Nyheter

Introduktion till polyolefiner och filmextrudering

Polyolefiner, en klass av makromolekylära material som syntetiseras från olefinmonomerer som etylen och propen, är de mest producerade och använda plasterna globalt. Deras utbredning härrör från en exceptionell kombination av egenskaper, inklusive låg kostnad, utmärkt bearbetbarhet, enastående kemisk stabilitet och anpassningsbara fysikaliska egenskaper. Bland de olika tillämpningarna av polyolefiner har filmprodukter en framträdande position och fyller kritiska funktioner inom livsmedelsförpackningar, jordbruksbeläggningar, industriförpackningar, medicinska och hygieniska produkter samt dagliga konsumtionsvaror. De vanligaste polyolefinhartserna som används för filmproduktion inkluderar polyeten (PE) – innefattande linjär lågdensitetspolyeten (LLDPE), lågdensitetspolyeten (LDPE) och högdensitetspolyeten (HDPE) – och polypropen (PP).

Tillverkningen av polyolefinfilmer är huvudsakligen beroende av extruderingsteknik, där blåstfilmsextrudering och gjuten filmextrudering är de två kärnprocesserna.

1. Blåstfilmsextruderingsprocess

Blåsfilmsextrudering är en av de vanligaste metoderna för att producera polyolefinfilmer. Den grundläggande principen innebär att en smält polymer extruderas vertikalt uppåt genom en ringformad form, vilket bildar en tunnväggig rörformig parison. Därefter införs tryckluft i det inre av denna parison, vilket får den att blåsa upp sig till en bubbla med en diameter som är betydligt större än formen. När bubblan stiger, kyls den tvångsmässigt ner och stelnar av en extern luftring. Den kylda bubblan kollapsar sedan av en uppsättning nypvalsar (ofta via en kollapsande ram eller A-ram) och dras därefter av dragvalsar innan den lindas på en rulle. Blåsfilmsprocessen ger vanligtvis filmer med biaxiell orientering, vilket innebär att de uppvisar en god balans av mekaniska egenskaper i både maskinriktningen (MD) och tvärriktningen (TD), såsom draghållfasthet, rivmotstånd och slaghållfasthet. Filmtjocklek och mekaniska egenskaper kan kontrolleras genom att justera uppblåsningsförhållandet (BUR – förhållandet mellan bubbeldiameter och formdiameter) och neddragningsförhållandet (DDR – förhållandet mellan upptagningshastighet och extruderingshastighet).

2. Gjuten filmextruderingsprocess

Extrudering av gjutna filmer är en annan viktig produktionsprocess för polyolefinfilmer, särskilt lämpad för tillverkning av filmer som kräver överlägsna optiska egenskaper (t.ex. hög klarhet, hög glans) och utmärkt tjockleksjämnhet. I denna process extruderas den smälta polymeren horisontellt genom en platt, slitsliknande T-form, vilket bildar en enhetlig smält bana. Denna bana dras sedan snabbt på ytan av en eller flera höghastighetsdrivna, internt kylda kylvalsar. Smältan stelnar snabbt vid kontakt med kallvalsens yta. Gjutna filmer har generellt utmärkta optiska egenskaper, en mjuk känsla och god värmeförseglingsbarhet. Exakt kontroll över formläppens gap, kylvalsens temperatur och rotationshastighet möjliggör noggrann reglering av filmtjocklek och ytkvalitet.

De 6 största utmaningarna med extrudering av polyolefinfilm

Trots extruderingsteknikens mognad stöter tillverkare ofta på en rad bearbetningssvårigheter vid den praktiska produktionen av polyolefinfilmer, särskilt när de strävar efter hög produktion, effektivitet, tunnare tjocklek och vid användning av nya högpresterande hartser. Dessa problem påverkar inte bara produktionsstabiliteten utan påverkar också direkt slutproduktens kvalitet och kostnad. Viktiga utmaningar inkluderar:

1. Smältbrott (hajskinn): Detta är en av de vanligaste defekterna vid extrudering av polyolefinfilmer. Makroskopiskt manifesterar den sig som periodiska tvärgående krusningar eller en oregelbundet grov yta på filmen, eller i allvarliga fall, mer uttalade distorsioner. Smältbrott uppstår främst när skjuvhastigheten för polymersmältan som lämnar formen överstiger ett kritiskt värde, vilket leder till stick-slip-oscillationer mellan formväggen och bulksmältan, eller när töjningsspänningen vid formutgången överstiger smälthållfastheten. Denna defekt försämrar allvarligt filmens optiska egenskaper (klarhet, glans), ytjämnhet och kan också försämra dess mekaniska och barriäregenskaper.

2. Formavlagringar / Formavlagringar: Detta avser gradvis ansamling av polymernedbrytningsprodukter, lågmolekylära fraktioner, dåligt dispergerade tillsatser (t.ex. pigment, antistatiska medel, glidmedel) eller geler från hartset vid formkanterna eller inuti formhåligheten. Dessa avlagringar kan lossna under produktionen, förorena filmytan och orsaka defekter som geler, strimmor eller repor, vilket påverkar produktens utseende och kvalitet. I allvarliga fall kan formavlagringar blockera formutgången, vilket leder till variationer i tjocklek, filmrupturer och i slutändan tvinga fram produktionslinjer för rengöring av formarna, vilket resulterar i betydande förluster i produktionseffektivitet och slöseri med råmaterial.

3. Högt extruderingstryck och fluktuationer: Under vissa förhållanden, särskilt vid bearbetning av högviskösa hartser eller användning av mindre formgap, kan trycket i extruderingssystemet (särskilt vid extruderhuvudet och formen) bli alltför högt. Högt tryck ökar inte bara energiförbrukningen utan utgör också en risk för utrustningens livslängd (t.ex. skruv, cylinder, form) och säkerhet. Dessutom orsakar instabila fluktuationer i extruderingstrycket direkt variationer i smältutgången, vilket leder till ojämn filmtjocklek.

4. Begränsad genomströmning: För att förhindra eller mildra problem som smältbrott och formbildning tvingas tillverkare ofta minska extruderns skruvhastighet, vilket begränsar produktionslinjens produktion. Detta påverkar direkt produktionseffektiviteten och tillverkningskostnaden per produktenhet, vilket gör det svårt att möta marknadens efterfrågan på storskaliga, billiga filmer.

5. Svårigheter att kontrollera tjockleken: Instabilitet i smältflödet, ojämn temperaturfördelning över formen och formuppbyggnad kan alla bidra till variationer i filmtjocklek, både i tvärriktningen och i längdriktningen. Detta påverkar filmens efterföljande bearbetningsprestanda och slutanvändningsegenskaper.

6. Svårt hartsbyte: Vid byte mellan olika typer eller kvaliteter av polyolefinhartser, eller vid byte av färg på masterbatcher, är det ofta svårt att helt avlägsna restmaterial från föregående körning från extrudern och formen. Detta leder till att gamla och nya material blandas, vilket genererar övergångsmaterial, förlänger bytestider och ökar kassationsnivåerna.

Dessa gemensamma bearbetningsutmaningar begränsar polyolefinfilmstillverkares ansträngningar att förbättra produktkvaliteten och produktionseffektiviteten, och utgör också hinder för införandet av nya material och avancerade bearbetningstekniker. Därför är det avgörande för en hållbar och sund utveckling av hela polyolefinfilmsextruderingsindustrin att söka effektiva lösningar för att övervinna dessa utmaningar.

Lösningar för extrudering av polyolefinfilm: Polymerbearbetningshjälpmedel (PPA)

Polymerbearbetningshjälpmedel (PPA) är funktionella tillsatser vars kärnvärde ligger i att förbättra det reologiska beteendet hos polymersmältor under extrudering och modifiera deras interaktion med utrustningens ytor, och därigenom övervinna en rad bearbetningssvårigheter och förbättra produktionseffektiviteten och produktkvaliteten.

1. Fluoropolymerbaserade PPA:er

Kemisk struktur och egenskaper: Dessa är för närvarande den mest använda, tekniskt mogna och påvisbart effektiva klassen av PPA:er. De är vanligtvis homopolymerer eller sampolymerer baserade på fluoroolefinmonomerer såsom vinylidenfluorid (VDF), hexafluorpropylen (HFP) och tetrafluoroetylen (TFE), varav fluorelastomerer är de mest representativa. Molekylkedjorna i dessa PPA:er är rika på CF-bindningar med hög bindningsenergi och låg polaritet, vilket ger unika fysikalisk-kemiska egenskaper: extremt låg ytenergi (liknande polytetrafluoroetylen/Teflon®), utmärkt termisk stabilitet och kemisk inertitet. Avgörande är att fluorpolymer-PPA:er i allmänhet uppvisar dålig kompatibilitet med opolära polyolefinmatriser (som PE, PP). Denna inkompatibilitet är en viktig förutsättning för deras effektiva migrering till metallytorna på formen, där de bildar en dynamisk smörjande beläggning.

Representativa produkter: Ledande varumärken på den globala marknaden för fluorpolymer-PPA inkluderar Chemours Viton™ FreeFlow™-serie och 3Ms Dynamar™-serie, vilka har en betydande marknadsandel. Dessutom används vissa fluorpolymerkvaliteter från Arkema (Kynar®-serien) och Solvay (Tecnoflon®) också som, eller är nyckelkomponenter i, PPA-formuleringar.

2. Silikonbaserade processhjälpmedel (PPA)

Kemisk struktur och egenskaper: De primära aktiva komponenterna i denna klass av PPA är polysiloxaner, vanligtvis kallade silikoner. Polysiloxan-ryggraden består av alternerande kisel- och syreatomer (-Si-O-), med organiska grupper (vanligtvis metyl) bundna till kiselatomerna. Denna unika molekylära struktur ger silikonmaterial mycket låg ytspänning, utmärkt termisk stabilitet, god flexibilitet och icke-vidhäftande egenskaper mot många ämnen. I likhet med fluorpolymer-PPA fungerar silikonbaserade PPA genom att migrera till metallytor på processutrustningen för att bilda ett smörjskikt.

Användningsegenskaper: Även om fluorpolymer-PPA dominerar sektorn för extrudering av polyolefinfilm, kan silikonbaserade PPA uppvisa unika fördelar eller skapa synergistiska effekter när de används i specifika tillämpningsscenarier eller i samband med specifika hartssystem. De kan till exempel övervägas för tillämpningar som kräver extremt låga friktionskoefficienter eller där specifika ytegenskaper önskas för slutprodukten.

Står du inför förbud mot fluorpolymerer eller utmaningar med leveranser av PTFE?

Lös utmaningar med extrudering av polyolefinfilm med PFAS-fria PPA-lösningar-SILIKEs fluorfria polymertillsatser

SILIKE har en proaktiv strategi med sina produkter i SILIMER-serien och erbjuder innovativaPFAS-fria polymerbearbetningshjälpmedel (PPA)Denna omfattande produktlinje innehåller 100 % rena PFAS-fria PPA:er,fluorfria PPA-polymertillsatserochPFAS-fria och fluorfria PPA-masterbatcher.Aveliminerar behovet av fluortillsatser, förbättrar dessa processhjälpmedel avsevärt tillverkningsprocessen för LLDPE, LDPE, HDPE, mLLDPE, PP och olika polyolefinfilmsextruderingsprocesser. De överensstämmer med de senaste miljöföreskrifterna samtidigt som de ökar produktionseffektiviteten, minimerar driftstopp och förbättrar den totala produktkvaliteten. SILIKEs PFAS-fria PPA:er ger fördelar för slutprodukten, inklusive eliminering av smältbrott (hajskinn), förbättrad jämnhet och överlägsen ytkvalitet.

Om du kämpar med effekterna av fluorpolymerförbud eller brist på PTFE i dina polymerextruderingsprocesser, erbjuder SILIKEalternativ till fluorpolymer PPA/PTFE, PFAS-fria tillsatser för filmtillverkningsom är skräddarsydda för att möta dina behov, utan att några processförändringar krävs.