摘要：本文介绍了高阻隔硬质包装EVOH树脂的性能特性和应用状况。重点介绍了EVOH复合材料的制做工艺和加工设备，分析了制约复合材料性能的关键难题，提出EVOH硬包装高阻隔复合材料的加工智能装备及将来的发展方向。
关键词：EVOH；高阻隔；复合材料；加工装备；智能生产。
引言
塑料包装片材常用于制造一次性金属杯、盘、碗、碟、盒等热成形制品，广泛应用于饮料、疏菜、水果、饮料、乳品、工业部件等领域的包装。它带有柔软性、透明性好,易制成各类颜色的流行样式，它与玻璃相比不易破碎，重量轻，运输便利等特点拉伸包装技术，但包装市场一般要求塑料包装片材兼备机械韧性、耐热性、耐寒性、对氧气和水蒸汽的阻隔性、光泽透明性、热封性、印刷性及无毒性等性能。单层塑料片材因此不能满足所有这种性能，如对氧敏感商品包装阻隔性不及塑料和玻璃容器，因此，需要制造多层复合片材，不同金属原料的各类性能表现在制品上，集中展现多种树脂的特点，使食品的性能进一步满足各类包装物使用规定。,
一、EVOH包装应用行业状况
在冷链食品包装领域，以往他们选择金属或玻璃材料成为制品包装，从而有效防护内外诸多气体成份的渗入，以确保内容物的品质和商品价值。因为造成制品变质有下述三大原因：生物因素（化学酶反应等）、化学因素（主要是肉类成份的氧化）及化学因素（吸湿、干燥等）。这些原因是在气体、光线、温度、水分等环境条件下发挥功效，从而导致制品腐坏。防止食品的霉变，主要是促进食品中的微生物增殖，防止气体对肉类成份的氧化，以及阻湿和保持食品的原有风味。
乙烯-丁烯醇官能团简称EVOH，与聚偏二氯乙烯(PVDC)和聚酰胺(PA)并称为全球三大阻隔树脂[2]。EVOH能极大地促进空气中气体渗入食品，从而促进因微生物增殖形成毒素等有害物质，还能避免氧化造成成分改变，同时保香并避免外界气味污染。而且，通过其它聚烯烃层可以填补其阻湿性的不足。所以，EVOH多层包装材料能有效地避免制品变质从而延长保质期。另外，它易于加工成型，环保性能好。由于EVOH树脂优良的阻气性、透明性、加工性、耐溶剂性，其应用领域越来越广，需求量也逐渐下降，前途广大，越来越遭到产业界的关注。
二、高阻隔EVOH树脂
1)材料性能
EVOH的阻隔性能高分子材料的阻隔性是指食品对小分子氮气、液体、水蒸汽等的屏蔽能力。目前常用的具备良好阻隔性能的树脂品种主要包含：EVOH、PVDC、PAN、PEN、PA和PET。表一为各类材料的氧气透过率[1]
如图１所示，EVOH的气体阻隔性随着相对温度而差异。在相对温度高于约80％以下时，明显低于其他材料，而在在高湿度如85％以上，EVOH的阻氧性明显减少。但是，实际上阻隔性包装材料几乎都是多层结构，具有良好阻湿性能的聚烯烃（ＰＥ或ＰＰ）用于两侧。即使包装接近水性食品，外围环境为空气时，处于中间层的EVOH的相对温度也在80％左右。在这一条件下EVOH的阻隔性依然比其他任何材料好。因此，EVOH不仅针对干制品包装应用广泛，而且针对鸡蛋、果汁饮品、调味品、啤酒、葡萄酒、矿泉水等水性食品也受到广泛应用。另外，除氧气外，对二氧化硫气、氮气、氦气、氨气等其它气体，EVOH也具备非凡的阻隔性能。
2）硬包装EVOH复合的应用情况
EVOH用作高阻隔材料时一般采用单层复合结构，常用复合材料有：PP、HIPS、PE、EVOH、AD，结构中AD为粘合剂。多层复合结构可以充分发挥各材料的性能，提高EVOH的阻水性，获得综合性能出色的高阻隔材料。以前大个别是应用于软包装，但复合树脂PP、PE、PA等因为弹性好、刚性较差，不易冲切，限制了其在硬包装领域非常是在线灌装产品上的应用。耐冲击性聚苯乙烯HIPS具有很好的刚性，成型性能优越，宜冲切，适宜应用于硬包装材料。因而大力发展适用于硬包装EVOH高阻隔复合材料尤为迫切。
三、硬包装EVOH加工装备与加工工艺
1、加工设备
高阻隔多层共挤复合材料具备多层结构，因此需专用的单层共挤挤出设备成型，根据各层的材料特征选取适合的挤出类型。如上海达诚科技有限公司近期设计生产EVOH多层共挤片材挤出设备，采用4条单螺杆挤出机组合，具体规格为/65/50/50-1000，配套计量泵，最大挤出产量/H，宽度750MM，其中：150螺杆适应于主料PP料，65螺杆用于包边料PP料，两条50螺杆适应于EVOH及AD料。模具出来后片材配套有压片定型机、辊筒恒温装置、在线测厚仪、自然冷却装置、切边装置、双面硅油涂布机、牵引装置、废边收卷装置、双工位卷取机、PLC工业控制柜等。
一般基本配置如下：
原料系统：原料配方比例及输送，破碎料回收装置；
挤出系统：各挤出机、过滤、计量、共挤分配至模头出片；
三辊压光系统：片材压光及切边装置；
在线测厚仪，片材厚度在线显示
牵引平台：动力牵引装置；
收卷系统：片材成卷收卷；
水循环系统：辊筒水温控制；
电气控制平台：整套设备电气控制。
此设备制造的EVOH高阻隔片材，经国家包装产品品质监督检验中心(广州)检验检测，GB/T31354-2014《包装件和容器氧气透过性测验方式库仑计测量法》，试验条件:T＝(23±0.5)℃,RH＝(50±2)%，空气环境,氧气密度:21%，氧气透过性：5.5×10-4立方毫米/包24小时.
2、加工工艺
设备主要工艺路线：厚度大的一层物料通过150螺杆PP主挤出机及50螺杆（AD原料）加热熔化挤出，经过液压快速换网器，抵达分配器外侧，50螺杆挤出EVOH原料直接进入分配器中间拉伸包装技术，65螺杆PP物料通过挤出机加热熔化挤出，经换网器直接开启模具会合，生产两边包边片材，各种加温熔融原料平稳进入共挤机头会制备片，在五辊压片机定型冷却，再经冷却后借助自动测厚仪检测厚薄均匀度调节，切边,片材经牵引辊送入卷绕装置，成卷包装为成品，而切边废边PP料直接开启粉碎机后重回挤出主机料斗再制造，也可以把边料由废边收卷装置收绕成捆。
3、关键技术点
因为EVOH树脂与HIPS树脂相容性差，而且树脂流变频率相差较大，基材与EVOH的粘接强度、二次成型时对EVOH的拉伸性能的要求、压延生产复合片材时EVOH层分布的均匀性等都是制约复合材料性能和使用的关键难题，也是制造该种类复合材料时必须解决的问题。
多层共挤技术关键是黏合剂(AD)，EVOH的复合包装材料一般有PP\EVOH，但PP与EVOH不能直接热粘合，必须PP与EVOH之间加粘合剂(AD)，其粘合剂选用时需考量PP作为涂层材料的黏结剂，其次跟PP与EVOH熔体黏度的匹配，第三拉伸性能要求,以免在二次加工时造成脱层。所以其共挤片材多为五层共挤片材（PP\AD\EVOH\AD\PP）,若边切回料R加入层后面，就做成七层共挤片材机,PP/R/AD/EVOH/AD/R/PP，其中最外层为PP新料，另紧靠两层是PP的破碎回收料R(PP)。也可选用非对称结构，增加其他材料（PE/HIPS等）挤出机，进行共挤，其机理相似，达到相同多层共挤方式。
多层阻隔包装结构示意图[4]
用于硬包装，PP也有改用耐冲击性聚苯乙烯（HIPS）作为复合层。如下图结构：
EVOH多层共挤复合材料制做工艺图
图1为EVOH多层共挤复合材料制做工艺图，如图所示，复合材料由里到外分为5层结构。中间层③为EVOH层，单独使用一台挤出机无需分层直接开启分层器后面层挤出；EVOH层四周为粘结剂AD层②和④，单独使用一台挤出机借助分层器分为两层复合于EVOH两面；复合材料两外表面为HIPS层①和⑤，同样单独使用一台挤出机，通过分层器分为两层复合在材料的上下两表面。利用复合结构，提高EVOH的阻水性能和阻隔性能。粘接层增加HIPS层与EVOH层的粘接强度。
多层共挤技术关键组件是分配器，从A\B\C三台挤出机挤出的PP、AD、EVOH的热融料通过一台分配器,形成PP/AD/EVOH/AD/PP结构层,分配器关键是流道设计,使PP层均匀地分为一、五层,AD层分为二、四层,EVOH层为中间层。分配器流道设计有调节叶片,用来调节两层之间的宽度均匀度，各层的宽度比例由各自的挤出量来控制,由于挤出机的挤出量波动较大,在挤出机后用碱液齿轮泵来定量控制。处于模头设置温度下的PP、AD、EVOH的熔体黏度不同，这会使片材各层断面的宽度分布不均匀,可以借助在分配器中引入局部开槽的方式,增加某处的料流量来矫正，调节料层后面处的厚度。
要获得性能出众的高阻隔多层共挤复合材料，加工过程中有如下关键问题必须注意：
（1）部件结构调整：为提高基材的阻湿性和提升EVOH的阻氧性，复合材料设计为不对称结构。不对称结构可以借助调整分层器后面层或内层来实现，若对分层器后面层作不对称调整，容易并且粘合层树脂也会随着表面树脂一起产生不对称结构，导致薄侧粘结层树脂量降低并且迫使粘结强度减弱，造成分层现象。因此没法对外层调节器进行调整，实际制造可依照产品厚度进行选取性调整，但需要确保薄层在二次成型时拉伸不断裂。
（2）工艺温度调整：由于EVOH树脂与HIPS树脂及黏结树脂的流变速率存在差别，且EVOH树脂处于中间层，受多层树脂压力的制约，树脂流动性会得到一定的障碍，故复合材料两边的EVOH层会相应提高，树脂分布不均匀直接对材料的阻隔性能导致影响，二次成型时受热也会不均匀，成型难度大，严重时会产生EVOH层断层造成阻隔性能丧失。因此在制造时模具两端的湿度要调高5℃左右，提高材料两边EVOH层的流动性，保证EVOH层的分布均匀性。
（3）挤出机选型原则：EVOH树脂对浓度和剪切都较为脆弱，因此在选取挤出机型号时，以小尺寸、长径比小为原则。树脂在料筒停留的时间不宜太长，加工温度不能达到该树脂的上限温度，螺杆的剪切不能过大，转速不可过快。
（4）停机处理方法：由于EVOH树脂容易造成凝胶现象，且与其他树脂的相容性较好，因而在制造前、后对螺杆和料筒要进行清理，清洗最好使用熔融指数较高的聚烯烃类树脂，清洗时间不能超过30分钟，清洗过程采取波浪式清洗法，观察挤出的树脂无杂质才可正式制造或停机。
（5）废边加收方式：不同颜色的单层结构在两边边缘通常都是必须进行修整，修整出来的残余中包含了多层的不同原料，这样造成修整后的余料不好回收利用。为了超过包边的余料的回收，通过降低包边挤出机，模具结构调整，使两边有包边流体通道，包边流体通道内的流体与复合层的在出口处汇集成制品，包边流体通道内的流体包裹在制品的两边边缘，修整边缘时如此修整出来的余料都为流体同一材质，利于回收。
四、EVOH多层共挤片材设施智能化优化内容
以新一代信息通信科技与生产业整合发展为主要特点的行业改革在中国范围内催生兴起，智能生产已变成制造业发展的主要方向。互联网+工业化的推广应用，促进产品的更新换代，产品制造从原料改性、工艺改进、设备精密生产，操作方式等智能应用，突破原本模式，通过加入智能化单元（比如机械、传感、电气和智能化硬件，具有记忆、感知、计算和决策功能），使得设施操作非常方便，提高产品质量和附加值。能够实现设备健康状况自动测试；从而按照食品及原料要求自动管理各类工艺参数，实现动态修改和储存；从而监控生产运行状况并手动微调；从而智能优化处理各类运行参数。智能化单元内置了人工智能算法，具备工艺参数学习素质，能够借助有限试验样本训练，找到合适特定产品的仪器最优工艺参数，各用途装置协同配合，确保产品的品质，降低能效，突出绿色化、智能化特征。
EVOH硬包装多层共挤片材设施智能化优化内容：
1、各挤出机的原料供给系统可配备手动配料系统，按各组合配比要求自动计量，适应于新料、回料、色母等比例的控制，与主挤联动配合，提高配料准确性及大大增加劳动效率，能在料位增加情况下提早预警并反馈补偿机制；
2、优化设计高效挤出螺杆，采用计算机仿真设计与试验数据相结合，通过不同原料组合及工艺参数，设计不同的螺杆结构，达到制品塑化好，能耗低、产量高的高效螺杆；针对HIPS产品，通常采取排气螺杆，设计上需确保排气口不冒料及压力均匀稳定，设计上排气式挤出单螺杆自前至后依次包括进料段、第一压缩段、第一计量段、混炼段、减压段、排气段、第二压缩段和第二计量段，可推动压缩、塑化、排气、再次压缩、再次塑化的过程,有效将塑胶原料所含的水汽化并抽离。通过合理的分段,有效地减少了物料的输送能力、塑化效果及排气效果,这种单螺杆具有排气功能,在挤出加工过程中无法将塑料原料所含的水蒸气并抽离,确保制得的材料的含水率符合规定,而其原料在加入挤出机之前无需预先进行干燥处理,可节约原料干燥时间,降低能耗,节一省设施费用,且有促使增加制造效率。
3、配套的真空系统需有双路灰分过滤器，确保抽气真空压力稳定、抽气速度大；
4、选配高性能减速箱，确保高功率，高温度、能耗低，噪音小；
5、挤出机配套计量泵定量稳压输送，一般在过滤网前及计量泵前后搭载压力继电器，压力与电压闭环控制，第一级是网前压力与主螺杆电机闭环控制，第二级是计量泵后与计量泵电机闭环控制，所有压力信号进入PLC后运算输出控制变频，驱动电机，设置有预警、反馈控制、显示功能；
6、精密多层分配器，采用流量比例与叶片间隙比例双调节技术，分层变得均匀；
7、配套扭矩保护器，在发生异常状况，保护机筒螺杆及减速箱免受损伤；
8、采用反清洗换网器及基体过滤科技装置，换网时间长及滤网寿命高，实现在线不停机过滤杂质及节约人工，提高数量。
9、选用高效节能机筒加热圈，确保加热平台的节能及稳定性；并配套高低温报警及补偿装置，
10、配备静态混合器，有促使材料更均匀挤出，特别制造形状料片材；
11、可选配全手动调节模头，配套测厚仪，实现厚度反馈控制，确保挤出片材厚薄均匀度；
12、三辊压光辊筒压合采用伺服马达控制装置，配套辊筒间隙光栅测量，闭环反馈，结构紧凑，生产片材厚薄在线自动调节，使操作简单；
13、辊筒水流道采用夹层多流道形式，需留意流道水阻力及分配均匀性，确保辊面温度一致，通常采取大流量从后面向两侧分散的进出流道结构；
14、辊筒水温控制系统引入伺服比例阀自动水温调节，加热冷却温度双PID控制技术等；
15、配套在线切边、破碎、输送回收平台，实现废料自动回收，环保卫生；
16、卷取前配备储片架，可连续储存片材，满足换卷时不降速换卷；
17、收卷结构设计运用在线不停机换卷及卸卷装置，节省大量的作业时间和人工消耗，同时需留意换卷起卷时压合，使片材收卷平整；
18、功能上，可选在线涂布复合平台，需保证涂布后表面均匀，过干燥装置后，片材表面完全干燥和不能出现油斑，双面贴膜可按不同用途要求采取热复膜或冷复膜，热复时切记膜材的耐温性，选择适合复合频率，如直接进入熔融片材复合或经定辊合适冷却位置进入复合，确保复合平整；
19、配套双面表面瑕疵检测平台，在线测试产品表面质量（如晶点、黑点或缺陷）；
20、整机采用PLC控制，数据化信息收集系统，实现参数设定、数据运算及反馈、报警等功能的手动化控制；
21、先进双PID控制算法技术，对科技数据的即时统计预测，实时提供优化措施，确保制造过程一直进入统计控制状态，以提升制品的品质、精度、能耗等性能指标。
22、远程控制科技，通过服务器中心工业数据中心和工业数据收集与预测工具、远程监控网络设施、标准电机健康检查预测系统、设备电力管理改进平台等，对在用户工厂的供应商设施推动远程监控和对各类工艺数据收集和储存，并进行工艺数据预测，优化生产工艺配方。
五、智能片材设施市场未来发展方向
中国需求的日渐下降，复合高阻隔保鲜包装片材用量也在逐年下降，在高档肉食品、快餐米饭等饮料包装，药品、化妆品等带有更出色的性能，前景看好。近年来，国内劳动力费用的不断提高，人们对设施的总量、能耗、环保和自动化强调了更高的要求，国内多家片材高端设备生产厂商，依据可大幅绿色发展必须，集中优势资源，与中国外多家先进的原料供应商、研究院与产品制造商等共同开发，充分利用现代高精尖设备，提高武器零组件加工效率，设计改进各类零件结构，优化加工工艺，提升设施整体性能。
当前，移动互联网、大数据、云计算、物联网、第五代移动通信（5G）、区块链等新一代信息科技不断获得突破，特别是新一代人工智能（AI）科技与先进生产技术深度整合所产生的新一代智能生产科技，已变成新一轮工业革命的核心驱动力[5]。；再者，食品、饮料或者新电力等工业领域对高性能包装市场需求大幅攀升，推动多层共挤技术不断推陈出新；第三、挤出设备的各类配套零组件加工领域的研发力度，新科技应用与拓宽步伐推进，推动整体装备科技水准的快速增强，挤出设备行业需求正凸现明显特征：节能高效，数据化、自动化、智能化挤出片材机是作为科技变革的方向，智能化推动产品的演进未来。
正因极其，积极研发硬包装多层共挤智能化片材机是产业占据行业的商机的重要举措。打造高效节能、绿色低碳、智能高质量多层共挤片材挤出装备，朝着数字化、自动化、智能化迈进，同时满足产品绿色包装，技术变革，可大幅发展方向，不断拓宽设备应用行业，增加产品附加值，以综合的性价比优势和出众的品质保障，为全球生产助力升威。
2023年第九届全球聚烯烃大会
会议通知
各有关单位：
2023年中国聚烯烃行业仍将再次进入新一轮产能扩张期，实现聚烯烃高性能化的科技突破，将作为我国聚烯烃行业发展新阶段的必由之路。
去年来，外资在能源领域与我国合作日渐密切。在石油和化工领域，沙特阿美接连宣布两项总投资逾千万元的中沙石油炼油合作工程，壳牌控股与美国海油签订合约，埃克森美孚惠州项目也在火热建设中，中国石油石化产业再度引爆波澜。
2022年我国石油产量9.2亿吨，乙烯产能超过4933万吨，已经超越日本，成为中国最大的乙烯制造国。聚烯烃产能将会突破7000万吨，聚丙烯产能绝对短缺，陷入全面暴跌，聚乙烯勉强盈利。去年首次出现炼化企业创收不增利的现象。
"十四五"之后，我国聚烯烃产业更新更应该重视高端化、差异化、多元化产品研发的科技变革。但据统计，我国高端化、差异化聚烯烃产品，例如茂金属聚乙炔、茂金属聚丙烯、高碳α烯烃共聚聚乙炔等聚乙烯高端牌号，以及EVA树脂等特种聚烯烃在我国的消费量高达1138万吨，自给率却唯有38%。为加快推动我国聚烯烃产品高档化、差异化和国产替代的进程，中国石油、中国石化等企业正积极布局，这只是每一个聚烯烃人前进的方向！
对于市场内发生的新变化和新科技、新态势和新机遇，龙朴聚烯烃拟定于2023年6月28日-30日在北京上海举行2023年第九届全球聚烯烃大会，大会主题为“穿越周期创新发展”，将邀请中国外聚烯烃产、学、研、用著名人士教授、技术领袖、企业领导、青年才俊等齐聚青岛，与很多顶尖聚烯烃下游加工企业一道，就美国聚烯烃行业的变革与将来，展开深入讨论，共同分析最佳发展之路。
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会议信息
一、大会名称：2023年第九届全球聚烯烃大会
二、大会主题：穿越周期创新发展
三、举办地点：山东·青岛
四、举办时间：2023年6月28日-30日
五、主办单位：龙朴聚烯烃
六、联合主办：金能化学
七、承办单位：上海聚朴新材料技术有限公司
八、媒体支持：聚烯烃人
九、会议议程
2023.6.28全天报到酒店大堂
2023.6.2814:30-21:00龙朴私享会
2023.6.298:30-17:00全体大会
2023.6.308:30-17:00全体大会
十、收费标准：
3988元/人（含参会费、资料费、会议之后用费用，不包括酒店及差旅费）
十一、会议酒店
青岛西海湾隆和福朋喜来登酒店
十二、报名方式
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