Blown film extrusion/uk

▼Це тематична сторінка .Appropedia зосереджена на оригінальних дослідженнях , але ця сторінка надає корисний контекст і допомагає в навігації сайтом. Ви можете допомогти Appropedia, покращивши цю сторінку .

Екструзія плівки з роздуванням – це технологія, яка є найпоширенішим методом виготовлення пластикових плівок ^W , особливо для пакувальної промисловості ^{[ 1 ]} . Процес включає екструзію трубки розплавленого полімеру ^W через фільєру та надування до розміру, що в кілька разів перевищує її початковий діаметр, для утворення тонкої плівкової бульбашки. Ця бульбашка потім стискається та використовується як плоска плівка або може бути виготовлена ​​з пакетів. Зазвичай у цьому процесі використовується поліетилен ^{W , а інші матеріали можуть бути використані як суміші з цими полімерами. [ 1 ]} Схема поліетиленового ланцюга показана на рисунку 1 праворуч.

На етапі охолодження екструзії плівки методом роздування, аморфний прозорий розплав ^{W кристалізується ,} утворюючи напівпрозору, каламутну або непрозору плівку. Точка, де починається непрозорість у бульбашці, відома як лінія інею.

Висота лінії морозу контролюється кількома параметрами: потоком повітря, швидкістю плівки та різницею температур між плівкою та навколишнім середовищем. ^{[ 2 ]} Властивості плівки, такі як міцність на розтяг, міцність на вигин, ударна в'язкість та оптичні властивості, різко змінюються залежно від орієнтації молекул. ^{[ 2 ]} Зі збільшенням властивостей у поперечному або кільцевому напрямку властивості у машинному або поздовжньому напрямку зменшуються. Наприклад, якби всі молекули були вирівняні в машинному напрямку, плівку було б легко розірвати в цьому напрямку та дуже важко в поперечному напрямку.

Зазвичай екструзія плівки з роздуванням здійснюється вертикально вгору, проте процеси горизонтальної та низхідної екструзії зараз стають все більш поширеними ^{[ 3 ] [ 2 ].} На рисунку 2 показано схему установки для екструзії плівки з роздуванням. Ця процедура складається з чотирьох основних кроків:

1. Полімерний матеріал спочатку утворюється у формі гранул, які послідовно ущільнюються та плавляться, утворюючи безперервну, в'язку рідину ^{W. [ 4 ]} Потім цей розплавлений пластик продавлюється або екструдується ^W через кільцеву матрицю.
2. Повітря впорскується через отвір у центрі матриці ^W , і тиск змушує екструдований розплав розширюватися, перетворюючись на бульбашку. Повітря, що потрапляє в бульбашку, замінює повітря, що виходить з неї, таким чином підтримується рівномірний і постійний тиск для забезпечення однорідної товщини плівки. ^{[ 3 ]}
3. Бульбашка постійно витягується вгору з матриці, а охолоджувальне кільце видуває повітря на плівку. Плівку також можна охолоджувати зсередини за допомогою внутрішнього охолодження бульбашки. Це знижує температуру всередині бульбашки, зберігаючи при цьому діаметр бульбашки. ^{[ 2 ]}
4. Після затвердіння ^W на лінії замерзання плівка переміщується до набору притискних роликів, які стискають бульбашку та розплющують її на два плоскі шари плівки. Натягувальні ролики натягують плівку на намотувальні ролики. Під час цього процесу плівка проходить через натяжні ролики, щоб забезпечити рівномірний натяг плівки. Між притискними роликами та намотувальними роликами плівка може проходити через обробний центр, залежно від застосування. На цьому етапі плівка може бути розрізана для формування однієї або двох плівок або оброблена поверхня. ^{[ 2 ]}

Видувна плівка зазвичай має кращий баланс механічних властивостей, ніж литі або екструдовані плівки, оскільки її витягують як у поперечному, так і в машинному напрямках. Механічні властивості тонкої плівки включають міцність на розтяг і вигин, а також в'язкість. Майже однорідні властивості в обох напрямках забезпечують максимальну в'язкість плівки. ^{[ 1 ] [ 5 ]}

Екструзія плівки методом видування може бути використана для виготовлення однієї великої плівки, двох менших або трубок, з яких можна зробити пакети. Крім того, одна матриця може виготовляти плівки різної ширини та розмірів без значного обрізання. Цей високий рівень гнучкості в процесі призводить до меншої кількості відходів та вищої продуктивності. Плівки методом видування також потребують нижчих температур плавлення, ніж литі екструзії. Виміряна на отворі матриці, температура литої плівки становить близько 220°C ^{[ 6 ]} , тоді як температура плівки методом видування становить близько 135°C. ^{[ 7 ]} Крім того, вартість обладнання становить приблизно 50% від вартості литої ^W- лінії. ^{[ 2 ]}

Плівка, отримана методом видуву, має менш ефективний процес охолодження, ніж плоска плівка. Охолодження плоскої плівки здійснюється за допомогою охолоджувальних валків або води ^{[ 5 ]} , які мають значно вищу питому теплоємність, ніж повітря, що використовується в процесі охолодження плівки методом видуву. Вища питома теплоємність ^W дозволяє речовині поглинати більше тепла з меншою зміною температури речовини. Порівняно з литою плівкою, плівка, отримана методом видуву, має складніший і менш точний метод контролю товщини плівки; лита плівка має коливання товщини від 1 до 2% порівняно з 3-4% для плівки, отриманої методом видуву. ^{[ 2 ]} Смоли, що використовуються для лиття, зазвичай мають нижчий індекс плинності розплаву ^{[ 2 ]} , який являє собою кількість полімеру, яку можна проштовхнути через стандартну форму за 10 хвилин згідно зі стандартною процедурою. ^{[ 8 ]} Індекс плинності розплаву для литої плівки становить близько 5,0 г/10 хв ^{[ 9 ]} , тоді як для плівки, отриманої методом видуву, він становить близько 1,0 г/10 хв. ^{[ 10 ]} Отже, продуктивність литої плівки вища: лінії для лиття плівки можуть досягати продуктивності до 300 м/хв, тоді як лінії для видувної плівки зазвичай мають меншу продуктивність, ніж половина цього значення. ^{[ 11 ]} І, нарешті, лиття плівки має кращі оптичні властивості, включаючи прозорість ^W , матовість та блиск.

• Захоплення повітря між шарами плівки та роликами – це може спричинити подряпини або зморшки плівки, або проблеми з обробкою під час намотування плівки через зменшення тертя. Можливими рішеннями цієї проблеми є використання вакууму для видалення захопленого повітря або використання намотувальних роликів з ромбоподібною канавкою в гумовому покритті для збільшення площі поверхні та зменшення кількості захопленого повітря в плівці. ^{[ 2 ]}
• Значні коливання виходу з матриці – це призводить до варіацій товщини, і цьому можна запобігти, підтримуючи чистоту екструдера та використовуючи в екструдері гранули більш рівномірної форми. ^{[ 12 ]}
• Тріщини розплаву – вони проявляються у вигляді шорсткості або хвилястих ліній на поверхні плівки та можуть бути усунені шляхом зниження в'язкості розплаву полімеру. Це можна зробити, підвищивши температуру плавлення або додавши внутрішню мастильну речовину до складу матеріалу. ^{[ 12 ]}
• Різниця товщини плівки – цього можна уникнути, центруючи фільєру в екструзійній лінії перед кожним циклом, регулюючи швидкість повітря в системі охолодження або використовуючи підігріті краї фільєри. ^{[ 12 ]}
• Лінії відбиття на поверхні плівки – цей дефект знижує естетичну привабливість плівки, погіршує оптичні властивості та послаблює механічні властивості, такі як міцність на розрив. Зазвичай цього можна уникнути, регулярно очищаючи внутрішні поверхні матриці та шліфуючи подряпані або шорсткі поверхні потоку. ^{[ 12 ]}
• Гелі – ці дефекти являють собою невеликі тверді глобули, інкапсульовані в плівці або застряглі на її поверхні, які знижують естетичну привабливість плівки та спричиняють точки концентрації напружень, що може призвести до передчасного руйнування. Вони виникають через перегрів до точки деградації полімеру у штампі, і тому їх можна уникнути, регулярно очищаючи внутрішні поверхні штампа. ^{[ 12 ]}

Один із способів покращити ефективність лінії екструзії плівки з роздуванням – це впровадження коекструзії. Це процес одночасного екструдування двох або більше матеріалів через одну фільєру. Отвори у фільєрі розташовані таким чином, що шари зливаються разом перед охолодженням. ^{[ 2 ]} Цей процес економить час, оскільки він екструдує два або більше шарів одночасно, і забезпечує метод з меншою кількістю кроків для виробництва багатошарових плівок. Швидкість виробництва коекструзованої багатошарової плівки з трьох шарів становить близько 65 м/хв, ^{[ 13 ]} а швидкість виробництва одного шару плівки з роздуванням – близько 130 м/хв. ^{[ 11 ]} Таким чином, для виробництва 10 000 м тришарової багатошарової плівки знадобиться майже 4 години при використанні процесу одношарової плівки з роздуванням і лише 2,5 години при використанні процесу коекструзії. Крім того, плівка, виготовлена ​​за допомогою процесу одношарової екструзії, потребуватиме додаткового кроку для склеювання шарів разом за допомогою якогось клею. Коекструзія є найменш витратним способом виробництва шаруватих плівок, а система коекструзії здатна швидко перемикатися, щоб мінімізувати час простою виробничої лінії. ^{[ 14 ]}

Ефективність екструзії плівки методом роздування можна підвищити, мінімізуючи температуру розплаву полімеру. Зниження температури розплаву призводить до того, що розплав потребує менше нагрівання в екструдері. Звичайні умови екструзії мають температуру плавлення близько 190°C ^{[ 15 ],} незважаючи на те, що температура розплаву повинна бути лише близько 135°C. ^{[ 7 ]} Однак не завжди практично знижувати температуру плавлення на стільки. Знижуючи температуру розплаву на 2-20°C, навантаження на двигун можна зменшити приблизно на 1-10%. ^{[ 16 ]} Крім того, зниження температури розплаву призводить до меншої потреби в охолодженні, тому зменшується використання системи охолодження. Більше того, відведення тепла від бульбашки зазвичай є фактором, що обмежує швидкість у цьому процесі екструзії, тому, маючи менше тепла в полімері для відведення, можна збільшити швидкість процесу, що призведе до вищої продуктивності. Одним зі способів підтримувати мінімальну температуру розплаву є вибір екструдера, який відповідає конкретним умовам обробки, таким як матеріал розплаву, тиск і пропускна здатність. ^{[ 12 ]}

Зазвичай, вирішення проблеми розплавлених тріщин передбачає зменшення продуктивності або підвищення температури розплаву для зменшення напруження зсуву в екструдері. Обидва ці методи не є ідеальними, оскільки вони обидва знижують ефективність лінії видувної плівки. Підігріті краї екструзійних фільєр можуть вирішити цю проблему. Цей цілеспрямований метод нагрівання дозволяє екструдерам плівки працювати з вищими виробничими швидкостями з вужчими зазорами між фільєрами, одночасно усуваючи розломи розплаву. ^{[ 17 ]} Пряме тепло подається на поверхню полімерного розплаву, коли він виходить з фільєри, що зменшує в'язкість. Таким чином, розломи розплаву, які виникають при спробі екструдувати занадто багато полімеру за один раз, більше не будуть обмежувальним фактором для збільшення виробничої швидкості. ^{[ 17 ]} Крім того, підігріті краї фільєр споживають менше енергії, ніж підвищення температури плавлення, оскільки нагрівається лише поверхня розплаву, а не основна частина рідини. Ще однією перевагою використання підігрітих країв фільєр полягає в тому, що варіації товщини можна контролювати, додаючи тепло до певних ділянок вздовж кола фільєри, щоб зробити плівку в цьому положенні тоншою. Це гарантуватиме, що не буде використано надлишковий матеріал. ^{[ 18 ]}

• Сільськогосподарська плівка
• Сумки
• Промислова упаковка, термоусадкова плівка ^W , стрейч-плівка
• Споживча упаковка, харчова плівка, транспортна упаковка (показано на рисунку 3)
• Ламінування ^W- плівки
• Бар'єрна плівка
• Багатошарова плівка ^W
• Було проведено дослідження з метою вивчення можливості використання екструзії плівки методом роздування у великомасштабному виробництві плівок з вуглецевих нанотрубок ^W та нанодротів ^{W [ 19 ] [ 20 ].}