Ekstruderet blæsestøbning af polyethylenfilm

 

Polyethylen (PE) film er den mest udstrakt fremstillede og udbredte række af plastfilm. Den er ugiftig og lugtfri og har høj styrke og sejhed sammen med fremragende fugt- og vandbestandighed, god åbningsevne (antiblokering) og ydeevne ved lav temperatur, samtidig med at den bibeholder en vis grad af gennemsigtighed. Dens varmeforseglingsevne er enestående med en relativt lav forseglingstemperatur på omkring 100 grader, hvilket muliggør praktisk posefremstilling ved elektrisk opvarmning. PE-film fremstilles direkte ved ekstruderingsblæsestøbning fra polyethylenharpikspellets og kræver generelt ingen tilsætningsstoffer; farvning kan opnås ved at inkorporere masterbatch. Polyethylenharpikser til blæst film omfatter lavdensitetspolyethylen (LDPE), lineær lavdensitetspolyethylen (LLDPE) og højdensitetspolyethylen (HDPE).

 

1) Landbrugsdrivhusfilm

Landbrugsdrivhusfilm er en bred-vidde film blæst af LDPE eller blandinger af LDPE med LLDPE, typisk ved den opadgående blæste film-proces med fladt liggende fladt start. Layflat-bredde spænder over et bredt område (mindre end eller lig med 1000 mm eller større end eller lig med 5000 mm). Den typiske tykkelse er 0,03-0,14 mm, trækstyrke større end eller lig med 12 MPa og brudforlængelse større end eller lig med 300%. Disse film er regnbestandige, lystransmitterende og varmebevarende, hvilket muliggør dyrkning af grøntsager og frugter i drivhusstrukturer året rundt. I henhold til agronomiske krav omfatter de vigtigste funktionelle undertyper:

• Forstærket drivhusfilm: Fremstillet ved at tilsætte mere end 25 vægt% LLDPE i LDPE. Trækstyrke kan øges til ca. 20 MPa, og brudforlængelse Større end eller lig med 400%. Hvis filmen blæses helt fra LLDPE, øges styrken yderligere med forbedret punkteringsmodstand og en glattere overflade; filmtykkelsen kan reduceres med omkring 20-30%.

• Langtidsholdbar drivhusfilm: Almindelig drivhusfilm holder typisk 0,5–1 år. Langtidsholdbare kvaliteter forlænger levetiden med mindst det dobbelte til 2-3 år. Disse opnås ved at tilsætte 0,3-0,5 vægtdele af en lysstabilisator og 0,1-0,3 dele af en antioxidant til LDPE; LDPE-overfladen fugtes først med hvid olie, blandes derefter og blæses til film.

• Anti-dryp drivhusfilm: Designet, så der ikke dannes tåge eller dråber på filmoverfladen, hvilket forbedrer lystransmissionen og fremmer afgrødevækst. Ved at tilføje et passende overfladeaktivt stof eller anti-dryp masterbatch øges filmens affinitet til vand. Adskillige små dråber smelter sammen til større, der flyder ned langs filmvæggen til jorden og eliminerer derved indvendig dug, forbedrer gennemsigtigheden og forhindrer dråber i at falde direkte ned på afgrøder.

2) Agricultural Mulch Film

Jorddækkefilm refererer til bunddækkende film. Det er en meget tynd LDPE-film fremstillet ved blæsestøbning, med en tykkelse på 0,008-0,014 mm og en bredde på 600-1000 mm. Gennemsigtig, farveløs barkflis bruges hovedsageligt som kimplantedyrknings- og afgrødedækkefilm for at fremme tidlig modenhed, øge udbyttet og bekæmpe skadedyr; det er generelt fremstillet ved opadblæst-film-metoden. Funktionel mulch-film fremstilles ved at inkorporere 3-5 vægt% farvestoffer i PE for at opnå rød, gul, blå, grå, sort og andre farver. Forskellige afgrøder modtager således de specifikke spektralbånd, de har brug for, og opnår tidligere modenhed og højere udbytte, skadedyrsbekæmpelse og ukrudtshæmning.

3) Emballagefilm

PE-emballagefilm er opdelt i lette og tunge typer.

• Let emballagefilm: Fremstillet af LDPE og hovedsagelig brugt til at pakke fødevarer, kager, slik, grøntsager, frugter, lægemidler, tekstiler, daglige fornødenheder, tøj og lignende produkter. For at passe til automatiserede pakkelinjer tilsættes der typisk små mængder slipmidler eller antistatiske midler. Produktionen anvender oftest opadblæsnings- eller fladblæseprocessen. Layflat-bredde spænder over et bredt område (mindre end eller lig med 70 mm eller større end eller lig med 1000 mm). Tykkelsen er 0,02–0,20 mm, og trækstyrken Større end eller lig med 10 MPa.

• HDPE T-shirt (indkøbstasker) og beklædningsposer: Udbredt og overvejende fremstillet ved opadblæsningsprocessen. Layflat bredde er 70-1000 mm, tykkelse 0,007-0,10 mm og trækstyrke Større end eller lig med 25 MPa.

• Kraftig emballagefilm: Fremstillet ved den opadgående blæseproces af LDPE med højere molekylvægt. Typisk tykkelse er 0,2-0,35 mm, hvor hver pose kan rumme 20-30 kg indhold. Anvendelser omfatter emballering af landbrugsprodukter, kemiske råvarer, gødning, pesticider, fødevarer, sukker, salt, lægemidler og tekstiler.

LDPE-harpikser til blæst film udviser et relativt bredt smelteflowhastighedsområde (MFR) på 0,5-7 g/10 min. og vælges i henhold til filmens tilsigtede anvendelse (se tabel 1-1). LLDPE-harpikser til blæst film har typisk en MFR på 1-2 g/10 min. HDPE-blæste filmkvaliteter har en MFR på 0,2-1 g/10 min. HDPE har en højere smeltetemperatur og inden for intervallet af forskydningshastighedsændringer en høj viskositet; på grund af sin lineære molekylære struktur udviser den stærk flow-induceret orientering.

Tabel 1-1 Udvælgelse af LDPE-harpikser til filmkvaliteter

Film karakter	Harpiks MFR (g/10 min)
Let emballagefilm	2–4
Film med høj gennemsigtighed	5–7
Landbrugs barkflisfilm	4–7
Drivhus film	1.5–4.5
Varmekrympende film	2–5
Kraftig emballagefilm	0.25–0.5

 

 

1) Ekstruder

Konventionel LDPE-film med fladlægningsbredde, der er større end eller lig med 300 mm, fremstilles typisk ved den opadblæste filmproces med fladtliggende fladudtag. Den anbefalede skruediameter går fra 45 til 150 mm. Til flade bredder større end 1 m, kan to enkeltskruede ekstrudere bruges til co-ekstrudering af bred film. Skrue L/D er 20–30 med et kompressionsforhold på 3–3,5, og en progressiv (konisk-kanal) skrue foretrækkes.

Til HDPE-film er ekstrudere i mindre størrelse egnede med skrue L/D på 16–25. Skruedesign inkorporerer typisk en dedikeret skæresektion og en blandesektion.

2) Døhoved

LDPE-film anvender sædvanligvis ringformede spiral- eller edderkopforme med matricediametre på 100-1000 mm. Når ensartet tykkelse er påkrævet, anbefales en roterende matrice. Der anvendes både opadgående og flade blæseprocesser.

HDPE-film bruger typisk en spiral-dorn-kernematrice. Der skal udvises forsigtighed ved udformningen af ​​strømningskanalen, spiralgeometrien og dyse-læbens dimensioner for at undgå for høje forskydningshastigheder, som kan forårsage smeltebrud. På grund af disse formningsegenskaber er HDPE-filmmatricer relativt små, generelt 30-200 mm i diameter.

3) Køling

Luftringskøling bruges overvejende. Det typiske blæsertryk er 4000–8000 Pa med en luftstrøm på 15–75 m³/min.

 

1) Ekstrusionstemperatur

Ekstruderingstemperaturen bestemmes primært af PE-harpiksens smelteflowhastighed-jo højere MFR, jo lavere er den nødvendige temperatur. Fra fødeporten til sigtepakken (bryderpladen) øges tøndetemperaturerne gradvist, så dysehovedets temperatur er omtrent lig med eller 10-20 grader lavere end temperaturen ved skruespidsen. Dette fremmer en stabil tyk form og bedre filmgennemsigtighed. Typiske ekstruderingstemperaturer for PE-film er vist i tabel 2-1.

Tabel 2-1 Ekstruderingstemperaturer for polyethylenfilm (grad)

Film karakter	Tøndezone 1	Tøndezone 2	Tøndezone 3	Adapter	Dø
LDPE – Let emballagefilm	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 emballagefilm	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-læbegabet varierer med harpikstypen; repræsentative intervaller er angivet i tabel 2-2. Efterhånden som harpiks-MFR øges, vælges et mindre dysegab; efterhånden som målfilmtykkelsen øges, bruges et større mellemrum. For eksempel til LDPE-film (lavere MFR og tykkere gauge) vælges en dyseafstand på ca. 1,0 mm; for LDPE light-duty film (højere MFR og tyndere gauge) er dyseafstanden typisk 0,5-0,6 mm. Fordi smelteviskositeten af ​​LLDPE er højere og relativt ufølsom over for ændringer i forskydningshastigheden, er dens ekstruderingstemperatur højere og matricegabet betydeligt større end for LDPE; ellers kan der opstå en ru "hajskind". HDPE blæst-film-harpikser har relativt lav MFR, så dysemellemrummet er generelt lidt større end for LDPE.

Tabel 2-2 Typiske Die-Lip Gap-intervaller (mm)

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

3) Blow-Up Ratio (BUR)

Efter at have forladt den ringformede matrice, pustes den tykke forstøbning op med trykluft, hvilket øger dens diameter, reducerer dens tykkelse og giver tværgående træk. Et typisk blow-up-forhold er 2–5. Hvis BUR er for høj, vil boblen flagre, bobleformen bliver ustabil, tykkelsesensartetheden forringes, og filmen er tilbøjelig til at gå i stykker. Efterhånden som BUR øges, øges filmens tværgående trækstyrke, rivstyrke og slagstyrke, men gennemsigtighed og glans falder, og langsgående trækstyrke har en tendens til at falde. Repræsentative BUR'er for PE-film er anført i tabel 2-3.

Tabel 2-3 Repræsentative Blow-Up-forhold for PE-film

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

4) Tegneforhold (maskinretning)

Efter at formen forlader matricen, føres den til aftræksvalserne og udsættes for langsgående trækning. Haul-off line-hastigheden er generelt 3–5 gange smelteekstruderingshastigheden (output), hvilket giver 3–5× maskinretningsstrækning og en markant stigning i langsgående trækstyrke. Dette gavner poseapplikationer, hvor den langsgående belastningsbæring dominerer.