一种收缩力可控复合热缩膜、生产工艺及收缩力控制方法与流程

本发明涉及复合热缩膜、生产工艺及热缩力在线控制，具体涉及一种收缩力可控复合热缩膜、生产工艺及收缩力控制方法。

背景技术：

1、现有petg热缩膜由于其表面光泽性高、印刷性能好、收缩率高、可回收环保的特点，逐步替代pvc热缩膜，成为包装膜市场的主流产品。但petg热缩膜在具有高收缩率的同时，也具有高收缩力的特点，其标准样品收缩力通常达到10n以上，当用于pe、pp材质的日化用品包装容器时，由于热缩力偏大，会造成pe、pp材质日化用品包装容器的变形（日化用品包装容器会在灌装前预先套装热缩膜），因此影响了petg热缩膜在日化行业的推广应用。

2、目前，也有热缩膜生产厂家通过petg与ps构成复合结构的热缩膜，在保证收缩率（78%-80%）的前提下，降低热缩膜的收缩力（3.8n-4.2n）；但由于petg与ps两种材料间结合力不足，热缩后容易出现膜层分离、膜面起皱现象，影响包装效果，因此实际应用效果并不理想。

3、申请号为202111018210.x的国家发明专利申请，公开了一种复合petg热缩膜及其制备系统，其中复合petg热缩膜由b层（芯膜层）及设置于b层两侧的a层和c层（表膜层）复合组成，其中b层基材为ps，a层和c层基材为petg，通过ps、petg复合膜结构，降低热缩膜的收缩力；为改善petg与ps两种材料间结合力不足、热缩后容易出现膜层分离和膜面起皱问题，在该发明专利申请中，采用了两个核心技术方案：一、通过在petg、ps中添加功能母料，对petg、ps进行改性调整，使petg、ps在相同的挤出温度下具有相同或相近的流动性，以解决在相同温度下流动性差异所导致的表膜层与芯膜层交界面形成波纹缺陷的问题；二、采用a层、b层、c层三层结构共用一个挤出模头共同挤出的方法，在a层、b层、c层交界面产生材料的混合，改善petg与ps两种材料间的结合力，达到解决热缩后容易出现膜层分离、膜面起皱问题；但该发明专利具体实施时，存在三个问题：一、petg、ps中添加功能母料改性处理使生产流程增加，生产成本升高，降低了产品市场竞争力；二、petg、ps中添加的改性功能母料组分过于复杂，因此实际生产时物料组分的配比控制也相对复杂，增加了生产过程计划及组织调度难度；三、a层、b层、c层三层结构共用一个挤出模头的方法，并非现有生产设备和工艺，需对现有生产线进行较大的改造，因此生产线改造投入成本高、周期长，且改动后的生产线无法兼容现有多层结构复合热缩膜的生产，进一步加大了生产过程计划及组织调度难度，甚至会导致设备利用率下降，因此影响到了企业的经济效益；另外，上述发明的复合petg热缩膜的收缩力实际是由表膜层及芯膜层厚度的比例决定的，并且收缩力较现有petg热缩膜低很多，因此需要在线控制热缩膜成品中表膜层及芯膜层厚度的比例，否则无法稳定控制复合热缩膜成品的热收缩力；而现有共挤双向拉伸法生产线只具有总膜厚检测功能，无法检测表膜层及芯膜层厚度，因此也无法实现热缩膜收缩力的在线控制，导致生产出的复合热缩膜热缩力偏差较大；因此如何实现热缩膜收缩力的在线检测、控制和调整，也是复合热缩膜生产过程控制面临的一个技术难题，但在申请号202111018210.x国家发明专利申请中，其并未给出解决方案。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种收缩力可控复合热缩膜、生产工艺及收缩力控制方法，复合热缩膜包括三层复合结构，表膜层均为petg，芯膜层为petg、ps、k树脂的混合物，芯膜层中的ps组分降低了复合热缩膜的收缩力，同时芯膜层中的petg组分则解决了芯膜层与表膜层petg材料间结合力低的问题，从而解决了热缩后的膜层分离、膜面起皱现象；复合热缩膜通过现有三层共挤双向拉伸生产线制得，在收卷装置侧边安装了收缩力在线测量装置，通过在线检测复合热缩膜的相对收缩力，反馈控制复合热缩膜表膜层及芯膜层的厚度比例，实现复合热缩膜成品收缩力的在线控制，使复合热缩膜的热缩力具有可控性和稳定性。

2、为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种复合热缩膜，为三层复合结构，包括表膜层及夹持在两层表膜层之间的芯膜层；其热缩力范围为2-6n；表膜层材料相同，其组分包括64-98质量份的petg（聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯），0-30质量份的pet（聚对苯二甲酸乙二醇酯），2-6质量份的爽滑剂；芯膜层材料组分包括20-80质量份的ps（聚苯乙烯），15-70质量份的petg（聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯），0-10质量份的k树脂（丁苯透明抗冲树脂）；其中k树脂是以苯乙烯、丁二烯为单体，以烷基锂为引发剂，采用阴离子溶液聚合技术合成的一种嵌段共聚物；在本发明的复合热缩膜中，收缩力的降低是通过芯膜层材料中的ps（聚苯乙烯）组分来实现；在ps（聚苯乙烯）中加入组分petg（聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯），形成ps（聚苯乙烯）、petg（聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯）混合料，利用混合料中petg（聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯）组分与表膜层材料相同的特点，使芯膜层与表膜层交界面形成稳定、可靠的结合力，解决表膜层材料与芯膜层材料间结合力不足的问题，防止复合热缩膜在热缩后出现膜层分离、膜面起皱的现象；另外在芯膜层材料中加入组分k树脂，是用以改善ps（聚苯乙烯）在拉伸过程中的破裂问题；在表膜层petg（聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯）中加入组分pet（聚对苯二甲酸乙二醇酯）是用以降低产品成本；本发明复合热缩膜的表膜层及芯膜层材料无需进行改性处理，生产流程短，具有生产成本低的优点；本发明的复合热缩膜影响其收缩力的相关因素主要有三个：一、复合热缩膜总厚度；二、芯膜层材料中ps（聚苯乙烯）的比例；三、表膜层与芯膜层厚度比例；复合热缩膜产品在总厚度、收缩力给定的前提下，生产前需要对芯膜层材料中各组分的比例及表膜层与芯膜层厚度的比例进行设计；复合热缩膜在实际生产时，芯膜层材料中各组分的比例是固定且无法更改的，但表膜层与芯膜层的厚度比例，则通过在线检测到的复合热缩膜的相对收缩力进行反馈控制，从而实现表膜层与芯膜层厚度比例的在线动态控制，使复合热缩膜成品的热缩力在线控制得以实现；

3、三层复合结构的复合热缩膜，其表膜层厚度依据复合热缩膜的总厚度及热缩力大小确定；芯膜层各组分质量比依据复合热缩膜所要求的热缩力，根据表膜层、芯膜层热缩力经验公式设计；表膜层热缩力经验公式为：fb=tb*kp；其中fb为表膜层热缩力，tb为表膜层厚度，kp为petg膜单位厚度热缩力系数（其经验值0.2）；

4、芯膜层热缩力经验公式为：fx=tx*（kp*kpt+ks*kst+kk*kkt）；其中fx为芯膜层热缩力，tx为芯膜层厚度，kp为petg膜单位厚度热缩力系数（其经验值0.2），kpt为petg组分比例修正系数，ks为ps膜单位厚度热缩力系数（其经验值0.04），kst为ps组分比例修正系数，kk为k树脂膜单位厚度热缩力系数（其经验值0.04），kkt为k树脂组分比例修正系数。

5、进一步的，爽滑剂为二氧化硅或高岭土；表膜层中，爽滑剂组分比例在不超过表膜层组分总质量10%的情况下，其对表膜层透明度无明显影响；当复合热缩膜总厚度较小时，爽滑剂比例通常取较大值；当复合热缩膜总厚度较大时，爽滑剂比例通常取较小值。

6、进一步的，复合热缩膜总厚度为20-50μm；表膜层厚度相等，其总厚度占复合热缩膜总厚度的10-20%；当复合热缩膜总厚度较薄时，表膜层占复合热缩膜总厚度的比例通常取较大值，防止表膜层厚度过薄而造成其实际厚度控制困难；当复合热缩膜总厚度较厚时，表膜层占复合热缩膜总厚度的比例通常取较小值，避免表膜层厚度过大而致使复合热缩膜的收缩力偏大；另外在复合热缩膜总厚度较厚时，选取较小的表膜层厚度有利于降低产品成本。

7、一种复合热缩膜的生产工艺，复合热缩膜采用三层共挤双向拉伸工艺生产；其具体工艺过程为：

8、s1、挤出制片：表膜层材料、芯膜层材料充分干燥、混合后，分别置于三台螺杆挤出机中，经逐段加热、搅拌、熔融成粘流体，粘流体经计量后分别通过三个t型模头均匀挤出三条呈片状的粘流体；其中芯膜层对应的t型模头位于表膜层对应t型模头的中间；其中芯膜层粘流体挤出温度为220℃-270℃；其中表膜层粘流体挤出温度为240℃-260℃；实际生产时，芯膜层粘流体中因包括有ps组分，其流动性要大于表膜层粘流体的流动性（与ps组分的比例相关），因此芯膜层粘流体挤出温度设置低于表膜层粘流体挤出温度；三条片状粘流体在静电钢带吸附装置吸附作用下，交界面结合形成三层复合结构的厚片粘流体，并紧贴在激冷辊上强行冷却成三层复合铸片；

9、s2、纵向拉伸：三层复合铸片经多辊预热至80℃-90℃，然后在纵向拉伸室中以100℃-115℃的温度沿纵向以1.2-3倍率进行纵向拉伸成膜；纵向拉伸成膜后以80℃-90℃的温度定型2-5s；

10、s3、横向拉伸：定型后的纵向拉伸膜在横向拉伸室中以95℃-120℃的温度、沿横向以3-5.5倍率进行横向拉伸；横向拉伸后在70℃-95℃温度下进行定型，定型时间为5-10s；

11、s4、切边收卷：横向拉伸后的复合热缩膜经两次切边，再以设定宽度规格分切，最终收卷成复合热缩膜成品；其中第一次切边切除横向拉伸链夹所夹持的复合热缩膜的边沿部分，其中第二次切边切取在线热缩力连续检测样品；在本发明中，为降低第二次切边切取的在线收缩力连续检测样品所造成的材料浪费，仅在复合热缩膜的一边切取在线收缩力连续检测样品，切取在线收缩力连续检测样品的宽度为30mm，为标准热收缩力检测样品宽度的两倍，以提高在线收缩力连续检测样品的最大收缩力，提高在线收缩力连续检测样品所检测到的相对收缩力的准确性及稳定性。

12、进一步的，复合热缩膜的厚度控制包括总厚度控制及表膜层、芯膜层厚度比例双闭环反馈控制；其中复合热缩膜总厚度控制，由在线厚度检测仪检测的实际厚度反馈控制表膜层、芯膜层螺杆挤出机计量挤出的总的粘流体的质量实现；其中复合热缩膜的表膜层、芯膜层厚度比例控制，由表膜层、芯膜层对应的螺杆挤出机计量挤出的粘流体的质量比实现；表膜层、芯膜层对应的螺杆挤出机计量挤出的粘流体的质量比，则由在线检测到的复合热缩膜的相对收缩力进行反馈控制。

13、一种复合热缩膜收缩力控制方法，通过固定安装在收卷机侧边的收缩力在线测量装置，检测得到第二次切边切取的复合热缩膜检测样品的相对收缩力，通过测得的相对收缩力反馈控制复合热缩膜表膜层及芯膜层的厚度，控制复合热缩膜成品的热缩力。

14、进一步的，所述收缩力在线测量装置包括底板及依序固定设置在底板的进料牵引辊组、热缩装置、出料牵引辊组，其中出料牵引辊组上设置有动态扭矩传感器；通过动态扭矩传感器检测出料牵引辊组的驱动扭矩，进而得到复合热缩膜的相对收缩力；收缩力在线测量装置的工作原理为：收缩力在线测量装置工作时，第二次切边切取的在线热缩力连续检测样品通过进料牵引辊组进入热缩装置中，热缩装置中设有热缩腔，热缩腔设置有110℃的热缩温度，110℃的热缩温度使位于热缩腔中的在线热缩力连续检测样品产生收缩趋势，因进料牵引辊组与出料牵引辊组转速相同，位于进料牵引辊组、出料牵引辊组之间的在线热缩力连续检测样品无法产生收缩，因此位于进料牵引辊组、出料牵引辊组之间的在线热缩力连续检测样品会产生拉力，该拉力即为复合热缩膜的相对收缩力；相对收缩力大小与动态扭矩传感器检测到的扭矩成正比关系（在牵引辊直径一定的条件下），因此根据扭矩即可计算出复合热缩膜的相对收缩力；相对收缩力大小与复合热缩膜成品的热缩力呈相应的对应关系，且复合热缩膜成品的热缩力仅与表膜层与芯膜层厚度比例相关（对于在线生产的复合热缩膜，其生产工艺参数、热缩膜总厚度、芯膜层材料中ps组分的比例均是固定的），因此通过相对收缩力大小，反馈控制复合热缩膜表膜层及芯膜层的厚度比例，即可控制复合热缩膜成品的收缩力，从而实现复合热缩膜成品收缩力的在线控制。

15、优选的，出料牵引辊组上设置有磁流变液离合器；当进料牵引辊组与出料牵引辊组转速同步时，通过磁流变液离合器的工作电流得到复合热缩膜的相对收缩力；磁流变液离合器的工作电流与其工作扭矩成正比例关系，而磁流变液离合器的工作扭矩又与相对收缩力大小成正比例关系，因此磁流变液离合器工作电流大小即可计算出复合热缩膜的相对收缩力；通过相对收缩力大小，反馈控制复合热缩膜表膜层及芯膜层的厚度比例，即可控制复合热缩膜成品的收缩力。

16、进一步的，复合热缩膜的相对收缩力与复合热缩膜成品热缩力之间的对应关系通过实验得到；通过实验可以得到若干相对收缩力与热缩力之间对应数据，该若干对应数据经曲线拟合后得到相对收缩力与热缩力之间的关系曲线，将相对收缩力与热缩力之间的关系曲线设置在生产线控制系统中，用于相对收缩力对表膜层及芯膜层厚度比例的反馈控制；如此设置的目的是，在生产线设置复合热缩膜成品的热缩力时，如果显示屏上的控制参数为复合热缩膜的相对收缩力，还需人工将复合热缩膜成品的热缩力计算转换为显示屏上的复合热缩膜的相对收缩力，因此操作非常不便；而将相对收缩力与热缩力之间的关系曲线设置在生产线控制系统中后，在对复合热缩膜成品的热缩力进行在线调整时，直接输入需要的复合热缩膜成品所要求的热缩力值，无需再经过人工换算，极大提高了操作的便利性。

17、由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明公开的复合热缩膜、生产工艺及收缩力控制方法，复合热缩膜包括三层复合结构，表膜层均为petg，芯膜层为petg、ps、k树脂的混合物，具有材料组分简单的优点，降低了生产过程计划及组织调度难度；芯膜层中的ps组分降低了复合热缩膜的收缩力，同时芯膜层中的petg组分则解决了芯膜层与表膜层petg材料间结合力低的问题，从而解决了热缩后的膜层分离、膜面起皱现象；复合热缩膜通过现有三层共挤双向拉伸生产线制得，无需对现有生产线进行大的改造，同时可兼顾生产其他多层结构复合膜，保证了生产线的利用率；通过在现有生产线收卷装置侧边安装收缩力在线测量装置，在线检测复合热缩膜的相对收缩力，通过相对收缩力反馈控制复合热缩膜表膜层及芯膜层的厚度比例，实现复合热缩膜成品收缩力的在线控制，同时也可以方便的对复合热缩膜成品的收缩力进行在线调整；本发明具有芯膜层、表膜层组分简单，生产流程短，对现有三层生产线改动小、成本投入低，兼容现有多层结构复合热缩膜生产的优点，因此生产过程计划及组织调度简单，生产成本低，设备利用率高，复合热缩膜质量稳定，从而充分保证了企业的竞争优势和经济效益。