一、多層共擠復(fù)合材料層間結(jié)構(gòu)和厚度測(cè)量和控制的重要性

　　多層共擠復(fù)合的定義指出,多層共擠復(fù)合材料具有按照預(yù)定次序排列的，有明顯界面，結(jié)合緊密,厚薄均勻，混成一體的層間結(jié)構(gòu)。該層間結(jié)構(gòu)，是由多層共擠復(fù)合成型模具所決定的，各樹(shù)脂層的厚度是在生產(chǎn)過(guò)程中由多種因素共同作用而形成的。但生產(chǎn)過(guò)程必然要受到多種因素的影響，即使生產(chǎn)方案預(yù)先設(shè)計(jì)得很好，也會(huì)因某些因素發(fā)生變化而造成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程也發(fā)生變化，變化最明顯最直接的就是影響到多層共擠復(fù)合材料厚度和層間結(jié)構(gòu)。共擠復(fù)合材料的層數(shù)越多，受外界的影響機(jī)率就越多，影響的程度就越大。

　　共擠復(fù)合材料的層間結(jié)構(gòu)決定著復(fù)合材料的性能。合格的產(chǎn)品，必定是層間結(jié)構(gòu)（樹(shù)脂品種和層厚及層厚比例）穩(wěn)定的產(chǎn)品，因此多層共擠復(fù)合材料生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)多層共擠復(fù)合材料的層間結(jié)構(gòu)和每層樹(shù)脂厚度必須進(jìn)行嚴(yán)格地控制，使之達(dá)到生產(chǎn)指令規(guī)定的范圍。嚴(yán)格控制的前提是在生產(chǎn)過(guò)程中隨時(shí)能夠?qū)矓D復(fù)合材料的層間結(jié)構(gòu)狀況和每層樹(shù)脂的厚度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如出現(xiàn)與生產(chǎn)指令規(guī)定的指標(biāo)發(fā)生偏差，控制裝置能立即采取措施糾偏，使之回到正確數(shù)值上來(lái)。這就是對(duì)層間結(jié)構(gòu)和厚度測(cè)量和控制裝置的基本要求。一條生產(chǎn)線(xiàn)必須具備能準(zhǔn)確測(cè)量和嚴(yán)格控制共擠復(fù)合材料層間結(jié)構(gòu)和各樹(shù)脂層厚度的裝置及其有效的控制方法，否則就無(wú)法生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

　　目前國(guó)內(nèi)外許多共擠復(fù)合材料生產(chǎn)設(shè)備制造廠家有各種實(shí)施方法,本文介紹作者在洛陽(yáng)春都集團(tuán)PVDC五層共擠復(fù)合流延薄膜生產(chǎn)線(xiàn)上生產(chǎn)實(shí)踐中所使用的方法。

二、多層共擠復(fù)合薄膜層間結(jié)構(gòu)和樹(shù)脂厚度的測(cè)量方法

　　薄膜厚度測(cè)量，包括對(duì)薄膜總厚的測(cè)量和復(fù)合薄膜中各樹(shù)脂層厚的測(cè)量，以及由測(cè)量結(jié)果得到的它們的分布均勻度，是檢查產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程必需做的項(xiàng)目，也是調(diào)控生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行的依據(jù)，沒(méi)有準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，就沒(méi)有調(diào)控的原因，也沒(méi)有所達(dá)到的目標(biāo)。

　　厚度測(cè)量按測(cè)量的場(chǎng)合，可分為在生產(chǎn)線(xiàn)下測(cè)量和在生產(chǎn)線(xiàn)線(xiàn)上測(cè)量。

1、對(duì)薄膜厚度及厚度分布均勻度的測(cè)量

　　薄膜厚度的測(cè)量是最容易的測(cè)量，測(cè)量工具很多，有機(jī)械式（千分尺和由其轉(zhuǎn)化而來(lái)的數(shù)字式顯示千分尺），有射線(xiàn)式（X射線(xiàn)，γ射線(xiàn)，β射線(xiàn)和紅外線(xiàn)），都能對(duì)薄膜單點(diǎn)厚度作到很準(zhǔn)確的測(cè)量。但僅測(cè)量薄膜單點(diǎn)厚度，對(duì)評(píng)價(jià)薄膜厚度狀況是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須要有薄膜厚度分布情況。用這些儀器對(duì)薄膜進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)量，可以得到薄膜厚度分布均勻程度。

　　薄膜厚度分布均勻程度，從薄膜形成的過(guò)程，可分為縱向厚度分布均勻度和橫向厚度分布均勻度。薄膜的橫向分布均勻度是由樹(shù)脂擠出量和共擠復(fù)合模具成形時(shí)的均勻性所形成的；薄膜縱向厚度分布均勻度，是由擠出量和縱向牽引均勻性所形成的。測(cè)厚儀固定不動(dòng)，只能測(cè)量到薄膜單點(diǎn)的厚度，如果要測(cè)量薄膜縱向和橫向多點(diǎn)的厚度，就必須讓測(cè)厚儀對(duì)薄膜進(jìn)行縱向和橫向的掃描。為此在生產(chǎn)線(xiàn)上，把測(cè)厚儀安裝在與薄膜前進(jìn)方向垂直的掃描架上，測(cè)厚儀在掃描架動(dòng)力的帶動(dòng)下定期巡回對(duì)薄膜橫向掃描，因測(cè)厚儀對(duì)薄膜進(jìn)行橫向掃描時(shí)，薄膜也在前進(jìn)，因此測(cè)厚儀對(duì)薄膜形成“之”字型的逐點(diǎn)掃描，形成對(duì)薄膜橫向和縱向同時(shí)的測(cè)量。

　　生產(chǎn)線(xiàn)下需要對(duì)薄膜進(jìn)行厚度分布均勻度測(cè)量時(shí)，在整幅薄膜上在垂直薄膜前進(jìn)的方向劃出一條直線(xiàn)，把整幅薄膜寬度分成若干等份，份數(shù)越多則得到的均勻度越接近實(shí)際。測(cè)量每個(gè)等份點(diǎn)上薄膜的厚度，然后求出平均厚度和每一點(diǎn)上的厚度與平均厚度之間的偏差，便得到整幅薄膜厚度的分布和最大偏差的數(shù)值。這個(gè)方法雖然簡(jiǎn)單，但很可靠，許多發(fā)達(dá)國(guó)家的工廠，至今仍在沿用這一方法。用上述方法只能測(cè)量薄膜的橫向厚度及分布均勻度，很少用來(lái)測(cè)量薄膜的縱向厚度和分布均勻度。

2、對(duì)多層復(fù)合薄膜層間結(jié)構(gòu)和每層厚度的測(cè)量

　　用機(jī)械式和射線(xiàn)式測(cè)厚儀器只能測(cè)量薄膜的整體厚度，無(wú)法測(cè)量多層復(fù)合薄膜的層間結(jié)構(gòu)和各樹(shù)脂層的厚度。目前測(cè)量多層復(fù)合薄膜的層間結(jié)構(gòu)和樹(shù)脂層厚的方法有兩種：

　?、俦∧て拭娣ǎ喊驯粶y(cè)薄膜從橫斷面剖開(kāi)，在顯微鏡下觀察薄膜的結(jié)構(gòu)，并用顯微鏡（光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡）的尺寸測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)出薄膜總體厚度和每一層樹(shù)脂的厚度。顯微鏡如有拍照片的功能，可拍出層間結(jié)構(gòu)圖。圖1是PVDC五層共擠復(fù)合薄膜光學(xué)顯微鏡剖面照片。但剖面法只能得到薄膜的層間結(jié)構(gòu)和每層樹(shù)脂的厚度，無(wú)法測(cè)出每層樹(shù)脂是什么品種。

　?、诮t外線(xiàn)測(cè)厚儀：它是利用各種塑料對(duì)近紅外線(xiàn)不同波段存在吸收差別來(lái)測(cè)量薄膜整體厚度與各樹(shù)脂層的塑料品種和層厚。是目前最先進(jìn)的，功能最齊全的，無(wú)損傷塑料品種和厚度的測(cè)量?jī)x器。

　　近紅外線(xiàn)測(cè)量樹(shù)脂的品種和在復(fù)合薄膜中的層厚的工作原理,是因?yàn)槊糠N樹(shù)脂在近紅外線(xiàn)區(qū)（波長(zhǎng)在1.0-3.0μm）都有一個(gè)特別突出的吸收波段,即所謂的指紋波段,而對(duì)其他波段很少吸收。使用近紅外線(xiàn)各波段對(duì)復(fù)合薄膜進(jìn)行掃描，從返回的波段的強(qiáng)弱就可知道復(fù)合薄膜中含有哪些樹(shù)脂品種。然后用近紅外線(xiàn)中特定的某一樹(shù)脂的指紋波段和另一個(gè)該樹(shù)脂不吸收或一般吸收的波段作為參比波段，共同射向復(fù)合薄膜，依據(jù)貝爾吸收定律，把收到的吸收波長(zhǎng)和參比波長(zhǎng)的信號(hào)變化進(jìn)行比較，能夠得到復(fù)合薄膜中該種樹(shù)脂層的厚度。實(shí)際使用的近紅外線(xiàn)測(cè)厚儀器，是一個(gè)近紅外線(xiàn)全譜發(fā)生器，通過(guò)一個(gè)特殊的旋轉(zhuǎn)濾鼓的過(guò)濾，從儀器射出的是所需要的單色波段，設(shè)置兩個(gè)濾鼓，就射出兩個(gè)所需要的單色波段，即某種樹(shù)脂的特定波段和參比波段，用于樹(shù)脂層厚的測(cè)量。旋轉(zhuǎn)濾鼓，可以得到不同波段的復(fù)式光波，測(cè)量不同品種的樹(shù)脂層厚。圖2是用紅外線(xiàn)測(cè)厚儀測(cè)量一個(gè)PVDC五層共擠復(fù)合薄膜所得到的照片。

3、對(duì)薄膜中復(fù)合樹(shù)脂層厚的線(xiàn)上測(cè)量

　　把紅外線(xiàn)厚度測(cè)量?jī)x安裝在與薄膜幅度相匹配的掃描架上，在掃描架動(dòng)力的帶動(dòng)下，對(duì)薄膜進(jìn)行循回檢測(cè)，得到薄膜的厚度和各層樹(shù)脂的厚度。

　　對(duì)某一樹(shù)脂層厚進(jìn)行測(cè)量，采用該樹(shù)脂特用的復(fù)式光源掃描薄膜，可以測(cè)出這種樹(shù)脂在復(fù)合薄膜中層厚。改變復(fù)式光源的波段，可以測(cè)出復(fù)合薄膜中每層樹(shù)脂層的厚度。這種測(cè)厚設(shè)備已由美國(guó)NDC公司批量生產(chǎn)。如FG-710型測(cè)厚儀器，可以測(cè)量復(fù)合薄膜中PP，PE，EVOH，EVA，PVDC，PA等樹(shù)脂層的厚度，非常適合多層共擠復(fù)合薄膜生產(chǎn)線(xiàn)上使用。

　　許多學(xué)者指出近紅外線(xiàn)的穿透能力有限，只能用于1000μm以下的薄膜使用。但美國(guó)NDC公司聲稱(chēng)它的近紅外線(xiàn)測(cè)厚儀可測(cè)到20-2000μm。有的專(zhuān)家提出，用紅外線(xiàn)難于測(cè)量PVDC樹(shù)脂，建議采用能測(cè)量氯原子的低能X射線(xiàn)。這些情況說(shuō)明在測(cè)量多層共擠復(fù)合薄膜中PVDC樹(shù)脂層的厚度的方法，還有待研究。

　　因此目前線(xiàn)上測(cè)量薄膜總厚和復(fù)合樹(shù)脂層厚，是非常成熟的技術(shù)，有可靠的測(cè)厚儀器可供選擇和使用，但在線(xiàn)上測(cè)量共擠復(fù)合薄膜中PVDC樹(shù)脂層厚，還要等待測(cè)量技術(shù)進(jìn)一步研究和發(fā)展。

三、我們對(duì)PVDC多層共擠復(fù)合薄膜各樹(shù)脂層厚度的控制方法

　　眾所周知，薄膜厚度和均勻程度對(duì)薄膜質(zhì)量有重大影響，對(duì)于高阻透性多層共擠復(fù)合薄膜，除了薄膜的整體厚度和均勻程度之外，其中所含阻透樹(shù)脂層的厚度，比如PVDC或EVOH樹(shù)脂層的厚度，對(duì)薄膜性能的影響更大。因此PVDC或EVOH多層共擠復(fù)合薄膜生產(chǎn)過(guò)程中，必須保證PVDC或EVOH樹(shù)脂層的厚度達(dá)到產(chǎn)品規(guī)定的厚度。國(guó)外多層共擠復(fù)合材料生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)廠家主張采用近紅外線(xiàn)測(cè)厚儀，可隨時(shí)測(cè)量出薄膜的厚度和所含PVDC或EVOH樹(shù)脂層的厚度，提供給操作者進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)控。但近紅外線(xiàn)對(duì)PVDC樹(shù)脂層厚測(cè)量的準(zhǔn)確性尚存疑慮，即使可行，近紅外測(cè)厚儀器巨大的費(fèi)用也使人卻步，因此需要尋找另外更簡(jiǎn)單，但也同樣行之有效的對(duì)復(fù)合薄膜樹(shù)脂層厚控制的方法。

　　1、我們?cè)O(shè)計(jì)控制方法的原理

　　從塑料薄膜擠出技術(shù)可知，生產(chǎn)中薄膜厚度，取決于擠出量，牽引速度，薄膜寬度三個(gè)因素。在薄膜寬度不變的條件下（大多數(shù)生產(chǎn)線(xiàn)都是這樣），薄膜厚度及其各層樹(shù)脂的厚度，是擠出量和牽引速度的函數(shù)。對(duì)于PVDC或EVOH多層共擠復(fù)合薄膜，也同樣遵從這一規(guī)律。對(duì)薄膜中各層樹(shù)脂厚度的測(cè)量是為了控制各層的厚度，我們?cè)O(shè)想，如能對(duì)薄膜的整體厚度和多層結(jié)構(gòu)中所有樹(shù)脂層厚度的比例嚴(yán)加控制，即使不測(cè)量每層的厚度，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合薄膜各層樹(shù)脂厚度的控制。這就是我們控制方法的原理。

　　①把PVDC樹(shù)脂層厚控制作為控制的中心

　　按照生產(chǎn)線(xiàn)的寬度和生產(chǎn)過(guò)程中牽引速度不變的條件下，由復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)方案中PVDC樹(shù)脂層的厚度確定PVDC樹(shù)脂的擠出速度，即每小時(shí)的擠出量，粘合樹(shù)脂EVA的層厚一般設(shè)定為每層4-5μm，因此EVA的擠出量也可以固定，這兩個(gè)樹(shù)脂的厚度和擠出量，是復(fù)合薄膜層厚控制的基礎(chǔ)。

　?、谠冢‥VA+PVDC+EVA）層厚不變的情況下，對(duì)薄膜總厚的調(diào)控方法

　　如果薄膜牽引速度和（EVA+PVDC+EVA）樹(shù)脂層厚保持不變，薄膜整體厚度發(fā)生變化，只有表層和內(nèi)層樹(shù)脂層厚發(fā)生變化。此時(shí)它們的擠出量要隨著薄膜厚度成正比改變。調(diào)整表層和內(nèi)層樹(shù)脂的擠出量，就實(shí)現(xiàn)了在保持薄膜阻透性能不變情況下對(duì)整個(gè)薄膜厚度的調(diào)整和控制。對(duì)于PVDC五層共擠流延薄膜的大部分產(chǎn)品，如美國(guó)陶氏化學(xué)公司的SARANEX系列中許多產(chǎn)品品種，都可以用這種方法生產(chǎn)出來(lái)。

　?、墼赑VDC樹(shù)脂層厚發(fā)生變化時(shí)的薄膜厚度控制方法

　　PVDC樹(shù)脂層厚度發(fā)生變化的原因，一是牽引速度發(fā)生改變，二是薄膜層間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

　　在擠出量和層間結(jié)構(gòu)不變的情況下，牽引速度的變化會(huì)引起薄膜整體厚度和所有樹(shù)脂層厚度發(fā)生變化，但各層樹(shù)脂厚度的比例會(huì)保持不變。這種現(xiàn)象在為了提高薄膜產(chǎn)量時(shí)經(jīng)常發(fā)生。調(diào)整系統(tǒng)應(yīng)把所有參加共擠的樹(shù)脂擠出量隨著牽引速度變化的比例調(diào)節(jié)同樣的比例，以保持薄膜厚度和各層樹(shù)脂厚度不變，調(diào)整的結(jié)果是薄膜產(chǎn)量提高或降低了同樣的比例。