Экструзионно-выдувное формование полиэтиленовой пленки

 

Полиэтиленовая (ПЭ) пленка является наиболее широко производимой и широко используемой разновидностью пластиковой пленки. Он нетоксичен и не имеет запаха, обладает высокой прочностью и ударной вязкостью, а также превосходной влаго- и водостойкостью, хорошей открываемостью (антиблокированием) и устойчивостью к низким температурам, сохраняя при этом определенный уровень прозрачности. Его термосвариваемость превосходна, с относительно низкой температурой сваривания (около 100 градусов), что позволяет удобно изготавливать пакеты с помощью электрического нагрева. ПЭ-пленка производится непосредственно методом экструзии с раздувом из гранул полиэтиленовой смолы и обычно не требует добавок; Окрашивание может быть достигнуто путем добавления маточной смеси. Полиэтиленовые смолы для выдувной пленки включают полиэтилен низкой плотности (LDPE), линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) и полиэтилен высокой плотности (HDPE).

 

1) Сельскохозяйственная тепличная пленка

Сельскохозяйственная тепличная пленка представляет собой пленку широкой ширины, полученную раздувом из ПЭНП или смесей ПЭНП с ЛПЭНП, как правило, методом выдува пленки вверх с съемом плоской укладки. Ширина Lay Flat охватывает широкий диапазон (менее или равна 1000 мм или больше или равна 5000 мм). Типичная толщина составляет 0,03–0,14 мм, прочность на разрыв не менее 12 МПа, удлинение при разрыве не менее 300%. Эти пленки устойчивы к дождю, пропускают свет и сохраняют тепло, что позволяет круглый год выращивать овощи и фрукты в тепличных конструкциях. По агротехническим требованиям к основным функциональным подтипам относятся:

• Армированная тепличная пленка: изготовлена ​​путем добавления более 25 мас.% ЛПЭНП в ПЭНП. Прочность на разрыв может быть увеличена примерно до 20 МПа, а удлинение при разрыве - больше или равно 400%. Если пленка полностью изготовлена ​​из ЛПЭНП, ее прочность еще больше увеличивается, повышается устойчивость к проколам и получается более гладкая поверхность; Толщина пленки может быть уменьшена примерно на 20–30%.

• Долговечная тепличная пленка: срок службы обычной тепличной пленки обычно составляет 0,5–1 год. Долговечные марки продлевают срок службы как минимум в два раза — до 2–3 лет. Их получают добавлением к ПЭВД 0,3–0,5 мас.ч. светостабилизатора и 0,1–0,3 мас.ч. антиоксиданта; Поверхность ПВД сначала смачивается белым маслом, затем перемешивается и выдувается в пленку.

• Противокапельная тепличная пленка: разработана таким образом, чтобы на поверхности пленки не образовывался туман или капли, что улучшает пропускание света и способствует росту сельскохозяйственных культур. За счет добавления соответствующего поверхностно-активного вещества или маточной смеси, препятствующей капанию, сродство пленки к воде увеличивается. Многочисленные мелкие капли объединяются в более крупные, которые стекают по стенке пленки на землю, тем самым устраняя внутреннее запотевание, улучшая прозрачность и предотвращая попадание капель непосредственно на посевы.

2) Сельскохозяйственная мульчирующая пленка

Сельскохозяйственная мульчирующая пленка относится к почвопокровной пленке. Это очень тонкая пленка ПВД, изготовленная методом выдувного формования, толщиной 0,008–0,014 мм и шириной 600–1000 мм. Прозрачная бесцветная мульча в основном используется в качестве пленки для выращивания рассады и укрытия сельскохозяйственных культур, чтобы способствовать раннему созреванию, повышению урожайности и борьбе с вредителями; его обычно производят методом раздува пленки вверх. Функциональную мульчирующую пленку производят путем добавления в полиэтилен 3–5% красителей по массе для получения красного, желтого, синего, серого, черного и других цветов. Таким образом, разные культуры получают определенные спектральные диапазоны, которые им нужны, достигая более раннего созревания и более высокой урожайности, подавления вредителей и сорняков.

3) Упаковочная пленка

Упаковочная полиэтиленовая пленка делится на легкую и сверхпрочную.

• Упаковочная пленка для легких условий эксплуатации: изготавливается из полиэтилена низкой плотности и в основном используется для упаковки пищевых продуктов, выпечки, конфет, овощей, фруктов, фармацевтических препаратов, текстиля, предметов первой необходимости, одежды и аналогичных продуктов. Для соответствия требованиям автоматизированных упаковочных линий обычно добавляются небольшие количества скользящих добавок или антистатиков. В производстве чаще всего используется процесс выдувания вверх или плоского выдувания. Ширина Lay Flat варьируется в широком диапазоне (менее или равна 70 мм или больше или равна 1000 мм). Толщина составляет 0,02–0,20 мм, а предел прочности не менее 10 МПа.

• Пакеты-майки (для покупок) из ПЭВП и сумки для одежды: широко используются и производятся преимущественно методом выдува вверх. Ширина Лейфлета составляет 70–1000 мм, толщина 0,007–0,10 мм, предел прочности не менее 25 МПа.

• Упаковочная пленка для тяжелых условий эксплуатации: изготовлена ​​методом выдувания вверх из высокомолекулярного полиэтилена низкой плотности. Типичная толщина составляет 0,2–0,35 мм, при этом каждый мешок вмещает 20–30 кг содержимого. Приложения включают упаковку сельскохозяйственной продукции, химического сырья, удобрений, пестицидов, продуктов питания, сахара, соли, фармацевтических препаратов и текстиля.

Смолы ПЭНП для выдувной пленки имеют относительно широкий диапазон скорости течения расплава (MFR), составляющий 0,5–7 г/10 мин, и выбираются в соответствии с предполагаемым использованием пленки (см. Таблицу 1-1). Смолы LLDPE для пленок, полученных экструзией раздувом, обычно имеют MFR 1–2 г/10 мин. Сорта пленок из полиэтилена высокой плотности, полученные экструзией с раздувом, имеют MFR 0,2–1 г/10 мин. ПЭВП имеет более высокую температуру плавления и, в пределах изменения скорости сдвига, высокую вязкость; благодаря своей линейной молекулярной структуре он демонстрирует сильную ориентацию, вызванную потоком.

Таблица 1‑1. Выбор смол ПЭНП для марок пленок

Оценка пленки	Смола MFR (г/10 мин)
Легкая упаковочная пленка	2–4
Высокопрозрачная пленка	5–7
Сельскохозяйственная мульчирующая пленка	4–7
Тепличная пленка	1.5–4.5
Термоусадочная пленка	2–5
Прочная упаковочная пленка	0.25–0.5

 

 

1) Экструдер

Обычная пленка из полиэтилена низкой плотности с шириной горизонтальной развертки, превышающей или равная 300 мм, обычно изготавливается методом выдува пленки вверх с плоским съемом горизонтальной плоскости. Рекомендуемый диаметр шнека составляет от 45 до 150 мм. При ширине плоской пленки более 1 м можно использовать два одношнековых экструдера для совместной экструзии пленки широкой ширины. Винт L/D составляет 20–30 со степенью сжатия 3–3,5, предпочтителен прогрессивный винт (с коническим каналом).

Для пленки HDPE подходят экструдеры меньшего размера с L/D шнека 16–25. Шнековые конструкции обычно включают в себя специальную секцию резки и секцию смешивания.

2) Головка

Для изготовления пленки ПЭНП обычно используются спирально-оправочные или кольцевые фильеры крестовидного типа с диаметром матриц 100–1000 мм. Если требуется превосходная однородность толщины, рекомендуется использовать вращающуюся матрицу. Используются как восходящие, так и плоские процессы выдувания.

В пленке HDPE обычно используется матрица со спиральной оправкой. Необходимо соблюдать осторожность при проектировании канала потока, геометрии спирали и размерах кромки головки, чтобы избежать чрезмерных скоростей сдвига, которые могут вызвать разрушение расплава. Из-за этих характеристик формования матрицы для пленки HDPE относительно небольшие, обычно 30–200 мм в диаметре.

3) Охлаждение

Преимущественно используется воздушно-кольцевое охлаждение. Типичное давление нагнетателя составляет 4000–8000 Па при расходе воздуха 15–75 м³/мин.

 

1) Температура экструзии

Температура экструзии определяется в первую очередь скоростью течения расплава полиэтиленовой смолы-чем выше MFR, тем ниже требуемая температура. От порта подачи до пакета сит (переключающей пластины) температура цилиндра постепенно увеличивается так, что температура головки становится примерно равной или на 10–20 градусов ниже температуры на кончике шнека. Это обеспечивает стабильную толстую заготовку и лучшую прозрачность пленки. Типичные температуры экструзии полиэтиленовых пленок показаны в Таблице 2-1.

Таблица 2-1. Температуры экструзии полиэтиленовых пленок (градусы)

Качество пленки	Бочка, зона 1	Бочка, зона 2	Бочка, зона 3	Адаптер	умереть
ПЭВД – упаковочная пленка для легких условий эксплуатации.	120–140	130–140	140–160	150–160	160–170
ПВД – Парниковая пленка	150–170	160–180	170–180	180–190	170–180
LDPE – сверхпрочная упаковочная пленка.	180–200	170–180	180–190	190–200	180–190
ЛПЭНП пленка	160–180	180–200	200–220	200–220	220–230
ПНД пленка	200–220	220–240	240–260	250–260	240–250

2) Зазор матрицы

Зазор между кромками матрицы зависит от типа смолы; репрезентативные диапазоны перечислены в Таблице 2-2. По мере увеличения MFR смолы выбирается меньший зазор матрицы; по мере увеличения толщины целевой пленки используется больший зазор. Например, для сверхпрочной пленки из полиэтилена низкой плотности (меньшая MFR и более толстая толщина) выбирается зазор матрицы около 1,0 мм; для пленки из полиэтилена низкой плотности (более высокая MFR и более тонкая толщина) зазор матрицы обычно составляет 0,5–0,6 мм. Поскольку вязкость расплава LLDPE выше и относительно нечувствительна к изменениям скорости сдвига, температура его экструзии выше, а зазор матрицы значительно больше, чем у LDPE; в противном случае может появиться шероховатая поверхность «акульей кожи». Смолы для выдувных пленок из ПЭВП имеют относительно низкую MFR, поэтому зазор в матрице обычно немного больше, чем у ПЭВД.

Таблица 2-2. Типичные диапазоны зазоров кромок матрицы (мм)

Тип пленки	Зазор матрицы (мм)
ПВД	0.5–1.0
ЛПЭНП	1.5–2.5
ПНД	1.2–1.5

3) Коэффициент наполнения (BUR)

После выхода из кольцевой матрицы толстую заготовку надувают сжатым воздухом, увеличивая ее диаметр, уменьшая толщину и придавая поперечную вытяжку. Типичный коэффициент расширения составляет 2–5. Если BUR слишком высок, пузырек будет трепетать, форма пузырьков становится нестабильной, однородность толщины ухудшается, и пленка склонна к разрыву. По мере увеличения BUR прочность пленки на растяжение в поперечном направлении, сопротивление разрыву и ударная вязкость увеличиваются, но прозрачность и блеск уменьшаются, а прочность на растяжение в продольном направлении имеет тенденцию к снижению. Репрезентативные BUR для полиэтиленовых пленок перечислены в Таблице 2-3.

Таблица 2‑3. Репрезентативные коэффициенты раздутия для полиэтиленовых пленок

Тип пленки	Типичный ДДОИ
ПВД	1.5–3.5
ЛПЭНП	1.5–2.0
ПНД	3.2–6.0

4) Коэффициент вытяжки (машинное направление)

После того как заготовка покидает матрицу, ее направляют на отводящие (зажимные) валки и подвергают продольной вытяжке. Скорость отводящей линии обычно в 3–5 раз превышает скорость экструзии (выхода) расплава, что обеспечивает растяжение в 3–5 раз в машинном направлении и заметное увеличение прочности на продольный разрыв. Это дает преимущества при производстве мешков, где преобладает продольная нагрузка.