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自主研發同步雙向拉伸薄膜生產線技術

一、創新背景
　  滄州明珠塑料股份有限公司成立了1995年，2007年1月成功在深圳證券交易所上市（股票代碼：002108）。是國內最大的聚乙烯管道和BOPA薄膜生產基地之一。下屬子公司滄州東鴻包裝材料有限公司2003年7月投資12671萬元人民幣，引進法國DMT公司雙向拉伸BOPA生產線，生產10-30μ的BOPA薄膜制品，年產量4500噸。
　  公司引進了生產設備后，由于設備廠家沒有任何生產薄膜的經驗，生產線無論從安裝質量還是工藝控制都存在太多的問題，一直都不能正常生產。在外方公司無法履行合同、單方違約撤出后，滄州明珠全體員工集中所有的技術力量，對整個生產線進行了脫胎換骨的改造，大大小小的改造多達100余項。有很多地方改變了原有的設計思路，經過近二年的不斷探索，持續改進，這條生產線終于具備了生產世界一流薄膜的能力。滄州明珠也徹底掌握了這條生產線，并形成了一套具有自主知識產權的技術體系，為滄州明珠自主研制第二條生產線提供了技術準備。
　  設備改造后，滄州明珠又針對生產操作進行了一系列改進，鼓勵員工用批判的眼光看待以往的經驗，廣大員工集思廣益，紛紛提出合理化建議，公司組織挖潛改造，使得生產線日臻成熟，薄膜的質量也越來越好，得到越來越多的用戶的認可，同步拉伸工藝的優點也越來越突顯，使得滄州明珠徹底擺脫開無序的低端市場競爭，牢牢地占據了高端市場，在其它生產線持續低迷的情況下，實現了供不應求。
　  BOPA薄膜(即雙向拉伸尼龍薄膜)具有優良特性，被廣泛的應用于工業、農業、食品保鮮、藥品包裝等領域。市場前景廣闊，是當今重點發展的新型包裝材料。而國內共有三條同步雙向拉伸生產線，產能只有1.35萬噸，占總產能的18%。同步線生產出的產品所具有的特點是其他逐次生產線所達不到，整幅4.2米的寬度可全部都是優等品，而逐次線最多優等品比例只占整幅寬度的50%（最中間部分），強勢比較明顯。而且隨著彩印企業的設備更新，寬幅（1000mm以上規格）、高速（200米/分鐘以上）的印刷機成發展主流，對高端產品的需求會不斷增加，所以同步線發展空間和優勢非常明顯。
　  在這個背景下，滄州明珠決定自主研發一條生產線，改變原有生產線不合理的地方，增加4500噸/年的生產能力，將會滿足包裝行業對高端薄膜的需求，企業也將獲得相應的收益。于是，自主研發第二條生產線，并成立滄州明珠塑料股份有限公司制膜分公司。
　  二、創新過程
　  世界上生產尼龍薄膜有兩種工藝，一個是技術含量高的同步法，一個是生產速度快，操作容易的兩步法，項目開始時首先面臨的就是工藝的選擇，這需要特別的謹慎，因為全世界幾乎都選擇了兩步法，滄州明珠針對工藝的選擇進行了反復的討論。討論的結果是我公司在同步法上具有無比的優勢。
　  1、技術優勢
　  滄州明珠在第一條進口線自主開車的過程中，積累了大量的經驗,對同步拉伸工藝過程、拉伸理論進行了深入地研究，形成了一套具有自主知識產權的操作方法。公司每個員工對生產線的理解都非常深刻，很多員工可以不斷在工作中積累經驗，完善操作，改變不合理的設備設施。并且這些改造都是獨一無二的，是其他廠家無法掌握的。這種團隊的技術優勢，是任何一個廠家也難以達到的。也正因為如此，滄州明珠的產品才可以在各個廠家對技術嚴密封鎖的情況下，趕上世界最先進的日本尤尼吉可公司，甚至某些指標已經超過尤尼吉可公司。為了更深的研究生產技術，公司和國內很多高校、大型國有企業有著密切合作，從各個方面對產品進行優化升級。下一步將陸續開發更適合市場需求的新產品，如10μ 及高阻隔（MXD-6）及其它功能性產品等。最大可能的發揮同步法產品的優勢。
　  2、產品優勢
　  國家標準和東鴻指標對比：
　  物理機械性能（15um 、12um、雙電暈）：
　  項目 優等品 合格品 國標
　  拉伸強度，MPa 縱向 ≥180 ≥180 ≥180
　  橫向 ≥200 ≥200 ≥180
　  斷裂伸長率，% 縱向 90-130 90-130 ≤180
　  橫向 70-120 70-120 ≤180
　  熱收縮率，% 縱向 ≤2.5 ≤3.0 ≤3.0
　  橫向 ≤1.5 ≤1.5 ≤3.0
　  霧度，% ≤3.5 ≤3.5 ≤7.0
　  ±450熱收縮差值 ≤1.5 ≤1.5 不要求
　  光澤度，% ≥95 ≥95 ≥100
　  摩擦系數 ≤0.6 ≤0.6 ≤0.6
　  潤濕張力，mN/m ≥56 ≥56 ≥50
　  耐撕裂力,mN 縱橫向 ≥60 ≥60 ≥60
　  氧氣透過量
　  cm3/m2•d•pa ≤5.0×10-4 ≤50 ≤50 ≤50
　  3、市場優勢
　  同步拉伸法是在雙向拉伸機內部同時完成縱橫兩個方向上的拉伸、熱定型及冷卻處理，以制成所需要的薄膜。由于克服了兩步拉伸法在縱向拉伸后，再橫向拉伸時破壞定向的缺點，所以極易獲得尺寸極為穩定，表面十分平整的薄膜并且薄膜各向異性程度較小。同時在同步雙向拉伸取向的方法中，薄膜拉伸不與任何輥筒接觸，因此它不受輥面質量的影響，可以制得高透明度、無劃傷的薄膜。用這種方法，鑄片受到夾具的限位作用，鑄片不會產生頸縮，大大提高了薄膜厚度均勻性。用戶在使用這樣的薄膜就會有與眾不同的效果：
　  （1）多色、高速印刷的套印精度較好。
　  各彩印廠家印刷生產時的環境不一，而影響尼龍薄膜套印精度的主要因素在于濕度的影響，多色（8色以上）、高速狀態下對尼龍薄膜抗外界干擾的能力要求更高，只有同步拉伸尼龍產品可以滿足要求。
　  （2）制袋時對折圖案偏差小。
　  由于同步法工藝弓形效應很小，邊部的各種物性指標和中間部位相差很少，因此在對折后不會造成圖案的偏差，保證了印刷的美觀。
　  （3）保證熱封時特別是熱封寬度大的時候制品袋的平整性。
　  同步法產品熱收縮率的均衡，保證了制品袋的平整性。
　  （4）吸濕后尺寸的穩定性較好。
　  （5）復合制袋、蒸煮翹邊現象少。
　  同步法薄膜的蒸煮性能是兩步法不能比擬的，主要是由于縱橫向熱收縮率的差異小，特別是在120℃以上的蒸煮更加顯示了同步法的優勢，隨著人民生活水平的日益提高，人們對高溫消毒的要求越來越高，所以用于高溫蒸煮的包裝將會越來越多，同步法薄膜需求將會越來越大。
　  （6）復合制袋冷凍翹邊程度較小。
　  （7）具有良好的淺版印刷效果。
　  （8）特殊要求的需要如涂敷、鍍鋁
　  同步法產品優異的性能保證了涂敷和鍍鋁的穩定性，不會造成涂層和鍍層的脫落，與兩步法相比具有很大的優勢。所以確定了同步法的路線。
　  為了籌備自主研發生產線，滄州明珠抽調精干力量組成了籌備組，針對原有生產線存在的問題歸納出28個課題，從上料系統一直到收卷、分切、造粒系統，打破原有的條條框框，設計適合自己的工藝路線。
　  籌備組首先針對每個工序設計了不少于三種的方案，然后就每一種方案的優缺點進行討論決定，然后根據選定的方案確定工藝控制點，按照這些工藝點繪制帶控制點的流程圖，再根據流程圖編排控制程序。
　  為了驗證所選方案的正確性，技術人員們在原有生產線上一個一個的做實驗，根據實驗結果對方案進行修正，以確保方案的正確性。
　  上料系統對整個生產線來說比較簡單，但即便是這樣，各個工程公司的工藝也相差甚遠，日本三菱、德國布魯克納、以及法國DMT各有優缺點，東鴻的技術人員通過對比各家的工藝，制定了符合自己的工藝路線，做到既能節約資金操作方便，又能保證供料的穩定性。在選擇設備時，有充分論證了各個廠家設備的優缺點，重點設備選擇質量更有保證的國外品牌，并且按照整體思路對制造商提出要求，使其產品更加適合生產線。
　  擠出鑄片系統是生產線的基本，沒有好的前提就不可能有好的產品，為了保證產品的質量，工程技術人員鉆研擠出理論，完全拋開原有生產線的思路，與國外的制造廠家討論設備的生產設計方案，重新制定設備的標準，即使對設備有著豐富經驗的德國和美國的生產商，也都同意了制膜分公司的設計要求。美國WELEX擠出機是世界知名的品牌，多年來從沒有改變過設計，但在與籌備組技術人員的溝通后，覺得我方的技術方案更加合理，便改變了原有設計。急冷輥、模頭等重要設備也都基本采用了我方的建議。
　  預處理是同步法特有的工序，預處理設備的加工幾乎沒有其他的參考依據，技術人員自己設計出加工圖紙，到外協單位加工，從結構到部件與原有生產線都有了較大的不同。
　  SBOM（雙向同步拉伸機）是整條生產線的重中之重，是生產線的核心部分，也是滄州明珠主要研發的內容之一。經過三年的生產運行，滄州明珠針對SBOM進行了大量的改造，特別是對風管的改造和烘箱保溫，使得SBOM更加適合于生產要求。同時，和國內一些知名的機械公司進行溝通協作，對其關鍵部件如軌道、鏈夾、軸承套、夾墊等進行了國產化試驗，試驗結果都達到了國外的標準。其中僅風管一項就耗費了大量的精力。風管設計的好壞直接影響日后生產的成膜性和薄膜的質量，為了保證日后的成膜性和薄膜的物性指標，技術人員深入研究傳熱學和空氣動力學理論，計算出風速和傳熱面積，確定風管的外形尺寸和開孔的孔徑以及開孔方式。
　  牽引機、收卷機、造粒機、分切機等重要的設備，無一不體現出技術人員的創造性的思維。牽引機開創了張力隔離輥的先河，用普通鋼輥代替價格昂貴的真空輥估計僅此一家。這不但需要技術人員的膽識，更需要他們縝密的思考。收卷機也改造了原有的做法，將碳刷改成了皮帶傳動，大大減少了收卷機的故障率，也使得操作安全性大大提高。
　  設備制作方案制定好以后，為了保證設備的加工精度，設備人員分別奔赴設備的制作廠家去監造設備，對設備制造過程中出現的偏差和缺陷及時糾正，做到安裝的設備百分百的放心。
　  前期的選型制造最終要付諸安裝生產，更重要的是要集成一個統一的整體，要求工藝人員要熟悉自動控制，自控人員要熟悉工藝，籌備組最終召開協調會，統一認識，根據生產要求配置了合適的自動化操作系統。
　  三、實施效果
　  自主研發生產線安裝完畢后，馬上就進入了試車階段，所有設備全部一次性試車成功，一個月的試生產過后就進入了正式生產階段。生產速度超過國外生產線5米/分鐘，產品質量以及生產的穩定性都超過原有國外的生產線。為國內拉伸行業做出了有益的探索，也許這種模式會改變國內拉伸界的全部依靠進口的做法。
　  四、持續改進措施
　  滄州明珠公司自主研發同步拉伸項目的巨大成功，大大提高了員工的創新積極性。公司也新建了薄膜研究所，專門研究國產線的提高改進。在國產線基礎上，現在已經研究出新型的設備，通過改造拉伸機的結構，生產線的寬度已由原來的4.2米擴展的4.5米，生產速度也由原來的150米/分鐘，提高到160-170米/分鐘。
　  
　  
　  滄州明珠塑料股份有限公司
　  2011年8月30日