Uutiset

Johdatus polyolefiineihin ja kalvoekstruusioon

Polyolefiinit, olefiinimonomeereistä, kuten eteenistä ja propeenista, syntetisoitu makromolekyylimateriaalien luokka, ovat maailmanlaajuisesti laajimmin tuotettuja ja käytettyjä muoveja. Niiden yleisyys johtuu poikkeuksellisesta ominaisuuksien yhdistelmästä, kuten alhaisesta kustannuksista, erinomaisesta prosessoitavuudesta, erinomaisesta kemiallisesta stabiilisuudesta ja räätälöitävistä fysikaalisista ominaisuuksista. Polyolefiinien monipuolisista sovelluksista kalvotuotteilla on ensiarvoisen tärkeä asema, ja niillä on kriittisiä toimintoja elintarvikepakkauksissa, maatalouspäällysteissä, teollisuuspakkauksissa, lääketieteellisissä ja hygieniatuotteissa sekä jokapäiväisissä kulutustavaroissa. Yleisimpiä kalvojen valmistuksessa käytettyjä polyolefiinihartseja ovat polyeteeni (PE) – johon kuuluvat lineaarinen matalatiheyksinen polyeteeni (LLDPE), matalatiheyksinen polyeteeni (LDPE) ja korkeatiheyksinen polyeteeni (HDPE) – ja polypropeeni (PP).

Polyolefiinikalvojen valmistus perustuu pääasiassa ekstruusiotekniikkaan, jonka kaksi ydinprosessia ovat puhalluskalvoekstruusio ja valukalvoekstruusio.

1. Puhalluskalvon ekstruusioprosessi

Kalvopuhallusmenetelmä on yksi yleisimmistä polyolefiinikalvojen valmistusmenetelmistä. Perusperiaatteena on sulan polymeerin puristaminen pystysuunnassa ylöspäin rengasmaisen suuttimen läpi, jolloin muodostuu ohutseinäinen putkimainen aihio. Tämän jälkeen aihion sisään johdetaan paineilmaa, jolloin se paisuu kuplaksi, jonka halkaisija on huomattavasti suurempi kuin suuttimen halkaisija. Kuplan noustessa se jäähdytetään ja jähmettyy ulkoisen ilmarenkaan avulla. Jäähdytetty kupla puristetaan sitten kokoon nippirullien avulla (usein kokoontaittuvan kehyksen tai A-kehyksen avulla) ja vedetään sitten vetorullien avulla ennen kuin se kelataan rullalle. Kalvopuhallusprosessi tuottaa tyypillisesti kaksiaksiaalisesti orientoituneita kalvoja, mikä tarkoittaa, että niillä on hyvä mekaanisten ominaisuuksien tasapaino sekä konesuunnassa (MD) että poikittaissuunnassa (TD), kuten vetolujuus, repäisylujuus ja iskulujuus. Kalvon paksuutta ja mekaanisia ominaisuuksia voidaan säätää säätämällä puhallussuhdetta (BUR – kuplan halkaisijan suhde suuttimen halkaisijaan) ja vetosuhdetta (DDR – vastaanottonopeuden suhde ekstruusionopeuteen).

2. Valetun kalvon pursotusprosessi

Valettujen kalvojen ekstruusio on toinen tärkeä polyolefiinikalvojen tuotantoprosessi, ja se sopii erityisesti sellaisten kalvojen valmistukseen, joilta vaaditaan erinomaisia ​​optisia ominaisuuksia (esim. korkea kirkkaus, korkea kiilto) ja erinomaista paksuuden tasaisuutta. Tässä prosessissa sula polymeeri ekstrudoidaan vaakasuunnassa tasaisen, rakomaisen T-suuttimen läpi, jolloin muodostuu tasainen sula raina. Tämä raina vedetään sitten nopeasti yhden tai useamman nopean, sisäisesti jäähdytetyn jäähdytystelan pinnalle. Sula jähmettyy nopeasti joutuessaan kosketuksiin kylmätelan pinnan kanssa. Valetuilla kalvoilla on yleensä erinomaiset optiset ominaisuudet, pehmeä tuntuma ja hyvä lämpösaumautuvuus. Suuttimen huulivälin, jäähdytystelan lämpötilan ja pyörimisnopeuden tarkka säätö mahdollistaa kalvon paksuuden ja pinnanlaadun tarkan säädön.

6 suurinta polyolefiinikalvon ekstruusion haastetta

Ekstruusiotekniikan kypsyydestä huolimatta valmistajat kohtaavat usein useita prosessointivaikeuksia polyolefiinikalvojen käytännön tuotannossa, erityisesti pyrkiessään suureen tuotantomäärään, tehokkuuteen, ohuempiin paksuuksiin ja käytettäessä uusia korkean suorituskyvyn hartseja. Nämä ongelmat eivät ainoastaan ​​vaikuta tuotannon vakauteen, vaan myös suoraan lopputuotteen laatuun ja kustannuksiin. Keskeisiä haasteita ovat:

1. Sulamurtuma (hainnahka): Tämä on yksi yleisimmistä polyolefiinikalvon ekstruusiovirheistä. Makroskooppisesti se ilmenee jaksollisina poikittaisina väreilyinä tai epäsäännöllisenä karheana pintana kalvossa tai vakavissa tapauksissa selvempinä vääristyminä. Sulamurtuma tapahtuu pääasiassa silloin, kun suulakkeesta poistuvan polymeerisulatteen leikkausnopeus ylittää kriittisen arvon, mikä johtaa suulakkeen seinämän ja sulan massan välisiin stick-slip-värähtelyihin, tai kun suulakkeen ulostulossa oleva venymäjännitys ylittää sulan lujuuden. Tämä vika heikentää vakavasti kalvon optisia ominaisuuksia (kirkkaus, kiilto) ja pinnan sileyttä ja voi myös heikentää sen mekaanisia ominaisuuksia ja suojaominaisuuksia.

2. Surfacen kuolaaminen / Surfacen kertyminen: Tämä viittaa polymeerien hajoamistuotteiden, pienimolekyylipainoisten jakeiden, huonosti dispergoituneiden lisäaineiden (esim. pigmenttien, antistaattisten aineiden, liukuaineiden) tai geelien asteittaiseen kertymiseen hartsista surfacen reunoille tai surfacen onteloon. Nämä kerrostumat voivat irrota tuotannon aikana, saastuttaa kalvon pinnan ja aiheuttaa vikoja, kuten geelejä, raitoja tai naarmuja, mikä vaikuttaa tuotteen ulkonäköön ja laatuun. Vakavissa tapauksissa surfacen kertyminen voi tukkia surfacen ulostulon, mikä johtaa paksuusvaihteluihin, kalvon repeytymiseen ja lopulta pakottaa tuotantolinjan sulkemaan suulakkeen puhdistusta varten, mikä johtaa merkittäviin tuotantotehokkuuden menetyksiin ja raaka-ainehävikkiin.

3. Korkea puristuspaine ja sen vaihtelu: Tietyissä olosuhteissa, erityisesti korkean viskositeetin omaavia hartseja käsiteltäessä tai pienempiä suulakkeen rakoja käytettäessä, puristusjärjestelmän paine (erityisesti pursotinpään ja suulakkeen kohdalla) voi nousta liian korkeaksi. Korkea paine ei ainoastaan ​​lisää energiankulutusta, vaan myös vaarantaa laitteiden (esim. ruuvin, sylinterin, suulakkeen) käyttöiän ja turvallisuuden. Lisäksi epävakaat puristuspaineen vaihtelut aiheuttavat suoraan vaihteluita sulatteen määrässä, mikä johtaa epätasaiseen kalvon paksuuteen.

4. Rajallinen läpivirtaus: Sulamurtumien ja muotin kertymisen kaltaisten ongelmien estämiseksi tai lieventämiseksi valmistajien on usein pakko hidastaa ekstruuderin ruuvin nopeutta, mikä rajoittaa tuotantolinjan tuottoa. Tämä vaikuttaa suoraan tuotantotehokkuuteen ja valmistuskustannuksiin tuotetta kohden, mikä vaikeuttaa markkinoiden kysynnän täyttämistä suurikokoisille ja edullisille kalvoille.

5. Paksuuden hallinnan vaikeus: Sulavirtauksen epävakaus, epätasainen lämpötilan jakautuminen suulakkeen yli ja suulakkeen kerrostuminen voivat kaikki vaikuttaa kalvon paksuuden vaihteluihin sekä poikittais- että pituussuunnassa. Tämä vaikuttaa kalvon myöhempään prosessointikykyyn ja loppukäyttöominaisuuksiin.

6. Vaikea hartsin vaihto: Kun vaihdetaan erityyppisten tai -laatuisten polyolefiinihartsien välillä tai kun vaihdetaan värillisiä masterbatseja, edellisestä ajosta peräisin olevaa jäännösmateriaalia on usein vaikea poistaa kokonaan ekstruuderista ja suuttimesta. Tämä johtaa vanhojen ja uusien materiaalien sekoittumiseen, siirtymämateriaalin syntymiseen, vaihtoaikojen pidentämiseen ja hylkymäärien kasvuun.

Nämä yleiset prosessointihaasteet rajoittavat polyolefiinikalvovalmistajien pyrkimyksiä parantaa tuotteiden laatua ja tuotantotehokkuutta ja asettavat myös esteitä uusien materiaalien ja edistyneiden prosessointitekniikoiden käyttöönotolle. Siksi tehokkaiden ratkaisujen löytäminen näiden haasteiden voittamiseksi on ratkaisevan tärkeää koko polyolefiinikalvojen ekstruusioteollisuuden kestävälle ja terveelle kehitykselle.

Ratkaisut polyolefiinikalvojen ekstruusioprosessiin: Polymeerien prosessoinnin apuaineet (PPA)

Polymeerien prosessoinnin apuaineet (PPA:t) ovat funktionaalisia lisäaineita, joiden ydinarvo on polymeerisulatteiden reologisen käyttäytymisen parantaminen ekstruusion aikana ja niiden vuorovaikutuksen muuttaminen laitteiden pintojen kanssa, mikä voi auttaa voittamaan useita prosessointivaikeuksia ja parantamaan tuotannon tehokkuutta ja tuotteen laatua.

1. Fluoripolymeeripohjaiset PPA:t

Kemiallinen rakenne ja ominaisuudet: Nämä ovat tällä hetkellä laajimmin käytetty, teknologisesti kypsä ja todistetusti tehokas PPA-luokka. Ne ovat tyypillisesti homopolymeerejä tai kopolymeerejä, jotka perustuvat fluoro-olefiinimonomeereihin, kuten vinylideenifluoridiin (VDF), heksafluoropropeeniin (HFP) ja tetrafluoroetyleeniin (TFE), ja fluoroelastomeerit ovat edustavimpia. Näiden PPA-yhdisteiden molekyyliketjut ovat runsaasti korkean sidosenergian ja matalan polaarisuuden omaavia CF-sidoksia, jotka antavat niille ainutlaatuisia fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia: erittäin matalan pintaenergian (samanlainen kuin polytetrafluoroeteenillä/Teflon®), erinomaisen lämpöstabiilisuuden ja kemiallisen inertin kyvyn. On kriittistä, että fluoropolymeeri-PPA-yhdisteet ovat yleensä huonosti yhteensopivia poolittomien polyolefiinimatriisien (kuten PE, PP) kanssa. Tämä yhteensopimattomuus on keskeinen edellytys niiden tehokkaalle siirtymiselle sirun metallipinnoille, missä ne muodostavat dynaamisen voitelupinnoitteen.

Edustavat tuotteet: Fluoripolymeeri-PPA-yhdisteiden maailmanlaajuisten markkinoiden johtavia tuotemerkkejä ovat Chemoursin Viton™ FreeFlow™ -sarja ja 3M:n Dynamar™-sarja, joilla on merkittävä markkinaosuus. Lisäksi tiettyjä Arkeman (Kynar®-sarja) ja Solvayn (Tecnoflon®) fluoripolymeerilaatuja käytetään myös PPA-formulaatioiden ainesosina tai keskeisinä komponentteina.

2. Silikonipohjaiset jalostuksen apuaineet (PPA:t)

Kemiallinen rakenne ja ominaisuudet: Tämän PPA-luokan tärkeimmät aktiiviset komponentit ovat polysiloksaanit, joita yleisesti kutsutaan silikoneiksi. Polysiloksaanin runko koostuu vuorottelevista pii- ja happiatomeista (-Si-O-), ja piiatomeihin on kiinnittynyt orgaanisia ryhmiä (tyypillisesti metyyli). Tämä ainutlaatuinen molekyylirakenne antaa silikonimateriaaleille erittäin alhaisen pintajännityksen, erinomaisen lämmönkestävyyden, hyvän joustavuuden ja tarttumattomuuden monia aineita kohtaan. Fluoripolymeeri-PPA:iden tavoin silikonipohjaiset PPA:t toimivat siirtymällä käsittelylaitteiden metallipinnoille muodostaen voitelevan kerroksen.

Sovellusominaisuudet: Vaikka fluoropolymeeri-PPA-yhdisteet hallitsevat polyolefiinikalvojen ekstruusiosektoria, silikonipohjaisilla PPA-yhdisteillä voi olla ainutlaatuisia etuja tai ne voivat luoda synergistisiä vaikutuksia, kun niitä käytetään tietyissä sovellustilanteissa tai yhdessä tiettyjen hartsijärjestelmien kanssa. Niitä voidaan esimerkiksi harkita sovelluksissa, jotka vaativat erittäin pieniä kitkakertoimia tai joissa lopputuotteelta halutaan tiettyjä pintaominaisuuksia.

Fluoripolymeerien kieltojen tai PTFE:n toimitushaasteiden edessä?

Ratkaise polyolefiinikalvojen ekstruusiohaasteet PFAS-vapailla PPA-ratkaisuilla-SILIKEn fluorittomat polymeerilisäaineet

SILIKE omaksuu ennakoivan lähestymistavan SILIMER-sarjan tuotteissaan ja tarjoaa innovatiivisiaPFAS-vapaat polymeerien käsittelyapuaineet (PPA:t)). Tämä kattava tuotelinja sisältää 100 % puhtaita PFAS-vapaita PPA-yhdisteitä,fluorivapaat PPA-polymeerilisäaineet, jaPFAS-vapaat ja fluorivapaat PPA-masterbatsit.Tekijäpoistaa fluorilisäaineiden tarpeenNämä apuaineet parantavat merkittävästi LLDPE-, LDPE-, HDPE-, mLLDPE-, PP- ja erilaisten polyolefiinikalvojen ekstruusioprosessien valmistusprosessia. Ne ovat uusimpien ympäristömääräysten mukaisia ​​ja samalla parantavat tuotannon tehokkuutta, minimoivat seisokkiaikoja ja parantavat tuotteen yleistä laatua. SILIKEn PFAS-vapaat PPA-yhdisteet tuovat etuja lopputuotteeseen, mukaan lukien sulamurtuman (hainnahka) välttäminen, parempi sileys ja erinomainen pinnanlaatu.

Jos kamppailet fluoropolymeerikieltojen tai PTFE-pulan vaikutusten kanssa polymeerien ekstruusioprosesseissasi, SILIKE tarjoaavaihtoehtoja fluoropolymeeri-PPA/PTFE-materiaaleille, PFAS-vapaita lisäaineita kalvonvalmistukseenjotka on räätälöity tarpeidesi mukaan ilman prosessimuutoksia.