Введение в полиолефины и экструзию пленок
Полиолефины, класс макромолекулярных материалов, синтезированных из олефиновых мономеров, таких как этилен и пропилен, являются наиболее широко производимыми и используемыми пластиками во всем мире. Их распространенность обусловлена исключительным сочетанием свойств, включая низкую стоимость, превосходную обрабатываемость, выдающуюся химическую стабильность и настраиваемые физические характеристики. Среди разнообразных применений полиолефинов пленочные изделия занимают первостепенное положение, выполняя критически важные функции в упаковке пищевых продуктов, сельскохозяйственных покрытиях, промышленной упаковке, медицинских и гигиенических продуктах, а также повседневных потребительских товарах. Наиболее распространенные полиолефиновые смолы, используемые для производства пленки, включают полиэтилен (ПЭ) — охватывающий линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) и полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) — и полипропилен (ПП).
Производство полиолефиновых пленок в основном основано на технологии экструзии, при этом двумя основными процессами являются экструзия раздувной пленки и экструзия литой пленки.
1. Процесс экструзии выдувной пленки
Экструзия раздувной пленки является одним из наиболее распространенных методов производства полиолефиновых пленок. Основной принцип заключается в экструдировании расплавленного полимера вертикально вверх через кольцевую головку, образуя тонкостенную трубчатую заготовку. Затем сжатый воздух вводится во внутреннюю часть этой заготовки, заставляя ее раздуваться в пузырь с диаметром, значительно большим, чем диаметр головки. По мере того, как пузырь поднимается, он принудительно охлаждается и затвердевает внешним воздушным кольцом. Затем охлажденный пузырь сжимается набором прижимных роликов (часто через сжимающую раму или А-образную раму) и затем вытягивается тяговыми роликами перед намоткой на рулон. Процесс раздувной пленки обычно дает пленки с двуосной ориентацией, что означает, что они демонстрируют хороший баланс механических свойств как в направлении машины (MD), так и в поперечном направлении (TD), таких как прочность на разрыв, сопротивление разрыву и ударная вязкость. Толщину пленки и ее механические свойства можно контролировать, регулируя коэффициент раздува (BUR – отношение диаметра пузыря к диаметру фильеры) и коэффициент вытяжки (DDR – отношение скорости приема к скорости экструзии).
2. Процесс экструзии литой пленки
Экструзия литой пленки — еще один важный процесс производства полиолефиновых пленок, особенно подходящий для производства пленок, требующих превосходных оптических свойств (например, высокой прозрачности, высокого глянца) и превосходной однородности толщины. В этом процессе расплавленный полимер экструдируется горизонтально через плоскую щелевую Т-образную головку, образуя однородное расплавленное полотно. Затем это полотно быстро натягивается на поверхность одного или нескольких высокоскоростных охлаждающих валков с внутренним охлаждением. Расплав быстро затвердевает при контакте с поверхностью холодного валка. Литые пленки обычно обладают превосходными оптическими свойствами, мягкими на ощупь и хорошей термосвариваемостью. Точный контроль зазора между губами головки, температуры охлаждающего валка и скорости вращения позволяет точно регулировать толщину пленки и качество поверхности.
6 основных проблем экструзии полиолефиновой пленки
Несмотря на зрелость технологии экструзии, производители часто сталкиваются с рядом трудностей в процессе практического производства полиолефиновых пленок, особенно при стремлении к высокой производительности, эффективности, более тонким толщинам и при использовании новых высокопроизводительных смол. Эти проблемы не только влияют на стабильность производства, но и напрямую влияют на качество и стоимость конечного продукта. К основным проблемам относятся:
1. Разрыв расплава (Sharkskin): Это один из наиболее распространенных дефектов при экструзии полиолефиновой пленки. Макроскопически он проявляется в виде периодических поперечных волн или нерегулярно шероховатой поверхности на пленке, или в тяжелых случаях в более выраженных искажениях. Разрыв расплава в первую очередь происходит, когда скорость сдвига расплава полимера, выходящего из головки, превышает критическое значение, что приводит к колебаниям прилипания-скольжения между стенкой головки и основной массой расплава, или когда растягивающее напряжение на выходе из головки превосходит прочность расплава. Этот дефект серьезно ухудшает оптические свойства пленки (прозрачность, блеск), гладкость поверхности, а также может ухудшить ее механические и барьерные свойства.
2. Подтекание/налипание на головке: это относится к постепенному накоплению продуктов деградации полимера, низкомолекулярных фракций, плохо диспергированных добавок (например, пигментов, антистатиков, скользящих агентов) или гелей из смолы на краях головки или внутри полости головки. Эти отложения могут отделяться в процессе производства, загрязняя поверхность пленки и вызывая такие дефекты, как гели, полосы или царапины, тем самым влияя на внешний вид и качество продукта. В тяжелых случаях налипание на головке может блокировать выход головки, что приводит к изменению толщины, разрыву пленки и, в конечном итоге, к вынужденным остановкам производственной линии для очистки головки, что приводит к значительным потерям эффективности производства и потерям сырья.
3. Высокое давление экструзии и колебания: при определенных условиях, особенно при обработке высоковязких смол или использовании меньших зазоров в матрице, давление в системе экструзии (особенно в головке экструдера и матрице) может стать чрезмерно высоким. Высокое давление не только увеличивает потребление энергии, но и представляет риск для долговечности оборудования (например, шнека, цилиндра, матрицы) и безопасности. Кроме того, нестабильные колебания давления экструзии напрямую вызывают колебания в выходе расплава, что приводит к неравномерной толщине пленки.
4. Ограниченная пропускная способность: Чтобы предотвратить или смягчить такие проблемы, как разрыв расплава и наросты на головке, производители часто вынуждены снижать скорость вращения шнека экструдера, тем самым ограничивая производительность производственной линии. Это напрямую влияет на эффективность производства и себестоимость единицы продукции, что затрудняет удовлетворение рыночного спроса на крупномасштабные недорогие пленки.
5. Сложность контроля толщины: Нестабильность течения расплава, неравномерное распределение температуры по всей головке и наросты на головке могут способствовать изменению толщины пленки как в поперечном, так и в продольном направлении. Это влияет на производительность последующей обработки пленки и характеристики конечного использования.
6. Сложная смена смолы: при переключении между различными типами или сортами полиолефиновых смол или при смене цветных мастербатчей остаточный материал от предыдущего запуска часто трудно полностью удалить из экструдера и головки. Это приводит к смешиванию старых и новых материалов, образованию переходного материала, увеличению времени смены и увеличению процента брака.
Эти общие проблемы обработки ограничивают усилия производителей полиолефиновой пленки по повышению качества продукции и эффективности производства, а также создают препятствия для внедрения новых материалов и передовых методов обработки. Поэтому поиск эффективных решений для преодоления этих проблем имеет решающее значение для устойчивого и здорового развития всей отрасли экструзии полиолефиновой пленки.
Добавки для улучшения процессов переработки полимеров (PPA) представляют собой функциональные добавки, основная ценность которых заключается в улучшении реологических свойств расплавов полимеров во время экструзии и изменении их взаимодействия с поверхностями оборудования, что позволяет преодолеть ряд трудностей при переработке, повысить эффективность производства и качество продукции.
1. PPA на основе фторполимеров
Химическая структура и характеристики: в настоящее время это наиболее широко используемый, технологически зрелый и наглядно эффективный класс PPA. Обычно это гомополимеры или сополимеры на основе фторолефиновых мономеров, таких как винилиденфторид (VDF), гексафторпропилен (HFP) и тетрафторэтилен (TFE), причем фторэластомеры являются наиболее представительными. Молекулярные цепи этих PPA богаты связями CF с высокой энергией связи и низкой полярностью, которые придают уникальные физико-химические свойства: чрезвычайно низкую поверхностную энергию (подобно политетрафторэтилену/Teflon®), превосходную термическую стабильность и химическую инертность. Что критически важно, фторполимерные PPA обычно демонстрируют плохую совместимость с неполярными полиолефиновыми матрицами (такими как PE, PP). Эта несовместимость является ключевой предпосылкой для их эффективной миграции на металлические поверхности матрицы, где они образуют динамическое смазочное покрытие.
Представительные продукты: Ведущие бренды на мировом рынке фторполимерных PPA включают серию Viton™ FreeFlow™ от Chemours и серию Dynamar™ от 3M, которые занимают значительную долю рынка. Кроме того, некоторые марки фторполимеров от Arkema (серия Kynar®) и Solvay (Tecnoflon®) также используются в качестве или являются ключевыми компонентами в формулах PPA.
2. Технологические добавки на основе силикона (PPA)
Химическая структура и характеристики: Основными активными компонентами в этом классе PPA являются полисилоксаны, обычно называемые силиконами. Полисилоксановая основа состоит из чередующихся атомов кремния и кислорода (-Si-O-) с органическими группами (обычно метил), присоединенными к атомам кремния. Эта уникальная молекулярная структура наделяет силиконовые материалы очень низким поверхностным натяжением, превосходной термической стабильностью, хорошей гибкостью и неадгезивными свойствами по отношению ко многим веществам. Подобно фторполимерным PPA, PPA на основе силикона функционируют, мигрируя на металлические поверхности технологического оборудования, образуя смазочный слой.
Особенности применения: Хотя фторполимерные PPA доминируют в секторе экструзии полиолефиновых пленок, PPA на основе силикона могут демонстрировать уникальные преимущества или создавать синергетические эффекты при использовании в особых сценариях применения или в сочетании с определенными системами смол. Например, их можно рассматривать для применений, требующих чрезвычайно низких коэффициентов трения или когда для конечного продукта требуются особые характеристики поверхности.
Сталкиваетесь с запретами на фторполимеры или проблемами с поставками ПТФЭ?
Решите проблемы экструзии полиолефиновой пленки с помощью решений PPA без ПФАС- Добавки SILIKE на основе полимеров без фтора
Компания SILIKE использует проактивный подход в своей серии продуктов SILIMER, предлагая инновационные решения.Полимерные технологические добавки (PPA), не содержащие ПФАС). Эта комплексная линейка продукции включает в себя 100% чистые PPA, не содержащие PFAS,Полимерные добавки PPA без фтора, иСуперконцентраты PPA без ПФАС и фтора.Кустранение необходимости использования фторсодержащих добавок, эти технологические добавки значительно улучшают процесс производства LLDPE, LDPE, HDPE, mlLDPE, PP и различных процессов экструзии полиолефиновой пленки. Они соответствуют последним экологическим нормам, а также повышают эффективность производства, минимизируют время простоя и улучшают общее качество продукции. Не содержащие PFAS PPA от SILIKE приносят пользу конечному продукту, включая устранение разрыва расплава (акулья кожа), повышенную гладкость и превосходное качество поверхности.
Если вы боретесь с запретами на использование фторполимеров или нехваткой ПТФЭ в процессах экструзии полимеров, SILIKE предлагаетальтернативы фторполимерам PPA/PTFE, Добавки для производства пленки, не содержащие ПФАСкоторые адаптированы под ваши потребности и не требуют никаких изменений в процессе.
Время публикации: 15 мая 2025 г.
