Introducere în poliolefine și extrudarea peliculelor
Poliolefinele, o clasă de materiale macromoleculare sintetizate din monomeri olefinici precum etilena și propilena, sunt cele mai produse și utilizate materiale plastice la nivel global. Prevalența lor provine dintr-o combinație excepțională de proprietăți, inclusiv cost redus, procesabilitate excelentă, stabilitate chimică remarcabilă și caracteristici fizice adaptabile. Printre diversele aplicații ale poliolefinelor, produsele din folie ocupă o poziție primordială, îndeplinind funcții critice în ambalajele alimentare, acoperirile agricole, ambalajele industriale, produsele medicale și de igienă și bunurile de consum de zi cu zi. Cele mai comune rășini poliolefinice utilizate pentru producția de folie includ polietilena (PE) - care cuprinde polietilena liniară de densitate mică (LLDPE), polietilena de densitate mică (LDPE) și polietilena de înaltă densitate (HDPE) - și polipropilena (PP).
Fabricarea peliculelor de poliolefină se bazează în principal pe tehnologia de extrudare, extrudarea peliculei suflate și extrudarea peliculei turnate fiind cele două procese de bază.
1. Procesul de extrudare a peliculei suflate
Extrudarea peliculei suflate este una dintre cele mai răspândite metode de producere a peliculelor de poliolefină. Principiul fundamental implică extrudarea unui polimer topit vertical în sus printr-o matriță inelară, formând un parison tubular cu pereți subțiri. Ulterior, aer comprimat este introdus în interiorul acestui parison, determinându-l să se umfle într-o bulă cu un diametru semnificativ mai mare decât cel al matriței. Pe măsură ce bula urcă, este răcită forțat și solidificată de un inel de aer extern. Bula răcită este apoi colapsată de un set de role de presare (adesea printr-un cadru pliabil sau un cadru în A) și ulterior trasă de role de tracțiune înainte de a fi înfășurată pe o rolă. Procesul de film suflat produce de obicei pelicule cu orientare biaxială, ceea ce înseamnă că prezintă un echilibru bun al proprietăților mecanice atât în direcția mașinii (MD), cât și în direcția transversală (TD), cum ar fi rezistența la tracțiune, rezistența la rupere și rezistența la impact. Grosimea peliculei și proprietățile mecanice pot fi controlate prin reglarea raportului de suflare (BUR - raportul dintre diametrul bulei și diametrul matriței) și a raportului de tragere (DDR - raportul dintre viteza de preluare și viteza de extrudare).
2. Procesul de extrudare a peliculei turnate
Extrudarea peliculelor turnate este un alt proces vital de producție pentru peliculele de poliolefină, potrivit în special pentru fabricarea peliculelor care necesită proprietăți optice superioare (de exemplu, claritate ridicată, luciu ridicat) și o uniformitate excelentă a grosimii. În acest proces, polimerul topit este extrudat orizontal printr-o matriță în T plată, de tip fantă, formând o pânză topită uniformă. Această pânză este apoi trasă rapid pe suprafața unuia sau mai multor role de răcire de mare viteză, răcite intern. Topitura se solidifică rapid la contactul cu suprafața rolei reci. Peliculele turnate posedă, în general, proprietăți optice excelente, o senzație moale la atingere și o bună sigilare la cald. Controlul precis asupra spațiului dintre marginile matriței, a temperaturii rolei de răcire și a vitezei de rotație permite reglarea precisă a grosimii peliculei și a calității suprafeței.
Principalele 6 provocări ale extrudării foliilor de poliolefină
În ciuda maturității tehnologiei de extrudare, producătorii se confruntă frecvent cu o serie de dificultăți de procesare în producția practică a peliculelor de poliolefină, în special atunci când se urmărește un randament ridicat, eficiență ridicată, grosimi mai subțiri și atunci când se utilizează noi rășini de înaltă performanță. Aceste probleme nu numai că afectează stabilitatea producției, dar au și un impact direct asupra calității și costului produsului final. Principalele provocări includ:
1. Ruptura topiturii (Sharkskin): Acesta este unul dintre cele mai frecvente defecte în extrudarea peliculelor de poliolefină. Macroscopic, se manifestă ca ondulații transversale periodice sau o suprafață neregulat rugoasă pe peliculă sau, în cazuri grave, distorsiuni mai pronunțate. Ruptura topiturii apare în principal atunci când viteza de forfecare a topiturii de polimer la ieșirea din matriță depășește o valoare critică, ducând la oscilații de tip stick-slip între peretele matriței și topitura în vrac sau când tensiunea de extensie la ieșirea din matriță depășește rezistența topiturii. Acest defect compromite grav proprietățile optice ale peliculei (claritate, luciu), netezimea suprafeței și poate, de asemenea, să degradeze proprietățile sale mecanice și de barieră.
2. Depuneri de material / Depuneri de material: Aceasta se referă la acumularea treptată a produselor de degradare a polimerilor, a fracțiunilor cu greutate moleculară mică, a aditivilor slab dispersați (de exemplu, pigmenți, agenți antistatici, agenți de alunecare) sau a gelurilor din rășină la marginile buzei materialului sau în cavitatea acestuia. Aceste depuneri se pot desprinde în timpul producției, contaminând suprafața peliculei și provocând defecte precum geluri, dungi sau zgârieturi, afectând astfel aspectul și calitatea produsului. În cazuri grave, depunerile de material pot bloca ieșirea din matriță, ducând la variații de grosime, ruperea peliculei și, în cele din urmă, forțând oprirea liniei de producție pentru curățarea matriței, rezultând pierderi semnificative în ceea ce privește eficiența producției și risipa de materii prime.
3. Presiune ridicată de extrudare și fluctuații: În anumite condiții, în special la procesarea rășinilor cu vâscozitate ridicată sau la utilizarea unor goluri mai mici între matrițe, presiunea din sistemul de extrudare (în special la capul extruderului și la matriță) poate deveni excesiv de mare. Presiunea ridicată nu numai că crește consumul de energie, dar prezintă și un risc pentru longevitatea echipamentelor (de exemplu, șnec, cilindru, matriță) și pentru siguranță. În plus, fluctuațiile instabile ale presiunii de extrudare provoacă direct variații ale producției de topitură, ducând la o grosime neuniformă a peliculei.
4. Randament limitat: Pentru a preveni sau atenua probleme precum fracturarea topiturii și acumularea matriței, producătorii sunt adesea obligați să reducă viteza șurubului extruderului, limitând astfel producția liniei de producție. Acest lucru are un impact direct asupra eficienței producției și a costului de fabricație per unitate de produs, ceea ce face dificilă satisfacerea cerințelor pieței pentru filme la scară largă și cu costuri reduse.
5. Dificultăți în controlul calibrului: Instabilitatea curgerii topiturii, distribuția neuniformă a temperaturii pe matriță și acumularea de material în matriță pot contribui la variații ale grosimii peliculei, atât transversal, cât și longitudinal. Acest lucru afectează performanța de procesare ulterioară a peliculei și caracteristicile de utilizare finală.
6. Schimbare dificilă a rășinii: La comutarea între diferite tipuri sau clase de rășini poliolefinice sau la schimbarea culorii masterbatch-urilor, materialul rezidual din ciclul anterior este adesea dificil de eliminat complet din extruder și matriță. Acest lucru duce la amestecarea materialelor vechi cu cele noi, generând material de tranziție, prelungind timpii de schimbare și crescând ratele de deșeuri.
Aceste provocări comune legate de procesare constrâng eforturile producătorilor de folii de poliolefină de a îmbunătăți calitatea produselor și eficiența producției și, de asemenea, reprezintă bariere în calea adoptării de noi materiale și tehnici avansate de procesare. Prin urmare, căutarea unor soluții eficiente pentru a depăși aceste provocări este crucială pentru dezvoltarea susținută și sănătoasă a întregii industrii de extrudare a foliilor de poliolefină.
Aditivii de prelucrare a polimerilor (PPA) sunt aditivi funcționali a căror valoare fundamentală constă în îmbunătățirea comportamentului reologic al topiturii de polimeri în timpul extrudării și modificarea interacțiunii acestora cu suprafețele echipamentelor, depășind astfel o serie de dificultăți de prelucrare și sporind eficiența producției și calitatea produsului.
1. PPA-uri pe bază de fluoropolimeri
Structură și caracteristici chimice: Acestea sunt în prezent clasa de PPA cea mai utilizată, matură din punct de vedere tehnologic și cu o eficiență demonstrată. Sunt de obicei homopolimeri sau copolimeri pe bază de monomeri fluoroolefinici, cum ar fi fluorura de viniliden (VDF), hexafluoropropilena (HFP) și tetrafluoroetilena (TFE), fluoroelastomerii fiind cei mai reprezentativi. Lanțurile moleculare ale acestor PPA sunt bogate în legături CF cu energie de legătură ridicată și polaritate scăzută, care le conferă proprietăți fizico-chimice unice: energie superficială extrem de scăzută (asemănătoare cu politetrafluoroetilena/Teflon®), stabilitate termică excelentă și inerție chimică. În mod critic, PPA-urile fluoropolimerice prezintă, în general, o compatibilitate slabă cu matricile poliolefinice nepolare (cum ar fi PE, PP). Această incompatibilitate este o condiție prealabilă cheie pentru migrarea lor eficientă către suprafețele metalice ale matriței, unde formează un strat lubrifiant dinamic.
Produse reprezentative: Printre mărcile de top de pe piața globală a PPA-urilor cu fluoropolimeri se numără seria Viton™ FreeFlow™ de la Chemours și seria Dynamar™ de la 3M, care dețin o cotă semnificativă de piață. În plus, anumite clase de fluoropolimeri de la Arkema (seria Kynar®) și Solvay (Tecnoflon®) sunt, de asemenea, utilizate ca și componente cheie în formulările PPA.
2. Aditivi de procesare pe bază de silicon (PPA)
Structură și caracteristici chimice: Principalele componente active din această clasă de PPA-uri sunt polisiloxanii, denumiți în mod obișnuit siliconi. Catena principală de polisiloxan este formată din atomi de siliciu și oxigen alternanți (-Si-O-), cu grupări organice (de obicei metil) atașate la atomii de siliciu. Această structură moleculară unică conferă materialelor siliconice o tensiune superficială foarte scăzută, o stabilitate termică excelentă, o flexibilitate bună și proprietăți neadezive față de multe substanțe. Similar PPA-urilor fluoropolimerice, PPA-urile pe bază de silicon funcționează prin migrarea pe suprafețele metalice ale echipamentelor de procesare pentru a forma un strat lubrifiant.
Caracteristici ale aplicației: Deși PPA-urile fluoropolimerice domină sectorul extrudării peliculelor de poliolefine, PPA-urile pe bază de silicon pot prezenta avantaje unice sau pot crea efecte sinergice atunci când sunt utilizate în scenarii de aplicare specifice sau în combinație cu anumite sisteme de rășini. De exemplu, acestea ar putea fi luate în considerare pentru aplicații care necesită coeficienți de frecare extrem de mici sau unde sunt dorite caracteristici specifice ale suprafeței pentru produsul final.
Vă confruntați cu interdicții privind fluoropolimerii sau cu provocări legate de aprovizionarea cu PTFE?
Rezolvați provocările extrudării peliculelor de poliolefină cu soluții PPA fără PFASAditivi polimerici fără fluor de la SILIKE
SILIKE adoptă o abordare proactivă cu produsele sale din seria SILIMER, oferind soluții inovatoareAditivi de prelucrare a polimerilor fără PFAS (PPA)Această linie completă de produse conține PPA-uri 100% pure, fără PFAS,Aditivi polimerici PPA fără fluorșiMasterbatch-uri PPA fără PFAS și fără fluor.Deeliminând nevoia de aditivi cu fluor, aceste adjuvante tehnologice îmbunătățesc semnificativ procesul de fabricație pentru LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP și diverse procese de extrudare a peliculelor de poliolefine. Acestea se aliniază celor mai recente reglementări de mediu, sporind în același timp eficiența producției, reducând la minimum timpii de nefuncționare și îmbunătățind calitatea generală a produsului. PPA-urile fără PFAS de la SILIKE aduc beneficii produsului final, inclusiv eliminarea fracturii la topire (pielea de rechin), netezime îmbunătățită și o calitate superioară a suprafeței.
Dacă vă confruntați cu impactul interdicțiilor fluoropolimerilor sau cu lipsa de PTFE în procesele de extrudare a polimerilor, SILIKE vă oferăalternative la PPA-uri/PTFE din fluoropolimeri, Aditivi fără PFAS pentru fabricarea foliilorcare sunt adaptate nevoilor dumneavoastră, fără a fi necesare modificări de proces.
Data publicării: 15 mai 2025
