双向拉伸聚丙烯设备在锂电池隔膜生产上的应用

1、the application of biaxial stretching manufacturing equipment inli-batterys bopp film尹岳波，尹鸿，尹伊，童慧yin yue-bo, yin hong, yin yi, tong hui（北京机械工业自动化研究所，北京 100120）摘 要： 介绍了以bopp薄膜为基材的锂电池隔膜的生产过程，以及双向拉伸设备在此行业中的首次 应用。整条设备按照生产工艺的要求分为挤出系统，铸片机，纵拉机，横拉机，牵引系统和 收卷机六大部分，文章详细介绍了以上各部分有别于常规双拉生产线的技术特点，以及每部 分的结构组成。关键词：

2、隔膜；双向拉伸；首次应用中图分类号：tp29文献标识码：a文章编号：1009-0134(2012)06(下)-0153-04doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2012.6(下).49言向拉伸聚丙烯（bopp）薄膜具有高光泽、阻气性好、抗冲强度高等特点，从 80 年 开始至今，bopp 薄膜在食品、饮料、香烟、 行业的包装上得到广泛应用。尽管 bopp 设备和技术都依赖进口，投资规模大，但 市场潜力大、产品附加值高，利润大，已 塑料包装行业的投资热点。近几年在国家 导低碳环保的大背景下，我国的新能源行 发展，而锂电池作为新能源行业中的新宠 到了高度的关注，我国目前已成为

3、世界上 锂电池生产基地，第二大锂电池生产国和。锂电产品已经占到全球 30% 40% 的份 电池隔膜作为锂电池的重要核心部件，占 成本的 30% 以上，以前国内的隔膜多依赖 国内无法自行生产，北京机械工业自动化 结合双拉设备的制造经验和锂电隔膜的特 性能成功地研制了国内首条完全自主产权 生产线，目前在全国数个省区，十余家企 生产使用，取得了巨大的经济效益和社会横向 tdo车速：生产车速 机械车速1:1.2 1:2.5 ( 机械 )10 30m/min40m/min（最高）生产能力：按年产量 1000 万平方米计算。公称年生产时间按 7200 小时，公称宽度 2000mm，公称厚度按 20um 计

4、算的。生产线各规格产品产量如表 1 所示。表1 各规格薄膜产量表生产线构成与功能技术参数2隔膜双拉生产线主要由挤出系统、铸片机、纵拉机（mdo）、横拉机（tdo）、牵引机及收卷机等几部分组成，各部分的功能及技术参数如下。2.1 挤出系统挤出系统由挤出机、粗过滤器、计量泵、精 过滤器、熔体管线、模头和模头支架等部件组成。产线的主要技术参数如下：品： 单层双向拉伸聚丙烯薄膜 膜厚度范围：20 40 m膜宽度：2000mm 2600mm（薄膜切边后度）1）挤出机采用单螺杆挤出机，要求结构合理，塑化均匀，不结碳 , 压缩比在 2.3-3.5，符合改性pp 料的特性。2）粗过滤器薄膜厚度（um）车速（m

5、/min）挤出机产量（kg/h）产量（kg/h）年产量（以7200小时计）（万平方米 / 吨）201322.017.51300/126251327.5221200/158351339311100/221401345.0351000/2503）计量泵计量泵采用进口斜齿形式，用来提供稳定的 熔体压力，所有与熔体接触部分要经过镜面研磨。4）精过滤器采用烛式过滤器 , 使原料在精过滤器中停留 的时间尽量缩短以及原料在精过滤器中没有死角 存在。5）熔体管道 采用耐高温不锈钢制成，所有与熔体接触部分要进行镜面研磨，避免对熔体流的干扰。6）模头单层衣架式 t 型自动模头。2.2 铸片系统铸片系统主要由铸片辊

6、、机架、旋转接头、 减速箱、油加热 / 冷却装置、驱动装置和移动机构 等组成。铸片辊对控制厚片的晶形结构、拉伸以及薄 膜的质量是至关重要的，铸片辊驱动系统要求传 动精准，铸片辊与机头模嘴之间要求精确定位； 这些要求，对拉伸薄膜的厚度公差和平整性都十 分重要。铸片辊机架为焊接型钢结构，经消除应力时 效处理，防止变形。机架刚度良好，铸片辊在工 作车速内无可觉察的振动。铸片辊连同轴承座一起安装在机架上，轴承 座安装在精确磨光的槽内，以便调节铸片辊高度， 两侧机架组合加工，保证一致性精度。机架能纵向手动调整，以便精确调整铸片辊张力辊数量：2 根辊表面粗糙度< ra0.025 mm加热方式：电加热

7、 热油循环mdo 设计采用垂直单点拉伸工艺。纵拉机由机架、预热、拉伸、热定型辊、压辊装置、驱动装置、薄膜张力控制、加热 / 冷却装置、破膜检测装置、自动穿片系统等部分组成1）机架：机架为焊接结构，用可调式推 / 拉螺栓调节水平。辊筒间的平行在机加工时保证组装时只允许微量的调整。2）预热、拉伸、热定型辊 : 辊筒内的热量通过辊筒外层传导给薄膜。为了使辊面温度均匀热油沿着辊面圆周螺旋式流道薄膜区域流动。辊筒的内外表面均需机械精加工，确保辊筒各部位都有均匀的壁厚。辊筒内置流道的型式和间隙经过特殊计算，确保每个流道的热油等量分布，辊面温度均匀。为加强辊筒强度，辊筒轴径为圆锥形，以便较好地承受薄膜的拉伸

8、力。辊筒轴承为进口高精度调心式滚子轴承，转动侧为固定式安装，操作侧为游动式，以便热伸长。3）压辊装置：气动压辊装置安装在入口预热辊、出口热定型辊和拉伸辊上。表面为耐高温硅橡胶。压辊装置的气动执行机构和两套自调心的转轴组装在一起，使得压辊的运动始终与各辊的中心线相平行。4）驱动装置：由交流变频电机通过齿轮箱 万向联轴节驱动各个辊筒。5）出入口薄膜张力检测：膜片的出入口张力安装一台辅助收卷，采用力矩电机传动。闭铗装置：入口转向装置的中心上垂直装有用气缸伸缩来夹紧卷芯。便于卷芯的装卸膜取下。采用独立结构，可移动可固定。拉机 (tdo)口宽度：1000mm ! 1500mm。 口宽度：1800mm !

9、 3000mm。两个可气动退位的闭铗器，位于链铗的上方。闭铗挡板用硬度低、抗磨损、润滑性能好的合成材 料制成，气缸上装有磁性安全行程开关，用于检测闭铗挡板的位置。在穿膜前或保温箱加热时，闭铗器可自动退位，防止闭铗。入口调偏装置：入口转向装置安装在两套高 精度的重型直线导轨上 , 可左右移动并绕其中心摆 动 ; 其支撑机架为重型型钢焊接拼装结构 , 经时效 处理和机加工。纠偏装置由电机减速机与丝杆丝 母组成，可单独或同时动作，对入口薄膜的位置 作自动调节。入口转向装置下的底座上有 4 个滚 动轴承用来横向调整，使入口转向装置可以纵向 滑动，以便热伸长和调节角度。表2横拉机各区段参数调幅装置：调幅

10、螺杆位于机架上，手动调节；手柄和膜宽显示计数器位于保温箱外，计数器指示精度为 1mm。调幅组件和链轨组件间在水平面 内是自由的 , 用于热膨胀补偿和自由调节 , 其间由 多组滚动轴承支撑。开铗器：出口转向装置的中心上垂直装有两长个可气动退位的开铗器，位于内侧链铗的上方。开铗挡板材质性能与闭铗器相同，其安装角度正拉机由导轨、链铗、保温箱、机架、调幅入口转向装置、链条张紧、闭铗装置、入 装置、主传动装置、开铗器、润滑系统、 测器和排风系统等组成。 据工艺要求，保证保温箱内的生产温度稳 量 30-100mm 水柱、风压的上下波动控制 的范围内等。保温箱按 3 米一段分区 , 控制 配和空气循环 ,

11、预热段每区安装一台循环风 伸段与定型段每区安装二台循环风机，在 与拉伸段、拉伸段与定型段之间加装隔板 段之间温度、风量互串。各段均有风阀调 便可靠；预热、拉伸、定型段循环风量变；在各区的每一段设有温控元；各段的温 算机控制；静压箱为矩形、内置分流板， 风嘴。 条张紧：左右侧各有一套链条张紧机构， 由液压装置提供，其张紧力手动设定，并好与闭铗器相反；气缸上装有磁性安全行程开关，用于检测开铗挡板的位置。开铗器保证链铗回程时开铗。 润滑系统：可控制少量润滑油通过油管进入横拉出入口转弯处，在相应的润滑点处慢慢注入 润滑油，润滑周期由 plc 控制。电加热器：安装在风机的吸风侧，为不锈钢 加热管式换热器

12、。主传动装置：由两台交流变频电机驱动两台左右旋的重型蜗轮蜗杆减速机带动大直径的链轮，确保两侧的链条同步运行。高精度的非标重型蜗轮蜗杆减速机对称安装在重型经精密加工的机架导轨上，蜗轮蜗杆减速机底座与调幅丝杠相连，通过手轮控制相对移动，手动调节出口链铗间距（即出口薄膜宽度），其数值有刻度显示。两台蜗 轮蜗杆减速机为非标专门设计，输入轴相对，旋 向相反；输出轴为加强加长设计，用于支撑出口区段长度(m)链轨接头 数量 (个)循环风机 数量 (个)加热功率(kw)温度()段2段13.0119080-160段23.0116080-160段33.0116080-160段43.01245*280-160段53

13、.01245*280-160段63.01245*280-160段73.01245*280-160段83.01245*280-160段93.01245*280-160段313210152.5 牵引系统类型：易穿膜型 膜宽（切边后）：2600mm 辊面宽 ：3000mm牵引系统主要有展辊、导辊、切边装置、压 辊、传动装置、边料收卷系统组成。切边装置：每套切边装置可安装 3 把刀片， 转动切边装置便于更换刀片；切刀位置在测厚仪 后面，切边操作时刀架气动到位，自动进入切边 位置；横向位置可调，调整范围 2000 2800mm。传动装置：牵引辊装置的所有导辊（不包括 展平辊）是通过高精度减速箱输出传动的

14、，减速箱 直接由变频电机驱动。边料收卷系统：采用双工位式收废边。 剪辊调节范围为 2000 2800mm。2.6 收卷机形式：双工位收卷机薄 膜 宽 度：最大 2600mm 收卷直径：600mm 静电消除装置：电离棒式 导辊采用阳极氧化轻质铝辊。张力辊位置在牵引出口采用张力传感器控制 张力。本收卷机是专门为柔性双向拉伸隔膜而设计 的。其特点是穿膜方便，具有完善的收卷特性、 无褶皱、计长报警、微张力控制等功能。收卷机有下列部件组成： 翻转定位系统：调速传动采用编码器，编码器通过计算机控制翻转盘启动、加速、减速或停车的位置。轴芯顶针：钢芯轴从两侧用气动同步传动的顶针夹紧，一旦顶针伸入轴芯内，气动涨紧器夹紧处于工作位置的轴芯，确保传动；压缩空气卸压时顶针复位。芯轴传动：每个芯轴以与其直连的伺服电机传动，传动精准，张力控制稳定。收卷跟踪系统：收卷跟踪系统的作用在于使送入收卷机的薄膜有精确的张力，随着收卷轴径增大，仍保持恒定的收卷条件。电离棒：电离棒与高压发生器相连，产生正负电子，使薄膜的静电荷中性化。切换系统：薄膜长度达到设定值后，声、光信号提醒操作人员换卷，翻转盘自动翻转 180°使薄