术已经发展到一个高点，速度和宽度已接近极限，拉伸工艺、技术创新很难有大的突破，异步拉伸生产出的薄膜产品附加值低且市场基本处于饱和状态。可变倍率同步拉伸技术作为一种较为先进的薄膜生产技术，生产速度高、厚度稳定、表面平整且纵向和横向的性能相近，另外纵向拉伸轨道若配置可调整的驱动装置，可迅速的调整纵向拉伸倍率，切换生产规格。综合来看可变倍率同步拉伸技术具有广泛的应用前景。

参考文献

1、杨其 雷彩红 黄亚江 毛益民.热历史对结晶型双向拉伸薄膜性能的影响.现代塑料加工应用，2004，16（1），3