自主研发同步双向拉伸薄膜生产线技术
发布日期：2012-07-12
一、创新背景
沧州明珠塑料股份有限公司成立了1995年，2007年1月成功在深圳证券交易所上市（股票代码：002108）。是国内最大的聚乙烯管道和BOPA薄膜生产基地之一。下属子公司沧州东鸿包装材料有限公司2003年7月投资12671万元人民币，引进法国DMT公司双向拉伸BOPA生产线，生产10-30μ的BOPA薄膜制品，年产量4500吨。
公司引进了生产设备后，由于设备厂家没有任何生产薄膜的经验，生产线无论从安装质量还是工艺控制都存在太多的问题，一直都不能正常生产。在外方公司无法履行合同、单方违约撤出后，沧州明珠全体员工集中所有的技术力量，对整个生产线进行了脱胎换骨的改造，大大小小的改造多达100余项。有很多地方改变了原有的设计思路，经过近二年的不断探索，持续改进，这条生产线终于具备了生产世界一流薄膜的能力。沧州明珠也彻底掌握了这条生产线，并形成了一套具有自主知识产权的技术体系，为沧州明珠自主研制第二条生产线提供了技术准备。
设备改造后，沧州明珠又针对生产操作进行了一系列改进，鼓励员工用批判的眼光看待以往的经验，广大员工集思广益，纷纷提出合理化建议，公司组织挖潜改造，使得生产线日臻成熟，薄膜的质量也越来越好，得到越来越多的用户的认可，同步拉伸工艺的优点也越来越突显，使得沧州明珠彻底摆脱开无序的低端市场竞争，牢牢地占据了高端市场，在其它生产线持续低迷的情况下，实现了供不应求。
BOPA薄膜(即双向拉伸尼龙薄膜)具有优良特性，被广泛的应用于工业、农业、食品保鲜、药品包装等领域。市场前景广阔，是当今重点发展的新型包装材料。而国内共有三条同步双向拉伸生产线，产能只有1.35万吨，占总产能的18%。同步线生产出的产品所具有的特点是其他逐次生产线所达不到，整幅4.2米的宽度可全部都是优等品，而逐次线最多优等品比例只占整幅宽度的50%（最中间部分），强势比较明显。而且随着彩印企业的设备更新，宽幅（1000mm以上规格）、高速（200米/分钟以上）的印刷机成发展主流，对高端产品的需求会不断增加，所以同步线发展空间和优势非常明显。
在这个背景下，沧州明珠决定自主研发一条生产线，改变原有生产线不合理的地方，增加4500吨/年的生产能力，将会满足包装行业对高端薄膜的需求，企业也将获得相应的收益。于是，自主研发第二条生产线，并成立沧州明珠塑料股份有限公司制膜分公司。
二、创新过程
世界上生产尼龙薄膜有两种工艺，一个是技术含量高的同步法，一个是生产速度快，操作容易的两步法，项目开始时首先面临的就是工艺的选择，这需要特别的谨慎，因为全世界几乎都选择了两步法，沧州明珠针对工艺的选择进行了反复的讨论。讨论的结果是我公司在同步法上具有无比的优势。
1、技术优势
沧州明珠在第一条进口线自主开车的过程中，积累了大量的经验,对同步拉伸工艺过程、拉伸理论进行了深入地研究，形成了一套具有自主知识产权的操作方法。公司每个员工对生产线的理解都非常深刻，很多员工可以不断在工作中积累经验，完善操作，改变不合理的设备设施。并且这些改造都是独一无二的，是其他厂家无法掌握的。这种团队的技术优势，是任何一个厂家也难以达到的。也正因为如此，沧州明珠的产品才可以在各个厂家对技术严密封锁的情况下，赶上世界最先进的日本尤尼吉可公司，甚至某些指标已经超过尤尼吉可公司。为了更深的研究生产技术，公司和国内很多高校、大型国有企业有着密切合作，从各个方面对产品进行优化升级。下一步将陆续开发更适合市场需求的新产品，如10μ 及高阻隔（MXD-6）及其它功能性产品等。最大可能的发挥同步法产品的优势。
2、产品优势
国家标准和东鸿指标对比：
物理机械性能（15um 、12um、双电晕）：
项目 优等品 合格品 国标
拉伸强度，MPa 纵向 ≥180 ≥180 ≥180
横向 ≥200 ≥200 ≥180
断裂伸长率，% 纵向 90-130 90-130 ≤180
横向 70-120 70-120 ≤180
热收缩率，% 纵向 ≤2.5 ≤3.0 ≤3.0
横向 ≤1.5 ≤1.5 ≤3.0
雾度，% ≤3.5 ≤3.5 ≤7.0
±450热收缩差值 ≤1.5 ≤1.5 不要求
光泽度，% ≥95 ≥95 ≥100
摩擦系数 ≤0.6 ≤0.6 ≤0.6
润湿张力，mN/m ≥56 ≥56 ≥50
耐撕裂力,mN 纵横向 ≥60 ≥60 ≥60
氧气透过量
cm3/m2•d•pa ≤5.0×10-4 ≤50 ≤50 ≤50
3、市场优势
同步拉伸法是在双向拉伸机内部同时完成纵横两个方向上的拉伸、热定型及冷却处理，以制成所需要的薄膜。由于克服了两步拉伸法在纵向拉伸后，再横向拉伸时破坏定向的缺点，所以极易获得尺寸极为稳定，表面十分平整的薄膜并且薄膜各向异性程度较小。同时在同步双向拉伸取向的方法中，薄膜拉伸不与任何辊筒接触，因此它不受辊面质量的影响，可以制得高透明度、无划伤的薄膜。用这种方法，铸片受到夹具的限位作用，铸片不会产生颈缩，大大提高了薄膜厚度均匀性。用户在使用这样的薄膜就会有与众不同的效果：
（1）多色、高速印刷的套印精度较好。
各彩印厂家印刷生产时的环境不一，而影响尼龙薄膜套印精度的主要因素在于湿度的影响，多色（8色以上）、高速状态下对尼龙薄膜抗外界干扰的能力要求更高，只有同步拉伸尼龙产品可以满足要求。
（2）制袋时对折图案偏差小。
由于同步法工艺弓形效应很小，边部的各种物性指标和中间部位相差很少，因此在对折后不会造成图案的偏差，保证了印刷的美观。
（3）保证热封时特别是热封宽度大的时候制品袋的平整性。
同步法产品热收缩率的均衡，保证了制品袋的平整性。
（4）吸湿后尺寸的稳定性较好。
（5）复合制袋、蒸煮翘边现象少。
同步法薄膜的蒸煮性能是两步法不能比拟的，主要是由于纵横向热收缩率的差异小，特别是在120℃以上的蒸煮更加显示了同步法的优势，随着人民生活水平的日益提高，人们对高温消毒的要求越来越高，所以用于高温蒸煮的包装将会越来越多，同步法薄膜需求将会越来越大。
（6）复合制袋冷冻翘边程度较小。
（7）具有良好的浅版印刷效果。
（8）特殊要求的需要如涂敷、镀铝
同步法产品优异的性能保证了涂敷和镀铝的稳定性，不会造成涂层和镀层的脱落，与两步法相比具有很大的优势。所以确定了同步法的路线。
为了筹备自主研发生产线，沧州明珠抽调精干力量组成了筹备组，针对原有生产线存在的问题归纳出28个课题，从上料系统一直到收卷、分切、造粒系统，打破原有的条条框框，设计适合自己的工艺路线。
筹备组首先针对每个工序设计了不少于三种的方案，然后就每一种方案的优缺点进行讨论决定，然后根据选定的方案确定工艺控制点，按照这些工艺点绘制带控制点的流程图，再根据流程图编排控制程序。
为了验证所选方案的正确性，技术人员们在原有生产线上一个一个的做实验，根据实验结果对方案进行修正，以确保方案的正确性。
上料系统对整个生产线来说比较简单，但即便是这样，各个工程公司的工艺也相差甚远，日本三菱、德国布鲁克纳、以及法国DMT各有优缺点，东鸿的技术人员通过对比各家的工艺，制定了符合自己的工艺路线，做到既能节约资金操作方便，又能保证供料的稳定性。在选择设备时，有充分论证了各个厂家设备的优缺点，重点设备选择质量更有保证的国外品牌，并且按照整体思路对制造商提出要求，使其产品更加适合生产线。
挤出铸片系统是生产线的基本，没有好的前提就不可能有好的产品，为了保证产品的质量，工程技术人员钻研挤出理论，完全抛开原有生产线的思路，与国外的制造厂家讨论设备的生产设计方案，重新制定设备的标准，即使对设备有着丰富经验的德国和美国的生产商，也都同意了制膜分公司的设计要求。美国WELEX挤出机是世界知名的品牌，多年来从没有改变过设计，但在与筹备组技术人员的沟通后，觉得我方的技术方案更加合理，便改变了原有设计。急冷辊、模头等重要设备也都基本采用了我方的建议。
预处理是同步法特有的工序，预处理设备的加工几乎没有其他的参考依据，技术人员自己设计出加工图纸，到外协单位加工，从结构到部件与原有生产线都有了较大的不同。
SBOM（双向同步拉伸机）是整条生产线的重中之重，是生产线的核心部分，也是沧州明珠主要研发的内容之一。经过三年的生产运行，沧州明珠针对SBOM进行了大量的改造，特别是对风管的改造和烘箱保温，使得SBOM更加适合于生产要求。同时，和国内一些知名的机械公司进行沟通协作，对其关键部件如轨道、链夹、轴承套、夹垫等进行了国产化试验，试验结果都达到了国外的标准。其中仅风管一项就耗费了大量的精力。风管设计的好坏直接影响日后生产的成膜性和薄膜的质量，为了保证日后的成膜性和薄膜的物性指标，技术人员深入研究传热学和空气动力学理论，计算出风速和传热面积，确定风管的外形尺寸和开孔的孔径以及开孔方式。
牵引机、收卷机、造粒机、分切机等重要的设备，无一不体现出技术人员的创造性的思维。牵引机开创了张力隔离辊的先河，用普通钢辊代替价格昂贵的真空辊估计仅此一家。这不但需要技术人员的胆识，更需要他们缜密的思考。收卷机也改造了原有的做法，将碳刷改成了皮带传动，大大减少了收卷机的故障率，也使得操作安全性大大提高。
设备制作方案制定好以后，为了保证设备的加工精度，设备人员分别奔赴设备的制作厂家去监造设备，对设备制造过程中出现的偏差和缺陷及时纠正，做到安装的设备百分百的放心。
前期的选型制造最终要付诸安装生产，更重要的是要集成一个统一的整体，要求工艺人员要熟悉自动控制，自控人员要熟悉工艺，筹备组最终召开协调会，统一认识，根据生产要求配置了合适的自动化操作系统。
三、实施效果
自主研发生产线安装完毕后，马上就进入了试车阶段，所有设备全部一次性试车成功，一个月的试生产过后就进入了正式生产阶段。生产速度超过国外生产线5米/分钟，产品质量以及生产的稳定性都超过原有国外的生产线。为国内拉伸行业做出了有益的探索，也许这种模式会改变国内拉伸界的全部依靠进口的做法。
四、持续改进措施
沧州明珠公司自主研发同步拉伸项目的巨大成功，大大提高了员工的创新积极性。公司也新建了薄膜研究所，专门研究国产线的提高改进。在国产线基础上，现在已经研究出新型的设备，通过改造拉伸机的结构，生产线的宽度已由原来的4.2米扩展的4.5米，生产速度也由原来的150米/分钟，提高到160-170米/分钟。
沧州明珠塑料股份有限公司
2011年8月30日
