Blown film extrusion/zh
吹膜挤出是一种制造塑胶W薄膜最常用的方法，特别是在包装行业中[1]。该过程包括透过模具挤出一管熔融聚合物W并膨胀至其初始直径的数倍以形成薄膜气泡。然后，该气泡破裂并用作平铺薄膜或可制成袋子。此制程通常使用聚乙烯W ，也可以使用其他材料与这些聚合物共混。[1]聚乙烯链的示意图如图 1 右侧所示。
聚合物的背景理论
在吹膜挤出的冷却步骤中，无定形W、透明熔体结晶W以形成半透明、模糊或不透明的薄膜。气泡中开始不透明的点称为霜线。
霜线高度由几个参数控制：气流、涂膜速度以及涂膜与周围环境的温差。[2]薄膜的拉伸强度、弯曲强度、韧性和光学性能等性能根据分子的取向而发生巨大变化。[2]随着横向或环向性能的增加，纵向或纵向性能降低。例如，如果所有分子都沿着纵向排列，则沿着该方向很容易撕裂薄膜，而沿着横向则非常困难。
吹膜工艺
通常，吹塑薄膜挤出是垂直向上进行的，但水平和向下挤出制程现在变得更加常见[3] [2]图 2 显示了吹塑薄膜挤出装置的示意图。该过程由四个主要步骤组成：
- 聚合物材料以颗粒形式开始，随后被压实并熔化以形成连续的黏性W液体。[4]然后，此熔融塑胶被强制或挤出W穿过环形模具。
- 空气通过模具W中心的孔注入，压力导致挤出的熔体膨胀成气泡。进入气泡的空气取代离开气泡的空气，从而保持均匀恒定的压力，以确保薄膜厚度均匀。[3]
- 气泡从模具中不断向上拉，冷却环将空气吹到薄膜上。薄膜也可以使用内部气泡冷却从内部冷却。这降低了气泡内部的温度，同时保持了气泡直径。[2]
- 在霜线处固化W后，薄膜会移动到一组夹辊中，使气泡破裂并将其压平成两个平坦的薄膜层。牵引辊将薄膜拉到卷绕辊上。在此过程中薄膜通过惰辊，以确保薄膜张力均匀。根据应用，薄膜可以在压送辊和卷绕辊之间穿过处理中心。在此阶段期间，膜可以切开以形成一层或两层膜，或进行表面处理。[2]
优点
吹塑薄膜通常比流延薄膜或挤出薄膜具有更好的机械性能平衡，因为它是在横向和纵向上拉伸的。薄膜的机械性质包括拉伸强度和弯曲强度以及韧性。两个方向上几乎均匀的特性使薄膜具有最大的韧性。[1] [5]
吹塑薄膜挤出可用于制造一张大薄膜、两张较小的薄膜或可制成袋子的管材。此外，一个模具可以制造多种不同的宽度和尺寸，而无需进行大量修整。这种流程的高度灵活性可减少废料并提高生产力。吹塑薄膜也需要比流延挤出更低的熔融温度。在模口处测量，流延薄膜的温度约为 220°C，[6]，而吹塑薄膜的温度约为 135°C。[7]此外，设备成本约为铸造W线的 50%。[2]
缺点
吹膜的冷却过程不如平膜有效。平膜冷却是透过冷却辊或水来完成的，[5]其比热容明显高于吹膜冷却过程中使用的空气。较高的比热容W允许物质吸收更多的热量而物质温度的变化较小。与流延膜相比，吹膜的膜厚控制方法更为复杂且精确度较低；流延薄膜的厚度变化为 1% 至 2%，而吹塑薄膜的厚度变化为 3% 至 4%。[2]用于铸造的树脂通常具有较低的熔体流动指数，[2]这是根据标准程序在 10 分钟内通过标准模具的聚合物量。[8]流延薄膜的熔体流动指数约为 5.0 g/10 分钟[9]，而吹塑薄膜的熔体流动指数约为 1.0 g/10 分钟。[10]因此，流延薄膜的生产率更高：流延薄膜生产线的生产率可高达 300m/min，而吹塑薄膜生产线的生产率通常不到该值的一半。[11]最后，流延薄膜具有更好的光学性能，包括透明度W、雾度和光泽度。
常见问题
- 薄膜层和滚筒之间存在空气滞留——这可能会导致薄膜刮伤或起皱，或者在卷绕薄膜时由于摩擦力减小而导致加工问题。对此可能的解决方案是使用真空去除夹带的空气，或使用橡胶覆盖层中带有菱形凹槽的卷绕辊来增加表面积并减少薄膜中夹带的空气量。[2]
- 模具的输出波动较大——这会导致厚度变化，可以透过保持挤出机清洁并在挤出机中使用形状更一致的颗粒来防止。[12]
- 熔体破裂－在薄膜表面表现为粗糙或波浪线，可以透过降低聚合物熔体的黏度来消除。这可以透过提高熔化温度或向材料组合物中添加内部润滑剂来实现。[12]
- 薄膜的厚度变化－这可以透过在每次运行前将模具置于挤出生产线上的中心、调整冷却系统的空气速度或使用加热模唇来避免。[12]
- 薄膜表面的模痕－这种缺陷会降低薄膜的美观性，降低光学性能，并削弱撕裂强度等机械性质。通常可以透过定期清洁模具内表面以及修补刮伤或粗糙的流动表面来避免这种情况。[12]
- 凝胶 - 这些缺陷是封装在薄膜中或黏附在薄膜表面上的小而硬的球体，会降低薄膜的美观性并导致应力集中点，从而可能导致过早失效。这些是由于模具中过热到聚合物降解点引起的，因此可以透过定期清洁模具的内表面来避免。[12]
流程优化
共挤
提高吹膜挤出生产线效率的一种方法是实施共挤出。这是透过单一模具同时挤出两种或多种材料的过程。模具中的孔口布置成使得各层在冷却前合并在一起。[2]该制程可以同时挤出两层或多层，因此可以节省时间，并且提供了一种步骤较少的多层薄膜生产方法。三层共挤多层薄膜的生产速度约为 65m/min，[13]，单层吹塑薄膜的生产速度约为 130m/min。[11]因此，为了生产10 000m的三层多层薄膜，使用单层吹膜制程需要近4小时，而使用共挤出制程只需2个半小时。此外，透过单层制程生产的薄膜需要额外的步骤，使用某种黏合剂将各层黏合在一起。共挤是生产层状薄膜最便宜的方法，共挤系统能够快速转换，以最大限度地减少生产线的停机时间。[14]
最大限度降低熔化温度
透过最大限度地降低聚合物熔体的温度可以提高吹膜挤出的效率。熔体温度的降低导致熔体在挤出机中需要较少的加热。尽管熔体温度仅需约 135°C，但正常挤出条件的熔融温度约为 190°C [15] 。[7]然而，将熔化温度降低那么多并不总是可行的。将熔体温度降低2至20°C，马达负载可减少约1至10%。[16]此外，熔体温度的降低导致冷却需求减少，因此冷却系统的使用减少。此外，从气泡中去除热量通常是该挤出过程中的速率限制因素，因此透过减少聚合物中需要去除的热量，可以提高该过程的速率，从而产生更高的生产率。将熔体温度保持在最低的一种方法是选择与特定加工条件（例如熔体材料、压力和吞吐量）相匹配的挤出机。[12]
加热挤出模唇
通常，熔体破裂的解决方案包括降低产量或提高熔体温度以降低挤出机中的剪切应力。这两种方法都不理想，因为它们都会降低吹膜生产线的效率。加热挤出模唇可以解决这个问题。这种有针对性的加热方法使薄膜挤出机能够以更高的生产率和更窄的模头间隙运行，同时消除熔体破裂。[17]当聚合物熔体离开模具时，直接加热其表面，从而降低黏度。因此，当尝试一次挤出过多的聚合物时引起的熔体破裂将不再成为提高生产率的限制因素。[17]此外，加热模唇比提高熔化温度消耗的能量更少，因为只有熔体的表面被加热，而不是液体的大部分。使用加热模唇的另一个好处是，可以透过向模具圆周的某些区域加热以使该位置的薄膜更薄来控制厚度变化。这将确保不使用多余的材料。[18]
应用领域
- 农膜_
- 包包
- 工业包装、收缩膜W、伸展膜
- 消费品包装、食品包装、运输包装（如图 3 所示）
- 贴合W膜
- 阻隔膜
- 多层膜W
- 人们已经进行了研究，探索将吹膜挤出纳入碳奈米管W和奈米线W薄膜的大规模制造中[19] [20]
参考
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