Ekstrudert blåsestøping av polyetylenfilm

 

Polyetylen (PE) film er den mest omfattende produserte og mest brukte varianten av plastfilm. Den er ikke-giftig og luktfri, og har høy styrke og seighet sammen med utmerket fukt- og vannbestandighet, god åpningsevne (antiblokkering) og lavtemperaturytelse, samtidig som den beholder et visst nivå av gjennomsiktighet. Dens varmeforseglingsevne er enestående, med en relativt lav forseglingstemperatur på ca. 100 grader, noe som muliggjør praktisk posefremstilling ved elektrisk oppvarming. PE-film produseres direkte ved ekstruderingsblåsestøping fra polyetylenharpikspellets og krever generelt ingen tilsetningsstoffer; farging kan oppnås ved å inkorporere masterbatch. Polyetylenharpikser for blåst film inkluderer lavdensitetspolyetylen (LDPE), lineær lavdensitetspolyetylen (LLDPE) og høydensitetspolyetylen (HDPE).

 

1) Landbruksveksthusfilm

Landbruksdrivhusfilm er en film med bred bredde blåst av LDPE eller blandinger av LDPE med LLDPE, typisk ved den oppadgående blåsefilmprosessen med flatt liggende avtak. Layflat-bredde spenner over et bredt område (mindre enn eller lik 1000 mm eller større enn eller lik 5000 mm). Typisk tykkelse er 0,03–0,14 mm, strekkfasthet Større enn eller lik 12 MPa, og bruddforlengelse Større enn eller lik 300 %. Disse filmene er regnbestandige, lystransmitterende og varmebevarende, og muliggjør dyrking av grønnsaker og frukt i drivhusstrukturer året rundt. I henhold til agronomiske krav inkluderer de viktigste funksjonelle undertypene:

• Forsterket drivhusfilm: Fremstilt ved å tilsette mer enn 25 vekt% LLDPE i LDPE. Strekkfasthet kan økes til ca. 20 MPa, og bruddforlengelse Større enn eller lik 400 %. Hvis filmen blåses helt fra LLDPE, økes styrken ytterligere, med forbedret punkteringsmotstand og en jevnere overflate; filmtykkelsen kan reduseres med ca. 20–30 %.

• Drivhusfilm med lang levetid: Vanlig drivhusfilm varer vanligvis 0,5–1 år. Karakterer med lang levetid forlenger levetiden med minst to ganger til 2–3 år. Disse oppnås ved å tilsette 0,3–0,5 vektdeler av en lysstabilisator og 0,1–0,3 deler av en antioksidant til LDPE; LDPE-overflaten fuktes først med hvit olje, blandes deretter og blåses til film.

• Anti-drypp drivhusfilm: Utformet slik at det ikke dannes tåke eller dråper på filmoverflaten, noe som forbedrer lystransmisjonen og fremmer avlingsvekst. Ved å tilsette et passende overflateaktivt middel eller anti-drypp masterbatch, økes filmens affinitet for vann. Tallrike små dråper smelter sammen til større som strømmer ned langs filmveggen til bakken, og eliminerer dermed innvendig dugg, forbedrer gjennomsiktigheten og forhindrer at dråpene faller direkte på avlingene.

2) Agricultural Mulch Film

Jordbruksdekkefilm refererer til bunndekkende film. Det er en veldig tynn LDPE-film laget ved blåsestøping, med en tykkelse på 0,008–0,014 mm og en bredde på 600–1000 mm. Gjennomsiktig, fargeløs mulch brukes hovedsakelig som frøplanteoppdretts- og avlingsdekkfilm for å fremme tidlig modenhet, øke avlingene og kontrollere skadedyr; den er vanligvis produsert ved hjelp av den oppoverblåste-film-metoden. Funksjonell mulchfilm produseres ved å inkorporere 3–5 vekt% fargestoffer i PE for å oppnå rød, gul, blå, grå, svart og andre farger. Ulike avlinger får dermed de spesifikke spektralbåndene de trenger, og oppnår tidligere modenhet og høyere utbytte, undertrykkelse av skadedyr og hemming av ugress.

3) Emballasjefilm

PE-emballasjefilm er delt inn i lette og tunge typer.

• Lett emballasjefilm: Produsert av LDPE og brukes hovedsakelig til å pakke mat, bakverk, godteri, grønnsaker, frukt, farmasøytiske produkter, tekstiler, daglige nødvendigheter, klær og lignende produkter. For å passe til automatiserte pakkelinjer, tilsettes vanligvis små mengder slipmidler eller antistatiske midler. Produksjonen bruker oftest oppoverblåsing eller flatblåsing. Layflat bredde spenner over et bredt område (mindre enn eller lik 70 mm eller større enn eller lik 1000 mm). Tykkelsen er 0,02–0,20 mm, og strekkfastheten Større enn eller lik 10 MPa.

• HDPE T-skjorte (shopping) vesker og klesposer: Mye brukt, og hovedsakelig produsert ved oppoverblåsing. Layflatbredde er 70–1000 mm, tykkelse 0,007–0,10 mm, og strekkfasthet Større enn eller lik 25 MPa.

• Heavy-duty emballasjefilm: Laget av den oppovergående blåseprosessen av LDPE med høyere molekylvekt. Typisk tykkelse er 0,2–0,35 mm, med hver pose som kan inneholde 20–30 kg innhold. Bruksområder inkluderer pakking av landbruksprodukter, kjemiske råvarer, gjødsel, plantevernmidler, matvarer, sukker, salt, farmasøytiske produkter og tekstiler.

LDPE-harpikser for blåst film viser et relativt bredt område for smeltestrøm (MFR) på 0,5–7 g/10 min og velges i henhold til filmens tiltenkte bruk (se tabell 1-1). LLDPE-harpikser for blåst film har typisk en MFR på 1–2 g/10 min. HDPE blåsefilmkvaliteter har en MFR på 0,2–1 g/10 min. HDPE har en høyere smeltetemperatur og, innenfor området for skjærhastighetsendringer, en høy viskositet; på grunn av sin lineære molekylære struktur, viser den sterk strømningsindusert orientering.

Tabell 1-1 Utvalg av LDPE-harpikser for filmkvaliteter

Filmkarakter	Harpiks MFR (g/10 min)
Lett pakkefilm	2–4
Film med høy gjennomsiktighet	5–7
Jordbruk mulch film	4–7
Drivhus film	1.5–4.5
Varmekrympbar film	2–5
Kraftig emballasjefilm	0.25–0.5

 

 

1) Ekstruder

Konvensjonell LDPE-film med flattliggende bredde Større enn eller lik 300 mm produseres vanligvis ved den oppoverblåste filmprosessen med flattliggende avtaking. Anbefalt skruediameter varierer fra 45 til 150 mm. For flate bredder større enn 1 m, kan to enkeltskrue-ekstrudere brukes for samekstrudering av bred film. Skrue L/D er 20–30 med et kompresjonsforhold på 3–3,5, og en progressiv (konisk kanal) skrue foretrekkes.

For HDPE-film er mindre ekstrudere egnet, med skrue L/D på 16–25. Skruedesign inkluderer vanligvis en dedikert skjæreseksjon og en blandeseksjon.

2) Dø hodet

LDPE-film bruker vanligvis spiral- eller edderkopp-type ringformede dyser, med dysediametere på 100–1000 mm. Når overlegen jevnhet i tykkelse er nødvendig, anbefales en roterende dyse. Både oppover- og flatblåseprosesser brukes.

HDPE-film bruker vanligvis en spiralkjernedyse. Det må utvises forsiktighet i utformingen av strømningskanalen, spiralgeometrien og dyse-leppedimensjonene for å unngå for høye skjærhastigheter, som kan forårsake smeltebrudd. På grunn av disse formingsegenskapene er HDPE-filmdyser relativt små, vanligvis 30–200 mm i diameter.

3) Avkjøling

Luftringkjøling brukes hovedsakelig. Det typiske viftetrykket er 4000–8000 Pa med en luftmengde på 15–75 m³/min.

 

1) Ekstrusjonstemperatur

Ekstrusjonstemperaturen bestemmes først og fremst av smeltestrømningshastigheten til PE-harpiksen-jo høyere MFR, desto lavere er den nødvendige temperaturen. Fra mateporten til silpakken (bryterplaten) økes tønnetemperaturene gradvis slik at dysehodetemperaturen er omtrent lik eller 10–20 grader lavere enn temperaturen ved skruespissen. Dette fremmer en stabil tykk form og bedre filmgjennomsiktighet. Typiske ekstruderingstemperaturer for PE-filmer er vist i tabell 2-1.

Tabell 2-1 Ekstrusjonstemperaturer for polyetylenfilmer (grad)

Filmkarakter	Tønnesone 1	Tønnesone 2	Tønnesone 3	Adapter	Dø
LDPE – Lett pakkefilm	120–140	130–140	140–160	150–160	160–170
LDPE – Drivhusfilm	150–170	160–180	170–180	180–190	170–180
LDPE – Heavy-duty emballasjefilm	180–200	170–180	180–190	190–200	180–190
LLDPE film	160–180	180–200	200–220	200–220	220–230
HDPE film	200–220	220–240	240–260	250–260	240–250

2) Die Gap

Dyse-leppegapet varierer med harpikstype; Representative områder er oppført i tabell 2-2. Når harpiks-MFR øker, velges et mindre dysegap; etter hvert som målfilmtykkelsen øker, brukes et større gap. For LDPE kraftig film (lavere MFR og tykkere gauge) velges for eksempel en dyseavstand på ca. 1,0 mm; for lett LDPE-film (høyere MFR og tynnere gauge) er dyseavstanden typisk 0,5–0,6 mm. Fordi smelteviskositeten til LLDPE er høyere og relativt ufølsom for endringer i skjærhastighet, er ekstruderingstemperaturen høyere og dysegapet betydelig større enn for LDPE; ellers kan en grov "haiskinn"-overflate vises. HDPE-blåsefilmharpikser har relativt lav MFR, så dysegapet er generelt litt større enn for LDPE.

Tabell 2-2 Typiske leppeavstandsområder (mm)

Filmtype	Dyseavstand (mm)
LDPE	0.5–1.0
LLDPE	1.5–2.5
HDPE	1.2–1.5

3) Blow-Up Ratio (BUR)

Etter å ha gått ut av den ringformede formen, blåses den tykke formen opp med trykkluft, øker diameteren, reduserer tykkelsen og gir tverrgående trekk. Et typisk sprengningsforhold er 2–5. Hvis BUR er for høy, vil boblen flagre, bobleformen blir ustabil, jevnheten i tykkelsen forringes, og filmen er utsatt for brudd. Når BUR øker, øker filmens tverrgående strekkfasthet, rivemotstand og slagstyrke, men gjennomsiktighet og glans reduseres og langsgående strekkstyrke har en tendens til å avta. Representative BUR-er for PE-filmer er oppført i tabell 2-3.

Tabell 2-3 Representative Blow-Up-forhold for PE-filmer

Filmtype	Typisk BUR
LDPE	1.5–3.5
LLDPE	1.5–2.0
HDPE	3.2–6.0

4) Tegneforhold (maskinretning)

Etter at formen forlater formen, ledes den til avtrekksvalsene og utsettes for langsgående trekking. Haul-off line-hastigheten er vanligvis 3–5 ganger smelteekstruderingshastigheten (utgang), noe som gir 3–5× maskinretningsstrekk og en markant økning i langsgående strekkfasthet. Dette er til fordel for poseapplikasjoner der langsgående lastbæring dominerer.