Введение в полиолефины и экструзию пленок.
Полиолефины, класс макромолекулярных материалов, синтезируемых из олефиновых мономеров, таких как этилен и пропилен, являются наиболее широко производимыми и используемыми пластмассами в мире. Их распространенность обусловлена исключительным сочетанием свойств, включая низкую стоимость, отличную технологичность, выдающуюся химическую стабильность и возможность регулирования физических характеристик. Среди разнообразных применений полиолефинов особое место занимают пленочные изделия, выполняющие важные функции в пищевой упаковке, сельскохозяйственных покрытиях, промышленной упаковке, медицинских и гигиенических изделиях, а также в товарах повседневного спроса. Наиболее распространенные полиолефиновые смолы, используемые для производства пленок, включают полиэтилен (ПЭ) – в том числе линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПНП), полиэтилен низкой плотности (ПНП) и полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) – и полипропилен (ПП).
Производство полиолефиновых пленок в основном основано на технологии экструзии, причем основными процессами являются экструзия выдувной пленки и экструзия литой пленки.
1. Процесс экструзии выдувной пленки
Экструзия выдувной пленки — один из наиболее распространенных методов производства полиолефиновых пленок. Основной принцип заключается в экструзии расплавленного полимера вертикально вверх через кольцевую фильеру, образуя тонкостенную трубчатую заготовку. Затем внутрь этой заготовки подается сжатый воздух, вызывая ее раздувание в пузырь диаметром значительно большим, чем диаметр фильеры. По мере подъема пузырь принудительно охлаждается и затвердевает под действием внешнего воздушного кольца. Охлажденный пузырек затем сжимается с помощью прижимных роликов (часто с помощью сжимающей рамы или А-образной рамы) и затем протягивается тяговыми роликами, после чего наматывается на рулон. В результате процесса выдувной пленки обычно получаются пленки с двуосной ориентацией, то есть пленки, обладающие хорошим балансом механических свойств как в машинном направлении (MD), так и в поперечном направлении (TD), таких как прочность на разрыв, сопротивление разрыву и ударная прочность. Толщину пленки и ее механические свойства можно контролировать, регулируя коэффициент нагнетания (BUR – отношение диаметра пузырька к диаметру фильеры) и коэффициент вытяжки (DDR – отношение скорости вытяжки к скорости экструзии).
2. Процесс экструзии литой пленки
Экструзия литой пленки — еще один важный производственный процесс для полиолефиновых пленок, особенно подходящий для изготовления пленок, требующих превосходных оптических свойств (например, высокой прозрачности, высокого блеска) и отличной однородности толщины. В этом процессе расплавленный полимер экструдируется горизонтально через плоскую щелевую Т-образную фильеру, образуя однородное расплавленное полотно. Затем это полотно быстро вытягивается на поверхность одного или нескольких высокоскоростных, внутренне охлаждаемых валков. Расплав быстро затвердевает при контакте с поверхностью холодного валка. Литые пленки, как правило, обладают превосходными оптическими свойствами, мягкой текстурой и хорошей термосвариваемостью. Точный контроль зазора между кромками фильеры, температуры охлаждающих валков и скорости вращения позволяет точно регулировать толщину пленки и качество поверхности.
6 главных проблем экструзии полиолефиновых пленок
Несмотря на зрелость экструзионной технологии, производители часто сталкиваются с рядом технологических трудностей при практическом производстве полиолефиновых пленок, особенно при стремлении к высокой производительности, эффективности, уменьшению толщины и при использовании новых высокоэффективных смол. Эти проблемы влияют не только на стабильность производства, но и напрямую сказываются на качестве конечного продукта и его стоимости. Ключевые проблемы включают в себя:
1. Разрушение расплава (эффект «акульей кожи»): это один из наиболее распространенных дефектов при экструзии полиолефиновых пленок. Макроскопически он проявляется в виде периодических поперечных волн или неровной шероховатой поверхности пленки, а в тяжелых случаях — в виде более выраженных деформаций. Разрушение расплава происходит главным образом тогда, когда скорость сдвига полимерного расплава на выходе из фильеры превышает критическое значение, что приводит к прерывистым колебаниям между стенкой фильеры и основным расплавом, или когда растягивающее напряжение на выходе из фильеры превышает прочность расплава. Этот дефект серьезно ухудшает оптические свойства пленки (прозрачность, блеск), гладкость поверхности, а также может снижать ее механические и барьерные свойства.
2. Загрязнение матрицы смолой: Это относится к постепенному накоплению продуктов деградации полимеров, низкомолекулярных фракций, плохо диспергированных добавок (например, пигментов, антистатических агентов, скользящих агентов) или гелей из смолы на краях кромок матрицы или внутри полости матрицы. Эти отложения могут отслаиваться во время производства, загрязняя поверхность пленки и вызывая дефекты, такие как гели, полосы или царапины, что влияет на внешний вид и качество продукции. В тяжелых случаях загрязнение матрицы может блокировать выходное отверстие матрицы, что приводит к отклонениям толщины, разрыву пленки и, в конечном итоге, к остановке производственной линии для очистки матрицы, что влечет за собой значительные потери эффективности производства и потери сырья.
3. Высокое давление экструзии и его колебания: При определенных условиях, особенно при обработке высоковязких смол или использовании меньших зазоров между фильерами, давление внутри экструзионной системы (особенно в экструзионной головке и фильере) может стать чрезмерно высоким. Высокое давление не только увеличивает энергопотребление, но и представляет риск для срока службы оборудования (например, шнека, цилиндра, фильеры) и безопасности. Кроме того, нестабильные колебания давления экструзии напрямую вызывают изменения в выходе расплава, что приводит к неравномерной толщине пленки.
4. Ограниченная производительность: Чтобы предотвратить или смягчить такие проблемы, как растрескивание расплава и образование налета на фильере, 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 крупномасштабное производство недорогих пленок.
5. Трудности в контроле толщины пленки: нестабильность потока расплава, неравномерное распределение температуры по фильере и образование наплывов в фильере могут способствовать изменению толщины пленки как в поперечном, так и в продольном направлении. Это влияет на последующие технологические характеристики пленки и ее свойства при использовании.
6. Сложности при смене смолы: При переходе между различными типами или марками полиолефиновых смол, а также при смене цветных мастербатчей, остатки материала от предыдущего цикла часто трудно полностью удалить из экструдера и фильеры. Это приводит к смешиванию старого и нового материалов, образованию переходного материала, увеличению времени переналадки и росту брака.
Эти распространенные технологические проблемы ограничивают усилия производителей полиолефиновых пленок по повышению качества продукции и эффективности производства, а также создают препятствия для внедрения новых материалов и передовых технологических процессов. Поэтому поиск эффективных решений для преодоления этих проблем имеет решающее значение для устойчивого и здорового развития всей отрасли экструзии полиолефиновых пленок.
Технологические добавки для полимеров (ТПП) — это функциональные присадки, основная ценность которых заключается в улучшении реологических свойств полимерных расплавов в процессе экструзии и изменении их взаимодействия с поверхностями оборудования, что позволяет преодолеть ряд технологических трудностей и повысить эффективность производства и качество продукции.
1. Полимеры на основе фторполимеров
Химическая структура и характеристики: В настоящее время это наиболее широко используемый, технологически зрелый и доказано эффективный класс полифенольных адгезивов (ППА). Как правило, это гомополимеры или сополимеры на основе фторолефиновых мономеров, таких как винилиденфторид (ВДФ), гексафторпропилен (ГФП) и тетрафторэтилен (ТФЭ), причем наиболее представительными являются фторэластомеры. Молекулярные цепи этих ППА богаты высокоэнергетическими, низкополярными связями CF, которые придают им уникальные физико-химические свойства: чрезвычайно низкую поверхностную энергию (подобно политетрафторэтилену/тефлону®), превосходную термическую стабильность и химическую инертность. Критически важно отметить, что фторполимерные ППА обычно обладают плохой совместимостью с неполярными полиолефиновыми матрицами (такими как ПЭ, ПП). Эта несовместимость является ключевым условием для их эффективной миграции к металлическим поверхностям матрицы, где они образуют динамическое смазывающее покрытие.
Типичные продукты: К ведущим брендам на мировом рынке фторполимерных полиакрилатов относятся серии Viton™ FreeFlow™ от Chemours и 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 рецептурах полиакрилатов.
2. Технологические добавки на основе силикона (PPAs)
Химическая структура и характеристики: Основными активными компонентами в этом классе ППА являются полисилоксаны, обычно называемые силиконами. Полисилоксановая основа состоит из чередующихся атомов кремния и кислорода (-Si-O-), к которым присоединены органические группы (обычно метильные). 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 ППА, силиконовые ППА действуют за счет миграции к металлическим поверхностям технологического оборудования, образуя смазывающий слой.
Особенности применения: Хотя фторполимерные полиакриловые кислоты доминируют в секторе экструзии полиолефиновых пленок, полиакриловые кислоты на основе силикона могут обладать уникальными преимуществами или создавать синергетический эффект при использовании в определенных сценариях применения или в сочетании с конкретными смоляными системами. Например, их можно рассматривать для применений, требующих чрезвычайно низких коэффициентов трения, или там, где желательны определенные характеристики поверхности конечного продукта.
Столкнулись с запретами на фторполимеры или проблемами с поставками ПТФЭ?
Решите проблемы экструзии полиолефиновых пленок с помощью решений на основе ПФА, не содержащих ПФАС.-Не содержащие фтора полимерные добавки SILIKE
Компания SILIKE применяет проактивный подход к своей серии продуктов SILIMER, предлагая инновационные решения.Добавки для переработки полимеров, не содержащие ПФАС (ПФАС).Эта обширная линейка продукции включает в себя 100% чистые ПФАС, не содержащие ПФАС.Добавки к полимеру ППА без фтора, иМастербатчи PPA без ПФА и фтора.Кустранение необходимости в фторсодержащих добавкахЭти технологические добавки значительно улучшают производственный процесс экструзии LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP и различных полиолефиновых пленок. Они соответствуют последним экологическим нормам, одновременно повышая эффективность производства, минимизируя время простоя и улучшая общее качество продукции. Не содержащие PFAS добавки SILIKE обеспечивают преимущества для конечного продукта, включая устранение трещин в расплаве (эффект «акульей кожи»), улучшенную гладкость и превосходное качество поверхности.
Если вы сталкиваетесь с последствиями запретов на фторполимеры или нехваткой ПТФЭ в процессах экструзии полимеров, компания SILIKE предлагает...альтернативы фторполимерам ППА/ПТФЭ, Добавки без ПФАС для производства пленоккоторые разработаны с учетом ваших потребностей и не требуют изменения процессов.
Дата публикации: 15 мая 2025 г.
