Správy

Úvod do polyolefínov a extrúzie fólií

Polyolefíny, trieda makromolekulárnych materiálov syntetizovaných z olefínových monomérov, ako je etylén a propylén, sú celosvetovo najrozšírenejšie vyrábané a používané plasty. Ich rozšírenosť pramení z výnimočnej kombinácie vlastností, vrátane nízkych nákladov, vynikajúcej spracovateľnosti, vynikajúcej chemickej stability a prispôsobiteľných fyzikálnych vlastností. Medzi rôznymi aplikáciami polyolefínov zaujímajú fóliové produkty prvoradé postavenie a slúžia ako kľúčové prvky pri balení potravín, poľnohospodárskych krytinách, priemyselných obaloch, zdravotníckych a hygienických výrobkoch a spotrebnom tovare dennej potreby. Medzi najbežnejšie polyolefínové živice používané na výrobu fólií patrí polyetylén (PE) – vrátane lineárneho polyetylénu s nízkou hustotou (LLDPE), polyetylénu s nízkou hustotou (LDPE) a polyetylénu s vysokou hustotou (HDPE) – a polypropylén (PP).

Výroba polyolefínových fólií sa primárne spolieha na technológiu extrúzie, pričom dva hlavné procesy sú extrúzia vyfukovaním fólie a extrúzia liatou fóliou.

1. Proces extrúzie vyfukovanej fólie

Vyfukovaná extrúzia fólie je jednou z najbežnejších metód výroby polyolefínových fólií. Základný princíp spočíva v extrúzii roztaveného polyméru vertikálne nahor cez prstencovú matricu, čím sa vytvorí tenkostenný rúrkový predliatok. Následne sa do vnútra tohto predlisku zavádza stlačený vzduch, ktorý spôsobuje jeho nafúknutie do bubliny s priemerom výrazne väčším ako je priemer matrice. Ako bublina stúpa, je násilne ochladzovaná a stuhnutá vonkajším vzduchovým krúžkom. Ochladená bublina je potom zmrštená sadou stieracích valčekov (často pomocou skladacieho rámu alebo rámu v tvare A) a následne ťahaná trakčnými valčekmi pred navinutím na rolku. Proces vyfukovania fólie zvyčajne vedie k fóliám s biaxiálnou orientáciou, čo znamená, že vykazujú dobrú rovnováhu mechanických vlastností v smere stroja (MD) aj v priečnom smere (TD), ako je pevnosť v ťahu, odolnosť proti roztrhnutiu a rázová húževnatosť. Hrúbku fólie a mechanické vlastnosti je možné regulovať nastavením pomeru vyfukovania (BUR – pomer priemeru bubliny k priemeru matrice) a pomeru ťahania (DDR – pomer rýchlosti navíjania k rýchlosti extrúzie).

2. Proces extrúzie liatej fólie

Extrúzia liatych fólií je ďalším dôležitým výrobným procesom pre polyolefínové fólie, obzvlášť vhodným na výrobu fólií, ktoré vyžadujú vynikajúce optické vlastnosti (napr. vysokú čírosť, vysoký lesk) a vynikajúcu rovnomernosť hrúbky. V tomto procese sa roztavený polymér extruduje horizontálne cez plochú štrbinovú T-hubicu, čím sa vytvorí rovnomerná roztavená sieťovina. Táto sieťovina sa potom rýchlo natiahne na povrch jedného alebo viacerých vysokorýchlostných, vnútorne chladených chladiacich valcov. Tavenina pri kontakte s povrchom studeného valca rýchlo tuhne. Liate fólie majú vo všeobecnosti vynikajúce optické vlastnosti, mäkký pocit a dobrú tepelnú zvárateľnosť. Presná kontrola medzery medzi hubicami, teploty chladiacich valcov a rýchlosti otáčania umožňuje presnú reguláciu hrúbky fólie a kvality povrchu.

6 najväčších výziev pri extrúzii polyolefínových fólií

Napriek vyspelosti extrúznej technológie sa výrobcovia pri praktickej výrobe polyolefínových fólií často stretávajú s radom ťažkostí pri spracovaní, najmä pri snahe o vysoký výkon, účinnosť, tenšie hrúbky a pri použití nových vysokovýkonných živíc. Tieto problémy nielen ovplyvňujú stabilitu výroby, ale priamo ovplyvňujú aj kvalitu a náklady konečného produktu. Medzi kľúčové výzvy patria:

1. Lom taveniny (žraločia koža): Toto je jedna z najčastejších chýb pri extrúzii polyolefínových fólií. Makroskopicky sa prejavuje ako periodické priečne vlnky alebo nepravidelne drsný povrch fólie, alebo v závažných prípadoch výraznejšími deformáciami. K lomu taveniny dochádza predovšetkým vtedy, keď šmyková rýchlosť polymérnej taveniny vystupujúcej z matrice prekročí kritickú hodnotu, čo vedie k osciláciám typu stick-slip medzi stenou matrice a objemovou taveninou, alebo keď predĺžené napätie na výstupe z matrice prekročí pevnosť taveniny. Táto chyba výrazne zhoršuje optické vlastnosti fólie (čírosť, lesk), hladkosť povrchu a môže tiež zhoršiť jej mechanické a bariérové ​​vlastnosti.

2. Usadeniny na matricovom nástroji / Usadeniny na matricovom nástroji: Toto sa vzťahuje na postupné hromadenie produktov degradácie polymérov, nízkomolekulárnych frakcií, zle dispergovaných prísad (napr. pigmentov, antistatických činidiel, klzných prostriedkov) alebo gélov zo živice na okrajoch pera matrice alebo v dutine matrice. Tieto usadeniny sa môžu počas výroby uvoľniť, kontaminovať povrch filmu a spôsobiť chyby, ako sú gély, pruhy alebo škrabance, čím ovplyvňujú vzhľad a kvalitu výrobku. V závažných prípadoch môžu usadeniny na matricovom nástroji zablokovať výstup z matrice, čo vedie k odchýlkam v hrúbke, trhaniu filmu a v konečnom dôsledku k nútenému odstaveniu výrobnej linky kvôli čisteniu matrice, čo má za následok významné straty efektivity výroby a plytvanie surovinami.

3. Vysoký tlak a kolísanie extrúzie: Za určitých podmienok, najmä pri spracovaní vysokoviskóznych živíc alebo pri použití menších medzier v matricách, môže byť tlak v extrúznom systéme (najmä v hlave extrudéra a matrice) nadmerne vysoký. Vysoký tlak nielen zvyšuje spotrebu energie, ale predstavuje aj riziko pre životnosť zariadenia (napr. závitovky, valca, matrice) a bezpečnosť. Okrem toho nestabilné kolísanie tlaku extrúzie priamo spôsobuje zmeny vo výstupe taveniny, čo vedie k nerovnomernej hrúbke filmu.

4. Obmedzená priepustnosť: Aby sa predišlo problémom, ako je praskanie taveniny a hromadenie usadenín v matrici, alebo aby sa tieto problémy zmiernili, výrobcovia sú často nútení znižovať rýchlosť závitovky extrudéra, čím sa obmedzuje výkon výrobnej linky. To priamo ovplyvňuje efektivitu výroby a výrobné náklady na jednotku produktu, čo sťažuje uspokojenie dopytu trhu po veľkoobjemových nízkonákladových fóliách.

5. Ťažkosti s kontrolou hrúbky: Nestabilita toku taveniny, nerovnomerné rozloženie teploty v matricovej forme a nánosy na matricovej forme môžu prispievať k zmenám hrúbky filmu, a to priečne aj pozdĺžne. To ovplyvňuje následný spracovateľský výkon filmu a jeho konečné použitie.

6. Náročná zmena živice: Pri prechode medzi rôznymi typmi alebo druhmi polyolefínových živíc alebo pri zmene farby masterbatchov je často ťažké úplne odstrániť zvyškový materiál z predchádzajúceho cyklu z extrudéra a matrice. To vedie k zmiešaniu starých a nových materiálov, vzniku prechodného materiálu, predlžovaniu časov zmeny a zvyšovaniu miery odpadu.

Tieto bežné problémy so spracovaním obmedzujú úsilie výrobcov polyolefínových fólií o zlepšenie kvality výrobkov a efektívnosti výroby a tiež predstavujú prekážky pri zavádzaní nových materiálov a pokročilých techník spracovania. Preto je hľadanie účinných riešení na prekonanie týchto výziev kľúčové pre trvalý a zdravý rozvoj celého odvetvia extrúzie polyolefínových fólií.

Riešenia pre proces extrúzie polyolefínových fólií: Pomocné látky pri spracovaní polymérov (PPA)

Pomocné látky pri spracovaní polymérov (PPA) sú funkčné prísady, ktorých hlavná hodnota spočíva v zlepšení reologického správania sa polymérnych tavenín počas extrúzie a modifikácii ich interakcie s povrchmi zariadení, čím sa prekonáva celý rad ťažkostí pri spracovaní a zvyšuje sa efektivita výroby a kvalita výrobkov.

1. PPA na báze fluórpolymérov

Chemická štruktúra a vlastnosti: V súčasnosti ide o najpoužívanejšiu, technologicky najvyspelejšiu a preukázateľne účinnú triedu PPA. Typicky ide o homopolyméry alebo kopolyméry na báze fluórolefínových monomérov, ako je vinylidénfluorid (VDF), hexafluórpropylén (HFP) a tetrafluóretylén (TFE), pričom najreprezentatívnejšie sú fluórelastoméry. Molekulové reťazce týchto PPA sú bohaté na väzby CF s vysokou energiou väzieb a nízkou polaritou, ktoré im dodávajú jedinečné fyzikálno-chemické vlastnosti: extrémne nízku povrchovú energiu (podobnú polytetrafluóretylénu/teflónu®), vynikajúcu tepelnú stabilitu a chemickú inertnosť. Kriticky je dôležité, že fluórpolymérne PPA vo všeobecnosti vykazujú nízku kompatibilitu s nepolárnymi polyolefínovými matricami (ako PE, PP). Táto nekompatibilita je kľúčovým predpokladom pre ich účinnú migráciu na kovové povrchy matrice, kde tvoria dynamický mazací povlak.

Reprezentatívne produkty: Medzi popredné značky na globálnom trhu s fluórpolymérnymi PPA patrí séria Viton™ FreeFlow™ od spoločnosti Chemours a séria Dynamar™ od spoločnosti 3M, ktoré majú významný podiel na trhu. Okrem toho sa ako PPA formulácie používajú alebo sú kľúčovými zložkami aj určité druhy fluórpolymérov od spoločností Arkema (séria Kynar®) a Solvay (Tecnoflon®).

2. Pomocné látky na báze silikónu (PPA)

Chemická štruktúra a vlastnosti: Primárnymi aktívnymi zložkami v tejto triede PPA sú polysiloxány, bežne označované ako silikóny. Polysiloxánový reťazec pozostáva zo striedajúcich sa atómov kremíka a kyslíka (-Si-O-) s organickými skupinami (zvyčajne metylovými) pripojenými k atómom kremíka. Táto jedinečná molekulárna štruktúra dodáva silikónovým materiálom veľmi nízke povrchové napätie, vynikajúcu tepelnú stabilitu, dobrú flexibilitu a neadhézne vlastnosti voči mnohým látkam. Podobne ako fluórpolymérne PPA, aj PPA na báze silikónu fungujú tak, že migrujú na kovové povrchy procesného zariadenia a vytvárajú mazaciu vrstvu.

Vlastnosti aplikácie: Hoci fluórpolymérne PPA dominujú v sektore extrúzie polyolefínových fólií, PPA na báze silikónu môžu vykazovať jedinečné výhody alebo vytvárať synergické efekty pri použití v špecifických aplikačných scenároch alebo v spojení s konkrétnymi živicovými systémami. Môžu byť napríklad zvážené pre aplikácie vyžadujúce extrémne nízke koeficienty trenia alebo tam, kde sú pre konečný produkt požadované špecifické povrchové vlastnosti.

Čelíte zákazom fluórovaných polymérov alebo problémom s dodávkami PTFE?

Riešenie problémov s extrúziou polyolefínových fólií pomocou riešení PPA bez obsahu PFAS-SILIKE prísady z polymérov bez obsahu fluóru

Spoločnosť SILIKE pristupuje k svojim produktom série SILIMER proaktívne a ponúka inovatívne...Pomôcky na spracovanie polymérov (PPA) bez obsahu PFAS). Táto komplexná produktová rada obsahuje 100 % čisté PPA bez PFAS,bezfluórové prísady PPA polymérovaPPA masterbatche bez PFAS a fluóru.Odeliminuje potrebu fluórových prísadTieto pomocné látky výrazne zlepšujú výrobný proces pre extrúziu LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP a rôznych polyolefínových fólií. Sú v súlade s najnovšími environmentálnymi predpismi a zároveň zvyšujú efektivitu výroby, minimalizujú prestoje a zlepšujú celkovú kvalitu výrobku. PPA bez PFAS od spoločnosti SILIKE prinášajú konečnému výrobku výhody vrátane eliminácie lomu taveniny (žraločia koža), zvýšenej hladkosti a vynikajúcej kvality povrchu.

Ak sa potýkate s dopadom zákazov fluórovaných polymérov alebo nedostatku PTFE vo vašich procesoch extrúzie polymérov, SILIKE vám to ponúkaalternatívy k fluórpolymérom PPA/PTFE, Prísady bez PFAS na výrobu fóliíktoré sú prispôsobené vašim potrebám bez nutnosti zmien procesov.